Есть такое выражение: функция строит орган. Сердце не исключение и строго подчиняется этому продиктованному мудрой природой положению. Усиленная деятельность «мотора жизни» приводит к увеличению его объема, веса. Несколько лет назад советские ученые В. Л. Карпман, С. В. Хрущев, Ю. А. Борисова выявили взаимосвязь между сердцем и работоспособностью спортсменов. У тренирующихся в беге на средние и длинные дистанции объем сердца равен в среднем 1020 см3 (14,9-15,2 см3/кг). Это намного больше, чем у нетренированных людей. Причем чем выше квалификация спортсменов, тем несколько больше и размер сердца.
Для объяснения этого полезно обратиться к интересной концепции профессора Ф. 3. Меерсона: между функцией и генетическим аппаратом клетки существует тесная взаимосвязь. В результате под влиянием нагрузки активируется генетический аппарат функционирующих клеток. Это усиливает синтез белков и нуклеиновых кислот, а следовательно, обеспечивает рост мышечной ткани сердца.
...1960 г. Известный немецкий физиолог Рейндель изучал на протяжении 6 месяцев сердце бегуна на средние дистанции. В ходе тренировки объем сердечной мышцы у него увеличился на 220 см3. Затем в течение полутора месяцев спортсмен болел. Объем сердца уменьшился на 130 см3.
О чем говорят эти цифры? Прежде всего о том, что гипертрофия сердечной мышцы (увеличение мышечной массы сердца) - явление обратимое. При прекращении тренировки возникает обратный эффект - сердечная мышца слабеет. Гипертрофия повышает потенциальные резервы сердца, позволяет сердечной мышце с большей силой нагнетать кровь в сосуды.
Увеличение объема сердца нередко сопровождается расширением полостей сердца (дилятацией). Такое сердце, словно более крупный резервуар, способно вобрать, а затем выбросить большую порцию крови.
Эти два механизма - гипертрофия и дилятация - характерны для так называемого «спортивного сердца». Но, как это часто бывает, новые исследования привносят свежую струю в сложившиеся ранее представления. Оказалось, что адаптация сердца к нагрузке может идти и другим путем.
Английские ученые Шапиро и Смит для определения размеров сердца использовали ультразвук. 15 добровольцев (неспортсменов) выполняли в течение 6 недель тренировочную программу, состоящую из бега в умеренном темпе 3 раза в неделю по 30 мин. Ученые - «сердечных дел мастера» - обнаружили у них увеличение массы левого желудочка сердца, что сопровождалось повышением его производительности. Примечательно, что эти изменения не приводили к заметному увеличению размеров сердца и его полостей.
Тук-тук... Безостановочно стучит наше сердце, отсчитывая, как хороший хронометр, частоту сердцебиений. Для спортивного сердца характерна более редкая частота сокращений - 40-50 уд/мин. Это называется брадикардией. Меньшая частота сердцебиений позволяет экономить «силы сердца» и продлевает срок его работы и жизнь человека.
Но против этих, казалось бы, незыблемых, как существование египетских пирамид, положений существуют возражения. Так, американский космонавт Нейл Армстронг, который, напомним, первым ступил на Луну, утверждает, что на жизнь человека отпущено строго определенное количество ударов сердца.
А потому он, видите ли, не намерен вхолостую использовать этот символический «счет в банке» и тратить его на физические упражнения. Такие рассуждения напоминают сравнение с заведенными часами: пока раскручивается пружина часов, работает и сердце, кончился «завод» - остановились и наши «ходики». Но этот машинный подход к организму был еще в прошлом веке раскритикован Ф. Энгельсом, который предупреждал, что тело - не просто паровая машина.
В наш космический век мы часто сталкиваемся с понятиями, характеризующими предельные возможности машин, двигателей. Например, говорим о предельной мощности, наивысшей скорости. Сердце человека также имеет свой предел, т. е. так называемый функциональный потолок. Предельная частота сердцебиений составляет 200-220 уд/мин. Подобные цифры впечатляют. Чтобы нагляднее представить их, попробуйте сосчитать за одну секунду до четырех. Это сделать нелегко. А каково сердцу, которому приходится в этом темпе «не считать», а осуществлять сложный цикл процессов, обеспечивающих наполнение полостей сердца и выброс крови в сосуды!..
Интересный эксперимент проделал один из врачей. Он в возрасте от 36 до 70 лет изучал на самом себе предельное усиление сердцебиений. В 36 лет максимальная частота пульса у него составляла 172 уд/мин, в 70 лет - лишь 150 ударов. Вывод очевиден: по мере старения организма резервные возможности сердца понижаются.
Чтобы судить о предельной возможности этого удивительного и непревзойденного техникой насоса, важно выяснить соотношение частоты и силы сокращений. Простая аналогия. Цифру четыре можно получить в одном случае при умножении два на два, а в другом - один на четыре. И в том и в другом случае один и тот же результат достигается при разном соотношении сомножителей. Так и в данном случае. Одинаковый сердечный выброс за минуту, т. е. так называемый минутный объем крови (МОК), можно получить за счет разного соотношения частоты сердцебиений и объема выброса крови за одно сокращение (систолический объем).
Тренировка увеличивает способность сердца выбрасывать большое количество крови. Так, у бегунов МОК может достигать 35-42 л, а у нетренированных людей заметно меньше - 20-25 л. Увеличение МОК под влиянием тренировки происходит преимущественно благодаря усилению систолического выброса. У тренированных бегунов он может достигать 200 мл, а у нетренированных - 100-130 мл.
...Бьется сердце, работает в «поте лица» всю жизнь, без выходных дней. Но откуда черпается столь колоссальная энергия? Каким образом снабжается само сердце?
В самом начале аорты - крупного сосуда, выходящего из левого желудочка, - от нее отходят так называемые коронарные артерии. Они, словно корона, охватывают сердце, пронизывая «щупальцами» артерий сердечную мышцу. От дееспособности этих сосудов зависит работа сердца. Если сосуды поражены болезнью, кровоток по ним ухудшается.
Но не только центральный механизм кровообращения, то есть сердце, но и периферическое звено чутко реагируют на влияние тренировки.
В тренированных мышцах, как на крупных железнодорожных станциях, где увеличивается сеть поездных линий и путей, повышается число кровеносных сосудов. Взять хотя бы капилляры. Их много. Судите сами. Если вся мускулатура человека весит примерно 30-40 кг, то поверхность всей капиллярной сети равна 300-350 м2. Если все капилляры вытянуть в одну трубку, то этой воображаемой трубкой можно 2,5 раза обогнуть земной шар по экватору. Нет такого уголка в организме, куда бы маленькие сосудики не добирались. Это понятно, так как капилляры - это транспорт кислорода и источников энергии, это выведение из клеток шлаков - отработанных продуктов обмена веществ.
В тренированных мышцах на 100 мышечных волокон приходится 98 капилляров, а в нетренированных - только 46, т. е. капиллярная сеть увеличивается более чем в два раза. Как более густая сеть каналов и канальцев обеспечивает лучшее орошение влагой сельскохозяйственных угодий, так и большее число капилляров позволяет лучше «оросить» мышечную ткань работающего органа. Благодаря этому у тренированного человека каждая мышечная клетка лучше снабжается живительным кислородом и источниками энергии. И еще. Тренированные мышцы могут в большей степени откладывать про запас, т. е. депонировать, кислород. Это обеспечивает особое вещество - миоглобин. В тренированных мускулах его значительно больше. Так, в мышцах комнатной собачки, ведущей относительно неподвижный образ жизни, содержится 400% миоглобина, а в мышцах более тренированной охотничьей собаки - в 2,5 раза больше.
Мышцы помогают и в продвижении крови по венам. Согласно законам гидродинамики, которые описываются точным языком цифр, на выходе из сердца в крупных артериальных сосудах сила «толкающей» крови составляет 100-200 мм рт. ст. По мере же продвижения к капиллярам, с увеличением сопротивления кровотоку, давление падает. Так, в мелких артериальных сосудах оно составляет 10-15 мм рт. ст., а в венах еще ниже. В положении лежа этого небольшого давления достаточно для того, чтобы вернуть кровь к сердцу. Но если человек стоит, то подобная сила уже не может обеспечить «подкачку» крови к сердцу. В этом случае и выручает особый механизм, получивший название «мышечный насос». Суть такого изобретенного природой приспособления состоит в том, что мышцы, сокращаясь, нажимают, словно пианист, ударяющий по клавишам, на упругие стенки венозных сосудов. В итоге кровь из вен отжимается и проталкивается к сердцу. Сила этого мышечного насоса столь велика, что если его исключить, то приток венозной крови замедляется, что отрицательно сказывается на работе сердца. Не случайно профессор Н. И. Аринчин назвал скелетные мышцы «периферическими сердцами». Более сильные мышцы, например мышцы ног бегуна, с большим усилием надавливают на венозные сосуды и, проталкивая кровь, обеспечивают лучшее наполнение сердца кровью.
Напротив, при отсутствии тренировки микронасосы скелетных мышц работают слабо, и сердце лишается своих верных помощников. И если здоровое сердце может с этим как-то справиться, то больное, увы, отказывает.
По мнению профессора Н. И. Аринчина, микронасосный механизм существует не только в скелетной, но и непосредственно в сердечной мышце: во время сокращения (систолы) кровь проталкивается по сосудам миокарда.
Сердечно-сосудистая система тесно взаимосвязана с дыхательной функцией организма. Не случайно нередко говорят о существовании кардиореспираторной системы как особого функционального образования, обеспечивающего снабжение организма кислородом.
Запасы кислорода в организме крайне скудны: всего 400-500 мл в легких, 900-1000 мл в крови, 300- 400 мл в мышцах и межтканевой жидкости. С подобным запасом далеко не убежишь, его хватает лишь на несколько секунд бега. Поэтому полноценное и непрерывное снабжение организма кислородом - необходимое условие жизни и мышечной деятельности.
Важным показателем кислородного режима организма является максимальное потребление кислорода (МПК), который, как в зеркале, отражает эффективность взаимодействия основных служб кислородного обеспечения организма: дыхательной, сердечно-сосудистой, кровеносной систем. Наибольшая величина
МПК, равная 5-6,5 л (70-85 мл/кг/мин), выявлена у высококвалифицированных спортсменов циклических видов спорта; бег на средние и длинные дистанции, велосипедный и лыжный спорт и др.
Строгие научные факты убедительно показали, что основным фактором, лимитирующим МПК, является сердечно-сосудистая система.
Известно, что внешнее дыхание - это система, обеспечивающая вентиляцию легких. Эффективность его зависит от жизненной емкости легких, частоты и глубины дыхания, способности к максимальной вентиляции. Для обеспечения высокого уровня потребления кислорода во время бега необходимо, чтобы через легкие проходило не менее 150-200 л воздуха. В противном случае кровь не сможет насытиться кислородом, а мышцы недополучат столь необходимый для их работы элемент. Но возможен и такой вариант: внешнее дыхание может обеспечить вентиляцию больших количеств воздуха, однако это все же не позволит удовлетворить кислородный запрос организма. Одна из причин - недостаточно эффективная деятельность сердечно-сосудистой системы, которая не в состоянии доставить кислород к мышцам в надлежащем количестве.
Чтобы сокращались мышцы, в том числе и сердечная, необходима энергия. Иногда говорят, что под конец выбился из сил и добежал до финиша на одних нервах. Это не соответствует действительности. Если нет полноценных энергетических ресурсов, добежать «на нервах» нельзя.
Важным источником энергии являются углеводы, в частности гликоген. По сравнению с кислородом, углеводам «повезло». Мудрая природа «разрешила» организму откладывать углеводы про запас, как говорится, на «черный день»: они депонируются в виде гликогена в мышцах (2 г на 100 г мышечной ткани) и в печени. Общие запасы углеводов в организме человека составляют 400-600 г.
При небольшой работе наличных запасов гликогена достаточно для питания работающих мышц. Но при беге на сверхдлинные дистанции может ухудшиться углеводный обмен. Отражение этого - снижение сахара в крови. Значительное, более чем наполовину, уменьшение сахара в крови нередко сопровождается упадком сил, снижением сократительных свойств мышц.
Возраст и пол оказывают существенное влияние на способность организма удовлетворять кислородный запрос. У женщин МПК несколько меньше, чем у мужчин. Наибольшая аэробная производительность в 23-30 лет, а затем по мере старения организма МПК снижается. Несомненно, что в этом снижении немаловажная роль принадлежит сердечно-сосудистой системе, ибо, по образному выражению одного из ученых, сердце и сосуды первыми стучатся в двери жизни, сигнализируя о приближении старости.