Функциональное состояние сердечно-сосудистой системы ватерполисток подросткового возраста при применении VR-технологии в тренировочном процессе

A.V. Shevtsov2, ,

N.V. Mamylina3, ,

A.V. Nenasheva4, ,

Введение. Водное поло – это спортивная командная игра в воде с мячом, которая характеризуется выполнением преимущественно ациклических двигательных действий в условиях контактного противоборства. В сравнении с другими спортивными играми специализация в водном поло требует более высокого уровня зрительного восприятия и способности предвидеть и реализовывать сложные двигательные навыки в условиях определенных временных рамок. Это обусловлено тем, что во время игры в водное поло происходит прямой контакт не только с соперниками и членами команды, но и с водной средой. Для развития зрительно-двигательных навыков ва-терполистов(ок) проведения регулярных тре- нировочных занятий с использованием физических упражнений в бассейне недостаточно. В связи с этим для достижения конкурентной результативности в водном поло в последние годы актуализировалась задача поиска новых технологий для получения преимущества за счет усовершенствованных когнитивно-двигательных практик тренировки.

Вместе с тем в связи с напряженным характером двигательной деятельности в водных видах спорта у спортсменов(ок) подросткового возраста довольно часто выявляются малые аномалии развития сердца [3]. По результатам плановой диспансеризации юных пловцов коллективом авторов под руководством Н.М. Леоновой (2010) выявлены на- рушения осанки у большинства обследованных; зрения – у 32 % детей; малые аномалии развития сердца (по данным эхокардиографии) – у 63 % (из них 24 % составляли пролапс митрального клапана, аномально расположенные хорды – 16,7 %) [2].

Выявив вышеобозначенные проблемы, мы предположили, что для нивелирования возможного негативного влияния на сердечно-сосудистую систему ватерполисток подросткового возраста напряженной двигательной деятельности в условиях контактного противоборства в водной среде в качестве оптимизирующего средства может быть использована технология виртуальной реальности (VR). При этом ввиду технических особенностей проектирования иммерсивных обучающих сред VR-технологию предлагается рассматривать как средство формирования сложных двигательных навыков при проведении тренировок по водному поло на суше.

Цель исследования – выявить особенности функционального состояния сердечнососудистой системы (структурно-функциональные особенности миокарда и кардиодинамики, показатели электрокардиографии) ватерполисток подросткового возраста при формировании сложных двигательных навыков с применением VR-технологии.

Материалы и методы. Исследование проведено на базе ГБУЗ «Челябинский областной врачебно-физкультурный диспансер», кафедры безопасности жизнедеятельности и медико-биологических дисциплин ФГБОУ ВО «ЮУрГГПУ» и кафедры «Теория и методика физической культуры и спорта» ФГАОУ ВО «ЮУрГУ (НИУ)». Исследование проводилось в 2023 году, запланированная продолжительность периода включения в исследование составила 9 месяцев. В исследовании принимали участие 30 девушек 15–16 лет, занимающихся водным поло. Все исследуемые имели I и II взрослые спортивные разряды.

После заполнения информированного добровольного согласия на проведение исследования в соответствии с основами законодательства РФ «Об охране здоровья граждан, правил проведения клинической практики в РФ» (приказ МЗ РФ № 266 от 19.07.03 г., приказ Росздравнадзора № 2325-Пр/06 от 17.10.06 г.) спортсменки были рандомно разделены на две исследуемые группы: занимающихся по типовой учебно-тренировочной программе (ИГ1) и с применением технологии виртуальной реальности (ИГ2). По результатам медицинского осмотра все девушки были отнесены к первой и второй группам здоровья.

Учебно-тренировочная программа (УТП) для ватерполисток ИГ2 помимо 5 дней тренировок в неделю по типовой УТП включала 1 дополнительную еженедельную тренировку для формирования сложных двигательных навыков посредством VR-технологии. В системе виртуальной реальности «VIVE» (Тайвань) были записаны трехмерные визуализации эталонных выполнений приема мяча захватом с поворотом кисти, штрафного броска, пас-финтов. Тренировки с применением VR выполнялись на суше в спортивном зале со свободным полем и размеченным тентом для фиксации бросков. Манжеты с датчиками были закреплены на запястьях.

Диагностика структурно-функциональных особенностей миокарда и кардиодинамики проводилась в рамках двух срезов до и после 9 месяцев спортивной подготовки методом эхокардиографии на ультразвуковом сканере SIM-5000 PLUS (Италия). В рамках этих же диагностических срезов на электрокардиографе SENSITEG ECG 1003 (Китай) осуществлялась запись ЭКГ спортсменок в ответ на дозированную физическую нагрузку (20 приседаний за 30 с). ЭКГ регистрировали в I стандартном отведении и в отведении V5. Нами были проанализированы следующие временные показатели ЭКГ: продолжительности R-R ср , зубца Р, интервала РQ, комплекса QRS, интервала QТ.

Все значимые для исследования данные кардиодинамики и ЭКГ были зафиксированы в индивидуально разработанных картах, внесены в специально созданную статистическую базу данных для последующей обработки с использованием лицензионной программы STATGRAPHICS Plus 5.0. Для статистических расчетов был использован U-критерий Манна – Уитни. Уровень статистической значимости при p < 0,05 был достаточным, чтобы принять различия между группами как достоверные.

Результаты. Сравнительные характеристики структурно-функциональных показателей левого желудочка, объемов сердца и центральной гемодинамики у ватерполисток исследуемых групп до и после проведенного исследования представлены на рис. 1.

В динамике исследования частота сердечных сокращений (ЧСС) у ватерполисток ИГ1 незначительно уменьшилась (р ≥ 0,05);

Рис. 1. Сравнительные характеристики эхокардиографического исследования ватерполисток 15–16 лет: ЧСС – частота сердечных сокращений; ФВ – фракция выброса; УО – ударный объём; ЛЖ – левый желудочек; ИММ – индекс массы миокарда ЛЖ; МОК – минутный объём крови; КДР – конечно-диастолический размер;

КСР – конечно-систолический размер

Fig. 1. Comparative echocardiographic data from adolescent female water polo players: ЧСС – heart rate; ФВ – ejection fraction; УО – stroke volume; ЛЖ – left ventricle; ИММ – LV myocardial mass index; МОК – minute volume; КДР - end-diastolic dimension; КСР - end-systolic dimension

в ИГ2 - уменьшилась на 6,9 % (при р < 0,05) по сравнению с фоновыми значениями. После выполнения дозированной физической нагрузки в рамках контрольного тестирования ЧСС у ватерполисток ИГ1 увеличилась в 2,2 раза (р < 0,001) по сравнению с состоянием покоя, а в ИГ2 - на 99 % (р < 0,001). Восстановление ЧСС у ватерполисток ИГ1 произошло в течение четырех минут после выполнения нагрузки, в ИГ2 - в течение трех минут.

Значения минутного объема кровообращения (МОК) в обеих группах в условиях выполнения нагрузочного теста увеличились по сравнению с покоем в ИГ 1 - на 6,3 % (р < 0,05); в ИГ2 - на 15,1 % (р < 0,05), характеризуя уровень кровоснабжения работающих мышц. Значения минутного объема крови (МОК) в обеих группах достоверно увеличились по сравнению с фоновым уровнем (в контрольной группе - на 7,4 % (р < 0,05); в основной -на 11,8 % (р < 0,05). В группе ватерполисток, занимающихся с применением VR-технологии, в условиях покоя и после выполнения физической нагрузки МОК превышал аналогичные показатели спортсменок ИГ 1.

Практика применения VR-технологий в учебно-тренировочном процессе повышает функциональную репрезентативность спортивно-специфичных двигательных действий, приближая их к эталонному исполнению и, следовательно, увеличивая производительность спортивной деятельности [7]. Производительность любой двигательной деятельности напрямую связана с уровнем потребления кислорода [1]. Следовательно, чем выше по требление кислорода, или чем выше производительность двигательной деятельности ватерполисток, тем выше МОК.

Внутренний диаметр восходящей аорты в состоянии покоя и после нагрузочного теста у ватерполисток ИГ2 превышал среднегрупповой показатель ИГ1 на 10,3 и 11,7 % (р < 0,05) соответственно.

При выполнении нагрузки значения фракции выброса (ФВ) у ватерполисток ИГ2 увеличились на 10,4 % (р < 0,05) по сравнению с состоянием покоя, превышая среднегрупповой показатель ИГ1 на 12,6 % (р < 0,05). В динамике исследования значения ФВ в обеих группах достоверно увеличились по сравнению с фоновыми показателями: в ИГ1 - на 6,0 %; в Иг2 - на 11,8 % (р < 0,05). Значения ФВ у ватерполисток ИГ2 при первичной диагностике превышали данные ИГ 1 на 9,2 % (р < 0,05); через девять месяцев - на 15,1 % (при р < 0,05), что указывает на более высокий уровень тренированности организма.

Конечно-диастолический размер левого желудочка (КДР ЛЖ) при первичной диагностике у ватерполисток ИГ2 был выше на 6,7 % (р < 0,05); в конце исследования -на 11,8 % (р < 0,05) по сравнению с ватерполистками ИГ 1.

Показатели конечно-систолического размера левого желудочка (КСР ЛЖ) во время сокращения у ватерполисток ИГ1 в динамике исследования (через девять месяцев) недостоверно уменьшились по сравнению с фоновыми значениями; у ватерполисток ИГ2 -на 3,7 % (р > 0,05).

Занятия водным поло активизируют сократительную способность сердечной мышцы, при этом включение в учебно-тренировочной процесс VR-технологии способствует более эффективному выполнению форсированной физической нагрузки за счет оптимизации функциональной активности системы кровообращения путем включения механизмов нейровисцеральной интеграции.

Показатели ударного объема (УО) крови в обеих группах в условиях выполнения нагрузочного теста увеличились по сравнению с покоем (в ИГ1 – на 13,2 % (р < 0,05); в ИГ2 – на 23,4 % (р < 0,05)), что указывает на увеличенный запрос двигательной системы в условиях форсированной физической нагрузки. В группе ватерполисток ИГ2 в условиях покоя и после выполнения физической нагрузки УО крови превышал аналогичные значения ИГ1 соответственно на 23,7 и 34,9 %, характеризуя рост преднагрузки и увеличение инотропной функции миокарда желудочков.

Вегетативная иннервация, регулирующая сердечную инотропию, связана с принципами координации восприятия-действия [6]. Использование VR-технологии в учебно-тренировочном процессе ватерполисток повышает визуальную чувствительность двигательных действий, за счет чего обеспечивается более адаптивная когнитивная модуляция стимулов, участвующих в автономном контроле сердечной деятельности.

В исследовании Е.М. Спивак и Н.Н. Неж-киной (2014) показано, что «предельные частоты сердечных сокращений у спортсменов и нетренированных людей биологически детерминированы, поэтому для оптимизации МОК у спортсменов наблюдается увеличение УО крови при физической нагрузке» [4]. Показатели УО крови в обеих группах в динамике исследования увеличились по сравнению с фоновыми (в ИГ1 – на 9,7 % (р < 0,05); в ИГ2 – на 17,5 % (р < 0,05)), что указывает на возрастание резервов сердечно-сосудистой системы.

Рис. 2. Сравнительные характеристики электрокардиографического исследования ватерполисток 15–16 лет

Fig. 2. Comparative electrocardiographic data from adolescent female water polo players

В ИГ2 при первичной и вторичной диагностике УО крови достоверно превышал аналогичные значения ИГ1 соответственно на 9,5 и 28,0 %, указывая на повышенные функциональные возможности сердечно-сосудистой системы.

Структурно-функциональные показатели левого желудочка сердца в ИГ1 и ИГ2 находились в пределах возрастной нормы на протяжении всего исследования.

Средняя величина ЧСС у ватерполисток ИГ1 составила 74,5 ± 3,9 сокращений в минуту; ИГ2 – на 10,5 % меньше (р < 0,05). У всех ватерполисток подросткового возраста исследуемых групп регистрировался синусовый ритм. Средние значения показателей длительности зубцов не отличались от возрастно-половой нормы (рис. 2). Значения интервалов зубцов ватерполисток ИГ1 были без значимых отклонений от физиологичных значений.

Средняя продолжительность зубца Р электрокардиограммы у ватерполисток ИГ1 составила 82,3 ± 4,0 мс, что соответствует физиологической норме; у ватерполисток ИГ2 – на 15,6 % больше (р < 0,05).

У ватерполисток ИГ1 средняя продолжительность интервала РQ электрокардиограммы составила 145,7 ± 9,6 мс, что соответствует норме. У ватерполисток ИГ2 данный показатель был на 15,2 % меньше (р < 0,05), функциональное укорочение интервала PQ (PQ < 120 мс) свидетельствует о повышении симпатического тонуса. В состоянии соревновательного стресса у спортсменок длительность данного интервала повышается на фоне интенсивных физических и эмоциональных нагрузок, не оказывая патологического влияния на тонус блуждающего нерва, являясь адаптационно-компенсаторной реакцией сердечно-сосудистой системы.

Средняя продолжительность комплекса QRS на электрокардиограмме у ватерполисток ИГ1 составила 83,7 ± 4,4 мс; у ватерполисток ИГ2 – на 8,1 % больше (р < 0,05).

Средние показатели RR-интервала у ватерполисток ИГ2 были на 5,1 % больше по сравнению с ИГ1, вариабельность ритма у всех обследуемых ватерполисток не превышала 20 %.

Заключение. Результаты исследования демонстрируют, что интеграция VR-технологии в тренировочный процесс ватерполисток подросткового возраста способствует более выраженным адаптационным изменениям сердечно-сосудистой системы, чем стандартные программы подготовки. Установленное увеличение конечно-диастолического размера левого желудочка и ударного объема соответствует паттернам благоприятной гипертрофии, аналогично описанному у элитных ватерполисток в исследовании A. Doronina et al. (2018) [8].

Выявленное функциональное укорочение интервала PQ у спортсменок группы ИГ2 отражает оптимизацию симпатического влияния на сердечную проводимость, что не сопровождается избыточной активацией – показатель RR-интервала не превышал 20 % у всех обследованных, свидетельствуя о сохранении адекватного вагосимпатического баланса.

Согласно концепции нейровисцеральной интеграции, иммерсивные среды VR активируют одновременно визуальные, проприоцептивные и вестибулярные системы, усиливая префронтальный контроль над подкорковыми структурами автономной регуляции [5]. Ритмическая обратная связь между сердечной активностью и сенсорными стимулами способствует совершенствованию когнитивной модуляции кровообращения, что объясняет более выраженное снижение ЧСС в покое (6,9 %) и улучшение восстановления после нагрузки (3 минуты против 4) у группы ИГ2.

Мы согласны с мнением Е.М. Спивак и Н.Н. Нежкиной (2014), что целесообразно учитывать индивидуальные особенности вегетативной регуляции при занятии подростков спортом, особенно в контексте оздоровления и укрепления сердечно-сосудистой системы. В частности, при нормотоническом исходном вегетативном тонусе у спортсменов отмечается наиболее сбалансированная перестройка и работа аппарата кровообращения. На фоне симпатикотонии и гипердиастолического типа центральной гемодинамики наблюдается выраженное ремоделирование левого желудочка, при гиперкинетическом – снижение эрго-метрических индексов [4].

Обработка центральной нервной системой стимулов окружающей тренировочной среды требует интеграции сенсорной информации с постоянным вегетативным контролем сердечно-сосудистой функции. Ритмическая обратная связь активности сердца, визуальных и проприоцептивных стимулов, которая формируется в том числе регулярной практикой применения иммерсивных обучающих сред, вносит динамический вклад в гомеостатический вегетативный контроль сердечнососудистой системы ватерполисток подросткового возраста.

Как показывают результаты проведенного исследования, даже относительно редкое применение VR-технологии в учебно-тренировочном процессе позволяет улучшить показатели экономизации сердечно-сосудистой деятельности. Следовательно, практика применения VR-технологии в качестве дополни- тельного средства спортивной подготовки в водном поло является физиологически обоснованной. Комплекс полученных нами электрофизиологических данных о функциональных способностях сердечно-сосудистой системы девушек-подростков, занимающихся водным поло, является предпосылкой для дальнейшего изучения особенностей физиологической адаптации организма к тренировочным нагрузкам в условиях применения иммерсивных обучающих сред.