Защитные механизмы от гипоксии при имитации ныряния у пловцов

Введение. В основе процесса адаптации высокоорганизованного организма всегда лежит формирование абсолютно специфической функциональной системы (точнее функциональной системы конкретного поведенческого акта), адаптационные изменения в компонентах которой служат одним из обязательных «инструментов» ее формирования. Структурно-функциональная перестройка организма, обеспечивающая адаптацию к физической работе, включает разнообразные процессы, касающиеся всех уровней организации организма, начиная от химических реакций и кончая высшей нервной деятельностью [5].

Выполнение физических нагрузок в воде отличается от работы в воздушной среде. На организм пловцов действует целый комплекс факторов, связанных с погружением в воду. Тактильное и холодовое раздражение кожи лица и тела, а также слизистых оболочек носовых ходов, гипоксия и гиперкапния при задержках дыхания при проплывании дистанций под водой (такие упражнения, как правило, включены в тренировку) вызывают комплекс защитных функциональных перестроек – развивается так называемая нырятельная реакция, сопровождающаяся изменением гемодинамики [6–8, 11, 13], затрагивающая нейроэндокринный, биохимический уровень, отражающий связанные с нырянием метаболические изменения [4, 9, 14]. Одним из важнейших факторов, запускающих нырятельную реакцию, является острая гипоксия. Жизнедеятельность всех клеток организма зависит от их постоянного энергообеспечения. Известно, что наиболее чувствительными к гипоксии органами являются головной мозг, сердечная мышца, почки и печень. Ограниченные запасы кислорода и энергетических субстратов в этих органах создают предпо- сылки для высокой степени их уязвимости к гипоксии. Но вместе с тем в ходе эволюции были приобретены компенсаторные механизмы защиты мозга и сердца от неблагоприятных влияний недостатка кислородного снабжения, которые проявляются на системном, органном, клеточном и молекулярном уровнях. К ним относятся: увеличение линейной скорости кровотока в мозге, повышение кислородной емкости крови, интенсификация процессов энергообразования за счет усиления гликолиза и повышения аффинитета цитохромоксидазной системы к кислороду, включение шунтовых механизмов переноса электронов и другие [2, 10, 12].

Цель нашей работы состояла в изучении системных защитных механизмов мозга от гипоксии при погружении в воду у спортсменов-пловцов высокого класса.

Материалы и методы. Обследовано 25 юношей в возрасте 18–20 лет: 9 мастеров спорта, один мастер спорта международного класса и 15 человек, не занимавшихся спортом.

Для реализации защитных механизмов нырятельной реакции использовали общепринятую модель для изучения нырятельной реакции в лабораторных условиях – погружение лица в воду на максимальном задержанном вдохе [1, 10, 13]. Температура воды составляла 27 ± 1,2 °С, температура воздуха 24 ± 2,3 °С, что приблизительно соответствует показателям температуры в бассейне.

Изучение динамики объемного мозгового кровотока осуществляли методом реоэнцефа-лографии (РЭГ). Регистрацию РЭГ и обработку данных проводили посредством программно-диагностического комплекса – реограф-полианализатор РГПА-6/12 «РЕАН-ПОЛИ» (Таганрог). РЭГ регистрировали во фронтомастоидальном (FM) и окципито-мастоидаль-ном (ОМ) отведениях. Для оценки мозгового кровотока использовали показатели: реографи-ческий индекс (РИ, Ом) – отражает пульсовое кровенаполнение ткани; диастолический индекс (ДСИ, %) – характеризует микроциркуляцию мозга, соотношение притока к оттоку крови; дикротический индекс (ДКИ, %) – косвенно свидетельствует о тонусе мелких сосудов; периферический тонус сосудов (ППСС, %), модуль упругости (МУ, %) сосудов – отражает тонус крупных сосудов; вычисляли коэффициент асимметрии между контралатеральными отведениями – КА (КА = (L – R / L + R) / 100 %, где L – показатель левого полушария, R – по- казатель правого полушария). РЭГ регистрировали в состоянии покоя, при погружении лица в воду и во время восстановления. Обследование спортсменов проводили через 2 часа после утренней тренировки.

Помимо мозгового кровотока регистрировали ЭКГ и АД в исходном состоянии, во время имитации ныряния и после него до момента восстановления.

Статистическую обработку данных проводили по непараметрическим критериям Манна–Уитни и Вилкоксона.

Результаты исследования. По антропометрическим показателям достоверных отличий между спортсменами и не занимающимися спортом не выявлено: рост спортсменов – 181,8 ± 3,5 см, не занимающихся спортом – 177,3 ± 6,2, вес соответственно у спортсменов 74,7 ± 2,9 кг, у не занимающихся – 78,3 ± 9,1 кг. Длительность задержки дыхания с погружением лица в воду у спортсменов в среднем по группе составил 73,5 ± 8,1 с, у не занимающихся – 41,7 ± 18,3 с.

При погружении лица в воду наблюдали уменьшение частоты сердечного ритма: у пловцов на 20,9 % от фонового значения, у не занимавшихся спортом – на 39,1 %. При этом у испытуемых обеих групп наблюдали повышение артериального давления. У пловцов в состоянии покоя систолическое давление составляло 124,7 ± 8,1 мм рт. ст., диастолическое – 73,2 ± 5,1 мм рт. ст., при погружении лица в воду при максимальной задержке дыхания – 149,1 ± 10,3 и 94,1 ± 7,2 мм рт. ст. У не занимавшихся спортом в состоянии покоя систолическое давление составляло 123,9 ± ± 10,1 мм рт. ст., диастолическое – 75,3 ± 8,2 мм рт. ст., при погружении лица в воду соответственно – 150,2 ± 11,9 мм рт. ст., диастолическое – 101,9 ± 7,3 мм рт. ст.

Мозговое кровообращение оценивали в бассейне внутренних сонных артерий (фронто-мастоидальное отведение – FM) и в вер-тебрально-базиллярном бассейне – системе позвоночных и основной артерий (окципито-мастоидальное отведение – OM). Для отражения разницы пульсового кровенаполнения полушарий мозга в норме использовался коэффициент асимметрии (КА, %). Результаты анализа РЭГ показали (табл. 1, 2), что у пловцов в исходном состоянии в левом полушарии кровоток несколько снижен (повышена кон-стрикция сосудов малого калибра). КА по показателю ДКИ составляет 29,4 %. Тонус

Таблица 1

Table 1

Показатели мозгового кровообращения у пловцов, тренированных к гипоксическим нагрузкам (n = 10) Cerebral circulation in swimmers trained for hypoxic conditions (n = 10)

Проба / Test		Показатели РЭГ / REG data
		РИ, Ом RI, Ohm	ППСС, % PVRI, %	ДСИ, % DSI, %	МУ, % EM, %	ДКИ, % DCI,%
Фон до погружения Standard conditions	FM-L	0,05 ± 0,01	78 ± 11	68 ± 13	8,5 ± 1	58 ± 13
	FM-R	0,10 ± 0,02	56 ± 12	56 ± 8	7,9 ± 1	42 ± 8
	КА, % / AC, %	–29,4	16,2	9,8	5,9	16,3
	OM-L	0,08 ± 0,02	66 ± 9	68 ± 3	9 ± 4	48 ± 11
	OM-R	0,12 ± 0,02	56 ± 8	51 ± 7	9 ± 1	38 ± 8
	КА, % / AC, %	–20,0	8,1	14,5	0	11,4
Погружение Water immersion	FM-L	0,15 ± 0,02▲	70 ± 8	81 ± 11	10 ± 3	27 ± 8▲
	FM-R	0,15 ± 0,01▲	80 ± 10▲	67 ± 13	9 ± 2	30 ± 6
	КА, % / AC, %	0	–6,3	10,8	5,2	–5,3
	OM-L	0,09 ± 0,04	102 ± 8▲	89 ± 18▲	7 ± 2	65 ± 9▲
	OM-R	0,16 ± 0,05	68 ± 9▲	69 ± 10	9 ± 2	28 ± 5
	КА, % / AC, %	–28,0	20,0	12,7	–12,5	44,7
Восстановление Recovery	FM-L	0,11 ± 0,05	63 ± 9	68 ± 7	8 ± 3	51 ± 7
	FM-R	0,13 ± 0,02	54 ± 7	57 ± 12	9 ± 2	41 ± 9
	КА, % / AC, %	–9,7	8,5	7,1	–5,8	9,5
	OM-L	0,09 ± 0,03	66 ± 8	66 ± 4	8 ± 2	52 ± 7
	OM-R	0,11 ± 0,04	52 ± 11	51 ± 9	8 ± 8	38 ± 6
	КА, % / AC, %	–18,0	12,8	13,6	0	15,8

Примечание . FM-L – фронто-мастоидальное отведение слева, FM-R – фронто-мастоидальное отведение справа, OM-L – окципито-мастоидальное отведение слева, OM-R – окципито-мастоидальное отведение справа, КА – коэффициент асимметрии. РИ – реографический индекс, ППСС – показатель периферического сопротивления сосудов, ДСИ – диастолический индекс, МУ – модуль упругости, ДКИ – дикротический индекс. Треугольником (▲) отмечены статистически значимые (p < 0,05) отличия по критерию Вилкоксона между исходным фоном и погружением.

Note. FM-L – left frontal mastoidal lead, FM-R – right frontal mastoidal lead, OM-L – left occipital mastoidal lead, OM-R – right occipital mastoidal lead, AC – asymmetry coefficient. RI – rheographic index, PVRI – peripheral vascular resistance index, DSI – diastolic index, EM – elasticity module, DCI – dicrotic index. (▲) stands for statistically significant (p<0.05) changes between standard conditions and water immersion using the Wilcoxon signed-rank test.

крупных артерий в исходном состоянии в пределах нормы (см. табл. 1). Выявлена значительно выраженная асимметрия по показателям РИ, ДСИ, ППСС (см. табл. 1), что может быть связано с большими физическими и гипоксическими нагрузками, так как исследование проводили после ежедневной утренней тренировки. Это предположение подтверждается данными ряда авторов [3, 4], показавших, что тренировки максимального объема и интенсивности приводят к снижению кровенаполнения сосудов мозга, повышению тонуса артериол и венул, проявлению значительной асимметрии.

При погружении лица в воду на максимальном задержанном вдохе отмечено снижение значений коэффициента асимметрии в бассейне сонных артерий по показателям РИ,

ППСС и ДКИ. При этом статистически значимо увеличивается пульсовое кровенаполнение (РИ) и снижается тонус мелких сосудов (ДКИ) во фронто-мастоидальном отведении обоих полушарий. Тонус крупных сосудов (МУ) изменяется незначительно. В окципито-мастоидальном отведении, напротив, тонус сосудов значительно увеличивается (растет ППСС, ДКИ в левом полушарии). Во время восстановления показатели возвращаются к исходному уровню.

Показатель ДСИ – это отношение амплитуды дикротического зубца к амплитуде РЭГ-волны на пике, т. е. отношение максимального кровенаполнения во время систолы к максимальному кровенаполнению во время диастолы. В норме он не должен превышать 75 %. Превышение этого показателя отражает на-

Таблица 2

Table 2

Показатели мозгового кровообращения у обследуемых, не занимавшихся спортом (n = 15)

Cerebral circulation in untrained subjects (n = 15)

Проба / Test		Показатели РЭГ / REG data
		РИ, Ом RI, Ohm	ППСС, % PVRI, %	ДСИ, % DSI, %	МУ, % EM, %	ДКИ, % DCI,%
Фон до погружения Standard conditions	FM-L	0,10 ± 0,02	58,2 ± 5	62,2 ± 5,4	13,4 ± 0,8	38,1 ± 7,6
	FM-R	0,10 ± 0,03	47,6 ± 4	54,7 ± 3,5	12,6 ± 0,8	27,4 ± 5,2
	КА, % / AC, %	0	13,9	6,4	3,1	16,3
	OM-L	0,10 ± 0,02	44,4 ± 4	57,8 ± 4,2	12,2 ± 0,9	25,2 ± 5,2
	OM-R	0,08 ± 0,01	32,3 ± 4	49,2 ± 5,8	12,7 ± 0,9	18,8 ± 4,3
	КА, % / AC, %	9,6	15,1	8,0	–2,0	14,5
Погружение Water immersion	FM-L	0,10 ± 0,01	60,6 ± 10	72,6 ± 5,7▲	11,1 ± 0,3▲	39,8 ± 9,9
	FM-R	0,09 ± 0,01	60,2 ± 12	70,4 ± 4,4▲	11,2 ± 0,4	37,5 ± 7,7▲
	КА, % / AC, %	5,3	0	1,5	–0,4	3,0
	OM-L	0,08 ± 0,02▲	52,2 ± 11	63,4 ± 8,9	10,0 ± 0,5▲	28,9 ± 6,8
	OM-R	0,08 ± 0,02	40,8 ± 9	49,3 ± 6,7	10,9 ± 0,5▲	22,1 ± 6,0
	КА, % / AC, %	0	12,4	13,5	–4,3	13,3
Восстановление Recovery	FM-L	0,10 ± 0,01	66,1 ± 10	62,8 ± 6,1	11,6 ± 0,9▲	42,0 ± 8,0
	FM-R	0,10 ± 0,01	54,1 ± 6	60,6 ± 3,5▲	11,3 ± 0,8▲	38,8 ± 4,4
	КА, % / AC, %	0	11,3	1,8	1,3	4,0
	OM-L	0,10 ± 0,02	38,3 ± 6	48,0 ± 5,7	10,1 ± 0,8	26,2 ± 6,6
	OM-R	0,10 ± 0,02	30,0 ± 6,0	43,7 ± 5,2	10,4 ± 0,8	21,1 ± 4,0
	КА, % / AC, %	0	11,5	4,7	–1,5	10,8

Примечание. Обозначения те же, что в табл. 1.

Note. The same as in Table 1.

рушение оттока по венам. У спортсменов во время максимальной задержки этот показатель в левом полушарии значительно растет и несколько превышает норму. Это происходит в основном за счет увеличения амплитуды РИ, т. е. кровенаполнения во время систолы, а не за счет роста дикротической волны, отражающей отток во время диастолы. При восстановлении этот показатель быстро возвращается к норме.

У не занимающихся спортом асимметрия кровенаполнения и тонуса сосудов выражена в значительно меньшей степени, чем у спортсменов, особенно при погружении лица в воду (см. табл. 2). Показатель ДСИ также увеличивается, но только в бассейне сонных артерий и симметрично в обоих полушариях. При этом он не выходит за пределы нормы.

Анализ тонуса сосудов показал, что при погружении лица в воду на максимальном задержанном вдохе у нетренированных людей мозговое кровообращение меняется в основном за счет изменения тонуса крупных артерий (показатель МУ), а у тренированных – за счет артерий мелкого калибра (показатель ДКИ). Изменения кровотока в различных областях коры головного мозга можно рассмат- ривать как объективный показатель возрастания или снижения метаболизма и функциональной активности соответствующих структур. В настоящем исследовании во время погружения у пловцов улучшение кровенаполнения головного мозга в большей степени выражено во фронтальных областях, что может быть обусловлено более высоким метаболизмом в этих структурах, связанных с контролем и волевым планированием действий. У нетренированных людей такого эффекта нет.

Заключение. Следует отметить, что спортсмены в состоянии покоя отличаются более низким кровенаполнением сосудов левого полушария. При погружении лица в воду кровоток у них нормализуется, наблюдается увеличение пульсового кровенаполнения в обоих полушариях, но особенно в левом, асимметрия во фронто-мастоидальном отведении по показателю РИ исчезает. У нетренированных людей отмечена нормализация показателей тонуса крупных сосудов головного мозга. Но пульсовое кровенаполнение изменяется незначительно.

Таким образом, под влиянием многолетней спортивной деятельности, связанной не только с выполнением физических нагрузок в воде, но и с тренировочными гипоксическими упражнениями – заплывами под водой на задержанном дыхании, – у пловцов на основе врожденного нырятельного рефлекса сформировались эффективные механизмы защиты мозга от гипоксии, реализующиеся в условиях дефицита кислорода.