Особенности церебральной гемодинамики у спортсменов при возрастающей физической нагрузке в термонейтральных и жарких условиях среды

Введение. Актуальной проблемой спортивной физиологии и медицины продолжает оставаться недостаточная изученность закономерностей функционирования мозгового кровообращения у спортсменов при двигательной деятельности разного характера, мощности и продолжительности [1-3, 6]. Особое значение этот вопрос имеет для летних видов спорта, когда при сочетании физических нагрузок большой интенсивности и жаркого климата возрастает риск возникновения у занимающихся гипертермических травм. Несмотря на это, по-прежнему практически отсутствуют сведения о простых и надежных методах оперативного контроля динамики функционального состояния организма спортсменов. Чаще всего выявляется тепловой коллапс [4, 7], в развитии которого ведущая роль принадлежит существенному изменению скорости мозгового кровотока [5, 8]. Это позволяет предположить, что воздействие только физической нагрузки или ее сочетание с тепловой будет вызывать сходные по характеру проявления, но разные по степени выраженности реакции церебрального кровообращения.

Цель работы. Выявить особенности мозговой гемодинамики спортсменов при воздействии физической нагрузки возрастающей мощности в термонейтральных и жарких условиях окружающей среды.

Методика исследования.

В исследованиях участвовали спортсмены высокой квалификации (1-й разряд, кандидат в мастера спорта), тренирующиеся в летних видах спорта. Чтобы с большей четкостью выявить ответные реакции мозговой гемодинамики на возрастающую физи- ческую нагрузку в разных условиях теплоотдачи, в термокамере создавали два микроклиматических режима с температурой (Т), относительной влажностью (ф) воздуха соответственно 17±1°С, 65±1% (режим 1), 31±1°С, 85±1% (режим 2).

В этих условиях спортсмены в тренировочных костюмах выполняли возрастающую велоэргометрическую нагрузку мощностью от 50 до 250 Вт с минутным отдыхом после каждого 5-минутного цикла. В ходе экспериментов энерготраты (ЭТ) на ее выполнение определяли методом непрямой калориметрии (газовому анализу). Для оценки теплового состояния у обследуемых регистрировали температуру кожи (в 11 точках) и оральную температуру (Т or ). На основании данных термометрии рассчитывали средневзвешенную температуру (СВТ) кожи, среднюю температуру тела (СТТ), теплосодержание (Q) и теплонакопление (ΔQ) в организме [9, 10]. Изучение мозговой гемодинамики осуществляли по изменению реоэнцефалографических (РЭГ) показателей с помощью комплексного автоматизированного реографического метода [11, 12]. Об интенсивности пульсового кровенаполнения церебрального бассейна судили по реографиче-скому систолическому индексу (РСИ); о состоянии тонуса мозговых артерий крупного, среднего и мелкого диаметра и артериол – соответственно по максимальной скорости быстрого наполнения (МСБН), средней скорости медленного наполнения (ССМН), дикротическому индексу (ДИ); о состоянии оттока крови из артерий в вены и тонусе вен – по вено-артериальному (В/А) отношению и реографическому диастолическому индексу (РДИ); об интенсивности венозного оттока из церебрального бассейна – по венозному оттоку (ВО).

Проведено 60 обследований (2 серии) с участием 32 спортсменов, 28 из них участвовали в 1-й серии (режим 1) и 32 – во 2-й (режим 2). Полученные результаты обработаны статистически и представлены в данной статье. Достоверность различий средних величин (М) с учетом ошибок (m) и объема выборки (n) оценивали по t-критерию Стъюдента при достигнутом уровне значимости (р) не менее 0,05.

Результаты исследования и их обсуждение. Абсолютные величины энерготрат (ЭТ) и показателей теплового состояния спортсменов в сравниваемых сериях экспериментов представлены в таблице.

В термонейтральной (режим 1) и жаркой влажной (режим 2) средах максимальная длительность циклической нагрузки возрастающей мощности оказалась одинаковой и составила 27,5±0,3 мин. Отказ от продолжения экспериментов наступал на 3,7±0,4 мин работы мощностью 250 Вт. Неодинаковые условия микроклимата нашли отражение в исходных величинах динамики и степени выраженности показателей теп- лового состояния обследуемых. При сопоставлении полученных данных видно, что перед началом работы величины температуры тела (Тor), кожи (СВТ), средний температуры тела (СТТ) и его теплосодержания (Q) были значительно меньше при режиме 1, чем величины тех же показателей при режиме 2 (таблица 1).

Таблица 1

Энерготраты и тепловое состояние спортсменов при циклической нагрузке возрастающей мощности в термонейтральной и жаркой влажной среде (М±m)

И чем ниже (или выше) исходные их уровни, тем они меньше (режим 1) или больше (режим 2) в процессе выполнения нагрузки возрастающей мощности. Поэтому при однонаправленной динамике (стабилизация на исходном уровне или замедленный рост), но разным по начальным и конечным величинам Т or, СВТ кожи, СТТ и Q, увеличение теплонакопления (AQ) в организме происходило с неодинаковой скоростью, достигая к моменту отказа 1,4±0,3 кДж/кг (режим 1) и 3,5±0,2 кДж/кг (режим 2). Полученные данные позволяют заключить, что конечные уровни показателей теплового состояния спортсменов свидетельствуют об отсутствии у них признаков перегрева в термонейтральной среде и развития умеренной гипертермии в жаркой влажной среде.

В таблице 2 приведены результаты сравнительных реоэнцефалографических исследований у спортсменов в состоянии двигательного покоя и выполняющих циклическую возрастающую нагрузку в разных температурно-влажностных режимах. Согласно полученным данным установлено, что благоприятные условия для мозговой гемодинамики обеспечивались в термонейтральной среде (режим 1). На это указывали начальные (до нагрузки) существенно меньшие величины максимальной скорости быстрого наполнения (МСБН), средней скорости медленного наполнения (ССМН), реографиче-ского систолического индекса (РСИ), венозного оттока (ВО) и большие величины дикротического индекса (ДИ), вено-артериального (В/А) отношения, реографического диа- столического индекса (РДИ) по сравнению с исходными величинами тех же показателей в жаркой влажной среде (режим 2).

Таблица 2

Церебральное кровообращение спортсменов в состоянии покоя и при циклической нагрузке возрастающей мощности в термонейтральной и жаркой влажной средах (М±m)

Примечание: * Достоверные различия (р<0,01) по сравнению с режимом 2.

Воздействие при режиме 1 физической нагрузки, сопровождающейся стремительным ростом энерготрат, приводило к отчетливым изменениям РЭГ показателей. Они заключались в постепенном повышении на протяжении 304 циклов нагрузки МСБН, ССМН, РСИ и ВО с последующим удерживанием на одном уровне. Одновременно в ускоренном темпе снижались ДКИ, РДИ и В/А отношения, достигая в конце 5й нагрузки значений ниже начальных соответственно на 75, 73 и 75%.

Описанная динамика исследуемых РЭГ показателей дает основание полагать, что в микроклиматических условиях, обеспечивающих оптимальное тепловое состояние организма, кратковременная физическая нагрузка с нарастанием энерготрат до максимального уровня оказывает прямое влияние на изменения параметров мозговой гемодинамики. Это проявлялось в постепенном увеличении и стабилизации на повышенном уровне скорости кровенаполнения крупных и средних церебральных артерий, систолического притока крови к сосудам мозга и венозного оттока крови из региона при одновременном резком снижении и стабилизации на низком уровне тонуса концевых артерий, артериол и вен церебрального бассейна.

При сочетанном действии аналогичной физической нагрузки и жаркой влажной среды (режим 2) были выявлены как сходства, так и различия в характере динамики РЭГ показателей (режим 1). В этих условиях отмечалось непрерывное увеличение ис- ходных значений МСБН, ССМН, РСИ в течение всех циклов нагрузки, т.е. отсутствовало (в отличие от режима 1) удерживание указанных показателей на новом уровне. Одновременно наблюдался быстрый подъем величины ВО до максимума в 4-м цикле нагрузки и его падение (р<0,01) в 5-м цикле. Как и при режиме 1, регистрировалась однонаправленная динамика (резкое уменьшение и сохранение на низком уровне) исходных значений ДИ, РДИ и В/А отношения. Рассмотренная динамика РЭГ показателей свидетельствовала о том, что в ходе возрастающей физической нагрузки и до момента отказа от ее выполнения в жарком влажном микроклимате непрерывный приток артериальной крови к сосудам головного мозга происходил при стремительном подъеме венозного оттока крови из региона и резком снижении тонуса концевых артерий, артериол и вен.

Заключение. Таким образом, в ходе выполнения физической нагрузки возрастающей мощности (от 50 до 250 Вт) с максимальной длительностью 27,6±0,4 мин в термонейтральной среде (17±1°С, 65±1%) облегчается поддержание теплового состояния спортсменов в границах оптимального. При этом достигается баланс циркулирующей крови между артериальным ее притоком в головной мозг и венозным оттоком из региона. Баланс мозгового кровотока по мере увеличения интенсивности физической нагрузки сопряжен с формированием двух последовательных фаз. Первая фаза – «фаза подъема и снижения» – проявляется постепенным повышением скорости кровенаполнения крупных и средних церебральных артерий, систолического притока и венозного оттока крови из региона на фоне резкого снижения тонуса концевых артерий, артериол и вен. Вторая фаза – «фаза стабилизации» – характеризуется удерживанием на повышенном уровне скорости кровенаполнения крупных и средних церебральных артерий, систолического притока и венозного оттока крови из региона, сохранением предельной гипотонии концевых артерий, артериол и вен церебрального бассейна.

При аналогичной по характеру, интенсивности и длительности физической нагрузки в жаркой влажной среде (31±1°С, 85±1%) развивается выраженный перегрев организма и нарушается баланс циркулирующей крови между ее притоком в головной мозг и оттоком из региона. По мере нарастания интенсивности физической нагрузки и развития перегрева дисбаланс выражается отсутствием «фазы стабилизации и снижения». Он характеризуется непрерывным увеличением скорости кровенаполнения крупных и средних сосудов, величины систолического притока крови к сосудам мозга при быстром подъеме и последующем падении венозного оттока крови на фоне резко выраженной гипотонии концевых артерий, артериол и вен церебрального региона.

Полученные результаты позволяют заключить, что в процессе развивающейся гипертермии, обусловленной выполнением возрастающей физической нагрузки до отказа в жарком влажном микроклимате, создаются неблагоприятные условия для венозной циркуляции крови в церебральном бассейне.