Системные изменения центральной гемодинамики в условиях адаптации к физическим нагрузкам на выносливость

УДК 612.63 ББК 28.903

Русанов Василий Борисович

кандидат биологических наук, доцент г. Владимир Rusanov Vasily Borisovich Candidate of Biology,

Associate Professor Vladimir

Системные изменения центральной гемодинамики в условиях адаптации к физическим нагрузкам на выносливость System Changes of Central Hemodynamics During Adaptation to Physical Endurance Exercises

В исследовании представлен анализ основных показателей центрального кровообращения в группах лыжников и не тренирующихся сверстников. Сопоставление динамического изменения гемодинамики в пубертатном периоде с аналогичными параметрами, на завершающих этапах формирования организма, позволили выяснить закономерности развития системного кровообращения в условиях формирования качества выносливости.

The main criteria of the central blood circulation are analyzed in this article within the groups of skiers and the groups of their coevals who are not engaged in physical activities. Comparison of dynamic changes of hemodynamics in pubertal period with similar criteria at the final stages of body formation helped to determine the main principles of general blood circulation development in the process of endurance exercises.

Ключевые слова: центральная гемодинамика; насосная функция сердца, адаптация, пубертатный период, лыжный спорт.

Key words: central gemodinamics, pump function of heart, adaptation, pubertal period, skiing.

Становление функции сердца является компонентом онтогенетических изменений, происходящих в целостном организме. При этом развитие определенных качеств, требует соответствующей морфофункциональной базы для их реализации. Физические нагрузки, формирующие качество выносливости характеризуются рядом особенностей развития кровообращения, обусловленных возрастом и спецификой тренировок, что закономерно приводит к формированию механизмов и структур этой системы, обеспечивающих стабильность ее функций. Одним из наиболее результативных подходов в этом плане является сравнительный анализ функциональных показателей центральной гемодинамики в различных возрастных группах и условиях, лимитирующих тренировоч-

ный процесс. Поскольку, в каждой из групп происходят специфические изменения, отражающие формирование функциональной системы, обеспечивающей наиболее адекватный уровень удовлетворения метаболических запросов организма в определенных экзогенных условиях, это вызывает, в первую очередь изменения в показателях центрального кровообращения.

Исследование системы центральной гемодинамики было проведено в следующих группах мужского пола: юные лыжники 12-13 лет (n=38), подростки, не занимающиеся спортом 12-13 лет (n=38), спортсмены-лыжники высоких разрядов 19-20 лет (n=36), юноши, не занимающиеся профессиональным спортом 19-20 лет (n=36).

Гемодинамических показатели в группах юных лыжников и не тренирующихся подростков регистрировались дважды в год (в сентябре и мае), у взрослых лиц - однократно, только в сентябре.

В качестве метода использовалась эхокардиография (ЭхоКГ). Регистрация эхосигналов проводилась на эхокардиографе фирмы Sensor Medics - Acuson computed sonography 128 XP/10 с.

В исследовании представлен анализ только некоторых ЭхоКГ показателей, изученных в М- и В-модальном режимах: конечного диастолического объема (КДО), конечного систолического объема (КСО), фракции выброса (ФВ). На их основе рассчитывались индекс КДО (КДО/St), общее периферическое сопротивление сосудов (ОПСС), удельное периферическое сопротивление (УПСС), минутный объем кровообращения (МОК), сердечный индекс (СИ), ударный объем крови (УОК). В состоянии относительного покоя регистрировалась частота сердечных сокращений (ЧСС).

Статистическая обработка экспериментальных данных проводилась с использованием пакета анализа «Microsoft Exsel», Statistica 6.0, NCSS 2004. Определялись средние значения всех полученных в ходе исследования показателей (М), ошибка репрезентативности (±m). При сравнении выборок проводилась оценка достоверности различий с использованием параметрического критерия Стьюдента (t).

В таблице 1 представлен анализ показателей системной гемодинамики подростков 12-13 лет, начинающих тренировать качество выносливости (начинающие лыжники) и их сверстников, не занимающихся спортом.

Как видно из таблицы, если на момент исходного исследования гемодина-мические показатели сравниваемых групп подростков сопоставимы, то через год возникают отличия, определяющие тенденцию развития центральной гемодинамики.

Таблица 1.

Сравнительная оценка показателей центральной гемодинамики

подростков в зависимости от участия в тренировочном процессе

Показатели 1-е исследование 2-е исследование

неспортсмены спортсмены неспортсмены спортсмены

ЧСС уд/мин 84,0±2,47 80,20±2,36 81,0±3,02** 72,40±3,46**

УОК, мл. 52,80±2,96* 44,70±4,20* 57,50±7,22 62,10 ±3,64

МОК, л/мин. 4,79±0,29 4,80±0,21 4,52±0,50* 4,0±0,33*

СИ, л/мин/м2 3,87±0,17 3,30±0,14 3,23±0,37 3,0±0,22

ФВ, % 63,64±2,18 64,70±1,69± 61,09±1,71 63,40±1,23

КДО, мл. 85,50±7,46 82,30±4,49 90,40±6,0* 102,50±3,55*

КСО, мл. 32,80±2,39 31,60±1,78 40,28±3,40 39,10±2,29

КДО/Б1, мл/м2 68,70±5,45 65,30±2,48 69,70±3,48 72,40±2,24

ОПСС, дин/с/сек-1 1375±100** 155 9±118 * * 1375±74** 1567±92**

УПСС, дин/с/сек-1 1122±91 1119±98,60 982±69** 1199±92**

Примечание: достоверность различий между группами р<0,01*, р<0,05**

При этом внутри групп происходят следующие изменения (рис. 1). На протяжении годичного тренировочного цикла УОК лыжников достоверно нарастает на 28,1%. У неспортсменов этот показатель так же достоверно, но незначительно изменяется на 8,2%. МОК при повторном обследовании статистически значимо снижается на 20% у лыжников. У не тренирующихся сверстников он практически не изменяется. При этом, ЧСС лыжников в покое снижается на 9,8%.

Значения СИ спортсменов изменяются недостоверно. У неспортсменов этот показатель так же снижается, но с достоверной разницей на 19,8%.

ФВ в течение года так же имеет незначительную и недостоверную тенденцию к уменьшению в обеих группах.

Морфофункциональные преобразования в сердце закономерно приводят к увеличению его полостей. Об этом свидетельствует увеличение показателей КДО и КСО как у начинающих спортсменов, так и их сверстников. Оба показателя увеличиваются с достоверной разницей. В группе спортсменов КДО увеличивается на 19,7% в сравниваемой группе на 18,5%. Увеличение КСО происходит соответственно на 19,2% и 18,6%.

Показатель КДО/Б1 имеет положительную достоверную динамику только в группе лыжников и увеличивается на 9,8%.

Значения ОПСС не имеют динамики в обеих сравниваемых группах. Однако, УПСС снижается в группе неспортсменов на 14,2%, оставаясь неизменным у начинающих лыжников.

Рис. 1. Изменение показателей центральной гемодинамики у начинающих лыжников

Онтогенетические изменения сердечно-сосудистой системы, во многом модулируются внешними влияниями, в связи с чем, физическая тренировка является одним из факторов, определяющих формирование соответствующей функциональной системы кровообращения, способной удовлетворить метабо-

50

40

30

20

I—I—I

УОК МОК КДО КСО ОПСС

-10

-20

Лыжники

-30

Школьники

и школьников не спортсменов

лические потребности организма. При этом, высокая экономичность функционирования является характерной чертой ответственных за эти механизмы систем [5]. Как результат, затронутыми в этом процессе, оказываются все ее звенья, начиная с морфологии сердца, заканчивая системным кровообращением.

УОК И МОК являются информативными показателями функциональных возможностей центральных структур системы кровообращения. Значительное увеличение УОК в покое у спортсменов подтверждает данные об экономизации работы сердца. Как показано выше, с ростом спортивного мастерства, эти показатели, все более отличаются от таковых у не тренирующихся лиц. Динамика показателя МОК и СИ, наоборот, является у спортсменов отрицательной. Увеличение МОК не за счет повышения частоты сердечных сокращений (ЧСС), а за счет повышения УОК является наиболее адекватным адаптационным результатом. С изменением функциональной нагрузки на сердце повышается роль инотропного компонента, т. е. возрастает сила сердечных сокращений одновременно с уменьшением ЧСС [1], и как следствие увеличивается общая пауза сердца [7]. Сердце увеличивает массу выбрасываемой крови за счет использования резервного объема, более полного опорожнения желудочков, вследствие увеличения сократительной способности миокарда, которая лимитирует величину и устойчивость УОК. Это подтверждается рядом исследований, в которых показано, что увеличение насосной функции сердца и величины УОК наиболее выражено при формировании выносливости с использованием динамических видов физических упражнений [4,6]. Морфофункциональной основой для этого является увеличение полостей сердца и показателей КДО и КСО, которые в группах спортсменов так же закономерно увеличиваются.

Поскольку величина минутного объема крови, выбрасываемой в систему большого круга кровообращения - это один из главных показателей функции сердца, следует согласиться с мнением о том [2], что наибольший уровень работоспособности при формировании выносливости связан с высоким уровнем МОК и более низкими значениями ОПСС. Вероятно, тогда, повышенный МОК компенсирует это.

Общее периферическое сопротивление сосудов при увеличении длительности занятий спортом возрастает, увеличивается и средняя скорость распространения пульсовой волны по аорте. Увеличение общего периферического сопротивления сосудов, возрастание жесткости стенок аорты служат механизмом снижения сердечного выброса при росте тренированности. В результате в тканях увеличивается активность окислительных ферментативных систем, общее количество гемоглобина, кислородная емкость крови и артериовенозная разность по кислороду. Поэтому, необходимый в условиях покоя тканям кислород может быть доставлен меньшим количеством крови [3].

Функционирование системы центральной гемодинамики в юношеском возрасте является более устойчивым, так как достигает дефинитивных значений. В связи с этим для более полного анализа онтогенетических преобразований центральной гемодинамики, было проведено сравнение гемодинамических показателей, у юношей-лыжников высокой квалификации и студентов, не занимающихся спортом. Полученные результаты представлены в таблице 2.

Особенности функционирования системы кровообращения спортсменов-юношей, свидетельствуют о специфической адаптации центральной гемодинамики к потребностям организма, обусловленным тренировками на выносливость. Поскольку аналогичная тенденция была установлена у начинающих лыжников, полученные результаты могут быть интерпретированы как физиологически детерминированные изменения в плане экономизации функции кровообращения.

Условия и организация любой деятельности приводят к формированию морфофункциональных изменений кровообращения, обеспечивая его приспособление к текущим потребностям организма. В зависимости от влияния внешних факторов эти изменения будут различны. Составной частью этих структурных и функциональных преобразований являются перестройки центральных структур и функций системы.

Таблица 2.

Сравнительная оценка показателей центральной гемодинамики юношей в зависимости от участия в тренировочном процессе

Показатели Неспортсмены Спортсменці

ЧСС уд/мин 84,10±2,88** 65,80±3,59**

УОК, мл. 77,80±8,50** 102±4,41**

МОК, л/мин. 6,80±0,60* 5,90±0,65*

СИ, л/мин/м2 3,50±0,28 3,20±0,31

ФВ, % 65,10±2,54 67,30±3,06

КДО, мл. 123±4,78** 151±6,76**

КСО, мл. 45,70±2,77 49,50±4,39

КДО/Б1, мл/м2 64,90±2,41** 84,20±3,22**

ОПСС, дин/с/сек-1 1318±89** 1438±111**

УПСС, дин/с/сек-1 694±81* 799±93,6*

Примечание: достоверность различий между группами р<0,01*, р<0,05**

Все вышеописанные тенденции формирования функциональной системы гемодинамики, более выражены в юношеском периоде, у спортсменов, в течение достаточного времени тренирующих качество выносливости. У начинающих, так же как и не тренирующихся сверстников, наблюдается широкий разброс индивидуальных гемодинамических показателей. Однако, даже на начальном этапе тренировок, этот разброс меньше, чем у не спортсменов. Это является еще одним свидетельством того, что в обеих сравниваемых группах формируются функциональные системы, управляющие деятельностью аппарата кровообращения, и обеспечивающие приспособительный результат в условиях доминирующей деятельности, который направлен на создание гемодинамических условий в соответствии с функциональными потребностями организма в существующей среде. Все вышесказанное позволило сформулировать следующие выводы:

1. Экзогенные условия, составной частью которых является формирование качества выносливости при мышечной деятельности, обуславливают становления функциональных особенностей центральной гемодинамики, которые проявляются в большей стабильности системной гемодинамики.

2. О формировании специфической адаптации в процессе тренировочной деятельности свидетельствуют изменения функции кровообращения,

такие как: увеличение полостей сердца и как следствие нарастание УОК, увеличение периферического сосудистого сопротивления, снижение МОК и СИ в покое.

3. Выявленные тенденции однонаправлены в группах спортсменов-подростков и спортсменов-юношей. Это является подтверждением становления и закрепления в онтогенезе функциональной системы кровообращения, составной частью которой является системная гемодинамика, лимитирующая необходимый уровень метаболизма.

4. У лиц, не занимающихся спортом, наблюдается более широкий разброс гемодинамических параметров. Возможно, это связано с тем, что в отличие от спортсменов, у которых влияния условий тренировок, носят однонаправленный характер, влияния внешних условий на организм не тренирующихся подростков и юношей являются разнонаправленными и, во многом, определяются условиями естественной деятельности.

Библиографический список

1. Абзалов, Р. А. Показатели ударного объема крови у юношей, занимающихся физическими упражнениями динамического и статического характера [Текст] / Р.А. Абзалов, И.Х. Вахитов, Р.А. Сафин и др. // Теория и практика физической культуры. - 2002.- №2 - с.24-27.

2. Ванюшин, Ю.С. Физическая работоспособность спортсменов с различными типами адаптации кардиореспираторной системы [Текст] / Ю.С. Ванюшин, Р.Р. Хайруллин // Физиология человека. - 2008. - Т.34. - №6. - с.131-133.

3. Викулов, А.Д. Некоторые закономерности кровообращения у высококвалифицированных спортсменов-пловцов [Текст] / А.Д. Викулов, Н.Ю. Карпов, И.Ю. Смирнов //Физиология человека. - 2002. - Т. 28. - №.1 - с.87-94.

4. Демидов, В.А. Влияние повышенной двигательной активности на кардиогемодина-мическую устойчивость подростков в условиях напряженной информационной нагрузки [Текст] / В.А. Демидов, Д.Н. Мальцев, Ф.А. Мавлиев // Физиология человека. - 2008. - Т.34. -№4. - с.133-140.

5. Лучицкая, Е.С. Формирование гемодинамики школьников под влиянием наличия или отсутствия тренировок на выносливость [Электронный ресурс] / Е.С. Лучицкая, В.Б. Русанов // Российский биомедицинский журнал Medline.ru. - 2007, - Т.8. - с.104-111.- Режим доступа: http://www.medline.ru.

6. Набиуллин, Р.Р. Насосная функция сердца у спортсменов-туристов при выполнении мышечной нагрузки PWSi70 [Текст]/ Р.Р. Набиуллин, Р.А. Абзалов, И.Г. Хурамшин и др. // Физиология человека. - 2008. - Т.34. - №3. - с.129-132.

7. Прокофьева, В.Н. Зависимость продолжительности фаз и периодов сердечного цикла у спортсменов от направленности тренировочного процесса [Текст] / В.Н. Прокофьева, В.И. Кузнецов, А.А. Кореневская // Физиология человека. - 2007. - Т.33. - №6. - с.71-78.

Bibliography

1. Abzalov, R.A. Parameters of the Stroke Volume of the Young Men, Engaged in Physical Exercises of Dynamic and Static Character [Text] / R.A. Abzalov, I.Kh. Vakhitov, R.S. Safin et. al. // Theory and Practice of Physical Training. - 2002.- №2 - P.24-27.

2. Demidov, V.A. Influence of Higher Physical Activity on Cardiohemodynamical Stability of Adolescents During Intensive Information Flows [Text] / V.A. Demidov, D.N. Maltsev, F.A. Mavliev//Human Physiology. -2008. - V.34. - No. 4- P.133-140.

3. Luchitskaya, Ye. S. Formation of Hemodynamics of Schoolchildren Influenced and NonInfluenced by Physical Endurance Exercises [Electronic Recourse] / Ye. S. Luchitskaya, V.B. Rusanov// Russian Biomedicine Journal Medline.ru. -2007. - V.8 - p. 104-111. Access Mode: www.medline.ru.

4. Nabiullin, R.R. Pump Function of Heart of Professional Tourists During PWSi70Muscular Exercises [Text]/ R.R. Nabiullin, R.A. Abzalov, I.G. Khuramshin et al. //Humane Physiology. 2008. - V.34. No.3 - P. 129-132.

5. Prokofyeva, V.N. Dependence of Phases and Periods of the Athlete Heart Cycle on Training Directions[Text] / V.N. Prokofyeva, V.I. Kuznetsov, A.A. Kornevskaya// Human Physiology.-2007.- V.33. - No.-P. 71-78.

6. Vanyushin, Yu.S. Physical Work Capacity of Athletes with Different Types of Cardiorespiratory System Adaptation [Text]/ Yu. S. Vanyushin, R.R. Khairulin// Human Physiology.- 2008.-V.34. No.6.- P.131-133.

7. Vikulov, A.D. Principles of Blood Circulation of Highly Skilled Professional Swimmers [Text] / A.D Vikulov, N.Yu. Karpov, I.Yu. Smirnov // Human Physiology.-2002.-V. 28. - No.1. -P.87-94.