Использование феномена сердечно-дыхательного синхронизма для оценки регуляторно-адаптивных возможностей организма
Использование феномена сердечно-дыхательного
синхронизма для оценки регуляторно-адаптивных возможностей организма юных
спортсменов
Доктор медицинских наук, профессор Г.Д. Алексанянц,
Кубанский государственный университет физической культуры, спорта и туризма,
Краснодар
В
настоящее время при оценке функционального состояния организма юных спортсменов
используется традиционный комплекс физиологических показателей, включающий в
себя частоту сердечных сокращений (ЧCC), артериальное давление, индекс
напряжения (по результатам анализа синусовой аритмии), омега-потенциал, индексы
Руффье и Робинсона и другие [2, 3]. Однако далеко не все из них обладают
достаточным уровнем информативной значимости, особенно когда речь идет о тонких
механизмах регуляции ведущих систем организма.
Одним
из подходов к решению данной проблемы может явиться анализ феномена
сердечно-дыхательного синхронизма, предложенного В.М. Покровским с соавт. [6].
Совокупность
научных фактов, полученных В.М. Покровским [4, 5],позволила высказать гипотезу,
согласно которой "ритм сердца в естественных условиях формируется в
центральной нервной системе, вероятно в сердечном центре продолговатого мозга,
и воспроизводится сердцем. Имеющийся в органе мощный дублирующий механизм
управления в форме автоматии находится с центром в сопряженных отношениях и
берет на себя функцию центра управления во всех случаях "поломки" и
временного выключения центрального механизма". Из этой гипотезы следует,
что наряду с общеизвестным корригирующим действием экстракардиальной нервной
системы, проявляющимся в увеличении или урежении ритма сердца путем ускорения
или замедления фазы медленной диастолической деполяризации клеток водителей
ритма, существует другая, ранее не изученная форма нервной регуляции,
проявляемая генерацией ритма сердца.
В
естественных условиях центральная генерация ритма сердца прямо не видна. Для ее
выявления были разработаны модели на животных и проба на человеке [1].
Суть
пробы на сердечно-дыхательный синхронизм состоит в том, что испытуемому
предлагается дышать в такт вспышкам фотостимулятора или звуковым стимулам. При
определенных частотных параметрах развивается феномен сердечно-дыхательного
синхронизма. Он состоит в том, что сердце в ответ на каждое дыхание производит
одно сокращение. Изменение частоты дыхания в определенном частотном диапазоне
приводит к синхронному изменению (ЧСС). При этом проба реализуется посредством
восприятия звукового сигнала, его переработки, формирования произвольной
реакции воспроизведения дыхания с определенной частотой, а также сложного
комплекса межцентрального взаимодействия дыхательного и сердечного центров [4,
5] и "центрального сигнала" с собственными ритмогенными структурами
сердца.
Цель
настоящего исследования - определение возможности использования и степени
информативности результатов пробы на сердечно-дыхательный синхронизм в оценке
текущего функционального состояния организма юных спортсменов.
В
исследовании приняли участие 20 юных спортсменов (10 мальчиков и 10 девочек)
13-14 лет со спортивным стажем от 1 года до 4 лет. Из них 12 человек занимались
легкой атлетикой, 8 - футболом.
В
качестве тестирующих процедур применялись: 8- километровый кроссовый бег
(нагрузка аэробной направленности), 3-километровый темповый кросс (нагрузка
смешанной направленности) и повторная работа 6 х 300 м с интервалом в 1 мин
(нагрузка анаэробной гликолитической направленности).
За
сутки до выполнения испытуемыми тестирующих нагрузок у них в тесте РWС170
определялся уровень общей физической работоспособности. На следующий день утром
проводилась проба на сердечно-дыхательный синхронизм, после которой обследуемые
выполняли одно из контрольных упражнений. Повторное определение всех
вышеперечисленных показателей проводилось через 24 ч после испытаний. Подобный
комплекс обследований повторялся 3 раза с интервалом в 5 дней. С целью
исключения кумулятивного тренировочного эффекта половина группы испытуемых
выполняла тестирующие нагрузки в определенной последовательности: аэробная,
смешанная и анаэробная гликолитическая; остальные - в последовательности:
аэробная, анаэробная гликолитическая и смешанная.
Методика
проведения пробы на сердечно-дыхательный синхронизм заключалась в следующем: в
состоянии покоя после 5 мин сидения у обследуемого осуществлялась запись
электрокардиограммы (во втором стандартном отведении, при помощи
электрокардиографа КС-02 на чернильном самопишущем приборе Н-338-8 при скорости
бумажной ленты 25 мм/с) и пневмограммы.
На
этом же самопишущем приборе регистрировали дыхательные движения грудной клетки.
Для этого использовали тензолитовый датчик, который представлял собой трубку из
ниппельной резины длиной 12 см и внутренним диаметром 3 мм. Трубка была
заполнена порошком графита и при помощи тесемок укреплялась на грудной клетке.
На концах трубки находились металлические контакты, от которых отходили
провода, входящие в электрическую цепь: батарея - устройство, балансирующее
"электрический ноль", - самопишущий прибор. Принцип работы датчика
состоял в следующем. При каждом вдохе происходило увеличение объема грудной
клетки, что вызывало соответствующее растяжение фиксированной к ней трубки из
ниппельной резины. Растяжение трубки вызывало, в свою очередь, изменение
электрического сопротивления цепи. Последнее усиливалось и регистрировалось на
самопишущем приборе.
Испытуемый
после записи исходных параметров начинал дышать в такт раздражителю, в качестве
которого использовался звуковой стимулятор. Первоначально частота стимулов
бралась на 10% ниже исходной частоты сердцебиений. Испытуемый дышал в такт
стимулам в течение 30-40 с, а затем переходил на обычное дыхание. После
восстановления исходных параметров частота раздражителя увеличивалась на 5% и
проба повторялась вновь. На основании результатов проб, проводимых с разной
частотой, регистрировалась такая частота дыхания (звуковых стимулов), при
которой возникал феномен: заданная частота дыханий и сердцебиений становилась
синхронной. Эта величина частоты условно обозначалась минимальной границей
диапазона. Далее, по мере увеличения частоты заданного дыхания, при очередной
пробе феномен не вызывался, хотя испытуемый дышал в такт раздражителю.
Наибольшая величина частоты дыхания, при которой еще наблюдался феномен, обозначалась как
максимальная граница диапазона синхронизации. Таким образом, устанавливался
диапазон сердечно-дыхательного синхронизма от минимальной до максимальной
границ. Границы диапазона сердечно-дыхательного синхронизма проверялись путем
их установления в обратном порядке, для чего частота дыхания (стимулов) каждый
раз ступенчато понижалась на 5%.
На
протяжении всего периода проведения пробы, включая период восстановления,
регистрировались электрокардиограмма и пневмограмма.
Временем
развития феномена сердечно-дыхательного синхронизма считали временной интервал,
разделяющий начало произвольного дыхания и возникновение первого синхронного
дыханию сердцебиения, который выражался в кардиоциклах. В процессе настоящего исследования
учитывалось время появления сердечно-дыхательного синхронизма на минимальной
границе и время его появления на максимальной границе. При этом фиксировали
также длительность восстановления исходной ЧСС после прекращения пробы на
максимальной и минимальной границах феномена.
Происходящие
изменения физиологических процессов при проведении пробы на
сердечно-дыхательный синхронизм оценивались по длительности сердечных и
дыхательных циклов, их количеству, продолжительности переходных и
восстановительных периодов.
Результаты
проведенных исследований показали следующее: во время исходного обследования,
проводимого перед каждой тестирующей нагрузкой, значения основных показателей
функционального состояния сердечно-сосудистой системы у юных спортсменов не
претерпевали существенных изменений и составляли в среднем: ЧСС и частота
дыхания у девочек - 83,0±1,6 и 20,9±1,3, у мальчиков соответственно 81,3±1,4 и
20,6±1,1; результаты пробы Руффье у девочек и у мальчиков соответственно
11,0±0,2 и 10,3±0,1; показатель качества реакции - 0,47±0,03 и 0,36±0,02;
двойного произведения - 89,2±1,1 и 81,5±1,3, которые достоверно не отличались
друг от друга (р >0,05).
Относительные
значения показателя физической работоспособности в исходном состоянии составили
у девочек и мальчиков соответственно 15,2±0,6 и 15,1±0,8 кгм/мин/кг.
Результаты, полученные при проведении пробы сердечно-дыхательного синхронизма в
исходном состоянии, у юных спортсменов принципиально не отличались от таковых у
детей этого возраста,не занимающихся спортом.
По
окончании тестирующей нагрузки ЧСС составляла: после 8-километрового кроссового
бега у девочек и мальчиков соответственно 150,1±1,2 и 146,3±2,0; после
3-километрового темпового кросса -172,3±1,4 и 166,0±2,4; после повторной работы
6 х 300 м с интервалом в 1 мин -184,8±3,1 и 181,2±2,7, что подтверждает ее
выполнение в аэробной, смешанной и анаэробной гликолитической зонах.
Следует
отметить, что в отставленном восстановительном периоде между шириной диапазона
сердечно-дыхательного синхронизма и степенью тяжести предшествующей тестирующей
нагрузки нами была установлена определенная взаимосвязь. В частности, чем
больше физическая нагрузка, тем шире диапазон сердечно-дыхательного
синхронизма. Так, ширина диапазона феномена после аэробной нагрузки по отношению
к исходной у девочек и мальчиков не изменилась (р >0,05). После смешанной
нагрузки у девочек она увеличилась на 37,3±0,5% (р<0,001), а у мальчиков -
на 10,8±0,5% (р<0,001), после анаэробной гликолитической нагрузки
соответственно на 74,0±1,4% (р <0,001) и 17,2±1,1% (р<0,001).
При
этом продолжительность развития синхронизма на минимальной границе диапазона
феномена через сутки после аэробной нагрузки у девочек и мальчиков не
изменилась по отношению к исходной (р >0,05). После смешанной нагрузки она уменьшилась
соответственно на 33,5±1,6% (р<0,001) и 39,0±1,2% (р<0,001), а после
анаэробной гликолитической - на 48,3±1,9% (р<0,001) и 61,1±1,9%
(р<0,001).
Продолжительность
развития синхронизма на максимальной границе диапазона феномена через сутки
после аэробной нагрузки у девочек и мальчиков также не изменилась по отношению
к исходной (р >0,05). После смешанной нагрузки она уменьшилась
соответственно на 15,8±1,0% (р<0,001) и 10,3±0,9% (р<0,001), а после
анаэробной гликолитической - на 30,4±1,1% (р <0,001) и 22,2±1,3%
(р<0,001).
При
анализе показателей длительности восстановления исходной ЧСС после прекращения
пробы было отмечено, что на минимальной границе феномена по отношению к
исходной через сутки после легкой нагрузки у девочек и мальчиков они не изменились
(р >0,05). После смешанной нагрузки длительность уменьшилась, соответственно
на 39,1±1,3 % (р<0,001) и 41,7+1,0 % (р <0,001), а после анаэробной
гликолитической - на 61,1±1,9 % (р <0,001) и 47,0±2,1 % (р<0,001).
Длительность восстановления исходной ЧСС после прекращения пробы от
максимальной границы феномена по отношению к исходной через сутки после
аэробной нагрузки у девочек и мальчиков не изменилась (р>0,05). После
смешанной нагрузки она уменьшилась соответственно на 41,5+1,7% (р<0,001) и
14,2+1,1% (р<0,001), а после анаэробной гликолитической - на 27,4+1,0%
(р<0,001) и 20,9+0,9% (р<0,001).
Вышеописанные
закономерности совпадают с динамикой физической работоспособности. Так, на
следующий день после аэробной нагрузки у девочек и мальчиков последняя
практически не изменилась, оставаясь в пределах 15,3±0,7 и 15,0±0,8 кгм/мин/кг.
После смешанной нагрузки у девочек она увеличилась до 17,0±0,8 кгм/мин/кг, у
мальчиков осталась равной 15,9±0,4 кгм/мин/кг. После анаэробной гликолитической
нагрузки у девочек она достигла 18,1±0,7 кгм/мин/кг, а у мальчиков стала
16,4±0,9 кгм/мин/кг.
Показатели
"двойного произведения", индекса Руффье и качества реакции в данной
серии наблюдений существенных изменений не претерпевали, а следовательно, не
демонстрировали однонаправленной динамики с тестом РWС170.
Следовательно,
наибольшей информационной значимостью в плане прогнозирования общей физической
работоспособности у юных спортсменов обладает ширина диапазона сердечно-дыхательного синхронизма, а
также продолжительность развития синхронизма на минимальной и максимальной
границах диапазона.
При
проведении пробы на сердечно-дыхательный синхронизм в процесс вовлекаются все
системы реагирования, участвующие в восприятии сигнала, его переработке,
формировании задания и его реализации? т.е. речь идет о показателе интегральной
оценки регуляторно -адаптивных возможностей организма, позволяющем в четких
цифровых показателях анализировать динамику многоуровневой системы регуляции,
начиная с психоэмоционального звена и заканчивая важнейшими вегетативными
функциями дыхания и кровообращения.
Таким
образом, все вышесказанное обусловливает целесообразность включения пробы на
сердечно-дыхательный синхронизм в комплекс показателей, используемых в системе
медицинского контроля за юными спортсменами.
Список литературы
1.
Абушкевич В.Г. Пусковое влияние центральной нервной системы на формирование
ритма сердца // Матер. науч. сессии. Краснодар, 1990, с.19-20.
2.
Граевская Н.Д., Велитченко В.К., Долматова Д.И. и др. Состояние здоровья и физическая
работоспособность студентов в институте физической культуры // Вестник
спортивной медицины России. 1997, №1, с. 2-7.
3.
Никитушкин В.Г., Квашук П.В. Некоторые итоги исследования проблемы
индивидуализации подготовки юных спортсменов // Теория и практика физ. культуры.
1998, с.18-22.
4.
Покровский В.М. Механизмы экстракардиальной регуляции ритма сердца // Физиол.
журн. СССР, 1988, т. 74, № 2, с.259-264.
5.
Покровский В.М. Новые представления о механизмах нервной регуляции ритма сердца.
// Кубанский научный медицинский вестник, 1995, № 5,6(12-13), с.76-80.
6.
Покровский В.М., Абушкевич В.Г., Дашковский А.И. и др. Возможность управления
ритмом сердца посредством произвольного изменения частоты дыхания // ДАН СССР,
1985, т. 283, № 3, с.738-740.
Для
подготовки данной работы были использованы материалы с сайта http://lib.sportedu.ru/