Типологические особенности кровообращения юношей при адаптации к физической нагрузке

Введение. Вопрос о влиянии двигательной активности на функциональное состояние организма юношей остается одним из актуальных в спортивной физиологии и медицине. Данные научной литературы свиде- тельствуют о значительных морфофункциональных изменениях в организме юношей, представляющих различные виды спорта [1, 2]. У них уровень функционального состояния системы кровообращения сущест- венно отличается по сравнению с юношами, которые имеют низкий уровень двигательной активности, что обусловлено физиологической целесообразностью. Это вполне закономерно с позиций функциональной системы гомеостаза и достижения полезного приспособительного эффекта [3, 4]. Поэтому двигательную деятельность следует рассматривать как один из факторов, которые определяют структурное и функциональное формирование сердечно-сосудистой системы [5].

К одной из особенностей деятельности сердца следует отнести генетически детерминированные типы кровообращения, являющиеся вариантами нормы. В настоящее время установлено, что выделенные в условиях покоя типы кровообращения оказывают влияние на реакцию сердечно-сосудистой системы во время физической нагрузки [6].

Цель исследования. Выявление закономерностей прироста и механизма срочной адаптации сердечного выброса у юношей с различной степенью двигательной активности и в зависимости от типологических особенностей кровообращения при физической нагрузке повышающейся мощности.

Материалы и методы. В медико-биологических исследованиях широкое распространение получили физические нагрузки, так как они обладают высокой диагностической ценностью и при их помощи можно моделировать различные виды деятельности человека. Общепринятой и предпочтительной считается велоэргометрия, которая облегчает получение физиологической информации во время двигательной деятельности и дает возможность точной дозировки физической нагрузки как по мощности, так и по длительности. В наших исследованиях юноши выполняли нагрузку ступенчато повышающейся мощности на велоэргометре в расчете 0,5, 1,0 и 1,5 Вт на 1 кг веса тела. Моделировалась работа умеренной мощности, являющаяся достаточной для вызова возмущения гемодинамики организма, выведения ее на оптимальный уровень функционирования, а также пороговой для включения центральных ней-рогуморальных механизмов. Частота педалирования составляла 60 об./мин, а длительность каждой ступени нагрузки равнялась

• 3 мин. До нагрузки и во время ее выполнения велась запись дифференциальной реограммы. При этом регистрировались следующие показатели деятельности сердечно-сосудистой системы: ЧСС (частота сердечных сокращений), УОК (ударный объем крови), МОК (минутный объем крови), которые определялись по методу W.G. Kubicek et al. [7].

Количество испытуемых составило 100 чел. В зависимости от режима двигательной активности все испытуемые были разделены на три группы: группа I с низкой двигательной активностью (студенты-юноши 17–20 лет, не имеющие спортивных разрядов и занимающиеся физической культурой по программе вуза (n=43)); группа II со средней двигательной активностью (юноши 19–21 года – студенты факультета физической культуры Казанского федерального университета (n=27)); группа III с высокой двигательной активностью (спортсмены-легкоатлеты 17–22 лет (n=30)). По величине сердечного индекса (СИ) юноши были разделены на группы по типам кровообращения: гиперкинетический тип кровообращения (ГрТК) – с высокими значениями СИ, эукинетический тип кровообращения (ЭТК) – со средними значениями СИ, гипокинетический тип кровообращения (ГТК) – с низкими значениями СИ. При этом однородным по определенному признаку мы считали такое множество элементов, коэффициент вариации (КВ) которого не превышал 10 %. Количественное распределение групп юношей по типологическим особенностям кровообращения согласуется с данными, которые приводит в своей работе Э.В. Земцовский [8].

Статистическая обработка полученных результатов проводилась в соответствии с общепринятыми методами вариационной статистики при помощи компьютера AT Pentium с применением пакета программ Microsoft Office Excel Windows 2010. Для оценки достоверности различий использовались стандартные значения критерия t Стьюдента.

Результаты и обсуждение. При проведении исследований в группах юношей были выявлены гипо-, эу- и гиперкинетический типы кровообращения, зависящие от уровня двигательной активности (рис. 1–3).

Объективную информацию показатели насосной функции сердца представляют при анализе нагрузок различной мощности. Так, с повышением мощности выполняемой на велоэргометре работы наблюдалось достоверное увеличение МОК, который, по сравнению с предрабочим уровнем, возрос в 2–3 раза (табл. 1). По литературным источникам, величины сердечного выброса, полученные нами, соответствуют нагрузке, связанной с использованием более половины аэробной мощности, или 60 % от максимального потребления кислорода [9]. Такое увеличение одного из параметров сердечной деятельности физиологически обосновано и направлено на поддержание оптимального кислородного режима организма при мышечной деятельности.

□ ГРТК - 30%

□ ГТК - 35%

■ ЭТК - 35%

Рис. 2. Распределение группы юношей со средней двигательной активностью по типам кровообращения

□ ГРТК - 44%

□ ГТК - 28%

■ ЭТК - 28%

Рис. 1. Распределение группы юношей с низкой двигательной активностью по типам кровообращения

Рис. 3. Распределение группы юношей с высокой двигательной активностью по типам кровообращения

D ГРТК - 28%

D ГТК - 34%

• ■ ЭТК - 38%

Таблица 1

Показатели МОК (л) в группах юношей с низкой (I), средней (II) и высокой (III) двигательной активностью при гипо-, эу- и гиперкинетическом типах кровообращения

Группа испытуемых	Тип кровообращения	Исходное состояние	Нагрузка
			0,5 Вт/кг	1,0 Вт/кг	1,5 Вт/кг
I	ГТК	4,38±0,16	6,71±0,31*	7,85±0,48+	8,56±0,36
	ЭТК	5,43±0,24	8,88±0,51*	10,17±0,67	11,71±0,87
	ГрТК	5,30±0,25	9,55±0,23*	10,35±0,39	10,91±0,50
II	ГТК	4,66±0,18	9,41±0,79*■	11,17±0,43+■	12,88±1,53■
	ЭТК	5,21±0,19	8,17±0,52*	9,48±0,69	10,40±0,53
	ГрТК	5,84±0,40	9,49±0,96*	10,61±0,71	11,01±0,70
III	ГТК	4,48±0,13	7,53±0,18*•▲	9,68±0,52+•▲	12,36±0,81^•
	ЭТК	5,68±0,17	9,50±0,34*▲	11,13±0,72+	14,39±0,94^•▲

ГрТК

6,95±0,42•

9,90±0,87*

12,41±0,78+•▲

13,81±0,81•▲

Примечание. * – статистическая достоверность различий между показателями в исходном состоянии и с нагрузкой 0,5 Вт/кг; + – статистическая достоверность различий между показателями с нагрузкой 0,5 и 1,0 Вт/кг; ^ – статистическая достоверность различий между показателями с нагрузкой 1,0 и 1,5 Вт/кг; ■ – статистическая достоверность различий между показателями юношей с гипокинетическим типом кровообращения I и II групп; • – статистическая достоверность различий между показателями юношей с гипокинетическим типом кровообращения I и III групп; ▲ – статистическая достоверность различий между показателями юношей с гипокинетическим типом кровообращения II и III групп. Далее обозначения те же.

Увеличение сердечного выброса при двигательной активности происходит за счет включения одного или нескольких компенсаторных механизмов: роста частоты сердцебиений или величины УОК, а в некоторых случаях – обоих параметров сердечно-сосудистой системы. Однако их вклад в увеличение МОК различен. Так, например, ударный выброс повышается не более чем в 2 раза по отношению к исходному уровню, в то время как ЧСС при максимальной нагрузке может возрасти в 3 и более раза [8]. При этом основным оптимизирующим фактором МОК является увеличение ударного выброса, величина которого зависит от базального резервного объема крови. Рассмотрим меха- низм проявления срочной адаптации сердечного выброса на примере велоэргометриче-ской нагрузки повышающейся мощности.

В группах юношей с различной двигательной активностью при увеличении мощности нагрузки независимо от типов кровообращения проявился феномен экономизации кровообращения по показателю сердечного выброса. Однако при этом юноши с высокой двигательной активностью сохраняли определенные резервы в деятельности сердца, так как у них была меньше хронотропная реакция сердца (табл. 2), что при возрастающей нагрузке может способствовать значительному росту МОК.

Таблица 2

Показатели ЧСС (уд./мин) в группах юношей с низкой (I), средней (II) и высокой (III) двигательной активностью при гипо-, эу- и гиперкинетическом типах кровообращения

Группа испытуемых	Тип кровообращения	Исходное состояние	Нагрузка
			0,5 Вт/кг	1,0 Вт/кг	1,5 Вт/кг
I	ГТК	70,11±2,87	89,27±3,41*	105,05±3,08+	121,91±2,27^
	ЭТК	77,72±3,95	96,31±3,15*	112,96±3,05+	130,81±3,92^
	ГрТК	79,07±2,82	98,10±2,86*	116,16±3,22+	137,04±3,08^
II	ГТК	68,25±2,16	91,30±3,86*	109,27±4,28+	122,43±3,48^
	ЭТК	72,65±2,11	96,99±4,65*	110,53±3,15+	127,71±4,38^
	ГрТК	76,40±2,98	98,49±5,58*	114,12±3,22+	130,50±3,95^
III	ГТК	61,03±2,71•▲	84,35±2,01*	96,87±2,72+•▲	112,70±3,25^•▲
	ЭТК	65,73±2,10•▲	86,10±3,42*•▲	101,53±2,58+•▲	116,65±3,41^•▲
	ГрТК	75,00±3,59	88,07±2,84*•▲	105,27±2,66+•▲	118,74±3,03^•▲

Увеличение сердечного выброса достигалось различными способами. У юношей с высокой двигательной активностью гипокинетического и эукинетического типов кровообращения возрастание сердечного выброса шло по пути увеличения как ЧСС, так и УОК. Это может рассматриваться в качестве одного из механизмов формирования сердечного выброса. Полагают, что данный механизм является наиболее эффективным, так как в этом случае частота сердцебиений снижена, а физическая работоспособность, определяемая адаптаци- онными резервами, возможности которой тесно связаны с напряжением физиологических механизмов и зависят от силы действующего фактора, выше у тех, у кого УОК больше (табл. 3). Следовательно, можно говорить о хроноинотропной зависимости, когда рост ЧСС сопровождается усилением сократительной способности миокарда. Данный феномен известен под названием лестницы Боудича-Положительный инотропный эффект при увеличении ЧСС нарастает постепенно, что объясняют плавностью роста концентрации ионов Са2+ в саркоплазме и саркоплазматиче- ском ретикулуме. Хроноинотропная зависимость, вероятно, осуществляется без изменения длины мышечных волокон, что дает повод отдельным авторам рассматривать этот механизм как проявление гомеометрической регуляции сердца [10, 11].

Можно предположить, что под воздействием регулярных физических нагрузок мощность механизмов, ответственных за удаление Са2+ из саркоплазмы, т.е. кальциевого насоса саркоплазматического ретикулума и Na-Ca-обменного механизма сарколеммы, существенно возрастает [11].

Таблица 3

Показатели ударного объема крови (мл) в группах юношей с низкой (I), средней (II) и высокой (III) двигательной активностью при гипо-, эу- и гиперкинетическом типах кровообращения

Группа испытуемых	Тип кровообращения	Исходное состояние	Нагрузка
			0,5 Вт/кг	1,0 Вт/кг	1,5 Вт/кг
I	ГТК	63,37±3,43	76,30±4,79*	75,93±5,55	71,08±3,23
	ЭТК	71,05±3,70	93,10±5,91*	90,47±6,18	89,58±6,22
	ГрТК	67,87±2,37	99,29±2,87*	93,86±3,81	85,49±3,76
II	ГТК	69,28±3,15	103,41±5,87*■	101,77±8,36■	101,50±9,24■
	ЭТК	72,39±2,96	84,23±3,36*	86,21±4,06	84,94±2,81
	ГрТК	76,31±3,44■	96,34±5,66*	92,62±4,36	86,31±3,78
III	ГТК	81,62±2,34•▲	89,80±3,22*•▲	97,48±2,06+•	109,66±5,23^•
	ЭТК	87,14±3,03•▲	98,06±3,04*▲	109,57±4,26+•▲	122,71±5,03^•▲
	ГрТК	74,96±4,72	112,15±4,08*•▲	117,82±5,12•▲	115,87±4,54•▲

Примечание. Подчеркиванием выделены показатели порога адекватной гемодинамической реакции.

В наших исследованиях, по-видимому, увеличение инотропизма миокарда приводит к росту УОК за счет полного использования базального резервного объема крови и образования дополнительного резервного объема крови [1]. Чем более значителен этот объем, тем в большей степени максимизация УОК будет способствовать увеличению МОК. При этом повышается максимальная скорость сокращения и вклад предсердий в заполнение желудочков кровью [12]. В результате гемодинамический эффект увеличенного УОК перекрывает эффект частоты сердцебиений. У юношей гиперкинетического типа кровообращения всех вариантов двигательной ак- тивности увеличение МОК происходило в результате хронотропной реакции сердца. При этом хронотропный эффект увеличенной частоты сердцебиений перекрывал инотропный, связанный с неизменностью УОК.

Механизм значительного увеличения УОК при нагрузке повышающейся мощности в группах юношей гипо- и эукинетического типов кровообращения может быть объяснен тем, что диастолический и систолический объемы полости левого желудочка у них больше, чем у юношей других групп. Поэтому при нагрузке оба эти объема уменьшаются на большую величину, что и предопределяет увеличенный ударный объем. Кроме того, рост ударного выброса достигается уменьшением конечно-систолического объема крови, так как сердечно-сосудистая система находится в устойчивом состоянии и при этом наблюдается постоянный венозный возврат крови к сердцу [13].

Заключение. Формирование МОК при нагрузке повышающейся мощности в группах юношей с различной двигательной активностью и в зависимости от типологических особенностей кровообращения имело свои особенности и определялось функциональными возможностями сердца увеличивать УОК. Увеличение сердечного выброса за счет УОК свидетельствует о лучшем функциональном состоянии сердца и гемодинамики, о более надежном и стабильном обеспечении транскапиллярного обмена и наиболь- шей экономичности [12, 5]. Режим работы сердца с повышением УОК обеспечивает поступление в микроциркуляторную систему большего объема крови на единицу объема ткани и с большей скоростью. В наших исследованиях увеличение сердечного выброса за счет ЧСС и УОК имело место в группе юношей с высокой двигательной активностью, относящихся к ГТК, ЭТК. Это можно рассматривать как наиболее эффективный механизм проявления срочной адаптации МОК к нагрузке. В группах юношей с низкой и средней двигательной активностью, относящихся ко всем типам кровообращения, и в группах юношей с высокой двигательной активностью при ГрТК увеличение сердечного выброса происходило за счет хронотропной реакции сердца.