Характеристика деятельности сердца физически тренированных и нетренированных студентов в зависимости от уровня содержания биоэлементов в организме

э

2013

Характеристика деятельности сердца физически тренированных и нетренированных студентов в зависимости от уровня содержания биоэлементов в организме

Решетняк О.А.

Таврический национальный университет имени В.И. Вернадского

Аннотации:

Проведено функциональное обследование сердечной деятельности у 80 физически тренированных и нетренированных студентов. Проведено обследование на предмет содержания кадмия, кальция и калия в организме. Электрокардиографическое обследование выполнено в состоянии физиологического покоя, при дозированной физической нагрузке на велоэргометре и в восстановительном периоде. Уровень химических элементов в волосах был определен с помощью рентгенофлуоресцентного анализа. Показано, что элементный баланс в организме спортсменов является более удовлетворительным (в условиях антропогенной среды), чем у студентов, которые не занимаются спортом и имеют дефицит эссенциальных элементов. Обнаружено физиологичную значимость кадмия, более выраженную у спортсменов, чем у студентов, не занимающихся спортом. Характер корреляционных связей эс-сенциальных элементов с показателями деятельности сердца соответствовал их известной роли в физиологических процессах на клеточном уровне.

Ключевые слова:

сердечно-сосудистая система,

спортсмены, химические, биоэлементы, студенты.

Решетняк О.А. Характеристика діяльності серця фізично тренованих і нетренованих студентів залежно від рівня вмісту біоелементів в організмі.

Проведено функціональне обстеження сердечної діяльності 80 фізично тренованих і нетренованих студентів, яки були обстежені на предмет вмісту кадмію, кальцію і калію в організмі. Електрокардіографічне обстеження виконане у стані фізіологічного спокою, після фізичного навантаження на велоергометрі та у від-новлювальному періоді. Рівень хімічних елементів у волоссі визначено за допомогою рентгено-флюоресцентного аналізу. Показано, що елементний баланс в організмі спортсменів є більш задовільним (в умовах антропогенного середовища), ніж у студентів, які не займаються спортом і мають дефіцит ессенціальних елементів. Виявлено фізіологічну значущість кадмію, більш виражену у спортсменів, чим у студентів, що не займаються спортом. Характер кореляційних зв'язків ессенціальних елементів з показниками діяльності серця відповідав їх відомій ролі у фізіологічних процесах на клітинному рівні.

серцево-судинна система, спортсмени, хімічні, біоелементи, студенти.

Reshetniak O.A. Characteristics of the physical heart trained and untrained students depending on the level of bioelements in the body. The

functional inspection of cardiac activity is conducted at 80 physically trained and untrained students, who have been surveyed about the maintenance of cadmium, potassium and calcium in an organism. The research of the element balance of students revealed that study of chemical elements in the organism of sportsmen was more satisfactory, than for the physically untrained students which showed the deficit of essential elements. The research of features of reaction of the cardiovascular system on the physical loading showed that physiological role of toxic cadmium for the state of the cardiovascular system was more expressed for sportsmen, than for the physically untrained students, though its content in an organism was within the limits of the existing norm. The physiological role toxic and essential elements for an action of the heart of sportsmen and the persons who are not going in for sports is revealed.

cardiovascular system, sportsmen, chemical, elements, students.

Введение.

Известно, что систематические занятия физическими упражнениями ведут к существенной оптимизации функционального состояния сердечно-сосудистой системы организма, повышению функциональных резервов данной системы, что требует и соответствующего микроэлементного обеспечения. Кроме того, систематические физические нагрузки являются благоприятным фактором, способствующим выведению токсичных элементов из организма [3, 7]. В связи с этим изучение состояния элементного баланса в организме в условиях загрязнения окружающей среды, в особенности при систематических физических нагрузках, является актуальным направлением физической культуры и спорта. К числу таких важных для организма спортсменов элементов относят кальций (Са++) и калий (К+) при недостатке или избытке которых наблюдаются расстройства функционирования мышечной ткани. В то же время некоторые из распространенных загрязнителей окружающей среды, например, кадмий (Cd++), могут выступать в качестве физиологических антагонистов этих элементов [6].

В настоящее время в литературе имеется ограниченное количество работ о взаимосвязях содержания микроэлементов и показателей деятельности сердца

© Решетняк О.А., 2013 doi: 10.6084/m9.figshare.644776

спортсменов, которые не дают достаточно полного представления о том, как реализуется в организме взаимодействие микроэлементов между собой, как это взаимодействие отражается на функции системы кровообращения и сказывается на тренировочной и соревновательной деятельности [9].

Исследования проводились в соответствии с планами НИР Таврического национального университета имени В.И. Вернадского «Медико-биологическое обоснование системы физического воспитания. Разработка и совершенствование методов врачебнопедагогических наблюдений в учебно-тренировочном процессе» (№ гос. регистрации 010Ш005752), а также Крымского государственного медицинского университета имени С.И. Георгиевского по программе «Физиологические подходы к оценке экологического риска для здоровья» (№ гос. регистрации 0102Ш06172).

Цель, задачи работы, материалы и методы.

Цель работы - изучить особенности функционального состояния сердечно-сосудистой системы у физически тренированных и нетренированных студентов, в зависимости от содержания кадмия, кальция и калия в организме в состоянии физиологического покоя, при физической нагрузке и в период восстановления.

Методыисследования-рентгено-флюоресцентный метод, метод электрокардиографии, статистическая обработка данных посредством непараметрического

І ПЕДАГОГІКА І

ПСИХОЛОГІЯ

та медико-біологічні проблеми фізичного виховання і спорту

корреляционного анализа по Спирмену, статистическое сравнение по методу Манна-Уитни.

Организация исследования. В исследовании приняли участие 80 студентов (юноши) в возрасте от 18 до 22 лет, из которых: 40 студентов-спортсменов, профессионально занимающихся футболом - (1-я группа) и 40 студентов, занимающихся физическим воспитанием, лишь в пределах учебной программы -(2-я группа). У обследуемых определяли содержание Cd++, Са++ и К+ в биологически стабильных тканях (волосах) рентгено-флюоресцентным методом в лаборатории научно-исследовательского центра «ВИРИА» г. Киева.

Оценку сердечной деятельности проводили путем регистрации показателей методом электрокардиографии на аппаратно-программном комплексе «Эргокард» (Италия). При проведении исследования производили распознание следующих электрокардиографических показателей: интервалов PQ (с) и QPSТ (с), сегмента ST (с), комплекса QPS (с), а так же интервала R-R (с).

Электрокардиограмму записывали в состоянии физиологического покоя, при комбинированной ступенчатой физической нагрузке на велоэргометре, которая состояла из 8 стадий (продолжительностью по 3 минуты) и в восстановительном периоде (на протяжении 5 мин).

Статистическую обработку данных проводили посредством непараметрического корреляционного анализа по Спирмену и статистического сравнения по методу Манна-Уитни.

Результаты исследований.

Прежде всего, следует отметить, что среднее содержание изучаемых химических элементов в организме исследуемых спортсменов находилось в пределах условной, принятой на сегодняшний день, нормы [4, 8, 10], в то время у нетренированных студентов от-

мечался дефицит Са++ и, в особенности, К+ в волосах (табл. 1).

Полученные данные согласуются с данными о различиях в составе волос профессиональных спортсменов, в целом, в сторону повышения концентрации большинства химических элементов (Са, Мg, №, Р. К), по сравнению с показателями здоровых мужчин, не занимающихся спортом [5].

Так, считают, что повышенная концентрация Са++ в волосах у спортсменов может не столько отражать более высокое содержание его в организме, сколько указывать на усиленный кругооборот и выведение при систематических физических нагрузках (кумулятивный эффект физических нагрузок), что, с другой стороны, может говорить о «скрытом» риске возникновения его дефицита. Усиленный метаболизм Са++, также может отражать воздействие тренировочного и соревновательного процессов, а, может быть, - и применение фармакологических средств спортсменами. В пользу этого свидетельствует и более высокое содержание Сd++ в организме спортсменов, усвоение которого Са++ ухудшает [6].

Так или иначе, более высокое содержание исследуемых элементов может говорить как о лучшем элементном статусе организма спортсменов, так и об элиминирующем воздействии мышечных нагрузок, которые влияют не только на динамику токсичных, но и на содержащихся в организме жизненно необходимых химических элементов.

Пониженное же содержание кальция в организме студентов, не занимающихся спортом, может быть, в свою очередь, обусловлено рядом причин. Прежде всего, дефицит Са++ связывают с его низким содержанием в пищевых продуктах, и в этом отношении дефицит Са++ у современного молодого поколения -явление достаточно распространенное [2, 6]. Его снижение также может наблюдаться в связи с усиленным

Таблица 1

Концентрация химических элементов в волосах исследуемых студентов,

Химический элемент Минимальная Максимальная Х+Sх Условная норма

Cd ++

1-я группа 0,00 0,28 0,08+0,01 0-1

2-я группа 0,00 0,17 0,05+0,01**

Са ++

1-я группа 183,67 929,69 353,31+28,40*** 300-700

2-я группа 145,62 718,19 179,50+25,38

К +

1-я группа 0,00 185,34 84,90+10,26 70-170

2-я группа 0,00 301,21 40,49+8,87***

Примечание. Различия между группами достоверны ** - при р<0,01; *** - при р<0,001.

32013

и

расходом в результате стрессорных воздействий, чрезмерным употреблением кофеин-содержащих продуктов, курения. На последнее указывает и недостаток К+ в волосах у студентов, не занимающихся спортом, который отмечается обычно при психическом переутомлении, ослаблении адаптационно-приспособительных механизмов.

Средние значения исследуемых показателей деятельности сердца в состоянии физиологического покоя существенно не отличались у студентов, занимающихся и не занимающихся спортом и, в целом, соответствовали нормативным значениям, то есть либо находились в пределах принятой физиологической нормы, либо незначительно отличались от нее у отдельных исследуемых [1] (табл. 2.).

Результаты сравнительного анализа ЭКГ-показателей у студентов-спортсменов и студентов, не занимающихся спортом, свидетельствовали о том, что выявленные достоверные различия интервалов PQ и QRST, а также сегмента ST (табл.2.), могут быть следствием адаптации организма к высоким физическим нагрузкам, которые в течение долгого времени не вызы-

вают нарушений миокардиально-гемодинамического гомеостаза, а лишь ведут к некоторому смещению значений физиологических показателей, обусловленному долговременными структурными механизмами адаптации к систематическим нагрузкам в течение длительного времени [1, 3] что, очевидно, имело место и в данном исследовании.

Результаты корреляционного анализа, полученные в настоящем исследовании, свидетельствуют в пользу этого теоретически обоснованного предположения. Они характеризуются наличием зависимости электрокардиографических характеристик сердца от уровня изученных химических элементов в организме на всех этапах тестирования, выраженной в разной степени и различным образом (табл. 3, табл. 4.).

Прежде всего, следует отметить, что у студентов 2-й группы эта зависимость проявлялась только после физической нагрузки и, в меньшей степени, в восстановительном периоде с двумя элементами из трех (табл.4). У студентов 1-й группы такая зависимость наблюдалась и в состоянии покоя; тем или иным образом ЭКГ-характеристики реагировали на все три

Таблица 2

Показатели деятельности сердца исследуемых студентов в состоянии физиологического покоя

Показатели Среднее + стандартное отклонение Норма

спортсмены

Интервал PQ (с) 0,128±0,001*** 0,131±0,002 0,12-0,20

Комплекс QRS (с) 0,090±0,002 0,093±0,003 0,06-0,09

Сегмент ST (с) 0,057±0,001*** 0,065±0,001 0,02-0,12

Интервал QRST (с) 0,148±0,001*** 0,158±0,001 0,35-0,42

Интервал R-R (с) 0,825±0,101 0,833±0,129 0,75-1,0

Примечание. Различия между группами достоверны * - при р<0,05; *** - при р<0,001.

Таблица 3

Корреляционный анализ показателей деятельности сердца и химических элементов в волосах физически тренированных студентов

Хим. элемент Показатели Покой Нагрузка Восстановление

Cd++ Интервал PQ -0,47 0,01 -0,52 0,01 -0,43 0,05

Комплекс QRS -0,47 0,01 -0,35 0,02

Комплекс QRST -0,50 0,02 -0,56 0,01

Сегмент ST 0,52 0,01

Интервал R-R -0,31 0,04

Са++ Интервал QRST 0,44 0,05

Интервал R-R -0,46 0,01 -0,37 0,04

К+ Интервал QRST -0,54 0,01

І ПЕДАГОГІКА І та медико-біологічні

проблеми фізичного

виховання і спорту _____________________________________________________________________________________________

Таблица 4

Корреляционный анализ показателей деятельности сердца и химических элементов в волосах физически нетренированных студентов

ПСИХОЛОГІЯ

Хим. элемент Показатели Покой Нагрузка Восстановление

Cd++ Интервал PQ 0,37 0,01

Сегмент ST 0,46 0,02 -0,37 0,02

Интервал R-R 0,36 0,02

К+ Комплекс QRS 0,36 0,02 0,31 0,05

Сегмент ST -0,33 0,03

Интервал QRSТ 0,36 0,02 0,40 0,02

Интервал R-R 0,40 0,01

элемента и характер этого реагирования был иным, чем у нетренированных студентов (табл.3). Количество реагирующих параметров и выявленных корреляционных связей также было больше у студентов-спортсменов, что, по-видимому, позволяет говорить о более высокой чувствительности их организма к колебаниям уровня данных элементов в организме, что может быть связано с более высокой потребностью в соответствующем микроэлементном обеспечении при систематических физических нагрузках. С этой точки зрения понятны, например, корреляционные связи интервала QRST, R-R с уровнем Са++ у спортсменов, но не у студентов, не занимающихся спортом, а также противоположная по характеру корреляция с его функциональным антагонистом К+ (табл.3.). Корреляции с концентрацией К++ выявлены и у нетренированных студентов с желудочковым комплексом. При этом их разнонаправленный характер позволяет полагать, что может иметь место разнонаправленное влияние калия на разные этапы фазы возбуждения желудочков.

Однако наиболее существенное влияние и у тех, и у других студентов на ЭКГ-характеристики обнаружено со стороны токсичного Cd++, хотя его содержание в организме было очень незначительным. Так, у физически нетренированных, чем выше было содержание Сd++, тем дольше длилось проведение возбуждения от предсердий к желудочкам во время физической нагрузки. Противоположная ситуация наблюдалась у тренированных студентов, причем на всех этапах тестирования: до, после физической нагрузки и после восстановительного периода. Влияние Сd++ у студентов 2-й группы имело место только на длительность полного возбуждения обоих желудочков (сегмент ST). в то время как у студентов 1-й группы это были разные этапы возбуждения желудочков, при этом характер зависимости был противоположным: чем выше уровень Сd, тем меньше времени требовалось на проведение

возбуждения. Иными словами, имел место положительный дромотропный эффект.

Выводы.

1. Обнаружено, что среднее содержание химических элементов в организме спортсменов находилось в пределах условной физиологической нормы, в то время как у студентов, не занимающихся спортом, отмечался дефицит кальция и, в особенности, калия в организме.

2. Установлено, что кадмий оказывал определенное влияние на электрофизиологические показатели деятельности сердца спортсменов: интервал РQ. комплекс QRS, интервал QRSТ, сегмент SТ, интервал R-R при 0,31<г<0,52 и 0,01<р<0,05, в покое, на различных этапах нагрузки и в восстановительном периоде. У нетренированных студентов кадмий не обладал такой выраженной значимостью, за исключением его общего влияния на длительность сердечного цикла за счет удлинения атриовентрикулярного проведения (интервал PQ (г=0,37; р<0,01) и периода общего возбуждения желудочков (сегмент ST (г=0,46; р<0,02) причем противоположным, чем у спортсменов, образом и практически исключительно во время физической нагрузки.

3. Функциональная значимость эссенциальных элементов для нетренированных студентов, проявлялась только после физической нагрузки и, в меньшей степени, в восстановительном периоде, тогда как у спортсменов такая зависимость наблюдалась и в состоянии физиологического покоя, указывая на более высокую потребностью в соответствующем микроэлементном обеспечении при систематических физических нагрузках.

Дальнейшие исследования предполагается провести в направлении изучения других проблем, связанных с анализом показателей деятельности сердца.

Литература:

1. Ванюшин Ю.С. Показатели кардиореспираторной системы у спортсменов разного возраста //Физиология человека, 1998. - Т. 24. - № 3. - С. 105-108.

2. Нотова С.В. Оценка макроэлементов в волосах учащейся молодежи г. Оренбурга / С.В. Нотова, Т.И. Бурцева // Микроэлементы в медицине, 2004. - № 4. - С. 103-105.

3. Продиус П.А. Адаптация к физической нагрузке повышает устойчивость к повреждающему действию адреналина и кальция. Докл. РАН / П.А. Продиус, Т.Г. Сазонтова, Н.Е. Голанцова.

- 1997. - № 5. - С. 711-714.

4. Ревич Б.А. Химические элементы в волосах человека как индикатор воздействия загрязненного производства и окружающей среды // Гигиена и санитария, 1990. - № 3. - С. 28-30.

5. Скальный А.В. Питание в спорте: макро- и микроэлемены / А.В.Скальный, З.Г.Орджоникидзе, А.Н.Катулин. - М., Городец.

- 2005. - 144 с.

6. Скальный А.В. Биоэлементы в медицине / А.В. Скальный, И.А. Рудаков. - М., Оникс 21 век, Мир. - 2004. - 272 с.

7. Солодков А.С. Адаптация к мышечной деятельности - механизмы и закономерности. Физиология в высших учебных заведениях России и СНГ - СПб., ГМУ им. Павлова. - 1998. - С. 75-77.

8. Grandgjean P., Frentsos J.A., Baer J.A. Mercury Risks: Controversy or Just Uncertainty? Public Health Reports. - 1999. - vol. 114. - pp. 512-517.

9. Spеncer C.I., Barsotti R.J., Berlin J.R. Loading of calcium and strontium into the sarcoplasmic reticulum in rat ventricular muscle. J Nol Cell Cardiol. - 2000. - vol. 32. - pp. 285-300.

10. Valkonic V. Human hair. Fundamentals and methods for measurement of elemental composition. - Boca Raton, CRC Press, Inc. - 1988. -vol. 1. - 164 p.

Информация об авторе:

Решетняк Ольга Анатольевна: olga_sport_tnu@mail.ru; Таврический национальный университет; ул. Студенческая 13, г. Симферополь, 97000, Украина.

Цитируйте эту статью как: Решетняк ОА. Характеристика деятельности сердца физиче-

ски тренированных и нетренированных студентов в зависимости от уровня содержания биоэлементов в организме

II Педагогіка, психологія та медико-біологічні проблеми фізичного виховання і спорту. - 2013. - № 3 - С. 47-51. doi:10.6084I m9.figshare.644776

Электронная версия этой статьи является полной и может быть найдена на сайте: http:IIwww.sportpedagogy.org.uaIhtmlIarhive.html

Это статья Открытого Доступа распространяется под терминами Creative Commons Attribution License, которая разрешает неограниченное использование, распространение и копирование любыми средствами, обеспечивающими должное цитирование этой оригинальной статьи (http:// creativecommons.org/licenses/byI3.0Ideed.ru).

Дата поступления в редакцию: 11.02.2013 г Опубликовано: 31.03.2013 г.

32013

H

References:

1. Vaniushin Iu.S. Fiziologiia cheloveka [Human Physiology], 1998, vol.24(3), pp. 105-108.

2. Notova S.V, Burceva T.I. Mikroelementy v medicine [Trace elements in medicine], 2004, vol.4, pp. 103-105.

3. Prodius P.A., Sazontova T.G., Golancova N.E. Adaptaciia kfizicheskoj nagruzke povyshaet ustojchivost’ k povrezhdaiushchemu dejstviiu adrenalina i kal’ciia [Adaptation to physical activity increases the resistance to the damaging action of adrenaline and calcium], 1997, vol.5, pp.711-714.

4. Revich B.A. Gigiena i sanitaria [Hygiene and sanitation], 1990, vol.3, pp. 28-30.

5. Skal’nyj A.V., Ordzhonikidze Z.G., Katulin A.N. Pitanie v sporte: makro- i mikroelemeny [Nutrition in sport: the macro- and micronutrients], Moscow, Gorodec, 2005, 144 p.

6. Skal’nyj A.V., Rudakov I.A. Bioelementy v medicine [Bioelements in medicine], Moscow, Oniks, 21 century, World, 2004, 272 p.

7. Solodkov A.S. Adaptaciia k myshechnoj deiatel’nosti — mekhanizmy i zakonomernosti. Fiziologiia v vysshikh uchebnykh zavedeniiakh Rossii i SNG [Adaptation to muscular activity - the mechanisms and patterns. Physiology in higher educational institutions of Russia and CIS], Sankt Petersburg, SMU, 1998, pp. 75-77.

8. Grandgjean P., Frentsos J.A., Baer J.A. Mercury Risks: Controversy or Just Uncertainty? Public Health Reports, 1999, vol. 114, pp. 512517.

9. Spencer C.I., Barsotti R.J., Berlin J.R. Loading of calcium and strontium into the sarcoplasmic reticulum in rat ventricular muscle.

Jounal Nol Cell Cardiol, 2000, vol. 32, pp. 285-300.

10. Valkonic V. Human hair. Fundamentals and methods for measurement of elemental composition, Boca Raton, CRC Press, Inc, 1988, vol. 1, 164 p.

Information about the author:

Reshetniak O.A.: olga_sport_tnu@mail.ru; Tavricheskiy National University; Student str. 13, Simferopol’, 97000, Ukraine.

Cite this article as: Reshetniak O.A. Characteristics of the physical heart trained and untrained students depending on the level of bioelements in the body. Pedagogics, psychology, medical-biological problems of physical training and sports, 2013, vol.3, pp. 47-51. doi:10.6084/m9.figshare.644776

The electronic version of this article is the complete one and can be found online at: http://www.sportpedagogy.org.ua/html/arhive-e.html

This is an Open Access article distributed under the terms of the Creative Commons Attribution License, which permits unrestricted use, distribution, and reproduction in any medium, provided the original work is properly cited (http:// creativecommons.org/licenses/by/3.0/deed.en).

Received: 11.02.2013 Published: 31.03.2013