CC BY
17
JOURNAL OF NEW MEDICAL TECHNOLOGIES - 2016 - V. 23, № 3 - P. 91-96
УДК: 612.821 DOI:10.12737/21753
МОДУЛИРУЮЩИЕ ВЛИЯНИЯ ГИПОВЕНТИЛЯЦИОННОГО ДЫХАНИЯ ЧЕЛОВЕКА НА
РЕАБИЛИТИРУЮЩИЕ ЭФФЕКТЫ РИТМИЧЕСКИХ ТЕПЛОВЫХ ВОЗДЕЙСТВИЙ ПОСЛЕ
ИНТЕНСИВНОЙ ФИЗИЧЕСКОЙ РАБОТЫ
С.Я. КЛАССИНА
ФГБУ НИИ нормальной физиологии им. П.К. Анохина, ул. Моховая, 11, строение 4, Москва, 125009, Россия
Аннотация. Статья посвящена изучению модулирующих влияний гиповентиляционного дыхания человека на реабилитирующие эффекты ритмических тепловых воздействий после интенсивной физической работы.
В обследовании приняли участие 13 практически здоровых юношей в возрасте 18-22 года, регулярно занимающихся физической культурой. Каждый испытуемый дважды принимал участие в обследовании, где ему было предложено выполнить нагрузочное тестирование на велоэргометре до отказа с последующей реабилитацией его функционального состояния. Между 1-ым и 2-ым обследованием в течение 30 дней испытуемый обучался практике гиповентиляционного дыхания, которая была направлена на формирование уреженного дыхания.
Для нагрузочного тестирования был использован велоэргометр «Sports Art 5005», а само тестирование проводилось под контролем электрокардиографии и пневмографии. Длительность нагрузочного тестирования определялась отказом испытуемого от продолжения физической работы, после чего в течение 5 мин проводилась реабилитация функционального состояния испытуемого на основе использования ритмических тепловых стимулов. В фоне, при разминке (60 Вт), нагрузке (120 Вт до отказа) и в процессе реабилитации на основе анализа ЭКГ и пневмограммы оценивали частоту сердечных сокращений и частоту дыхания. Расчетным путем оценивали вегетативный индекс Кердо, ударный объем крови, минутный объем кровообращения. В фоне и после реабилитации у испытуемых измеряли артериальное давление и легочные объемы - жизненную емкость легких, форсированную жизненную емкость легких, объем форсированного выдоха за 1-ю секунду. Испытуемый выполнял задержку дыхания на вдохе с последующим измерением времени этой задержки.
Показано, что по сравнению с ритмическими тепловыми воздействиями, оказывающими расслабляющее действие на организм человека, те же ритмические тепловые воздействия, проводимые на фоне гиповентиляционного дыхания, способствуют «экономизации» дыхания, повышают уровень симпатических влияний на сердце, активируют кровообращение, улучшая утилизацию кислорода тканями, и, в конечном итоге, способствуют двукратному повышению физической работоспособности у обследуемых. Полагаем, что гиповентиляционное дыхание оказывает модулирующее влияние на реабилитирующие эффекты ритмических тепловых воздействий, ослабляя рост парасимпатических влияний на сердце человека.
Ключевые слова: отказ от интенсивной физической нагрузки, реабилитация, ритмические тепловые воздействия, вегетативная нервная система, гиповентиляционное дыхание.
MODULATING INFLUENCES OF HUMAN HYPOVENTILATION RESPIRATORY ON REHABILITATIVE EFFECTS OF RHYTHMIC THERMAL STIMULUSES AFTER INTENSE
PHYSICAL WORK
S.Ya. KLASSINA
P.K. Anokhin Institute of Normal Physiology, Str. Moss, 11, building 4, Moscow, 125009, Russia
Abstract. The article is devoted to studying the modulating influences of human hypoventilation respiratory on rehabilitative effects of rhythmic thermal stimuluses after intense physical work.
JOURNAL OF NEW MEDICAL TECHNOLOGIES - 2016 - V. 23, № 3 - P. 91-96
The survey was attended by 13 healthy young men aged 18-22 years, regularly engaged in physical training. Each subject participated twice in the survey, where he was asked to perform a physical load on a bicycle ergometer to failure, and after that, his functional state was rehabilitated. Between the first and second examination within 30 days each subject must be learn the practice of respiratory hypoventilation , which was aimed at forming of low respiratory frequency.
"Sports Art 5005" ergometer was used for load testing, and the testing itself was conducted under the supervision of electrocardiography and pneumography. Duration of load testing determined of a moment of subject's refusal to continue the physical load, and then out for 5 minutes the rehabilitation of functional state, based on the use of rhythmic thermal stimuli, was carried. A heart rate and a respiratory rate were evaluated on the basis of ECG and pneumogram analysis in the background, when the warm-up (60 W), load (120 W to failure) and in the rehabilitation process. The heart rate, Kerdo index, stroke volume, cardiac output blood flows were calculated. Blood pressure of subjects and their lung volumes (vital capacity, forced vital capacity, forced expiratory volume in 1 second) were measured in the background and after the rehabilitation. Subjects performed the delay of breath at inspiration, and then this delay was measured.
It is shown, that compared with rhythmic thermal stimuluses, having a relaxing effect on the human body, the same rhythmic heat exposure conducted with hypoventilation respiratory, promote "economiza-tion" of breath, increase the level of sympathetic effects on the heart, activate blood circulation, improving the utilization of oxygen tissues and, ultimately, contribute to the doubling of subject's physical performance. The authors believe, that hypoventilation respiratory renders a modulatory influences on rehabilitative effects of rhythmic thermal stimuluses, weakening the growth of parasympathetic influences on the human heart.
Key words: refusing of intense physical load, recovery, rhythmic thermal stimuluses, autonomic nervous system, hypoventilation respiratory.
В условиях спортивной деятельности проблема диагностики и реабилитации функционального состояния человека приобретает особое значение, поскольку в этом случае «физиологическая цена» достижения результата бывает настолько высока, что отсутствие последующих реабилитационно-восстановительных мероприятий может привести к нарушению физиологических функций. Выбор реабилитационного воздействия всегда определяется характером возникших в организме нарушений, однако предпочтение следует отдавать нелекарственным воздействиям, поскольку только они могут быть отнесены к арсеналу недопинговых средств. Показано, что для нормализации вегетативного баланса разумно использовать ритмические тепловые воздействия (РТВ), способствующие ослаблению уровня симпатических влияний у испытуемого. При этом испытуемый успокаивается, у него улучшается самочувствие и снижается уровень тревожности, однако его функциональная активность при этом снижается [1,4,8].
Реабилитация спортсменов после интенсивной физической нагрузки требует не только восстановления вегетативного баланса, но и сохранения их физической работоспособности. Учитывая, что интенсивная физическая нагруз-
ка спортсмена сопровождается ростом гипоксии, необходимо предусмотреть средства, стимулирующие гипоксическую устойчивость спортсмена. Одним из средств, стимулирующие гипокси-ческую устойчивость, является формирование у спортсмена гиповентиляционного дыхания, способного изменить его газовый гомеостазис. Показано, что произвольное воздействие на внешнее звено саморегуляции дыхания человека оказывает выраженное влияние на газовый состав альвеолярного воздуха и артериальной крови, меняет показатели рН, рСОг, рОг, а длительное обучение дыханию с измененным паттерном способно сформировать новый динамический стереотип дыхания, где показатели газового гомеостазиса приобретают новые свойства [7]. Нетрудно понять, что гиповентиляционное дыхание спортсмена может повлиять на эффективность выбранного реабилитационного воздействия. Такого рода влияния можно отнести к разряду модулирующих влияний [5], использование которых может быть весьма перспективным в плане построения комплексных реабилитационных воздействий.
Цель исследования - изучение модулирующего влияния гиповентиляционного дыхания человека на реабилитирующие эффекты РТВ после интенсивной физической работы.
JOURNAL OF NEW MEDICAL TECHNOLOGIES - 2016 - V. 23, № 3 - P. 91-96
Материалы и методы исследования. В
обследовании приняли участие 13 практически здоровых юношей в возрасте 18-22 года, регулярно занимающихся физической культурой. Каждый испытуемый дважды принимал участие в обследовании, где ему было предложено выполнить нагрузочное тестирование на вело-эргометре до отказа с последующей реабилитацией его функционального состояния. Между 1-ым и 2-ым обследованием в течение 30 дней испытуемый обучался гиповентиляционному дыханию (ГВД), в основе формирования которого лежали дыхательные тренинги, направленные на формирование уреженного дыхания [7]. Программа обследования соответствовала стандартам и была одобрена Комиссией по биомедицинской этике НИИ нормальной физиологии им. П.К. Анохина.
В процессе обследования испытуемые пребывали в следующих функциональных состояниях:
- «фон» (2,5 мин), когда испытуемый находился в седле велоэргометра, не вращая педали;
- «разминка-60 Вт» (2 мин) на фоне постоянной скорости вращения педалей - 7 км/час;
- «нагрузочное тестирование до отказа при мощности нагрузки 120 Вт» производили на фоне постоянной скорости вращения педалей -7 км/час. Длительность нагрузочного тестирования определялась отказом испытуемого от продолжения физической работы (Т-отказ, с);
- «реабилитация функционального состояния на основе использования ритмических тепловых стимулов (РТВ)» (РТВ, 5 мин); Ритмические тепловые стимулы подавали с прибора «Вита-Терм» («Нейрософт», Иваново), тепловой элемент (термод) которого был укреплен в области носогубного треугольника испытуемого. Температура теплового стимула выставлялась равной 30 град. С [4].
Для нагрузочного тестирования был использован велоэргометр «Sports Art 5005», а само тестирование проводилось под контролем ЭКГ-графии и пневмографии (компьютерный электрокардиограф «Поли-Спектр-8» - «Нейрософт», Иваново). Для регистрации реальной скорости вращения педалей (V, км/час) был использован прибор «SIGMA - bc-509» (Germany), датчик которого крепился к педали велоэргометра.
ЭКГ у испытуемого регистрировали в I стандартном отведении и отведении «V5». В фоне, при разминке, нагрузке и в процессе реа-
билитации на основе анализа ЭКГ и пневмо-граммы оценивали частоту сердечных сокращений (ЧСС) уд/мин и частоту дыхания (ЧД) 1/мин. Расчетным путем оценивали вегетативный индекс Кердо (ВИК%), ударный объем крови (УОК), мл, минутный объем кровообращения (МОК), л/мин [3]. Измеряли временную длительность физической работы до отказа на ступени 120 Вт (Т-отказ, с). Регистрация показателей ЭКГ и пневмограммы производилась на каждой из ступеней нагрузки и на этапе реабилитации в последние 30 с [9,10].
В фоне и после реабилитации с использованием РТВ у испытуемых измеряли АД (мм рт. ст) по методу Короткова и легочные объемы -жизненную емкость легких (ЖЕЛ, л), форсированную жизненную емкость легких (ФЖЕЛ), л, объем форсированного выдоха за 1-ю секунду (ОФВ1), л с использованием портативного спирометра «SP-1». Испытуемый выполнял пробу Штанге (задержка дыхания на вдохе) с последующим измерением времени этой задержки (t, c).
Статистическая обработка полученного материала проводилась с использованием пакета программ «Statistica-6.0». Достоверность различия одноименных показателей осуществлялась на основе непараметрического критерия Вил-коксона. Критический уровень значимости при проверке статистических гипотез в данном исследовании принимали равным 0,05.
Результаты и их обсуждение. Реабилитация - это восстановление функционального состояния человека до исходного (фонового) уровня под действием внешнего стимула. При этом эффективность реабилитации будет тем выше, чем меньше отличаются физиологические показатели человека после реабилитации от исходного (фонового) уровня. В качестве средства нелекарственной реабилитации испытуемых, выполняющих интенсивную физическую работу до отказа, мы использовали 2 воздействия: РТВ (1-ое обследование) и РТВ на фоне гиповентиляционного дыхания (2-ое обследование). Полагаем, что РТВ, проводимое на фоне гиповентиляционного дыхания, как средство реабилитации по своей эффективности отличается от РТВ, а, следовательно, при одной и той же схеме 1-ого и 2-го обследования, реабилитационные эффекты должны быть различны. Проведем сравнительный анализ вегетативных показателей после реабилитации с помощью РТВ и
10ШМАЬ ОБ ШШ МБЭТСАЬ ТЕСИМОШСШБ - 2016 - V. 23, № 3 - Р. 91-96
РТВ на фоне гиповентиляционного дыхания.
Известно, что ЧСС, артериальное давление, показатели гемодинамики и функции внешнего дыхания являются надежными индикаторами степени интенсивности физической нагрузки. На рисунке представлена динамика ЧСС в 1-ом и 2-ом обследовании.
Рис. 1. Средние значения ЧСС в исходном состоянии («фон»), на этапе разминка («р»), на этапе нагрузка («н») и после реабилитация («реаб») до (1 обследование, пунктирная линия) и после (2 обследование, сплошная линия) обучения ГВД.
Обозначения: * - р<0,05
Из рис. 1 видно, что если реабилитация с использованием РТВ (пунктирная линия) практически полностью ослабляет симпатические влияния, т.е. ЧСС возвращается к исходному состоянию, то РТВ, проводимая на фоне ГВД (сплошная линия), лишь частично их ослабляет, поскольку ГВД само по себе является фактором усиления симпатических влияний [2].
Реабилитационные воздействия практически не изменили аретриального давления. Так, если до обучения ГВД, реабилитация с использованием РТВ обусловила тенденцию к снижению систолического артериального давления с 125±3,3 до 121,9±2,8 мм рт.ст., то реабилитация на фоне ГВД обусловила такую же динамику систолического артериального давления, а именно снижение с 119,5±4,0 до 117,8±4,8 мм рт.ст. Диастолическое артериальное давление при реабилитации с использованием РТВ, наоборот, имело слабую тенденцию к росту: с 69,3±2,3 до 72,3±2,1 мм рт.ст. до обучения ГВД, и с 70,5±2,5 до 73,5±2,8 мм рт. ст. после обучения ГВД.
Реабилитация на основе РТВ и РТВ, проводимой на фоне ГВД, выявила прямо противоположные эффекты воздействия на состояние вегетативного баланса.
Из рис. 2 видно, что если в 1-ом обследовании при реабилитации на основе РТВ показатель ВИК имел тенденцию к снижению, то во 2-
ом обследовании, наоборот, после реабилитации на основе РТВ и проводимой на фоне ГВД, показатель ВИК имел тенденцию к росту. Отсюда следует, что РТВ как средство реабилитации функционального состояния человека способствует ослаблению у него симпатических влияний, а та же реабилитация, но проводимая на фоне ГВД, наоборот, сопровождается тенденцией к усилению симпатических влияний.
Рис. 2. Средние значения вегетативного индекса Кердо (ВИК, %) в фоне и после реабилитации с использованием РТВ до (1) и после (2) обучения ГВД
Рис. 3. Средние значения ударного объема крови (УОК, мл) в фоне и после реабилитации с использованием РТВ до (1) и после (2) обучения ГВД. Обозначения: ** - р<0,05 между «фон-1» и «фон-2».
Рис. 4. Средние значения минутного объема кровообращения (МОК, л/мин) в фоне и после реабилитации с использованием РТВ до (1) и после (2) обучения ГВД. Обозначения: ** - р<0,05 между «фон-1» и «фон-2», *** - р<0,05 между «реаб-1» и «реаб-2»
10ШМАЬ ОБ ШШ МБЭТСАЬ ТЕСИМОШСШБ - 2016 - V. 23, № 3 - Р. 91-96
Гиповентиляционное дыхание оказало влияние на показатели кровообращения испытуемых при реабилитации с использованием РТВ. На рис. 3 и 4 представлены средние значения УОК и МОК в 1-ом и 2-ом обследовании.
Рис. 5 . Средние значения жизненной емкости легких (ЖЕЛ, л) в фоне и после реабилитации с использованием РТВ до (1) и после (2) обучения ГВД.
чд, 1/мин
25
й 1 &
Щ
№ щ ***
т щ т т
1 1й Ш 1
фон-1 реаб-1
фон-2 ре а 62
Рис. 6. Средние значения частоты дыхания (ЧД, 1/мин) в фоне и после реабилитации с использованием РТВ до (1) и после (2) обучения ГВД. Обозначения: *** - р<0,05 между « реаб-1» и «реаб-2»
Рис. 7. Средние значения минутного объема дыхания (МОД, л /мин) в фоне и после реабилитации с использованием РТВ до (1) и после (2) обучения ГВД. Обозначения: * - р<0,05 между фоном и реабилитацией в обследовании, *** - р<0,05 между «реаб-1» и «реаб-2»
Видно, что после обучения ГВД у испытуемых на фоне усиления симпатических влияний значимо повышаются фоновые уровни УОК (р<0,05) и МОК (р<0,05). После реабилитации УОК имел тенденцию к снижению. Причиной
снижения УОК при интенсивной физической нагрузке до отказа, вероятно, является повышение температуры тела испытуемого и последующее перераспределение кровотока: усиление кожного кровотока и снижение общего кровотока и кровотока в работающих мышцах. В результате после физической работы до отказа систолический выброс снижается. Однако, если в 1-ом обследовании при реабилитации на основе РТВ показатель МОК практически не изменился, то при РТВ на фоне гиповентиля-ционного дыхания МОК значимо увеличился (р<0,05), что свидетельствует в пользу повышения утилизации О2 тканями [3]. Таким образом, ритмические тепловые воздействия, проводимые на фоне гиповентиляционного дыхания, повышают минутный объем кровообращения и способствуют улучшению утилизации кислорода тканями.
В основе обучения ГВД лежали дыхательные тренинги, направленные на формирование у испытуемого уреженного дыхания. На рис. 5-7 представлены средние значения ЖЗЛ, ХЬ и МОД в фоне и после реабилитации.
Из рис. 5-7 видно, что если после реабилитации РТВ (1-ое обследование) показатели ЖЕЛ, ЧД и МОД практически не менялись, то после реабилитации с РТВ на фоне ГВД (2-ое обследование) величина ЖЕЛ имела тенденцию к росту, а показатели ЧД и МОД значимо снижались (р<0,05). Полагаем, что обучение ГВД модифицирует механизм дыхания, поскольку снижает чувствительность хеморецепторов ДЦ и рефлексогенных зон периферических сосудов (дуга аорты, каротидный синус) к высокому уровню СО2. Такого рода тренировка дыхания повышает устойчивость к гипоксии, снижает ЧД и МОД, делая дыхание более «экономичным».
В пользу эффективности использования ГВД при физической нагрузке свидетельствует сравнительный анализ времени физической работы до отказа. Выявлено, что после обучения ГВД отмечено достоверное повышение времени физической работы на велоэргометре до отказа с 566,5+163,0 до 1196,8± 346,0 с (р<0,05), что позволяет говорить о двукратном повышении физической работоспособности испытуемых. Полагаем, что это обусловлено тем, что 2-ое обследование проводилось на фоне ГВД, когда в периферической крови испытуемых повышался уровень СО2, способствующий снижению сродства гемоглобина к кислороду. «Освободившийся» ки-
JOURNAL OF NEW MEDICAL TECHNOLOGIES - 2016 - V. 23, № 3 - P. 91-96
слород поступал в общий кровоток и в кровь тканевых капилляров, достигая отдельных мышц и диффундируя в их мышечные клетки [6]. В результате такого рода кислородообеспече-ния мышц физическая работоспособность испытуемых повышалась.
Заключение. По сравнению с ритмическими тепловыми воздействиями, оказывающими расслабляющее действие на организм человека, те же ритмические тепловые воздействия, проводимые на фоне гиповентиляцион-ного дыхания, способствуют «экономизации»
Литература
1. Глазачев О.С., Классина С.Я., Бобылева О.В., Клас-ня А. Эффекты полимодальных ритмических сенсорных воздействий на состояние ЦНС и вегетативные функции человека // Физиология человека. 2010. Т. 36, N2. С. 59-66.
2. Граевская Н.Д. Влияние спорта на сердечнососудистую систему. М., 1975. 279 с.
3. Карпман В.Л., Любина Б.Г. Динамика кровообращения у спортсменов. М.: Физическая культура и спорт, 1982. 135 с.
4. Классина С.Я. Комплекс реабилитационных воздействий для компенсации последствий психоэмоционального напряжения // Физиология человека. 2007. Т.33, N5. С. 54.
5. Савин Е.И., Исаева Н.М., Субботина Т.И., Хадар-цев А.А., Яшин А.А. Воздействие модулирующих факторов на формирование равновесных состояний в условиях необратимого патологического процесса (экспериментальное исследование): монография. Тула: Изд-во ТулГУ, 2012. 168 с.
6. Спортивная физиология: Учеб. для ин-тов физ. культ. / Под ред. Я.М. Коца. М.: Физкультура и спорт, 1986. 240 с.
7. Фудин Н.А. Газовый гомеостазис (произвольное формирование нового стереотипа дыхания). Тула: «Тульский полиграфист», 2004. 216 с.
8. Фудин Н.А., Классина С.Я., Вагин Ю.Е. Ритмические тепловые воздействия как нелекарственное средство реабилитации функционального состояния спортсменов после интенсивной физической нагрузки // Теория и практика физической культуры. 2014. № 9. С. 94-97.
9. Фудин Н.А., Классина С.Я., Пигарева С.Н. Взаимосвязь показателей мышечной и сердечно-сосудистой систем при возрастаюшей физической нагрузке у лиц, занимающихся физической культурой и спортом // Физиология человека. 2015. Т. 41, N4. С. 82-90.
10. Фудин Н.А., Классина С.Я., Пигарева С.Н., Вагин Ю.Е. Анализ показателей электрокардиограммы и электромиограммы в момент прекращения выполнения интенсивной физической работы у лиц, занимающихся физической культурой // Спортивная медицина: наука и практика. 2015. N3. С. 31-37.
дыхания, повышают уровень симпатических влияний на сердце, активируют кровообращение, улучшая утилизацию кислорода тканями, и, в конечном итоге, способствуют двукратному повышению физической работоспособности у обследуемых. Полагаем, что гиповентиляцион-ное дыхание оказывает модулирующее влияние на реабилитирующие эффекты ритмических тепловых воздействий, ослабляя рост парасимпатических влияний на сердце человека.
References
Glazachev OS, Klassina SYa, Bobyleva OV, Klasnya A. Effects polymodal rhythmic sensory influences on the state of the central nervous system and the autonomic functions of the person. Fiziologiya cheloveka. 2010;36(2):59-66. Russian.
Graevskaya ND. The impact of sport on the cardiovascular system. Moscow; 1975. Russian. Karpman VL, Lyubina BG. Dinamika krovoobrashche-niya u sportsmenov [Circulatory dynamics in athletes]. Moscow: Fizicheskaya kul'tura i sport; 1982. Russian. Klassina SYa. The complex of rehabilitation actions to compensate for the effects of emotional stress. Fiziolo-giya cheloveka. 2007;33(5):54. Russian.
Savin EI, Isaeva NM, Subbotina TI, Khadartsev AA, Yashin AA. The impact of modulating factors on the equilibrium states in terms of irreversible pathological process (experimental study): monografiya. Tula: Izd-vo TulGU; 2012. Russian.
Sportivnaya fiziologiya: Ucheb. dlya in-tov fiz. kul't. / Pod red. Ya.M. Kotsa. Moscow: Fizkul'tura i sport; 1986. Russian.
Fudin NA. Gas homeostasis (arbitrary formation of a new stereotype of breathing). Tula: «Tul'skiy poligraf-ist»; 2004. Russian.
Fudin NA, Klassina SYa, Vagin YuE. Rhythmic thermal effects as a non-drug means of rehabilitation of the functional state of athletes after intense exercise. Teoriya i praktika fizicheskoy kul'tury. 2014;9:94-7. Russian.
Fudin NA, Klassina SYa, Pigareva SN. Correlation of muscular and cardiovascular systems in vozrastayu-shey exertion by persons engaged in physical culture and sports. Fiziologiya cheloveka. 2015;41(4):82-90. Russian.
Fudin NA, Klassina SYa, Pigareva SN, Vagin YuE. Analysis of electrocardiogram and electromyogram at the time of the termination of the intensive physical work by persons engaged in physical culture. Sportivnaya meditsina: nauka i praktika. 2015;3:31-7. Russian.
