CC BY
16
Медицинские науки
87
УДК 612.17
динамика показателей вегетативных систем организма в условиях внешней управляемой среды
Шерхова Л. К., кандидат биологических наук, доцент кафедры физиологии, генетики и молекулярной биологии,
ФГБОУ ВО «Кабардино-Балкарский государственный университет им. Х. М. Бербекова», г. Нальчик E-mail: fiziol@kbsu.ru
Черкесов Т. Ю., кандидат педагогических наук, доцент кафедры теории технологии физической культуры и спорта,
ФГБОУ ВО «Кабардино-Балкарский государственный университет им. Х. М. Бербекова», г. Нальчик
Шерхов З. Х., кандидат биологических наук, доцент кафедры нормальной и патологической физиологии, ФГБОУ ВО «Кабардино-Балкарский государственный университет им. Х. М. Бербекова», г. Нальчик
Хандохов Т. Х., кандидат биологических наук, доцент кафедры физиологии, генетики и молекулярной биологии,
ФГБОУ ВО «Кабардино-Балкарский государственный университет им. Х. М. Бербекова», г. Нальчик Машуков Х. В., научный сотрудник, начальник отдела грантов,
ФГБОУ ВО «Кабардино-Балкарский государственный университет им. Х. М. Бербекова», г. Нальчик
Изучена динамика адаптационных сдвигов жизненно важных систем организма в процессе сопряженного развития умственных и физических способностей в условиях управляемой внешней среды (УВС). В ходе эксперимента отмечено повышение энергетического статуса организма, адаптация сердечно-сосудистой системы к физическим нагрузкам в условиях УВС. Метод УВС приводит к оптимизации регуляторных систем вегетативных функций организма и повышает физическую работоспособность детей экспериментальной группы.
Ключевые слова: адаптация, умственная нагрузка, физическая нагрузка, сердечно-сосудистая система, дыхательная система, здоровье.
dynamics of indicators of autonomic systems of the
body in terms of external managed environment
Sherkhova L. K., Candidate of Biological Sciences, Associate Professor of the Department of Physiology, Genetics and Molecular Biology,
FSBEI HE "Kabardino-Balkaria State University. H. M. Berbekov", city of Nalchik E-mail: fiziol@kbsu.ru
Cherkesov T. U., Candidate of Pedagogical Sciences, Associate Professor of the Theory of Technology of Physical Culture and Sport,
FSBEI HE "Kabardino-Balkaria State University named after. Kh. M. Berbekov", city of Nalchik
88
л. К ШЕРХОВА, т. ю. ЧЕРКЕСОВ, 3. X. ШЕРХОВ, Т. X ХАНДОХОВ, X В. МАШУКОВ
Sherkhov Z. Kh., Candidate of Biological Sciences, Associate Professor of the Department of Normal and Pathological Physiology,
FSBEI HE "Kabardino-Balkaria State University named after. Kh. M. Berbekov", city of Nalchik
Нandokhov T. Kh., Candidate of Biological Sciences, Associate Professor of the Department of Physiology, Genetics and Molecular Biology,
FSBEI HE "Kabardino-Balkaria State University named after. H. M. Berbekov", city of Nalchik
Mashukov Нh. V., Research Fellow, Head of the Grants Department,
FSBEI HE "Kabardino-Balkaria State University named after. H. M. Berbekov", city of Nalchik
Was studied the dynamics of the adaptive shifts of the vital systems of the body in the process of development of the paired mental and physical abilities in a external managed environment (EME). In the experiment was found, the increase of the energy status of the organism, adaptation of the cardiovascular system to physical activity in terms of EME. Method EME leads to optimization of regulatory systems of the autonomic functions of the body and increases physical efficiency of children of experimental group.
Key words: adaptation, mental load, physical load, cardiovascular system, respiratory system, health.
Актуальность.
В последнее время отмечается повышенное внимание со стороны государства к проблемам внедрения здоровьесберегающих технологий в школах, сохранение и укрепление здоровья школьников, содействие правильному формированию и всестороннему развитию организма, поддержание высокой работоспособности на протяжении всего периода обучения [3, 4].
Эффективность занятий в школе во многом зависит от успешных поисков новых нетрадиционных средств [2, 5], расширяющих адаптационные возможности организма, методов объективной оценки воздействия на детей физической и интеллектуальной нагрузки [1, 2, 6].
Исследования показателей вегетативных систем организма в условиях внешней управляемой среды позволяют получить комплексную оценку реакции школьников на учебную нагрузку и расширят научные основы построения индивидуальных траекторий обучения и физического развития.
Цель исследования - выявить динамику физиологических показателей вегетативных систем, в процессе сопряженного развития умственных и физических способностей.
Задачи исследования:
1. Изучить вариабельность сердечного ритма как интегративного показателя адаптационных сдвигов вегетативных систем организма.
2. Изучить динамику сатурации гемоглобина крови (Бр02) отражающую энергетический статус организма при занятиях в условиях внешней управляемой среды.
Научная новизна проведенных исследований заключается в том, что впервые исследована динамика функциональных параметров вегетативных систем организма в условиях внешней управляемой среды. Получены новые данные адаптационных сдвигов жизненно важных систем организма в экспериментальных условиях.
Практическая значимость результатов исследования заключается в том, что полученные результаты позволят реализовывать в школах новые здоровье сберегающие технологии обучения и физического развития.
Объектом исследований являлись функциональные сдвиги вегетативных систем организма школьников при занятиях в условиях внешней управляемой среды.
Для выполнения исследования использовались следующие методы и методики исследования:
- анализ литературных источников;
- методика «Анализ сердечного ритма»;
- комплексная оценка регистрируемых результатов исследования медико-биологических параметров с помощью компьютерного комплекса;
- регистрация сатурации кислорода (Бр02);
- компьютеризованный комплекс «Мотив 3»;
- пакет прикладных программ.
динамика показателей вегетативных систем организма в условиях внешней управляемой среды
Методика «Анализ сердечного ритма» представляет собой съем и анализ сердечного ритма посредством фиксации интервалов между сердечными сокращениями с использованием фотоплетизмографического датчика. Условия обследования определяются врачом при его проведении.
Апостериорная обработка результатов обследования происходит при вызове программы апостериорной обработки из базы данных пациентов. В программу включены следующие методы обработки сигнала:
- метод вариационной пульсометрии;
- метод корреляционной ритмографии;
- метод автокорреляционного анализа;
- спектральный анализ;
- экспресс-анализ систем регуляции сердечного ритма.
регистрация сатурации кислорода (SpO2) проводилась с помощью фотоплетизмографиче-ских датчиков использующих принцип изменения оптической плотности ткани в период систолы или диастолы регистрируется количество связанного с гемоглобином кислорода. Прибор «ЭЛОКС-123С» позволяет регистрировать Бр02 с малой дискретностью при выполнении физической нагрузки. Чувствительность и помехозащищенность позволяют с высокой точностью регистрировать ис-
следуемый параметр, отражающий эффективность систем внешнего дыхания, системы доставки, системы эритропоэза и конверсии кислорода в тканях и клетках.
Данный метод используется в клинических и научно-исследовательских целях, как малозатратный и информативный метод.
Компьютеризованный комплекс «Мотив 3», разработанный в УНЛ «Биотехника», позволяет сопряжено развивать умственные и физические способности человека в процессе одновременного выполнения интеллектуальных и физических заданий [6]. В комплекс входит персональный компьютер, с программным обеспечением и ве-лотренажер, конструкция которого позволяет выполнять задания, отображаемые на дисплее компьютера.
Для обработки полученных результатов исследований применялись статистические методы, заложенные в программное обеспечение используемых комплексов.
В спектре, полученном при анализе коротких записей (от 2 до 5 минут), различимы три главных спектральных компонента: очень низких частот (ОНЧ), низких частот (НЧ) и высоких частот (ВЧ) (Рис. 1).
Рис. 1. Спектральный анализ вариабельности RR-интервалов испытуемых в состоянии покоя (rest) и во время выполнения упражнений в условиях внешней управляемой среды (tilt)
90
л. к шерхова, т. ю. черкесов, з. х шерсов, т. х хлндохов, х в. млшуков
Круговые диаграммы (рис. 1) иллюстрируют соотношение двух спектральных компонент и их абсолютную мощность. В состоянии покоя общая мощность спектра составляла 612 мс2, а мощность НЧ и ВЧ компонент составляла 310 мс2 и 302 мс2, соответственно. В нормализованных единицах мощность НЧ и ВЧ компонент составляла 48,95 н. е. и 47,78 н.е., соответственно. Отношение НЧ/ВЧ было равно 1,02. Во время работы суммарная мощность была 403 мс2, а мощность, НЧ и ВЧ составляла - 308 мс2 и 95 мс2 соответственно.
В состоянии покоя обнаруживаются две основные спектральные компоненты с высокой (HF) и низкой (LF) частотой, примерно одинаковой мощности.
При работе в условиях внешней управляемой среды, НЧ составляющая становится доминирующей, однако, поскольку суммарная вариабельность уменьшается, абсолютная мощность НЧ составляющей остается неизменной по сравнению
с состоянием покоя. Процедура нормализации приводит к доминированию НЧ и уменьшению ВЧ составляющей, что отражает изменение спектрального состава вследствие выполняемой работы.
Динамика абсолютных значений ЧСС при выполнении заданий в экспериментальных условиях в полной мере отражает изменения функционирования вегетативных систем при адаптации к физическим и умственным нагрузкам выполняемым в экспериментальных условиях (рис. 2).
Результаты следующей серии экспериментов по изучению корреляционной ритмограммы и оценки состояния систем регуляции сердечного ритма у испытуемой группы приведены на рис. 3.
Из полученных данных видно, что распределение РР интервалов отражает оптимальное напряжение регуляторных систем и увеличение ЧСС пропорционально величине физической нагрузки во всех режимах.
180160140120100806040200-
/ж
¥Ж
А
¿Л ZA
1/
WA
У
WA
V
¥7\
□ до эксперимента
■ во время эксперимента
□ после эксперимента
1-езадание 2-е задание 3-езадание 4-езадание 5-е задание
Рис. 2. Динамика абсолютных значений ЧСС при выполнении заданий в экспериментальных условиях
динамика показателей вегетативных систем организма в условиях ВНЕШНЕЙ управляемой СРЕДЫ
КОРРЕЛЯЦИОННАЯ РИТМОГРАННА (СКАТТЕРГРАННА)
2 ■ 0|
1. 5
Т,с
□ .9
3.6
3.4
3.3
р
Е
О .......
! ^ Г
в
й т,
0.30.4 О. 6 О. 9
1. 5
г. □
Центр совокупности точек Т ср — 0.59 сек ЧСС ср = Ю2 чд/мин
ОБЛАСТИ —выраженная &радикардия -умеренная брадикардня
—нориосистопия
—тахисистопия
-пароксизмапьная тахикардия -фибрилляция шепчдочка
Рис. 3. Корреляционная ритмограмма и оценка состояния систем регуляции сердечного ритма у испытуемой группы при выполнении работы в условиях внешней управляемой среды
92
л. к. шерхова, т. ю. черкесов, з. х шерхов, т. х. хандохов, х в. млшуков
Таблица 1
Некоторые частотные характеристики ВСр
Величина Описание Частотный диапазон
Анализ кратковременных записей (5 мин)
5-минутная полная мощность Изменчивость РР-интервалов во временном сегменте Приблизительно <=0,4 Гц
ОНЧ Мощность в диапазоне очень низких частот <= 0,04 Гц
НЧ Мощность в диапазоне низких частот 0,04-0,15 Гц
ВЧ Мощность в диапазоне высоких частот 0,15-0,4Гц
Анализ 2-часовой записи
Общая мощность Изменчивость всех РР-интервалов Приблизительно <=0,4Гц
УНЧ Мощность в диапазоне ультранизких частот <=0,003 Гц
ОНЧ Мощность в диапазоне очень низких частот 0,003-0,04Гц
НЧ Мощность в диапазоне низких частот 0,04-0,15Гц
ВЧ Мощность в диапазоне высоких частот 0,15-0,4Гц
В табл. 1 приведены некоторые спектральные характеристики ВСР.
Зарегистрированные показатели свидетельствуют, что тренировки в экспериментальных условиях позволяют сердечно-сосудистой системе оптимально реагировать на изменяющиеся условия. В ходе эксперимента процессы адаптации приводят к оптимизации регуляторных систем вегетативных функций организма на различных
уровнях их организации, что повышает физическую работоспособность детей экспериментальной группы.
Интенсивность обменных процессов исследовалась нами опосредованно, при регистрации динамики Бр02. Этот показатель отражает наполнение гемоглобина крови кислородом, степень конверсии кислорода, расчетное количество за-депонированного гемоглобина и динамику его
100п
95-
90-
85-
80-
75
□ Контроль ■ Эксперимент
восстановление
Рис. 4. Динамика сатурации гемоглобина крови при транскутанной регистрации
5
8
научные известия • 10 • 2018
динамика показателей вегетативных систем организма в условиях внешней управляемой среды
экскурсии в кровяное русло при повышении физической или психоэмоциональной нагрузки (рис. 4).
Контрольные данные регистрировались при занятиях без тренажера, а экспериментальные данные были получены во время тренировок в условиях искусственной управляемой среды.
Полученная динамика регистрируемого параметра коррелирует с изменениями других исследуемых показателей и свидетельствует о том, что в условиях эксперимента стрессовая нагрузка может дозироваться точнее, а повреждающий эффект менее выражен. Благодаря этому, системы внешнего дыхания, доставки кислорода и клеточного дыхания функционируют энергетически более сбалансировано, что в свою очередь приводит к повышению КПД гомеостаза и обмена веществ.
Проведенные исследования показали, что следует приложить дальнейшие усилия к тому, чтобы выявить физиологические корреляты и биологический смысл различных критериев ВСР, оцениваемых в настоящее время. В некоторых случаях, например в отношении ВЧ компонента, это уже сделано. В отношении других параметров, таких как ОНЧ и УНЧ компонентов, их физиологический смысл в основном остается неизвестным.
Реакции сердца на нагрузку характеризуются изменениями в паттернах ЧСС, которые опосредованы изменениями в нервном тоне. Знание этих систематических изменений в нервном тоне обеспечивает нас необходимой информацией для контроля за временными параметрами изменениями функционального статуса организма человека. На деятельность сердца, так же сильно влияют переключения в симпатическом и парасимпатическом отделах вегетативной нервной системы. Таким образом, можно, непрерывно контролируя данные ЧСС с помощью неинвазивных процедур, оценить динамичную реакцию испытуемого на нагрузку в предлагаемых условиях.
На основе полученных результатов исследований можно сделать следующие выводы:
1. Вариабельность сердечного ритма объективно отражает адаптационные сдвиги вегетативных систем занимающихся в условиях внешней управляемой среды.
2. Динамика сатурации гемоглобина крови (Бр02), свидетельствует о повышении энергетического статуса организма испытуемых.
2. Сопряженное выполнение умственной работы и физической нагрузки в условиях внешней управляемой среды способствует расширению адаптационных возможностей регуляторных, анимальных и вегетативных систем организма занимающихся.
литература
1. Агаджанян Н. А. Изменение ЭЭГ и поведенческих реакций при различных уровнях гипоксии / Н. А. Агад-жанян, И. Дворжак, М. М. Моравиц // Высш. нервн. деят. 1971. Т. 21. № 1. С. 177-182.
2. Алферова В. В. Фоновая и вызванная электрическая активность мозга детей и подростков: Автореф. дис. ... канд. биол. наук. М., 1967. - 186 с.
3. Коваль В. И. Гигиена физического воспитания и спорта. / В. И. Коваль. М.: Академия, 2010. - 360 с.
4. Колчинская А. З. Кислородные режимы организма ребенка и подростка. Киев: Наукова думка, 1973. -320 с.
5. ХананашвилиЯ. А. Основы организации кровоснабжения органов. Ростов-на-Дону, 2001. - 160 с.
6. Черкесов Ю. Т. Машины управляющего воздействия и спорт / Ю. Т. Черкесов. Майкоп, 1993. - 136 с.
