Содержание к диссертации
Введение
Глава 1. Общая характеристика работы
Глава 2. Адаптация к физическим нагрузкам и проблема оценки функциональных состояний организма человека (обзор специальной литературы) 16
2.1. Общие закономерности адаптации сердца к физическим нагрузкам, характеризующие изменения эффективности его насосной функции 18
2.2. Единство инотропного и хронотропного эффектов и возможности их различения в адаптивной реакции 22
2.3. Принципы построения способов оценки функционального состояния организма человека 24
2.3.1. Динамика частоты сердечных сокращений при линейном нарастании физической нагрузки 30
2.4. Взаимодействие систем транспорта и утилизации кислорода при увеличении физической нагрузки 32
2.5. Особенности изменения функционального состояния организма спортсмена 39
2.6. Оценка функционального состояния человека по ритму сердечных сокращений 42
2.6.1. Модель регуляции ритма сердца 43
2.6.2. Методы оценки ритма сердечных сокращений во временной области 48
2.6.3. Оценка вариабельности кардиоритма в частотной области 50
2.6.4. Изменения физиологических показателей, связанные с изменением положения тела 59
2.6.5. Обоснование измерения разных частей кардиоцикла по ЭКГ, исходя из целей и задач настоящего исследования 61
Глава 3. Организация и методы исследований 68
3.1. Проведение тестирований 68
3.2. Методы и организация проведения экспериментов с регистрацией ЭКГ перед тестированием 75
Глава 4. Результаты экспериментов по разработке способа оценки эффективности адаптивных реакций при циклической мышечной работе 78
4.1. Результаты проведения тестирований спортсменов высокого класса несколько дней подряд 78
4.2. Результаты тестирований спортсменов различного уровня специальной подготовленности 91
4.3. Вероятность изменения типов адаптивных реакций 97
Глава 5. Обсуждение результатов исследований 101
5.1. Определение анаэробного порога по данным газоанализа внешнего дыхания 101
5.2. Принцип классификации типов адаптивных реакций 101
5.2.1. Динамика частоты сердечных сокращений по мере увеличения физической нагрузки 103
5.2.2. Динамика потребления кислорода по мере увеличения физической нагрузки 113
Глава 6. Результаты экспериментов с регистрацией ЭКГ перед проведением тестирований 127
6.1. Анализ интервалов ЭКГ во временной области 127
6.2. Анализ флюктуации интервалов ЭКГ в частотной области 129
6.2.1. Взаимоотношения колебаний интервалов РР и ТР по данным автоспектрального, фазового и когерентного анализа, соответствующие адаптивным реакциям типа А 134
6.2.2. Взаимоотношения колебаний интервалов РР и ТР, соответствующие адаптивным реакциям типа С 136
6.2.3. Взаимоотношения колебаний интервалов РР и ТР, соответствующие адаптивным реакциям типа В 138
6.2.4. Взаимоотношения колебаний интервалов РР и ТР, соответствующие адаптивным реакциям типа АС 139
6.2.5. Ритмические отношения колебаний различных элементов ЭКГ 142
6.2.6. Данные автоспектрального анализа колебаний рассматриваемых интервалов в положении лежа и стоя при разных типах адаптивных реакций 146
6.3. Ритмические взаимоотношения колебаний внутренней структуры последовательных ЭКС 147
6.3.1. Индивидуальные данные ритмических отношений колебаний интервалов Р-Тк ТР, Р-Тк РР, PQ и ТР 147
6.3.2. Усредненные данные автоспектрального, фазового и когерентного анализа колебаний, рассматриваемых пар интервалов 153
6.4. Фазовые отношения колебаний амплитуд RuS и интервала ТР 159
Глава 7. Результатов экспериментов с регистрацией экг перед проведением тестирований 164
7.1. Анализ изменений длительности интервалов ЭКГ 164
7.2. Анализ флюктуации интервалов ТР и РР при различных типах адаптивных реакций 166
7.3. Ритмические отношения колебаний различных элементов ЭКГ 170
7.3.1. Ритмическое взаимодействие интервалов PQ и RT, PQ и ТР, RTu ТР при адаптивных реакциях типа А 172
7.3.2. Ритмическое взаимодействие интервалов PQ и RT, PQ и ТР, RT и ТР при адаптивных реакциях типа С 175
7.3.3. Ритмическое взаимодействие интервалов PQ и RT, PQ и ТР, RTи ТР при адаптивных реакциях типа В 178
7.3.4. Ритмическое взаимодействие интервалов PQ и RT, PQ и ТР, RTu ТР при адаптивных реакциях типа АС 180
7.4. Особенности внутренней ритмики последовательных электрокардиосигналов, соответствующие разным вариантам динамики ЧСС и потребления кислорода при последующем тестировании 182
7.4.1. Сопоставление показателей, характеризующих внутреннюю ритмику последовательных ЭКС, с известными данными автоспектрального анализа RR интервалов 186
Заключение 194
Выводы 196
Практические рекомендации 202
Литература 205
Приложения 248
Акты внедрения, патенты 263
- Общие закономерности адаптации сердца к физическим нагрузкам, характеризующие изменения эффективности его насосной функции
- Результаты проведения тестирований спортсменов высокого класса несколько дней подряд
- Анализ флюктуации интервалов ЭКГ в частотной области
- Анализ флюктуации интервалов ТР и РР при различных типах адаптивных реакций
Введение к работе
Актуальность. Изучение процессов адаптации организма человека к предельным физическим нагрузкам является одной из важных задач современной физиологии труда и, в частности, физиологии спорта. В физиологии труда и спорта подробно разработаны и широко используются общие положения и частные вопросы теории функциональных состояний и адаптации (Н.И.Волков, 1968,1990; Ф.З.Меерсон, 1986; В.И.Медведев, 1988; В.И.Медведев, А.Б.Леонова, 1993; P.-Q.Astrand, K.Rodahl, 1970; C.Gibbs, J.Chapmen, 1979; C.Honig et al., 1992 и др.). Они являются базой для построения физиологически обоснованных методик профессиональной подготовки во многих видах спорта.
Процесс управления адаптацией в циклических видах спорта, основу которых составляет развитие выносливости, состоит из постоянного решения двух основных задач: 1) подбор тренировочных средств воздействия на организм и распределение их по периодам и циклам подготовки в соответствии со степенью адаптированности человека к конкретному виду деятельности; 2) определение момента предъявления очередной интенсивной и длительной физической нагрузки в зависимости от состояния организма спортсмена после адаптирующих воздействий, полученных в предшествующие дни. На решение первой задачи были направлены усилия исследователей в течение многих лет (Ф.С.Фарфель, 1949; Н.И.Волков, 1968, 1990; Ф.П.Суслов и др., 1982; Ю.Г.Травин, 1975; В.Е.Борилкевич, 1982; Ю.В.Верхошанский, 1991 и др.). В итоге, первая задача удовлетворительно решается на технологическом уровне методами имитационного моделирования (В.Н.Селуянов, 1992). От успешности решения второй задачи зависит реализация одного из базовых принципов продуктивности адаптационного (тренировочного) процесса в спорте - адекватности физической нагрузки функциональному состоянию организма. Вторая задача в процессе спортивной подготовки решается чисто эмпирически.
Для описания функционального состояния организма человека имеется множество способов нагрузочного тестирования и различных проб (В.ПЗагрядский, З.К.Сулимо-Самуйло, 1976; В.Л.Карпман и др., 1974, 1988; КВ.Аулик, 1979, 1990; Физиол. труд, деят., 1993 и др.). По современным представлениям только комплексное применение показателей, отражающих разные стороны эффективности упражнения, позволяет оценить функциональное состояние организма спортсмена. Традиционно динамику функционального состояния организма описывают, опираясь на различия в данных «этапного» контроля через относительно большие промежутки времени, когда уже произошли существенные функциональные изменения в тканях органов и систем, прямо участвующих в адаптации. Более частые оценки функционального состояния по данным «текущего» и «срочного» контроля для совершенствования процесса тренировки не используются из-за неприемлемости повседневного применения большого комплекса методов диагностики в тренировочном процессе. Несмотря на очевидность проблемы, систематических исследований направленных на ее решение не обнаружено. Не разработаны тесты, прямо демонстрирующие эффективность адаптивных реакций при мышечной работе. Имеются единичные работы, в которых подчеркивается необходимость при текущем и срочном контроле функционального состояния учитывать «закон» исходного уровня, который предопределяет эффективность адаптивного ответа на физическую нагрузку (В.В.Романов, И.Н.Чернова, 1983; Г.А.Макарова и др., 1991).
Вместе с тем известно, что после окончания напряженной и длительной мышечной работы в течение многих часов в покое наблюдаются изменения состояния органов и систем, которые подверглись специфически направленному воздействию упражнением. Морфофункциональ-ное усовершенствование участвовавших в адаптивном ответе структур организма происходит после существенной компенсации их энергетиче ского потенциала. Динамика процессов восстановления имеет периодичный и гетерохронный характер при регулярно повторяющихся физических тренировках (Н.Р.Чаговец, 1974; Н.Н.Яковлев, 1976; А.А.Виру, 1981; Ф.З.Меерсон, 1981). Совершенно очевидно, что предъявление какого-либо стандартного физического упражнения, накладывающегося на разные фазы многочасовых перестроений различных систем, органов и тканей в организме, вызовет неодинаковые по эффективности адаптивные реакции.
Таким образом, постоянная изменчивость функционального состояния организма человека в процессе долговременной адаптации к физическим нагрузкам определяет необходимость разработки способов оценки функционального состояния по результатам тестирования с иных системных позиций, что будет способствовать минимизации количества показателей для описания динамики функциональных состояний и решению проблемы ежедневной его оценки. Необходима также разработка способов, дающих перед предъявлением нагрузки надежный прогноз эффективности адаптивной реакции, которая будет развиваться при упражнении.
Цель работы: выявление особенностей адаптивных реакций сердечно-сосудистой и сопряженных с ней систем организма человека, которые отражают взаимодействие системных и локальных механизмов транспорта и утилизации кислорода и определяют их эффективность при циклической мышечной аэробной работе, а также разработка способов оценки и прогноза эффективности адаптивной реакции на предстоящую физическую нагрузку.
Для достижения цели исследования решались следующие основные задачи: 1) разработать методический подход к оценке эффективности адаптивных реакций сердечно-сосудистой системы, систем транспорта и утилизации кислорода при циклической мышечной аэробной работе;
2) подобрать критерии оценки эффективности адаптивных реакций организма человека при мышечной работе возрастающей интенсивности и обосновать методику тестирования;
3) разработать и обосновать физиологическую классификацию типов адаптивных реакций организма человека на возрастающую физическую нагрузку в диапазоне аэробно-анаэробного перехода и превышения анаэробного порога для лиц в разной степени адаптированных к циклической мышечной аэробной работе;
4) разработать критерии оценки деятельности сердца для прогноза степени эффективности адаптивной реакции до предъявления физической нагрузки;
5) определить особенности вариабельности элементов электрокар-диосигналов перед тестированием посредством данных автоспектрального, фазового и когерентного анализа колебаний внутренних интервалов ЭКГ как паттернов, характеризующих установленные типы адаптивных реакций;
6) подготовить практические рекомендации по применению способов оценки и прогноза эффективности адаптивной реакции сердечнососудистой и сопряженных с ней систем транспорта и утилизации кислорода организма человека по подбору физической нагрузки, адекватной его функциональному состоянию.
Новизна полученных результатов. Впервые рассмотрена суточная динамика функционального состояния организма человека, которая оценивается по способности кислородтранспортной функции сердечно-сосудистой системы эффективно реализовать свои функциональные возможности при субмаксимальной физической нагрузке и по степени готовности всей системы транспорта и утилизации кислорода к достижению максимальной аэробной мощности.
Разработан способ оценки функционального состояния сердечно-сосудистой системы человека по взаимной динамике градиентов физиоло гических показателей в процессе равномерно нарастающей циклической физической нагрузки, соответствующей аэробно-анаэробному переходу и превышающей анаэробный порог. Способ оценки позволяет описать разные стратегии регуляции кислородтранспортной функции сердечнососудистой системы при адаптивной реакции, которые, в одних случаях, проявляются в изменениях регуляторної! адренергической мобилизации деятельности сердца, в других — в изменениях мобилизации энергообеспечения работающих мышц, утилизации кислорода.
Предложена классификация типов адаптивных реакций при равномерно увеличивающейся физической нагрузке на основе сопоставления темпа нарастания взаимосвязанных физиологических показателей, характеризующих изменения, с одной стороны, производительности сердца, с другой - утилизации кислорода работающими мышцами после перехода организма из аэробной зоны энергообеспечения в аэробно-анаэробную и анаэробную зоны.
Разработан способ прогностической оценки состояния сердечно-сосудистой системы и сопряженных с ней систем транспорта и утилизации кислорода без предъявления организму физической нагрузки путем сопоставления данных физиолопіческих показателей, полученных перед тестированием, и оценкой функционального состояния, полученной в результате тестирования вышеизложенным способом.
Впервые проведено изучение флюктуации внутренней структуры последовательных электрокардиосигналов посредством автоспектрального, фазового и когерентного анализа и описаны ритмические взаимоотношения между различными элементами ЭКГ. Это позволило обнаружить существование механизма регуляции деятельности сердца, который осуществляет фазовую сонастройку колебаний длительности распространения волн возбуждения по предсердиям и желудочкам на определенных, функционально значимых частотных составляющих изу чаемого спектра колебаний и отражает степень готовности сердечнососудистой системы эффективно адаптироваться при гиперфункции.
Выдвинуто положение о взаимной ритмической организации колебаний длительности внутренних интервалов последовательных электро-кардиосигналов, соответствующих распространению волн возбуждения по предсердиям, атриоветрикулярной задержке, электрической систолы желудочков, диастолической медленной деполяризации, паттерны которой в предрабочем состоянии отражают степень готовности сердечнососудистой системы эффективно выполнять кислородтранспортную функцию в процессе последующей адаптивной реакции на физическую нагрузку.
Теоретическая и практическая значимость. Настоящая работа является первым систематическим исследованием ежедневного изменения функционального состояния организма человека, регулярно выполняющего циклические физические упражнения большой интенсивности и длительности. Осуществлен оригинальный подход к оценке эффективности адаптивной реакции на основании изучения динамики показателей внешнего дыхания и деятельности сердца в процессе нарастания физической нагрузки в диапазоне аэробно-анаэробного перехода и превышения анаэробного порога. Такой подход позволяет анализировать взаимоотношения системных и периферических механизмов доставки кислорода в работающие ткани, взаимодействия систем транспорта и утилизации кислорода, которые определяют изменения способности человека выполнять интенсивную и длительную мышечную работу. Это расширяет представление о возможных путях развития разных типов долговременной адаптации, значительно отличающихся по эффективности при физическом упражнении, а также процессов развития дизадаптации сердечно-сосудистой системы вследствие хронических перегрузок по причине неадекватности физических нагрузок ее функциональному состоянию. Анализ колебаний длительности внутренних интервалов последовательных электрокардиосигналов, соответствующих времени распространения волн возбуждения по предсердиям и ат-риовентрикулярной задержки, желудочкам, диастолической медленной деполяризации, показало существование механизма, который организует ритмическое взаимодействие предсердий и желудочков и обнаруживает прямую связь с эффективностью работы сердца при адаптивной реакции на физическую нагрузку.
Практическое значимость работы заключается:
- в разработке методического подхода для создания технологии управления процессом адаптации к физическим нагрузкам и объективизации основных принципов спортивной подготовки во многих видах спорта, нашедшего применение в частности, в тренировочном процессе лыжников и биатлонистов сборных команд Санкт-Петербурга, в тренировках футбольных команд разного спортивного уровня и возрастного диапазона (команды футбольной школы «Смена», юноши 1983 г.р., команда премьер-лиги «Зенит», команда высшего девизиона С-Петербурга «Аква-Стар»);
- в получении патентов на «способ определения функционального состояния сердечно-сосудистой системы при физической нагрузке по взаимодействию кислородтранспортной и кислородутилизирующей систем организма человека» (патент № 2106108 // Бюл. № 7, 1998) и на «способ оценки функционального состояния сердечно-сосудистой системы по ритмическому взаимодействию колебаний различных элементов электрокардиосигнала», (патент № 2210306 // Бюл. № 23, 2003). Эти изобретения могут быть использованы в качестве основы для создания алгоритмов в компьютерных программных системах для управления адаптационным процессом в спорте, во многих видах профессиональной деятельности и при оздоровительном применении физических упражнений;
- во включении новых данных в учебный процесс на кафедре физиологии и патологии Санкт-Петербургской государственной химико-фармацевтической академии, а также на кафедре физического воспитания, в учебный процесс на кафедрах лыжного спорта и футбола-хоккея Санкт-Петербургской государственной академии физической культуры им. П.Ф.Лесгафта.
Положения, выносимые па защипгу.
1. Способ оценки адаптивных реакций человека, основанный на косвенном анализе динамики увеличения энерготрат сердца и организма в целом при переходе из аэробной зоны энергообеспечения в аэробно-анаэробную зону, позволяет определять их эффективность.
2. Достижение анаэробного порога и максимальной аэробной мощности у одних и тех же лиц, адаптированных к максимальной мышечной аэробной работе, происходит с неодинаковой мобилизацией сердечнососудистой системы при разной мобилизации систем транспорта и утилизации кислорода в работающих тканях. Увеличение производительности сердца может обеспечиваться, в одних случаях, за счет более продолжительного роста систолического объема, в других - преимущественно за счет увеличения темпа нарастания частоты сердечных сокращений на фоне увеличения или уменьшения темпа нарастания потребления кислорода после анаэробного порога.
3. Вариабельность времени распространения возбуждения по предсердиям и атриовентрикулярнои задержки, времени распространения возбуждения по желудочкам, диастолической медленной деполяризации, зарегистрированного при ортостазе перед физической нагрузкой, характеризует функциональное состояние кислородтранспортной и ки-слородутилизирующей систем организма человека при последующей мышечной работе.
4. Оценка колебаний длительности прохождения возбуждения по предсердиям и желудочкам и диастолической паузы посредством авто спектрального, фазового и когерентного анализа на функционально значимых частотных составляющих т.н. низкочастотного диапазона - 0,15-0,04 Hz — позволяет прогнозировать эффективность адаптивного ответа организма на предстоящую физическую нагрузку. Этот способ дает возможность поддерживать принцип адекватности физического упражнения функциональному состоянию сердечно-сосудистой системы и сопряженных с ней систем транспорта и утилизации кислорода для увеличения продуктивности тренировочного процесса.
Апробация работы. Материалы работы докладывались на XVII-XIX Всесоюзных конференциях по физиологии спорта (Москва, 1987; Волгоград, 1988; Фрунзе, 1988), на Республиканских конференциях по адаптации различных систем организма спортсменов к физическим нагрузкам (Ленинград, 1989; Каунас, 1990; С.-Петербург, 1993; Ростов-на-Дону, 1995), на международных конференциях по физиологии спорта (С.-Петербург, 1994, 1999) во время Игр Доброй Воли (С.Петербург, 1994), на ежегодных 43-52 методических конференциях по физическому воспитанию студентов вузов С.-Петербурга (С.-Петербург, 1995-2003), на X Российском национальном конгрессе «Человек и лекарство» в 2003 г. По теме диссертации опубликовано 40 печатных работ, содержащих основные положения диссертации.
Общая структура диссертации. Материалы диссертации изложены на 271 странице машинописи, текст работы состоит из введения, обзора литературы, главы, посвященной организации и методам исследования, четырех глав, содержащих результаты собственных исследований, обсуждения, выводов, практических рекомендаций, приложений. Работа содержит 17 таблиц 35 рисунков. Список литературы - 383 наименования, 210 из них на иностранных языках.
Общие закономерности адаптации сердца к физическим нагрузкам, характеризующие изменения эффективности его насосной функции
Описания адаптационных перестроений, которые происходят на различных уровнях организации организма человека при воздействии физических нагрузок, подробно даются во многих обзорах и руководствах по физиологии. Изучается процесс перехода от срочных адаптивных реакций к долговременной адаптации (Физиол. адапт., 1969, 1986; Н.Н.Яковлев, 1974; А.А.Виру, 1981; Ф.З.Меерсон, М.Г.Пшенникова, 1988; J.Hollozy, 1973; P.-Q.Astrand, K.Rodahl, 1977; П.Хочачка, Д.Соме-ро, 1988 и др.). Разработка проблемы направлена на изучение механизмов, которые обеспечивают значительные функциональные преимущества тренированному организму по сравнению с нетренированным (М.Г. Пшенникова, 1986). Долговременная адаптация человека к мышечной работе подробно рассматривается в обобщающих статьях, учебниках, учебных пособиях (А.С.Солодков, 1990, 1995, 2002; Д.Н.Давиденко, 1996; А.С.Солодков, Е.Б. Сологуб, 1999, 2001). Однако, следует особо подчеркнуть, что проблема изучения особенностей адаптивной реакции (адаптивного ответа) при мышечной работе на фоне регулярно повторяющихся воздействий физической нагрузкой даже не ставится, несмотря на то, что ее изучение для практики тренировочного процесса наиболее важно.
Известно, что от длительности интервала между повторяющимися тренировочными нагрузками зависит частота действия индукторов белкового синтеза — основы долговременной адаптации клетки. С одной стороны, увеличение интервала может привести к прекращению действия механизмов белкового синтеза, участвовавших в адаптивном ответе структур, вплоть до начала действия механизмов противоположно направленного действия. С другой стороны, уменьшение интервала между тренировочными нафузками может полностью исключить усиление белкового синтеза, поскольку усиление синтеза структурных и энзимных белков возможно только после значительной компенсации энергетического потенциала клетки (Н.Н.Яковлев, 1974; КР.Чаговец, 1974; А.А.Виру, 1981; А.А.Виру, П.К.Кырге, 1983). В результате воздействия интенсивных и длительных физических нафузок в организме спортсменов происходят гетерохронные перестроения на всех уровнях функциональной системы адаптации, в том числе и в различных звеньях систем транспорта и утилизации кислорода, которые обнаруживаются в течение многих часов после снятия физической нафузки (В.М.Волков, В.П.Лу-говцев, 1977; В.М.Волков и др., 1979; В.ПЛуговцев, 1980; А.З.Колчин-ская, 1989; ЛЯ.Евгеньева, В.П.Бринзак, 1989 и др.). Совершенно очевидно, что выполнение какой-либо стандартной физической нафузки в период реституции вызовет не одинаковый по целевой направленности функциональный ответ, поскольку очередное воздействие будет накладываться на различные предрабочие состояния.
Итак, для профессирующих изменений адаптированное, для перехода на иной, более высокий уровень функционального состояния или на более высокий уровень тренированности (понятия равнозначны) необходим учет (определение, измерение и оценка) изменения предра-бочего состояния организма. Точно так же, как для применения какой-либо методики лечения и перевода пациента из состояния болезни в состояние относительного здоровья необходимо сначала установить диагноз.
В связи с целью и задачами исследования выделим некоторые из основных положений теории функциональных состояний (В.И.Медведев, 1988; В.КМедведев, А.Б.Леонова, 1993), сформулированных в рамках теории функциональных систем (П.К.Анохин, 1970; КВ.Судаков, 1984,1996), которые составляют идеологию данной разработки: функциональное состояние как системный ответ организма представляет собой продукт включения его в конкретную деятельность, в ходе которой оно активно преобразуется; - поскольку в основе всех видов деятельности лежит цель, то функциональное состояние организма можно представить вектором, направленным на достижение конкретной цели; - функциональное состояние организма выражается интегральным подвижным комплексом показателей, непосредственно связанных с эффективностью деятельности, а изменение функционального состояния понимается как перестройка структуры системного ответа и его можно диагностировать данными об изменении эффективности деятельности; - если изменения эффективности деятельности организма соответствуют изменению состояния, то управление состоянием необходимо осуществлять на основе диагноза функционального состояния и тем самым решать прикладные задачи управления процессом адаптации.
Оценка функционального состояния должна содержать в себе как показатели эффективности деятельности, так и данные, которые характеризуют регуляцию функций, определяя характер их интеграции (В.О.Самойлов и др., 1994).
Исходя из этих, только некоторых перечисленных общих положений, нужно особо подчеркнуть, что предрабочее состояние, определяет направленность функционального состояния, эффективность адаптивной реакции (особенности функционального ответа).
Результаты проведения тестирований спортсменов высокого класса несколько дней подряд
В первой серии экспериментов испытуемые тестировались 2-4 дня подряд. Данные, полученные на одних и тех же ступенях нагрузки при тестировании одних и тех же лиц в разные дни, заметно отличаются друг от друга (см. рис. 6, 7 а также таблицы 5, 6). Изменяются не только величины показателей на различных ступенях нагрузки, но и градиенты ЧСС, VO2, О2-П и других показателей после превышения нагрузки, соответствующей АнП, относительно их значений до АнП - рис. 3. Как видим из таблицы 7, где коэффициент регрессии вычислен по данным таблиц 5 и 6, темп нарастания показателей до и после АнП может, и увеличиваться, и уменьшаться. Становится иной направленность изменения градиентов показателей после АнП относительно их градиентов до АнП. Одновременно (см. табл. 8) изменяется эффективность упражнения на субмаксимальной интенсивности (Qno) и величина V02 на АнП. Мало изменяется ЧСС, соответствующая АнП, но очень стабильна величина интенсивности упражнения на АнП — скорость бега. Этот показатель медленно изменяется в процессе многомесячной и многолетней подготовки бегунов, поскольку отражает изменение класса спортсмена, уровня его специальной подготовленности. На рис. 7 представлены данные легочной вентиляции для определения АнП, полученные при тестировании испытуемого К.И. В течение 4-х лет его спортивные показатели значительно выросли, что демонстрируется увеличением скорости бега на АнП. Протоколы тестирований даются в приложении 2, Табл. 1-
Если рассматривать данные на рисунке 5 с позиций теста PWCno, то показатели и первого, и второго дня у испытуемых М.А. и Х.В. равнозначны. ЧСС в 170 уд/мин у М.А. соответствуют скорости бега между 4,8 и 4,9 м/с, а у Х.В. - 5,2-5,3 м/с. Очевидно, что динамика кар-диореспираторных показателей разная и поддержание задаваемой нагрузки обеспечивается различной комбинацией взаимодействия систем транспорта и утилизации кислорода. То же самое демонстрируется рисунком 6.
За основу классификации типов адаптивных реакций по данным первой серии экспериментов была взята направленность динамики изучаемого показателя после превышения нагрузки, соответствующей АнП относительно динамики этого показателя до АнП. Величина анаэробного (вентиляционного) порога при этом выражалась в единицах интенсивности упражнения — скорости бега. 1. К первому типу реакций (тип А) были отнесены случаи, когда градиент нарастания ЧСС после превышения нагрузки, соответствующей АнП, относительно его значений до АнП уменьшается, а градиент VO2 увеличивается. 2. Ко второму типу реакций (тип В) были отнесены случаи, когда градиент нарастания ЧСС после АнП увеличивается, одновременно увеличивается и градиент VO2. 3. К третьему типу реакций (тип С) были отнесены случаи, когда градиент ЧСС увеличивается, а градиент VO2 после АнП уменьшается. 4. К четвертому типу реакций (тип АС) были отнесены случаи, когда и градиент ЧСС и градиент VO2 уменьшаются после превышения нагрузки, соответствующей АнП. Средние данные первой серии экспериментов представлены в таблицах 9 и 10 и на рисунках 8 и 9. На рис. 9 представлены количественные характеристики, соответствующие АнП и величине V02max, данные, содержащиеся в таблице 10. Как видим, эффективность упражнения при субмаксимальной интенсивности (показатель Qno) меняется в соответствии с типом реакций, различия достоверны между данными реакций А и В, А и С, В и АС на основе -критерия Стьюдента для связанных выборок (р 0,05). При разном типе реакций значительно меняется скорость бега на УОгтах Особо обратим внимание на тот факт, что АнП, выраженный в % от V02max, меняется у одного и того же испытуемого в разные дни, и это зависит от изменчивости VC max, величина которого также значительно меняется в зависимости от типа адаптивной реакции. Как подчеркивалось выше (в параграфе 4.1, см. таблицы 5, 6, 8 индивидуальных данных тестирований), показатель АнП, выраженный в единицах интенсивности упражнения очень стабилен у одного и того же человека, при тестировании несколько дней подряд. Следует добавить таюке, что при тестировании бегунов высокого уровня специальной подготовленности, вероятность проявления разных типов адаптивной реакции не одинакова.
Анализ флюктуации интервалов ЭКГ в частотной области
Результаты измерений длительности интервалов PQ, RT, ТР и РР в положении лежа и стоя и в соответствии с типом адаптивной реакции представлены в табл. 15. Данные этой таблицы получены на испытуемых 1 и 2 группы. При количестве экспериментов равном 36 (11, 8, 7, 10 соответственно по типам АР А, В, С, АС) количество выборок рассматриваемых интервалов взятых для сопоставления более 3960, 2880, 2520, 3600 для каждого из типов АР, т.е. по 3 минуты непрерывной записи ЭКГ в положении лежа и стоя. При таких объемах выборок достоверность различий очевидна. Происходит достоверное укорочение всех интервалов в связи с увеличением ЧСС при изменении положения тела. На рис. 18 даны соотношения длительностей рассматриваемых интервалов по отношению к длительности интервала РР, потому что именно изменение внутренней структуры электрокардиосигнала, соотношений длительностей интервалов, характеризующих распространение волн возбуждения в сердце, для нас представляют интерес. Из рис. 18 видно, что при изменении положения тела соотношения длительностей внутренних интервалов ЭКГ при всех типах адаптивных реакций изменяются одно-направлено. Доля электрической систолы сердца всегда увеличивается, доля диастолы - уменьшается. Однако, при реакциях перестроения кар-диоцикла, соответствующих адаптивным реакциям типа С, соотношения интервала ТР по отношению к длительности интервала РР изменяются меньше всего. Кроме того, длительность интервала ТР во всех случаях больше половины длительности интервала PP. При реакциях типа В длительность ТР также составляет половину длительности PP. Наименьшая доля интервала ТР по отношению к интервалу РР обнаруживается при реакциях перестроения кардиоцикла, соответствующих адаптивным реакциям типа А. Наименьшие изменения длительности интервала РР, связанные с изменением положения тела, наблюдаются при реакциях типа А и В (на 21,7% и 21,4% соответственно). Интересно выглядят изменения соотношений интервалов RT/PP и ТР/РР при переходе тела в вертикальное положение, т.е. взаимные изменения долей RT и ТР в кар-диоцикле. Наименьшая разница между RTIPP и ТР/РР в вертикальном положении тела (0,105) соответствует реакциям типа А. Наибольшая разница (0,210 и 0,205) - соответствует реакциям типа В и С. Таким образом становится очевидно, что в соотношении длительности интервалов ТР и РР, а также во взаимном изменении соотношений интервалов RT/PP и ТР/РР в вертикальном положении тела заложена информация о характере (темпе) нарастания ЧСС по мере увеличения нагрузки при последующем тестировании.
Как видим, различия в изменениях соотношений длительности отдельных интервалов ЭКГ к длительности интервалов РР, которые обнаруживаются при разных типах адаптивных реакций, ставят дополнительный вопрос о причинах таких различий.
В этой главе рассмотрим взаимоотношения колебаний длительности интервалов ЭКГ - РР, ТР, PQ и RT— на основе данных частотного, фазового и когерентного анализа и сгруппируем эти данные в соответствии с типами адаптивных реакций, которые были получены в результате последующего тестирования. На рис. 19-22 представлены некоторые индивидуальные данные, которые характеризуют ритмические отношения колебаний интервалов ТР и РР в соответствии с типами адаптивных реакций. Рисунки, иллюстрирующие фазовые отношения понимаются следующим образом. Во взаимном фазовом спектре (верхняя часть каждого примера),
Колебания ТР при АР типа А имеют заметно большую спектральную плотность мощности в медленной части спектра и прежде всего в НЧ диапазоне - см. рис. 19. Но колебания интервала РР по фазе опережают колебания ТР с высокой когерентностью в НЧ диапазоне и на более медленных ЧС, входящих в ОНЧ диапазон. Кратные ЧС имеются в медленной части автоспектра (0,035 и 0,07 Hz), а также между НЧ и ВЧ диапазонами (0,07 и 0,14 Hz). На перечисленных ЧС образуется система кратного фазового взаимодействия (СКФВ) в пользу фазового опережения колебаний PP. Под СКФВ здесь и далее понимается явление, когда фазовый угол между кратными ЧС минимален и составляет несколько градусов. Проявляется синфазность между отдельными ЧС, которые, в свою очередь, вместе формируют фазовое опережение в пользу одного из пары колебательных процессов на нескольких частотных составляющих. В примере 1 СКФВ образуется в колебаниях интервала РР относительно колебаний интервала ТР на 32-45 (ЧС 0,035 -0,07- 0,14 Hz).
Напомним, что фазовое расхождение или фазовое опережение (отставание) можно выразить в секундах исходя из следующей пропорции: Х(с)/Р(с) = ш/360, где Р - частотная составляющая, выраженная в секундах (длительность периода колебания).
Подобным образом выглядят данные ритмического взаимодействия колебаний ТР и РР в следующем примере - 2. В автоспектре колебаний интервала ТР заметна повышенная спектральная плотность мощности ЧС 0.12 Hz, которая имеет 2- и 3-кратную поддержку в более медленной части спектра (0.06; 0,04 Hz). При этом, когерентность высока во всей медленной части спектра до НЧ диапазона включительно. Разделение НЧ и ВЧ диапазонов проходит между ЧС 0.15 и 0.17 Hz. В месте «раздела» когерентность значительно падает, но снова увеличивается в быстрой части спектра. Таким образом, колебания интервала РР по фазе опережают колебания ТР в НЧ диапазоне, несмотря на значительное преимущество колебаний интервала ТР по сравнению с колебаниями РР в мощности спектральной плотности.
Колебания интервала ТР (пример 3) по спектральной плотности мощности превосходят колебания интервала РР во всем изучаемом спектре и в особенности в НЧ диапазоне. В медленной части автоспектров колебаний ТР и РР значительно выделяются ЧС 0,085 и 0,12 Hz. Колебания интервала ТР, имея большое преимущество в амплитудной мощности в НЧ диапазоне по фазе отстают от колебаний PP. Когерентность высока во всем спектре. Отчетливо уменьшается когерентность на ЧС 0.15 Hz, на которой фазовый угол стремится к 0 и которая разделяет спектр на области НЧ и ВЧ.
Анализ флюктуации интервалов ТР и РР при различных типах адаптивных реакций
Как было показано в главе 6.1, особенности изменений соотношений длительности интервалов ЭКГ - PQ, RT, ТР-к длительности интервала РР после перехода тела в вертикальное положение соответствуют установленным типам адаптивных реакций (см. данные табл. 15 и рис. 18). Необходимо подчеркнуть, что все абсолютные величины рассматриваемых интервалов укладываются в их среднестатистические значения и по ним невозможно судить об эффективности предстоящей адаптивной реакции на нагрузку. Вычисление каких-либо «нормативных» величин внутренней структуры ЭКГ и определение по ним эффективности адаптивной реакции совершенно нецелесообразно, потому что подобные характеристики могут отражать результаты долговременной адаптации к физическим нагрузкам, т.е. уже произошедшие морфофункциональные изменения полученные вследствие занятия физическими упражнениями. Исследования последних лет показывают, что соотношения длительностей внутренних интервалов ЭКГ очень подвижны и индивидуальны в пределах нормы (M.Malik et al., 2002; V.Batchvarov, M.Malik, 2002; V.Batchvarov et al., 2002; P.Smetana et al., 2003 и др.). Поэтому прогнозирование изменений функционального состояния по различным усредненным формулам - Базетта, Маркуса, кардиологического индекса и т.д. (В.П.Загрядский, З.К.Сулимо-Самуйло, 1976; Б.М.Цукерман, Л.И.Тито-мир, 1980) - представляет интерес для настоящего исследования только в историческом аспекте.
Однако обратим внимание на некоторые соотношения изучаемых внутренних интервалов ЭКГ в соответствии с типами адаптивных реакций. Данные изменений внутренней структуры ЭКГ в соответствии с типом адаптивной реакции демонстрируют следующие закономерности. С одной стороны, наибольшая доля длительности интервала, соответствующего диастоле в кардиоцикле с переходом тела в вертикальное положение, соответствует самому неэффективному типу (С) адаптивной реакции на физическую нагрузку. Наименьшая доля диастолы в кардиоцикле соответствует наиболее эффективному типу адаптивной реакции (А). С другой стороны, одновременное уменьшение доли интервала ТР и увеличение доли интервала RT в кардиоцикле соответствуют наиболее эффективной адаптивной реакции на физическую нагрузку (А). Адаптивным реакциям средней эффективности (АС) соответствуют изменения соотношений интервалов ТР, которые приближаются к их значениям, характерным для А типа адаптивных реакций. Для реакций типа В соотношения интервалов ТР приближаются к значениям, характерным для реакций типа С. Опираясь на эти факты можно предполагать, что время наполнения желудочков для очередного сокращения - важный фактор, определяющий эффективность последующей систолы сердца. Более быстрое наполнение сердца в диастоле вполне соответствует повышенному усилию миокарда на очередное сокращение, при котором, как известно, плато ПД удлиняется и конечная быстрая реполяризация происходит относительно позже.
Основываясь на закономерностях работы механизма электромеханического сопряжения - теоретические рассуждения излагаются во многих работах (Р.С.Орлов, В.Я.Изаков, 1971; В.Я.Изаков, 1975; B.C. Сальманович, 1980; В.Я.Изаков и др., 1981) - Ю.Н.Шишмаревым с коллегами (1982) была показана надежная связь между параметрами внут-рисердечной гемодинамики и амплитудой желудочкового комплекса QRS. Были выведены уравнения для вычисления работы обоих желудочков. Учитывая эти закономерности и связь характеристик ПД с управлением (включением и выключением) механизма сокращения миокарда (M.Goto, M.Brooks, 1969; M.Goto et al., 1971; В.Я.Изаков, С.В.Желам-ский, 1985) можно быть уверенным, по крайней мере в том, что вариабельность внутренних интервалов ЭКГ несет в себе информацию об изменчивости сердечной гемодинамики и может отражать ее перестроения. Возникает вопрос о ритмических паттернах, которые характеризуют взаимодействие внутренних интервалов ЭКГ.
Рассмотрим взаимодействие колебаний интервалов ТР и РР на основе следующих положений. Признано, что активность синоатриального узла определяется изменениями в нем условий для возникновения очередного ПД — интервал PP. Изменение скорости нарастания и длительности диастолической медленной деполяризации также прямо связана с частотой возникновения ПД синусного узла, хотя сама по себе ДМД скорее всего является результатом суммирования медленных диа-столических потенциалов клеток миокарда, обладающих автоматизмом (Е.Б.Бабский, СЮ. Бердяев, 1980; З.И.Янушкевичус и др., 1990) - интервал ТР. Усиление адренергических влияний на сердце отчетливо видно в величине спектральной плотности колебаний интервалов ТР в НЧ диапазоне, потому что действие норадреналина в значительной степени способствует увеличению скорости расслабления миокарда независимо от своего положительного хронотропного и инотропного эффекта (Ф.З. Меерсон, 1975). Реализация адренергических влияний в сердце обнаруживается в фазовых, когерентных отношениях колебаний ТР и PP. Эти взаимодействия должны осуществляться при участии интракардиальной нервной системы, организующая и реорганизующая функция которой была показана посредством анализа взаимоотношений флюктуации интервалов PQ и RR (J.Skinner et al., 1996). Следует напомнить, что для вертикального положения тела характерно угнетение спектральной плотности колебаний ВЧ диапазона в автоспектрах интервалов РР (M.Malliani et al., 1994; M.Malik, 1996). Кроме того, в настоящем исследовании каких-либо методов фильтрации для более отчетливого выделения в автоспектре колебаний определенных частотных составляющих не применялось. Поэтому пики на ЧС, соответствующих ВЧ диапазону мало выражены.
