Особливості функціонування серцево-судинної системи у студентів в умовах різних навантажень

Київський національний університет імені Тараса Шевченка

КАЛЕНІЧЕНКО ОЛЕКСІЙ ВОЛОДИМИРОВИЧ

УДК 612.172.2+612.176

ОСОБЛИВОСТІ ФУНКЦІОНУВАННЯ СЕРЦЕВО-СУДИННОЇ СИСТЕМИ У СТУДЕНТІВ В УМОВАХ РІЗНИХ НАВАНТАЖЕНЬ

03.00.13 – фізіологія людини і тварин

Автореферат

дисертації на здобуття наукового ступеня

кандидата біологічних наук

Київ – 2008

Дисертацією є рукопис.

Робота виконана на базі Черкаського національного університету імені Богдана Хмельницького.

Науковий керівник: кандидат біологічних наук, доцент

Коваленко Станіслав Олександрович

Черкаський національний університет імені Богдана Хмельницького, доцент кафедри анатомії та фізіології людини і тварин.

Офіційні опоненти: доктор біологічних наук, старший науковий співробітник

Янчук Петро Іванович

Київський національний університет імені Т.Г. Шевченка, завідувач науково-дослідної лабораторії фізіологічної кібернетики та психофізіології;

доктор біологічних наук, професор

Ільїн Володимир Миколайович

Національний університет фізичного виховання і спорту України, завідувач кафедри біології людини.

Захист відбудеться «23» квітня 2008 року о 16-00 годині на засіданні спеціалізованої вченої ради Д 26.001.38 Київського національного університету імені Тараса Шевченка за адресою: 03022, Київ, пр-т академіка Глушкова, 2, біологічний факультет, ауд. 215.

Поштова адреса: 01033, Київ-33, вул. Володимирська, 64

З дисертацією можна ознайомитися у науковій бібліотеці Київського національного університету імені Тараса Шевченка (01033, Київ-33, вул. Володимирська, 58).

Автореферат розісланий «21» березня2008 р.

Вчений секретар

спеціалізованої вченої ради Д 26.001.38 Цимбалюк О.В.

ЗАГАЛЬНА ХАРАКТЕРИСТИКА РОБОТИ

Актуальність теми. Діяльність серцево-судинної системи (ССС) багато в чому визначає стан здоров’я та рівень працездатності людини [Баєвський Р.М., 2002]. Разом з цим особливості її функціонування у спокої та при різних навантаженнях є індикатором стану регуляторних механізмів у організмі в цілому [Ільїн В.М., 2000; Михайлов В.М., 2000; Яблучанський М.І. і співав., 2000; Баєвський Р.М., 2002].

Проведені систематичні дослідження впливу регулярних фізичних навантажень аеробної спрямованості на працездатність та адаптаційні можливості студентів [Іванюра І.О., 2000; Фурман Ю.М., 2002; Маліков М.В., 2003]. З’ясовані особливості пристосувальних змін гемодинамічної функції серця при таких навантаженнях у висококваліфікованих спортсменів, тренувальний процес котрих спрямований переважно на розвиток витривалості, спритності та швидкісно-силових здібностей [Дембо А.Г., Земцовський Е.В., 1989; PichotV., RocheF., etal., 2000; Ященко А.Г., 2004]. Останнім часом все більше уваги приділяється вивченню особливостей варіабельності серцевого ритму (ВСР), що відображає стан регуляторних впливів на серце у спортсменів різної спеціалізації [Жужгов О.П., 2003; AubertF., SepsB., etal., 2003; Коробейніков Г.В., Дуднік О.К., 2007; AtlaouiD., PichotV., etal., 2007], у різноманітних умовах [Іванова Н.В., 2003; EarnestC.P., JurcaR., etal., 2004; SchmittL., HellardP., etal., 2006].

Разом з тим мало досліджень по вивченню змін у ССС спортсменів з різною спрямованістю тренувальних навантажень (особливо з направленістю на розвиток максимальної сили), що поєднують тренувальний процес з напруженими навчальними навантаженнями у вищому навчальному закладі [NuissierF., ChapelotD., etal., 2007]. Виконання таких досліджень, по-перше, дозволить визначити напрямок реакції та механізми пристосування серцевої діяльності до таких комплексних навантажень, по-друге – встановити значення норм функціонування CCC у спокої та при навантаженнях для формування критеріїв оцінки функціонального стану організму, наявності передпатологічних станів та, по-третє – знайти найбільш ефективні засоби для корекції стану організму студентів-спортсменів.

Отже, все вищевикладене спонукало до проведення даної дисертаційної роботи.

Зв’язок роботи з науковими програмами. Дисертаційна робота виконувалась у відповідності до зведених планів науково-дослідної роботи Черкаського національного університету імені Богдана Хмельницького, а також у межах держбюджетної теми Міністерства освіти і науки України “Психофізіологічні закономірності розумової діяльності людей в онтогенезі”, 0102U007102.

Мета і задачі дослідження. Метою даної роботи було визначити особливості центральної гемодинаміки, варіабельності серцевого ритму, дихальної синусової аритмії (ДСА), серцево-дихального синхронізму (СДС) в студентів-спортсменів з різною спрямованістю тренувальних навантажень.

Для досягнення поставленої мети вирішувалися такі задачі:

1. Дослідити основні параметри гемодинамічної функції серця та фазову структуру серцевого циклу у студентів-спортсменів з різною спрямованістю тренувального процесу і неспортсменів у стані спокою та під впливом зміни положення тіла, дозованих розумових і фізичних навантажень.

2. Охарактеризувати особливості коливань тривалості інтервалу R-R та їх структури у спокої і при різних навантаженнях.

3. З’ясувати особливості рівня дихальної синусової аритмії та серцево-дихального синхронізму у студентів-спортсменів з різним спрямуванням тренувальних навантажень.

4. Дослідити хвильову структуру серцевого ритму у студентів з різною спрямованістю тренувальних навантажень під час тривалих розумових та фізичних навантажень.

5. Визначити стійкість варіабельності серцевого ритму як індивідуальної характеристики організму людини.

Об’єкт дослідження – центральна гемодинаміка, варіабельність серцевого ритму, дихальна синусова аритмія, серцево-дихальний синхронізм у здорових молодих студентів-чоловіків, що регулярно займаються тренувальними навантаженнями аеробної спрямованості та спрямованості на розвиток максимальної сили.

Предмет дослідження – вплив систематичного фізичного тренування на розвиток витривалості та сили в поєднанні з навчальною діяльністю на центральну гемодинаміку, варіабельність серцевого ритму, дихальну синусову аритмію, серцево-дихальний синхронізм у студентів в стані спокою та в умовах дозованих короткочасних і тривалих навантажень.

Методи дослідження.Параметри варіабельності серцевого ритму визначали за допомогою електрокардіографії, значення серцевого викиду – шляхом використання трансторакальної тетраполярної імпедансної реоплетизмографії. Частоту дихання реєстрували методом пневмографії за допомогою п’єзоелектричного датчика.

Для визначення рівня ДСА використовували методику С.О. Коваленка, В.О. Цибенка (2004). Розрахунки рівня СДС здійснювали за методом В.М. Михайлова (2002).

Наукова новизна одержаних результатів.

Вперше проведено комплексне дослідження особливостей центральної гемодинаміки, варіабельності серцевого ритму, дихальної синусової аритмії та серцево-дихального синхронізму в стані спокою та при навантаженнях у студентів, що займаються видами спорту з спрямованістю тренувальних навантажень на розвиток витривалості та максимальної сили. Вперше з’ясовані зміни гемодинамічних показників та хвильової структури серцевого ритму у пауерліфтерів під впливом силового тренування. Показано, що збільшення серцевого викиду в стані спокою у студентів, що систематично займаються силовими вправами може бути результатом більшого кровонаповнення органів грудної клітки.

Новим у роботі є дані про рівень та особливості дихальної синусової аритмії та серцево-дихального синхронізму у стані спокою та в умовах дозованих навантажень у осіб з різною спрямованістю тренувальних навантажень.

З’ясовано, що характеристики варіабельності серцевого ритму його хвильової структури є стійкими і можуть відображати особливості неспецифічних тривалих пристосувань роботи серцево-судинної системи до фізичних навантажень.

Практичне значення одержаних результатів.

Отримані значення параметрів центральної гемодинаміки та варіабельності серцевого ритму у здорових молодих чоловіків можуть бути рекомендовані для використання у практичній діяльності, як нормативні величини та при контролі за ефективністю тренувального процесу.

Дані про особливості проявів варіабельності серцевого ритму у студентів із різною спрямованістю тренувальних навантажень дозволяють дати рекомендації щодо проведення профілактичних заходів стосовно цих осіб із метою попередження розвитку перенапруження в серцево-судинній системі. Знання про особливості варіабельності серцевого ритму у студентів з різним спрямуванням тренувальних навантажень також необхідні для розуміння механізмів розвитку тренованості.

Особистий внесок здобувача. Формування мети та завдань експериментальних досліджень, інтерпретація отриманих результатів і обґрунтування наукових висновків обговорені з науковим керівником доцентом С.О. Коваленко. Аналіз наукової літератури за проблемою дисертації, як і проведення обстежень, опис і узагальнення результатів та статистична обробка фактичного матеріалу здійснені здобувачем самостійно.

Апробація роботи. Матеріали дисертації доповідалися і обговорювалися на наукових конференціях: “Молода спортивна наука України” (Львів, 2003); на Всеукраїнській науково-практичній конференції “Фізичне виховання і спорт у сучасних умовах” (Черкаси, 2004); на Всеукраїнській науковій конференції “Проблеми вікової фізіології” (Луцьк, 2005); на VІ науковій конференції молодих вчених “Актуальні проблеми геронтології та геріатрії”, присвяченої пам’яті академіка В.В. Фролькіса (Київ, 2006); на XVII з’їзді Українського фізіологічного товариства (Чернівці, 2006); на ІІІ Всеукраїнській науковій конференції, присвяченій 70-річчю з дня народження Г.М. Чайченка “Психофізіологічні та вісцеральні функції в нормі і патології” (Київ, 2006); на Всеукраїнській науковій конференції “Особливості формування та становлення психофізіологічних функцій в онтогенезі” (Черкаси, 2006) і на Всеукраїнській науковій конференції “Сучасні питання фізіології та медицини” (Дніпропетровськ, 2007).

Публікації. За матеріалами дисертації опубліковано 13 наукових робіт: 8 – у вигляді статей у фахових виданнях, 5 – у вигляді тез.

Обсяг і структура дисертації. Дисертаційна робота викладена на 146 сторінках машинописного тексту і складається із вступу, огляду літератури, опису матеріалів і методів досліджень, розділу власних досліджень, висновків. Список використаної літератури включає 214 посилань, серед них 142 вітчизняних і 72 зарубіжних авторів. Робота ілюстрована 13 рисунками і 30 таблицями.

ОСНОВНИЙ ЗМІСТ РОБОТИ

Матеріали та методи досліджень.

Вимірювання проведені на 123 чоловіках віком від 18 до 24 років -студентах вузів м. Черкаси. Серед них до І групи входило 36 осіб, які займались видами спорту з переважним розвитком витривалості (веслування на байдарках та каное, веслування академічне, біг на довгі дистанції та спортивне орієнтування), до ІІ групи - 32 особи з переважним розвитком сили (пауерліфтинг) та ІІІ групи - 55 осіб, що не займались регулярними фізичними тренуваннями. На 37 особах були здійснені повторні вимірювання в середньому через 246±48 днів, а на 7 особах - тривалі вимірювання зранку протягом 18-56 днів. Усі дослідження на спортсменах відбувалися в підготовчому періоді річного циклу тренувань.

Обстеження проведені в декілька серій. Перша серія полягала у дослідженні показників центральної гемодинаміки, ВСР, ДСА та СДС в спокої лежачи, при регламентованому диханні (6 цикл/хв), при ортопробі (7 хвилин), при виконанні дозованого розумового (10 хвилин) та фізичного (5 хвилин) навантаженнях. В якості першого навантаження використовували тест по переробці зорово-моторної інформації в режимі зворотного зв’язку в програмі “Діагност-1” [Макаренко М.В., Лизогуб В.С., 2004], фізичне навантаження потужністю 1 Вт/кг маси тіла виконували на велоергометрі ТХ-1 (HKS, Germany). У другій серії вимірювання проведені при 40-хвилинному розумовому навантаженні. Останнє полягало у визначенні часу реакції з вибором при частоті пред’явлення 60 подразників за хвилину. Третя серія досліджень передбачала аналіз ВСР при ступеневому фізичному навантаженні до рівня порогу анаеробного обміну (ПАНО) та при відновленні після нього. В четвертій серії здійснювали реєстрацію кардіоінтервалограм у спокої одразу після пробудження та при ортопробі на одній і тій же особі (всього сім студентів) впродовж 18-56 днів. Для запису використовували пульсометр “PolarS810” (Polar Electro OU, Finland).

Показники ВСР розраховували за тривалістю послідовних кардіоциклів по записам ЕКГ, згідно міжнародних вимог [Heartratevariability..., 1996] у програмі “Caspico” (А.с. України №11262). Для виявлення особливостей розподілу спектральної потужності на різних частотах будували нормалізовані медіанні спектрограми.

Для розрахунку серцевого викиду за формулою W.G. Kubicek та показників, пов’язаних з ним, відносного кровонаповнення органів грудної клітки, фазового аналізу систоли серця застосовували записи імпедансної реоплетизмограми від біопідсилювача РА-5-01 (Київський науково-дослідний інститут радіовимірювальної апаратури).

Частоту дихання реєстрували методом пневмографії із використанням п’єзоелектричного датчика, встановленого перед ніздрями носа обстежуваного (патент України №51480).

Рівень ДСА визначали за амплітудою дихальних хвиль способом С.О. Коваленка, В.О. Цибенка (Патент України №67621) у програмі “Caspico”, а рівень СДС розраховували за методом В.М. Михайлова (2002).

Перевірку нормальності розподілу досліджуваних показників проводили у програмі “Medstat” [Лях Ю.Е. та ін., 2006] за W-критерієм Шапіро-Уілка.

Відмінність між вибірками в фоні та під час навантажень визначали за H-критерієм Краскела-Уоліса. Зв’язок між показниками при повторних вимірюваннях встановлювали за ранговим коефіцієнтом кореляції Спірмена (ρ).

Розрахунки досліджуваних показників, а також графічне представлення результатів аналізу проводили в електронних таблицях “Excel-97”, програмах “StatisticaforWindows – 5.0”, “Caspico”, “Medstat” та “Polar Precision Performance SW 3.0”.

Результати досліджень та їх обговорення. Особливості центральної гемодинаміки та варіабельності серцевого ритму у студентів-спортсменів у стані спокою та при навантаженнях. Проведене нами дослідження параметрів центральної гемодинаміки показало, що в стані спокою лежачи існують суттєві відмінності між групами обстежуваних, які, на нашу думку, обумовлені різною спрямованістю тренувальних навантажень (табл.1). З’ясовано, що студенти-спортсмени з спрямованістю тренувальних навантажень на витривалість (І група) мали вірогідно більший загальний периферичний опір судин (ЗПОС) та менший серцевий індекс (СІ), ніж студенти-спортсмени з спрямованістю тренувальних навантажень на силу (ІІ група) та студенти контрольної групи (ІІІ група). Також відмінності спостерігалися й за величиною кровонаповнення органів грудної клітки (КНОГК). Найбільші значення цього показника виявлені у студентів, які в тренувальному процесі переважно розвивають силу. В той же час, слід відмітити, що за величиною середнього артеріального тиску (АТ_сер ) між студентами-спортсменами обох груп відмінностей не виявлено. При цьому значення цього показника у них були вищими, ніж у студентів, котрі не займаються спортивною діяльністю.

Таблиця 1

Показники центральної гемодинаміки в стані спокою у студентів-спортсменів з різним спрямуванням тренувальних навантажень та у неспортсменів (медіана, верхній та нижній квартилі)

Примітка: І – студенти з спрямованістю тренувального процесу на витривалість, ІІ – студенти з силовою спрямованістю тренувального процесу, ІІІ – студенти контрольної групи. * - p<0,05; ** - p<0,01; *** - p<0,001 достовірність різниць між значеннями І групи та ІІІ групи, ІІ групи та І групи, ІІІ групи та ІІ групи

Отже, в процесі адаптації до тренувальних навантажень у поєднанні з навчальною діяльністю в студентів-спортсменів сформувалися специфічні особливості регуляції ССС. Більш високі значення АТ_сер у студентів-спортсменів обох груп зумовлені різними механізмами. У студентів І-ї групи це пов’язано з високим ЗПОС та відносно низьким серцевим викидом, а у студентів ІІ-ї групи, навпаки, низьким ЗПОС та високим рівнем серцевого викиду. Можливо, на величину серцевого викиду у спортсменів ІІ-ї групи впливає більше значення КНОГК, яке у них було вірогідно вище, ніж у спортсменів І-ї групи та у неспортсменів.

Разом з цим, вище розглянуті показники в недостатній мірі розкривають стан регуляторних механізмів, зокрема вплив на серцеву діяльність вегетативної нервової системи.

Тому наступним етапом нашої роботи було дослідити ВСР у студентів-спортсменів з різною спрямованістю тренувальних навантажень.

Встановлено, що як в стані спокою (рис.1), так і при різного роду навантаженнях у студентів-спортсменів обох груп спостерігається більша потужність коливань серцевого ритму у високочастотному діапазоні (HF). Виключенням є лише фізичне навантаження, при якому значення даного показника вище у студентів І-ї групи, ніж у осіб інших груп, що є цілком закономірним, оскільки фізичне навантаження виконувалося в аеробному режимі енергозабезпечення, характерному для спортсменів видів спорту з спрямованістю тренувального процесу на розвиток витривалості. Тому і механізми регуляції при таких навантаженнях у них є більш досконалими.

Стосовно ж коливань серцевого ритму у низькочастотному діапазоні (LF), то і тут виявляють подібні тенденції. Знову ж таки тільки при фізичному навантаженні з’являються відмінності між спортсменами, причому в осіб І-ї групи відмічаються більші значення даного показника, а це вказує на більшу активність симпатичної ланки ВНС у них.

Однак не завжди даний розподіл спектральної потужності відображає реальну картину вегетативних впливів на серцевий ритм. При аналізі показників спектральної складової коливань серцевого ритму у стандартних діапазонах під час виконання розумового навантаження було відмічено, що вірогідних відмінностей за потужністю коливань серцевого ритму у високо- та низькочастотному діапазонах між студентами-спортсменами не виявлено. Натомість побудова нормалізованої медіанної спектрограми коливань серцевого ритму (рис.2) дала змогу виявити особливості й в регуляції серцевого ритму в групах осіб, що займаються з різною спрямованістю тренувальних навантажень.

Представники видів спорту з спрямованістю на витривалість (рис.2.А) у порівнянні зі студентами контрольної групи мали більшу (р<0,05) потужність коливань серцевого ритму на частотах 0,02, 0,07, 0,17, 0,18, 0,22, 0,28-0,30, 0,32-0,35 Гц та меншу (р<0,05) на частоті 0,12 Гц, а при порівнянні зі спортсменами-пауерліфтерами (рис.2.Б) вірогідно більшу (р<0,05) потужність на частотах 0,06, 0,07, 0,20, 0,32, 0,33 Гц та вірогідно меншу на частотах 0,11, 0,12 Гц. В той же час особи, що не займаються спортом (рис.2.В), мали менші (р<0,05) значення потужності в діапазоні дихальних хвиль на частотах 0,17, 0,18, 0,22, 0,23, 0,25, 0,28-0,30 Гц та більші (р<0,05) значення - в області повільних коливань серцевого ритму на частоті 0,08 Гц.

Таким чином, студенти-спортсмени порівняно із студентами контрольної групи мають більшу ВСР, що визначається хвилями різної періодики. При цьому, у студентів з спрямованістю на витривалість в більшій мірі активована як симпатична, так і парасимпатична ланки ВНС. Цілком ймовірно, що подібна особливість регуляторних впливів на серцевий ритм може давати певні переваги під час пристосування до розумового навантаження. Так, при швидких змінах інтенсивності (у бік зменшення чи збільшення) таких впливів немає потреби у додатковій активації однієї з ланок ВНС.

Рівень дихальної синусової аритмії та серцево-дихального синхронізму у студентів-спортсменів з різним спрямуванням тренувальних навантажень. З’ясовано, що феномен ДСА більш виражений у студентів-спортсменів як у стані спокою, так і при дозованих навантаженнях Виняток становить лише фізичне навантаження, при якому спостерігаються відмінності за цим показником між студентами-спортсменами. Відносно студентів-спортсменів на розвиток витривалості, то такі висновки цілком логічні та підтверджуються багатьма дослідниками [Дембо А.Г., Земцовський Е.В., 1989]. А ось високий рівень ДСА у студентів з силовою спрямованістю тренувальних навантажень у стані спокою, при регламентованому диханні, ортопробі та розумовому навантаженні обумовлюється дещо іншими механізмами, ніж у студентів з аеробною спрямованістю тренувального процесу.

Виявлено, що у студентів ІІ-ї групи в порівнянні з особами інших груп у стані спокою відбувається більш значне прискорення ЧСС на вдиху (рис.3). Цілком можливо, це обумовлюється специфікою їхньої спортивної діяльності, в котрій натужування при виконанні силових вправ створюють суттєві перешкоди для кровотоку у малому колі, що вимагає швидкого включення компенсаторних механізмів.

Таким чином, рівень дихальної синусової аритмії у студентів-спортсменів незалежно від спеціалізації в спокої лежачи, при регламентованому


8-09-2015, 22:39