运动心脏功能改变

二、运动心脏功能改变

1.心率 随着年龄、性别、体能水平、训练水平和生理状况的不同心率有所不同。安静时,成年女子的心率较男子每分钟快3~5次。有良好训练或体能较好者心率较慢,尤其是优秀耐力运动员静息时心率常在50次/min以下。在肌肉活动时,心率的增加与运动强度有关,而且增加的幅度还与运动持续时间、体能水平、训练水平有关。所以心率是运动生理学中最常用又简单易测的一项生理指标。

运动心脏功能改变主要表现为,安静时,运动员心率减慢,通常40~50次/min,每搏输出量明显增大,心输出量变化不大。说明在安静状态下运动员心脏保持着良好的能量节省化状态,心肌耗氧、耗能量维持在较低水平,保持着良好的心力储备。运动时,心力储备充分动员,主要表现在心率增快,可达180~200次/min,构成了心脏储备的重要部分(心率储备)。同时每搏输出量和心输出量明显增大,心输出量可达35~45 L/min,相当于安静状态的8~10倍,可见心脏泵血功能明显增强。而且,运动员心脏具有可恢复性,即一旦停止运动,运动员心脏结构与功能的适应性改变可复原到常人水平。

2.每搏输出量(Stroke volume,SV) 每次心跳一侧心室射出的血量称为每搏输出量(简写为SV并以SVmax表示最大每搏输出量)。通常左、右两心室的搏出量大致相等,正常成人在静息状态下的搏出量为60~80 mL,平均约为70 mL,心室舒张期内,心室腔被回心血液逐渐充盈,至舒张末期充盈最大,此时的心室容积称为舒张末期容积(EDV);心室射血期末,容积最小,称为收缩末期容积(ESD)。搏出量占心室舒张末期容积的百分比,称为射血分数。健康成年人的射血分数为50%~60%。耐力训练可使心室腔扩大,舒张末期容积增大,但同时伴有心肌收缩力增加,搏出量增大,故射血分数不变。奋力运动时,由于心肌受交感神经变力性影响,使收缩更有力,搏出量进一步增加,此时,射血分数可以增加到65%左右。

3.每分输出量(Minute volume)

每分钟一侧心室所泵出的血量称为每分输出量(简称心输出量,简写为CO并以COmax表示最大心输出量)。它等于每搏输出量与心率的乘积。正常成人男性静息状态下心输出量约为5 L/min(3.5~8.0 L/min)。女性与同体重的男性相比,约低10%;青年人则高于老年人。在不同的生理状况下,心输出量有较大的差异,体弱者从卧位而突然起立时,可使心输出量暂时降低;直立过久者心输出量将减少;进餐后、妊娠、情绪紧张、低O2、CO2过多和肌肉运动,都可使心输出量明显增加。有良好训练的耐力运动员静息时心输出量与常人相仿,但在剧烈运动时最大心输出量可达25~35 L/min,甚至高达40 L/min。

运动时,心输出量与运动强度相匹配是一种重要反应,但心输出量的储备远比肺泡通气量小,如剧烈运动时,肺泡通气量可达静息时的20倍,而心输出量却不能超过静息时的10倍。所以,心输出量是限制人体运动能力(特别是有氧耐力运动)的最重要因素。

表示心泵功能强弱的指标以每平方米体表面积计算的心输出量更为可靠,称为心指数(Cardiac index,CI)。我国中等身材的成年人心指数为3.0~3.5 L/(min·m2)。年龄在10岁左右时,静息心指数最大,可达4 L/(min·m2)以上,以后随年龄增长而逐渐下降,到80岁时,静息心指数降至2 L/(min·m2)左右。肌肉运动时,由于心输出量增加,心指数也增加。运动时心指数随运动强度的增加大致成比例地增高,情绪激动和进食时,心指数也增高。

游泳运动是水平位的运动,有利于静脉血的回心,可能会使心室舒张末期容积增大即前负荷增加,导致搏出量增加。剧烈运动时搏出量增加,此时心室舒张末期容积并未增大,甚至有所减少。剧烈运动时,在动脉血压升高的情况下,搏出量仍能维持在较高水平,这是由于在神经、体液的调节下,心肌收缩力增强的缘故。(https://www.daowen.com)

实验表明,搏出量的持久、幅度较大的变化,是依靠心肌收缩能力的调节实现的。心肌力学活动,具体反映在收缩强度(包括等长收缩时产生张力的大小和等张收缩时缩短的程度)和速度(张力发展速率和缩短速度)两个方面。这种通过改变心肌收缩能力来调节心室泵血功能的机制,称为等长自身调节。

在一定范围内,心率上升,SV增加。心输出量既然是搏出量与心率的乘积,所以在一定范围内增加心率,可以提高心输出量。一般人心率超过140~150次/min,搏出量开始下降,当心率超过180次/min,心室充盈量明显减少,使搏出量大幅度减少,心率的增加不能补偿搏出量的减少,结果反而使心输出量下降。反之,如果心率过慢,减慢到40次/min以下,尽管心舒张期很长,心室充盈度已达到限度,不可能提高搏出量,反而由于心率过慢而使心输出量减少。因此,只有心率在适应范围内,心输出量才能保持较高水平。

训练运动员在运动时,由于呼吸和肌肉运动等促进静脉血回心,心肌收缩有力和迅速,故搏出量可在心率超过200次/min时减少。

在一定范围内,心输出量与运动强度呈线性相关。心输出量的增加取决于SV和HR两个因素。在逐级递增负荷的运动中,心率与运动负荷之间存在着良好的相关,而SV的增加则在30%~40%VO2max(心率大约为120次/min)的负荷时已达到峰值。提示,SV的增加只在小负荷运动时对心输出量的增加有贡献,当运动强度增加到40%VO2max以上时,心输出量的增加则全部依赖于心率的加快。

训练特别是耐力训练导致静息心率减少,而每搏输出量相应增加,以保持静息时的每分输出量不变。耐力训练导致亚极量运动时心率加快的幅度减小,而每搏输出量的幅度加大,总的效果是使每分输出量增加的幅度较无训练者为小,当进行极量运动时,有训练者所达到的最高心率与无训练者无差别或低(每分钟低2~3次),而每搏输出量明显大于无训练者,总的效果是有训练者的最大心输出量比无训练者高。

4.心泵功能的储备 一般常人与优秀耐力运动员在静息状态下的心输出量并无差别,即使某些轻度心脏疾患的患者,静息时的心输出量与健康人也无明显差别。所以,评价一个人心泵功能的强弱,主要应看其心泵功能的储备。心泵功能储备(或称心力储备)是指个人在体力活动中,所能达到的最大心输出量与静息心输出量之差,即心输出量随机体代谢需要而增加的能力。心脏的储备能力取决于心率和搏出量可能发生的最大的变化程度。研究表明,运动训练对个体HRmax无影响,但能使静息心率降低,因而增大心率的储备,动用心率储备是心输出量调节中的主要途径,充分动用心率储备可使心输出量增加1.5~2.0倍。当心率过快时,心室舒张时间大大缩短,心室充盈量减少,从而使每搏输出量减少。搏出量是心室舒张末期容积与心室收缩末期容积之差,而心室舒张末期容积和收缩末期容积都有一定的储备量。人体剧烈运动时,由于交感肾上腺系统的活动加强,从而动用心率储备和收缩期储备使心输出量增加。心泵功能储备量的大小是反映人体承受运动负荷能力的重要标志。