Структурные особенности спортивного сердца

Рис. 15. Телерентгенограммы сердца: А — фронтальная проекция; Б — сагиттальная проекция; B1+B2 — "ширина"; L — длинник сердца; tmax — "глубина" сердца.

Увеличение размеров спортивного сердца является следствием либо увеличения размеров его полостей, либо утолщения стенок желудочков и предсердий. По-видимому, более правильно говорить о преобладании той или иной структурной особенности.

Дилятация, или расширение полостей сердца, касается как желудочков, так и предсердий. Однако наибольшее значение имеет дилятация желудочков. Она обеспечивает одно из важнейших функциональных свойств спортивного сердца — высокую производительность.

О размерах спортивного сердца судят по данным телерентгенометрического исследования: производится два рентгеновских снимка во фронтальной и сагиттальной проекциях (рис. 15). Полученные рентгенограммы обрабатывает врач, который рассчитывает объем спортивного сердца (в см 3).

У здоровых нетренированных мужчин в возрасте 20—30 лет объем сердца составляет в среднем 760 см3, а у женщин — 580 см3. В табл. 4 представлены данные, которые показывают, что размеры сердца у спортсменов в значительной степени определяются характером спортивной деятельности (аналогичная зависимость отмечается и у спортсменок, см. VII.5). Наибольшие размеры сердца отмечаются у спортсменов, тренирующихся на выносливость (лыжников, велосипедистов, бегунов на средние и длинные дистанции). Несколько меньшие размеры сердца у спортсменов, в тренировке которых выносливости придается определенное значение, хотя это физическое качество и не является доминирующим в данном виде спорта (бокс, борьба, спортивные игры и т. д.).

И наконец, у спортсменов, развивающих главным образом скоростно-силовые качества, объем сердца увеличен крайне незначительно по сравнению с нетренированными людьми. Эти закономерности находятся в хорошем согласии с теорией. Действительно, высокая производительность сердечно-сосудистой системы, а следовательно, и всей кардио-респираторной системы, необходима лишь в видах спорта, связанных с проявлением выносливости.

Таким образом, дилятация характерна не для сердца спортсменов вообще, а лишь для сердца тех из них, которые тренируются на выносливость. Дилятация сердца у представителей скоростно-силовых видов спорта в связи со всем сказанным не является рациональной. Такие случаи подлежат углубленному врачебному исследованию с целью выяснения причины увеличения сердца.

Таблица 4. Объем сердца у спортсменов различных специализаций (средние данные Ю. А. Борисовой)

Вид спорта	Объем сердца, см3	Относительный объем сердца
усл. ед.	см'/кг
Лыжные гонки			15,5
Велоспорт (шоссе)			14,2
Бег (длинные дистанции)			15,2
Спортивная ходьба			14,5
Бег (средние дистанции)			14,9
Плавание			13,9
Водное поло			13,4
Баскетбол			12,9
Современное пятиборье			13,5
Бокс			13,7
Борьба			12,2
Теннис			12,8
Скоростной бег на коньках			12,5
Бег (короткие дистанции)			12,5
Гимнастика			12,2
Тяжелая атлетика			10,8
Конный спорт			12,0
Прыжки в воду			11,3
Не занимающиеся спортом мужчины			11,2

Совершенно очевидно, что физиологическая дилятация спортивного сердца ограничивается определенными пределами. Чрезмерный объем сердца (более 1200 см3 по С. В. Хрущеву) даже у спортсменов, тренирующихся на выносливость, может явиться результатом перехода физиологической дилятации сердца в патологическую. Значительное увеличение объема сердца (иногда до 1700 см3) отражает наличие патологических процессов в сердечной мышце, которые могут развиваться в результате нерациональной тренировки.

Рис. 16. Эхокардиограмма спортсмена: ГК — грудная клетка; ПЖ — правый желудочек; МЖП—межжелудочковая перегородка; ЛЖ—левый желудочек; ЭКГ — электрокардиограмма; ЭН — эндокард; ЭП — эпикард; Dd и Ds — соответственно диастолический и систолический диаметры левого желудочка

Для решения вопроса о допустимой величине сердца у того или иного спортсмена следует сопоставить этот параметр с величиной максимального потребления кислорода или с величиной максимального О2-пульса. Если в процессе тренировки отмечается рост размеров сердца, который сопровождается ростом максимального потребления кислорода, — дилятация носит адаптивный, физиологический характер. Если же показатели транспорта кислорода не растут или даже начали снижаться, дилятацию сердца следует считать чрезмерной.

Индивидуальная оценка объема сердца в связи с антропометрическими особенностями спортсмена производится путем определения так называемого относительного объема сердца. Для расчета этой величины чаще всего объем сердца делится на вес спортсмена в кг (есть и более сложные способы расчета относительного объема сердца).

Рис. 17. Схема фракций крови диастолической емкости желудочка: УО — ударный объем; БРО — базальный резервный объем; ОО — остаточный объем (сумма УО и БРО составляет конечно-диастолический объем крови — КДО); А — дилатированный желудочек (БРО увеличен); Б—нормальный объем желудочка (БРО относительно уменьшен), который при нагрузке увеличивается на величину дополнительного резервного объема (АРО), при этом начинает функционировать механизм Франка — Стерлинга, обеспечивающий необходимую величину нормального ударного объема (Qs max)

Физиологическая дилятация сердца у спортсменов является весьма лабильной. Так, установлено, что в процессе роста тренированности в подготовительном периоде объем сердца может увеличиться на 15—20%.

В последние годы в спортивной медицине стала широко использоваться новая методика исследования внутренних структур сердца — ультразвуковая эхокардиография. На эхо-кардиограмме (рис. 16) можно определить диаметр левого желудочка в период систолы и диастолы, толщину задней стенки этого отдела сердца и межжелудочковой перегородки. С помощью специальных формул можно рассчитать конечно-диастолический объем (КДО) и конечно-систолический объем (КСО) полости желудочка, массу миокарда (ММ), ударный объем (УО) и т.д.

В условиях покоя (рис. 17) максимальная диастолическая емкость желудочка условно подразделяется на 3 фракции: 1) фракцию ударного объема (УО); 2) фракцию базального резервного объема (БРО) — объем крови, который «включается» в ударный объем при нагрузке, способствуя его увеличению, и 3) фракцию остаточного объема (ОО), не покидающего полости желудочка при самом интенсивном его сокращении.

Если желудочек дилятирован (большой КДО, рис. 17, А), то в его полости имеется большой БРО. В желудочке, полость которого нормальна или лишь слегка увеличена, БРО невелик (рис. 17, Б). Режимы работы таких желудочков неодинаковы при физической нагрузке: в дилятированном желудочке максимальный ударный объем обеспечивается «включением» БРО в общее количество выбрасываемой крови, в исходно нерасширенном левом желудочке — принудительным расширением полости желудочка в период диастолы, обусловленным увеличенным венозным возвратом крови к сердцу. При этом в каждом сердечном цикле формируется дополнительный, или адаптивный, резервный объем (АРО), который, суммируясь с небольшим БРО, дает необходимый максимальный ударный объем. Следовательно, в последнем случае сердечное сокращение при нагрузке обеспечивается в значительной мере функционированием механизма Франка — Старлинга (см. курс физиологии), в то время как в первом — преимущественно нейрогумо-ральной стимуляцией миокарда. Сравнение схем на рис. 17, А и Б показывает, что увеличение КДО оптимизирует работу желудочка при нагрузке, не требует «включения» дополнительных механизмов увеличения сердечного выброса.

Рис. 18. Эхокардиограмма бегуна на длинные дистанции (А) и гимнаста (Б)

КДО, как мера дилатации спортивного сердца, колеблется у спортсменов в широких пределах (табл. 5). Он изменяется в пределах 100—200 мл в зависимости от видов спорта, в то время как у нетренированных мужчин — в пределах 80—140 мл. Установлено, что некоторой критической величиной, превышение которой свидетельствует о наличии выраженной диля-тации желудочка, является 160 мл. Такая и более высокие величины наблюдаются у спортсменов, специально тренирующихся на выносливость. У представителей ско-ростно-силовых видов спорта величины КДО близки к нормальным. На рис. 18 показаны эхокардиограммы двух спортсменов. Отчетливо видны различия как в размерах желудочка, так и в толщине его стенки.

Таблица 5. Величины КДО, массы миокарда и поверхностной плотности миокарда у спортсменов различных специализаций (средние данные)

Вид спорта	КДО, мл	Масса миокарда, г	Поверхностная плотность г/см2
Гребля			0,89
Баскетбол			0,92
Велоспорт			0,94
Водное поло		П69	1,02
Современное пятиборье			1,04
Бег на средние дистанции			1,04
Плавание			1,06
Борьба			0,98
Марафон			1,09
Фигурное катание на коньках			1,12
Тяжелая атлетика			1,18
Подводное плавание			1,01
Прыжки в воду			1,06
Нетренированные			0,93

Таким образом, данные об объемах спортивного сердца хорошо согласуются с данными о КДО.

Физиологическая гипертрофия миокарда — другая структурная особенность спортивного сердца. Как и гипертрофия вообще, она является важным приспособительным механизмом, обеспечивающим повышение работоспособности органа (см. 2.7). Биологическая целесообразность развития гипертрофии миокарда вытекает из того факта, что во время физической нагрузки (по сравнению с покоем) при одном сокращении спортивное сердце должно выбрасывать примерно в 2—3 раза больше крови за укороченное вдвое время. Совершенно очевидно, что для выполнения столь значительной работы по перемещению крови сила сокращения сердечной мышцы должна быть увеличенной. Это достигается благодаря развитию гипертрофии миокарда.

Гипертрофический процесс в миокарде, развивающийся в связи с физической нагрузкой, происходит за счет увеличения числа саркомеров, числа и размеров митохондрий, рибосом и других структур сократительных элементов сердечной мышцы (Д. С. Сарки-сов). В связи с этим главным критерием наличия гипертрофии миокарда является увеличение его массы. Последняя с помощью эхокардиографии может быть определена прижизненно.

Как показано в табл. 5, масса миокарда в той или иной мере увеличена у спортсменов всех специализаций (по сравнению с нетренированными людьми). Из этого можно сделать вывод о том, что у подавляющего числа систематически занимающихся спортом имеется различной выраженности рабочая гипертрофия миокарда. Естественно, что она существенно меньше, чем у больных с патологической гипертрофией. Физиологическая гипертрофия миокарда обратима после уменьшения нагрузки на сердце.

В связи с обсуждаемой проблемой представляют интерес материалы посмертного исследования сердца спортсменов, погибших от случайных причин. Оказывается, что у подавляющей части из них вес сердца либо был на верхней границе нормы, либо превосходил ее (Н. Д. Граевская, Л. Н. Марков, Райндель и многие др.). Эти факты также указывают на развитие гипертрофического процесса в миокарде у большинства спортсменов.

Рис. 19. Поверхностная плотность миокарда левого желудочка при различной массе миокарда (ММ) у спортсменов, тренирующихся на выносливость (светлые кружки), и представителей скоростно-силовых видов спорта (черные кружки)

Выраженность гипертрофии миокарда у спортсменов трудно оценивать по толщине той или иной стенки сердца, органа, имеющего сложную конфигурацию и неравномерное распределение мышечных волокон по отношению к поверхности полостей. Поэтому говорят об усредненной толщине миокардиальной стенки или, точнее, о поверхностной плотности миокарда (В. Л. Карпман, 3. Б. Белоцерковский). У представителей скоростно-силовых видов спорта она значительно выше, чем у тренирующихся на выносливость. На рис. 19 показано, что данный факт выявляется при одинаковой массе миокарда у спортсменов этих двух групп. Таким образом, у спортсменов с выраженной дилята-цией полости левого желудочка усредненная толщина его стенки меньше, чем у спортсменов с нормальной или лишь слегка расширенной полостью. Но общая масса структур, обеспечивающих сокращение сердца при нагрузке, больше у спортсменов, тренирующихся на выносливость. Именно это и обеспечивает ту колоссальную производительность сердца, которая характерна для бегунов на средние и длинные дистанции, велосипедистов-шоссейников, лыжников и т. д.

Рабочая гипертрофия миокарда характеризуется ростом капиллярной сети. Без этого уже незначительная степень гипертрофии приводила бы к относительному кислородному голоданию волокон миокарда. При развитии рабочей гипертрофии отношение числа капилляров к числу волокон миокарда возрастает (Комадел и др.), благодаря чему кровоснабжение мышечных элементов не страдает.

Все сказанное о целесообразности развития рабочей гипертрофии миокарда относится лишь к умеренным ее степеням. Если гипертрофия становится чрезмерной, то ухудшается кровоснабжение миокарда. Возникает относительное кислородное голодание отдельных мышечных элементов, которое может закончиться развитием некроза с последующим замещением мышечной ткани соединительной, т. е. развитием кардиосклероза. Такая гипертрофия не свойственна нормальному спортивному сердцу. Она может возникать либо при нерациональных тренировках, либо при некоторых сопутствующих заболеваниях (см. рис. 4). Как и чрезмерная дилятация, чрезмерная гипертрофия миокарда у спортсменов указывает на возникновение предпатологического или даже патологического процесса в сердце. Сократимость такого сердца снижается, и производительность его падает.