Функциональное состояние и адаптационные резервы организма

УДК 612.0

А.Л.Похачевский, В.М.Михайлов, А.А.Груздев, А.А.Петровицкий, А.В.Садков, Н.В.Колесов,

А.В. Фомичев, С.С.Ссорин, С.А.Глушков, С.В.Ханыкова

ФУНКЦИОНАЛЬНОЕ СОСТОЯНИЕ И АДАПТАЦИОННЫЕ РЕЗЕРВЫ ОРГАНИЗМА

Вологодский институт права и экономики

As a result of research of three groups of sportsmen and groups of practically healthy patients who are not having regular physical activities in a week microcycle, by means of the spectral analysis of variability of a heart rate are revealed the general rules of the response to stress.It is drawn a conclusion about opportunity of application of the present research for an estimation of the functional condition of the human organism at stress, and also about studying of "price" of physical activity. Variants of treatment of the functional condition depending on spectral characteristics and restoration are given.

Введение

На 32-ой сессии Всемирной Ассамблеи Здравоохранения была утверждена Глобальная стратегия достижения здоровья для всех. Основной идеей стратегии является участие населения в формировании собственного здоровья, как наивысшей индивидуальной и общественной ценности. Согласно новой концепции основные задачи охраны здоровья должны фокусироваться в развитом звене первичной профилактики, позволяющем решать основные задачи сохранения и укрепления здоровья людей. Приоритетной для новой концепции здравоохранения определена проблема создания методов диагностики здоровья, доступных для населения, и методик наблюдения за состоянием здоровья в первичном звене здравоохранения. Особенно это актуально для профессий имеющих в своем цикле облигатные стрессовые ситуации. Таким образом, первостепенная задача клинико-физиологической службы — это оценка и реабилитация здоровья человека. Отсюда потребность в строго научном определении и оценке уровня здоровья, диагностике его изменений с целью индивидуального выбора адекватных мер коррекции и реабилитации [1].

Стресс вне зависимости от причины — один из важнейших факторов, приводящих к развитию так называемых болезней регуляции. Развитие соматической (висцеральной) патологии при стрессе реализуется через лимбико-ретикулярный комплекс — вегетативную и эндокринную систему [2]. Не случайно А.М.Вейн [3] предложил двухчленную формулу (кортикальные нарушения — висцеральная патология) дополнить введением третьего звена (вегетативная и эндокринная система), что позволяет объяснить механизмы, через которые опосредуется психическое в своем воздействии на соматические системы, и дает ключ для научного подхода к изучению психосоматических взаимоотношений. На важную роль системы нейрогу-моральной регуляции в развитии патологического процесса впервые указал в своих работах Ф.Александер, предложивший в 1950 г. теорию, в которой дифференцированные психопатологические гипотезы связывались с физиологическими и патологическими соматическими процессами. Позже, в медикотеоретических исследованиях У.Кеннона, Г.Селье и других ученых, понятия о гомеостазе, стресс-реакции, адаптации и здоровье человека в значительной степени

переплелись, и в результате сформировалось представление о функции адаптации (уровне адаптированно-сти) как об основной функции человеческого организма, наиболее полно отражающей состояние здоровья. Активация симпатоадреналовой системы (в стандартной ответной реакции по Г.Селье) является одной из возможных неспецифических реакций, хотя и наиболее частой.

Психоэмоциональное напряжение и возбуждение высших вегетативных центров является пусковым звеном патогенетической цепи, в которой активация системы нейрогуморальной регуляции приводит к увеличению уровня катехоламинов в крови, активации реакции перекисного окисления липидов, лабилизации лизосом, высвобождению протеолити-ческих ферментов, а в результате — к структурным изменениям в органах и тканях [4].

Таким образом, количественная оценка системы нейрогуморальной регуляции тождественна оценке текущего функционального состояния и адаптационных резервов организма. Осталось ответить на вопрос: как количественно измерить сумму нейрогумо-ральной регуляции и вклад каждой составляющей, а именно: парасимпатического отдела вегетативной нервной системы, симпато-адреналовой активности и гуморальной регуляции?

Исходя из представлений, впервые выдвинутых Н.Винером (1983), о том, что почти все процессы регуляции в биологических объектах построены как осцилляторы, основой их анализа должна быть волновая теория. В настоящее время наиболее признанной методологической основой изучения и количественной оценке системы нейрогуморальной регуляции является математический анализ вариабельности ритма сердца (ВРС) [5-10]. Волновые колебания длительности интервалов между кардиоциклами, обусловленные ней-рогуморальными влияниями, адекватно отражают общее функциональное состояние организма. Исследование системы нейрогуморальной регуляции как у здоровых людей, так и на начальных стадиях нарушения регуляторных и адаптационных процессов с помощью метода математического анализа ВРС по своим возможностям значительно превосходит традиционные функциональные пробы [11].

Целью исследования является определение количественных критериев общего функционального состояния (ФС), адаптационного потенциала и ре-

зервных возможностей организма помощью анализа вариабельности ритма сердца у здоровых людей в покое и при воздействии стресс-стимула.

Материалы и методы исследования

Обследовано четыре группы практически здоровых людей.

1-я группа — спортсмены-единоборцы (самбо, дзюдо, рукопашный бой), проходящие спортивные сборы. Тренировка: тренировочные схватки 5 мин, отдых 5 мин, общая продолжительность 150 мин. В этой группе обследовано 19 спортсменов (7 мастеров спорта, 12 кандидатов в мастера спорта) в возрасте 22±5 лет.

2-я группа — парашютисты, проходящие специальный тренировочный сбор инструкторского состава и кандидатов в космонавты. Тренировка: 8 прыжков различного технического содержания. В этой группе обследовано 17 человек в возрасте 30±4 года.

3-я группа — спортсмены циклических видов спорта (лыжные гонки, легкая атлетика, плаванье), проходящие нагрузочный сбор. Тренировка: стандартная 120-130-минутная аэробно-анаэробная физическая работа нагрузочного микроцикла. В группе обследовано 35 человек (23 перворазрядника, 8 кандидатов в мастера спорта, четыре мастера спорта) в возрасте 24±5 лет.

4-я группа — практически здоровые пациенты, не имеющие систематической физической нагрузки в анамнезе. Физическая нагрузка: беговая, лыжная в аэробном режиме при ЧСС не более 150 уд./мин общей продолжительностью 30-35 мин. В группе обследовано 23 человека в возрасте 25±6 лет.

Исследование вариабельности ритма сердца проводилось на аппаратно-программных комплексах компании «НейроСофт»: «Поли-Спектр» и радиоте-леметрической системе медицинского контроля «Поли-Спектр-Радио».

Во всех группах первое обследование проводилась утром, до начала тренировки в положении лежа, а затем стоя - активная ортостатическая проба (АОП). Повторная запись (лежа и стоя) проводилась через 5-15 мин (наступление стационарного периода определялось визуально по ритмограмме) после завершения тренировки, стандартизированной физической нагрузки.

Регистрация и математический анализ показателей ВРС проводились в соответствии с международным стандартом (1996) по пятиминутным записям. Текущее функциональное состояние оценивалось по показателю TP (общая мощность спектра) с учетом вклада быстрых колебаний (HF-компонент), отражающих активность парасимпатического отдела вегетативной нервной системы (ВНС), медленных колебаний (LF-компонент) — маркера активности симпатических влияний и очень медленных колебаний (VLF-компонент), отражающих в определенной степени гуморальнометаболические и церебральные эрготропные влияния на модуляцию сердечного ритма. Отношение LF/HF расценивалось как симпато-парасимпатический баланс. Реактивность парасимпатического отдела ВНС при проведении АОП оценивали по коэффициенту 30:15 (К30:15), выраженность активации симпатоадреналовой системы в ответ на ортостаз — по изменению процентного вклада отношения LF/HF с учетом динамики абсолютных значений LF-компонента.

Дополнительно регистрировалась пневмограмма, определялась длительность дыхательного цикла (ДДЦ), которая в виде гистограммы накладывалась на спектрограмму ВРС. Число столбиков гистограммы ДДЦ (основание гистограммы) характеризует процессы ритмогенеза дыхательного центра, а положение моды гистограммы ДДЦ относительно пика HF-компонента ВРС позволяет судить о сохранности кардиореспираторной синхронизации.

Результаты исследования обрабатывались с помощью статистических пакетов программ Microsoft Excel 7 и Statistica 6.0. Принимая во внимание, что распределение значений отличалось от нормального, данные представлены в виде медианы и 25-го и 75-го перцентиля (Me (25%;75%)). Достоверность различий оценивалась по непараметрическому критерию Уил-коксона, в случае пограничных значений дополнительно использовался непарараметрический анализ Колмогорова — Смирнова.

Результаты и их обсуждение

Результаты обследования спортсменов-

единоборцев до и после тренировки представлены в табл.1 и 2.

Таблица 1

Показатели спектральной мощности ВРС (мс2/Гц) до тренировки

TP VLF LF HF LF/HF К30:15

Ме 3504 1274 698 1545 4,1 1,41

25% 2543 964 371 1075 3,2 1,30

75% 4734 1600 1053 1941 5,8 1,65

Таблица 2

Показатели спектральной мощности ВРС (мс2/Гц) после тренировки

TP*** VLF*** LF*** HF** LF/HF*** К30:15***

Ме 2636 986 618 875 4,8 1,39

25% 1983 643 446 695 4,0 1,25

75% 4050 1439 977 1389 6,2 1,61

Примечание: достоверность различий: * р < 0,01; ** р < 0,05; *** р > 0,05.

Таблица 3

Показатели спектральной мощности ВРС (мс2/Гц) до прыжка с парашютом

ТР УЪБ ЬБ НБ ЬР/НБ К30:15

Ме 5189 1509 1176 1752 0,80 1,35

25% 3000 876 841 643 0,40 1,26

75% 6928 2723 1760 2753 1,12 1,52

Таблица 4

Показатели спектральной мощности ВРС (мс2/Гц) после прыжка с парашютом

ТР УЬБ ЬБ НБ ЬБ/НБ К30:15

Ме 1790 734 688 239 2,04 1,20

25% 893 559 283 116 1,37 1,09

75% 3170 1285 863 558 2,97 1,27

Примечание: достоверность различий по всем параметрамр < 0,02.

Как видно из представленных в таблице данных, после проведения спортивной тренировки текущее функциональное состояние (показатель ТР) не изменяется. Статистически существенное снижение демонстрирует лишь ИР-компонента (быстрые колебания), отражающая уровень функционирования парасимпатического отдела ВНС. На этом фоне вклад симпатоадреналовой активности (изменение отношения ЬР/ИР) в модуляции сердечного ритма фактически не изменяется. Достаточная изначальная мощность, даже с учетом снижения спектральной активности ИР-компоненты, в сочетании с устойчивой реактивностью парасимпатического отдела ВНС (К30:15) позволяет свидетельствовать в пользу оптимального функционального состояния.

Результаты обследования парашютистов до и после прыжка представлены в табл. 3 и 4.

В отличие от спортсменов-единоборцев спектральный пейзаж адаптационной активности парашютистов имеет принципиальные особенности. Депрессия текущего функционального состояния (показатель ТР), возникающая за счет снижения всех спектральных составляющих, выраженное снижение тонуса (при достаточно высокой изначальной мощности) и реактивности парасимпатического отдела ВНС (показатели ИР и К30:15), существенное возрастание на этом фоне симпатоадреналовой активности (отношение ЬР/ИР) позволяют говорить о нарушении функционирования

возвращающих к норме механизмов (тормозных влияний). Принимая во внимание концепцию о защитной (трофической) роли вагуса, данный факт следует расценивать как неблагоприятный.

Результаты обследования спортсменов циклических видов спорта до и после тренировки представлены в табл.5 и 6.

После тренировки выявлено достоверное снижение общей мощности спектра за счет симпатических (ЬР) и в большей степени парасимпатических (ИР) составляющих, что характеризует цену тренировки и свидетельствует о снижении адаптационных (функциональных) резервов организма спортсменов. Однако в отличие от кандидатов в космонавты и парашютистов в данной группе не выявлены достоверные изменения спектральных характеристик в по-сттренировочном периоде, что проявляется отсутствием различий ЬР/ИР и К30:15. Это свидетельствует об отсутствии напряжения адаптационных механизмов в виде увеличения интенсивности симпатоадре-наловой составляющей спектра, а также о сохранении реактивности парасимпатического отдела ВНС, что в целом говорит в пользу лучшей адаптационной активности организма спортсменов.

Результаты обследования нетренированных субъектов до и после физической нагрузки представлены в табл.7 и 8.

Таблица 5

Показатели спектральной мощности ВРС (мс2/Гц) до тренировки

ТР УЬБ ЬБ НБ ЬБ/НБ К30:15

Ме 5058 883 1342 2425 3,25 1,53

25% 3819 648 618 1997 1,76 1,36

75% 7921 1649 1795 4095 4,52 1,72

Таблица 6

Показатели спектральной мощности ВРС (мс2/Гц) после тренировки

ТР УЬБ ЬБ НБ ЬБ/НБ К30:15

Ме 2360 608 636 1021 4,88 1,42

25% 1688 414 467 511 3,21 1,28

75% 3029 900 982 1419 6,25 1,73

Примечание: достоверность различий: * р < 0,01; ** р < 0,05; *** р > 0,05.

13

Таблица 7

Показатели спектральной мощности ВРС (мс2/Гц) до физической нагрузки

ТР УЬР ЬР ИР ЬР/ИР К30:15

Ме 2168 587 601 727 2,74 1,35

25% 1212 355 287 501 1,58 1,28

75% 2518 732 818 945 4,85 1,46

Таблица 8

Показатели спектральной мощности ВРС (мс2/Гц) после физической нагрузки

ТР УЬР ЬР ИР ЬР/ИР К30:15

Ме 798 318 273 110 5,04 1,15

25% 517 260 104 80 4,26 1,05

75% 1054 370 471 180 7,39 1,22

Примечание: достоверность различий: * р < 0,001; ** р < 0,005; *** р > 0,05.

Как видим, после физической нагрузки происходит статистически существенное снижение адаптационной активности (показатель ТР), что с учетом ее изначальной недостаточности и выраженной ортостатической депрессии позволяет высказать предположение об общей адаптационной недостаточности. Снижение спектральной мощности имеет статистическое подтверждение для симпатического и парасимпатического компонентов (в последнем случае более выражено). Существенное возрастание на этом фоне вклада симпато-адреналовой активности в ортостазе (увеличение отношения ЬР/ИР) в модуляции сердечного ритма, а также снижение спектральной мощности ИР-компоненты в сочетании с выраженным падением реактивности парасимпатического отдела ВНС (К30:15) позволяют говорить о нарушении функционирования тормозных вегетативных влияний.

Итак, воздействие стрессогенного фактора вызывает адаптивные системные реакции, которые носят компенсаторный характер. Наряду с системами, специфически ответственными за адаптацию к данным повреждениям, важную роль играет система нейрогуморальной регуляции как неспецифическая система адаптации к воздействию стрессогенного фактора. У практически здоровых лиц, подвергшихся воздействию стрессогенных факторов, на первый план выступает неспецифическая система адаптации (система нейрогуморальной регуляции), которая может быть адекватно оценена при исследовании ВРС. Наиболее характерны снижение общей мощности спектра (показатель ТР), отражающей текущее функциональное состояние организма, а также относительное повышение активности симпатоадреналовой системы, оцененной по отношению ЬР/ИР и с учетом динамики (фон — стресс) абсолютных значений ЬР-компонента.

Принципиально важным следует считать факт снижения фоновой парасимпатической активности (ИР-компонент) и реактивности парасимпатического отдела ВНС (К30:15) после воздействия стресс-стимула, что следует расценивать как нарушение функционирования (поломку) возвращающих к норме механизмов.

Соотношения между симпато-парасимпати-ческим балансом не всегда носят характер прямоли-

нейной зависимости между активацией симпатического отдела и угнетением парасимпатического отдела автономной нервной системы. Возможны различные варианты, в том числе абсолютное увеличение симпатоадреналовой активности при почти неизмененных значениях активности парасимпатического отдела ВНС и, наоборот, незначительное увеличение симпатоадреналовой активности сопровождается отчетливым снижением тормозных влияний.

Снижение текущего функционального состояния (показатель ТР), избыточная активация симпато-адреналовой системы (отношение ЬР/ИР) и уменьшение активности (тонуса) парасимпатической системы регуляции (ИР-компонент и К30:15) являются патогенетической основой развития реакций дезадаптации.

При оценке выраженности вегетативной дисфункции важно учесть не только и даже не столько симпато-парасимпатический баланс в покое, сколько динамику активности отделов ВНС в ответ на проведение функциональных проб. При этом даже избыточная активация симпатоадреналовой системы, но с хорошей (сохранной) реактивностью парасимпатического отдела ВНС следует считать вариантом нормы. Говорить о реакциях дезадаптации следует только в случае несбалансированности ответа отделов автономной нервной системы.

При проведении исследований в аналогичных условиях значение УЬР-компонента во многом зависит от стационарности процесса (условий записи), а потому не следует трактовать динамику УЬР-компонента как отражение церебральных эрготроп-ных влияний и, тем более, нельзя суммировать УЬР-и ЬР-компоненты, считая данный показатель эквивалентом симпатоадреналовой активности.

Выводы

Оценка функционального состояния и адаптационных резервов организма до и после тренировок позволяет дать количественную характеристику такому понятию, как «физиологическая цена деятельности»; т. е., иначе говоря, определить, какой ценой дается проведение того или иного стрессового воздействия, этапа тренировочного цикла.

Высокий уровень адаптационной мощности в покое, достаточный для ее качественной и количест-

венной коррекции адекватно стрессовой необходимости в условиях сохранной вегетативной (симпатической и парасимпатической) реактивности, позволяет свидетельствовать в пользу наилучшего функционального состояния.

Проявлением адаптационной недостаточности являются малая выраженность общей спектральной мощности, приводящая к снижению или невозможности ортостатической или постстрессовой изменчивости, избыточная активация симпатоадреналовой системы (ЬР/ИР) и/или депрессия парасимпатической (К30:15) реактивности.

Снижение адаптационных резервов в 4-й группе, демонстрирующее существенные трудности в преодолении потенциальной стрессовой ситуации, требует дополнительного использования дозированной физической нагрузки для коррекции диагностированного состояния.

Выраженное снижение тонуса и реактивности парасимпатического отдела ВНС (ИР и К30:15), существенное возрастание на этом фоне симпатоадре-наловой активности (отношение ЬР/ИР) в группе парашютистов, с учетом достаточной изначальной функциональной активности свидетельствуют о нарушениях в процессе адаптации к стрессу, что проявляется изменением функционирования возвращающих к норме механизмов (тормозных влияний).

Адаптационные резервы организма спортсменов циклических видов спорта и единоборств достоверно шире, чем в других обследованных группах, а с учетом их оптимального использования при физическом стрессе свидетельствуют в пользу наилучшего функционального состояния.

С учетом технических особенностей и травмо-опасности единоборств для восстановления и оптимизации функционального состояния организма могут быть рекомендованы циклические нагрузки, развивающие выносливость.

1. Дмитриева И.В., Глазачев О.С. Индивидуальное здоровье и полипараметрическая диагностика функциональных состояний организма. М.: Горизонт, 2000. 214 с.

2. Судаков К.В. Индивидуальная устойчивость к эмоциональному стрессу. М., 1998. 263 с.

3. Вегетативные расстройства. Клиника, диагностика, лечение / Под ред. А.М.Вейна. М.: Мед. информ. агентство, 1998. 752 с.

4. Меерсон Ф.З. Пшенникова М. Г. Адаптация к стрессовым ситуациям и физическим нагрузкам. М.: Медицина, 1988. 253 с.

5. Баевский Р.М., Кириллов О.И., Клецкин С.З. Математический анализ изменений сердечного ритма при стрессе. М.: Наука, 1984. 222 с.

6. Баевский Р.М., Берсенева А.П. Оценка адаптационных возможностей организма и риска развития заболеваний. М., 1997. 235 с.

7. Баевский Р.М. // Тез. Междунар. симпозиума «Компьютерная электрокардиография на рубеже ХХ-ХХ1 столетий». М., 1999. С.116.

8. Баевский Р.М., Фунтова И.И., Гариб Ж.О., Фертра Ж.О. // Мат. 2-й науч.-практ. конф. «Клинические и физиологические аспекты ортостатических расстройств» ГКГ МВД РФ. М., 2000. С.196-209.

9. Березный Е.А., Рубин А.М. Практическая кардиоритмо-графия. СПб: НПО «Нео», 1997. 120 с.

10. Флейшман А.Н. Медленные колебания гемодинамики. Теория, практическое применение в клинической медицине и профилактике. Новосибирск: Наука, 1999. 264 с.

11. Ноздрачев А. Д., Щербатых Ю.В. // Физиология человека. 2001. № 6. С.95-101.