Войти

Острые реакции на физические упражнения

01.11.2024
49 просмотров
Вопросы и комментарии

Влияние физических упражнений

Физические упражнения создают нагрузку на физиологические системы в организме человека, и эти нагрузки вызывают различные реакции. Эти реакции зависят от[1]:

  • типа или вида упражнения
  • интенсивности упражнения
  • продолжительности упражнения
  • частоты упражнений
  • условия окружающей среды[2]
  • эмоционального влияния[3]

Частота сердечных сокращений

  • Существует линейное увеличение частоты сердечных сокращений с рабочей нагрузкой и потреблением кислорода (VO2) во время динамических упражнений
  • Отклик частоты сердечных сокращений (ЧСС) может зависеть от[5]:
    • возраста
    • положения тела
    • физической подготовки
    • типа активности
    • медикаментов
    • условий окружающей среды
    • объема крови

Максимальная частота сердечных сокращений

  • Максимальная частота сердечных сокращений (HRmax) достигается после максимального усилия до произвольной усталости.[6] Это наивысшее значение частоты сердечных сокращений, которое человек может достичь во время полного усилия до истощения. Это подтверждается стабилизацией частоты сердечных сокращений, несмотря на увеличение нагрузки.[7]
  • Тренируемость HRmax:
    • Хотя многие источники утверждают, что HRmax не изменяется с тренировками, существуют исследования, которые сообщают о снижении HRmax после регулярных аэробных упражнений у сидячих взрослых и выносливых спортсменов.[8][9] [10][11]
    • HRmax может увеличиться, если прекратить регулярные аэробные упражнения, и также существуют свидетельства того, что разгрузка или детренированность увеличивают HRmax.[8][12]
    • Уайт и др.[13] сообщили, что HRmax был похожим между элитными аэробными и анаэробными тренированными спортсменами, однако, когда этих спортсменов сравнивали с сидячими участниками того же возраста, HRmax спортсменов был значительно ниже, чем у сидячих участников.
  • HRmax остается постоянным день ото дня и немного снижается год от года
  • HRmax может быть оценен с помощью уравнений предсказания, основанных на возрасте, но следует учитывать, что такие методы связаны с большой стандартной ошибкой. Также рекомендуется, чтобы эти уравнения применялись к аналогичным популяциям, как те, которые использовались для их вывода.[14]
    • HRmax = 220 - возраст в годах (это наиболее распространенная и широко используемая формула)[15]
      • Эта формула до сих пор используется в клинических условиях. Однако было сообщено, что она может привести к отклонениям и пере- и недооценке максимальной частоты сердечных сокращений у более молодых и пожилых популяций.[16]
    • HRmax = 208 - (o.7 x возраст в годах) - это более точная формула, скорректированная для людей старше 40 лет[17]
    • HRmax = 211 - (o.64 x возраст в годах) - еще более точная формула, скорректированная для общо активных людей[7]
  • Оценка HRmax:
    • Лабораторные условия
      • Поэтапный тест упражнений[16]
    • Полевая проверка
      • Протоколы бега и велосипедных нагрузок
  • Измерение HRmax помогает медицинским работникам определить сердечно-сосудистую реакцию на тестирование с нагрузкой, усилие во время упражнений и назначения упражнений.[16]

[18]

Стабильная частота сердечных сокращений

  • Стабильное состояние = "состояние, при котором энергозатраты, осуществляемые во время упражнения, балансируются с энергией, необходимой для выполнения этого упражнения, и факторы, ответственные за обеспечение этой энергией, достигают повышенных уровней равновесия"
  • Стабильная частота сердечных сокращений = оптимальная частота сердечных сокращений для удовлетворения циркуляторных потребностей при данной субмаксимальной нагрузке/интенсивности
  • Стабильная частота сердечных сокращений связана с эффективностью сердца и балансом между усиленной сократимостью и увеличенным ударным объемом. Таким образом, частота сердечных сокращений поддерживается как можно ниже при любой данной нагрузке - этого достигают за счет усиленной сократимости и увеличенного ударного объема
    • увеличенный ударный объем является результатом увеличения венозного возврата, который, в свою очередь, увеличивает конечный диастолический объем левого желудочка (преднагрузка). Увеличенная преднагрузка растягивает миокард, что вызывает более сильное его сокращение (усиленная сократимость) (в соответствии с законом Франка-Старлинга)

[19]

  • Стабильная частота сердечных сокращений помогает предсказать функциональную способность

Максимальное потребление кислорода (VO2max)

  • VO2max — золотой стандарт оценки аэробной способности[20]
  • Это произведение максимального сердечного выброса (Q) и артериовенозной разницы кислорода (a - vO2)[21]
  • Это максимальная способность организма потреблять (усваивать, доставлять и использовать) кислород для производства энергии[20]
  • Читать далее: VO2 Max

VO2max = HRmax x SVmax x (a-vO2)max = Q x (a -vO2)max

Ударный объем

  • Ударный объем = "объем крови, выбрасываемый из левого желудочка сердца во время каждого систолического сокращения сердца"[22]
  • Конечный диастолический объем (EDV) зависит от давления заполнения сердца и эластичности желудочков[23]
  • Конечный систолический объем (ESV) зависит от постнагрузки и сократимости[23]
  • Ударный объем (SV) в покое: 60-100 мл/удар
  • Максимальный ударный объем: 100-120 мл/удар
  • Достигает максимального значения при приблизительно 50% максимального усилия

SV = EDV - ESV[22]

[24]

Регуляция ударного объема

  • Конечный диастолический объем (EDV)[23]
    • Объем крови в желудочках в конце диастолы ("преднагрузка")
  • Среднее аортальное кровяное давление[23]
    • Давление, против которого сердце должно сокращаться, чтобы выбросить кровь ("постнагрузка")
    • Увеличение постнагрузки = снижение ударного объема (обычно у больных людей, а не у здоровых атлетических популяций)
  • Сила сокращения желудочков[23]
    • "Сократимость"

Конечный диастолический объем

  • Механизм Франка-Старлинга
    • Большая преднагрузка приводит к растяжению желудочков и более сильному сокращению[25]
  • Влияют на:
    • Вазоконстрикция
    • Скелетно-мышечный насос
    • Респираторный насос

Сердечный выброс

  • Сердечный выброс — это количество крови, перекачиваемое сердцем за 1 минуту[22]
  • Сердечный выброс (Q) = Частота сердечных сокращений (ЧСС) X Ударный объем (УО)[23]
  • В состоянии покоя: 5 л/мин
  • Максимальный: 20 л/мин или более
  • Приблизительно до 50% от максимального усилия как ЧСС, так и УО способствуют увеличению Q[23]

Частота сердечных сокращений, ударный объем и сердечный выброс - интегрированная сердечная реакция на физическую нагрузку

Рассмотрим этот пример: человек находится в положении лежа, затем переходит в сидячее положение, а затем в положение стоя. Сердце реагирует на эти изменения положения следующим образом[23]:

  • В положении лежа частота сердечных сокращений минимальна (например, 50 ударов/мин)
  • В положении сидя частота сердечных сокращений немного увеличивается (например, 55 ударов/мин)
  • В положении стоя частота сердечных сокращений возрастает еще больше (например, 60 ударов/мин)
  • Объяснение[23]:
    • Переход в положение стоя увеличивает венозное распределение крови в наиболее зависимых частях тела
      • Из-за изменений положения с лежачего на сидячее и стоячее сила тяжести вызывает накопление крови в ногах, поэтому объем крови, возвращающейся к сердцу, уменьшается.
    • Это перераспределение крови вызывает уменьшение внутригрудного объема крови, возвращающегося к сердцу. Через механизм Франка-Старлинга это вызывает уменьшение ударного объема (на 30% до 40%)
    • Для компенсации уменьшения ударного объема частота сердечных сокращений увеличивается, чтобы поддерживать сердечный выброс
    • Ударный объем снова увеличивается при возврате в горизонтальное положение, в ответ на увеличенное венозное возвращение

Рассмотрим следующий пример: человек начинает двигаться из положения стоя, затем идет, потом переходит к легкому бегу, а затем бегом с быстрейшим темпом. Сердце отреагирует следующим образом:

  • В положении стоя частота сердечных сокращений минимальна (например, 60 ударов/мин)
  • Во время ходьбы частота сердечных сокращений увеличивается (например, 90 ударов/мин)
  • Во время легкого бега частота сердечных сокращений увеличивается еще больше (например, 140 ударов/мин)
  • Во время быстрого бега частота сердечных сокращений увеличивается еще больше (например, 180 ударов/мин)
  • Объяснение[23]:
    • Частота сердечных сокращений увеличивается пропорционально увеличению интенсивности упражнения
    • Первоначальное увеличение частоты сердечных сокращений (до 100 ударов/мин) происходит за счет снижения парасимпатической активности
    • Увеличенная активация симпатической нервной системы способствует дальнейшему увеличению частоты сердечных сокращений
    • Ударный объем увеличивается при выполнении упражнений и, следовательно, способствует дальнейшему увеличению сердечного выброса

У нетренированных людей на начальной стадии упражнений увеличенный сердечный выброс является результатом увеличения частоты сердечных сокращений и ударного объема. Ударный объем увеличивается пропорционально повышению интенсивности упражнений, но у нетренированных людей максимальный ударный объем обычно достигается при 40-60% от VO2max. После этого увеличение сердечного выброса в основном является результатом увеличения частоты сердечных сокращений. Однако высокотренированные спортсмены способны дополнительно увеличивать ударный объем.[23]

Артериальное давление

  • Систолическое артериальное давление (САД)
    • Во время продолжительных упражнений САД увеличивается прямо пропорционально увеличению интенсивности упражнений[26]
  • Диастолическое артериальное давление (ДАД)
    • Незначительное уменьшение, увеличение или отсутствие изменений
  • Читать больше: Артериальное давление

Артериовенозная разница кислорода (a-vO2)

  • Артериовенозная разница кислорода = количество кислорода, извлеченного из крови по мере ее протекания через тело[23]
  • Рассчитывается как разница между содержанием кислорода в артериальной и венозной крови
  • Увеличивается с увеличением интенсивности упражнений, так как больше кислорода изымается из крови
    • В состоянии покоя: (20 мл O2/100 мл - 15 мл O2/100 мл) = 5 мл O2/100 мл
    • При максимальной нагрузке: (20 мл O2/100 мл - 5 мл O2/100 мл) = 15 мл O2/100 мл

[27]

Легочная вентиляция (Ve)

  • Ve = Частота дыхания (ЧД) x Дыхательный объем (ДО)
    • ДО = объем воздуха, вдыхаемого за один вдох
  • В начале физических упражнений наблюдается немедленное увеличение вентиляции
    • Это связано с расширением дыхательного объема и увеличением частоты дыхания[28]
  • По мере прогрессирования упражнений увеличенный метаболизм генерирует CO2 и водород (H). Это стимулирует периферические хеморецепторы в каротидных телах и центральные хеморецепторы активировать дыхательный центр в мозге.[23]
  • Когда упражнения прекращаются, легочная вентиляция возвращается к норме с более медленной скоростью
  • Вентиляционная реакция на легкие, умеренные и тяжелые нагрузки[23]:
    • Происходит первоначальное резкое увеличение, после чего частота вентиляции стабилизируется на устойчивом уровне для легких и умеренных нагрузок
    • При нагрузках высокой интенсивности частота вентиляции не стабилизируется (она продолжает увеличиваться при тяжелой нагрузке)

Кровоток

Модели кровотока изменяются от состояния покоя к физической нагрузке[23]:

  • В состоянии покоя 15-25% сердечного выброса (Q) идет к скелетной мускулатуре
  • При физической нагрузке 85-90% сердечного выброса идет к скелетной мускулатуре
  • Происходит пятикратное увеличение кровотока к сердцу
  • Происходит уменьшение кровотока к коже, почкам, печени и внутренностям во время физической нагрузки
  • Происходят лишь незначительные изменения кровотока к мозгу

Переход от отдыха к упражнениям и от упражнений к восстановлению

  • Есть зависящие от интенсивности адаптации ЧСС, УО, МОК, САД, ЧДД, ДП и VO2
  • Плато при субмаксимальных (т.е. ниже порога лактата) упражнениях
  • Восстановление зависит от:
    • длительности и интенсивности упражнений
    • состояния тренированности индивидуума

Длительное выполнение упражнений и сердечно-сосудистый дрейф

При длительных аэробных упражнениях в устойчивом состоянии ударный объем постепенно уменьшается, а частота сердечных сокращений увеличивается. Это поддерживает сердечный выброс. Также снижается артериальное давление. Увеличение частоты сердечных сокращений во время длительных упражнений называется сердечно-сосудистым дрейфом и происходит из-за обезвоживания, увеличения кровообращения кожи (повышение температуры тела) и уменьшения возврата венозной крови.[23]

Сердечно-сосудистый дрейф = постепенное увеличение частоты сердечных сокращений со временем в сочетании с прогрессивным снижением ударного объема и продолжением поддержания сердечного выброса.

[29]

Краткое описание острых физиологических реакций на упражнения

  • Ответ на прессорную нагрузку при упражнениях
    • Вызвано сокращением мышц
      • Рецепторы мышц стимулируются мышечным искажением или метаболическими продуктами - передача афферентного сигнала в центральную нервную систему (ЦНС)
    • Явления симпатической нервной системы
      • Общая вазоконстрикция в неактивных скелетных мышцах
      • Усиление сократимости миокарда
      • Увеличение ЧСС
      • Увеличение САД
      • Увеличение и перераспределение МОК
      • Ответ = интенсивность упражнения
  • Один из основных вызовов гомеостазу, вызванных упражнениями, - повышенная потребность мышц в кислороде
  • Во время тяжелых упражнений потребность в кислороде может быть на 15-25 раз выше
  • Два значительных изменения в кровотоке при упражнениях:
    • увеличение сердечного выброса
    • перераспределение кровотока
  • Зависит от:
    • Тип, интенсивность и продолжительность упражнений
    • Условия окружающей среды
    • Эмоциональное влияние
Таблица 1. Острые физиологические реакции на упражнения
Сердечно-сосудистая система
  • Увеличение частоты сердечных сокращений
  • Увеличение ударного объема
  • Увеличение сердечного выброса
  • Увеличение артериального давления (систолического)
  • Перераспределение кровотока к работающим мышцам
  • Увеличение артериовенозной разницы кислорода
Дыхательная система
  • Увеличение частоты дыхания
  • Увеличение дыхательного объема
    • при низкой интенсивности упражнений объем дыхания и частота дыхания увеличиваются пропорционально
    • при высокой интенсивности упражнений объем дыхания достигает плато, и дальнейшее увеличение вентиляции происходит за счет повышения частоты дыхания
  • Увеличение вентиляции
  • Увеличение легочной диффузии
  • Увеличение потребления кислорода
Мышечная система
  • Увеличение рекрутирования моторных единиц и мышечных волокон
  • Увеличение кровотока к мышцам
  • Увеличение артериовенозной разницы кислорода
  • Увеличение температуры мышц
  • Увеличение активности мышечных ферментов
  • Увеличение поступления и использования кислорода
  • Снижение уровня субстрата в мышцах

Ссылки

  1. ↑ Ansdell P, Thomas K, Hicks KM, Hunter SK, Howatson G, Goodall S. Физиологические различия между полами влияют на интегративный ответ на физические упражнения: острые и хронические последствия. Experimental Physiology. 2020 Dec;105(12):2007-21.
  2. ↑ Travers G, Kippelen P, Trangmar SJ, González-Alonso J. Физиологическая функция во время упражнений и воздействие внешней среды на человека — Интегративный взгляд на системы организма и поддержание гомеостаза. Cells. 2022 Jan 24;11(3):383.
  3. ↑ Bernstein EE, Curtiss JE, Wu GW, Barreira PJ, McNally RJ. Физические упражнения и динамика эмоций: исследование опытных выборок. Emotion. 2019 Jun;19(4):637.
  4. ↑ 4.0 4.1 Smith DL, Fernhall B. Улучшенная физиология сердечно-сосудистых упражнений. Human Kinetics; 2022 Feb 27.
  5. ↑ Ludwig M, Hoffmann K, Endler S, Asteroth A, Wiemeyer J. Измерение, прогнозирование и контроль индивидуальных реакций частоты сердечного ритма на упражнения — Основы и возможности для носимых устройств. Frontiers in physiology. 2018 Jun 25;9:778.
  6. ↑ Berglund IJ, Sørås SE, Relling BE, Lundgren KM, Kiel IA, Moholdt T. Связь между максимальной частотой сердечного ритма в тесте на кардиореспираторную выносливость и в тесте на максимальную частоту сердечного ритма. Journal of science and medicine in sport. 2019 May 1;22(5):607-10.
  7. ↑ 7.0 7.1``````htmlNes BM, Janszky I, Wisløff U, Støylen A, Karlsen T. Возрастно-предсказанное максимальное сердце у здоровых людей: Фитнес-исследование HUNT. Скандинавский журнал медицины и науки в спорте. 2013 Дек;23(6):697-704.
  8. ↑ 8.0 8.1 Zavorsky GS. Доказательства и возможные механизмы изменения максимальной частоты пульса при тренировках на выносливость и сокращении тренировок. Спортивная медицина. 2000 Янв;29:13-26.
  9. ↑ Costill DL, Flynn MG, Kirwan JP, Houmard JA, Mitchell JB, Thomas R, Park SH. Влияние повторяющихся дней интенсивных тренировок на уровень гликогена в мышцах и плавательные результаты. Med Sci Sports Exerc. 1988 Июн 1;20(3):249-54.
  10. ↑ Saldanha P, Zavorsky G, Montgomery D. Максимальная частота сердечных сокращений снижается после 7 недель интенсивных тренировок. Can J Appl Physiol. 1997;22(Suppl):52.
  11. ↑ Mier C, Turner MJ, Ehsani AA, и др. Кардиоваскулярные адаптации к 10 дням физических упражнений. J Appl Physiol 1997; 83: 1900–6
  12. ↑ Houmard JA, Costill DL, Mitchell JB, и др. Сокращенное обучение поддерживает результаты у бегунов на длинные дистанции. Int J Sports Med 1990; 11: 46–52
  13. ↑ Whyte GP, George K, Shave R, Middleton N, Nevill AM. Изменения максимальной частоты пульса, вызванные тренировками. Международный журнал спортивной медицины. 2008 Фев;29(02):129-33.
  14. ↑ Magal M, Franklin BA, Dwyer GB, Riebe D. Назад к основам: Критический обзор методологии, обычно используемой для оценки кардиореспираторной формы. ACSM's Health & Fitness Journal. 2023 Мар 1;27(2):12-9.
  15. ↑ Fox IS. Физическая активность и профилактика ишемической болезни сердца. Ann Clin Res. 1971;3:404-32.
  16. ↑ 16.0 16.1 16.2 Shookster D, Lindsey B, Cortes N, Martin JR. Точность часто используемых уравнений для предсказания максимальной частоты сердечных сокращений по возрасту. Международный журнал спортивной науки. 2020;13(7):1242.
  17. ↑ Tanaka H, Monahan KD, Seals DR. Переосмысление возрастно-предсказанной максимальной частоты сердечных сокращений. Журнал Американского колледжа кардиологии. 2001 Янв;37(1):153-6.
  18. ↑ Тренер Парри. ВСЯ информация, которую вы должны знать о максимальной частоте сердечных сокращений: Почему максимальный HR важен & Как его рассчитать. Доступно по адресу: https://www.youtube.com/watch?v=w7DOqwNEyIc [последний доступ 3/06/2023]
  19. ↑ Alila Medical Media. Сердечный выброс, ударный объем, EDV, ESV, фракция выброса. Доступно по адресу: https://www.youtube.com/watch?v=vFRkSB46bl8 [последний доступ 3/06/2023]
  20. ↑ 20.0 20.1 Lee J, Zhang XL. Физиологические детерминанты VO2max и методы его оценки: критический обзор. Наука & Спорт. 2021 Сен 1;36(4):259-71.
  21. ↑ Treff G, Winkert K, Steinacker JM. Олимпийская гребля — максимальная способность на 2000 метров. Dtsch. Z. Sportmed. 2021 Июн;72:203-11.
  22. ↑ 22.0 22.1 22.2 Bruss ZS, Raja A. Физиология, ударный объем. InStatPearls [Интернет] 2022 Сен 12. Издательство StatPearls.
  23. ↑ 23.00 23.01 23.02 23.03 23.04 23.05 23.06 23.07 23.08 23.09 23.10 23.11 23.12 23.13 23.14 23.15 Kenney WL, Wilmore JH, Costill DL. Физиология спорта и упражнений. Human kinetics; 2021 Окт 26.
  24. ↑ Whats Up Dude. Что такое ударный объем сердца - Вариация ударного объема - Ударный объем и частота пульса. Доступно по адресу: https://www.youtube.com/watch?v=YEvm-Otmpw4 [последний доступ 3/06/2023]
  25. ↑ Kosta S, Dauby PC. Механизм Франка-Старлинга, реакция на жидкости и активация зависимости от длины: раскрытие мультишкальных поведений с помощью анализа на основе моделирования. PLoS Computational Biology. 2021 Окт 11;17(10):e1009469.
  26. ↑ Richard NA, Hodges L, Koehle MS. Повышенное пиковое систолическое давление у спортсменов, тренированных на выносливость: физиология или патология?. Скандинавский журнал медицины и науки в спорте. 2021 Май;31(5):956-66.
  27. ↑ KINprof. Разница a - v O2. Доступно по адресу: https://www.youtube.com/watch?v=v4z2-krO9YA [последний доступ 6/06/2023]
  28. ↑ Dominelli PB, Molgat-Seon Y. Пол, гендер и легочная физиология упражнений. Европейский респираторный обзор. 2022 Мар 31;31(163).
  29. ↑ The Run Experience. Что такое дрейф сердечной активности. Доступно по адресу: https://www.youtube.com/watch?v=HHWVkEgnifs [последний доступ 6/06/2023]

```

Вопросы и комментарии