The reaction peculiarities of athletes' cerebral hemodynamics due to the impact of physical loads in different conditions of heat emission

Введение. Сердечно-сосудистая система выступает основным лимитирующим звеном, определяющим эффективность мышечной деятельности [ 3 ] . Каждый ее компонент немедленно реагирует на изменения внутренней среды организма, обусловленные физической нагрузкой, особенно повышенной интенсивности [ 7 ] . Влияние двигательной деятельности на церебральный кровоток и адаптацию сосудов к ней представляют особый интерес, поскольку головной мозг, являясь органом, регулирующим функции всего организма, отличается, кроме прочего, наличием ауторегуляции, а также очень высоким уровнем метаболизма [ 4 ] . Однако, до настоящего времени сведения об изменениях пульсового кровенаполнения и тонуса церебральных артерий различного диаметра при ступенчато возрастающих физических нагрузках имеют противоречивый характер. Информация об изменениях мозгового кровообращения при выполнении мышечной работы нарастающей мощности в условиях нагревающего микроклимата в литературе вообще отсутствует. По этой причине затрудняется функциональная диагностика таких негативных последствий чрезмерных физических нагрузок, как снижение адаптационного потенциала организма, развитие перетренированности в условиях повышенной, высокой температуры воздуха и ее относительной влажности. Цель работы – изучение реакций церебральной гемодинамики спортсменов на ступенчато возрастающую велоэргометрическую нагрузку в различных температурно-влажностных условиях.

Методы исследования. В исследованиях участвовали 43 спортсмена (возраст 20-23 лет, квалификация до уровня 1 разряд – кандидат в мастера спорта), тренирующиеся преимущественно на выносливость. О бследуемые в микроклиматической камере выполняли ступенчато возрастающую велоэргометрическую нагрузку для достижения максимального уровня МПК [ 1 ] . Методика заключалась в том, что при постоянной скорости педалирования (60 об/мин) начальная нагрузка мощностью 50 Вт ступенеобразно увеличивалась на эту же величину вплоть до отказа от продолжения работы. Длительность каждой ступени – 5 мин, паузы отдыха между ними – 1 мин. Чтобы с большей четкостью выявить ответные реакции церебральной гемодинамики на заданную физическую нагрузку при различных условиях теплоотдачи, в термокамере создавали 3 микроклиматических режима с температурой (Т) и относительной влажностью ( φ ) соответственно 18±1°С и 68±1% (режим 1), 25±1°С и 75±1% (режим 2), 31±1°С и 85±1% (режим 3) при одинаковой во всех случаях скорости движения (v) воздуха, равной 0,3±0,1 м/с.

В покое и через каждые 5 мин работы вплоть до момента отказа от ее дальнейшего продолжения осуществлялось изучение церебрального кровообращения на основе комплексного автоматизированного реографического метода [2], позволяющего судить об особенностях организации системы кровоснабжения головного мозга человека в измененных условиях его жизнедеятельности. Комплекс включал следующие показатели: максимальную скорость быстрого наполнения (МСБН) и среднюю скорость медленного наполнения (ССМН) кровью соответственно крупных и средних артерий церебрального региона – отражают скорость кровенаполнения и тонус этих сосудов; реографический систолический индекс (РСИ) - интегральный показатель, отражающий силу сердечных сокращений и пульсовое кровенаполнение мозговых артерий различного диаметра; реографический дикротический индекс (ДИ) - характеризует тонус мелких мозговых артерий; вено-артериальное (В/А) отношение - отражает тонус мелких мозговых артерий и артериол; реографический диастолический индекс (РДИ) - характеризует тонус вен и отток крови из артерий в вены; венозный отток (ВО) - отражает условия венозного оттока крови из церебрального региона.

Полученные данные обработаны с помощью общепринятых методов вариационной статистики. Достоверность различий средних величин показателей оценивалась по критерию Стьюдента при уровне вероятности не менее 95%.

Результаты исследования и их обсуждение. В ходе проведенных исследований выявлено, что в условиях комфортного (T= 18±1°С, φ= 68±1%, v=0,3±0,1 м/с), теплого влажного (T= 25±1°С, φ= 75±1%, v=0,3±0,1 м/с) и жаркого влажного (T=31±1°С, φ= 85±1%, v=0,3±0,1 м/с) микроклимата предельная длительность ступенчато возрастающей по мощности (50, 100, 150, 200 и 250 Вт) мышечной работы оказалась одинаковой (28,5±0,3 мин). Такая физическая нагрузка вызывала напряжение в работе регуляторных механизмов сердечно-сосудистой системы, степень выраженности которого возрастала по мере повышения температуры и относительной влажности окружающей среды от уровня комфортных, что нашло отражение в динамике показателей церебрального кровообращения.

Так установлено, что на исходный уровень мозгового кровотока человека, находящегося в состоянии покоя в термокамере, оказывал влияние созданный в ней микроклимат. На это указывал тот факт, что с повышением температуры и относительной влажности воздуха с 18±1°С и 68±1% до 25±1°С и 75±1%, далее до 31±1°С и 85±1% реоэнцефалографические показатели претерпевали достоверные изменения (p < 0,05), свидетельствующие о снижении тонуса артерий, артериол и вен, о росте кровенаполнения мозговых сосудов и увеличении оттока венозной крови из региона. В целом это можно расценить как проявление ауторегуляции мозгового кровотока на совместное действие разных по величине температуры и относительной влажности воздуха.

Работа на велоэргометре со ступенчато возрастающей нагрузкой в трех разных микроклиматических режимах вызывала практически одинаковые по характеру динамики изменения показателей РЭГ, несмотря на различия их начальных величин. Однако в большей степени изменения показателей были выражены при работе в жарком влажном микроклимате. В этих случаях происходило ускоренное падение реографического дикротического, реографического диастолического индексов и вено-артериального отношения до минимальных величин в момент отказа (рис. 1).

Одновременно наблюдалось непрерывное увеличение максимальной скорости быстрого наполнения кровью крупных артерий и средней скорости медленного наполнения кровью средних артерий головного мозга, достигающих мак- симальных величин перед отказом от работы. Отмечался быстрый рост реогра-фического систолического индекса, венозного оттока крови из региона при максимуме в конце 4-го цикла работы мощностью 200 Вт, после чего начиналось его снижение (рис. 2).

Мощность нагру зки, Вт

Рис. 1. Динамика РДИ, ДИ и индекса В/А отношения при велоэргометрической нагрузке нарастающей мощности в 3-х микроклиматических режимах

Обозначения: 1 – комфортный м икроклимат (Т=18±1ºС, φ=68±1%, v=0,3±0,1м/с);

2 – теплый влажный микроклимат (Т=25±1ºС, φ=75±1%, v=0,3±0,1м/с); 3 – жаркий влажный микроклимат (Т=31±1ºС, φ=85±1%, v=0,3±0,1м/с).

При такой же мышечной деятельности в условиях комфортного или теплого микроклимата показатели РЭГ претерпевали сходные изменения, особенно по абсолютным величинам, предшествующим отказу от продолжения работы (рис. 1). Однако различия выявлялись в динамике показателей, изменения которых указывали на падение тонуса крупных и средних артерий (увеличение максимальной скорости быстрого и средней скорости медленного наполнения их кро- вью), а также на повышение пульсового кровенаполнения мозговых сосудов (рост реографического систолического индекса). Различия появлялись после 3-го цикла работы мощностью 150 Вт и выражались в удерживании показателей на достигнутом уровне в течение 4-го и 5-го циклов работы в 200 и 250 Вт по сравнению с продолжающимся их возрастанием в жарком влажном микроклимате (рис. 2).

Рис. 2. Динамика МСБН, ССМН, РСИ и ВО при велоэргометрической нагрузке нарастающей мощности в 3-х микроклиматических режимах

Обозначения: 1 – комфортный м икроклимат (Т=18±1ºС, φ=68±1%, v=0,3±0,1м/с);

2 – теплый влажный микроклимат (Т=25±1ºС, φ=75±1%, v=0,3±0,1м/с); 3 – жаркий влажный микроклимат (Т=31±1ºС, φ=85±1%, v=0,3±0,1м/с).

Мощность нагрузки, Вт

Заключение. Совокупность обнаруженных сдвигов со стороны церебрального кровообращения свидетельствует о развитии в условиях жаркого влажного микроклимата к концу заданной работы резко выраженной гипотонии крупных, средних и мелких артерий, артериол и вен, об избыточном кровенаполнении мозговых сосудов и ухудшении венозного оттока крови из бассейна головного мозга. Анализ полученных результатов, согласующихся с имеющимися в литературе сведениями [2, 4, 5, 6, 8, 9], позволяет заключить, что по динамике и абсолютным величинам рассмотренных реоэнцефалографических показателей можно судить о степени напряжения механизмов ауторегуляции мозгового кровообращения при данном виде физической нагрузке до отказа в различных микроклиматических условиях. Стабилизация основных показателей РЭГ на повышенном (или пониженном) уровне в условиях комфортного и теплого влажного микроклимата свидетельствует о сохранении ауторегуляции мозгового кровотока, тогда как их непрерывное увеличение или падение (например, реографиче- ского дикротического индекса) является признаком приближающейся утраты этой ауторегуляции.

Описанные изменения дают основание считать, что динамика и абсолютные величины комплекса рассмотренных показателей церебрального кровообращения являются высокоинформативными критериями для оценки степени напряжения в работе регуляторных механизмов организма человека при физической нагрузке возрастающей мощности до отказа в условиях жаркого влажного, теплого влажного и комфортного микроклимата.