Особенности церебральной гемодинамики у спортсменов при возрастающей физической нагрузке в термонейтральных и жарких условиях среды
Автор: Бакулин В.С., Медведев Д.В., Бочаров А.В.
Журнал: Физическое воспитание и спортивная тренировка @journal-fvist
Рубрика: Медико-биологические аспекты физического воспитания и спортивной тренировки
Статья в выпуске: 4 (34), 2020 года.
Бесплатный доступ
Выявлены особенности церебральной гемодинамики у спортсменов, выполняющих возрастающую физическую нагрузку до отказа в термонейтральных и жарких условиях окружающей среды. В ходе выполнения физической нагрузки возрастающей мощности (от 50 до 250Вт) 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. Полученные результаты позволяют заключить, что в процессе развивающейся гипертермии, обусловленной выполнением возрастающей физической нагрузки до отказа в жарком влажном микроклимате, создаются неблагоприятные условия для венозного застоя крови в церебральном бассейне.
Реоэнцефалографические показатели, мозговая гемодинамика, микроклимат, энерготраты, тепловое состояние, физическая нагрузка
Короткий адрес: https://sciup.org/140250216
IDR: 140250216
Текст научной статьи 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)
Параметры микро климата |
Показатели |
До нагрузки |
Мощность (Вт) и циклы (в скобках) нагрузки |
||||
50 (1) |
100 (2) |
150 (3) |
200 (4) |
250 (5) |
|||
Режим 1: |
ЭТ, кДж/мин |
6,7±0,2 |
16,5±0,6 |
29,4±0,9 |
43,1±1,3 |
52,3±1,3 |
66,7±1,9 |
Т=17±1°С |
Т op or , |
36,3±0,05 |
36,4±0,05 |
36,4±0,05 |
36,4±0,05 |
36,4±0,05 |
36,4±0,05 |
ф=65±1% |
СВТ кожи, °С |
31,2±0,3 |
31,3±0,2 |
31,6±0,2 |
31,8±0,3 |
32,0±0,2 |
32,2±0,3 |
(n=28) |
СТТ, °С |
35,1 ±0,1 |
35,1 ±0,1 |
35,2 ±0,1 |
35,3 ±0,1 |
35,4 ±0,1 |
35,5 ±0,1 |
Q, кДж/кг |
121,6±0,3 |
122,2±0,3 |
122,3±0,3 |
122,5±0,3 |
122,8±0,3 |
123,1±0,3 |
|
АQ, кДж/кг |
0 |
0,4±0,3 |
0,6±0,3 |
0,9±0,3 |
1,2±0,3 |
1,4±0,3 |
|
Режим 2: |
ЭТ, кДж/мин |
6,2±0,2 |
18,3±0,3 |
31,9±0,7 |
45,8±1,2 |
58,5±1,8 |
73,1±1,2 |
Т=31±1°С |
Т оС or , |
36,7±0,06 |
36,7±0,05 |
36,7±0,06 |
36,8±0,06 |
36,9±0,06 |
37,0±0,05 |
ф=85±1% |
СВТ кожи, °С |
32,6±0,3 |
33,6±0,4 |
34,4±0,3 |
34,8±0,3 |
35,0±0,2 |
35,2±0,2 |
(n=32) |
СТТ, °С |
35,7 ±0,07 |
35,9 ±0,1 |
36,3 ±0,1 |
36,4 ±0,1 |
36,6 ±0,1 |
36,8 ±0,08 |
Q, кДж/кг |
123,9±0,2 |
124,6±0,3 |
126,0±0,3 |
126,3±0,3 |
126,8±0,3 |
127,4±0,2 |
|
АQ, кДж/кг |
0 |
1,7±0,3 |
2,1±0,3 |
2,4±0,3 |
2,9±0,3 |
3,5±0,2 |
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)
Параметры микро климата |
Показатели РЭГ |
До нагрузки |
Мощность (Вт) и циклы (в скобках) нагрузки |
||||
50 (1) |
100 (2) |
150 (3) |
200 (4) |
250 (5) |
|||
Режим 1: |
МБСН,Ом/с |
495±22* |
612±38 |
815±43 |
948±30 |
1018±33 |
1025±30 |
Т=17±1°С |
ССМН,Ом/с |
182±10* |
206±9 |
237±12 |
270±14 |
250±14 |
240±13 |
ф=65±1% |
РСИ, Ом |
0,66±0,03* |
0,72±0,03 |
0,88±0,04 |
0,95±0,04 |
0,97±0,04 |
0,99±0,03 |
(n=28) |
ДИ, % |
76±2* |
62±2 |
43±4 |
28±2 |
18±3 |
19±2 |
РДИ, % |
82±2* |
66±2 |
48±2 |
33±1 |
22±2 |
23±2 |
|
В/А,% |
79±2* |
67±2 |
47±3 |
34±2 |
23±3 |
25±3 |
|
ВО, ус.ед |
28±1* |
37±2 |
60±5 |
104±6 |
130±6 |
124±5 |
|
Режим 2: |
МБСН,Ом/с |
658±28 |
797±56 |
899±51 |
1101±36 |
1141±40 |
1219±31 |
Т=31±1°С |
ССМН,Ом/с |
273±12 |
303±13 |
306±25 |
323±14 |
350±21 |
381±27 |
ф=85±1% |
РСИ, Ом. |
0,98±0,03 |
1,03±0,03 |
1,06±0,04 |
1,20±0,05 |
1,22±0,06 |
1,35±0,05 |
(n=32) |
ДИ, % |
61±2 |
51±2 |
46±3 |
31±2 |
21±2 |
20±3 |
РДИ, % |
72±1 |
61±1 |
52±2 |
37±3 |
26±1 |
23±2 |
|
В/А,% |
61±2 |
53±4 |
49±5 |
35±4 |
25±2 |
24±3 |
|
ВО, ус.ед |
38±2 |
48±3 |
65±4 |
105±7 |
156±5 |
140±5 |
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.
Список литературы Особенности церебральной гемодинамики у спортсменов при возрастающей физической нагрузке в термонейтральных и жарких условиях среды
- Афанасьева Р.Ф., Мели К.О. О критериях оценки теплового состояния лиц, проживающих во влажном жарком и умеренном климате // Гигиена труда и профессиональные заболевания - 1988. - № 10. - С. 12-16.
- Захарьева Н.Н., Махалин А.В., Аллаа Алкахим. Морфофункциональные характеристики и температурный гомеостаз футболистов высокой квалификации в лабораторных и полевых условиях // Проблемы современной морфологии: материалы Всероссийской научно-практической конференции с международным участием: сборник печатных трудов, посвященный 90-летию кафедры анатомии ГЦОЛИФК и 85-летию со дня рождения заслуженного деятеля науки РФ, члена-корреспондента РАМН, профессора Б.А. Никитюка / ред. Е.З. Година [и др.]. - М.: Научная книга, 2018. - С. 151-153.
- Исупов И.Б. Системный анализ церебрального кровообращения человека. - Волгоград: Перемена, 2001. - 138 с.
- Методика индивидуальной оценки устойчивости спортсменов к максимальным физическим нагрузкам в условиях измененной гипоксической и гипотермической среды / Дворников М.В. [и др.] // Медицина труда и промышленная экология. - 2013. - № 9. - С. 37-42.
- Обоснование системы физиолого-гигиенического обеспечения адаптации спортсменов сборных команд России к условиям Рио-де-Жанейро / Уйба В.В. [и др.] // Медицина экстремальных ситуаций. - 2015. - № 4. - С. 8-21.
- Особенности церебрального кровотока в типах системной гемодинамики дизадаптированных пловцов / В.А. Лиходеева [и др.] // Вестник Волгоградского Государственного Медицинского Университета. - 2016. - Выпуск 1 (29) - С.59-62.
- Тарабрина В.А., Тарабрина Н.Ю. Изучение гемодинамических показателей спортсменов на различных этапах спортивной подготовки [Электронный ресурс] // Молодой ученый. - 2017. - № 8 (142). - С. 133-136. Режим доступа: https://moluch.ru/archive/142/40057
- Тер-Акопов Г.Н. Новые технологии восстановления спортсменов на учебно-тренировочной базе в условиях среднегорья // Современные вопросы биомедицины. - 2017. - Т. 1. - № 1 (1). - С. 1-14.
- Ainslie P.N., Cotter J.D. Elevation in cerebral blood flow velocity with aerobic fitness throughout healthy human ageing. - J. Physiol. - 2008. - №16. - Рp. 4005-4010.
- Galloway S.D.R., Shirrefs S.M., LeiperT.B., Mauqhan R.J. Exercise in the heat: Factors limitinq exercise capacity and methods for improving heat tolerance // Sports Exercise and Injury. - 1997. - №1. Pp. 27-31.
- Maxwell N.S., Aitchison F.C., Nimma M.A. The effect of climatic heat stress on intermittent supramaximal rinning preformance in humans // Experim. Physiol. -1996. - № 5. - Pp. 883.
- Saugy J. J. "Correction: Comparison of "Live High-Train Low" in Normobaric versus Hypobaric Hypoxia [Электронный ресурс] / J. J. Saugy [et al.] // PloS one 7. - 2015. - Режим доступа: http://journals.plos.org.