Όγκος παλμού και καρδιακή παροχή κατά την άσκηση

Ο όγκος παλμού (Stroke Volume) είναι η ποσότητα του αίματος που ωθεί η καρδιά σε κάθε συστολή της (παλμό). Στο μέσο υγιή ενήλικα, σε κατάσταση ηρεμίας, η ποσότητα αυτή είναι περίπου 70 ml αίματος ενώ για έναν αθλητή μπορεί να είναι 70 ml.

Η καρδιακή συχνότητα (Heart Rate), σε κατάσταση ηρεμίας, κυμαίνεται από 60 έως 80 παλμούς το λεπτό ενώ οι καπνιστές και οι καπνίστριες έχουν, κατά μέσο όρο, 9-10% περισσότερους παλμούς από τους καπνιστές, κάτι βέβαια που μακροχρόνια κουράζει την καρδιά και τις αρτηρίες τους. Στο μέσο μη αθλητή ενήλικα, η καρδιακή συχνότητα είναι 65 χτύποι το λεπτό, αν δεν καπνίζει και δεν έχει παραπανίσια κιλά, ενώ για έναν αθλητή μπορεί να είναι 50 χτύποι το λεπτό.

Καρδιακή παροχή (Cardiac Output) ονομάζεται ο όγκος του αίματος που ωθεί η καρδιά μέσα σε ένα λεπτό. Εύκολα γίνεται αντιληπτό ότι η καρδιακή παροχή ισούται με το γινόμενο του όγκου παλμού επί την καρδιακή συχνότητα. Δηλαδή:

Καρδιακή Παροχή = Καρδιακή Συχνότητα Χ Όγκος Παλμού 

Για παράδειγμα, αν ο όγκος παλμού σε κάποιον που δεν είναι αθλητής είναι 70 ml (0.07 lt) και η καρδιακή συχνότητα είναι 70 χτύποι το λεπτό, η καρδιακή παροχή είναι : 0.07 lt x 70 = 4.9 lt ανά λεπτό. Περίπου τόσο είναι και για ένα αθλητή ο οποίος έχει όγκο παλμού 100 ml και καρδιακή συχνότητα 50 χτύποι το λεπτό, ήτοι 5 lt.

Αν σκεφτούμε ότι η ποσότητα του αίματος στο ανθρώπινο σώμα είναι γύρω στα 5 λίτρα, αυτό σημαίνει πως όλο το αίμα περνάει από την καρδιά μέσα σε ένα λεπτό.

Η καρδιακή παροχή κατά την άσκηση

Κατά την άσκηση, οι απαιτήσεις σε οξυγόνο μεγαλώνουν και αυξάνεται η καρδιακή παροχή.

Ο οργανισμός μπορεί να αυξήσει την καρδιακή παροχή με δύο τρόπους. Πρώτον, με αύξηση της καρδιακής συχνότητας και δεύτερον με αύξηση του όγκου παλμού.

Καρδιακή συχνότητα. Η καρδιακή συχνότητα ορίζεται από τον φλεβόκομβο, το βηματοδότη της καρδιάς, και αλλάζει υπό την επίδραση του συμπαθητικού και του παρασυμπαθητικού νευρικού συστήματος καθώς και υπό την επίδραση ορμονών. Η ταχυκαρδία λοιπόν που παρουσιάζεται κατά την άσκηση είναι ένας φυσιολογικός προσαρμοστικός μηχανισμός.

Η καρδιά χαρακτηρίζεται από την ικανότητα να συστέλλεται χωρίς εξωτερικό ερέθισμα, που να προέρχεται από άλλα όργανα, χάρη στην ύπαρξη ειδικού ηλεκτρικού συστήματος (ερεθισματαγωγό σύστημα της καρδιάς). Αυτό το σύστημα κάνει την καρδιά να χτυπά αυθόρμητα και ρυθμίζει την καρδιακή συχνότητα. Το ερέθισμα παράγεται από τον φλεβόκομβο ο οποίος εντοπίζεται στη συμβολή του δεξιού κόλπου και της άνω κοίλης φλέβας. Πρόκειται για ένα σύνολο κυττάρων που σχηματίζουν την πρωτογενή ηλεκτρική γεννήτρια (βηματοδότη) της καρδιάς. Κάθε καρδιακός παλμός ξεκινά στο φλεβόκομβο και πυροδοτεί μια αλυσιδωτή ηλεκτρική αντίδραση που διαχέει το σήμα και στους δύο κόλπους, με αποτέλεσμα την κολπική σύσπαση. Το ηλεκτρικό σήμα μεταβιβάζεται στη συνέχεια στον κολποκοιλιακό κόμβο.

Σε κατάσταση ηρεμίας το πνευμονογαστρικό νεύρο ασκεί μια ισχυρή παρασυμπαθητική δραστηριότητα στην καρδιά μέσω απελευθέρωσης της ακετυλοχολίνης, ενός νευροδιαβιβαστή που ενεργεί άμεσα στο φλεβόκομβο και έτσι διατηρείται χαμηλή η καρδιακή συχνότητα. Τυπικά, η παρασυμπαθητική δραστηριότητα διατηρεί τους καρδιακούς παλμούς στους 60-80 χτύπους ανά λεπτό.

Κατά την έναρξη της άσκηση, η δραστηριότητα του παρασυμπαθητικού συστήματος μειώνεται, επιτρέποντας την αύξηση της καρδιακής συχνότητας. Επίσης, η δραστηριότητα του συμπαθητικού νευρικού συστήματος αυξάνεται σταδιακά. Για τη σύγκριση, σκεφτείτε ένα αυτοκίνητο το οποίο για να κινηθεί πρέπει τα φρένα του να είναι απενεργοποιημένα και το πεντάλ γκαζιού πιέζεται μέχρι να φτάσουμε στην επιθυμητή ταχύτητα.

Ακόμη και πριν ξεκινήσει η άσκηση, το αυτόνομο νευρικό σύστημα έχει ενεργοποιηθεί. Για παράδειγμα, ο καρδιακός ρυθμός και η πίεση του αίματος αυξάνονται αρκετά λεπτά πριν την έναρξη μιας άσκησης μόνο και μόνο επειδή το άτομο συμμετέχει στη διαδικασία συναισθηματικά (π.χ. σε αγώνες ποδηλασίας και μαραθωνίου), όπως φαίνεται στο παραπάνω διάγραμμα.

Όγκος παλμού. Κατά την άσκηση ενεργοποιείται το συμπαθητικό σύστημα και ο όγκος παλμού μπορεί να διπλασιαστεί. Ενώ σε κατάσταση ηρεμίας η καρδιά μπορεί να στέλνει 80-110 ml αίματος όταν συστέλλεται, κατά την άσκηση μπορεί να στέλνει 160-200 ml.

Η αύξηση του όγκου παλμού στο ξεκίνημα της άσκησης οφείλεται στην απελευθέρωση του νευροδιαβιβαστή νορεπινεφρίνη από συμπαθητικές νευρικές ίνες που συνδέονται με το μυοκάρδιο.

Η νορεπινεφρίνη και η επινεφρίνη στο αίμα ενισχύουν τη δύναμη συστολής των κοιλιών (αυξημένη συσταλτικότητα), οδηγώντας σε μεγαλύτερη ποσότητα αίματος που εξέρχεται από την καρδιά. Η ικανότητα του μυοκαρδίου να αυξάνει τον όγκο παλμού, προϋποθέτει βέβαια ότι είναι υγιές. Οι πάσχοντες από καρδιακή ανεπάρκεια έχουν περιορισμένη δυνατότητα και για το λόγο αυτό κουράζονται εύκολα όταν γυμνάζονται.

Ο όγκος παλμού αυξάνεται ανάλογα με την ένταση της άσκησης και στους περισσότερους ανθρώπους φτάνει σε μια ανώταη τιμή περίπου στο 40% έως 60% της μέγιστης πρόσληψης οξυγόνου VO2max αλλά μπορεί να φτάσει σε μεγαλύτερα ποσοστά στους αθλητές.

Τελικά, κατά την άσκηση, καθώς αυξάνεται η καρδιακή συχνότητα και ο όγκος παλμού, η καρδιακή παροχή μπορεί να αυξηθεί δραματικά. Ενώ σε κατάσταση ηρεμίας η καρδιακή παροχή είναι περίπου 5-6 λίτρα αίματος ανά λεπτό, σε μια απαιτητική άσκηση μπορεί να φτάσει τα 35 λίτρα αίματος ανά λεπτό σε ένα άτομο με καλή φυσική κατάσταση, δηλαδή να αυξηθεί κατά 6-7 φορές. Σε ένα άτομο μέσης φυσικής κατάστασης δεν ξεπερνά εύκολα τα 20-22 λίτρα το λεπτό.

Οι άνθρωποι που ασκούνται συστηματικά, αποκτούν την ικανότητα να έχουν αυξημένο όγκο παλμού. Η αύξηση αυτή διατηρείται και σε κατάσταση ηρεμίας, έτσι οι αθλητές παρουσιάζουν αντανακλαστική βραδυκαρδία. Με άλλα λόγια, επειδή οι αθλητές έχουν αυξημένο όγκο παλμού έχουν μειωμένη καρδιακή συχνότητα κατά την ηρεμία, ώστε να διατηρείται σταθερή η καρδιακή παροχή. Αυτή είναι η αιτία που οι δρομείς μεγάλων αποστάσεων έχουν χαμηλούς σφυγμούς ανά λεπτό σε κατάσταση ηρεμίας που μπορεί να φτάνουν ακόμα και τους 28-30, τη στιγμή που ο μέσος όρος στους μη αθλητές είναι γύρω στους 65-70 σφυγμούς ανά λεπτό.

Αν η άσκηση συνεχιστεί για παρατεταμένο χρονικό διάστημα με σταθερή ένταση, η καρδιακή συχνότητα αυξάνεται αργά, ενώ ο όγκος παλμού μειώνεται, ένα φαινόμενο που ονομάζεται καρδιαγγειακή μετατόπιση (cardiovascular drift). Ποιοι μηχανισμοί συμβάλλουν στην ταυτόχρονη η μείωση του όγκου παλμού και στην αύξηση της καρδιακής συχνότητας κατά τη διάρκεια μιας παρατεταμένης άσκησης; Είναι γενικά αποδεκτό ότι η αυξημένη θερμοκρασία του σώματος σε συνδυασμό με τους μεγαλύτερους ρυθμούς εφίδρωσης και την αφυδάτωση μειώνουν τον όγκο του πλάσματος και ως αποτέλεσμα προκύπτει τελικά η καρδιαγγειακή μετατόπιση.