Динамика изменения спектральных составляющих и вариабельности сердечного ритма у лиц с различной выносливостью в процессе восстановления после интенсивной физической нагрузки

Система кровообращения наряду с системой нейрогуморальной регуляции играет существенную роль в процессах адаптации, связанных, прежде всего, с транспортом кислорода и питательных веществ к органам и тканям. Важную роль в регуляции сердца и сосудов играет вегетативная нервная система (ВНС), однако вегетативный гомеостаз зависит от состояния более высоких уровней регуляции – коры и подкорковых структур. Анализ сердечного ритма на основе измерения его вариабельности и спектрального анализа позволяет оценить баланс симпатического и парасимпатического отделов ВНС, а также состояние высших вегетативных центров [3]. Показано, что такого рода анализ используется в спортивной практике и является хорошим индикатором тренировочного процесса [1].

Цель исследования: сравнительный анализ динамики спектральных составляющих и вариабельности сердечного ритма у лиц с различной выносливостью в процессе восстановления после интенсивной физической нагрузки.

Материал и методы исследования.

В обследовании приняли участие 25 человек (лица мужского пола) в возрасте 18-19 лет, занимающиеся физической культурой. Каждому из них предлагалась ступенчато возрастающая по интенсивности физическая работа на велоэргометре до отказа. При этом испытуемые пребывали в следующих состояниях: "фон" (2,5 мин); "разминка-60 Вт" (2 мин); «возрастающая по интенсивности ступенчато-дозированная физическая нагрузка с шагом 20 Вт от 80 Вт до 120 Вт " (по 1 мин на каждую ступень) и физическая нагрузка на ступени 140 Вт до отказа на фоне постоянной скорости вращения педалей – 60 об/мин, «восстановление" (6 мин), причем регистрация показателей производилась на 1-й ("в1"), 3-й ("в3") и 6-й ("в6") минутах восстановления. Все обследуемые были заблаговременно проинформированы о характере предлагаемого эксперимента и дали письменное согласие на участие в исследованиях. Программа эксперимента была одобрена Комиссией по биомедицинской этике НИИ нормальной физиологии им. П.К. Анохина.

Для нагрузочного тестирования был использован велоэргометр «Sports Art 5005», а само тестирование проводилось под контролем ЭКГ и пневмографии (компьютерный электрокардиограф «Поли-Спектр-8» - «Нейрософт», Иваново). ЭКГ регистрировали в I стандартном отведении и отведении "V5". На основе анализа ЭКГ в фоне, в момент отказа от выполнения физической нагрузки и на этапах восстановления ("в1", "в3", "в6" ) оценивали частоту сердечных сокращений (ЧСС, уд/мин). В фоне и на этапах восстановления проводили спектральный анализ и анализ вариабельности сердечного ритма. Оценивали полную спектральную мощность ЭКГ ( ТР, мс² ), а также спектральные составляющие сердечного ритма (VLF-, LF- и HF-волны) как в абсолютных единицах, так и по отношению к полной спектральной мощности: %VLF=VLF/TP, %LF=LF/TP, %HF=HF/TP [8]. Анализ вариабельности сердечного ритма производили на основе показателя стандартного отклонения величин кардиоинтервалов SDNN, мс= √ ∑(x i – M)² / n, где x i - текущее значение i –го кардиоинтервала, М -среднее значение кардиоинтервалов, N – количество кардиоинтервалов. Диапазон нормы для SDNN составляет (100-180 мс) [5]. Оценка частоты дыхания (ЧД,1/мин) осуществлялась на основе анализа пневмограммы. Регистрация показателей ЭКГ производилась на каждой ступени нагрузки и этапах восстановления в последние 30 с.

АД измеряли в фоне, в момент отказа от нагрузки и на этапах восстановления ( "в1", "в3", "в6" ). Уровень мотивации к спортивной деятельности (mot, баллы) оценивали перед обследованием на основе психологической шкалы оценки потребности достижения [7].

В основу системного анализа спортивной деятельности была положена концепция системного квантования поведения. В соответствии с ней системокванты деятельности включали формирование потребности, возникновение на ее основе доминирующей мотивации, а также целенаправ- ленную деятельность по удовлетворению этой потребности [6]. Так, конечным результатом си-стемокванта спортивной деятельности при работе до отказа являлось выполнение физической работы на ступени нагрузки 140 Вт, а его количественным параметром являлась временная длительность этой работы – (t-140, c). Именно на получение этого конечного результата был мотивирован испытуемый, причем уровень его мотивации отражался показателем mot (баллы). «Физиологическая цена» результата рассчитывалась как ρ,%=√ σчсс2 + σчд2, где σчсс=100%* (ЧСС i – ЧСС фон) / ЧСС фон; σчд=100%* (ЧД i – ЧД фон) / ЧД фон. При этом показатель ρ (%) являлся интегральной мерой адаптивных перестроек в кар-диореспираторной системе в процессе достижения результата [4].

Статистическая обработка полученного материала проводилась с использованием пакета «Statistica 6». Достоверность различия одноименных показателей осуществлялась на основе непараметрического критерия Вилкоксона, а межгрупповые различия – с использованием критерия Манна-Уитни.

Результаты исследования.

Интенсивная физическая работа до отказа требует от испытуемого выносливости. О выносливости испытуемого судили по времени его физической работы до отказа на ступени 140 Вт (t -140, с). На основе показателя (t-140) были выделены 2 группы испытуемых: группа выносливых испытуемых (гр. «В», 10 чел) и группа с низкой выносливостью (гр. «НВ»). В таблице 1 представлены средние значения мотивации, времени работы до отказа, «физиологической цены», а также динамика ЧСС и ЧД в фоне (Фон), в момент отказа от выполнения физической работы (140 Вт) и на 1-й ( в1 ), 3-й ( в3 ) и 6-й ( в6 ) минутах восстановления для вышеперечисленных групп.

Из таблицы видно, что испытуемые этих двух групп значимо отличались как по уровню мотивации к выполнению физической работы до отказа, так и по результативности этой работы. Так, у выносливых испытуемых в (группа «В») уровень мотивации составил 14,4±0,6 балла, а параметр конечного результата t-140= 373,3 ± 65,6 с при «физиологической цене» последнего – 157,5%, в то время как у лиц группы «НВ» те же системные показатели были значимо ниже: mot=12,5±0,7 балла (p<0,05), (t-140)=106,2±8,3 с (p<0,05), а «физиологическая цена» результата спортивной деятельности составила всего лишь 59,3%. Любопытным является тот факт, что при достижении конечного результата деятельности у лиц группы «В» доминировали сдвиги показателя ЧСС, а у лиц группы «НВ» – показателя ЧД.

Таблица 1

Показатели (диапазон нормы)		Гр.«В» (10 чел)	Гр.«НВ» (10 чел)
mot, баллы		14,4 ±0,6	12,5±0,7    *
t-140, c		373,3 ±65,6	106,2±8,3   *
ЧСС, уд/мин	Фон 140 Вт в1 в3 в6	83,2±2,6 185,8±3,8 (p<0,05) 141,3±6,7 (p<0,05) 122,2±5,5 (p<0,05) 115,0±4,9 (p<0,05)	89,7±4,1 114,1±4,0  * (p<0,05) 121,6±3,9  * (p<0,05) 111,5±4,0 (p<0,05) 105,6±3,9
ЧД, 1 мин	Фон 140 Вт в1 в3 в6	15±1,0 29,8±1,5 (p<0,05) 21,2±1,2 (p<0,05) 18,0±1,0 16,4±0,9	16,8±0,7 25,7±1,7 (p<0,05) 25,7±1,7 19,6±0,7 20,3±0,7  *
σ чсс,%		123,3	27,0
σ чд,%		98,0	52,9
ρ,%		157,5	59,3

* – p<0,05 по отношению к одноименному показателю группы «В». p<0,05 – уровень значимости различия показателя по отношению к предыдущему состоянию

Таким образом, можно заключить, что выносливые испытуемые выполнили большую физическую работу, за которую «заплатили» большую «физиологическую цену», причем основной «вклад» в структуру этой цены внесла сердечнососудистая система, а точнее сердечный ритм. Лица менее выносливые выполнили меньшую физическую работу, и соответственно заплатили более низкую «физиологическую цену», однако основной вклад в структуру этой цены внесла функция дыхания.

Сердечнососудистая система и дыхание относятся к важнейшим кислородтранспортным системам. Эти системы находятся под контролем вегетативной нервной системы (ВНС), которая отвечает за работу механизмов регуляции всех вегетативных функций и обмен веществ. Так, сердечный ритм человека находится под контролем регуляторных систем различного уровня (кора, гипоталамус, жизненные центры продолговатого мозга), которые зачастую оказывают разнонаправленные модулирующие влияния на ритм сердца.

Таблица 2

Показатель	группы	фон	в3	в6
		M± m	M± m	M± m
TP, мс*мс	В	4621,7±868,0	3806,9±887,3	352,3±63,6 *
(2400-4500)	НВ	3608,7±1198,4	2179,5±297,5	1082,2±411,5 *
%VLF	В	30,2±6,3	88,9±1,5 * 80,6±3,3 * P<0,05	60,6±5,7 *
(15-30)	НВ	32,8±3,5		51,9±5,4 *
%LF	В	47,2±6,2	7,7±1,0 *	24,5±3,2 * 38,6±5,0 * P<0,05
(35-40)	НВ	50,4±4,2	12,5±2,0 *
%HF	В	22,7±5,1	3,6±0,7 *	14,9±4,8
(15-23)	НВ	17,0±2,8	6,9±1,5 *	9,7±1,4
SDNN,мс	В	55,9±5,4	39,5±5,6	13,4±1,5 *
	НВ	47,0±7,4	33,4±2,6	22,6±4,1 *

* – p<0,05 по отношению к фону. В скобках приведены диапазоны нормы для спектральных составляющих.

Восстановительный период после выполнения интенсивной физической работы характеризовался выраженными перестройками ритма сердца и дыхания. Как видно из таблицы 1 в период 6-тиминутного восстановления у всех испытуемых отмечалось постепенное снижение ЧСС и ЧД, однако у испытуемых группы «В» полного восстановления по ЧСС не происходило. Их ЧСС составило 115,0±4,9 уд/мин, что достоверно отличалось от фонового уровня.

В таблице 2 приведены полная спектральная мощность кардиоритма (ТР) и его спектральные составляющие, выраженные в относительных единицах (%VLF, %LF и %HF) у лиц с высокой («В») и низкой («НВ») выносливостью к интенсивной физической нагрузке в фоне и в 3-ю (в3) и шестую (в6) минуты восстановления.

Из таблицы видно, что в период восстановления полная спектральная мощность снижалась у всех обследуемых, причем к 6-й минуте восстановления она становится значимо ниже исходной (p<0,05) и выходила за границы нормы. Заметим, что у выносливых испытуемых (группа «В») она была существенно ниже.

В исходном состоянии соотношение спектральных составляющих находилось в диапазоне нормы. Интенсивная физическая нагрузка до отказа изменила соотношение спектральных компонентов сердечного ритма, причем столь радикально, что у выносливых испытуемых (группа «В») даже на 3-ей минуте восстановления уровень VLF-волн значимо превышал фоновый уровень и составлял 88,9±1,5% (p<0,05). При этом спектральные мощности остальных волн подавлялись до критических значений (%LF= 7,7±1,0%, %HF=3,6±0,7%), что говорит о снижении регуляторных влияний на сердце со стороны сосудодвигательного и дыхательного центра.

Установлено, что повышение мощности VLF-волн связано с активностью гипоталамуса и отражает активацию метаболических процессов, температурного центра, усиление симпатических влияний на сердце [8]. С учетом сказанного можно предположить, что повышение спектральной мощности VLF – волн и снижение мощностей остальных спектральных составляющих обусловлены увеличением активности подкорковых структур вследствие чрезмерности физической нагрузки в момент отказа, и, по мнению С.С. Гречишкиной, говорит о состоянии функционального перенапряжения [2]. В пользу этого свидетельствует тот факт, что в момент отказа от нагрузки у этих испытуемых отмечалась одышка, сердцебиение и боли в мышцах ног. Кроме того, можно предположить, что при восстановлении происходит дополнительная мобилизация метаболических резервов организма, в основе которого лежат процессы газообмена и биохимические процессы в мышцах. К 6-й минуте восстановления (« в 6») мощность VLF-волн у лиц группы «В» снижались, а мощности LF- и HF-волн повышались, достигая нормы. Значимое снижение показателя SDNN 13,4±1,5 мс (p<0,05) говорит о снижении вариабельности сердечного ритма, что делает сердечный ритм ригидным [5]. Динамика спектральных составляющих сердечного ритма однозначно свидетельствует в пользу ослабления симпатических влияний на сердце, хотя механизм регуляции сердечного ритма полностью еще не восстановлен.

У лиц группы «НВ» изменения соотношений спектральных компонентов сердечного ритма при восстановлении были похожи, но носили не столь выраженный характер. В отличие от группы «В» на 3й минуте восстановления уровень VLF-волн у них был достоверно ниже и со- ставил 80,6±3,3 (p<0,05), а остальные составляющие спектра были больше. К 6-ой минуте восстановления («в6») мощность VLF-волн у них также снижалась, а мощности LF- и HF-волн повышались. При этом показатель % LF вошел в норму и составил 38,6±5,0%, значимо превышая одноименный показатель у лиц группы «В» (p<0,05), а показатель % HF повысился несущественно. Отсюда следует, что у лиц группы «НВ» к 6-ой минуте восстановления активировался сосудодвигательный центр продолговатого мозга, а активность дыхательного центра осталась прежней. При этом систолическое давление у них составило 126,0±4,2 мм рт. ст. против 114,2±1,8 мм рт. ст. у лиц группы «В» (p<0,05) и практически не отличалось от их фонового уровня – 118,6±4,3 мм рт. ст. Последнее свидетельствует в пользу восстановления гемодинамики у лиц группы «НВ». Полагаем, что у лиц группы «НВ» основным механизмом восстановления являлась сосудистая регуляция, протекающая на фоне достаточно высокого уровня симпатических влияний на сердце.

Таким образом, все сказанное позволяет говорить о чрезмерно высоком напряжении регуляторных систем сердечной деятельности у человека при интенсивной физической нагрузке до отказа и последующем восстановлении. При этом у лиц, выносливых к интенсивной физической нагрузке, процесс восстановления протекает на фоне высокого уровня симпатических влияний на сердце и активации метаболических процессов. У лиц с меньшей выносливостью, основным регуляторным механизмом восстановления являлась сосудистая регуляция, протекавшая также на фоне выраженных симпатических влияний на сердце.