Сердечно-сосудистый ответ на физическую нагрузку

Сердечно-сосудистый ответ на физическую нагрузку — это совокупность быстрых адаптационных изменений, которые увеличивают доставку кислорода к работающим мышцам при начале физической активности. Частота сердечных сокращений и ударный объем возрастают, увеличивая сердечный выброс, в то время как кровоток перераспределяется от неактивных тканей к сокращающимся мышцам, чтобы обеспечить соответствие доставки метаболическим потребностям, которые могут многократно возрасти в течение нескольких секунд.

Definition

Сердечно-сосудистый ответ на физическую нагрузку — это острое, скоординированное увеличение сердечного выброса и перераспределение регионарного кровотока, обусловленное центральным управлением, рефлексами физической нагрузки и местной вазодилатацией, которое обеспечивает соответствие доставки кислорода и субстратов повышенным метаболическим потребностям активных скелетных мышц.

Scope

Статья охватывает острый гемодинамический ответ на динамическую физическую нагрузку: увеличение сердечного выброса, изменение частоты сердечных сокращений, ударного объема и артериального давления, перераспределение регионарного кровотока, а также нервные и местные сигналы, которые их координируют. В ней также отмечается, как тепловой стресс конкурирует за тот же кровоток. Физическая нагрузка рассматривается как физиологический вызов, а не как предписание к активности.

Core questions

• Как сердечный выброс увеличивается для удовлетворения потребности мышц в кислороде при физической нагрузке?
• Как кровоток направляется к активным мышцам при увеличении общей симпатической активности?
• Что контролирует увеличение частоты сердечных сокращений и артериального давления во время физической нагрузки?
• Как конкурирующие потребности, такие как тепловой стресс, изменяют ответ?

Key concepts

• Увеличение сердечного выброса за счет частоты сердечных сокращений и ударного объема
• Центральное управление
• Прессорный рефлекс физической нагрузки (мышечный метаборефлекс)
• Функциональный симпатолиз
• Местная метаболическая вазодилатация и гиперемия при физической нагрузке
• Перераспределение регионарного кровотока
• Конкуренция с кожным кровотоком для терморегуляции

Mechanisms

В начале физической нагрузки центральное управление — прямой сигнал от высших моторных центров — снижает вагусный тонус сердца и увеличивает симпатический отток, повышая частоту сердечных сокращений и сократимость. Ударный объем возрастает за счет усиленного венозного возврата и сократимости, поэтому сердечный выброс резко увеличивается. В активных мышцах локально продуцируемые метаболиты и эндотелиальные сигналы расширяют артериолы, и эта местная вазодилатация ослабляет вазоконстрикторный эффект симпатической активности (функциональный симпатолиз), позволяя направлять кровоток к мышцам, которые в нем нуждаются, даже при общем усилении симпатической стимуляции. Прессорный рефлекс физической нагрузки, возникающий из механо- и метаборецепторов в работающих мышцах, обеспечивает обратную связь для поддержания прессорного и сердечного ответа. При выполнении упражнений в условиях жары кожа конкурирует за сердечный выброс для терморегуляции, что добавляет дополнительную интегративную задачу.

Clinical relevance

Острый ответ на физическую нагрузку является физиологической основой клинического и лабораторного тестирования физической нагрузки, при котором наблюдается увеличение частоты сердечных сокращений, артериального давления и сердечного выброса при дозированной нагрузке. Понимание нормального ответа помогает определить, что измеряется при таком тестировании. Эта статья описывает нормальную физиологию и не является основой для индивидуальных предписаний по физической нагрузке или диагностики.

Evidence & guidelines

Знания об остром ответе основаны на интегративной физиологии, а не на клинических рекомендациях: синтез Роуэлла о сердечно-сосудистых адаптациях к физической нагрузке и жаре, обзор Джойнера и Кейси о механизмах гиперемии при физической нагрузке, а также описание Гонсалеса-Алонсо о тренировках в условиях жары, дополненные гемодинамическими исследованиями, такими как сравнение левожелудочковой функции во время упражнений в вертикальном и горизонтальном положении, проведенное Полинером и коллегами.

History

Современное представление о сердечно-сосудистом ответе на физическую нагрузку было сформировано в течение XX века в рамках физиологии человека, объединяя измерения сердечного выброса, регионарного кровотока и давления во время дозированной работы. Обзор Роуэлла 1974 года объединил эти направления, а последующие работы уточнили, как центральное управление, мышечные рефлексы и местная вазодилатация взаимодействуют для перераспределения кровотока во время активности.

Debates

Как разрешается конфликт между симпатической вазоконстрикцией и потребностью в мышечном кровотоке?

Общая симпатическая активность возрастает во время физической нагрузки, однако активные мышцы должны обильно перфузироваться; концепция функционального симпатолиза — местного метаболического ослабления вазоконстрикции — объясняет это, хотя точные медиаторы и их иерархия остаются предметом дискуссий.

Key figures

• Loring Rowell
• Michael Joyner
• José González-Alonso

Seminal works

• rowell-1974
• joyner-casey-2015

Frequently asked questions

Почему сердечный выброс увеличивается во время физической нагрузки?

Для доставки большего количества кислорода к работающим мышцам. Частота сердечных сокращений возрастает, и ударный объем увеличивается, что в совокупности повышает сердечный выброс, в то время как кровоток перенаправляется к активным мышцам и от менее активных тканей.

Как может увеличиваться мышечный кровоток при активации симпатической нервной системы?

Местные метаболиты, выделяющиеся в сокращающихся мышцах, ослабляют там сужающий эффект симпатических нервов — процесс, называемый функциональным симпатолизом, — поэтому кровь преимущественно доставляется к мышцам, выполняющим работу.