Физическая работоспособност ь как один из показателей функционального состояния организма Текст научной статьи по специальности «Фундаментальная медицина»

УДК 612.13-052:612.766.1+612.76

физическая работоспособность как один из показателей функционального состояния организма

Э. А. Городниченко, Г. В. Короткова

Смоленский гуманитарный университет Смоленский филиал Московского энергетического института

В работе рассмотрена возрастная динамика работоспособности человека в условиях статических нагрузок и факторы, влияющие на ее проявление.

physical capability as one of the indicators of the organism's functional state

E. A. Gorodnichenko, G. V. Korotkova

Smolensk University of Humanities, Smolensk Branch of the Moscow Power-Engineering Institute

The article points out to the factors that influence women's performance capability under static exercise. They are age, functional capacities of the central nervous system, blood-vascular and respiratory systems and neuromuscular apparatus. In the blood-vascular system these factors are the following: type of blood circulation and response type of the systolic blood volume.

Цель работы заключалась в изучении статической работоспособности лиц женского пола различного возраста при статических усилиях.

Метод исследования. Для регистрации параметров статической работоспособности (включая статическую выносливость - время удержания заданного усилия и импульс силы - произведение величины статического усилия на время его удержания) использовался метод электротензодинамометрии. Удержание статических усилий связано с непрерывным сокращением работающих мышц, длительным сохранением в корковых моторных нервных центрах стойких очагов возбуждения, созданием корковых систем взаимосвязанной активности, нарастающими ограничениями для функционирования основных физиологических систем [1-12].

Результаты и их обсуждение. Проведенные нами комплексные исследования показали, что уровень статической выносливости (СВ, с) у лиц разного возраста зависит от состояния центральной нервной системы, функциональных возможностей систем кровообращения и дыхания, структурных особенностей нервно-мышечного аппарата [1].

При глобальных статических усилиях (удержание позы, упор на прямых руках) от стадии оптимальной работоспособности до стадии компенсированного утомления у лиц женского пола 8-9, 13-14, 18-20, 35-40 лет установлено увеличение числа корковых функциональных связей, усиление влияния лобной коры (особенно у лиц 18-20 и 35-40 лет), способствующей мобилизации резервов организма [1, 7, 8 и др. ]. Есть данные о том, что на стадии оптимальной работоспособности уровень физической наг-

рузки вполне компенсируется за счет функциональных резервов организма. При их снижении организм переходит на энергетически менее выгодные виды приспособительных реакций, снижается быстрота расходования ресурсов внутримышечных источников энергии [12], работоспособность прогрессивно снижается, развивается утомление. При статической нагрузке в стадии компенсированного утомления у лиц старших возрастов наблюдалось большее число сильных связей между двигательными корковыми зонами, более высокий уровень пространственной синхронизации биопотенциалов корковых областей [1]. Большая величина статической выносливости у лиц 18-20 и 35-40 лет сопровождалась моноритмией в биоэлектрической активности мозга на разных стадиях работы, что отражает повышенные резервные возможности центральной нервной системы в условиях чрезвычайно утомительной работы.

С возрастом при статических нагрузках в исследуемых возрастных группах отмечено снижение пульсовой стоимости единицы статической работы, интенсивности механической работы сердца, выявлен более эффективный путь увеличения минутного выброса крови. Экономизация деятельности центральной гемодинамики проявлялась на фоне достоверно более высоких объемов работы, производимой в старших возрастных группах. С возрастом снижалась интенсивность потребления кислорода на 1 кг массы тела, уменьшались энерготраты на единицу работы, повышались величины кислородного пульса, уменьшалось число функциональных связей в кардиореспираторной системе. Наименьшая метаболическая стоимость работы отмечена у девушек

18-20 лет, что, вероятно, отражает больший вклад нейрогенных факторов в стимуляцию функции дыхания при работе.

Установлено, что развитие статической выносливости различных групп мышц от 8 до 65 лет носит гетерохронный и гетеродинамичный характер. Наиболее высокие темпы роста выносливости от 8 лет до пика своего естественного развития наблюдались у мышц брюшного пресса, далее мышц, сгибающих кисть, мышц - разгибателей ног, наконец, мышц спины. Периоды наиболее выраженного роста выносливости приходятся для мышц, сгибающих кисть, на возраст от 13-14 до 18-20 лет, а также от 50-55 до 60-65 лет; для мышц - разгибателей ног и мышц спины - от 8-9 до 13-14 лет; для мышц брюшного пресса - от 8-9 до 13-14 лет и от 13-14 до 18-20 лет. При этом наибольшей выносливостью обладают мышцы спины, разгибатели туловища и ног, меньшей - мышцы, сгибающие кисть, самой низкой - мышцы брюшного пресса.

Исследования, проведенные Г. В. Коротковой у девушек 18-22 лет, показали, что эффективным приемом определения статической работоспособности и функциональных возможностей кровообращения является использование локальной статической нагрузки нарастающей величины (15-30-45% от максимальной произвольной силы мышц, сгибающих кисть), выполняемой до произвольного отказа через 5 минут отдыха. По данным импульса силы, на этапе от 18 до 22 лет отмечена тенденция увеличения с возрастом работоспособности, причем преимущественно за счет прироста статической выносливости при незначительном изменении силы мышц [4, 5]. Это связано со способностью нервной системы с возрастом длительнее поддерживать стойкие очаги возбуждения в двигательных нервных центрах. С ростом величины нагрузки во всех возрастных группах происходило неуклонное уменьшение статической выносливости и объема выполняемой работы (особенно у девушек 18 лет), что объясняется постепенным развитием в корковых нервных центрах запредельного торможения парабиотической природы.

Использованная проба изометрического характера позволила оценить функциональные возможности нервно-мышечного аппарата в зонах различной интенсивности. При СН=15% статическая выносливость нарастала от 18 до 19 лет, с некоторым уменьшением в 20 лет и дальнейшим ростом от 20 до 22 лет. Наибольший уровень выносливости был отмечен у девушек 21 и 22 лет. При СН=30% и 45% выносливость повышалась от 18 до 21 года и несколько снижалась к 22 годам. Наибольший уровень выносливости при этих нагрузках был отмечен у девушек 21 года. У девушек 18 лет наблюдался низкий уровень статической выносливости при всех уровнях силово-

го усилия. Это, вероятно, отражение недостаточной функциональной зрелости центральной нервной системы и нервно-мышечного аппарата по сравнению с лицами более старших возрастов. Судя по импульсу силы, максимум работоспособности при СН=15% и 45% наблюдался у девушек 22 лет, при СН=30% -у девушек 21 года. Это свидетельство усиления с возрастом морфофункциональной зрелости изучаемых систем.

От нагрузки к нагрузке наблюдались различные темпы восстановления импульса силы; наиболее высокие темпы были отмечены между СН=30% и 45%, меньшие между СН=15% и 30%. Наибольший процент восстановления импульса силы между СН=15% и 30% имел место у девушек 20 лет, выполнивших при 1-й статической нагрузке минимальный объем работы. Между СН=30% и 45% более высокие темпы восстановления импульса силы наблюдались у лиц 22 лет. Минимальные темпы восстановления отмечены у девушек 18 и 19 лет. Расчеты показали, что между первой и последней нагрузками наибольшие темпы восстановления статической работоспособности наблюдались у девушек 21-22 лет. Эти данные подтверждают высокие резервные возможности нервно-мышечного аппарата лиц старших возрастов. Во многих исследованиях было установлено, что в условиях повторной работы высокие темпы восстановления работоспособности наблюдались на фоне низких объемов выполняемой работы [1, 2, 3 и др.]. Мы полагаем, что сочетание больших объемов производимой работы с быстрыми темпами восстановления работоспособности является одним из критериев высокой морфофункциональной зрелости нервно-мышечного аппарата человека.

На проявление статической работоспособности оказывает влияние тип реагирования ударного объема крови. По данным комплексного анализа было установлено, что в типе адаптации, связанном с увеличением ударного объема крови (УО) на статическую нагрузку, отражающем более высокие возможности системы кровообращения, девушки всех возрастов показывали более высокий уровень работоспособности, чем при типе адаптации с реакцией уменьшения УО на нагрузку. Эти данные подчеркивают определенную связь между эффективностью работы центрального звена кровообращения и работоспособностью человека.

На уровень физической работоспособности оказывает влияние также тип регуляции кровообращения. Его определяли по величине сердечного индекса, выделив гипокинетический, эукинетический и гиперкинетический типы. При наименьшей по величине СН=15% почти одинаковый объем работы у гипокинетиков и гиперкинетиков был достигнут различной рабочей интенсивностью параметров цен-

трального и периферического звеньев кровообращения. Меньший объем работы выполнили девушки эукинетического типа. При СН=30% гиперкинетики, по сравнению с гипокинетиками, выполнили достоверно больший объем работы (р<0,05). Гиперкинетиков отличала высокая интенсивность ударного объема крови и минутного выброса на фоне самой низкой из трех типов интенсивности общего периферического сопротивления сосудов. Объем работы, выполненный эукинетиками при этой нагрузке, был средним по величине (между наибольшим у гиперкинетиков и наименьшим у гипокинетиков). При наибольшей по величине СН=45% примерно одинаковый объем работы выполнили девушки-эукинетики и гиперкинетики и меньший, хотя и недостоверно меньший, - гипоки-нетики. Таким образом, в целом гиперкинетики выде-

лялись достаточно высокой работоспособностью при всех нагрузках. Темпы восстановления работоспособности у гипокинетиков от 1-й ко 2-й СН были наиболее низкими, но наиболее высокими между 2-й и 3-й нагрузками, что напрямую было связано с объемами выполняемой работы.

На проявление статической работоспособности оказывает влияние также пол испытуемых. Юноши 18-22 лет при локальных СН=15-30-45% проявляют достоверно более высокие статическую выносливость и импульс силы по сравнению с девушками-сверстницами [2, 4, 5].

Заключение. Приведенные в работе данные подчеркивают сложную онтогенетическую картину развития одного из двигательных качеств человека, влияние многих факторов на ее формирование.

литература

1. Городниченко Э. А. Физиологические закономерности развития выносливости к статическим мышечным усилиям у лиц женского пола на основных этапах онтогенеза: Дис. ... д-ра биол. наук. - М., 1994. - 434 с.

2. Грицук А. Д. Возрастные особенности адаптационных реакций сердечно-сосудистой системы у юношей 18-22 лет в условиях напряженной мышечной деятельности: Дис. ... канд. биол. наук. - Смоленск, 2007. - 193 с.

3. Догадкина С. Б. Влияние статических нагрузок на сердечно-сосудистую систему детей младшего школьного возраста: Автореф. дис. ... канд. биол. наук. - М., 1988. - 191 с.

4. Короткова Г. В. Изучение резервных возможностей сердечно-сосудистой системы девушек 18-22 лет с применением функциональной пробы изометрического характера // Вестник Южно-Уральского Государственного университета. Серия «Образование, здравоохранение, физическая культура», 2008. - Выпуск 14, №4 (104). - С. 4043.

5. Петрова Г. В., Городниченко Э. А., Грицук А. Д., Чалова Л. Г. Особенности восстановительных процессов после статических нагрузок нарастающей мощности // Матер. межд. конф. «Физиология развития человека». - М.: Вер-дана. 2004, № 1-2 (6-7). - С. 133.

6. Сапогова Н. В., Петрова Л. Г., Шабунин Р. А. Оценка функционального состояния центральной нервной системы у девушек 17-18 лет в зависимости от уровня статической выносливости // Рос. физиол. журн. им. И. М. Сеченова, 2004. - Т. 90, №8. - С. 397.

7. Сологуб Е. Б., Петров Ю. А., Зуйкова Е. Г., Дахаб А. Физиологические резервы в деятельности коры больших полушарий при статической работе до отказа // Научные основы физического воспитания и спорта. - М., 1979. -№4. - С. 59-65.

8. Сологуб Е. Б. Корковая регуляция движений человека. - Л.: Медицина, 1981. - 184 с.

9. Тупицын И. О., Безобразова В. Н., Догадкина С. Б., Кмить Г. В. и др. Индивидуальные особенности развития системы кровообращения школьников. - Москва, 1995. - 64 с.

10. Тхоревский В. И. Функциональная активность мышц и их кровоснабжение // Регуляция кровообращения в скелетных мышцах / Под ред. В. М. Хаютина. - Рига: Зинатне, 1973. - С. 127-144.

11. Шабунин Р. А. Возрастные особенности функционирования двигательного аппарата и сердечно-сосудистой системы при статических напряжениях: Дис. ... д-ра мед. наук - Свердловск, 1969. - 50 с.

12. Edwards, R. H. Energy exchangs in human skeletal muscle during isometric contraction / R. H. Edwards, C. M. Wiles // Circulation Research, 1981. - V. 48. - Suppl. 6. - P. 11-18.

УДК 616-072.7

возрастная динамика показателей аугментации, полученных методом контурного анализа пульсовой волны

Д. Е. Филичкин

Смоленская государственная медицинская академия

У252 практически здоровых людей методом контурного анализа пульсовой волны (SphygmoCor, Австралия) изучена аугментация центрального давления. Показано увеличение с возрастом аугментации центрального систолического и пульсового давления. Показатели аугментации отражают увеличение жесткости сосудов и позволяют выявить пациентов с высоким риском развития сердечно-сосудистых заболеваний.

Ключевые слова: контурный анализ, пульсовая волна, аугментация, жесткость сосудов.

В последние годы было установлено, что заболевания сердечно-сосудистой системы ассоциируются с повышением жесткости артерий [3, 4]. При увеличении жесткости сосудистой стенки происходит более раннее возвращение к основанию аорты отраженных пульсовых волн, которые формируются в результате изменения градиента жесткости в участках высокого сопротивления и в нормальных условиях возвращаются в левый желудочек в диастолу. При высокой жесткости артериальных сосудов пульсовая волна возвращается в систолу, увеличивая тем самым пульсовое артериальное давление (ПАД), и это явление носит название аугментации ПАД [1-3]. Рост ПАД является достаточно важным предиктором сердечно-сосудистых осложнений [4-6]. Числовым выражением аугментации служат давление аугментации (разность между давлением в точке второго пика пульсовой волны и давлением в точке первого пика), индекс аугментации (отношение давления в точке второго пика пульсовой волны к давлению в точке первого пика) и степень аугментации (отношение давления аугментации к пульсовому давлению), которые могут быть получены посредством контурного анализа пульсовой волны. Изучена корреляционная зависимость показателей аугментации от возраста. Все показатели аугментации имели статистически значимую корреляционную зависимость с возрастом: давление аугментации г=0,68, индекс и степень аугментации г=0,67, р<0,001.

Целью исследования является оценка возрастной динамики показателей аугментации.

Таблица. Возрастная динамика показателей аугмеш практически здоровых людей

Материалы и методы. Целям исследования служили 252 практически здоровых людей в возрасте от 16 до 86 лет (113 мужчин и 139 женщин), у которых уровень артериального давления (АД) на плечевой артерии был ниже 140/90 мм рт. ст., не выявлены заболевания сердечно-сосудистой системы и другие заболевания, которые могут оказать отрицательное воздействие на сердце и сосуды. Контурный анализ пульсовой волны проводился с помощью прибора SphygmoCor (AtCor Medical, Австралия). Регистрация пульсовой волны на лучевой артерии осуществлялась методом аппланационной тонометрии. Центральная пульсовая волна в аорте рассчитывалась автоматически программным обеспечением прибора с использованием обратной генерализованной функции преобразования. С целью калибровки центрального давления измерялось АД на плече с помощью автоматического сфигмоманометра (AND, Япония) после 10-минутного отдыха пациентов в положении сидя. Корреляционная зависимость была рассчитана при помощи коэффициента Спирмена, достоверность возрастных изменений оценивалась посредством коэффициента Краскела-Уоллиса.

Результаты исследования и их обсуждение

В таблице представлена величина основных показателей аугментации центрального ПАД и систолического артериального давления (САД) у практически здоровых людей в различных возрастных группах.

центрального пульсового давления у

Показатели До 19 лет (n=70) 20-29 лет (n=49) 30-39 лет (n=34) 40-49 лет (n=41) 50-59 лет (n=37) 60-69 лет (n=11) Старше 70 лет (n=10)

Давление 1,2± 0,8± 3,5± 5,6± 6,4± 6,5± 10,5±

аугментации 3,00 3,42 3,20 4,02 4,80 4,56 5 31***

Индекс 96,2± 103,8± 117,8± 125,0± 129,9± 126,3± 135,4±

аугментации 11,61 14,24 16,85 18,29 27,80 17,68 14 71***

Продолжение таблицы

Показатели До 19 лет (n=70) 20-29 лет (n=49) 30-39 лет (n=34) 40-49 лет (n=41) 50-59 лет (n=37) 60-69 лет (n=11) Старше 70 лет (n=10)

Степень аугментации 4,2± 10,78 2,5± 11,56 13,6± 12,33 18,5± 11,39 20,4± 14,26 19,5± 11,18 25,3± 8,12***

*** - р<0,001

Из представленных материалов видно, что показатели аугментации центрального ПАД в возрасте до 20 лет имели отрицательные значения, и в этом возрасте отраженные волны не влияли на уровни центрального ПАД и САД, а увеличивали лишь центральное диастолическое давление (ДАД), возвращаясь в диастолу. Но при увеличении возраста человека и нарастании жесткости сосудов отраженная пульсовая волна возвращается раньше и начинает оказывать влияние на систолическую часть АД, что приводит к росту ПАД. В возрасте до 30 лет эти влияния минимальны и не сказываются на величине центрального САД, но в старших возрастных группах влияние аугментации на центральное САД уже значительное, что приводит к его увеличению. Причем степень увеличения центрального САД за счет аугментации невозможно определить по уровню АД на лучевой артерии. Перемещение отраженной волны из диастолу в систолы приводит к снижению центрального ДАД в начальный период диастолы, когда осуществляется

максимальный коронарный кровоток, что приводит к его снижению. Чем больше аугментация, тем большее давление необходимо преодолевать сердцу для изгнания крови в систолу. Таким образом, создаются условия для развития гипертрофии миокарда, сердечной недостаточности, а в результате сниженной коронарной перфузии в диастолу происходит ухудшение кровоснабжения субэндокардиальных слоев миокарда, поэтому пациенты с высокими значениями аугментации входят в группу риска развития сердечно-сосудистых событий.

Заключение. Увеличение аугментации центрального пульсового и систолического давления является важным фактором риска поражения сердечнососудистой системы, поэтому лицам старшей возрастной группы целесообразно проведение контурного анализа пульсовой волны для выявления пациентов с высоким риском развития сердечно-сосудистых катастроф.

^HTEPATyPA

1. Hayashi T., Nakayama Y., Tsumura K., Yoshimaru K., Ueda H. Reflection in the arterial system and the risk of coronary heart disease // Am J Hypertens. - 2002. - Vol. 15. - P. 405 - 409.

2. Imanishi R., Seto S., Toda G., Yoshida M., Ohtsuru A., Koide Y., Baba T., Yano K. High brachial-ankle pulse wave velocity is an independent predictor of the presence of coronary artery disease in men // Hypertension Research. - 2004. - Vol. 27. - P. 71-78.

3. Izzo J. L. Arterial stiffness and the systolic hypertension syndrome // Current Opinion in Cardiology. - 2004. - Vol. 19. -P. 341-352.

4. Laurent S., Katsahian S., Fassot C. Aortic stiffness is an independent predictor of fatal stroke in essential hypertension // Stroke. - 2003. - Vol. 34. - P. 1203-1206.

5. McVeigh G. E. Pulse waveform analysis and arterial wall properties // Hypertension. 2003. - Vol. 41. - P. 1010 -1011.

6. Nichols W. W., Singh B. M. Augmentation index as a measure of peripheral vascular disease state // Current Opinion in Cardiology. - 2002. - Vol. 17. - P. 543-551.