CC BY
82
УДК 612.17:796(612/1/2)
ХРОНОФИЗИОЛОГИЧЕСКАЯ РЕАКТИВНОСТЬ КАРДИОРЕСПИРАТОРНОЙ СИСТЕМЫ У СПОРТСМЕНОВ
© 2005 г. Н. А. Агаджанян, *Ю. А. Полатайко, И. В. Радыш
Российский университет дружбы народов, г. Москва
'Прикарпатский университет им. В. Стефаника, г. Ивано-Франковск, Украина
В приспособлении организма к условиям среды обитания важную роль играют биологические ритмы, которые рассматриваются как способ и как мера адаптации [2]. Весьма важно учитывать биологические ритмы при построении спортивной тренировки, где используются высокоинтенсивные нагрузки, обусловливающие столь выраженные физиологические сдвиги в организме, что компенсация их осуществляется лишь в течение нескольких суток [1].
Под влиянием спортивной тренировки увеличиваются функциональные возможности спортсменов, растут показатели аэробной производительности организма, повышается эффективность функционирования кардиореспираторной системы (КРС). Понимание физиологических механизмов адаптации квалифицированных спортсменов к выполняемым нагрузкам на основе исследования реактивности таких ведущих в проявлении выносливости систем организма, как дыхание и кровообращение, основывается на понимании нейрогуморальных механизмов изменений реактивности в годичном цикле подготовки [11].
Гиперкапническая стимуляция системы дыхания, опосредованная хеморецепторами, как известно, является основным механизмом, устанавливающим соответствие легочной вентиляции интенсивности метаболических процессов в организме. Чувствительность человека к гиперкап-ническим сдвигам дыхательного гомеостазиса в значительной мере отображает общую физиологическую реактивность организма, скорость и уровень соответствующей реакции функциональных систем на действие раздражителей различного характера. Степень реактивности различных функциональных систем независимо от типа раздражителя связана в большей мере с величиной вентиляторного ответа на гиперкап-нический стимул и в меньшей — на гемодинамический [4]. Причем одним из основных регуляторов дыхательной системы выступает СО2— Н+-стимул, и потому влияние многих факторов, которые стимулируют дыхание у человека, может быть описано изменением соответствующей реакции кардиореспираторной системы на СО2—Н+-стимул [3].
Целью работы явилось изучение реактивности кардиореспираторной системы на гиперкапнический стимул у квалифицированных спортсменов, занимающихся циклическими видами спорта, в процессе годичной подготовки.
Материалы и методы
Обследовано 158 человек (56 пловцов и 49 бегунов) с высоким уровнем спортивной квалификации (кандидат в мастера спорта — мастер спорта) и 52 не занимающихся спортом человека в возрасте 18—24 лет.
Обследование спортсменов в пределах годичного цикла спортивной подготовки проводилось в четыре этапа: 1-й этап — переходный период
Статья посвящена изучению физиологической реактивности кардиореспираторной системы на гиперкапнический стимул у квалифицированных спортсменов, занимающихся циклическими видами спорта, в процессе годичной подготовки. Выявлено, что в условиях покоя при дыхании атмосферным воздухом и при действии прогрессирующей гиперкапнической стимуляции у всех обследуемых параметры кардиореспираторной системы подвержены влиянию сезонных ритмов, большинство максимумов которых приходится на зимнее время года. Установлено, что наиболее выраженная чувствительность вентиляторной реакции на гиперкапнический стимул наблюдалась весной, а циркуляторной — зимой.
Ключевые слова: хронофизиология, кардиореспираторная система, гиперкапнический стимул, адаптация, пловцы, легкоатлеты.
(сентябрь — октябрь); 2-й этап — начало подготовительного периода (декабрь — январь); 3-й этап — конец подготовительного периода (март — апрель); 4-й этап — начало соревновательного периода (май
— июнь). Как известно, от рационального построения тренировочного процесса в подготовительном периоде зависит результат выступления спортсмена на ответственных соревнованиях сезона. Обследование нетренированных лиц (контрольная группа) проводилось в те же временные периоды года, что и обследование спортсменов.
Реакцию кардиореспираторной системы организма на нарастающий гиперкапнический стимул (СО2—Н+-стимул) изучали, используя метод возвратного дыхания [13].
Показатели реакции КРС на тестирующие воздействия регистрировали в реальном масштабе времени с помощью быстродействующего автоматизированного кардиоспирометрического комплекса «Oxycon Alpha» («Jaeger», Германия). Определяли легочную вентиляцию (МОД, л/мин), частоту дыхания (ЧД, дых./мин), дыхательный объем (ДО, мл), концентрацию О2 и СО2 в выдыхаемом (FEO2, FECO2, %) и альвеолярном воздухе (FAO2, FACO2, %). Учитывая, что измерения проводились в открытой системе, показатели внешнего дыхания привели к условиям BTPS.
Функциональное состояние сердечно-сосудистой системы оценивалось с помощью электрокардиографии и импедансной тетраполярной реографии [12] с регистрацией показателей на мингографе «М-34 Си-менс-Элема» (Швеция) и реоплетизмографе РПГ-2-02. Артериальное давление измерялось методом Короткова. Исследовались показатели: частота сердечных сокращений (ЧСС, уд./мин), ударный объем сердца (УО, мл), минутный объем кровообращения (МОК, л/мин), артериальное давление (мм рт. ст.) систолическое (САД), диастолическое (ДАД), среднединамическое (СДД), общее периферическое сопротивление (ОПС, дин/см/сек.-5).
Изучались показатели, характеризующие физиологическую реакцию кардиореспираторной системы на СО2—Н+-стимул: чувствительность вентиляторной и циркуляторной реакции (ДМОД/ДРАС02, л/мин/мм рт. ст.), (ДЧСС/ДРАС02, уд./мин/мм рт. ст.) и (ДМОК/ДРАС02, мл/мин/мм рт. ст.). Порог чувствительности вентиляторной реакции на СО2 (параметр
В, мм рт. ст.) — «точка апноэ» — отражает величину PACO2, при которой в данных условиях легочная вентиляция теоретически была бы равна нулю [5, 7, 10].
Статистическая обработка результатов проводилась с использованием t-критерия Стьюдента в статистических программах Statistica 6.0 и программного обеспечения Microsoft Excel 2000.
Результаты исследования и их обсуждение
Результаты исследования кардиореспираторной системы в покое свидетельствуют, что величины большинства изучаемых параметров подвержены сезонным колебаниям (табл. 1). При этом сезонные ритмы
показателей КРС обследуемых характеризуются внутренней и внешней синхронизацией. Установлено, что в условиях покоя при дыхании атмосферным воздухом у всех обследуемых максимальные значения ЧД, ДО, МОД, ЧСС, МОК, САД, ДАД, СДД и ДП наблюдались в зимний период года, (максимум ДО у пловцов приходился на весенний), ЖЕЛ, МВЛ и УО — в летний.
Таблица 1
Динамика показателей кардиореспираторной системы в условиях покоя у спортсменов в разные периоды годичного цикла подготовки (М ± т)
Показа- Груп- Годичный цикл подготовки
тель па 1-й этап 2-й этап 3-й этап 4-й этап
5,98±0,03 5,95±0,03 6,11±0,04 6,21±0,03
ЖЕЛ, л 2 5,03±0,04 4,96±0,02 5,27±0,05 5,33±0,05
3 4,62±0,05 4,43±0,04 4,66±0,06 4,79±0,05
121,8±1,5 117,3±2,2 131,6±3,2 136,4±2,9
МВЛ, л 2 129,4±1,8 121,8±1,7 136,3±2,2 140,5±2,1
3 99,3±1,4 93,3±1,2 102,6±1,2 108,6±1,6
ЧД, дых./мин 11,8±0,2 12,9±0,2 12,4±0,2 11,4±0,1
2 3 13,8±0,3 15,7±0,2 14,6±0,4 17,6±0,2 14,1±0,3 16,5±0,2 13,5±0,2 15,1 ±0,2
666±9 692±9 703±11 628±7
ДО, мл 2 649±10 752±12 68 8±12 636±9
3 635±9 684±10 665±9 612±8
МОД, л/мин 7,86±0,09 8,93±0,10 8,72±0,11 7,17±0,08
2 8,96±0,13 10,98±0,15 9,71 ±0,11 8,59±0,09
3 9,97±0,11 11,81 ±0,15 10,93±0,13 9,16±0,10
ЧСС, уд./мин 62,9±0,7 65,8±0,9 59,6±0,7 54,3±0,6
2 3 66,1±1,1 73,2±1,0 69,5±1,2 77,1 ±0,9 64,1±0,9 71, 8±1,0 58,7±0,8 68,2±0,9
75,9±0,8 72,8±0,7 76,5±0,6 82,8±0,9
УО, мл 2 70,9±0,6 68,6±0,8 72,6±1,0 75,1±0,7
3 57,6±0,5 59,6±0,7 61,4±0,6 61,9±0,8
МОК, л/мин 2 4,76±0,14 4,45±0,12 4,84±0,16 4,76±0,11 4,66±0,10 4,65±0,08 4,56±0,11 4,39±0,09
3 4,19±0,04 4,58±0,06 4,37±0,05 4,25±0,05
САД, мм рт. ст. 2 3 119,1 ±0,7 123,8±0,9 121,2±0,9 122,8±1, 1 125,6±1,2 127,2±0,7 117,6±0,9 121,4± 1,3 118,7±0,7 115,3±0,8 119,8±0,9 115,4±0,4
мД А р, с . 72,5±1,0 74,8±1,1 68,9±1,2 65,2±0,8
2 3 76,2±1,3 76,4±0,6 80.1 ±1,3 81.1 ±0,5 76,8±1,0 74,3±0,6 74,4±1,1 70,9±0,8
мС Д р, с . 88,0±1,1 90,8±1,3 84,3±0,9 82,1 ±0,8
2 3 91,8±1,2 91,3±0,7 93,5±1,5 96,4±0,5 90,8±1,2 89,1±0,9 88,2±0,8 85,6±0,8
ОПС, 1475±32 1511±25 1486±22 1464±28
дин/см/ 2 1572±29 1593±42 1564±31 1631±34
сек. 3 1749±21 1691±26 1641±20 1622±23
Примечание. 1 — пловцы; 2 — легкоатлеты; 3 — лица кон трольной группы.
Анализ полученных данных показал, что значения ЖЕЛ у пловцов на протяжении года достоверно выше, чем у легкоатлетов и лиц контрольной группы (р < 0,01). Как известно, ЖЕЛ определяет максимально возможную глубину дыхания и поэтому является важным показателем функциональных возможностей внешнего дыхания [8]. Следовательно, представленные сравнительные данные свидетельствуют о более экономичном уровне показателей функций внешнего дыхания и газообмена у пловцов по сравнению с легкоатлетами и нетренированными людьми.
При определении МВЛ получены данные, свидетельствующие о достоверном увеличении этого показателя у легкоатлетов на протяжении года по сравнению с пловцами и контрольной группой (р < 0,001). Уместно отметить, что значения ЖЕЛ и МВЛ у спортсменов от переходного до начала соревновательного периода достоверно увеличивались (р < 0,01).
Сравнительный анализ выявил достоверно меньший уровень частоты сердечных сокращений у спортсменов в условиях покоя по сравнению с нетренированными лицами, что является результатом систематических спортивных тренировок и связано с изменением вегетативной регуляции сердечной деятельности и преобладанием парасимпатических влияний на сердечный ритм [9]. Величины УО и МОК у спортсменов достоверно выше, чем у лиц контрольной группы (р < 0,05), что согласуется с данными ряда авторов [6]. У пловцов значения этих показателей на протяжении года выше, чем у легкоатлетов (р < 0,01). При этом систолическое и диастолическое артериальное давление у пловцов оказалось достоверно ниже, чем у легкоатлетов и лиц контрольной группы, что косвенно свидетельствует о снижении у них периферического сосудистого сопротивления (р < 0,05).
Таким образом, можно говорить, что в условиях покоя при дыхании атмосферным воздухом у всех обследуемых параметры кардиореспираторной системы подвержены влиянию сезонных ритмов, большинство максимумов которых приходится на зимнее время года.
Сравнительный анализ сезонных колебаний показателей КРС на действие СО2—Н+-стимула выявил (табл. 2), что максимальные значения ДО (кроме пловцов), ЧСС, САД, ДАД, СДД и ОПС (кроме лиц группы контроля) у всех обследуемых наблюдались в зимний период года, ЧД, МОД и МОК (кроме лиц группы контроля) — в весенний, а УО — в летний. При этом у лиц контрольной группы на протяжении года выявлены достоверно выше показатели ЧД, МОД, ЧСС, САД, ДАД и СДД, чем у спортсменов (р < 0,001). В группе легкоатлетов значения ЧД, МОД, ЧСС, САД, ДАД и СДД достоверно выше, чем у пловцов (р < 0,05).
При прогрессирующей гиперкапнической стимуляции у всех обследуемых отмечается существенное изменение временных значений показателей системы дыхания на протяжении года. Закономерно, что к концу пробы значения МОД увеличивались в среднем в 4,5—5 раз. Наиболее выраженная реакция респираторной системы на гиперкапнический стимул отмечалась весной у лиц группы контроля (табл. 3), у которых «коэффициент усиления» реакции, т. е. ее увеличение по приросту легочной вентиляции при приросте РаСО2 на 1 мм рт. ст. (ДМОД/ДРАСО2) достоверно выше по сравнению со спортсменами (р < 0,001). В группе пловцов отмечались более низкие значения этого показателя, чем у легкоатлетов (р < 0,05).
Таблица 2
Динамика показателей кардиореспираторной системы в условиях нарастающей гиперкапнической стимуляции у спортсменов в разные периоды годичного цикла подготовки (М ± т)
Показа- груп- Годичный цикл подготовки
тель па 1-й этап 2-й этап 3-й этап 4-й этап
ЧД, дых./мин 1 16,8±0,3 17,3±0,4 17,9±0,4 16,1 ±0,3
2 3 18,6±0,8 23,6±0,5 19,3±0,7 24,6±0,4 20,8±0,8 26,5±0,5 17,6±0,6 22,3±0,4
1 2337±32 2406±65 2580±43 2286±23
ДО, мл 2 2284±41 2504±56 2495±68 2290±43
3 2146±21 2262±31 2183±29 2087±25
МОД, л/мин 1 2 39,6±0,4 42,5±0,2 43,1±0,6 48,3±0,9 44,8±0,7 51,9±0,7 36,8±0,5 40,3±0,6
3 50,7±0,8 55,7±1,3 57,8±1,4 48,6±0,9
ЧСС, уд./мин 1 2 3 78,2±0,9 81,5±1,0 90,5±1,2 82,4±1,1 87,7±1,1 97,6±1,6 72,3±0,8 78,6±0,8 87,5±1,6 65,5±0,6 70,2±0,7 83,3±1,3
1 75,7±0,8 74,6±1,0 85,5±1,1 93,5±1,5
УО, мл 2 71,8±1,1 69,2±0,9 79,4±1,1 85,7±1,2
3 58,1±0,6 57,4±0,5 62,8±0,6 63,7±0,8
МОК, л/мин 1 2 5,92±0,04 5,85±0,06 6,15±0,06 6,07±0,08 6,21 ±0,08 6,24±0,07 6,12±0,06 6,02±0,08
3 5,25±0,08 5,61±0,09 5,49±0,06 5,31 ±0,06
САД, мм рт. ст. 1 2 3 136,3±1,6 139,4±1,8 149,8±1,9 141,2±1,8 148,3±1,7 153,5±1,8 132,4±1,6 143,5±1,8 147,6±1,5 128,6±1,5 135,7±1,6 141,7±1,5
ДАД, мм рт. ст. 1 2 3 89,4±0,9 92,8±1,2 96,7±1,9 93,6±1,4 96,3±1,4 102,5±1,7 88,7±1,2 90,1±1,4 98,5±1,6 80,6±1,1 87,3±1,5 95,6±1,4
СДД, мм рт. ст. 1 105,1±1,4 109,3±1,6 103,4±1,5 96,6±0,9
2 3 108,3±1,8 114,7±1,5 113,6±1,9 119,5±1,8 107,9±1,4 112,9±1,5 103,4±1,0 108,7±1,3
ОПС, 1 1419±51 1425±49 1333±38 1277±35
дин/см/ 2 1481±55 1498±51 1383±46 1375±39
сек. 5 3 1741±62 1705±83 1673±52 163 8±55
Примечание. 1 — пловцы; 2 — легкоатлеты; 3 — лица кон трольной группы.
Таблица 3
Динамика показателей вентиляторной и циркуляторной чувствительности кардиореспираторной системы в условиях прогрессирующей гиперкапнической стимуляции у спортсменов в разные периоды годичного цикла подготовки (М ± т)
Показатель Груп- Годичный цикл подготовки
па 1-й этап 2-й этап 3-й этап 4-й этап
ДМОД/ 1 1,77±0,07 1,89±0,07 2,04±0,09 1,74±0,08
Д РдСО2, л/мин/мм 2 1,92±0,09 2,10±0,08 2,36±0,06 1,82±0,09
рт. ст. 3 2,66±0,08 2,60±0,07 2,89±0,09 2,42±0,06
ДМОД/ 1 2 18,7±0,5 19,9±0,6 19,4±0,4 17,8±0,3
Д ДО, л 20,5±0,6 21,3±0,6 23,3±0,5 19,6±0,5
3 26,9±1,0 27,9±1,1 30,8±1,4 26,7±1,1
ДМОК/ 1 73,4±2,2 74,9±2,4 92,1±3,1 96,3±2,8
Д РаСО2, мл/мин/мм 2 66,5±1,4 73,1±2,5 88,6±2,9 92,4±2,7
рт. ст. 3 68,4±1,3 59,9±1,4 67,1±1,2 68,2±1,1
ДЧСС / 1 0,85±0,02 0,92±0,03 0,72±0,02 0,64±0,01
Д РаСО2, уд./мин/мм 2 0,88±0,03 1,02±0,02 0,81 ±0,03 0,66±0,02
рт. ст. 3 1,13±0,02 1,21±0,03 0,97±0,02 0,95±0,02
В, 1 33,7±0,5 34,6±0,8 36,8±0,7 37,5±0,8
мм рт. ст. 2 32,9±0,4 33,2±0,5 35,3±0,5 36,8±0,7
3 29,6±0,3 29,9±0,4 30,9±0,4 31,3±0,4
Примечание. 1 — пловцы; 2 — легкоатлеты; 3 — лица кон трольной группы.
Изменение легочной вентиляции у пловцов на действие СО2—Н+-стимула происходило преимуществен-
но за счет увеличения дыхательного объема, что свидетельствует о повышении функционирования кисло-родтранспортной системы организма. При этом у них выявлены более низкие значения ДМОД/ДДО. Относительно более низкий прирост легочной вентиляции на единицу увеличения дыхательного объема свидетельствует о сниженной чувствительности рефлекса Геринга — Брейера на действие СО2—Н+-стимула у спортсменов, и особенно у пловцов, в начале соревновательного периода.
Нами установлено, что более высокий прирост МОК на действие СО2—Н+-стимула наблюдается в летний период года. При этом прирост МОК в группе пловцов на протяжении года (кроме осени) достоверно выше, чем у легкоатлетов. Установлено, что наиболее выраженная чувствительность циркуляторной реакции на гиперкапнический стимул (ДЧСС/ДРАСО2) наблюдалась в группе контроля зимой. В группе пловцов отмечались более низкие значения этого показателя, чем в группе легкоатлетов (р < 0,05).
Анализ полученных данных показал, что между группами спортсменов не выявлены достоверные отличия (р > 0,05) по величине пороговой концентрации углекислоты в альвеолах, при которой происходит усиление вентиляторной реакции (параметр В). В контрольной группе отмечается достоверно более низкая РАСО2 в «точке апноэ» (р < 0,05). При этом в начале соревновательного периода происходит достоверное увеличение параметра В (р < 0,001), что свидетельствует о расширении зоны нечувствительности дыхательного центра (медулярных хеморецепторов) к действию СО2—Н+-стимула.
Таким образом, в условиях покоя при дыхании атмосферным воздухом и при действии прогрессирующей гиперкапнической стимуляции у всех обследуемых параметры кардиореспираторной системы подвержены влиянию сезонных ритмов, большинство максимумов которых приходится на зимнее время года. Полученные результаты показали, что в начале соревновательного периода, когда спортсмены демонстрировали наиболее высокий уровень подготовленности, происходит снижение вариативности большинства исследуемых показателей реактивности кардиореспи-раторной системы. Высшая степень тренированности спортсменов характеризуется прежде всего снижением общей производительности дыхательных реакций в ответ на гиперкапнический стимул, о чем свидетельствуют величины анализируемых нами показателей и характер изменения их взаимозависимости.
Список литературы
1. Агаджанян Н.А. Биоритмы, спорт, здоровье / Н. А. Агаджанян, Н. Н. Шабатура. — М.: ФиС, 1989. — 209 с.
2. Агаджанян Н.А. Хроноархитектоника биоритмов и среда обитания / Н.А. Агаджанян, Г. Д. Губин, Д. Г. Губин, И. В. Радыш. — М.; Тюмень: Изд-во ТГУ, 1998. — 168 с.
3. Агаджанян Н.А. Человек в условиях гипокапнии и гиперкапнии. — Астрахань; М.: Изд-во АГМА, 2001. — 340 с.
4. Березовский В.А. Индивидуальная реактивность системы дыхания человека и ее оценка / В. А. Березовский, Т. В. Серебровская // Физиологический журнал. — 1988.
— Т. 34, № 6. — С. 3—7.
5. Бреслав И. С. Регуляция дыхания / И. С. Бреслав,
B.Д. Глебовский. — Л.: Наука, 1981. — 280 с.
6. Ильин В. Р. Реакция кардиореспираторной системы у спортсменов на комбинированное воздействие гипоксии и гиперкапнии: Дис. ... канд. мед. наук / Ильин Владимир Робертович. — М., 1983. — 202 с.
7. Исаев Г. Г. Регуляция дыхания при мышечной работе / Г. Г. Исаев. — Л.: Наука, 1990. — 120 с.
8. Канаев Н. Н. Руководство по клинической физиологии дыхания / Н. Н. Канаев. — Л.: Медицина, 1980. —
C. 233—261.
9. Карпман В. Л. Динамика кровообращения у спортсменов / В. Л. Карпман, Б. Г. Любина. — М.: Физкультура и спорт, 1982. — 135 с.
10. Мищенко В. С. Функциональные возможности спортсменов / В. С. Мищенко. — Киев: Здоровья, 1990.
— 200 с.
11. Мищенко В. С. Функциональная подготовленность как интегральная характеристика предпосылок высокой работоспособности спортсменов: Методическое пособие / В. С. Мищенко, А. И. Павлик, В. Ф. Дяченко. — Киев: ГНИИФКиС, 1999. — 129 с.
12. Пушкарь Ю. Т. Определение сердечного выброса методом тетраполярной грудной реографии и его метрологические возможности / Ю. Т. Пушкарь, В. М. Большов, Н.А. Елизаров // Кардиология. — 1977. — Т. 17, № 7.
— С. 85—90.
13. Rebuck A. S. Measurement of ventilatory response to CO2 by rebreathing / A. S. Rebuck // Chest. — 1976. — Vol. 70, Suppl. — P. 118—121.
CHRONOPHYSIOLOGICAL REACTIVITY OF CARDIORESPIRATORY SYSTEM IN SPORTSMEN
N. А. Аgadzhanyan, *Yu. А. Polataiko, I. V. Radysh
Russian Peoples’ Friendship University, Moscow *Prykarpatsky University named after V. Stefanik, Ivano-Frankovsk, Ukraine
The article is dedicated to study of physiological reactivity of the cardioreapiratory system toward a hypercapnic stimulus in qualified sportsmen going in for cyclic kinds of sports in the process of the yearly training. It has been detected that in conditions of rest during breathing with atmospheric air and by active progressing hypercapnic stimulation in all the examined persons, the parameters of the cardiorespiratory system are exposed to influence of seasonal rhythms most of which maximum values are registered in winter. It has been established that the pronounced sensitivity of ventilation reaction to a hypercapnic stimulus was observed in spring, and of circulatory reaction — in winter.
Key words: chronophysiology, cardiorespiratory system, hypercapnic stimulus, adaptation, swimmers, track and field athletes.
