Систолический объем и минутный объем сердца у младенцев. Минутный объем крови: формула

В клинической литературе чаще используют понятие «минутный объем кровообращения » (МОК ).

Минутный объем кровообращения характеризует общее количество крови, перекачиваемое правым и левым отделом сердца в течение одной минуты в сердечно-сосудистой системе. Размерность минутного объема кровообращения - л/мин или мл/мин. Чтобы нивелировать влияние индивидуальных антропометрических различий на величину МОК, его выражают в виде сердечного индекса . Сердечный индекс - это величина минутного объема кровообращения, деленная на площадь поверхности тела в м. Размерность сердечного индекса - л/(мин м2).

В системе транспорта кислорода аппарат кровообращения является лимитирующим звеном, поэтому соотношение максимальной величины МОК, проявляющейся при максимально напряженной мышечной работе, с его значением в условиях основного обмена дает представление о функциональном резерве сердечно-сосудистой системы. Это же соотношение отражает и функциональный резерв сердца в его гемодинамической функции. Гемодинамический функциональный резерв сердца у здоровых людей составляет 300-400 %. Это означает, что МОК покоя может быть увеличен в 3-4 раза. У физически тренированных лиц функциональный резерв выше - он достигает 500-700 %.

Для условий физического покоя и горизонтального положения тела испытуемого нормальные величины минутного объема кровообращения (МОК) соответствуют диапазону 4-6 л/ мин (чаще приводятся величины 5-5,5 л/мин). Средние величины сердечного индекса колеблются от 2 до 4 л/(мин м2) - чаще приводятся величины порядка 3-3,5 л/(мин м2).

Поскольку объем крови у человека составляет только 5-6 л, полный кругооборот всего объема крови происходит примерно за 1 мин. В период тяжелой работы МОК у здорового человека может увеличиваться до 25- 30 л/мин, а у спортсменов - до 30-40 л/мин.

Факторами, определяющими величину величины минутного объема кровообращения (МОК) , являются систолический объем крови, частота сердечных сокращений и венозный возврат крови к сердцу.

Систолический объем крови . Объем крови, нагнетаемый каждым желудочком в магистральный сосуд (аорту или легочную артерию) при одном сокращении сердца, обозначают как систолический, или ударный, объем крови.

В покое объем крови , выбрасываемый из желудочка, составляет в норме от трети до половины общего количества крови, содержащейся в этой камере сердца к концу диастолы. Оставшийся в сердце после систолы резервный объем крови является своеобразным депо, обеспечивающим увеличение сердечного выброса при ситуациях, в которых требуется быстрая интенсификация гемодинамики (например, при физической нагрузке, эмоциональном стрессе и др.).

Величина систолического (ударного) объема крови во многом предопределена конечным диастолическим объемом желудочков. В условиях покоя диастолическая емкость желудочков сердца подразделяется на три фракции: ударного объема, базального резервного объема и остаточного объема. Все эти три фракции суммарно составляют конечно-диастолический объем крови, содержащийся в желудочках (рис. 9.4).

После выброса в аорту систолического объема крови оставшейся в желудочке объем крови - это конечно-систолический объем. Он подразделяется на базальный резервный объем и остаточный объем. Базальный резервный объем - это количество крови, которое может быть дополнительно выброшено из желудочка при увеличении силы сокращений миокарда (например, при физической нагрузке организма). Остаточный объем - это то количество крови, которое не может быть вытолкнуто из желудочка даже при самом мощном сердечном сокращении (см. рис. 9.4).

Величина резервного объема крови является одной из главных детерминант функционального резерва сердца по его специфической функции - перемещению крови в системе. При увеличении резервного объема, соответственно, увеличивается максимальный систолический объем, который может быть выброшен из сердца в условиях его интенсивной деятельности.

Регуляторные влияния на сердце реализуются в изменении систолического объема путем воздействия на сократительную силу миокарда. При уменьшении мощности сердечного сокращения систолический объем снижается.

У человека при горизонтальном положении тела в условиях покоя систолический объем составляет от 60 до 90 мл (табл. 9.3).

Основной физиологической функцией сердца является выброс крови в сосудистую систему. Поэтому количество изгоняемой из желудочка крови является одним из важнейших показателей функционального состояния сердца.

Количество крови, выбрасываемой желудочком сердца в 1 минуту, называется минутным объемом крови. Он одинаков для правого и левого желудочка. Когда человек находится в состоянии покоя, минутный объем составляет в среднем около 4,5-5 л.

Разделив минутный объем на число сокращений сердца в минуту, можно вычислить систолический объем крови . При ритме сердечных сокращений 70-75 в минуту систолический объем равен 65-70 мл крови.

Определение минутного объема крови у человека применяется в клинической практике.

Наиболее точный способ определения минутного объема крови у человека был предложен Фиком. Он состоит в косвенном вычисления минутного объема сердца, которое производят, зная:

1. разницу между содержанием кислорода в артериальной и венозной крови;

2. объем кислорода, потребляемого человеком в 1 минуту. Допустим, что в 1 минуту через легкие в кровь поступило 400 мл кислорода и что количество кислорода в артериальной крови на 8 об.% больше, чем в венозной. Это означает, что каждые 100 мл крови поглощают в легких 8 мл кислорода, следовательно, чтобы поглотить все количество кислорода, которое поступило через легкпе в кровь в 1 минуту, т. е. в нашем примере 400 мл, необходимо, чтобы через лёгкие прошло 100·400/8=5000 мл крови. Это количество крови и составляет минутный объем крови, который в данном случае равен 5000 мл.

При использовании этого метода необходимо брать смешанную венозную кровь из правой половины сердца, так как кровь периферических вен имеет неодинаковое содержание кислорода в зависимости от интенсивности работы органов тела. В последние годы смешанную венозную кровь у человека берут прямо из правой половины сердца при помощи зонда, вводимого в правое предсердие через плечевую вену. Однако по понятным причинам этот метод взятия крови не имеет широкого применения.

Для определения минутного, а следовательно, и систолического объема крови разработан еще ряд других методов. Многие из них основаны па методическом припципе, предложенном Стюартом и Гамильтоном. Он состоит в том, что определяют разведение и скорость циркуляции какого-либо вещества, введенного в вену. В настоящее время для этого 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.

Сердечно-легочный препарат . Влияние различных условий на величину систолического объема сердца можно исследовать в остром опыте посредством методики сердечно-легочного препарата, разработанной И. II. Павловым и Н. Я. Чистовичем и позднее усовершенствованной Э. Старлингом.

При этой методике у животного выключают большой круг кровообращения путем перевязки аорты и полых вен. Венечное кровообращение, а также кровообращение через легкие, т. е. малый круг, сохраняют неповрежденным. В аорту и полую вену вводят канюли, которые соединяют с системой стеклянных сосудов и резиновых трубок. Кровь, выбрасываемая левым желудочком в аорту, течет по этой искусственной системе, поступает в полые вены и затем в правое предсердие п правый желудочек. Отсюда кровь направляется в легочный круг. Пройдя капилляры легких, которые ритмически раздувают мехами, кровь, обогащенная кислородом и отдавшая углекислоту, так же как и в нормальных условиях, возвращается в левое сердце, откуда она вновь течет в искусственный большой круг из стеклянных и резиновых трубок.

Путем специального приспособления имеется возможность, изменяя сопротивление, встречаемое кровью в искусственном большом круге, увеличивать или уменьшать приток крови к правому предсердию. Таким образом, сердечно-легочный препарат дает возможность по желанию изменять нагрузку сердца.

Зависимость силы сердечпых сокращений и величины систолического объёма от кровенаполнения желудочков в диастолу, а следовательно, от растяжения их мышечных волокон наблюдается в ряде случаев патологии.

При недостаточности полулунного клапана аорты, когда имеется дефект этого клапана, левый желудочек во время диастолы получает кровь не только из предсердия, но и из аорты, так как часть выброшенной в аорту крови возвращается в желудочек обратно через отверстие в клапане. Желудочек поэтому перерастягивается избыточным количеством крови; соответственно, но закону Старлинга, нарастает сила сердечных сокращений. В итоге благодаря увеличенной систоле, несмотря на дефект аортального клапана и возврат части крови в желудочек из аорты, кровоснабжение органов сохраняется на нормальном уровне.

Изменения минутного объема крови при работе . Систолический и минутный объемы крови не являются постоянными величинами, напротив, они весьма изменчивы в зависимости от того, в каких условиях находится организм и какую работу он совершает. При мышечной работе происходит очень значительное увеличение минутного объема (до 25-30 л). Это может быть обусловлено учащением сердечных сокращений п увеличением систолического объема. У нетренированных людей увеличение минутного объема обычно происходит за счет учащения ритма сердечных сокращений.

У тренированных же людей при работе средней тяжести происходит увеличение систолического объема и гораздо меньшее, чем у нетренированных, учащение ритма сердечных сокращений. При очень большой работе, например при требующих огромного напряжения спортивных соревнованиях, даже у хорошо тренированных спортсменов наряду с увеличением систолического объема отмечается также учащение сердечных сокращений. Учащение сердечного ритма в сочетании с увеличением систолического объема обусловливает очень большое увеличение минутного объема, а следовательно, и увеличение кровоснабжения работающих мышц, чем создаются условия, обеспечивающие большую работоспособность. Число сердечных сокращений у тренированных людей может достигать при очень большой нагрузке 200 и более в минуту.

Артериальное давление

Артериальное, или системное кровяное, давление (АД) – это то давление, которое оказывает кровь на стенки артериальных сосудов. Давление – это важный параметр жизнедеятельности организма, в случае смерти величина давления опускается к нолю.

Существует несколько видов системного давления:

в артериях – артериальное (это именно тот показатель, который чаще всего измеряется);

в капиллярах – капиллярное;

Основной физиологической функцией сердца является выброс крови в сосудистую систему. Поэтому количество изгоняемой из желудочка крови является одним из важнейших показателей функционального состояния сердца.

Количество крови, выбрасываемой желудочком сердца в 1 минуту, называется минутным объемом крови. Он одинаков для правого и левого желудочка. Когда человек находится в состоянии покоя, минутный объем составляет в среднем около 4,5-5 л.

Разделив минутный объем на число сокращений сердца в минуту, можно вычислить систолический объем крови . При ритме сердечных сокращений 70-75 в минуту систолический объем равен 65-70 мл крови.

Определение минутного объема крови у человека применяется в клинической практике.

Наиболее точный способ определения минутного объема крови у человека был предложен Фиком. Он состоит в косвенном вычисления минутного объема сердца, которое производят, зная:

1. разницу между содержанием кислорода в артериальной и венозной крови;
2. объем кислорода, потребляемого человеком в 1 минуту. Допустим, что в 1 минуту через легкие в кровь поступило 400 мл кислорода и что количество кислорода в артериальной крови на 8 об.% больше, чем в венозной. Это означает, что каждые 100 мл крови поглощают в легких 8 мл кислорода, следовательно, чтобы поглотить все количество кислорода, которое поступило через легкпе в кровь в 1 минуту, т. е. в нашем примере 400 мл, необходимо, чтобы через лёгкие прошло 100·400/8=5000 мл крови. Это количество крови и составляет минутный объем крови, который в данном случае равен 5000 мл.

При использовании этого метода необходимо брать смешанную венозную кровь из правой половины сердца, так как кровь периферических вен имеет неодинаковое содержание кислорода в зависимости от интенсивности работы органов тела. В последние годы смешанную венозную кровь у человека берут прямо из правой половины сердца при помощи зонда, вводимого в правое предсердие через плечевую вену. Однако по понятным причинам этот метод взятия крови не имеет широкого применения.

Для определения минутного, а следовательно, и систолического объема крови разработан еще ряд других методов. Многие из них основаны па методическом припципе, предложенном Стюартом и Гамильтоном. Он состоит в том, что определяют разведение и скорость циркуляции какого-либо вещества, введенного в вену. В настоящее время для этого 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.

Сердечно-легочный препарат . Влияние различных условий на величину систолического объема сердца можно исследовать в остром опыте посредством методики сердечно-легочного препарата, разработанной И. II. Павловым и Н. Я. Чистовичем и позднее усовершенствованной Э. Старлингом.

При этой методике у животного выключают большой круг кровообращения путем перевязки аорты и полых вен. Венечное кровообращение, а также кровообращение через легкие, т. е. малый круг, сохраняют неповрежденным. В аорту и полую вену вводят канюли, которые соединяют с системой стеклянных сосудов и резиновых трубок. Кровь, выбрасываемая левым желудочком в аорту, течет по этой искусственной системе, поступает в полые вены и затем в правое предсердие п правый желудочек. Отсюда кровь направляется в легочный круг. Пройдя капилляры легких, которые ритмически раздувают мехами, кровь, обогащенная кислородом и отдавшая углекислоту, так же как и в нормальных условиях, возвращается в левое сердце, откуда она вновь течет в искусственный большой круг из стеклянных и резиновых трубок.

Путем специального приспособления имеется возможность, изменяя сопротивление, встречаемое кровью в искусственном большом круге, увеличивать или уменьшать приток крови к правому предсердию. Таким образом, сердечно-легочный препарат дает возможность по желанию изменять нагрузку сердца.

Опыты с сердечно-легочным препаратом позволили Старлингу установить закон сердца. При увеличении кровенаполнения сердца в диастолу и, следовательно, при увеличенном растяжении мышцы сердца сила сердечных сокращений возрастает, поэтому увеличивается отток крови от сердца, иначе говоря, систолический объем. Эта важная закономерность наблюдается и при работе сердца в целостном организме. Если увеличить массу циркулирующей крови введением физиологического раствора и тем самым увеличить приток крови к сердцу, то увеличивается систолический и минутный объем (рис. 29 ). Рис. 29. Изменения давления в правом предсердии (1), минутного объема крови (2) и частоты сердечных сокращений (цифры под кривой) при увеличении количества циркулирующей крови в результате введения солевого раствора в вену (по Шарпей - Шеферу). Период введения раствора отмечен черной полосой.

Зависимость силы сердечпых сокращений и величины систолического объёма от кровенаполнения желудочков в диастолу, а следовательно, от растяжения их мышечных волокон наблюдается в ряде случаев патологии.

При недостаточности полулунного клапана аорты, когда имеется дефект этого клапана, левый желудочек во время диастолы получает кровь не только из предсердия, но и из аорты, так как часть выброшенной в аорту крови возвращается в желудочек обратно через отверстие в клапане. Желудочек поэтому перерастягивается избыточным количеством крови; соответственно, но закону Старлинга, нарастает сила сердечных сокращений. В итоге благодаря увеличенной систоле, несмотря на дефект аортального клапана и возврат части крови в желудочек из аорты, кровоснабжение органов сохраняется на нормальном уровне.

Изменения минутного объема крови при работе . Систолический и минутный объемы крови не являются постоянными величинами, напротив, они весьма изменчивы в зависимости от того, в каких условиях находится организм и какую работу он совершает. При мышечной работе происходит очень значительное увеличение минутного объема (до 25-30 л). Это может быть обусловлено учащением сердечных сокращений п увеличением систолического объема. У нетренированных людей увеличение минутного объема обычно происходит за счет учащения ритма сердечных сокращений.

У тренированных же людей при работе средней тяжести происходит увеличение систолического объема и гораздо меньшее, чем у нетренированных, учащение ритма сердечных сокращений. При очень большой работе, например при требующих огромного напряжения спортивных соревнованиях, даже у хорошо тренированных спортсменов наряду с увеличением систолического объема отмечается также учащение сердечных сокращений. Учащение сердечного ритма в сочетании с увеличением систолического объема обусловливает очень большое увеличение минутного объема, а следовательно, и увеличение кровоснабжения работающих мышц, чем создаются условия, обеспечивающие большую работоспособность. Число сердечных сокращений у тренированных людей может достигать при очень большой нагрузке 200 и более в минуту.

Систолическим _объемом называется количество крови, выбрасываемой желудочками сердца при каждом его сокращении. Эта величина зависит от количества крови, притекающей к сердцу, и от силы сердечных сокращений. В состоянии покоя у взрослых здоровых людей систолический объем крови составляет в среднем 60-80 мл. При систоле желудочков выбрасывается не вся кровь, содержащаяся в них, а лишь около половины. Остающаяся в желудочке кровь называется резервным объемом.- Благодаря наличию резервного объема, систолический объем крови увеличивается сразу же после начала работы. Кроме того, имеется остаточный объем крови, который не выбрасывается из желудочков сердца даже при самом сильном его сокращении. При мышечной деятельности и систолический объем крови увеличивается до 100-150 мл (в отдельных случаях до 180-200 мл). Наибольших величин он достигает при относительно легкой работе. При повышении же ее мощности он либо перестает увеличиваться (рис. 64), либо даже начинает несколько снижаться. \

Количество крови, выбрасываемое сердцем в течение одной минуты называется минутным объемом крови.Величина его зависит от частоты сердцебиения и систолического объема крови. В состоянии покоя у взрослых людей минутный объем крови составляет в среднем 5-6 л.

Он зависит от размеров тела. Поэтому для сравнительной его оценки вычисляют так называемый сердечный индекс : величину минутного объема крови делят на площадь поверхности тела человека, которая в зависимости от роста и веса колеблется в пределах 1,5-2 м2. Следовательно, сердечный индекс у взрослых составляет около 2,5-3,5 л/мин/м2.

При легкой работе минутный объем крови увеличивается до 10-15 л/мин. У тренированных спортсменов при очень напряженной мышечной деятельности он может достигать и более 40 л/мин. Например, при беге на тредбане с предельной скоростью наблюдали увеличение минутного объема крови до 42,3 л. При этом систолический объем крови несколько превышал 200 мл, а частота сердцебиения была равна 200 уд/ мин.

Увеличение минутного объема крови при мышечной деятельности обеспечивает повышенную потребность органов и тканей в кровоснабжении. Однако в этом процессе значительную роль играет и перераспределение циркулирующей крови. Большая часть ее устремляется в расширенные при работе сосуды скелетных мышц. в органах же, не принимающих активного участия в работе, сосуды суживаются и кровоснабжение их уменьшается (табл. 2). Перераспределение крови наиболее ярко выражено при тяжелой работе. Количество крови, поступающей к скелетным мышцам в состоянии покоя, составляет около 20 % всего объема циркулирующей крови. При легкой работе мышечный кровоток увеличивается до 45 %, при тяжелой - до 88 %. Одновременно уменьшается приток крови к пищеварительным органам и почкам. Кровоснабжение сердца при тяжелой работе увеличивается в 4 раза по сравнению с величиной покоя. Кожный кровоток увеличивается при легкой работе и при работе средней тяжести, при тяжелой же работе он уменьшается.

В этой части речь идет об основной работе сердца, об одном из показателей функционального состояния сердца - величине минутного и систолического объемов.

Систолический и минутный объемы сердца. Работа сердца.

Сердце, осуществляя сократительную деятельность, во время систолы выбрасывает в сосуды определенное количество крови. В этом основная функция сердца. Поэтому одним из показателей функционального состояния сердца является величина минутного и систолического объемов. Исследование величины минутного объема имеет практическое значение и применяется в физиологии спорта, клинической медицине и профессиональной гигиене.

Минутный и систолический объем сердца.

Количество крови, выбрасываемое сердцем в сосуды за минуту, называют минутным объемом сердца. Количество крови, которое выбрасывает сердце за одно сокращение, называют систолическим объемом сердца.

Минутный объем сердца у человека в состоянии относительного покоя равен 4,5-5 л. Он одинаков для правого и левого желудочков. Систолический объем можно легко рассчитать, разделив минутный объем на число сердечных сокращений.

Величина минутного и систолического объемов подвергается большим индивидуальным колебаниям и зависит от различных условий: функционального состояния организма, температуры тела, положения тела в пространстве и др. Она значительно изменяется под влиянием физической нагрузки. При большой мышечной работе величина минутного объема увеличивается в 3-4 и даже в 6 раз и может составить 37,5 л при 180 сердечных сокращениях в минуту.

Большое значение в изменении величины минутного и систолического объемов сердца имеет тренировка. При выполнении одной и той же работы у тренированного человека значительно возрастает величина систолического и минутного объемов сердца при незначительном увеличении числа сердечных сокращений. У нетренированного человека, наоборот, значительно увеличивается частота сердечных сокращений и почти не изменяется систолический объем сердца.

Систолический объем увеличивается при увеличении притока крови к сердцу. С увеличением систолического объема увеличивается и минутный объем крови.

Работа сердца.

Основная работа сердца заключается в нагнетании крови в сосуды против сопротивления (давления), которое в них развивается. Предсердия и желудочки выполняют различную работу. Предсердия, сокращаясь, нагнетают кровь в расслабленные желудочки. Эта работа не требует их большого напряжения, так как давление крови в желудочках повышается постепенно по мере поступления в них крови из предсердий.

Значительно большую работу выполняют желудочки, особенно левый. Из левого желудочка кровь выталкивается в аорту, где давление крови велико. При этом желудочек должен сократиться с такой силой, чтобы преодолеть это сопротивление, для чего давление крови в нем должно стать выше, чем в аорте. Только при этом вся находящаяся в нем кровь будет выброшена в сосуды.

Давление крови в легочных артериях приблизительно в 5 раз меньше, чем в аорте, поэтому правый желудочек совершает во столько же раз меньшую работу.

Работа, выполняемая сердцем, рассчитывается по формуле: W=Vp+mv 2 /2g,

где V - объем выброшенной сердцем крови (минутный или систолический), p - давление крови в аорте (сопротивление), m - масса выбрасываемой крови, v - скорость, с которой выталкивается кровь, g - ускорение свободно падающего тела.

По данной формуле работа сердца слагается из работы, направленной на преодоление сопротивления сосудистой системы (это отражает первое слагаемое) и работы, направленной на придание скорости (второе слагаемое). В обычных условиях работы сердца второе слагаемое по сравнению с первым очень мало (составляет 1%) и поэтому им пренебрегают. Тогда работа сердца может быть рассчитана по формуле: W=Vp, т.е. вся она направлена на преодоление сопротивления в сосудистой системе. В среднем сердце за сутки выполняет работу около 10000 кгс м. Работа сердца тем больше, чем больше приток крови.

Работа сердца возрастает и в том случае, если увеличивается сопротивление в сосудистой системе (например, повышается давление крови в артериях вследствие сужения капилляров). При этом сначала силы сокращений сердца недостаточно, чтобы выбросить всю кровь против возросшего сопротивления. В течение нескольких сокращений в сердце остается какое-то количество крови, которое способствует растяжению волокон сердечной мышцы. Вследствие этого наступает момент, когда сила сокращения сердца увеличивается и выбрасывается вся кровь, т.е. увеличивается систолический объем сердца, а следовательно, увеличивается и систолическая работа. Максимальную величину, на которую увеличивается объем сердца во время диастолы, называют резервными или запасными силами сердца. Эта величина возрастает в процессе тренировки сердца.