CC BY
16АДАПТАЦИОННЫЕ МЕХАНИЗМЫ ПРЕДЕЛЬНОЙ РАБОТОСПОСОБНОСТИ
УДК/UDC 796.01:612
Информация для связи с автором: sport_med@list.ru
Поступила в редакцию 20.03.2021 г.
Доктор медицинских наук, профессор А.Л. Похачевский1, 2
Доктор медицинских наук, профессор М.М. Лапкин2
Кандидат медицинских наук, доцент Е.А. Трутнева2
Кандидат биологических наук, профессор Д.С. Мельников3
Кандидат педагогических наук, доцент К.Ю. Шубин3
1Первый МГМУ им. И.М. Сеченова Минздрава России, Москва
2Рязанский государственный медицинский университет им. академика И.П. Павлова Минздрава России, Рязань
Национальный государственный университет физической культуры, спорта и здоровья им. П.Ф. Лесгафта, Санкт-Петербург
ADAPTATION MECHANiSMS OF ULTiMATE PHYSiCAL WORKING CAPACiTY
Dr. Med., Professor A.L. Pokhachevsky1, 2 Dr. Med., Professor M.M. Lapkin2 PhD, Associate Professor E.A. Trutneva2 PhD, Professor D.S. Melnikov3 PhD, Associate Professor K.Y. Shubin3 1I.M. Sechenov First MSMU MOH Russia (Sechenovskiy University), Moscow 2Ryazan State Medical University, Ryazan
3Lesgaft National State University of Physical Education, Sport and Health, St. Petersburg
Аннотация
Цель исследования - изучить «раннюю» изменчивость сердечного ритма (СР) стресс-теста с тем, чтобы выявить взаимосвязи переносимости физической нагрузки (ФН) с определяющими ее адаптационными механизмами. Методика и организация исследования. Смешанная выборка практически здоровых испытуемых 18-22 лет (28 человек) подвергнута стресс-тесту (вело, Lode Corival) по индивидуальному протоколу. Электрокардиограмма («Поли-Спектр», «Нейрософт») преобразовывалась в последовательный ряд RR-интервалов (КИ) - кардиоритмограмму (КРГ). Индивидуальные КРГ нагрузочного периода (НП) анализировались в виде линейных математических моделей: предстарта (ПС) - периода (30 с), предшествующего началу эргометрии; старта (СТ) - периода (30 с) от начала вращательных локомоций с нагрузкой 50 Вт; на 1-3-й минутах НП. Переносимость ФН учитывалась по разнице между достигнутым максимумом и мощностью первой ступени. Спироэргометрия (QuarkCPET: О2, СО2) осуществлялась в течение всего стресс-теста. Для статистической обработки использовались непараметрические критерии (Statistica 10.0).
Результаты исследования и выводы. КРГ НП характеризуется максимальной скоростью снижения длительности КИ на 1-й мин, трехкратным ее падением на 2-й и двукратным на 3-й. Показатели ПС в условиях смешанной, ограниченной выборки не могут быть предикторами переносимости ФН, однако достаточно точно предсказывают стартовый потенциал организма. Существенные значения связи с маркерами КРГ НП, вероятно, позволят прогнозировать анаэробный порог, более позднее наступление которого проявляется большей нагрузочной переносимостью.
Ключевые слова: сердечный ритм, стресс-тест, физическая нагрузка.
Abstract
Objective of the study was to conduct a stress test to study early heart rate variability and the effects of physical loads on the adaptive mechanisms that determine them.
Methods and structure of the study. Subject to the study were a mixed sample (n=28) of the apparently healthy individuals aged 18-22 years, who were subjected to a stress test (Lode Corival cycle ergometer) using an individual protocol. The electrocardiogram ("Poly-Spectrum", "Neurosoft") was transformed into successive RR intervals - cardiorhythmogram. The individual cardiorhythmogram rates in the load period were analyzed using linear mathematical models: prestart period (30 s) preceding the start of the ergometric test; start (30 s) - period from the start of the cyclic locomotions under the load of 50 W; 1st-3rd minutes into the test. The subjects' load tolerance was measured by the difference between the maximum achieved and the power of the first stage. The spiroergometry (QuarkCPET: 02, CO2) was carried out throughout the entire stress test. Non-parametric criteria were used for statistical processing of the data obtained (Statistica 10.0).
Results and conclusions. The cardiorhythmogram in the load period was characterized by the maximum rate of shortening of RR intervals during the 1st minute, three-time shortening during the 2nd minute, and two-time shortening during the 3rd one. The prestart rates in the mixed, limited sample may not be the predictors of physical load tolerance, but predict the starting potential of the body quite accurately. The significant correlation with the markers of cardiorhythmogram in the load period is likely to predict an anaerobic threshold, which late onset is manifested in a higher load tolerance rate.
Keywords: heart rate, stress test, physical load.
Введение. Переносимость физической нагрузки (ФН), как предиктор выживаемости и тренированности, имеет большое количество маркеров, полученных в результате
анализа сердечного ритма (СР) в период достижения максимума ФН [6, 8-10]. Однако еще до ее начала в организме создается программа взаимосодействия адаптационных
№8 • 2021 Август | August
http://www.teoriya.ru
□ и
£ г. CL
ч—
О 0J и
2 CL ' -о с га
Ii
О (U .с Н
механизмов для оптимальной переносимости ФН. В связи с этим научный интерес представляет индивидуальная предстартовая и стартовая изменчивость СР, во взаимосвязи с показателями других адаптационных механизмов.
Настоящий подход в целом имеет целью вывести спортивно-тренировочный, реабилитационный процесс на доказательный уровень, с вероятностным прогнозом переносимости ФН, ее усвоения организмом, контроля процессов восстановления, профилактики перегрузки и перетренировки [2, 6, 10, 3-5, 7].
Цель исследования - изучить «раннюю» изменчивость сердечного ритма стресс-теста с тем, чтобы выявить взаимосвязи переносимости ФН с определяющими ее адаптационными механизмами.
Методика и организация исследования. Исследована смешанная выборка практически здоровых испытуемых 18-22 лет (28 человек). Максимальное велоэргометрическое тестирование осуществлялось по индивидуальному протоколу. Мощность W1 (Ватт) 1-й ступени (ПРС) длительностью 3 мин рассчитывалась из величины должного основного обмена (ДОО): W1 (Вт)=ДООО,1. В дальнейшем нагрузка ступенчато возрастала на 30 Вт в минуту до отказа - индивидуального максимума (Wmx), обуславливающего конец нагрузки и начало восстановительного периода длительностью 7 минут [8-10]. Нагрузочные пробы проводились на вело-эргометре Lode Corival (7-1000 Вт). В течение всего времени тестирования электрокардиограмма преобразовывалась (Поли-Спектр, 1000 Гц) в последовательный временной ряд (ВР) RR-интервалов (КИ) - кардиоритмограмму (КРГ). Индивидуальные КРГ НП анализировались как линейные (Лин) Y=aX+b математические модели, где X - порядковый номер КИ во временном ряду КРГ, Y - длительность КИ, «а» -параметр модели наклон (Н), характеризующий скорость изменчивости ВР, и «b» - параметр модели отрезка (О), определяющий его постоянную составляющую. Моделировались КРГ: предстарта (ПС) - периода длительностью 30 секунд, предшествующего началу эргометрии; старта (СТ) - периода длительностью 30 с от начала вращательных локомоций с нагрузкой 50 Вт; ПРС - 1-й, 2-й, 3-й мин.
Газоанализ (О2; СО2) выдыхаемого воздуха осуществлялся (Quark CPET) в течение всего тестирования. Определялось время наступления (T) и ЧСС анаэробного порога (Ан). Переносимость ФН определялась по формуле: W = Wmx -W1. Так как распределение полученных значений отличалось от нормального, данные представлялись в виде перцентильного (Пц) ряда (25-Ме-75). Для статистической обработки использовались непараметрические методы: Mann-Whitney и корреляционный анализ Spearman (Statistica10.0).
Результаты исследования и их обсуждение. Изменчивость КРГ ПС проявляется минимальной тенденцией к росту КИ. Положительное, но ограниченное статистической существенностью значение связи показателя О с мощностью перенесенной нагрузки позволяет довольствоваться лишь вероятностью соответствия большего КИ ПС большему максимуму ФН (табл. 1).
Прирост мощности, достигнутый в выборке, незначительно превышает 90 Вт, что фактически соответствует 3-м
Таблица 1. Нагрузочные показатели и характеристики математической модели КРГ предстартового и стартового периодов
Пц dW (Ватт) Анаэробный порог Предстарт Старт
ЧСС Т (с) Н О Н О
25 83,7 142,00 117,00 -0,63 580,02 -4,79 550,97
50 96,3 145,00 125,00 0,31 669,03 -2,81 633,55
75 121,5 155,00 137,00 1,38 752,30 -1,85 712,53
ступеням рамп-протокола. При этом анаэробный порог преодолевался всеми обследуемыми на второй минуте нагрузки с минимальным разбросом по ЧСС на уровне 145 уд/мин.
Лабильность КРГ и минимум связей с эргометрическими показателями, вероятно, обуславливаются неоднородностью выборки, когда у части ее резидентов адаптационные механизмы, определяющие переносимость ФН, недостаточно совершенны. В свою очередь динамика КРГ стартового периода более однородна и проявляется различной степенью уменьшения КИ, при этом наличие выраженной обратной связи (-0.94) показателей модели свидетельствует о соответствии большей скорости изменения КРГ большей длительности КИ. При этом большая скорость изменчивости является следствием меньшей ЧСС покоя, что неоднократно показано ранее [4, 7-10]. Возрастает и взаимосвязь маркеров КРГ этого периода с перенесенной нагрузкой. При этом большей скорости изменчивости КРГ и большей длительности КИ соответствует больший уровень ФН.
Выраженная взаимосвязь маркеров модели КРГ ПС и СТ позволяет вскрыть некоторые особенности предстартового периода. При этом более длительному КИ СТ соответствует более длительный КИ ПС (0.91) и положительная скорость (увеличения КИ) изменения КРГ предстарта (0.4).
Таким образом, сами предстартовые показатели не могут быть предикторами переносимости ФН, однако предсказывают стартовый потенциал организма (табл. 2).
Скорость изменчивости КРГ на первой минуте нагрузки, также как и в период старта, проявляется снижением длительности КИ, однако интенсивность этого процесса существенно снижается (табл. 2). Та же закономерность изменчивости КИ сохраняется на 2-й и 3-й мин нагрузки, при этом прежней остается и тенденция к падению скорости этого процесса: вторая минута теряет относительно первой в три раза, третья относительно второй - 80 %. Вышеуказанные изменения скорости отражаются и на длительности КИ (показатель О): потери на первой минуте относительно периода старта составляют 24 %, на 2-й мин относительно первой -16 %, на 3-й мин - 8 %.
Чем больше ЧСС анаэробного перехода, тем меньше КИ 1-3-й мин нагрузки и тем меньше угол наклона КИ. Анаэробный переход возникает тем позже, чем больше переносимость ФН (0.41) и меньше наклон КРГ на 3-й мин (0.36). Преодолевается тем большая нагрузка, чем меньший наклон имеется на 3-й мин (табл. 3).
Связь ЧСС АН перехода с КИ 1-3-й мин нагрузки не требует объяснения, так как возникает в процессе тестирования на первой ступени. При этом высокие значения связи: максимальные на 2-й мин (-0.87), вероятно, позволят определить формулу регрессии для определения ЧСС аэробно-анаэробного перехода. В свою очередь, погранично умеренная связь (0.36) скорости изменения КРГ на 3-й мин со временем наступления АН, вероятно, может свидетельствовать о более позднем возникновении анаэробного перехода при наличии более длительных КИ 1-3-й мин нагрузки. Соответствие большей скорости изменчивости КРГ большей нагрузке, обусловленное умеренным значением связей этих показателей на 1-3-й мин, обуславливается меньшей ЧСС покоя у более тренированной молодежи.
Чем длительнее КИ в период ПС, СТ (и стартовый наклон КРГ), тем больше достигнутый нагрузочный максимум (табл. 4). Настоящая закономерность обуславливается тем, что меньшая ЧСС покоя обладает большим хронотропным резервом в процессе преодоления нагрузочного максимума. Больший наклон КРГ также, вероятно, связан с меньшей ЧСС покоя более тренированных индивидов.
Больший КИ в период ПС, СТ опосредует меньшую ЧСС и более позднее возникновение АН перехода. При этом бо-
18
http://www.teoriya.ru
№8^ 2021 Август | August
Таблица 2. Характеристики модели КРГ нагрузочного периода
Пц 1- я мин 2-я мин 3-я мин Период 1-3
Н О Н О Н О Н О
25 -0,82 463,85 -0,25 383,28 -0,12 355,25 -0,28 425,4
50 -0,60 484,55 -0,18 409,03 -0,10 378,29 -0,25 451,3
75 -0,46 516,83 -0,14 420,88 -0,08 394,27 -0,19 472,7
Таблица 3. Корреляционные связи аэробно-анаэробного перехода (Ан) и маркеров КРГ нагрузочного периода*
Маркер W Ан Т 1-я мин 2-я мин 3-я мин 1-3-я мин
Н О Н О Н О Н О
W - 0,31 -0,25 0,27 0,35 0,36
АнЧСС 0.22 0,38 0.29 -0,73 0,49 -0м87 0м77 -0,78 0,54 -0,84
* Показатели, не достигшие статистической существенности (р>0,05), не приводятся.
Таблица 4. Корреляционные связи показателей модели КРГ предстартового (ПС) и стартового (СТ) периодов с нагрузочными маркерами*
М W Ан ЧСС Ан Т 1-я мин 2-я мин 3-я мин 1-3-я мин
Н О Н О Н О Н О
ПС (Н) -0,31 -0,25 0,26 -0,23
ПС (О) 0,21 -0,50 0,23 -0,48 0,58 -0,29 0,66 0,68 -0,33 0,63
СТ (Н) -0,31 0,36 -0,32 -0,34 -0,30 -0,47 -0,33
СТ (О) 0,24 -0,43 -0,54 0,56 0,56 0,63 -0,30 0,57
* Показатели, не достигшие статистической существенности (р>0,05), не приводятся.
лее позднее наступление изменения энергообеспечения логично для достижения большего максимума работоспособности, однако невысокий уровень ЧСС является достаточным для физического напряжения на 1-й ступени стресс-теста, не требующей использования имеющихся хронотропных резервов.
Выявленное незначительное превосходство предстартовых связей над стартовыми, вероятно, связано с преобладающим влиянием перцептивных процессов в стартовый период. При этом срабатывают истинные адаптационные механизмы, которые на данном этапе становятся ведущими.
Выводы. Изменчивость СР отражает динамику переносимости ФН, а также метаболические и энергетические процессы, ее обеспечивающие.
Высокий уровень связей, вероятно, позволит использовать маркеры предстарта, старта для прогноза переносимости ФН.
Больший КИ и скорость изменчивости КРГ 1 -й ступени нагрузки соответствуют большему нагрузочному максимуму. Существенные значения связи с маркерами КРГ 2-й, 3-й мин НП, вероятно, позволят осуществить прогноз анаэробного перехода.
Литература
1. Анохин П.К. Узловые вопросы теории функциональной системы / П.К. Анохин. - М.: Наука, 1980. - 196 с.
2. Донсков Д.А. Влияние психоэмоционального состояния и нейро-гуморальной регуляции на переносимость физической нагрузки / Д.А. Донсков, С.П. Бодько, В.К. Сейсебаев и др. // Ученые записки университета им. П.Ф. Лесгафта. - 2018. - № 8 (162). -С. 250-254.
3. Лапкин М.М. Прогностический потенциал временного ряда кар-диоритмограммы стресс-теста / М.М. Лапкин, Е.А. Трутнева, А.Б. Петров и др. // Физиология человека. - 2019. - Т. 45. - № 3.
- С. 48-60.
4. Лапкин М.М. Прогностический потенциал нагрузочной кардио-ритмограммы раннего адаптационного периода / М.М. Лапкин, Н.С. Бирченко, Д.А. Похачевский и др. // Человек. Спорт. Медицина. - 2018. - № 1 (18). - С. 46-59.
5. Лапкин М.М. Проявление личностных особенностей спортсменов в нагрузочный период стресс-теста / М.М. Лапкин, А.Л. Похачевский, И.М. Мазикин и др. // Теория и практика физ. культуры.
- 2020. - № 1. - С. 78.
6. Михайлов В.М. Нагрузочное тестирование под контролем ЭКГ: велоэргометрия, тредмилл-тест, степ-тест, ходьба / В.М. Михайлов. - Иваново: Талка, 2008. - 545 с.
7. Михайлов В.М. Применение хронотропного индекса для анализа переносимости физической нагрузки / В.М. Михайлов, А.Б. Пе-
тров, Д.А. Донсков и др. // Теория и практика физ. культуры. -2017. - № 7. - С. 47-49.
8. Патент 2613921 РФ. Способ определения восстановительного потенциала у спортсменов, развивающих аэробно-анаэробную выносливость / М.М. Лапкин, В.М. Михайлов, А.Б. Петров. -№ 2015137142; заявл. 01.09.2015.
9. Патент 2613937 РФ. Способ определения потенциального уровня физической работоспособности при субмаксимальном нагрузочном тестировании / М.М. Лапкин, В.М. Михайлов, А.Б. Петров, Ю.М. Рекша. - № 2015136686; заявл. 29.08.2015.
10. 10. Похачевский А.Л. Особенности сердечного ритма в предстартовый, нагрузочный и восстановительный периоды стресс-теста / А.Л. Похачевский, К.Г.К. Абдуллаева, М.В. Акулина, Ю.М. Рекша, Ф.Р. Гаджимурадов // Теория и практика физ. культуры. - 2019. - № 7. - С. 55-58.
1.
2.
3.
4.
5.
6.
7.
9.
References
Anokhin P.K. Uzlovyie voprosy i teorii funktsionalnoy sistemyi [The main questions of the theory of a functional system]. Moscow, Science Publ., 1980. 196p.
Donskov D.A., Ankudinov N.V., Bodko S.P., Seysebaev V.K. [Influence of psychoemotional state and neurohumoral regulation on tolerance of physical exercise]. Uchenye zapiski universiteta imeni P.F. Lesgafta, 2018, vol. 162, no. 8, pp 250-254 (in Russ.). Mikhailov V.M. Nagruzochnoe testirovanie pod kontrolem JeKG: velojergometrija, tredmill-test, step-test, hod'ba [Stress testing under the supervision of ECG: cycle ergometer test, treadmill test, step test, walking]. Ivanovo, Talka Publ., 2008. 545p.
Pokhachevsky A.L., Abdullayeva K.G.K., Akulina M.V., Reksha Yu.M., Gadzhimuradov F.R. [Heart rate variation profiling by stress tests in precompetitive, competitive and rehabilitation periods]. Teoriya i praktika fizicheskoy kultury, 2019, no. 7, pp 55-58 (in Russ.). Pokhachevsky A.L., Lapkin M.M., Mikhailov V.M., Petrov A.B. Sposob opredeleniya vosstanovitel'nogo potenciala u sportsmenov, razvivayushchih aerobno-anaerobnuyu vynoslivost' [Method of determining reduction potential in sportsmen, developing aerobicanaerobic endurance]. Patent RF, no. 2613921, 2015. RU 2613937 C1, "Method of determining potential level of physical working capacity at submaximal load", M.M. Lapkin, V.M. Mikhailov, A.B. Petrov, Y.M. Reksha, V.Y. Shabanov, App. 2015136686; 29.08.2015, Publ. 22.03.2017, Bull. 9.
Mikhailov, V.M., Petrov, A.B., Donskov, D.A. and Faleev, D.A. [Chronotropic index application for exercise tolerance tests]. Teoriya i praktika fizicheskoy kultury, 2017, no. 7, pp. 16-17 (in Russ.). Lapkin, M.M., Trutneva, E.A., Petrov, A.B., Shuliko, Y.V. Kalinin, A.V. [Prognostic potential of time series markers in cardiac rhythmogram in stress testing]. Human Physiology, 2019, Vol. 45, no. 3, pp. 271282.
Lapkin, M.M., Birchenko N.S., Pokhachevskiy D.A., Pozhimalin V.N., Petrov, A.B. [Prognostic potential of exercise cardiac rhythmgram during early adaptation period]. Human. Sport. Medicine, 2018, Vol. 18, no. 1, pp. 46-59 (in Russ.). 10. Lapkin M.M., Pokhachevsky A.L., Mazikin I.M., Fomichev A.V. [Display of personal characteristics in athletes during stress test]. Teoriya i praktika fizicheskoy kultury, 2020, no. 1, pp. 78-79 (in Russ.).
№8 • 2021 Август | August
http://www.teoriya.ru
