Сердце – уникальное изобретение природы

Наш организм – наследие не только далеких предков, но и сотен тысяч поколений их предшественников – примитивно организованных существ. Хотя многое в эволюции человека еще неясно, однако несомненно то, что на каждом ее этапе природа отбирает лишь самые лучшие варианты организации жизни. Ни один орган животного организма не совершенствовался в развитии так значительно, как сердце. Именно сердечно‑сосудистая система и ее центральный двигатель – сердечная мышца обеспечили особые преимущества организму человека, создали условия для разнообразия и совершенства физических и психических функций.

Мышцы в виде простейших мышечных волоконец появились уже у кишечнополостных и достигли высокого уровня развития у самых примитивных червей. На этом этапе эволюции, когда у организма уже имелись мозговые узлы и нервная система в виде продольных стволов, отсутствовали даже зачатки сердца и сосудов. На следующем этапе – у моллюсков – появились незамкнутая сосудистая система и органы дыхания в виде жабр, однако сердца и у них не было. У членистоногих оформился второй тип мускулатуры, необходимой для активных действий во внешней среде, – поперечнополосатые мышцы, эволюция которых в основных чертах закончилась вплоть до человека. И только тогда появилось примитивное сердце – пульсирующий брюшной сосуд, проталкивающий кровь по незамкнутой сосудистой системе.

Хордовые животные, которые поднялись еще выше по лестнице эволюции, обеспечили качественный скачок в развитии сердца. У примитивных хордовых – бесчерепных – замкнулась сосудистая система, а у черепных, или позвоночных, животных уже имелось настоящее сердце, разделенное на две камеры: предсердие и желудочек. Дальнейшая эволюция привела к формированию трехкамерного сердца у земноводных. Предсердие у них разделено на два отдела, что способствовало образованию двух кругов кровообращения. Сердца лягушки организовано уже «на порядок» выше в сравнении с рыбами. В рамках следующего класса произошло новое крупное усовершенствование – возникла и развилась перегородка внутри желудочка. У ящериц и змей эта перегородка еще неполная, но у крокодилов, как и у человека, она замкнулась. Тем самым было обеспечено еще одно усовершенствование системы кровообращения – полное отделение венозной (отработанной) крови oт артериальной, обеспечившее наиболее полноценное обслуживание обмена веществ в организме. У птиц, а затем и у млекопитающих это конструктивное изобретение закрепилось окончательно.

И сегодня результат эволюции сердца поражает логикой и смелостью решения. Особенно удивительна целесообразность строения сердца, разобщающего в едином органе потоки венозной и артериальной крови.

Однако, несмотря на свое совершенство, именно сердце оказалось наиболее «слабым звеном» в организме человека. Прежде всего сердце – орган непарный, в то время как все жизненно важные органы практически парны. Легких у нас два, две почки с надпочечниками, мозг состоит из двух полушарий, двудольна печень, парны многие железы внутренней секреции, а также женские и мужские половые железы. Более того, каждый из жизненно важных органов избыточен по своим структурам и функциональным возможностям. Человек может жить с одним легким, одной почкой, с четвертью оставшегося после операции кишечника, в вот отказ даже небольшого участочка сердца ставит организм под угрозу смерти.

Конечно, жаль, что у нас нет запасного сердца. Но именно поэтому надо особенно беречь этот изумительный орган, ведь его возможности не безграничны. Сломать всегда легче, чем сделать.

Напомним об известных сегодня возможностях сердца. Главное его предназначение – создавать своим давлением кровоток во всех тканях организма, перекачивать кровь. Вот механические характеристики работы этого насоса.

Сердце работает в среднем с частотой 80 сокращений в минуту, у детей – несколько чаще, у пожилых и престарелых – реже. За один час сердце выполняет 80 х 60 = 4800 сокращений, за сутки 4800 х 24 = 115200 сокращений, за год это число достигает 115200 х 365 =4 2048000. При средней продолжительности жизни 70 лет число сердечных сокращений – своего рода циклов работы двигателя – составит около 3 млрд.

Давайте сопоставим эту цифру с аналогичными показателями циклов работы машины. Мотор позволяет автомобилю пройти без капитального ремонта 120 тыс. км – это три кругосветных путешествия. При скорости 60 км/ч, которая обеспечивает наиболее благоприятный режим работы двигателя, срок его службы составит всего 2 тыс. ч (120000). За это время он сделает 480 млн. циклов работы двигателя.

Это число уже ближе к количеству сокращений сердца, однако сравнение явно не в пользу двигателя. Число сокращений сердца и соответственно количества оборотов коленчатого вала выражается соотношением 6:1.

Длительность службы сердца превышает аналогичный показатель двигателя более чем в 300 раз, Заметим, что в нашем сравнении для машины взяты самые высокие, а для человека – средние показатели. Если же взять для подсчета возраст долгожителей, то преимущество сердца человека перед двигателем увеличится по количеству рабочих циклов в 10–12 раз, а по сроку службы – в 500–600 раз. Это ли не доказательство высокого уровня биологической организации сердца!

Сердце имеет огромные приспособительные возможности, которые наиболее ярко проявляются при мышечной работе. При этом почти вдвое увеличивается ударный объем сердца, то есть количество крови, выбрасываемой в сосуды при каждом сокращении. Так как при этом втрое увеличивается частота работы сердца, то объем выбрасываемой в минуту крови (минутный обьем сердца) возрастает в 4–5 раз. Конечно, сердце при этом затрачивает гораздо больше усилий. Работа основного – левого – желудочка увеличивается в 6–8 раз. Особенно важно то, что в этих условиях возрастает коэффициент полезного действия сердца, измеряющийся отношением механической работы сердечной мышцы ко всей затрачиваемой ею энергии. Под влиянием физических нагрузок КПД сердца увеличивается в 2,5–3 раза по сравнению с уровнем двигательного покоя. В этом состоит качественное отличие сердца от двигателя автомашины; с увеличением нагрузки сердечная мышца переходит на экономичный режим работы, тогда как двигатель, напротив, теряет в своей экономичности.

Приведенные выше расчеты характеризуют приспособительные возможности здорового, но не тренированного сердца. Гораздо более широкий диапазон изменений его работы приобретается под влиянием систематических тренировок.

Надежно повышает жизненные силы человека физическая тренировка. Механизм ее сводится к регулированию взаимоотношения процессов утомления и восстановления. Тренируется ли отдельная мышца или несколько групп, нервная клетка или слюнная железа, сердце, легкие или печень, основные закономерности тренировки каждого из них, как и системы органов, принципиально сходны. Под влиянием нагрузки, которая специфична для каждого органа, усиливается его жизнедеятельность и скоро развивается утомление. Общеизвестно, что утомление снижает работоспособность органа, менее известна его способность стимулировать восстановительный процесс в работающем органе, что существенно меняет бытующее представление об утомлении. Этот процесс полезен, и от него следует не избавляться как от чего‑то вредного, и, напротив, стремиться к нему ради стимуляции восстановительных процессов!

В условиях напряженной деятельности, работоспособность постепенно снижается, утомление нарастает. Как только работа прекращается, баланс основных процессов, обеспечивающих жизнедеятельность работающего органа, изменяется в сторону преобладания восстановления. Будучи сильно «разогнанным» утомлением, процесс восстановления вначале протекает очень интенсивно, а затем по мере приближения к исходному уровню ослабевает. И здесь отметим очень важный момент. Если работа была достаточно (но не чрезмерно!) напряженной, то после достижения исходного уровня работоспособность на некоторое время поднимается выше, чем до нагрузки. Этот период, называемый фазой суперкомпенсации, когда утомление и вызванные им изменения в тканях восполняются с избытком, означает переход организма в качественно новое состояние повышенной готовности к выполнению работы. Если в этот период повторить нагрузку, то последующие изменения функционального состояния органа в восстановительном периоде поднимают работоспособность еще выше. С каждой нагрузкой уровень работоспособности поднимается выше и выше. Так происходит при идеальном функционировании механизма тренировки. Происходящая в реальной жизни тренировка дает нередко «сбои», если нагрузка превышает возможности организма, если она попадает на период недостаточно восстановившейся или уже несколько снизившейся после фазы суперкомпенсации работоспособности.

Знание механизма тренировки позволяет уяснить и основной механизм нарушений, которые могут развиваться при повторных нагрузках. Если значительная работа выполняется в условиях неполного восстановления работоспособности, вызванного чрезмерными или слишком рано примененными нагрузками, то происходит обратный процесс – снижение работоспособности.

Повторные утомления как бы накапливаются, создавая состояние длительного, стойкого хронического утомления. Такое состояние в спорте называют перетренировкой. Оно характеризуется утратой способности организма быстро восстанавливаться после функционального напряжения. Сниженная интенсивность восстановления при выполнении самой работы проявляется в быстрой утомляемости, мышечной слабости или сниженной выносливости при физических нагрузках.

Переход механизма тренировки в противоположный происходит очень легко. Иногда он вкрапливается в тренировочный процесс как кратковременный сбой и остается почти незамеченным для человека, иногда затягивается. Длительный или осложненный заболеванием период перетренировки может резко подорвать силы человека. Из‑за ухудшения общего состояния организма обостряются не полностью вылеченные патологические процессы, хронические тонзиллиты, бронхиты, ухудшается работа сердца, печени и других органов.

Приведенная схема позволяет понять, и механизм детренированности, когда незначительные физические нагрузки, не способные стимулировать восстановительные процессы, постепенно приводят к снижению общего уровня мышечной работоспособности человека. По этому пути, к сожалению, идет значительная часть молодежи и еще большее число людей зрелого возраста.

Развитие тренировочного эффекта под влиянием систематических физических нагрузок приводит к повышению работоспособности не только нервномышечного аппарата, включая высшие корковые центры движений, но и сердца и всей сердечно‑сосудистой системы. В равной мере «сбои» в механизме тренировки, детренерованность или особенно перетренированность приводят к ухудшению функционального состояния сердца, всей системы кровообращения.

Смысл тренировки в том и состоит, чтобы системой физических нагрузок, стимулирующих восстановительные процессы в скелетных мышцах, в мышце самого сердца и в мышечных элементах стенок сосудов, настолько повысить работоспособность органов кровообращения, чтобы даже небольшой, экономной их работы было достаточно для обеспечения потребностей обмена веществ в организме. Легко понять, что, чем выше уровень восстановительных процессов в самих работающих тканях (например, в мышцах ног при беге), тем меньше потребность в снабжении их кровью, в следовательно, уменьшается работа сердца по обслуживанию этих тканей. Такова суть развивающейся под влияниям тренировки экономизации.

Экономизация в работе системы кровообращения сочетается с аналогичными изменениями в системе дыхания: снижается частота дыхательных движений и возрастает их глубина, относительно (на 1 Дж выполняемой работы) уменьшаются легочная вентиляция, количество потребляемого кислорода и выделяемой организмом углекислоты. «Экономизационные эффекты» в системах кровообращения и дыхания развиваются параллельно, ибо обе они работают в тесной взаимосвязи, обеспечивая совместно доставку работающим органам кислорода и питательных вещеста, а также удаление продуктов обмена.

Тренироваться способны все без исключения органы и ткани нашего организма. Центральная нервная система всегда какой‑то своей частью включается в процесс тренировки любой функции. Нередко, однако, тренировочный процесс ограничивается самой центральной нервной системой, не затрагивая другие органы. Так, возможна тренировка памяти, мышления, восприятия, способности разграничивать близкие по своим свойствам раздражители, например, у музыкантов – звуки и их сочетания, у дегустаторов – вкусовые качества напитков и т. п.

Способна тренироваться и система органов пищеварения. К сожалению, у современного человека эта тренировка однобока из‑за использования концентрированных, высококалорийных продуктов питания, чрезмерности их потребления. Типичной перетренировкой здесь являются частые заболевания органов пищеварения.

Донорство, например, усиливает кроветворную функцию по механизму тренировки. Так же в основном действует пребывание в горах, где кислородное голодание стимулирует работу механизмов, обеспечивающих доставку кислорода к тканям. Каждая система способна тренироваться с помощью «своего» воздействия.

В отличие от локальных тренировочных воздействий физическая нагрузка, помимо развития двигательной системы (мышцы, связки, сухожилия, кости, хрящи и др.), улучшает функцию многих органов. Благодаря комплексному воздействию значительно улучшается общее состояние организма, повышаются его работоспособность и жизнеспособность. Сегодня мы знаем, почему это происходит. Именно движение, мышечная деятельность в процессе эволюции предъявляли исключительные запросы к организму и, по существу, сформировали его.

Для сохранения здоровья человеку необходима также тренировка терморегуляции. Совсем недавно было выяснено, что воздействие на организм охлаждений, подчиняется той же закономерности, что и влияние процесса утомления. Если утомление стимулирует процессы восстановления, обеспечивающие высокую мышечную работоспособность, то охлаждение способствует усилению теплопродукции, удерживающей температурный баланс организма на нормальном уровне.

Следовательно, изменяя интенсивность и длительность воздействий, приводящих к мышечному или терморегуляционному утомлению, можно целенаправленно изменять как физическую работоспособность, так и закаленность организма. При этом следует иметь в виду, что слабые и кратковременные воздействия не обеспечивают тренировочный эффект, а сильные и длительные опасны возможностью перенапряжения функций организма.

Наиболее важным результатом физических тренировок является достижение активного долголетия. Профессор И.А. Аршавский сопоставил важнейшие показатели состояния организма различных животных с уровнем их физической активности, объединив попарно животных с примерно одинаковым весом и размерами тела, но с разной двигательной активностью. У физически активных животных реже ЧСС (частота сердечных сокращений) в покое, более экономично работает сердце, а продолжительность жизни пропорциональна степени их двигательной активности, причем этот признак закрепился генетически и стал видовой особенностью организма.

Благотворные эффекты мышечной активности видны не только при сравнении животных разных видов. Эти эффекты ярко проявляются в пределах одного вида при неодинаковой степени физической тренированности. Так, у кроликов, которых тренировали с месячного возраста, через 4–5 месяцев по сравнению с нетренированными, на 30 % снизились энергетические затраты в покое, в 2 раза реже стала частота дыхания. ЧСС у тренированных кроликов уменьшилась до 150–180 уд./мин, тогда как в контрольной группе была 250–270.

Экономный ритм сердечной деятельности у животных с большой двигательной активностью, равно как и урежение ритма работы сердца под влиянием тренировки, – результат перехода организма на новый, более совершенный уровень регуляции жизненных процессов. Характерно, что основные показатели кровообращения и дыхания у тренированных кроликов значительно отличаются от обычных видовых и приближаются к величинам, характерным для зайцев. Тренированные кролики приобретают и внешние черты, присущие зайцам.

Мерой благоприятного влияния физической тренировки на сердце является степень экономизации его работы, о которой можно судить по ЧСС в покое. Этот признак получил название брадикардии, или редкого ритма сердечных сокращений. У высококвалифицированных спортсменов, особенно тренирующихся на выносливость с помощью длительных нагрузок (бег, плавание, лыжный спорт и т. п.), ЧСС снижается до 40–50 уд./мин и ниже. У спортсменов после многолетней интенсивной физической тренировки зарегистрирована ЧСС в покое 30–32 уд./мин. Это указывает на громадный функциональный резерв сердца, приобретаемый под влиянием физической тренировки.

Не менее важной стороной благоприятных изменений деятельности сердца является повышение предельных возможностей развития реакций. У тренированных людей степень увеличения при необходимости ЧСС, величин его ударного и минутного объемов, а также уровня артериального давления значительно больше, чем у нетренированных.

Итогом крайне интенсивной физической тренировки, используемой в спорте, является расширение диапазона возможного учащения ритма сердечной деятельности с 30 до 270 ударов в минуту (в отдельных наблюдениях зарегистрирована ЧСС 300 уд./мин). На сегодня для большинства спортсменов это, по‑видимому, предел, до которого может периодами подниматься ЧСС у человека. Достигнутый за считанные годы, этот результат превышает диапазон реактивности, приобретенный в ходе эволюции органического мира. Так разумная целенаправленная деятельность человека может совершенствовать его биологическую организацию.

На протяжении всей жизни – от рождения до глубокой старости – человеку требуется физическая тренировка. Это единственно надежный способ поддерживать функцию мышц и суставов в удовлетворительном состоянии и, что еще более важно, при помощи мышечной работы сохранять и умножать резервные возможности сердца и всего организма.

Исследования убеждают, что в отношении функциональных резервов сердца физическая тренировка действует в том же направлении, в котором осуществлялось влияние эволюции, сформировавшей прекрасно адаптированные к мышечной работе виды млекопитающих.