Типологические особенности кровообращения юношей при адаптации к физической нагрузке
Автор: Ванюшин Юрий Сергеевич, Елистратов Дмитрий Евгеньевич
Журнал: Ульяновский медико-биологический журнал @medbio-ulsu
Рубрика: Физиология
Статья в выпуске: 1, 2017 года.
Бесплатный доступ
Цель. Выявить закономерности прироста и механизм 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. Обследовались юноши, распределенные в зависимости от режима двигательной активности и типов кровообращения на группы. На велоэргометре моделировалась работа повышающейся мощности из расчета 0,5; 1,0 и 1,5 Вт/кг веса тела. До нагрузки и во время ее выполнения велась запись дифференциальной реограммы по В. Кубичеку, по которой определялись показатели сердечно-сосудистой системы. Результаты. У юношей были выявлены гипо-, эу- и гиперкинетический типы кровообращения, зависящие от уровня двигательной активности. При нагрузке повышающейся мощности отмечалось достоверное увеличение сердечного выброса, которое было физиологически обосновано и направлено на поддержание оптимального кислородного режима. У юношей с высокой двигательной активностью гипокинетического и эукинетического типов кровообращения возрастание сердечного выброса шло по пути увеличения частоты сердечных сокращений и ударного объема крови (УОК). Механизм значительного увеличения УОК при нагрузке повышающейся мощности в группах юношей гипо- и эукинетического типов кровообращения объясняется тем, что диастолический и систолический объемы 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. Заключение. Формирование минутного объема крови (МОК) при нагрузке повышающейся мощности в группах юношей с различной двигательной активностью и в зависимости от типов кровообращения определялось функциональными возможностями сердца увеличивать УОК. Наиболее эффективный механизм проявления срочной адаптации МОК к нагрузке имел место в группах юношей с высокой двигательной активностью, относящихся к гипо- и эукинетическому типам кровообращения.
Сердечный выброс, частота сердечных сокращений, ударный объем крови, двигательная активность, тип кровообращения
Короткий адрес: https://sciup.org/14113246
IDR: 14113246 | DOI: 10.23648/UMBJ.2017.25.5254
Текст научной статьи 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.
Список литературы Типологические особенности кровообращения юношей при адаптации к физической нагрузке
- Белоцерковский З.Б., Любина Б.Г. Сердечная деятельность и функциональная подготовленность у спортсменов. Норма и атипичные изменения. М.: Советский спорт; 2012. 548.
- Markovic G., Mikulic P. Discriminative ability of the Yo-Yo intermittent recovery test (level l) in prospective young soccer players. J. Strength Cond. Res. 2011; 25 (10): 2931-2934.
- Анохин П.К. Узловые вопросы теории функциональной системы. М.: Наука; 1980. 197.
- Судаков К.В. Системная организация функций человека: теоретические аспекты. Успехи физиологической науки. 2000; 31 (1): 81-96.
- Ванюшин Ю.С., Хайруллин Р.Р. Кардиореспираторная система как индикатор функционального состояния организма спортсменов. Теория и практика физической культуры. 2015; 7: 11-14.
- Федоров Н.А., Ванюшин Ю.С. Влияние типологических особенностей кровообращения на показатели насосной функции сердца спортсменов при нагрузке повышающейся мощности. Теория и практика физической культуры. 2009; 10: 10-11.
- Kubicek W.G., Patterson R.P., Lillehei R. et al. Impedauce cardiography as a moninvasive meaus to monitor cardiac function. J. Amer. Assoc. For Advancement of Med. Instrumentation. 1970; 4: 79-81.
- Земцовский Э.В. Функциональная диагностика состояния вегетативной нервной системы. СПб.: Инкарт; 2004. 80.
- Nose H., Takameta A., Mack G.W. et al. Right atrial pressure and forearm blood flow during prolonged exercise in a hot environment. Pflugers. Arch. 1994; 426 (3-4): 177-182.
- Конради Г.П. Гомеометрическая ауторегуляция сокращений сердца: физиология кровообращения. Физиология сердца. Л.: Наука; 1980: 341-346.
- Меерсон Ф.З. Адаптация, деадаптация и недостаточность сердца. М.: Медицина; 1978. 339.
- Абзалов Р.А. Насосная функция сердца развивающегося организма и двигательный режим. Казань; 2005. 277.
- Нигматуллина Р.Р. Насосная функция сердца развивающегося организма и ее регуляция при мышечных тренировках: автореф. дис. … д-ра биол. наук. Казань; 1999. 40.