Определение взаимосвязи гемодинамических показателей и скорости бега у студентов-бегунов на средние дистанции с использованием двухкомпонентной модели кровенаполнения нижних конечностей

Введение. Реографические исследования в спортивной практике являются одним из распространенных способов изучения функционального состояния кардио-респираторной системы спортсменов, которое связывается с их спортивной подготовленностью [1, 5, 6, 8]. Наиболее часто подобные исследования осуществляются в видах спорта с локомоторными движениями: плавании, легкоатлетическом беге, гребле и т.п. [3, 6, 9]. В последнее время оригинальные реографические исследования стали проводиться и в практике физического воспитания, в адаптивной физической культуре [2, 4]. Однако в силу того, что реография дает лишь опосредованное представление о периферическом сопротивлении току крови в сосудах и об объеме циркулирующей крови, интерпретация результатов реографического исследования часто не верифицируется и носит описательный характер [7].

Цель исследования . В этой связи представляется актуальным рассмотреть особенности реографических измерений и сопоставить результаты измерений с реальными спортивными результатами, осуществить кластеризацию спортсменов-средневиков по реографическим параметрам и спортивным результатам.

Методы исследования . Для решения указанных выше задач рассматривались результаты реографических исследований голени и бедра студентов, занимающихся легкой атлетикой, специализирующихся в беге на средние дистанции. Фиксировались 11 общепринятых показателей характерных точек реограммы [7, 9]. Было обследовано 22 студента в возрасте 20-24 лет со спортивной классификацией 1-й взрослый разряд – мастер спорта.

Результаты реографических исследований сопоставлялись со средней скоростью бега, реализуемой испытуемыми в соревновательных условиях.

Использовались методы регрессионного и кластерного анализа. Уровень статистической значимости справедливости нулевых гипотез был установлен равным 0.05. Применялся лицензионный пакет комплексного анализа данных Stadia 8.0/prof.

Результаты исследования. В простейшем приближении сегмент участка тела, исследуемого с помощью реографа, можно представить в виде двух параллельных резисторов, расположенных между электродами реографа. Пусть сопротивление первого резистора Rb будет равно сопротивлению тканей сегмента тела, расположенного между электродами реографа, а сопротивление второго резистора Ra будет равно сопротивлению крови в сосудах сегмента, объем которой меняется по некоторому закону, определяемому сердечным ритмом, вместе со временем проведения измерений. Тогда общее сопротивление R сегмента тела между двумя электродами будет равно:

RaRb

R = Ra + Rb .                               (1)

L          L

При этом: Rа = ρa Sa и Rb = ρb Sb , где ρa , ρb – удельные сопротивления крови и ткани, соответственно;

– расстояние между электродами;

Sb – средние площади поперечного сечения кровеносных сосудов и ткани ис- следуемого сегмента тела, соответственно.

Тогда общее сопротивление будет равно: pa pb

R =                   .

Из (2) следует, что показания реографа при измерениях будут определяться удельными сопротивлениями крови и тканей и средними сечениями сегментов тела, которые, в свою очередь, будут зависеть от размеров сегмента, и расположением элек- тродов на измеряемом участке.

Кроме того, при сокращении сердца объем крови в сосудах увеличивается, что приводит к возрастанию давления крови на стенки сосудов и площади поперечного сечения Sa . Продифференцировав (2) по Sa , можно получить выражение для изменения регистрируемого сопротивления (3):

dR =dSa .                                (3)

Ясно, что изменения сопротивления, регистрируемые прибором при измерениях, не пропорциональны объему крови в сосуде (кровенаполнению), а тем более кровоснабжению. Если средняя величина сопротивления обратно пропорциональна площади суммы поперечных сечений сегмента и сосудов, то изменения сопротивления обратно пропорциональны квадрату суммы поперечных сечений.

Таким образом, при проведении реографии фиксируется некоторая величина, связанная с кровенаполнением, определяющим изменение площади поперечного сечения сосудов Sa , выражениями (2) и (3). Кроме того, этот параметр зависит не только от параметров гемодинамики, но и от размеров сегмента, на котором проводятся измерения и положения электродов на измеряемом сегменте. Учитывая тот факт, что антропометрические параметры всех людей группируются относительно некоторых средних значений, то и результаты реографических измерений также подвержены таким вариациям и могут характеризовать геодинамику испытуемых относительно средней статистической нормы.

С учетом изложенных выше соображений была осуществлена аппроксимация средней соревновательной скорости бега по дистанции от амплитуды анакроты левой и правой голени спортсменов (рисунок 1).

Рисунок 1. Зависимость средней соревновательной скорости от кровенаполнения голени (по амплитуде анакроты)

Из рисунка 1 следует, что 80–90% изменений амплитуды анакроты у мужчин связано с изменением скорости бега, тогда как у женщин на 60–80% [9]. С кровенаполнением сосудов бедра такие зависимости не достоверны. Можно предположить, что большее кровенаполнение сосудов голени при возрастании скорости бега вызвано действием инерционных сил, а не увеличением мощности работы сердечной мышцы.

Вместе с тем результаты корреляционного анализа позволяют утверждать, что мощность работы сердечной мышцы связана как со скоростью бега (R=0,76), так и с кровенаполнением звеньев нижних конечностей (R=0,74).

На рисунках 2 и 3 представлены результаты кластеризации испытуемых по этим параметрам. Справедлива гипотеза «Межкластерное расстояние отлично от нуля».

Как следует из рисунков 2 и 3, чем реже биения сердца в спокойном состоянии (больше период сокращения), то тем, как правило, и выше скорость соревновательного бега, и чем больше период сокращений, то тем и выше кровенаполнение голени.

В результате проведенных исследований установлено, что изменения сопротивления, регистрируемые при реографии, не пропорциональны объему крови в сосуде и его кровоснабжению, а обратно пропорциональны квадрату суммы поперечных сечений кровеносных сосудов и ткани исследуемого сегмента. При этом 80–90% изменений амплитуды анакроты связаны с изменением скорости бега.

Рисунок 2. Результаты кластеризации студентов в пространстве переменных период сокращения сердца - скорость бега

Рисунок 3. Результаты кластеризации студентов в пространстве переменных амплитуда анакроты – период сердечных сокращений

Выводы . Мощность работы сердечной мышцы связана как со скоростью бега (R=0,76), так и с кровенаполнением звеньев нижних конечностей (R=0,74).

Проведенная кластеризация спортсменов позволяет их разделить на две группы спортсменов, для каждой из которых можно предусмотреть выполнение индивидуальных тренировочных заданий, отличающихся направленностью нагрузок по объему и интенсивности [2, 5, 6, 7, 9].