Использование феномена сердечно-дыхательного синхронизма для оценки регуляторно-адаптивных возможностей

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.