некоторые особенности срочной адаптации организма

1
НЕКОТОРЫЕ ОСОБЕННОСТИ СРОЧНОЙ АДАПТАЦИИ
ОРГАНИЗМА СПОРТСМЕНОВ К СТРЕССОВОЙ НАГРУЗКЕ
Е.Л.Ларионова, А.Д.Викулов
Введение
Известно, что сердечно-сосудистая система с ее многоуровневой
регуляцией
является
наиболее
тонким
индикатором
функционального
состояния организма. При кратковременных умственных и физических
напряжениях приспособление к меняющимся условиям жизнедеятельности
происходит при участии вегетативной регуляции деятельности сердца. Из всех
характеристик сердца, ответственных за осуществление этого процесса,
основную роль играют характеристики ритма сердца и его сократительной
функции (Анализ сердечного …, 1982), поэтому изучение этих характеристик в
норме и под воздействием различных функциональных нагрузок позволяет
сформировать представления о механизмах приспособительных реакций.
Исходя из этого, целью исследования явилось изучение некоторых
особенностей срочной адаптации организма спортсмена к умственной
нагрузке.
Методика
Были обследованы 37 практически здоровых лиц, спортсменов. Возраст
19,0±1,8 года. Спортивная квалификация - от третьего разряда до мастера
спорта.
Эксперимент состоял из двух этапов: I – регистрация показателей ЭКГ и
сердечного ритма в покое (фоновая запись); II – запись этих показателей во
время информационной нагрузки - при выполнении «арифметического" теста.
Продолжительность каждого этапа составляла 5 минут.
2
Электрокардиография и кардиоритмография выполнены с помощью
аппаратно-программного
комплекса "ВНС-Спектр" фирмы "НейроСофт"
(Россия, г. Иваново).
ЭКГ проанализирована во втором стандартном отведении. Изучались все
стандартные амплитудные и интервальные характеристики.
При
исследовании
вариабельности
ритма
сердца
использованы
следующие методики:
- временной анализ (показатели: RRmin, RRmax, RRNN, SDNN, RMSSD,
pNN50%, CV);
- спектральный анализ (показатели: ТР – общая мощность спектра, VLF –
мощность "очень" низкочастотного спектра (метаболического частотного
диапазона), LF – мощность низкочастотного спектра (барорефлекторного
частотного
диапазона),
HF
–
мощность
высокочастотного
спектра
(вагоинсулярного частотного диапазона);
- вариационная пульсометрия по Р.М. Баевскому (показатели: Мо - моды
нормальных кардиоинтервалов, АМо – амплитуды моды, ВР – вариационного
размаха, ИВР – индекса вегетативного равновесия, ПАПР – показателя
адекватности процессов регуляции, ВПР – вегетативного показателя ритма, ИН
– индекса напряжения).
При регистрации ЭКГ и РКГ обследуемый находился в положении лежа на
спине.
Согласно
приводящие
к
инструкции,
предварительно
эмоциональному
возбуждению,
устранены
записи
все
помехи,
предшествовал
пятиминутный адаптационный период к горизонтальному положению и
окружающим условиям.
Информационная нагрузка создавалась последовательным вычитанием
числа "7" из 500 (500 – 7 = 493; 493 – 7 = 486; 486 – 7 = 479 и т.д.).
Арифметическое действие выполнялось "в уме".
Полученный результат
сообщался испытуемым по завершению тестирования. Сообщением результата
вызывалась заинтересованность в выполнении задания: известно, что одним из
3
условий
воспроизведения
состояния
психоэмоционального
напряжения
является наличие достаточной мотивации (Боднар Э.Л., и др., 1999).
Для
обработки
данных
использовали
компьютерные
программы
статистической обработки ″Excel″ и ''Statistica 5.5”. Достоверность различий
средних значений ритмограммы и электрокардиограммы, полученных в фоне и
во время умственной нагрузки для всей совокупности исследуемых,
определяли по непараметрическому критерию Wilcoxon. В случае сравнения
групп использовали U-критерий Mann-Whitney. Для нахождения различий
между типами I группы
использовали непараметрический однофакторный
анализ (Kruskal – Wallis ANOVA).
Результаты исследования и их обсуждение
Из всех зарегистрированных показателей ЭКГ наиболее ярко выраженные
изменения оказались характерны для амплитуды зубцов "Р", "R" и "Т", а также
для интервала "Q-T". Анализ динамики изменений указывает на то, что во
время умственной нагрузки отмечалось снижение амплитуды зубцов "R" (фон
-1.24±0.45 мВ; нагрузка - 1,2±0,45 мВ; р<0,001), "Т" (фон – 0,41±0,16 мВ;
нагрузка – 0,39±0,15 мВ; р<0,01), увеличение амплитуды зубцов "Р" (фон 0,10±0,05 мВ; нагрузка – 0,11±0,05 мВ; р<0,05), уменьшение длительности
интервала "Q-T" (фон – 393,86±25 мс; нагрузка – 383,27±24,67мс; р<0,001).
Обычно
комплекс
таких
изменений
объясняется
увеличением
психоэмоционального напряжения и усилением симпатико-адреналовых
влияний (Сидоренко Г.И., 1983; Лещинская Я.С., 1974). Снижение вольтажа
зубца "Т" считается наиболее надежным критерием психоэмоционального
напряжения. Динамика этого параметра обладает большой чувствительностью
и однонаправленностью изменений (Сидоренко Г.И., 1983; Петрова Т.С., и др.,
2003). Выявленные сдвиги в ЭКГ могут быть расценены как отражение
физиологических компонентов общеадаптационного синдрома повышения
4
защитной активности организма и стимуляции функции миокарда (Лещинская
Я.С., 1974).
Изучение показателей ритмограммы сердца показало, что нагрузка в виде
решения арифметических задач вызывала увеличение частоты сердечных
сокращений, а, следовательно, и увеличение количества кардиоциклов как по
индивидуальным (34 человека из 36), так и по средне- групповым значениям
(р≤0,001). Наши наблюдения совпадают с результатами ряда авторов об
увеличении ЧСС при выполнения арифметических операций (Mulder G. et.al.,
1980; Лэйси Дж. и др., 1982; Романов В.В. и др. 1984; Боднар Э.Л. и др., 1999).
Это согласуется и с наблюдениями ряда авторов о том, что длительность
интервала "Q-T" (характеристика
электрической систолы желудочков)
изменяется в зависимости от ЧСС – при повышении частоты интервал "Q-T"
сокращается, а при ее урежении - удлиняется (Solti F. et.al., 1989), хотя
некоторые исследователи отмечают ослабление вышеназванной взаимосвязи
при внезапных и интенсивных изменениях длительности сердечного цикла
(Abildskov J. A., 1985; Solti F. et.al., 1989).
Анализируя остальные тестовые показатели, нами выделены две группы
испытуемых (I и II). Деление на группы основывалось на выявлении двух
типов реакций сердечного ритма с противоположным изменением ряда
параметров.
Испытуемые
группы-I
(n=27)
реагировали
на
нагрузку
уменьшением вариативности и величины стандартного отклонения RR–
интервалов (SDNN), ростом амплитуды значений моды ряда нормальных
кардиоинтервалов (АМо), увеличением индекса вегетативного равновесия
(ИВР) и индекса напряжения (ИН). Реакция второй группы (n=10) состояла в
увеличении вариативности и величины стандартного отклонения RR–
интервалов, снижении значений АМо, ИВР, ИН.
Подобные разнонаправленные реакции были получены ранее Даниловой
Н.Н. и др. (1994, 1999).
5
Таблица 1.
Динамика статистических показателей ВСР у спортсменов
под влиянием арифметической пробы
M±δ
Показатель
Группа I
Группа II
Фоновые
n - 27
n - 10
различия
ВСР
Фон
500-7
Фон
500-7
ЧСС, уд/мин. 63,19±
69,73±
65,4±
72,9±
9,25
9,89**
9,14
11,59*
Число к/ц
311,85±
344,65±
323,8±
360,6±
45,69
49,35**
46,58
57,788*
SDNN, мс
76,31±
60,92±
42,3±
54,1±1
31,43
28,36**
15,17
5,16*
CV%
7,77±
6,86±
4,49±
6,35±
2,96
2,83*
1,3
1,37*
АМо, %
25,09±
28,22±
35,7±
23,09±
7,08
7,49
18,69
5,59*
ИВР, у.е.
65,19±
85,03±
110,18±
79,45±
29,66
36,37**
30,06
22,91*
ИН,у.е.
35,56±
50,67±
60,65±
48,23±
19,81
22,24**
18,98
15,25*
* - различия статистически значимы при р<0,05; ** при p<0,01.
Р=0,001
Р=0,001
Р=0,01
Р=0,001
Р=0,005
По нашему мнению, две противоположные реакции на умственную
нагрузку по показателям сердечного ритма можно связать с различным
исходным уровнем вегетативного обеспечения. Это хорошо согласуется с
выводами, полученными целым рядом авторов (Станкус С.Р. и др., 1984; Вейн
А. М., и др. 1987; Кутерман Э.М. и др., 1989; Коркушо О.В., 1991; Поборский
А.Н. и др., 2000).
Несмотря на то, что по исходной ЧСС статистически
значимых межгрупповых различий выявлено не было, другие
компоненты
вегетативного обеспечения имели значимые отличия. По-видимому, уровень
6
ЧСС в группах поддерживался различными комбинациями активности звеньев
системы управления гомеостазом (Баевский Р.М. и др., 2001). Сравнивая
остальные фоновые показатели ВСР I-й и II-й групп можно отметить
достоверно более низкие величины индекса напряжения (35,56±19,81 против
60,65±18,98; р=0,008), индекса вегетативного равновесия (65,19±29,66 против
110,18±30,06; р=0,001) и амплитуды моды (25,09±7,08 против 35,70±18,69;
р=0,01) группы-I, а также повышенные по сравнению с группой II величины
стандартного отклонения (SDNN 76,31±31,43 против 42,3±15,17; р=0,004) и
коэффициента вариации (7,77±2,96 против 4,49±1,30; р=0,003) нормальных
кардиоинтервалов.
Однако группы существенно различались по мощности спектральных
характеристик. Группа-I по сравнению с группой-II имела достоверно
выраженное преобладание мощности всех колебательных компонентов ВСР, и
соответственно преобладание суммарной спектральной мощности, а также
характеризовалась наиболее сбалансированным типом соотношений частотно –
спектральных показателей кардиоритма.
Таблица 2
Спектральные характеристики у спортсменов в покое
M±δ
Показатель
ТР, мсˆ2
Группа 1
n=27
6387,39±4676,72
Группа 2
n=10
1600±746,03
р≤
0,005
VLF, мсˆ2
1741,52±1379,2
601,78±344,79
0,01
LF, мсˆ2
1584,77±1335,24
496,11±273,83
0,02
HF, мсˆ2
2930,96±2711
529±509,7
0,02
Более тонко дифференцировать состояние сердечного ритма позволяют
частотные спектры ритмограммы (Данилова Н.Н., 1992).
7
Таблица 2
Динамика изменений спектральных составляющих ритма сердца под
воздействием умственной нагрузки
M±δ
Группа / тип
I
А Фон
500-7
Фон
В
500-7
ТР, мсˆ2
4206±
2376,59
4871,5±
3344,95*
4729,55±
3703,75
2521±
1596,99*
С Фон
8628,4±
4094,04
500-7 6440,6±
4623,5
II D Фон
1925,2±
1245,9
500-7 3286,4±
503,57*
Примечание: * – р ≤ 0,05
Анализ
динамики
VLF, мсˆ2
LF, мсˆ2
HF, мсˆ2
1008,17±
474,95
1809,67±
846,67*
1967,81±
1629,91
896,27±
683,4*
796±
388,47
1278,17±
1157,62*
851,18±
554,44
614,54±
293,43*
2401,67±
1937,39
1784±
1744,01*
1910,18±
1733,94
1009,81±
892,34*
1859,2±
1865,42
3778,6±
3933,27*
592,3±
326,45
1611,0±
650,34*
3065,6±
1415,98
1032,6±
613,62*
520,1±
304,39
955±
504,25*
3704,2±
1894,98
1629,4±
1378,63*
812,7±
1017,73
720,49±
823,43
спектральных
характеристик
кардиоритма
под
воздействием умственной нагрузки позволил выделить четыре профиля
спектров (A, B, C, D) в виде различных соотношений VLF, LF, HF, изменение
которых следует рассматривать как функциональные сдвиги определенных
физиологических параметров, соответствующих тому или иному частотному
8
диапазону (метаболическому, барорефлекторному, вагоинсулярному) (Akselrod
S. et al., 1985).
Во всех случаях под влиянием умственной нагрузки отмечалось подавление
дыхательной аритмии (снижение мощности HF-волн).
У лиц, характеризующих тип D и всю II группу (n=10), обеспечение
умственной работы происходило за счет роста мощности метаболической
(р=0,005), барорефлекторной (р=0,02) модуляции, а также общего повышения
активности
регуляторных
механизмов
(р=0,006).
Мощность
спектра
дыхательных волн снижалась, но различия не достигали статистически
достоверного уровня (р>0,05). Данный факт, по-нашему мнению, следует
рассматривать в свете теории Р.М. Баевского о двух контурной системе
управления ритмом сердца, включающей в себя высшие вегетативные центры,
находящиеся под контролем корковых механизмов, координирующих все
процессы управления в организме (Баевский Р.М., 1976). Согласно этой теории,
при неоптимальном управлении необходима активация более высоких уровней
регуляции. Это проявляется в компенсаторном усилении активности всего
регуляторного механизма и появлении медленных волн с все более высоким
периодом, в возрастании их мощности.
Аладжалова Н.А. (1979) считает, что включение в работу «очень
низкочастотного» компонента происходит при чрезмерных для организма
раздражителях. Данное мнение автор подтверждает результатами своих
экспериментальных работ, где под воздействием постепенно усложняющихся
математических
заданий
происходило
увеличение
мощности
медленно
волновых процессов.
Прирост 10-секундных колебаний (LF-волны) во время нагрузки, как
правило, связывается с нервно-эмоциональным напряжением и утомлением
(Анализ сердечного …1982). Подобный тип реакции сердечно-сосудистой
системы на умственную нагрузку рассматривается как вариант стресс- ответа
(Флейшман А.Н., 1999).
9
У лиц группы-2 выявлено три различных типа реакции сердечного ритма на
арифметический счет: А (n = 6), В (n=15), С (n=6).
Профиль спектральных составляющих в ответ на функциональную нагрузку
типа А был схож с типом D, однако изменение мощности волн HF было
значительнее (р=0,02).
Реакция типа В выражалась в снижении пика 10-секундных колебаний
(LF; р=0,009), 3,5-секундных колебаний (HF; р≤0,008), а также в уменьшении
мощности VLF (р=0,003). По мнению А.Н. Флейшмана (1999), редукция LFколебаний
соответствует
состоянию
внутренней
сосредоточенности,
направленной на переработку имеющейся информации. Указывается, что
успешная поисковая активность сопровождается накоплением норадреналина в
мозговой ткани. Данный механизм соответствует классическому взгляду,
согласно которому, конец адаптации к стрессу сопровождается уменьшением
энергетических процессов в организме.
Снижение пика вагоинсулярных колебаний (HF) при умственной нагрузке
отмечали ряд исследователей Kalsbeek J.W (1967), Станкус А.И. и др. (1984),
Коркушко О.В. и др. (1991). Negoescu R.M. et. аl. (1993) наблюдали редукцию
дыхательной аритмии даже при модулированном дыхании, что, вероятно,
также связывается с протеканием мыслительных процессов.
Достижение полезного результата в типе С происходило за счет усиления
активности подкорковых симпатических центров (VLF; р=0,04), уменьшения
активности
вазомоторного
центра
(LF;
р=0,04),
и
снижения
тонуса
парасимпатического отдела вегетативной нервной системы (HF; р=0,04).
Усиление VLF, в данном случае, следует, по нашему мнению, рассматривать
как защитную адаптационную реакцию со стороны подкоркового сердечнососудистого центра, связанную с падением сосудистого и парасимпатического
тонуса.
10
Появление различных типов реакций по спектральным показателям во
второй
группе
особенностями
можно,
скорее
всего,
реагирования
объяснить
исследуемых,
так
индивидуальными
как
по
данным
однофакторного анализа достоверных отличий в фоновых показателях
различных типов I группы
не выявлено ни по одному из спектральных
компонентов (р>0,05) (Данилова Н.Н. и др., 1994; Данилова Н.Н. и др., 1999;
Романов В.В. и др., 1984; Щербатых Ю.В., 2002; Склярук Н.А., 1995).
Таким
образом,
спектральных
лица,
показателей,
а
характеризующиеся
также
сниженной
низкой
энергетикой
вариабельностью
RR-
интервалов и повышенным индексом напряжения в фоне, отвечают на
умственную нагрузку гиперадаптивной реакцией и утомлением; напротив,
исследуемые, обладающие достаточным запасом функциональных резервов,
низким индексом напряжения, высокими значениями CV и SDNN в покое,
адекватно реагируют на нагрузку.
Выводы
1.
Срочная адаптация спортсменов к четко дозированной умственной
нагрузке
характеризовалась
двумя
основными
типами
реакций
сердечного ритма с противоположными изменениями его параметров.
Один тип реакции выражался в виде снижения вариабельности ритма
сердца,
уменьшения
стандартного
отклонения
нормальных
кардиоинтервалов, увеличения показателей АМо, ИВР, ИН. Реакция
второго
типа
заключалась
в
росте
стандартного
отклонения
нормальных кардиоинтервалов, уменьшении АМо, ИВР, ИН.
2.
Разнонаправленность реакций обусловлена исходным вегетативным
тонусом.
11
Литература
1. Аладжалова
Н.А.
Психофизиологические
аспекты
свехмедленной
ритмической активности головного мозга. М.: Наука, 1979. 216 с.
2. Анализ сердечного ритма /Под ред. Жемайтите Д., Телькнис Л.
Вильнюс: Моклас. 1982. 130 с.
3. Баевский Р.М. Кибернитический анализ процессов управления
сердечным
ритмом
//Актуальные
проблемы
физиологии
и
патологии кровообращения. М.: Медицина, 1976. С. 161-175.
4. Баевский Р.М., Максимов А.Л., Берсенева А.П. Основы экологической
валеологии человека. Магадан: СВНЦ ДВО РАН, 2001. 267 с.
5. Боднар Э.Л., Зараковский Г.М., Гайнова Л.Д. Мотивация как фактор
формирования функционального состояния напряженности оператора
//Физиология человека 1999. Т. 25. N 3. C. 71-78.
6. Вейн А. М., Каменецкая Б.И., Хаспекова Н.Б. и др. Ритм сердца при
кардиоваскулярных нарушениях невротического генеза //Кардиология.
1987. № 9. С. 85-89.
7. Данилова Н.Н, Коршунов С.Г., Соколов Е.Н. Показатели сердечного
ритма при решении человеком арифметических задач //ЖВНД. Т. 44.
1994. Вып. 6. № 4-5. С. 932–943.
8. Данилова Н.Н. Психофизиологическая диагностика функциональных
состояний. М.: МГУ, 1992. 192 с.
9. Данилова Н.Н., Астафьев С.В. Изменение вариабельности сердечного
ритма при информационной нагрузке //ЖВНД. 1999. № 1. С. 28–37.
10. Коркушко О.В., Шатило В.Б., Шатило Т.В. и др. Анализ вегетативной
регуляции сердечного ритма на различных этапах индивидуального
развития человека //Физиология человека. 1991. Т. 17. № 2. С. 31-39.
12
11. Кутерман Э.М., Хаспекова Н.Б. Закономерности взаимосвязанных
изменений амплитуды и частоты колебательных составляющих ритма
сердца //Физиология человека. 1989. Т. 15. № 5. С. 48–54.
12. Лещинская
Я.С.
Изменение
ЭКГ
в
условиях
эмоционального
напряжения //Кардиология. 1974. № 6. С. 82-88.
13. Лэйси Дж.А., Лэйси Б.К. Специфическая роль частоты сердцебиений в
сенсомоторной
интеграции
//Нейрофизиологические
механизмы
поведения. М.: Наука, 1982. С. 434–453.
14. Петрова Т.С., Проничев И.В., Гречишникова Е.Н. Реакция центральной
нервной системы на невербальное психотерапевтическое воздействие:
вегетативное звено регуляции //Физиология человека. 2003. Т. 29. № 1. С.
77-80.
15. Поборский А.Н., Коваленко Л.В., Сафонов В.А. Вегетативная регуляция
и умственная работоспособность у детей в процессе обучения в
неблагоприятных
климатических
условиях
среднего
преобья
//Физиология человека. 2000. Т. 26. № 5. С 128–133.
16. Романов
В.В.,
специфичности
Левинский
реакций
Н.И.,
Чернова
сердечного
ритма
И.Н.
на
К
вопросу
некоторые
о
виды
умственной нагрузки //Физиология человека. 1984. Т. 10. № 4. С. 563–
568.
17. Сидоренко Г.И. Психофизиологические аспекты кардиологических
исследований. Минск: Беларусь, 1983. 142 с.
18. Склярук Н.А. Сравнительное исследование влияния разнородных
функциональных
нагрузок
на
ритм
сердечной
деятельности
в
зависимости от личностных особенностей испытуемых: Автореф. дисс.
…канд. биол. н. Курск, 1995.
19. Станкус А И., Соколов Е.Н. Вариабельность сердечного ритма при
информационных нагрузках //Физиология человека. 1984. Т. 10. № 5.
С.852–858.
13
20. Флейшман
А.Н.
Медленные
колебания
гемодинамики.
Теория,
практическое применение в клинической медицине и профилактике.
Новосибирск: Наука, 1999. 264 с.
21. Щербатых Ю.В. Связь черт личности студентов – медиков с
активностью вегетативной нервной системы //Психологический журнал.
2002. Т. 23. № 1. С. 118–122.
22. Abildskov J.A. Neural mechanisms in the ventricular regulation //Eur. Heart J.
1985. B (suppl. D) : 31.
23. Akselrod S.,Gordon D., Madwed J.B. et al. Hemodynamik regulation:
investigation by spectral analysis //Am. J. Physiol. 1985. Vol. 249. P. H867 –
H875.
24. Kalsbeek J.W. Mentale belasting. Assen: Van Gercum and Co. N.-Y., 1967.
135 р.
25. Mulder G., Mulder L.J.M. Coping with load//Coping and health /Eds S.
Levine, H. Ursin . N.Y.:
Plenum Press, 1980. P. 233-236.
26. Negoescu R.M., Csiki I.E., Pafnote M. et.al. Cortial control of sinus
arrhythmia in man studied bu spectral analysis //Integr. Physiol. Behav. Sci.,
1993., Jul-Sep.; 28 (3): 226-238.
27. Solti F., Szatmary L., Vecse T., et. al., Действие симпатической и
парасимпатической активности на длительность интервала QT.
//Cor et Uasa, Ed. ross. 31(1): 10 – 17, 1989.