Особенности динамики ударного объема и его вариабельности после дозированной физической нагрузки у девочек младшего школьного возраста

ОСОБЕННОСТИ ДИНАМИКИ УДАРНОГО ОБЪЕМА И ЕГО ВАРИАБЕЛЬНОСТИ ПОСЛЕ ДОЗИРОВАННОЙ ФИЗИЧЕСКОЙ НАГРУЗКИ У ДЕВОЧЕК МЛАДШЕГО ШКОЛЬНОГО ВОЗРАСТА

А.Р. Сабирьянов*, Е.С. Сабирьянова, В.В. Епишев, Р.С. Сафиуллин

ЮУрГУ, г. Челябинск ЧГМА*, г. Челябинск

Представлены данные анализа изменений ударного объема и его медленноволновой вариабельности после кратковременной физической нагрузки у девочек младшего возраста в зависимости от исходного преобладания мощности колебаний в диапазонах. Выявлены различия изменений ударного объема и его медленноволновой вариабельности после кратковременной физической нагрузки в зависимости от исходных особенностей спектра колебаний показателя.

Исследования последних десятилетий убедительно показали, что медоенноволновая вариабельность показателей кровообращения является достоверным маркером активности уровней системы рефляции [3, 8, 18 и др.]. Анализ источников литературы показывает, что спектральный анализ вариабельности ритма сердца находит широкое применение не только при изучении базового тонуса уровней рефляции, но и при различных физиологических нагрузках [4,11,13].

Особо актуальны работы, связанные с изучением вариабельности показателей кровообращения у детей, т. к. у них процессы роста и развития организма сопровождаются перестройками и изменениями механизмов регуляции функций, в первую очередь, гемодинамики [6,9].

Однако большинство исследований в данной области связаны с анализом только вариабельности ритма сердца. Крайне недостаточны работы, оценивающие особенности изменений показателей кровообращения после физиологических нагрузок в зависимости от исходной активности уровней регуляции.

Целью данного исследования явилось изучение динамики ударного объема и его вариабельности у девочек младшего школьного возраста после кратковременной физической нагрузки в зависимости от исходного преобладания мощности его медленноволновых колебаний.

Методы исследования

В исследованиях участвовали девочки первой медицинской группы, младшего (8-10 лет) школьного возраста (л = 189).

Регистрация ударного объема (УО, мл) в течение 500 кардиоинтервалов производилась при помощи диагностирующей системы «Кентавр» [2] в положении лежа до и сразу после 20 глубоких приседаний. В системе «Кентавр» УО рассчитывается при помощи формулы Кубичека по ЭКГ и первой производной трансторакальной реограммы.

Спектральный анализ полученных показателей осуществлялся компьютерной программой с использованием метода быстрого преобразования Фурье. Изучались общая мощность (Power, уел. ед.), ее распределение в четырех диапазонах (уел. ед. и %), середина спектра колебаний (Fm, Гц). При интерпретации результатов спектрального анализа учитывалось, что самые и очень низкочастотные (0-0,075 Гц) колебания (СНЧ и ОНЧ) являются маркерами активности высших центров вегетативной регуляции [12, 14], низкочастотные (НЧ, 0,075-0,15 Гц) - периферического отдела вегетативной нервной системы [7, 17] и высокочастотные (ВЧ, 0,15-0,5 Гц) - блуждающего нерва и дыхательных движений [15,17].

Учитывая психомоторные особенности детей данного возраста, спектральный анализ проводился с 60 % фильтрацией вариабельности показателей, что позволило изучать только пиковую активность колебаний показателей и избегать артефактов.

Результаты исследований и их обсуждение

После спектрального анализа показателей У О в течение 500 кардиоинтервалов до и после 20 приседаний по исходным показателям вариабельности все дети были разделены на четыре группы. В первую группу вошли девочки с преобладанием в медленноволновом диапазоне У О самых низкочастотных колебаний, во вторую - ОНЧ, в третью - НЧ и в четвертую - ВЧ.

В табл. 1 представлены изменения УО и его вариабельности после дозированной физической нагрузки у девочек младшего школьного возраста в зависимости от исходного преобладания мощности в одном из четырех диапазонов медоенновол-нового спектра.

Как видно из табл. 1, наблюдаются значимые различия динамики УО и его вариабельности в зависимости от исходных особенностей медленноволновых колебаний показателя.

Особенности динамит ударного объема и его вариабельности '________________после дозированной физической нагрузки...

В первой группе девочек на фоне стабильности УО значительно возрастает частота медленноволновых колебаний показателя, что проявляется смещением Ет из СНЧ в НЧ диапазон. Учитывая, что СНЧ колебания показателей кровообращения являются маркерами надсегментарных влияний, в частности, гипоталамуса, то можно полагать, что кратковременная физическая нагрузка в данной группе девочек

ведет к возрастанию роли сегментарных механизмов регуляции. Однако анализ мощности колебаний в диапазонах спектра показывает, что после физической нагрузки статистически достоверно увеличиваются ОНЧ и ВЧ вариабельность УО. Это, наряду с ростом общей вариабельности показателя (Power), значительно изменяет относительное распределение медленноволновых колебаний (рис. 1 А).

Динамика ударного объема и его спектральных характеристик после дозированной физической нагрузки у девочек в зависимости

Таблица 1

Группа детей Показатели До нагрузки После нагрузки Абс. разница t Отн. разница

1 УО, мл 60,33 ±2,78 56,00 ±1,84 -4,33 -0,52 -7,18

Power, уел. ед. 19,83 ±3,82 41,60 ±8,52 21,77 2,33 109,76

Fm, Гц 0,02 ± 0,0003 0,130 ±0,053 0,11 2,13 566,67

Р1, уел. ед. 8,97 ±1,60 14,61 ±3,60 5,64 1,43 62,84

Р2, уел. ед. 7,06 ± 1,28 21,32 ±5,46 14,26 2,54 201,89

РЗ, уел. ед. 2,29 ± 0,85 1,16 ±0,35 -1ДЗ -1,23 —49,20

Р4, уел. ед. 1,50 ±0,52 4,51 ± 1,18 3,01 2,32 200,00

2 УО, мл 45,11 ± 1,28 48,78 ± 1,32 3,67 2,00 8,15

Power, уел. ед. 26,90 ±2,62 25,07 ± 1,56 -1,83 -0,60 -6,79

Fm, Гц 0,031 ± 0,0005 0,140 ±0,011 0,11 10,10 367,27

Р1,усл. ед. 8,15 ± 1,21 6,59 ± 0,77 -1,57 -1,09 -19,20

Р2, уел. ед. 15,89 ± 1,44 8,66 ±0,83 -7,23 -4,36 —45,49

РЗ, уел. ед. 1,91 ±0,23 1,08 ±0,14 -0,83 -3,11 -43,50

Р4, уел. ед. 0,95 ±0,18 8,75 ± 1,56 7,80 4,95 823,56

3 УО, мл 44,31 ±2,09 49,34 ±2,26 5,03 1,63 11,35

Power, уел. ед. 17,91 ± 1,76 51,28 ±14,54 33,37 2,28 186,27

Fm, Гц 0,082 ±0,003 0,210 ±0,016 0,1245 7,56 151,38

Р1, уел. ед. 1,44 ±0,33 15,82 ±5,41 14,38 2,65 996,44

Р2, уел. ед. 3,75 ± 0,42 19,41 ± 7,20 15,66 2,17 417,53

РЗ, уел. ед. 9,63 ± 0,82 3,17 ± 1,19 -6,47 -4,47 -67,14

Р4, уел. ед. 3,09 ±0,43 12,89 ±3,39 9,80 2,87 317,03

4 УО, мл 50,49 ± 1,95 51,19 ±1,83 0,70 0,26 1,39

Power, уел. ед. 15,23 ± 1,25 22,92 ±2,41 7,69 2,83 50,52

Fm, Гц 0,24 ± 0,02 0,190 ±0,019 -0,056 -2,17 -22,94

Р1, уел. ед. 0,76 ±0,21 2,50 ± 0,76 1,74 2,19 227,43

Р2, уел. ед. 1,42 ±0,18 5,85 ± 1,24 4,43 3,55 313,07

РЗ, уел. ед. 2,24 ± 0,55 5,23 ± 1,18 2,99 2,30 133,42

Р4, уел. ед. 10,81 ±1,12 9,35 ± 1,30 -1,46 -0,85 -13,52

До

нагрузки

.....После

нагрузки в

течение

500

кардиоинт.

70

40

0

:л До нагрузки

:А\\ / После

\\ / нагрузки в

течение 50С

1 1 кардиоинт.

СНЧ ОНЧ

НЧ

ВЧ

Рис. 1. Изменения относительного распределения мощности медпенноволновых колебаний

после 20 приседаний у девочек первой (А) и второй (Б) групп

Как видно из рис. 1А, кратковременная физическая нагрузка способствует увеличению влияния на кардиогемодинамику, в частности на УО, гуморальных факторов регуляции [1] и блуждающего нерва. Учитывая, что основными гуморальными факторами, вызывающими ОНЧ колебания, являются катехоламины [10] пропорциональное увеличение парасимпатических влияний, возможно, определяет стабильность УО. Кроме того, необходимо отметить, что первая группа девочек характеризуется более высокими показателями УО, определяемыми, видимо, состоянием сократительной функции миокарда при высокой активности задних отделов гипоталамуса, связанных с симпатоадреналовыми влияниями; Можно полагать, что преобладание СНЧ колебаний, в частности УО, является отражением дисрегуляторных процессов у детей с высокой активностью надсег-ментарных центров вегетативной системы. Следовательно, динамика медленноволновых колебаний УО показывает, что даже кратковременная физическая нагрузка является фактором оптимизирующим регуляторные процессы, проявляясь, в частности, повышением парасимпатических влияний.

Во второй группе девочек после физической нагрузки в течение 500 кардиоинтервалов наблюдаются более высокие показатели УО. При этом, также как в первой группе, значительно увеличивается частота его медленноволновых колебаний (до 0,14 Гц). Динамика распределения мощности колебаний в диапазонах характеризуется уменьшением ОНЧ, НЧ и повышением ВЧ вариабельности УО, что отражается в относительном распределении (рис. 1Б). Как видно из рис. 1Б, на фоне стабильности относительной доли СНЧ и НЧ колебаний наблюдается перераспределение медленноволновых колебаний из ОНЧ в ВЧ диапазон.

Следовательно, увеличение УО не связано с сократимостью миокарда, т. к. парасимпатические влияния на сердце снижают силу сердечных сокращений [5], а, определяются возможно, венозным возвратом. С другой стороны, ВЧ вариабельность УО может являться следствием колебаний венозного возврата в такт дыхательным движениям при его возрастании после 20 приседаний. В данном случае увеличение ВЧ колебаний может являться маркером повышения роли интракардиальных механизмов регуляции, в частности, гетерометрической саморегуляции, которая определяет уровень сократимости миокарда. Кроме того, в данной группе после физической нагрузки не изменяется общий круг регулирующих влияний на УО (Power) [1], что, отчасти, может подтверждать роль интракар-диальных механизмов в увеличении показателя в данной группе девочек.

У девочек с исходным преобладанием НЧ колебаний УО после кратковременной физической нагрузки наблюдалась тенденция к более высоким показателям, однако, не было статистической достоверности из-за значительного индивидуального разброса величин. Несмотря на это, статистически достоверно увеличилась частота медленноволновых колебаний УО, со смещением Fm в ВЧ диапазон. Данное обстоятельство свидетельствует о значительном возрастании доли дыхательных волн в спектре колебаний показателя. При этом анализ распределения мощности в диапазонах показывает, что наряду с увеличением ВЧ вариабельности УО возрастает мощность медленноволновых колебаний в СНЧ и ОНЧ диапазонах, сопровождаясь уменьшением НЧ волн. Данные изменения отражаются в относительном распределении медленноволновых колебаний УО в диапазонах спектра (рис. 2А).

70 60 50 40 30 20 10 0

СНЧ ОНЧ НЧ ВЧ

До

нагрузки

'После нагрузки в течение 500

кардиоинт.

До

нагрузки

После нагрузки в течение 500

кардиоинт.

Рис. 2. Изменения относительного распределения мощности медпенноволновых колебаний

после 20 приседаний у девочек третьей (А) и четвертой (Б) групп

Как видно из рис. 2А, значительно уменьшает- кратковременная физическая нагрузка способству-

ся доля НЧ колебании (с 59,36 до 11,61 %). Следова- ет увеличению регулирующих влияний не только

тельно, у девочек с исходно высокой долей влияния блуждающего нерва, но и высших центров вегета-

вегетативной нервной системы на УО [7, 17], тивной регуляции, что отражается значительным

возрастанием общей мощности медленноволновых колебаний.

В четвертой группе девочек изменения УО не выявляются. Однако при этом значительно отличается динамика медленноволновых колебаний показателя. В частности, после кратковременной физической нагрузки обнаруживается уменьшение частоты колебаний УО в пределах ВЧ диапазона. Кроме того, наблюдается рост мощности медленноволновых колебаний во всех низкочастотных диапазонах, что на фоне стабильности ВЧ колебаний проявляется статистически достоверным увеличением общей мощности спектра УО.

Следовательно, у девочек с исходно высокой долей парасимпатических влияний на УО изменения деятельности уровней регуляции после кратковременной физической нагрузки проявляются в виде роста активности симпатической нервной системы и высших структур вегетативной регуляции. При этом данные изменения не отражаются на величине УО, что может быть связано с особенностями венозного возврата и динамикой длительности диастолы сердца.

Несмотря на данные изменения медленноволновой вариабельности УО после кратковременной физической нагрузки, динамика относительной структуры колебаний несколько иная (рис. 2Б). Наблюдается перераспределение доли ВЧ колебаний в СНЧ и ОНЧ диапазоны спектра при относительной стабильности НЧ. Следовательно, функционально возрастает регулирующая роль высших центров вегетативной системы. Поэтому стабильность У О может быть связана с активацией как центров симпатической, так и парасимпатической регуляции [16].

Однако, несмотря на выявленные различия динамики медленноволновой вариабельности, наблюдаются характерные особенности в различных группах. В частности, проведенные исследования показывают, что у девочек младшего школьного возраста в течение 500 кардиоинтервалов после кратковременной физической нагрузки при исходном преобладании одного из низкочастотных диапазонов наблюдается возрастание частоты медленноволновых колебаний. Это может быть связано с возрастанием парасимпатических влияний на кардиогемодинамику, а также повышением роли дыхательных движений в генерации ВЧ волн У О. Кроме того, для девочек с исходно высокой мощностью СНЧ, НЧ и ВЧ колебаний характерно увеличение СНЧ и ОНЧ вариабельности, определяемое высшими центрами вегетативной регуляции. При этом в данных группах выявляется увеличение общей мощности спектра медленноволновых колебаний У О, которая является маркером количества регуляторных влияний [15], что может быть свидетельством меньшей адаптированное™ детей по сравнению со второй группой.

Выводы

1. Выявлены различия изменений ударного объема и его медленноволновой вариабельности после кратковременной физической нагрузки в зависимости от исходных особенностей спектра колебаний показателя у девочек в младшем школьном возрасте.

2. Для девочек с исходным преобладанием мощности одного из низкочастотных диапазонов после кратковременной физической нагрузки в течение 500 кардиоинтервалов характерно увеличение частоты медленноволновых колебаний ударного объема.

3. При исходно высокой мощности самых низкочастотных, низкочастотных и высокочастотных колебаний ударного объема после кратковременной физической нагрузки наблюдается стабильность показателя, рост его самой и очень низкочастотной вариабельности, что свидетельствует об активации высших центров вегетативной регуляции.

Литература

1. Астахов А.А. Медленноволновые процессы гемодинамики // Инженеринг в медицине. Колебательные процессы гемодинамики. Пульсация и флюктуация сердечно-сосудистой системы: Сб. научных трудов II научно-практической конференции и I Всероссийского симпозиума. - Челябинск: АТМН, 2000. - С. 50-63.

2. Астахов А.А. Физиологические основы биоимпедансного мониторинга гемодинамики в анестезиологии (с помощью системы «Кентавр»): В 2-х т. - Челябинск, 1996.

3. Баевский P.M. Анализ вариабельности сердечного ритма в космической медицине // Физиология человека. -2002. - Т. 28. - М2.— С. 70-82.

4. Быков Е.В. Влияние уровня двигательной активности на функциональное состояние здоровых учащихся 12-17 лет и физиологическое обоснование оздоровительных программ: Дисс. ... д-ра мед. наук. - Челябинск, 2002. -316 с.

5. Гемодинамика при сочетанных воздействиях/ Б.И. Ткаченко, В.И. Евлахов, А.П. Пуговкин и др. — СПб. - Душанбе, 1996. - 248 с.

6. Гринене Э., Вайткявичус В.Ю., Марачин-скене Э. Особенности сердечного ритма у школьников // Физиология человека. - 1990. — Т. 16. — Ns 1. - С. 88.

7. Жемайтите Д. И. Связь реакции сердечного ритма на пробу активного ортостаза с характерами центральной гемодинамики // Физиология человека. -1989. - Т. 15.— N° 2. - С. 30.

8. Котельников С.А., Ноздрачев А.Д., Оди-нак М.М Вариабельность ритма сердца: представления о механизмах // Физиология человека. -2002. - Т. 28. -Ns 1.-С. 130-143.

9. Jleyc Э.В. Характеристика временного и частотного спектра вариабельности сердечного

ритма у детей 7—10 лет // Физиология развития человека: Материалы межд. конференции, посвященной 55-летию Института возрастной физиологии РАО. - М.: НПО «от А до Я», 2000. - С. 268.

10. Навакатикян А. О., Крыжановская В.В. Возрастная работоспособность умственного труда. — Киев: Здоров'я, 1979. -207 с.

11. Пугачев В.И., Жирнов Е.Н., Грибков Е.Н. Влияние физической активности на вариабельность сердечного ритма у детей с ожирением // Вариабельность сердечного ритма: Теоретические аспекты и практическое применение: Тез. докл. междунар. симп. - Ижевск: Изд-во Удм. ун-та, 2003. - С. 18.

12. Роль структур головного мозга в организации вегетативных функций /Б.И. Каменецкая, Н.Б. Хаспекова, Н.Ю. Березова и др. // Журн. невропатологии и психиатрии. -1988. -М12. - С. 35.

13. Сабирьянова Е.С. Влияние оздоровительного массажа на функциональное состояние сердечно-сосудистой системы и ее волновую активность у студентов, ведущих активный образ

жизни: Дисс. ... канд. мед. наук. - Челябинск, 2004. -142 с.

14. Хаспекова Н.Б. Регуляция вариативности ритма сердца у здоровых и больных с психогенной и органической патологией мозга: Авто-реф. дис.... докт. мед. наук. - М., 1996. - 48 с.

15. Хаютин В.М., Лукошкова Е.В. Спектральный анализ колебаний частоты сердцебиений: физиологические основы и осложняющие его явления // Российский физиологический журнал имени ИМ. Сеченова. - 1999. - Т. 87. - № 7. -С. 893-909.

16. Цырлин В.А., Екимов Е.Н. Влияние антигипертензивных соединений на гипотала-мическую регуляцию барорецепторных рефлексов // Фармакол. и токсикол. - 1980. - № 1. -С. 49-52.

17. Heart rate variability frequency domain analysis / Z. Ori, G. Monir, J. Weiss et al. //Amb. Electrocard. -1992. - V. 10. -№ 3. -P. 499.

18. Malik M. Heart rate variability //Curr. Opin Cardiol. -1998. - V 13. -Ne 1. -P. 36-44.