Сердечный объем. Как определить сердечный выброс

Систолический (ударный) объем сердца - это количество крови, выбрасываемое каждым желудочком за одно сокращение. Наряду с ЧСС СО оказывает существенное влияние на величину МОК. У взрослых мужчин СО может меняться от 60-70 до 120-190 мл, а у женщин - от 40-50 до 90-150 мл (см. табл. 7.1).

СО - это разность между конечно-диастолическим и конечно-систолическим объемами. Следовательно, увеличение СО может происходить как посредством большего заполнения полостей желудочков в диастолу (увеличение конечно-диастолического объема), так и посредством увеличения силы сокращения и уменьшения количества крови, остающейся в желудочках в конце систолы (уменьшение конечно-систолического объема). Изменения СО при мышечной работе. В самом начале работы из-за относительной инертности механизмов, приводящих к увеличению кровоснабжения скелетных мышц, венозный возврат возрастает сравнительно медленно. В это время увеличение СО происходит в основном благодаря увеличению силы сокращения миокарда и уменьшению конечно-систолического объема. По мере продолжения циклической работы, выполняемой в вертикальном положении тела, благодаря значительному увеличению потока крови через работающие мышцы и активации мышечного насоса, возрастает венозный возврат к сердцу. Вследствие этого конечно-диастолический объем желудочков у нетренированных лиц со 120-130 мл в покое повышается до 160-170 мл, а у хорошо тренированных спортсменов даже до 200-220 мл. В это же время происходит увеличение силы сокращения сердечной мышцы. Это, в свою очередь, приводит к более полному опорожнению желудочков во время систолы. Конечно-систолический объем при очень тяжелой мышечной работе может уменьшиться у нетренированных до 40 мл, а у тренированных до 10-30 мл. То есть увеличение конечно-диастолического объема и уменьшение конечно-систолического приводят к значительному повышению СО (рис. 7.9).

В зависимости от мощности работы (потребления О2) происходят довольно характерные изменения СО. У нетренированных людей СО максимально увеличивается по сравнению с его уровне м в покое на 50-60%. У большинства людей при работе на велоэргометре СО достигает своего максимума при нагрузках с потреблением кислорода на уровне 40-50% от МПК (см. рис. 7.7). Иначе говоря, при увеличении интенсивности (мощности) циклической работы в механизме увеличения МОК в первую очередь используется более экономичный путь увеличения выброса крови сердцем за каждую систолу. Этот механизм исчерпывает свои резервы при ЧСС, равной 130-140 уд/мин.

У нетренированных людей максимальные величины СО уменьшаются с возрастом (см. рис. 7.8). У людей старше 50 лет, выполняющих работу с тем же уровнем потребления кислорода, что и 20-летние, СО на 15-25% меньше. Можно считать, что возрастное уменьшение СО является результатом снижения сократительной функции сердца и, по-видимому, уменьшения скорости расслабления сердечной мышцы.

Сердечная мышца сокращается за всю жизнь человека до 4 миллиардов раз, обеспечивая поступление в ткани и органы до 200 миллионов л крови. Так называемый сердечный выброс в физиологических условиях составляет от 3,2 до 30 л/минуту. Кровоток в органах изменяется, увеличиваясь вдвое, в зависимости от силы их функционирования, которая определяется и характеризуется несколькими гемодинамическими показателями.

Гемодинамические показатели

Ударный (систолический) объем крови (УОК) - это количество биологической жидкости, которое сердце выбрасывает за одно сокращение. Этот показатель взаимосвязан с рядом других. К ним относятся минутный объем крови (МОК) - количество, выбрасываемое одним желудочком за 1 минуту, а также число сердечных сокращений (ЧСС) - это сумма сжатий сердца за единицу измерения времени.

Формула для расчета МОК выглядит следующим образом:

МОК = УО * ЧСС

К примеру, УО равен 60 мл, а ЧСС в 1 минуту - 70, тогда МОК составляет 60 * 70 = 4200 мл.

Чтобы определить у дарный объем сердца, нужно МОК разделить на ЧСС .

К другим гемодинамическим показателям относятся конечный диастолический и систолический объем. В первом случае (КДО) - это количество крови, заполняющее желудочек в конце диастолы (в зависимости от пола и возраста - в диапазоне от 90 до 150 мл).

Конечный систолический объем (КСО) - величина, оставшаяся после систолы. В состоянии покоя он составляет меньше 50% от диастолического, примерно 55-65 мл.

Фракция выброса (ФВ) - это показатель эффективности работы сердца с каждым ударом. Процент от объема крови, который поступает в аорту из желудочка во время сокращения. У здорового человека этот показатель в норме и в покое составляет 55-75%, а при физической нагрузке достигает 80%.

Минутный объем крови без напряжения равняется 4,5-5 л. При переходе к интенсивным физическим упражнениям показатель увеличивается до 15 л/минуту и более. Таким образом кардиальная система удовлетворяет потребности тканей и органов в питательных веществах и кислороде для поддержания метаболизма.

Гемодинамические показатели крови зависят от тренированности. Значение систолического и минутного объема человека со временем возрастает при незначительном повышении числа сердечных сокращений. У нетренированных людей увеличивается ЧСС и почти не изменяется систолический выброс. Повышение УОК зависит от возрастания притока крови к сердцу, после этого меняется и МОК.

Методы определения значений функции сердца

Изменение показателя МОК происходит из-за:

• величины УО;
• частоты сердечных сокращений.

Имеется несколько методов измерения ударного и минутного объемов сердца:

• газоаналитический;
• разведение красителей;
• радиоизотопный;
• физико-математический.

Физико-математический метод расчета параметров наиболее эффективен в детском возрасте из-за отсутствия воздействия и влияния на исследуемого.

Формула Старра для измерения систолического объема выглядит следующим образом:

СО = 90,97 + 0,54 * ПД - 0,57 * ДД - 0,61 * В

СО - систолический объем, мл; ПД - пульсовое давление, мм рт. ст.; ДД - диастолическое давление, мм рт. ст.; В - возраст. Чтобы определить ПД, из систолического вычитают диастолическое.

Нормы ударного объема у взрослых и детей

Эта величина зависит от пола, возраста и тренированности организма. С годами ритм сердца становится медленнее, в связи с этим ударный выброс возрастает более заметно, чем минутный. УОК в зависимости от возраста:

Показатель МОК зависит от массы тела ребенка, с возрастом он уменьшается, а не увеличивается. По этой причине относительные значения выше у новорожденных и грудничков.

У детей обоих полов в возрасте до 10 лет показатели практически идентичны. Начиная с 11 лет, параметры увеличиваются, но более существенно у мальчиков (к 14-16 годам у них МОК - 4,6 л, а у девочек - 3,7).

Также гемодинамику характеризует сердечный индекс (СИ) - это отношение МОК к поверхности тела. У детей он может быть от 1,8 до 4,5 л/м2, независимо от возраста. Средняя величина составляет 3,1 л/м2.

Факторы, влияющие на гемодинамику

При измерении этих показателей, врач должен иметь в виду факторы, которые способны привести к изменению функции.

На заполнение сердца кровью и конечно-диастолический объем влияют:

• количество биологической жидкости, поступающее в правое предсердие из большого круга кровообращения;
• объем циркулирующей крови;
• синхронность работы предсердий и желудочков;
• длительность диастолы (расслабление миокарда).

Выше нормы ударный и минутный объем определяются при:

• задержке воды и натрия;
• горизонтальном положении тела (к правому предсердию увеличивается венозный возврат);
• физической тренировке, мышечных сокращениях;
• стрессе, сильном волнении.

Ниже нормы сердечный выброс определяется при:

• кровопотере, обезвоживании, шоке;
• вертикальном положении тела;
• увеличении давления в груди (обструкция легких, сильный непродуктивный кашель, пневмоторакс);
• гиподинамии;
• приеме препаратов, снижающих давление и расширяющих вены;
• аритмии;
• органической патологии миокарда (кардиосклероз, дилатационная кардиомиопатия, миокардиодистрофия).

На функцию сердца влияют лекарственные препараты. Увеличивают сократимость миокарда и повышают МОК адреналин, кардиогликозиды, норадреналин. Снижают сердечный выброс барбитураты, б-адреноблокаторы, антиаритмические препараты.

Левый и правый желудочки при каждом сокращении сердца человека изгоняют соответственно в аорту и легочные артерии примерно 60-80 мл крови; этот объем называется систолическим или ударным объемом крови (СОК). При систоле желудочков выбрасывается не вся кровь, содержащаяся в них, а лишь около половины. Остающаяся в желудочках кровь называется резервным объемом. Благодаря наличию резервного объема крови систолический объем может резко увеличиваться уже при первых сокращениях сердца после начала работы. Кроме резервного объема в желудочках сердца имеется еще остаточный объем крови, который не выбрасывается даже при самом сильном сокращении. Умножив СОК на ЧСС, можно вычислить минутный объем крови (МОК), который составляет в среднем 4,5-5 л. Важным показателем является сердечный индекс - отношение МОК к площади поверхности тела; эта величина у взрослых людей в среднем равна 2,5-3,5 л/мин/м 2 . При мышечной деятельности систолический объем может возрастать до 100-150 мл и более, а МОК - до 30-35 литров.

При каждом сокращении сердца в артерии выбрасывается под большим давлением некоторое количество крови. Ее свободному передвижению препятствует сопротивление периферических сосудов. В итоге в кровеносных сосудах создается давление, называемое кровяным давлением. Оно неодинаково в различных отделах сосудистой системы. Являясь наибольшим в аорте и крупных артериях, кровяное давление снижается в мелких артериях, артериолах, капиллярах, венах и становится ниже атмосферного в полых венах.

Величина артериального давления зависит от количества крови, поступающей в единицу времени из сердца в аорту, интенсивности оттока кровииз центральных сосудов на периферию, емкости сосудистого русла, упругого сопротивления артериальных стенок и вязкости крови. Поступление крови в артерии, т. е. систолический объем крови зависит от силы сокращения сердца.

Давление в артериях больше в момент систолы и меньше при диастоле. Наибольшее давление в артериях называется систолическим или максимальным, наименьшее - диастолическим или минимальным. Давление в артериях во время диастолы желудочков не падает до 0. Оно поддерживается благодаря упругости артериальных стенок, растянутых во время систолы. При систоле желудочков артерии наполняются кровью. Та кровь, которая не успевает пройти далее в периферические сосуды, растягивает стенки крупных артерий. Во время диастолы кровь в артериях не испытывает давления со стороны сердца. В это время на нее оказывают давление лишь артериальные стенки, растянутые при систоле сердца и возвращающиеся благодаря своей упругости в исходное состояние. Колебания кровяного давления при систоле и диастоле сердца происходят лишь в аорте и артериях. В артериолах же, капиллярах и венах давление крови постоянно на всем протяжении сердечного цикла.

У взрослых здоровых людей систолическое давление в плечевой артерии чаще всего находится в пределах от 110 до 125мм рт. ст. По данным Всемирной организации здравоохранения, у лиц 20-60 лет систолическое давление до 140мм рт. ст. является нормотоническим, выше 140 мм рт. ст. - гипертоническим, ниже 100мм рт. ст. - гипотоническим. Разница между систолическим и диастолическим давлениями называется пульсовым давлением или пульсовой амплитудой. Ее величина равна в среднем 40мм рт. ст. У людей пожилого возраста кровяное давление в связи с увеличением жесткости артериальных стенок выше, чем у людей молодого возраста. У детей кровяное давление ниже, чем у взрослых. Кровяное давление в разных артериях неодинаково. Оно может быть различным даже в артериях одного калибра, например, в правой и левой плечевых артериях. Еще чаще разность давлений отмечается в артериях верхних и нижних конечностей. Кровяное давление изменяется под воздействием различных факторов (эмоциональном возбуждении, физической работе). В легочной артерии человека систолическое давление составляет 25-30 мм рт. ст., диастолическое - 5-10мм. Таким образом, давление в артериях легких во много раз ниже, чем в большом круге. В легочных венах оно равно в среднем 6-12 мм рт. ст.

Сосуды легких могут депонировать кровь, т. е. вмещать ее избыточный объем, не используемый самим органом. Накопление крови в депо не вызывает существенного подъема давления в его сосудах. Емкость легочных сосудов непостоянна. При вдохеонаувеличивается, при выдохе - уменьшается. Легочные сосуды могут вмещать от 10 до 25 % всего объема крови.

Вопросы для самоконтроля:

1. Строение сердца и функции.

2. Клапанный аппарат сердца и его расположение.

3. Проводящая система сердца, ее топография и функция.

4. Что такое перикард?

5. Основные свойства сердца (автоматия, сократимость, возбуди-

6. мость, проводимость).

7. Расскажите о сердечном цикле, его начале, фазах и продолжи-

8. тельности.

9. Что такое систола и диастола? Какие процессы происходят в серд-

10. це при систоле и диастоле?

11. Как осуществляется нервно-гуморальная регуляция сердца?

12. Перечислите кровеносные сосуды, образующие малый (легочный)

13. круг кровообращения.

14. Что собой представляет большой круг кровообращения? Какие кровеносные сосуды в него входят?

Количество крови, выбрасываемой желудочками при каждом сокращении, называется систолическим, или ударным, объему (УО). Величина УО зависит от пола, возраста человека, функционального состояния организма, в спокойном состоянии у взрослого мужчины УО равен 65-70 мл, у женщины - 50-60 мл. За счет подключения резервных возможностей сердца УО может быть увеличен примерно в 2 раза.
Перед систолы в желудочке находится около 130-140 мл крови - конечно-диастолическая емкость (КДЕ). А после систолы в желудочках остается конечно-систолический объем, равный 60-70 мл. При мощном сокращении УО может увеличиваться до 100 мл за счет 30-40 мл систолического резервного объема (СРО). В конце диастолы в желудочках может быть на 30-40 мл больше крови. Это резервный диастолический объем (РДО). Таким образом, общая емкость желудочка может быть увеличена до 170-180 мл. Используя оба резервные объемы, желудочек может доказать систолическое выброс до 130-140 мл. После сильнейшего сокращения в желудочках остается около 40 мл остаточного объема (С) крови.
УО обоих желудочков примерно одинаков. Одинаковым должен быть и минутный объем кровотока (МОК), что называется сердечным выбросом, минутным объемом сердца.
В состоянии покоя у взрослого мужчины МОК составляет около 5 л. При определенных условиях, напрйклад, при выполнении физической работы, МОК за счет увеличения УО и ЧСС может повышаться до 20-30 л. Максимальный прирост ЧСС зависит от возраста человека.
Его примерную величину можно определить по формуле:
ЧССмакс = 220 - В,
где В - возраст (лет).
ЧСС увеличивается за счет незначительного сокращения продолжительности систолы и существенного уменьшения продолжительности диастолы.
Чрезмерное сокращение продолжительности диастолы супроводжуетья снижением КДЕ. Это в свою очередь приводит к уменьшению УО. Высочайшая производительность деятельности сердца молодого человека обычно бывает при ЧСС 150-170 в 1 мин.
На сегодня разработано немало методов, позволяющих прямо или косвенно судить о величине сердечного выброса. Предложенный A. Fick (1870) метод основан на определении разницы содержания 02 в артериальной и смешанной венозной крови, поступающей в легкие, а также установлении объема 02, потребляемой человеком за I мин. Простой расчет позволяет установить объем крови, вройшла через легкие за 1 мин (МОК). Столько же крови выбрасывает за I мин и левый желудочек. Поэтому, зная ЧСС, легко определить и среднюю величину УО (МОК: ЧСС).
Широкое применение получил метод разведения. Суть его заключается в определении степени разведения и скорости циркуляции в крови в разные промежутки времени веществ (некоторые краски, радионуклиды, охлажденный изотонический раствор натрия хлорида), введенных в вену.
Используют метод и прямого измерения МОК наложением ультразвуковых или электромагнитных датчиков на аорту с регистрацией показателей на мониторе и бумаге.
В последнее время широко используют неинвазивные методы (интегральная реография, эхокардиография), которые позволяют достаточно точно определить эти показатели как в состоянии покоя, так и при различных нагрузках.

Основной физиологической функцией сердца является нагнетание крови в сосуди­стую систему.

Количество крови, выбрасываемой желудочком сердца в минуту, является одним из важнейших показателей функционального состояния сердца и называется минутным объемом кровотока, или минутным объемом сердца. Он одинаков для правого и левого желудочков. Когда человек находится в состоянии покоя, минутный объем составляет в среднем 4,5-5,0 л. Разделив минутный объем на число сокращений сердца в минуту, можно вычислить систолический объем кровотока. При ритме сердечных сокращений 70-75 в минуту систолический объем равен 65-70 мл крови. Определение минутного объема кровотока у человека применяется в клинической практике.

Наиболее точный способ определения минутного объема кровотока у человека пред­ложен Фиком (1870). Он состоит в косвенном вычислении минутного объема сердца, которое производят, зная: 1) разницу между содержанием кислорода в артериальной и венозной крови; 2) объем кислорода, потребляемого человеком в минуту. Допустим,
что в 1 мин через легкие в кровь поступило 400 мл кислорода, каждые
100 мл крови поглощают в легких 8 мл кислорода; следовательно, чтобы усвоить все
количество кислорода, который поступил через легкие в кровь за минуту (в нашем при­
мере 400 мл), необходимо, чтобы через легкие прошло 100*400/8= 5000 мл крови. Это

количество крови и составляет минутный объем кровотока, который в данном случае ра­вен 5000 мл.

При использовании метода Фика необходимо брать венозную кровь из правой поло­вины сердца. В последние годы венозную кровь у человека берут из правой половины сердца при помощи зонда, вводимого в правое предсердие через плечевую вену. Этот метод взятия крови не имеет широкого применения.

Для определения минутного, а следовательно, и систолического объема разработан ряд других методов. В настоящее время широко применяют некоторые краски и радиоактив­ные вещества. Введенное в вену вещество проходит через правое сердце, малый круг кровообращения, левое сердце и поступает в артерии большого круга, где и определяют его концентрацию. Сначала она волнообразно нарастает, а затем падает. Через некото­рое время, когда порция крови, содержавшая максимальное его количество, вторично пройдет через левое сердце, его концентрация в артериальной крови вновь немного уве­личивается (так называемая волна рециркуляции). Замечают время от момента введе­ния вещества до начала рециркуляции и вычерчивают кривую разведения, т. е. измене­ния концентрации (нарастания и убыли) исследуемого вещества в крови. Зная количе­ство вещества, введенного в кровь и содержащегося в артериальной крови, а также время, потребовавшееся на прохождение всего количества введенного вещества через систему кровообращения, можно вычислить минутный объем (МО) кровотока в л/мин по формуле:

где I - количество введенного вещества в миллиграммах; С - средняя концентрация его в миллиграммах на 1 л, вычисленная по кривой разведения; Т - длительность первой волны циркуляции в секундах.

В настоящее время предложен метод интегральной реографии. Реография (импендансография) - это метод регистрации электрического сопротивления тканей человече­ского тела электрическому току, пропускаемому через тело. Чтобы не вызвать повреж­дения тканей, используют токи сверхвысокой частоты и очень небольшой силы. Сопро­тивление крови значительно меньше, чем сопротивление тканей, поэтому увеличение кровенаполнения тканей значительно снижает их электрическое сопротивление. Если регистрировать суммарное электрическое сопротивление грудной клетки в нескольких направлениях, то периодические резкие уменьшения его возникают в момент выброса сердцем в аорту и легочную артерию систолического объема крови. При этом величина уменьшения сопротивления пропорциональна величине систолического выброса.

Помня об этом и используя формулы, учитывающие размеры тела, особенности конституции и т. д., можно по реографическим кривым определить величину систоличе­ского объема крови, а умножив ее на число сердечных сокращений,- получить вели­чину минутного объема сердца.