CC BY
114
УДК 612.63 ББК 28.903
Русанов Василий Борисович
кандидат биологических наук доцент
Владимирский государственный гуманитарный университет, кафедра
анатомии, физиологии, безорасности жизнедеятельности и химии.
г. Владимир Rysanov Vasily Borisovich Candidate of Biology Assistant Professor Vladimir State Humanitarian University Chair of Anatomy, Physiology, Life Safety and Chemistry
Vladimir
Типологические особенности вегетативной регуляции ритма сердца подростков в условиях различной двигательной активности Typological Characteristics of Teenagers’ Heart Rhythm Vegetative Regulation
During Different Physical Activity
В ходе исследования собран и систематизирован материал, касающийся оценки показателей вариабельности ритма сердца у практически здоровых подростков 15-16 лет, в зависимости от степени тренированности организма. Выявлен преобладающий тип вегетативной регуляции сердечного ритма у школьников, незанимающихся спортом и пловцов. Показано, что увеличение нагрузки ведет к торможению развития симпатического звена вегетативной регуляции. Это можно рассматривать как один из механизмов адаптации организма под влиянием тренировок на выносливость.
In the course of the studies we have collected and systematized the facts concerning the indicators estimation of the heart rhythm variability of 90% healthy 15-16-year-old teenagers depending on their bodies’ training level. The heart rhythm vegetative regulation has been discovered mostly at schoolchildren who are not going in for sports and among swimmers. It is revealed that the increase in loading leads to the inhibition of the sympathetic link development of the vegetative regulation. It might be considered as one of the mechanisms of body’s adapting under the influence of training for endurance.
Ключевые слова: системная гемодинамика; вариабельность ритма сердца; подростковый период, двигательная активность.
Key words: system hemodynamics; heart rhythm variability; pubertal period; motor activity.
Анализ вариабельности ритма сердца позволяет произвести дифференцированную оценку вегетативных функций [2,10]. Поскольку модуляции тонической активности обнаруживаются во всех вегетативных образованиях, по их влиянию на ритм сердца можно судить о состоянии
вегетативной регуляции в целом [9]. Условия двигательной активности и, как следствие, степень тренированности организма изменяют параметры функциональной системы регуляции сердечного ритма т.к. приводят к включению различных ее уровней и к качественным изменениям характера связи между отдельными элементами [4,5].
В представленном исследовании вариабельность сердечного ритма использовалась как индикатор функционального состояния организма подростков, находящихся в разных двигательных режимах, а так же для оценки состояния активности механизмов нейрогуморальной регуляции сердца.
Материалы и методы исследования. Показатели спектрального и временного анализа сердечного ритма рассматривались у подростков, находящихся в условиях различной двигательной активности: учащихся общеобразовательных школ, не занимающихся спортом (n=50) и пловцов (n=50). Средний возраст выборки в первой группе составил 15,60 ± 0,48 лет, второй - 15,50 ± 0,50 лет.
Анализ вариабельности сердечного ритма проведен с использованием аппаратно-программного комплекса "ВНС-Спектр" фирмы "НейроСофт" (Россия, г. Иваново).
При обработке анализировались наиболее распространенные спектральные и временные показатели ВРС, характеризующие вегетативный баланс, состояние подкоркового сердечно-сосудистого центра и активность высших вегетативных центров: общая мощность спектра (Total power - TP);
высокочастотные колебания (High Frequency - HF); низкочастотные колебания (Low Frequency - LF); сверхнизкочастотные колебания (Very Low Frequency -VLF); показатель вагосимпатического взаимодействия (LF/HF), RRNN -средняя длительность интервалов RR и обратная величина этого показателя -средняя ЧСС; SDNN (standart deviation of the NN interval) - стандартное отклонение (SD) величин нормальных интервалов RR (NN); SDNN/RRNN х 100% - «коэффициент вариации» (CV); RMSSD (the square root of the mean squared differences of successive NN interval) - квадратный корень из среднего квадратов разностей величин последовательных пар интервалов NN; pNN50% -
процент (доля) последовательных интервалов NN, различие между которыми превышает 50 мс. Проводился комплекс функциональных проб, направленных на выявление структуры сердечного ритма при действии различных возмущающих факторов.
Для статистической обработки результатов использовались традиционные методы математической статистики, с применением специализированной программы «Статистика» (STATISTICA 6.0) и «Microsoft Excel». Определены средние значения (М) всех полученных экспериментальных данных. Среднегрупповые значения показателей представлены с указанием ошибки репрезентативности (±m). Достоверность межгрупповых различий определялась по t-критерию Стьюдента. Представленные в таблицах данные вероятности различия отражают достоверность отличия аналогичных величин в сравниваемых группах при значении р<0,05.
Результаты исследования и их обсуждение. В зависимости от величины общей мощности спектра, полученной в фоновой пробе, все спортсмены и неспортсмены, были разделены на три группы: нормотоники (Норм.),
симпатикотоники (Симп.) и ваготоники (Ваг).
Ваг.
33,33%
Симп.
20%
Норм.
46,67%
Рис. 1. Распределение подростков-неспортсменов по группам, в зависимости от типа вегетативной регуляции
Рис. 2. Распределение спортсменов-пловцов по группам, в зависимости от типа
вегетативной регуляции
При анализе вариабельности ритма сердца у подростков с исходной нормотонией было обнаружено, что значения общей мощности спектра у пловцов была больше (таблица 1.). При выполнении функциональных проб различия наблюдались как во временных, так и в спектральных показателях (таблица 2.).
Таблица 1
Параметры ВРС у подростков с исходной нормотонией (фоновая проба)
Показатели Пловцы Неспортсмены
67,89 ± 5,53 57,84 ± 8,26
ЯМ88Б 68,76 ± 12,19 42,78 ± 8,08
р^50 45,49 ± 10,24 19,16 ± 6,27
ТР 4233,96 ± 746,19 2855,29 ± 457,32
УЬБ 1150,66 ± 343,97 1055,94 ± 304,72
ЬБ 1319,10 ± 345,96 933,61 ± 101,03
ОТ 1764,20 ± 565,91 775,66 ± 199,30
ЬБ/ОТ 1,07 ± 0,36 1,63 ± 0,61
Таблица 2
Значения показателей ВРС в группе исходной нормотонией при
проведении проб
Показатели Проба Вальсальвы Ортостатическая проба Проба с изометрическим напряжением
Пловцы Неспортсмены Пловцы ы н е м с н а о п с е Не Пловцы Неспортсмены
ББКК, мс 122,67 ± 23,47 114,67 ± 25,12 65,13 ± 20,06 48,94 ± 14,72 155,36 ± 39,78 87,45 ± 21,15
КМБББ, мс 88,18 ± 25,48 101,87 ± 17,60 38,41 ± 17,50 19,90 ± 5,93 140,09 ± 37,96 98,44 ± 10,87
р^50 36,16 ± 6,45 30,13 ± 8,42 7,01 ± 3,11 2,49 ± 1,13 57,59 ± 4,24 54,34 ± 4,70
ТР, мс2 12406,60 ± 3425,67 10854,10 ± 4864,09 4370,47 ± 1498,62 2366,93 ± 715,04 5951,16 ± 1826,43 4292,24 ± 689,90
УЬБ, мс2 7968,15 ± 2515,91 6672,82 ± 1554,77 2265,92 ± 842,48 1421,33 ± 266,83 1684,16 ± 485,81 2320,23 ± 648,47
ЬБ, мс2 3170,57 ± 926,51 2041,92 ± 702,34 1530,43 ± 511,32 1483,69 ± 303,39 4062,87 ± 1897,25 1444,48 ± 333,29
ИБ, мс2 2162,76 ± 513,81 3243,11 ± 934,80 473,63 ± 146,01 299,44 ± 88,29 4133,66 ± 1551,51 2774,69 ± 513,23
ЬБ/ОТ 1,34 ± 0,45 2,38 ± 0,76 3,81 ± 1,48 10,82 ± 2,29 0,49 ± 0,07 0,63 ± 0,11
Следовательно, у пловцов, не смотря на активацию в функциональных пробах симпатического отдела, преобладали парасимпатические влияния. Это, по-видимому, объясняет более высокие значения рассматриваемых параметров у данной группы подростков, по сравнению с их сверстниками.
При изучении показателей вариабельности ритма сердца у подростков из группы ваготонии было обнаружено, что пловцы отличались от не тренирующихся сверстников большими значениями БОКЫ, ЯМБЗО и рКЫ50 характеризующими парасимпатическую регуляцию (таблица 3.)
Таблица 3
Параметры ВРС у подростков с исходной ваготонией (фоновая проба)
Показатели Пловцы Неспортсмены
124,96 ± 20,27 82,42 ± 9,07
КМБББ 137,33 ± 43,55 92,63 ± 21,56
р^50 68,20 ± 11,34 30,47 ± 8,80
ТР 10369,60 ± 2271,40 5800,40 ± 1020,81
УЬБ 4338,11 ± 1161,75 1635,83 ± 392,81
ЬБ 4215,08 ± 1049,87 1673,87 ± 302,87
ОТ 8713,63 ± 2609,09 2355,01 ± 815,62
ЬБ/ОТ 0,69 ± 0,13 0,63 ± 0,23
Изучая спектральные характеристики ритмограммы, мы выявили, что суммарная мощность спектра (ТР) у пловцов была больше. Также у этих подростков большую мощность имели волны в диапазоне ИБ. Отмечалось, что соотношение ЬБ/ИБ в обеих подростковых группах было примерно одинаковым. Поскольку различия были более выражены в диапазоне ИБ, можно предположить, что увеличение ТР, в большей степени, происходило за счет этого диапазона.
Параметры вариабельности ритма сердца у подростков сравниваемых групп при выполнении функциональных проб заметно отличались (таблица 4.).
Таблица 4.
Значения показателей ВРС в группе исходной ваготонией
при проведении проб
Показатели Проба Вальсальвы Ортостатическая проба Проба с изометрическим напряжением
Пловцы Неспортсмены Пловцы ы н е м с н а о п с е Не Пловцы Неспортсмены
ББКК, мс 190,57 ± 24,59 168,59 ± 34,95 61,83 ± 4,79 48,61 ± 12,81 88,49 ± 20,26 92,01 ± 11,85
КМБББ, мс 142,71 ± 24,87 113,81 ± 34,92 30,61 ± 8,79 42,33 ± 13,73 112,53 ± 21,20 120,27 ± 16,99
р^50 46,14 ± 9,03 30,27 ± 4,20 7,74 ± 3,65 11,80 ± 3,10 53,86 ± 5,49 55,70 ± 4,91
ТР, мс2 46804,40 ± 9441,12 16476,30 ± 7110,58 3672,30 ± 531,73 3110,34 ± 1196,52 3798,31 ± 532,03 7717,58 ± 1801,26
УЬБ, мс2 30817,80 ± 7255,29 14290,90 ± 4854,34 1835,76 ± 417,96 1781,59 ± 787,96 1734,52 ± 264,69 1152,17 ± 407,38
ЬБ, мс2 3512,03 ± 1116,36 3846,83 ± 1680,22 1529,17 ± 460,54 1827,83 ± 365,46 1963,34 ± 873,48 2061,44 ± 750,70
НБ, мс2 7775,98 ± 1794,87 3515,62 ± 1400,67 167,04 ± 12,39 521,55 ± 234,27 2924,73 ± 999,52 3746,65 ± 983,94
ЬБ/ОТ 0,72 ± 0,14 1,31 ± 0,31 7,31 ± 1,63 4,17 ± 1,82 0,56 ± 0,04 0,52 ± 0,11
Увеличение влияния симпатического отдела вегетативной нервной системы в ортостатической пробе и в пробе с изометрическим напряжением привело к снижению показателей спектра у пловцов. Наоборот, повышение активности парасимпатического отдела в пробе Вальсальвы обусловило значительное увеличение значений как общей мощности спектра (ТР), так и отдельных его компонентов по сравнению с аналогичными параметрами у не тренирующихся сверстников.
При исследовании параметров вариабельности сердечного ритма у подростков исследуемых групп с симпатикотоническим исходным тонусом вегетативной нервной системы были обнаружены достоверные отличия практически по всем показателям. Временные параметры - ЯМБЗО и рК№50 -у подростков-неспортсменов в фоновой пробе были 58,12% и 94,00%. И эти значения ниже (р<0,05) чем у пловцов. Значения спектрального анализа так же были выше у спортсменов, чем их сверстников (таблица 5.).
Таблица 5
Параметры ВРС у подростков с исходной симпатикотонией
(фоновая проба)
Показатели Пловцы Неспортсмены
37,24 ± 3,55 39,40 ± 4,72
КМБББ 40,88 ± 5,48 17,12 ± 3,02
рКК50 12,10 ± 4,07 0,70 ± 0,27
TP 1172,64 ± 223,41 804,70 ± 51,22
VLF 410,56 ± 99,82 510,99 ± 39,96
LF 403,91 ± 68,95 205,86 ± 37,72
ОТ 322,29 ± 88,87 76,19 ± 26,21
LF/HF 1,43 ± 0,37 3,79 ± 1,29
Анализ параметров ВРС в функциональных пробах выявил, что в пробе Вальсальвы и ортостатической пробе как временные так и спектральные показатели у пловцов достоверно выше, чем у школьников. Следовательно, симпатические влияния у данной группы подростков были менее выражены, чем у школьников той же возрастной группы. В пробе с изометрическим напряжением, наоборот, общая мощность спектра и временные показатели, характеризующие парасимпатическую активацию у подростков-спортсменов были ниже. Это указывает на большую активацию симпатического отдела автономной нервной системы (таблица 6.).
Таблица 6
Значения показателей ВРС в группе исходной симпатикотонией
при проведении проб
Показатели Проба Вальсальвы Ортостатическая проба Проба с изометрическим напряжением
Пловцы Неспортсмены Пловцы ы н е м с н а о п с е Не Пловцы Неспортсмены
SDNN, мс 92,08 ± 3,83 110,78 ± 38,93 55,38 ± 7,70 31,25 ± 12,40 81,94 ± 17,81 110,78 ± 28,58
RMSSD, мс 49,65 ± 15,80 41,07 ± 8,82 24,50 ± 4,20 10,10 ± 3,90 102,10 ± 18,80 140,24 ± 28,85
pNN50 13,88 ± 5,86 11,20 ± 1,95 3,50 ± 1,28 2,95 ± 0,05 56,50 ± 6,53 56,76 ± 4,47
TP, мс2 8344,18 ± 754,04 22383,50 ± 2240,69 2959,87 ± 861,43 1365,15 ± 597,77 4737,37 ± 1519,48 8246,97 ± 2666,98
VLF, мс2 5724,01 ± 2697,46 ± 1596,33 ± 1089,34 ± 630,41 ± 593,54 ±
1009,53 1029,30 521,16 477,88 57,39 60,79
LF, мс2 2073,55 ± 220,69 1458,69 ± 629,82 1188,70 ± 487,83 143,20 ± 72,50 1124,12 ± 155,48 1926,38 ± 422,54
ОТ, мс2 1503,14 ± 371,63 472,66 ± 186,43 148,68 ± 63,79 54,91 ± 18,27 2112,47 ± 255,89 4546,03 ± 939,84
LF/HF 2,01 ± 0,44 2,63 ± 0,71 17,75 ± 0,99 8,26 ± 1,64 0,51 ± 0,02 0,57 ± 0,04
Таким образом, сравнительный анализ полученных результатов в группах спортсменов и неспортсменов, выделенных в зависимости от исходной величины общей мощности спектра, показал, что во всех случаях наблюдалась одинаковая динамика развития показателей в функциональных пробах, которая была направлена на активацию симпатического отдела вегетативной нервной системы в пробе Вальсальвы и ортостатической пробе. Проба с изометрическим напряжением характеризовалась вагусными влияниями.
Вегетативный тонус, отражающий интегральное состояние висцеральных функций, выступает одним из основных признаков успешной адаптации. Нарушение вегетативной регуляции - это фактор, предопределяющий рассогласование в работе любой функциональной системы..
Формирование функционального состояния организма, адекватного виду деятельности, зависит не только от исходной величины параметров физиологических систем, но, так же, и от различных системообразующих факторов, одним из которых является вариабельность сердечного ритма, как компонент системы саморегуляции лежащий в основе поддержания гомеостатических параметров. В детском возрасте приспособление функций сердечно-сосудистой системы к постоянно меняющимся условиям деятельности организма достигается благодаря формированию в онтогенезе сложных механизмов регуляции Чем старше ребенок, тем выше адаптационные возможности сердечно-сосудистой системы, тем более значительные сдвиги могут возникать при напряженной деятельности [3]. Все это может служить основой для исследования особенностей реагирования системы кровообращения на различные экзогенные воздействия. Двигательная активность и тренировки на выносливость, среди этих воздействий, является оптимальной моделью воздействия на формирующуюся систему гемодинамики [8].
ВРС является не только показателем функции синусового узла, но в большей степени, интегральным показателем состояния систем, обеспечивающих гомеостаз организма. Изменения ритма сердца -универсальная оперативная реакция целостного организма. Не только при нагрузке, но и в условиях покоя напряжение регуляторных систем может быть высоким, если у организма отсутствуют достаточные физиологические резервы. Это выражается, в частности, в высокой стабильности сердечного ритма [6].
Установлено, что и циркуляторные сдвиги, наступающие при мышечной деятельности, зависят от степени тренированности организма. Рост
тренированности постепенно усиливает спортивную брадикардию до определенных пределов, что принято объяснять усилением вагусных влияний на сердце, а также внутрисердечными приспособительными реакциями. В процессе регуляции частоты синусового ритма основная роль принадлежит рефлекторному и гуморальному звеньям. В последние годы математический анализ сердечного ритма в спортивной медицине исследуется многими авторами. У хорошо тренированных спортсменов отмечается активная дыхательная периодика сердечного ритма. Среди специалистов практически общепринято мнение, что независимо от вида спорта, большинство
спортсменов составляет 3-ю группу вегетативной регуляции сердечного ритма, которая характеризуется высокой активностью парасимпатического отдела АНС, центральных структур управления ритмом сердца и низкой активностью симпатического отдела [1,7].
Таким образом, результаты исследований свидетельствуют о том, что под влиянием двигательного режима структура сердечного ритма меняется, отражая процессы установления новых, более благоприятных взаимоотношений: снижение симпатических и усиление парасимпатических влияний на сердце, повышение уровня функционирования синусового узла и увеличение вариационного размаха в группе спортсменов. Анализ
периодических составляющих ритма позволяет выявить у спортсменов увеличения амплитуды дыхательных волн и уменьшение доли случайных
апериодических составляющих ритма, а также снижение амплитуды медленных волн. При нарастании тренированности организма преобладает автономный контур регуляции, наблюдается децентрализация регуляторных механизмов сердечного ритма и ослабление тонуса симпатической нервной системы.
Библиографический список
1. Агаджанян Н.А. Соревновательный стресс у представителей различных видов спорта по показателям вариабельности сердечного ритма [Текст]/ Н.А. Агаджанян, Т.Е. Батоцыренова, Ю.Н. Семенов и др. // Теория и практика физической культуры. - 2006. - №1. - С.5-10.
2. Баевский Р.М. Анализ вариабельности сердечного ритма в космической медицине [Текст] // Физиология человека. - 2002. - Т.28. - №2. - С.70-82.
3. Безруких М.М. Возрастная физиология (физиология развития ребенка): Учеб. пособие для студ. высш. учеб. заведений [Текст]/ М.М. Безруких, В.Д, Сонькин, Д.А. Фарбер. - М.: Издательский центр «Академия», 2002. - 416 с.
4. Викулов А.Д. Кардиоритм у лиц с повышенной двигательной активностью [Текст] / А. Д. Викулов, А.Д. Немиров, Е.Л. Ларионова // Физиология человека. - 2005. - Т.31. - №2. -С.54-59.
5. Горбунов С. А. Динамика функционального состояния квалифицированных лыжников в соревновательном периоде // Теория и практика физической культуры. - 2005. -№11. - С.32-36.
6. Захарьева Н.Н. Типологические особенности адаптационных реакций и работоспособности у юных легкоатлетов, при скоростно-силовых нагрузках / Н. Н. Захарьева, Н.Ю. Никифорова // Материалы IV Всероссийской с международным участием школы-конференции по физиологии мышц и мышечной деятельности. Москва. ФФМ МГУ им. М.В. Ломоносова. - 2007. - С.56.
7. Иорданская Ф. А. Мониторинг здоровья и функциональная подготовленность высококвалифицированных спортсменов в процессе учебно-тренировочной работы в соревновательной деятельности / Ф.А. Иорданская, М.С. Юдинцева. - М.: «Советский спорт», 2006. - 184 с.
8. Лучицкая Е.С. Функциональные особенности гемодинамики подростков в условиях различной двигательной активности / Е.С. Лучицкая, В.Б. Русанов // Физиология человека. -2009. - Т.35. - №4. - С.43-50.
9. Михайлов В.М. Применение комплекса «Поли-Спектр» для исследования вариабельности ритма сердца. - Иваново: «Нейрософт», 1999. - 73 с.
10. Perini R. Heart rate variability and autonomic activity at rest and during exercise in various physiological conditions / R. Perini, A. Veicsteinas // Eur. J. Physiol. - 2003. - V. 90. - Р. 317-325.
Bibliography
1. Agadzhanyan, N.A. Competition Stress of Different Sports Representatives According to the Heart Rate Variability Indicators [Text] / N.A. Agadzhanyan, T.E. Batotsyrenova, Yu.N. Semenov, et al. // Theory and Practice of Physical Training. - 2006. - №1. - P. 5-10.
2. Bayevsky, R.M. Heart Rate Variability Analysis in Astromedicine [Text] / R.M. Bayevsky // Human Physiology. - 2002. - V.28. - №2. - P. 70-82.
3. Bezrukikh M.M. Age Physiology (Developmental Physiology): Teaching Manual for Higher School Students [Text] / M.M. Bezrukikh, V.D. Sonkin, D.A. Farber. - M.: “Academy” Publishing Centre, 2002. - 416 p.
4. Gorbunov, S.A. Trained Skiers’ Functional Status Dynamics During the Contest Season // Theory and Practice of Physical Training. - 2005. - №11. - P. 32-36.
5. Iordanskaya, F.A. Health Monitoring and Functional Training of Highly Qualified Sportsmen in the Process of Education and Training in the Competition Activity / F.A. Iordanskaya, M.S. Yudintseva. - M.: “Soviet Sports”, 2006. - 184 p.
6. Luchitskaya, E.S. Functional Characteristics of Teenagers’ Hemodynamics Under Different Motion Conditions / E.S. Luchitskaya, V.B. Rusanov // Human Physiology. - 2009. -V.35. - №4. - P. 43-50.
7. Mikhailov, V.M. “Poly-Spectrum” Complex Application in the Research of Heart Rate Variability. - Ivanovo: “Neurosoft”, 1999. - 73 p.
8. Perini, R. Heart Rate Variability and Autonomic Activity at Rest and During Exercise in Various Physiological Conditions / R. Perini, A. Veicsteinas // Eur. J. Physiol. - 2003. - V.90. - P. 317-325.
9. Vikulov, A.D. Cardiorhythm of People with Physical Hyperactivity [Text] / A.D. Vikulov, A.D. Nemirov, E.L. Larionova // Human Physiology. - 2005. - V.31. - №2. - P. 54-59.
10. Zakharieva, N.N. Typological Characteristics of the Adaptation Reactions and Working Capacity of the Young Athletes Under Speed-and-Power Training Loads / N.N. Zakharieva, N.Yu. Nikiforova // Works of IV All-Russian School-Conference with International Participation on Muscle Physiology and Activity. - M.: FPM MSU, 2007. - P. 56.
