CC BY
25
УДК 612.821 DOI: 10.17238/issn2542-1298.2019.7.2.205
АВТОНОМНАЯ РЕГУЛЯЦИЯ СЕРДЕЧНОЙ ДЕЯТЕЛЬНОСТИ ВО ВРЕМЯ АРИФМЕТИЧЕСКОГО СЧЕТА У СПОРТСМЕНОВ
А.А. Мельников*
*Ярославское высшее военное училище противовоздушной обороны
(г. Ярославль)
Исследована автономная регуляция аппарата кровообращения (центральной гемодинамики (ЦГД) и вариабельности сердечного ритма (ВСР)) во время арифметического счета у молодых спортсменов (п = 95) разных специализаций с большим стажем занятий (8,0±3,5 лет). Показатели ЦГД (ударный и минутный объемы крови - УОК и МОК), ВСР (стандартное отклонение МЫ-интервалов SDNN, мощность низко- и высокочастотных волн LF, HF, индекс симпато-вагусного баланса LF/HF, стресс-индекс SI) определяли одновременно с помощью импедансной кардиореографии (оборудование фирмы «Медасс», Россия) до и во время устного арифметического счета («500 - 7») в положении лежа. Установлено, что в условиях покоя, а также во время арифметического счета у спортсменов частота сердечных сокращений, общее периферическое сосудистое сопротивление, диастолическое (ДАД) и среднее артериальное давление были ниже, а УОК и МОК, расчетный индекс податливости артерий Со и ВСР (SDNN, LF, ЭТ) - выше, чем в контрольной группе (п = 61). Показатели ЦГД и ВСР во время счета коррелировали с индексом физической работоспособности PWC170. Прирост ДАД (р = 0,012), SDNN (р = 0,064) и LF (р = 0,054) у спортсменов во время счета был больше, а снижение УОК (р = 0,025) и особенно Со (р < 0,0001), напротив, меньше, чем в контрольной группе. Индекс PWC170 в общей группе (п = 156) коррелировал с изменением Со (г = 0,252, р = 0,002). Таким образом, сердечная деятельность во время психоэмоционального напряжения, вызванного арифметическим счетом, у спортсменов характеризовалась повышенной экономичностью кардиоге-модинамики, большей ВСР, а также менее значительным снижением податливости артерий, указывая на повышенную устойчивость спортсменов к психоэмоциональному напряжению. Полученные данные позволяют рассматривать регулярные физические нагрузки в качестве важного профилактического средства, предупреждающего развитие различных расстройств аппарата кровообращения, обусловленных психоэмоциональными стрессами.
Ключевые слова: кардиогемодинамика, вариабельность сердечного ритма, арифметический счет, психоэмоциональное напряжение, спортсмены.
Ответственный за переписку: Мельников Андрей Александрович, адрес: 150001, г. Ярославль, просп. Московский, д. 28; e-mail: meln1974@yandex.ru
Для цитирования: Мельников А.А. Автономная регуляция сердечной деятельности во время арифметического счета у спортсменов // Журн. мед.-биол. исследований. 2019. Т. 7, N° 2. С. 205-215. DOI: 10.17238/issn2542-1298.2019.7.2.205
Регулярная физическая тренировка оказывает существенное влияние на структурно-функциональные особенности и регуляторные механизмы аппарата кровообращения, что способствует оптимизации его состояния как в условиях физиологического покоя, так и при различных психических и физических стрессах [1]. Избыточная реакция сердечно-сосудистой системы на психоэмоциональный стресс является фактором риска развития ишемии миокарда и гипертензии [2]. Считается, что регулярная физическая нагрузка может уменьшать стрессовую реакцию гипофизарно-над-почечниковой оси [3] и реактивность аппарата кровообращения [4] в ответ на физический и психоэмоциональный стресс. Однако в ряде экспериментов [5, 6] показана повышенная реактивность показателей кардиогемодинамики в ответ на психоэмоциональное напряжение у более тренированных лиц. Так, в работе [5] установлен повышенный рост артериального давления и частоты сердечных сокращений (ЧСС) при более выраженном снижении вариабельности сердечного ритма (ВСР) и ударного объема крови во время арифметического счета у мужчин с более высоким уровнем максимального потребления кислорода. Положительная корреляция была выявлена между аэробной работоспособностью и реакцией систолического артериального давления у мужчин [6]. Эти данные указывают на парадоксально повышенную реактивность сердечно-сосудистой системы на психоэмоциональный стресс у физически тренированных лиц. Для изучения данных противоречий мы провели собственное исследование, целью которого было оценить состояние и реакцию центральной гемодинамики (ЦГД) и ВСР на стандартную умственную нагрузку у спортсменов.
Материалы и методы. Обследованы молодые спортсмены мужского пола (п = 95) с длительным (более 4 лет) стажем занятий спортивными играми (футбол, хоккей), легкой атлетикой, лыжными гонками и единоборствами, регулярно выступающие на соревнованиях регионального и национального уровня, и малоактивные лица (контроль, п = 61).
Все испытуемые получили полную информацию о целях и методах исследования и дали согласие на участие в нем (в соответствии с Хельсинкской декларацией Всемирной Медицинской Ассоциации (1964 год, с изменениями 2013 года).
Антропометрические показатели определяли общепринятыми методами. Физическую работоспособность оценивали по индексу PWC170 на велоэргометре «Kettler FX1» при помощи теста со ступенчато-возрастающей нагрузкой. После разминки (50 Вт, 3 мин) нагрузка увеличивалась каждую минуту на 25 Вт и оканчивалась на ступени при ЧСС >170 уд./мин. ЧСС во время работы регистрировали с помощью пульсометра «Polar S810» (Финляндия). Индекс PWC170 рассчитывали по формуле PWC170 = W1 + ((W2 - W1)x х((170 - ЧСС1)/(ЧСС2 - ЧСС1))), где W1, W2 - нагрузка на предпоследней и последней ступенях; ЧСС1, ЧСС2 - ЧСС на предпоследней и последней ступенях.
Показатели ЦГД и ВСР определяли одновременно с помощью импедансного кардио-реографа «Реодин-504» («Медасс», Россия) в состоянии покоя (положение лежа) в течении 3 мин после 10 мин отдыха. Артериальное давление - систолическое (САД) и диастоличе-ское (ДАД) - оценивали трижды автоматизированным ртутным тонометром «Bremed-2200» (Италия).
Регистрировали следующие параметры ЦГД: УОК - ударный объем крови, МОК - минутный объем крови, ОПСС - общее периферическое сосудистое сопротивление, АДС -среднее артериальное давление. Рассчитывали индекс податливости артериальной системы, мл/мм рт. ст. [7],
Со = (УОК • ДД) / (АДп • RR), где ДД - длительность диастолы, с; АДп -пульсовое артериальное давление, мм рт. ст.; RR - длительность сердечного цикла, с.
Для оценки ВСР использовали индекс SDNN (стандартное отклонение NN-интервалов), стресс-индекс SI Р.М. Баевского, а также показатели спектрального анализа: HF - мощность высокочастотных волн (0,15-0,4 Гц), LF - мощность
низкочастотных волн (0,04-0,15 Гц), отношение LF/HF - индекс симпато-вагусного баланса. Показатель VLF (мощность очень низкочастотных волн) не использовали ввиду короткой записи ЭКГ (3 мин) [8]. Рассчитывали реакцию изученных показателей ЦГД и ВСР на арифметический счет относительно величин покоя (А, %).
Арифметический счет использовали для моделирования умственного психоэмоционального напряжения [4-6]. В положении лежа испытуемому предлагали последовательно, быстро и точно вычитать цифру 7 из 500 (500 - 7 = 493; 493 - 7 = 486; и т. д.) в течение 3 мин. Арифметическое действие выполнялось вслух: испытуемый постоянно сообщал полученную разность (493, 486 и т. д.). Экспериментатор следил за правильностью вычисления и останавливал при неточном ответе. Количество ошибок фиксировалось. Показатели ЦГД определяли в период 60-100 с теста, когда обследуемый испытывал устойчивое напряженное психоэмоциональное состояние. ВСР регистрировали в течение всего теста (3 мин).
Результаты представлены в виде среднего арифметического (М) и стандартного отклонения (я), реакция показателей - в виде медианы (Ме) и межквартильного размаха (25-75 %). Для сравнительного анализа показателей между группами использовали непараметрический критерий Манна-Уитни для непарных данных. Значимость
различий между показателями в состоянии покоя и при арифметическом счете в группах контроля и спортсменов определяли по критерию Вилкок-сона для парных данных. Гипотезу о взаимосвязи данных проверяли с помощью непараметрической корреляции Спирмена. Критический уровень значимости составлял р < 0,05.
Результаты.
Антропометрические данные. У спортсменов была немного больше масса тела (71,8± ±11,4 кг в контроле и 74,8±10,9 кг у спортсменов, р = 0,030), однако возраст (16-22 года), длина тела (1,81±0,06 и 1,80±0,08 м в группе контроля и у спортсменов соответственно) и площадь поверхности тела (1,91±0,15 м2 в контроле и 1,94±0,17 м2 у спортсменов) не отличались от контрольных значений.
У спортсменов был высокозначимо больше индекс PWC170 (274,1±55,6 Вт против 195,4±44,9 Вт у малоактивных лиц; р = 0,01х х10-10). Спортивный стаж спортсменов составлял 8,0±3,5 лет, что позволяет сделать вывод о высокой адаптированности их к физическим нагрузкам.
Состояние ЦГД и ВСР в покое и во время арифметического счета. У спортсменов в состоянии покоя наблюдались пониженные значения ЧСС, ДАД, АДС, ОПСС (р < 0,007); напротив, УОК, МОК, Со (р < 0,02-0,001) были повышены (табл. 1). Со стороны показателей
Таблица 1
СОСТОЯНИЕ ЦГД И ВСР У СПОРТСМЕНОВ И МАЛОАКТИВНЫХ ЛИЦ В ПОКОЕ И ПРИ АРИФМЕТИЧЕСКОМ СЧЕТЕ (М±s)
Показатель Контроль (n = 61) Спортсмены (n = 95) р
ЧСС и, уд./мин помой J 71,3±11,0 62,7±9,6 0,001
ЧСС , уд./мин счет' J 81,3±13,9*** 70,8±12,0*** 0,001
АЧСС, % 13,9 [5,4-23,0] 11,3 [4,4-18,91]
САД _, мм рт. ст. ^покои А 114,9±11,3 117,0±12,0
САД , мм рт. ст. г—счет' А 131,5±14,4*** 131,8±13,7***
АСАД, % 14,6±9,1 13,1±10,5
ДАД _, мм рт. ст. ' у ^покой А 66,5±8,2 60,2±8,9 0,000
ДАДсчет, мм рт. ст. 76,9±10,1*** 72,9±10,4*** 0,009
Окончание табл. 1
Показатель Контроль (п = 61) Спортсмены (п = 95) Р
АДАД, % 15,8±12,7 21,8±13,7 0,012
АДС _, мм рт. ст. ^ покои' г 82,6±7,8 79,1±8,0 0,007
АДС , мм рт. ст. ^ счет' А 95,1±10,1*** 92,5±10,0*** 0,075
ААДС, % 15,1±9,3 17,3±10,5
УОК _, мл покой' 89,2±23,6 112,2±27,8 0,001
УОК , мл счет' 79,1±20,3*** 103,8±25,2** 0,001
АУОК, % -11,3±11,9 -6,2±12,6 0,025
ОПСС й, дин/(ссм-5) поюэй' 4 ' 1120,1±271,1 970,1±235,3 0,002
ОПСС , дин/(ссм-5) счет' у ' 1342,4±356,2*** 1144,5±299,5*** 0,001
АОПСС, % 21,5±21,3 18,7±19,9
МОК _, л/мин покой 6,26±1,43 6,97±1,81 0,019
МОК , л/мин счет' 6,26±1,60 7,07±1,77 0,003
АМОК, % -0,4±13,3 2,8±14,3
Со _, мл/мм рт. ст. покой' г 1,07±0,46 1,21±0,37 0,009
Со . мл/мм рт. ст. счет А 0,78±0,29*** 1,03±0,35*** 0,001
АСо, % -25,5±15,9 -13,1±18,9 0,001
АSDNN, % -2,3 [-53,3-235,0] 17,5 [-10,9-43,0] 0,064
ОТ _, мс2/Гц покой' ' 1575,3±1495,7 2445,5±3198,2 0,094
HF , мс2/Гц счет' 971,8±1050,3*** 1393,7±1433,7*** 0,053
АHF, % -50,1 [-95,0-601,0] -37,2 [-65,0-22,6]
LF _, мс2/Гц покой' 1030,9±837,2 1452,6±1455,9 0,085
LF , мс2/Гц счет' ' 1245,5±977,5 1947,2±1607,6** 0,002
АLF, % 8,5 [-85,4-638,0] 61,3 [-9,2-166,1] 0,054
LF/HF й, ед. покой' 0,98±0,82 1,03±1,07
LF/HF , ед. счет' 1 9±1 5*** 2,1±1,8***
АLF/HF, % 112,1 [-63,3-1127,0] 142,0 [24,9-347,3]
SI й, ед. покой 94,1±81,7 76,7±82,1 0,008
SI , ед. счет' 107,8±99,4 63,5±53,9 0,001
АSI, % 11,3 [-76,9-295,0] -7,8 [-35,1-36,0]
Примечания: 1. А - изменение показателя во время умственного счета относительно покоя. 2. Реакция показателей ВСР в виду значительного отклонения от нормального распределения представлена как медиана (Ме) и межквар-тильный размах [25%-75%]. 3. Столбец р - значимость различий между группами; * - значимость различий между показателями покоя и при умственном счете внутри групп: ** -р < 0,01; *** -р < 0,001.
ВСР у спортсменов отмечалась тенденция к повышенной общей ВСР по данным SDNN, HF и LF (р < 0,1), а индекс SI был снижен (р = 0,008). АДС, ДАД, УОК и Со имели среднюю силу (r = 0,32-0,48; р < 0,001), а показатели ВСР -слабую силу связи (r = 0,18-0,33; р < 0,05-0,01) с индексом PWC170.
При арифметическом счете обе группы сделали одинаковое количество ошибок: спортсмены - 3,6±2,8; представители контрольной группы - 4,2±3,4.
Во время арифметического счета ЧСС, ДАД, АДС (р = 0,075) и ОПСС у спортсменов были значимо ниже, а УОК, МОК и Со - значимо выше, чем в контроле (табл. 1). Также у спортсменов во время счета оказались высокозначимо (p < 0,01) больше практически все показатели ВСР, а отношение LF/HF не отличалось между группами. Большинство показателей ЦГД и ВСР во время умственного счета имели значимую корреляционную связь с индексом PWC170 (табл. 2).
Реактивность показателей ЦГД и ВСР в ответ на умственную нагрузку. Величины изменения большинства показателей ЦГД (ДЧСС, ЛАДС, ЛСАД, ДМОК, ДОПСС) и ВСР (AHF, ДLF/HF, ДSI) в ответ на умственную нагрузку были одинаковыми у спортсменов и малоактивных лиц (табл. 1). Однако у спортсменов были меньше ДУОК (р = 0,025) и ДСо (р < 0,00002). Напротив, ДАД (р = 0,012), LF (р = 0,054) и SDNN (р = 0,064) увеличились в большей степени у спортсменов.
Показатель ДСо коррелировал с индексом PWC170 (r = 0,252; р = 0,002) (см. рисунок), ЛSDNN (r = 0,168; р = 0,036) и ДLF (r = 0,163; р = 0,041). Также ДСАД (r = -0,149; р = 0,063), ЛSDNN (r = 0,176; p = 0,027), ДLF (r = 0,166; р = 0,037) коррелировали с PWC170.
Обсуждение. В качестве основных результатов нашей работы можно выделить следующие: 1) при умственном напряжении кардиогемодинамика у спортсменов характеризуется повышенной экономичностью, что отражается меньшими значениями ЧСС , ДАД ,
счет~ ' Л ' хчет'
ОПСС , повышенными значениями УОК ,
счет счет
Таблица 2
КОРРЕЛЯЦИЯ СПИРМЕНА (Я) МЕЖДУ ИНДЕКСОМ PWC170 И ПОКАЗАТЕЛЯМИ ЦГД, ВСР ВО ВРЕМЯ АРИФМЕТИЧЕСКОГО СЧЕТА У ВСЕХ ОБСЛЕДОВАННЫХ (п = 156)
Показатель r = Р<
САД '^счет 0,018 0,821
ДАД счет -0,200 0,013
АДС счет -0,134 0,098
УОК счет 0,600 0,001
ОПСС счет -0,298 0,001
МОК счет 0,219 0,006
Со счет 0,537 0,001
ЧСС счет -0,580 0,001
SDNN счет 0,400 0,000
SI счет -0,425 0,001
ОТ счет 0,248 0,002
LF счет 0,322 0,002
LF/HF счет -0,005 0,950
г = 0,252; р = 0,002
о о
• • • % о О о о оо о* 8 < Г оО о О о о <Р _,
* • Ч ° • ¿i ль ^ч оО .........о.........
* wo» о v о
* * * о о
• «J
100 150 200 250 300 350 400 450 PWC170, Вт
Взаимосвязь между индексом физической работоспособности (PWC170) и изменением индекса податливости артерий (ДСо) во время арифметического счета: о - у спортсменов (n = 95); • - в контрольной группе (n = 61)
МОК , Со и показателей ВСР; 2) реак-
счет счет ' /г
тивность ДАД и LF на арифметический счет у спортсменов повышена; напротив, степень снижения УОК и Со при счете меньше; 3) с ростом аэробной физической работоспособности увеличение жесткости артериальной системы во время арифметического счета снижается, и в большей мере это характерно для спортсменов.
В нашей работе на достаточно большой выборке спортсменов (п = 95) с высоким уровнем текущего функционального состояния и аэробной физической подготовленности (индекс PWC170 был на 40 % выше при р = 0,011010) показано, что во время стандартного умственного напряжения работа аппарата кровообращения характеризуется повышенной эффективностью. Такие различия между группами в гемодинамике и ВСР при счете в целом совпадают с условиями покоя. В базальном состоянии лежа у спортсменов выявлены многократно описанные другими авторами особенности регуляции кардиогемодинамики: повышенный тонус сердечного вагуса, обусловленная этим ВСР, сниженная ЧСС, увеличенные значения УОК, МОК и небольшая, но статистически значимая артериальная гипотензия [1, 7, 9]. Таким образом, повышенная эффективность аппарата кровообращения, характерная для спортсменов в покое, еще более усиливается во время умственного напряжения. Это подтверждают также корреляционные связи большинства показателей ЦГД и ВСР с индексом PWC170: значения ЧСС, ДАД, ОПСС и 81 во время умственного напряжения были тем ниже, а УОК, МОК, Со и вагусные показатели (SDNN, Ю1) - тем выше, чем выше был уровень PWC170 (табл. 2). Наши результаты согласуются с данными сре-зовых [1, 10] и лонгитудинальных работ [4], показавшими повышенную эффективность и меньшее напряжение регуляции кровообращения у спортсменов во время схожих тестов с психоэмоциональным напряжением. Таким образом, наши результаты и литературные данные позволяют утверждать, что повышенная
эффективность аппарата кровообращения во время покоя у спортсменов, а также механизмы, обеспечивающие эту эффективность, распространяются также и на состояние умственного психоэмоционального напряжения.
Несмотря на значимые различия по исследуемым показателям ЦГД (АДС, ДАД, УОК) в состоянии покоя и во время психоэмоционального напряжения, реактивность (величина изменений) многих параметров ЦГД (АЧСС, АСАД, ААДС, АМОК) и ВСР (AHF, ALF/HF, ASI) не различалась между группами. Это согласуется с данными одних работ [10, 11], но противоречит другим, показавшим увеличение реактивности этих параметров в различных группах тренированных испытуемых [5, 6]. Возможно, часть различий с работами [5, 6] связана с объемом выборки и спортивным стажем испытуемых, которые в нашей работе были больше. Б0льший стаж вероятно, обусловливал значительные адаптационные структурно-функциональные перестройки в системе кровообращения и ее регуляции у обследованных спортсменов.
Несмотря на сниженные значения ДАД в покое (р < 0,001) и при арифметическом счете (р = 0,009), реакция ДАД у спортсменов была выше (р = 0,012). Механизмы данного эффекта, который также наблюдали в исследованиях [5, 6], не совсем ясны. Особенно это удивительно в свете данных о сниженной возбудимости центральных структур симпатического отдела в продолговатом мозге после физической тренировки [12]. Можно предположить, что повышенная реакция ДАД отражает больший резерв регуляции кровообращения за счет повышенной податливости и более низкого артериального давления в базальном состоянии покоя. Кроме того, величина изменений (реактивность) увеличивается при расчете относительно более низких величин ДАД. Также б0льшая реакция ДАД у спортсменов может быть связана с перераспределением и централизацией кровотока за счет повышенного притока венозной крови к сердцу во время умственного напряжения.
Действительно, поскольку объем крови, депонируемый в венозном отделе, у спортсменов выше [13], то активация симпатической системы будет способствовать большему венозному возврату, повышенным УОК и артериальному давлению. Кроме того, часть различий может быть обусловлена врожденным преобладанием норадреналинового типа симпатоадреналовой реакции на психическое напряжение у спортсменов, ответственного за повышенный рост артериального давления при счете. Поскольку такой тип реакции наиболее характерен для более агрессивных животных [14], то можно полагать, что в группу спортсменов вошли лица с большей целеустремленностью, стремлением к лидерству и самоутверждению и, одновременно, с повышенной норадреналиновой реакцией симпатической системы. Эти психические свойства необходимы для спортивных достижений и преодоления больших психоэмоциональных нагрузок. Однако для выяснения точных механизмов требуются дополнительные исследования.
Кроме того, у спортсменов во время арифметического счета мы отмечали увеличение SDNN (р < 0,01) и LF (р < 0,05) по сравнению с состоянием покоя. Причем прирост этих показателей был больше (р < 0,07), чем в контроле. Наши данные противоречат результатам о более выраженном снижении Ю1 и LF у физически тренированных испытуемых во время арифметического счета [15]. Вероятно, повышение SDNN и LF (между которыми имеется высокая корреляция, г = 0,81) вызвано изменением паттерна дыхания в результате уменьшения частоты дыхания и увеличения дыхательных объемов во время устного счета по сравнению с условиями покоя. Действительно, показано, что уменьшение частоты дыхания при участии барорефлекса сдвигает пиковую частоту ВСР в сторону низких частот, что обусловливает увеличение LF и снижение НОТ [16]. Выраженные реакции LF и SDNN у спортсменов могут быть связаны с повышенной чувствительностью барорефлекса [9]. Таким образом, вероятно, активизация дыхания вызы-
вает существенное повышение барорефлектор-ной активности у спортсменов, которая ведет к большему сдвигу пика ВСР и, соответственно, к росту LF [17]. Похожее увеличение SDNN и менее существенное повышение LF отмечали у тренированных девушек во время арифметического счета [6]. В целом данные отличия спортсменов имеют позитивный характер, отражая повышенные регуляторные возможности автономной нервной системы.
Значимым результатом нашей работы является то, что установлено менее выраженное снижение реакций АУОК (р = 0,025) и АСо (р < 0,001) у спортсменов во время умственного напряжения, чем в контроле. Возможно, меньший прирост жесткости артерий до некоторой степени обусловливает и меньшее снижение УОК за счет сниженной постнагрузки на сердце. Кроме того, реактивность Со положительно коррелировала с индексом PWC170 (г = 0,252; р = 0,002) (см. рисунок). Факт повышенной податливости артерий у спортсменов, особенно занимающихся аэробными видами спорта, хорошо известен [18], однако данные о менее значительном снижении податливости артерий у спортсменов при психоэмоциональном напряжении практически отсутствуют в литературе. Механизм роста жесткости артерий связан с повышением тонуса сосудов, обусловленным активацией симпатической нервной системы, и выбросом катехоламинов из надпочечников во время психоэмоционального стресса [19]. Эффект физической тренировки на АСо может быть в большей мере обусловлен повышенной вазодилататорной и антиоксидантной способностью эндотелия сосудов [20], чем сниженной реактивностью симпатоадреналовой системы или сосудов [3, 4], поскольку косвенный маркер симпатической реактивности - АДАД - у обследованных нами спортсменов был повышен. Для уточнения механизмов, ответственных за выявленные особенности артериальной системы у спортсменов, необходимы дополнительные исследования.
Полученные данные о повышенной экономичности работы аппарата кровообращения в условиях психоэмоционального напряжения, а также снижении реактивности УОК и Со у спортсменов позволяют рассматривать регулярные физические нагрузки в качестве важного профилактического средства, предупреждающего развитие различных расстройств аппарата кровообращения, которые могут запускаться повторяющимися бытовыми и профессиональными психоэмоциональными стрессами [2].
Проведенное исследование позволяет резюмировать, что аппарат кровообращения во время психоэмоционального напряжения, смо-
Список литературы
делированного с помощью арифметического счета, у спортсменов функционирует с повышенной экономичностью, что связано с аэробной физической работоспособностью испытуемых. Важной отличительной особенностью реакции кровообращения на умственную нагрузку у спортсменов было меньшее снижение УОК и, особенно, расчетного индекса податливости артериальной системы, что указывает на повышенную устойчивость тренированных спортсменов также к психоэмоциональному напряжению.
Конфликт интересов. Авторы заявляют об отсутствии конфликта интересов.
1. Silverman M.N., Deuster P.A. Biological Mechanisms Underlying the Role of Physical Fitness in Health and Resilience // Interface Focus. 2014. Vol. 4, № 5. Art. № 20140040. DOI: 10.1098/rsfs.2014.0040
2. Panaite V., Salomon K., Jin A., Rottenberg J. Cardiovascular Recovery from Psychological and Physiological Challenge and Risk for Adverse Cardiovascular Outcomes and All-Cause Mortality // Psychosom. Med. 2015. Vol. 77, № 3. P. 215-226.
3. Traustadottir T., Bosch P.R., Cantu T., Matt K.S. Hypothalamic-Pituitary-Adrenal Axis Response and Recovery from High-Intensity Exercise in Women: Effects of Aging and Fitness // J. Clin. Endocrinol. Metab. 2004. Vol. 89, № 7. P. 3248-3254.
4. O'Sullivan S.E., Bell C. Training Reduces Autonomic Cardiovascular Responses to Both Exercise-Dependent and -Independent Stimuli in Humans // Auton. Neurosci. 2001. Vol. 91, № 1-2. P. 76-84.
5. Dishman R.K., Jackson E.M., Nakamura Y. Influence of Fitness and Gender on Blood Pressure Responses During Active or Passive Stress // Psychophysiology. 2002. Vol. 39, № 6. P. 568-576.
6. Dishman R.K., Nakamura Y., Jackson E.M., Ray C.A. Blood Pressure and Muscle Sympathetic Nerve Activity During Cold Pressor Stress: Fitness and Gender // Psychophysiology. 2003 Vol. 40, № 3. P. 370-380.
7. Белоцерковский З.Б. Эргометрические и кардиологические критерии физической работоспособности у спортсменов. М.: Сов. спорт, 2005. 312 с.
8. Heart Rate Variability: Standards of Measurement, Physiological Interpretation and Clinical Use. Task Force of the European Society of Cardiology and the North American Society of Pacing and Electrophysiology // Circulation. 1996. Vol. 93, № 5. P. 1043-1065.
9. Okazaki K., Iwasaki K., Prasad A., Palmer M.D., Martini E.R., Fu Q., Arbab Zadeh A., Zhang R., Levine B.D. Dose-Response Relationship of Endurance Training for Autonomic Circulatory Control in Healthy Seniors // J. Appl. Physiol. (1985). 2005. Vol. 99. P. 1041-1049.
10. Acevedo E.O., Webb H.E., WeldyM.L., Fabianke E.C., Orndorff G.R., StarksM.A. Cardiorespiratory Responses of Hi Fit and Low Fit Subjects to Mental Challenge During Exercise // Int. J. Sports Med. 2006. Vol. 27, № 12. P. 1013-1022.
11. Szabo A., Brown T.G., Gauvin L., Seraganian P. Aerobic Fitness Does Not Influence Directly Heart Rate Reactivity to Mental Stress // Acta Physiol. Hung. 1993. Vol. 81, № 3. P. 229-237.
12. Mueller P.J., Hasser E.M. Putative Role of the NTS in Alterations in Neural Control of the Circulation Following Exercise Training in Rats // Am. J. Physiol. Regul. Integr. Comp. Physiol. 2006. Vol. 290, № 2. Р. R383-R392.
13. Mtinangi B.L., Hainsworth R. Effects of Moderate Exercise Training on Plasma Volume, Baroreceptor Sensitivity and Orthostatic Tolerance in Healthy Subjects // Exp. Physiol. 1999. Vol. 84, № 1. P. 121-130.
14. Sgoifo A., Costoli T., Meerlo P., Buwalda B., Pico'-Alfonso M.A., De Boer S., Musso E., Koolhaas J. Individual Differences in Cardiovascular Response to Social Challenge // Neurosci. Biobehav. Rev. 2005. Vol. 29, № 1. P. 59-66.
15. Boutcher S.H., Nugent F.W, McLaren P.F., Weltman A.L. Heart Period Variability of Trained and Untrained Men at Rest and During Mental Challenge // Psychophysiology. 1998. Vol. 35, № 1. P. 16-22.
16. Brown T.E., Beightol L.A., Koh J., Eckberg D.L. Important Influence of Respiration on Human R-R Interval Power Spectra Is Largely Ignored // J. Appl. Physiol. (1985). 1993. Vol. 75, № 5. P. 2310-2317.
17. Goldstein D.S., Bentho O., Park M.Y., Sharabi Y. Low-Frequency Power of Heart Rate Variability Is Not a Measure of Cardiac Sympathetic Tone but May Be a Measure of Modulation of Cardiac Autonomic Outflows by Baroreflexes // Exp. Physiol. 2011. Vol. 96, № 12. P. 1255-1261.
18. Cameron J.D., Dart A.M. Exercise Training Increases Total Systemic Arterial Compliance in Humans // Am. J. Physiol. 1994. Vol. 266, № 2, pt. 2. P. H693-H701.
19. Vlachopoulos C., Kosmopoulou F., Alexopoulos N., Ioakeimidis N., Siasos G., Stefanadis C. Acute Mental Stress Has a Prolonged Unfavorable Effect on Arterial Stiffness and Wave Reflections // Psychosom. Med. 2006. Vol. 68, № 2. P. 231-237.
20. Di Francescomarino S., Sciartilli A., Di Valerio V, Di Baldassarre A., Gallina S. The Effect of Physical Exercise on Endothelial Function // Sports Med. 2009. Vol. 39, № 10. P. 797-812.
References
1. Silverman M.N., Deuster P.A. Biological Mechanisms Underlying the Role of Physical Fitness in Health and Resilience. Interface Focus, 2014, vol. 4, no. 5. Art. no. 20140040. DOI: 10.1098/rsfs.2014.0040
2. Panaite V., Salomon K., Jin A., Rottenberg J. Cardiovascular Recovery from Psychological and Physiological Challenge and Risk for Adverse Cardiovascular Outcomes and All-Cause Mortality. Psychosom. Med., 2015, vol. 77, no. 3, pp. 215-226.
3. Traustadottir T., Bosch P.R., Cantu T., Matt K.S. Hypothalamic-Pituitary-Adrenal Axis Response and Recovery from High-Intensity Exercise in Women: Effects of Aging and Fitness. J. Clin. Endocrinol. Metab., 2004, vol. 89, no. 7, pp. 3248-3254.
4. O'Sullivan S.E., Bell C. Training Reduces Autonomic Cardiovascular Responses to Both Exercise-Dependent and -Independent Stimuli in Humans. Auton. Neurosci., 2001, vol. 91, no. 1-2, pp. 76-84.
5. Dishman R.K., Jackson E.M., Nakamura Y. Influence of Fitness and Gender on Blood Pressure Responses During Active or Passive Stress. Psychophysiology, 2002, vol. 39, no. 6, pp. 568-576.
6. Dishman R.K., Nakamura Y., Jackson E.M., Ray C.A. Blood Pressure and Muscle Sympathetic Nerve Activity During Cold Pressor Stress: Fitness and Gender. Psychophysiology, 2003, vol. 40, no. 3, pp. 370-380.
7. Belotserkovskiy Z.B. Ergometricheskie i kardiologicheskie kriterii fizicheskoy rabotosposobnosti u sportsmenov [Ergometric and Cardiac Criteria of Physical Capacity for Work in Athletes]. Moscow, 2005. 312 p.
8. Heart Rate Variability: Standards of Measurement, Physiological Interpretation and Clinical Use. Task Force of the European Society of Cardiology and the North American Society of Pacing and Electrophysiology. Circulation, 1996, vol. 93, no. 5, pp. 1043-1065.
9. Okazaki K., Iwasaki K., Prasad A., Palmer M.D., Martini E.R., Fu Q., Arbab Zadeh A., Zhang R., Levine B.D. Dose-Response Relationship of Endurance Training for Autonomic Circulatory Control in Healthy Seniors. J. Appl. Physiol. (1985), 2005, vol. 99, no. 3, pp. 1041-1049.
10. Acevedo E.O., Webb H.E., Weldy M.L., Fabianke E.C., Orndorff G.R., Starks M.A. Cardiorespiratory Responses of Hi Fit and Low Fit Subjects to Mental Challenge During Exercise. Int. J. Sports Med., 2006, vol. 27, no. 12, pp. 1013-1022.
11. Szabo A., Brown T.G., Gauvin L., Seraganian P. Aerobic Fitness Does Not Influence Directly Heart Rate Reactivity to Mental Stress. Acta Physiol. Hung., 1993, vol. 81, no. 3, pp. 229-237.
12. Mueller P.J., Hasser E.M. Putative Role of the NTS in Alterations in Neural Control of the Circulation Following Exercise Training in Rats. Am. J. Physiol. Regul. Integr. Comp. Physiol., 2006, vol. 290, no. 2, pp. R383-R392.
13. Mtinangi B.L., Hainsworth R. Effects of Moderate Exercise Training on Plasma Volume, Baroreceptor Sensitivity and Orthostatic Tolerance in Healthy Subjects. Exp. Physiol., 1999, vol. 84, no. 1, pp. 121-130.
14. Sgoifo A., Costoli T., Meerlo P., Buwalda B., Pico'-Alfonso M.A., De Boer S., Musso E., Koolhaas J. Individual Differences in Cardiovascular Response to Social Challenge. Neurosci. Biobehav. Rev., 2005, vol. 29, no. 1, pp. 59-66.
15. Boutcher S.H., Nugent F.W, McLaren P.F., Weltman A.L. Heart Period Variability of Trained and Untrained Men at Rest and During Mental Challenge. Psychophysiology, 1998, vol. 35, no. 1, pp. 16-22.
16. Brown T.E., Beightol L.A., Koh J., Eckberg D.L. Important Influence of Respiration on Human R-R Interval Power Spectra Is Largely Ignored. J. Appl. Physiol. (1985), 1993, vol. 75, no. 5, pp. 2310-2317.
17. Goldstein D.S., Bentho O., Park M.Y., Sharabi Y. Low-Frequency Power of Heart Rate Variability Is Not a Measure of Cardiac Sympathetic Tone but May Be a Measure of Modulation of Cardiac Autonomic Outflows by Baroreflexes. Exp. Physiol, 2011, vol. 96, no. 12, pp. 1255-1261.
18. Cameron J.D., Dart A.M. Exercise Training Increases Total Systemic Arterial Compliance in Humans. Am. J. Physiol., 1994, vol. 266, no. 2, pt. 2, pp. H693-H701.
19. Vlachopoulos C., Kosmopoulou F., Alexopoulos N., Ioakeimidis N., Siasos G., Stefanadis C. Acute Mental Stress Has a Prolonged Unfavorable Effect on Arterial Stiffness and Wave Reflections. Psychosom. Med., 2006, vol. 68, no. 2, pp. 231-237.
20. Di Francescomarino S., Sciartilli A., Di Valerio V., Di Baldassarre A., Gallina S. The Effect of Physical Exercise on Endothelial Function. Sports Med., 2009, vol. 39, no. 10, pp. 797-812.
DOI: 10.17238/issn2542-1298.2019.7.2.205 AndreyA. Mel'nikov*
*Yaroslavl Higher Military School of Counter-Air Defence
(Yaroslavl, Russian Federation)
AUTONOMIC REGULATION OF CARDIAC ACTIVITY DURING MENTAL CALCULATION IN ATHLETES
The study investigated the autonomic regulation of the circulatory system (central haemodynamics (CHD) and heart rate variability (HRV)) during mental calculation in young athletes (n = 95) of different specializations with a long training experience (8.0 ± 3.5 years). Indicators of central haemodynamics (stroke volume, cardiac output) and HRV (standard deviation of NN intervals (SDNN), low frequency (LF) and (HF) power, LF/HF ratio, stress index) were determined simultaneously using impedance cardiorheography (Medass company, Russia) before and during mental calculation ("500 - 7") in supine position. It was established that at rest as well as during mental calculation, athletes had lower heart rate, total peripheral resistance, and diastolic and mean arterial pressure, while they had higher stroke volume, cardiac output, arterial compliance index, and HRV (SDNN, LF, HF) than the control group (n = 61). The CHD and HRV indicators during mental calculation correlated with the
physical working capacity index PWC170. The increase in diastolic arterial pressure (p = 0.012), SDNN (p = 0.064) and LF (p = 0.054) in athletes during calculation was larger, while the decrease in stroke volume (p = 0.025) and, especially, in arterial compliance (p < 0.00002) was smaller, compared to the control group. PWC170 index in the united group (n = 156) correlated with the changes in arterial compliance (r = 0.252, p = 0.002). Thus, cardiac activity in athletes during psycho-emotional stress caused by mental calculation was characterized by greater efficiency of cardiac haemodynamics, increased HRV, as well as a less significant reduction in arterial compliance, indicating higher tolerance to psycho-emotional stress. The obtained data allow us to consider regular exercises to be an important measure preventing the development of various disorders of the circulatory system caused by psycho-emotional stress.
Keywords: cardiac haemodynamics, heart rate variability, mental arithmetic, psycho-emotional stress, athletes.
Поступила 10.01.2019 Принята 21.02.2019
Received 10 January 2019 Accepted 21 February 2019
Corresponding author: Andrey Mel'nikov, address: prosp. Moskovskiy 28, Yaroslavl, 150001, Russian Federation; e-mail: meln1974@yandex.ru
For citation: Mel'nikov A.A. Autonomic Regulation of Cardiac Activity During Mental Calculation in Athletes. Journal of Medical and Biological Research, 2019, vol. 7, no. 2, pp. 205-215. DOI: 10.17238/issn2542-1298.2019.7.2.205
