CC BY
31Е.Л. Ларионова, А.Д. Викулов
Некоторые особенности срочной адаптации организма спортсменов к стрессовой нагрузке
Введение
Известно, что сердечно-сосудистая система с ее многоуровневой регуляцией является наиболее тонким индикатором функционального состояния организма. При кратковременных умственных и физических напряжениях приспособление к меняющимся условиям жизнедеятельности происходит при участии вегетативной регуляции деятельности сердца. Из всех характеристик сердца, ответственных за осуществление этого процесса, основную роль играют характеристики ритма сердца и его сократительной функции [2], поэтому изучение этих характеристик в норме и под воздействием различных функциональных нагрузок позволяет сформировать представления о механизмах приспособительных реакций.
Исходя из этого, целью исследования явилось изучение некоторых особенностей срочной адаптации организма спортсмена к умственной нагрузке.
Методика
Были обследованы 37 практически здоровых лиц, спортсменов. Возраст 19,0 ± 1,8 года. Спортивная квалификация - от третьего разряда до мастера спорта.
Эксперимент состоял из двух этапов: I - регистрация показателей ЭКГ и сердечного ритма в покое (фоновая запись); II - запись этих показателей во время информационной нагрузки - при выполнении «арифметического" теста. Продолжительность каждого этапа составляла 5 минут.
Электрокардиография и кардиорит-мография выполнены с помощью аппаратно-программного комплекса "ВНС-Спектр" фирмы "НейроСофт" (Россия, г. Иваново).
ЭКГ проанализирована во втором стандартном отведении. Изучались все стандартные амплитудные и интервальные характеристики.
При исследовании вариабельности ритма сердца использованы следующие методики:
- временной анализ (показатели: ККтіп, ЯЯтах, КК^, ББ^, КМБББ, р^50%, СУ);
- спектральный анализ (показатели: ТР -общая мощность спектра, УЬБ - мощность очень низкочастотного спектра (метаболического частотного диапазона), ЬБ - мощность низкочастотного спектра (барорефлекторного частотного диапазона), НБ - мощность высокочастотного спектра (вагоинсулярного частотного диапазона);
- вариационная пульсометрия по Р.М. Баевскому (показатели: Мо - моды нормальных кардиоинтервалов, АМо - амплитуды моды, ВР - вариационного размаха, ИВР - индекса вегетативного равновесия, ПАПР - показателя адекватности процессов регуляции, ВПР -вегетативного показателя ритма, ИН -индекса напряжения).
При регистрации ЭКГ и РКГ обследуемый находился в положении лежа на спине. Согласно инструкции, предварительно устранены все помехи, приводящие к эмоциональному возбуждению, записи предшествовал пятиминутный адаптационный период к горизонтальному положению и окружающим условиям.
Информационная нагрузка создавалась последовательным вычитанием числа "7" из 500 (500 - 7 = 493; 493 - 7 = 486; 486 - 7 = 479 и т. д.). Арифметическое действие выполнялось "в уме". Полученный результат сообщался испытуемым по завершению тестирования. Сообщением
результата вызывалась заинтересованность в выполнении задания: известно, что одним из условий воспроизведения состояния психоэмоционального напряжения является наличие достаточной мотивации [5].
Для обработки данных использовали компьютерные программы статистической обработки "Excel" и ''Statistica 5.5”. Достоверность различий средних значений ритмограммы и электрокардиограммы, полученных в фоне и во время умственной нагрузки для всей совокупности исследуемых, определяли по непараметрическому критерию Wilcoxon. В случае сравнения групп использовали U-критерий Mann-Whitney. Для нахождения различий между типами I группы использовали непараметрический однофакторный анализ (Kruskal - Wallis ANOVA).
Результаты исследования и их обсуждение
Из всех зарегистрированных показателей ЭКГ наиболее ярко выраженные изменения оказались характерны для амплитуды зубцов "Р", "R" и "Т", а также для интервала "Q-T". Анализ динамики изменений указывает на то, что во время умственной нагрузки отмечалось снижение амплитуды зубцов "R" (фон -
1.24±0.45 мВ; нагрузка — 1,2±0,45 мВ; р<0,001), "Т" (фон — 0,41±0,16 мВ; нагрузка — 0,39±0,15 мВ; р<0,01), увеличение амплитуды зубцов "Р" (фон — 0,10±0,05 мВ; нагрузка — 0,11±0,05 мВ; р<0,05), уменьшение длительности интервала "Q-T" (фон — 393,86±25 мс; нагрузка — 383,27±24,67мс; р<0,001). Обычно комплекс таких изменений объясняется увеличением психоэмоционального напряжения и усилением симпатико-адреналовых влияний [17, 12]. Снижение вольтажа зубца "Т" считается наиболее надежным критерием психоэмоционального напряжения. Динамика этого параметра обладает большой чувствительностью и однонаправленностью изменений [17, 14]. Выявленные сдвиги в ЭКГ могут быть расценены как отражение физиологических
компонентов общеадаптационного синдрома повышения защитной активности организма и стимуляции функции миокарда [12].
Изучение показателей ритмограммы сердца показало, что нагрузка в виде решения арифметических задач вызывала увеличение частоты сердечных сокращений, а, следовательно, и увеличение количества кардиоциклов как по индивидуальным (34 человека из 36), так и по среднегрупповым значениям (р<0,001). Наши наблюдения совпадают с результатами ряда авторов об увеличении ЧСС при выполнения арифметических операций [25, 13, 16, 5]. Это согласуется и с наблюдениями ряда авторов о том, что длительность интервала '^-Т" (характеристика электрической систолы желудочков) изменяется в зависимости от ЧСС - при повышении частоты интервал '^-Т" сокращается, а при ее урежении — удлиняется [27], хотя некоторые исследователи отмечают ослабление вышеназванной взаимосвязи при внезапных и интенсивных изменениях длительности сердечного цикла [22, 27].
Анализируя остальные тестовые показатели, мы выделили две группы испытуемых (I и II). Деление на группы основывалось на выявлении двух типов реакций сердечного ритма с противоположным изменением ряда параметров. Испытуемые группы-1 (п=27) реагировали на нагрузку уменьшением вариативности и величины стандартного отклонения ЯЯ— интервалов (8БКЫ), ростом амплитуды значений моды ряда нормальных кардиоинтервалов (АМо), увеличением индекса вегетативного равновесия (ИВР) и индекса напряжения (ИН). Реакция второй группы (п=10) состояла в увеличении вариативности и величины стандартного отклонения ЯЯ—интервалов, снижении значений АМо, ИВР, ИН.
Подобные разнонаправленные реакции были получены ранее Н. Н. Даниловой и др. [7, 9].
Таблица 1
Динамика статистических показателей ВСР у спортсменов под влиянием арифметической пробы М±5
Показатель Группа I Группа II Фоновые
ВСР п - 27 п - 10 различия
Фон 500-7 Фон 500-7
ЧСС, 63,19+ 69,73+ 65,4+ 72,9+
уд/мин. 9,25 9,89** 9,14 11,59*
Число к/ц 311,85+ 344,65+ 323,8+ 360,6+
45,69 49,35** 46,58 57,788*
мс 76,31+ 60,92+ 42,3+ 54,1+1 Р=0,001
31,43 28,36** 15,17 5,16*
СУ% 7,77+ 6,86+ 4,49+ 6,35+ Р=0,001
2,96 2,83* 1,3 1,37*
АМо, % 25,09+ 28,22+ 35,7+ 23,09+ Р=0,01
7,08 7,49 18,69 5,59*
ИВР, у.е. 65,19+ 85,03+ 110,18+ 79,45+ Р=0,001
29,66 36,37** 30,06 22,91*
ИН,у.е. 35,56+ 50,67+ 60,65+ 48,23+ Р=0,005
19,81 22,24** 18,98 15,25*
* - различия статистически значимы при р<0,05; ** - при р<0,01.
По нашему мнению, две противоположные реакции на умственную нагрузку по показателям сердечного ритма можно связать с различным исходным уровнем вегетативного обеспечения. Это хорошо согласуется с выводами, полученными целым рядом авторов [19, 6, 11, 10, 15]. Несмотря на то, что по исходной ЧСС статистически значимых межгрупповых различий выявлено не было, другие компоненты вегетативного обеспечения имели значимые отличия. По-видимому, уровень ЧСС в группах поддерживался различными комбинациями активности звеньев системы управления гомеостазом [4]. Сравнивая остальные фоновые показатели ВСР I и II групп, можно отметить достоверно более низкие величины индекса напряжения (35,56+19,81 против 60,65+18,98; р=0,008), индекса вегетативного равновесия (65,19+29,66 против
110,18+30,06; р=0,001) и амплитуды моды (25,09+7,08 против 35,70+18,69; р=0,01) группы-1, а также повышенные по сравнению с группой II величины стандартного отклонения (ББКК 76,31±31,43 против 42,3+15,17; р=0,004) и коэффициента вариации (7,77+2,96 против 4,49+1,30; р=0,003) нормальных кардиоинтервалов.
Однако группы существенно различались по мощности спектральных характеристик. Группа-! по сравнению с груп-пой-П имела достоверно выраженное преобладание мощности всех колебательных компонентов ВСР и соответственно преобладание суммарной спектральной мощности, а также характеризовалась наиболее сбалансированным типом соотношений частотно - спектральных показателей кардиоритма.
Таблица 2
Спектральные характеристики у спортсменов в покое М+5
Показатель Группа 1 п=27 Группа 2 п=10 р<
ТР, мс"2 6387,39+4676,72 1600+746,03 0,005
УЬБ, мс"2 1741,52+1379,2 601,78+344,79 0,01
ЬБ, мс"2 1584,77+1335,24 496,11+273,83 0,02
НБ, мс"2 2930,96+2711 529+509,7 0,02
Более тонко дифференцировать состояние сердечного ритма позволяют частотные спектры ритмограммы [8].
Таблица 3
Динамика изменений спектральных составляющих ритма сердца под воздействием умственной нагрузки
М+5
Группа/тип TP, мс"2 VLF, мс"2 LF, мс"2 HF, мс"2
I А Фон 4206+ 1008,17+ 796+ 2401,67+
2376,59 474,95 388,47 1937,39
500-7 4871,5+ 1809,67+ 1278,17+ 1784+
3344,95* 846,67* 1157,62* 1744,01*
В Фон 4729,55+ 1967,81+ 851,18+ 1910,18+
3703,75 1629,91 554,44 1733,94
500-7 2521+ 896,27+ 614,54+ 1009,81+
1596,99* 683,4* 293,43* 892,34*
С Фон 8628,4+ 1859,2+ 3065,6+ 3704,2+
4094,04 1865,42 1415,98 1894,98
500-7 6440,6+ 3778,6+ 1032,6+ 1629,4+
4623,5 3933,27* 613,62* 1378,63*
II D Фон 1925,2+ 592,3+ 520,1+ 812,7+
1245,9 326,45 304,39 1017,73
500-7 3286,4+ 1611,0+ 955+ 720,49+
503,57* 650,34* 504,25* 823,43
* - р < 0,05
Анализ динамики спектральных характеристик кардиоритма под воздействием умственной нагрузки позволил выделить четыре профиля спектров (А, В, С, Б) в виде различных соотношений УЬБ, ЬБ, НБ, изменение которых следует рассматривать как функциональные сдвиги определенных физиологических параметров, соответствующих тому или иному частотному диапазону (метаболическому, барорефлекторному, вагоинсулярному)
[23].
Во всех случаях под влиянием умственной нагрузки отмечалось подавление дыхательной аритмии (снижение мощности НБ-волн).
У лиц, характеризующих тип Б и всю II группу (п=10), обеспечение умственной работы происходило за счет роста мощности метаболической (р=0,005), барорефлекторной (р=0,02) модуляции, а также общего повышения активности регуляторных механизмов (р=0,006). Мощ-
ность спектра дыхательных волн снижалась, но различия не достигали статистически достоверного уровня (р>0,05). Данный факт, по нашему мнению, следует рассматривать в свете теории Р.М. Баевского о двухконтурной системе управления ритмом сердца, включающей в себя высшие вегетативные центры, находящиеся под контролем корковых механизмов, координирующих все процессы управления в организме [3]. Согласно этой теории, при неоптимальном управлении необходима активация более высоких уровней регуляции. Это проявляется в компенсаторном усилении активности всего регуляторного механизма и появлении медленных волн с все более высоким периодом, в возрастании их мощности.
Н.А. Аладжалова [1] считает, что включение в работу «очень низкочастотного» компонента происходит при чрезмерных для организма раздражителях. Данное мнение автор подтверждает ре-
зультатами своих экспериментальных работ, где под воздействием постепенно усложняющихся математических заданий происходило увеличение мощности медленно волновых процессов.
Прирост 10-секундных колебаний (ЬБ-волны) во время нагрузки, как правило, связывается с нервно-эмоциональным напряжением и утомлением [2]. Подобный тип реакции сердечно-сосудистой системы на умственную нагрузку рассматривается как вариант стресс-ответа [20].
У лиц группы-2 выявлено три различных типа реакции сердечного ритма на арифметический счет: А (п = 6), В (п=15), С (п=6).
Профиль спектральных составляющих в ответ на функциональную нагрузку типа А был схож с типом Б, однако изменение мощности волн НБ было значительнее (р=0,02).
Реакция типа В выражалась в снижении пика 10-секундных колебаний (ЬБ; р=0,009), 3,5-секундных колебаний (НБ; р<0,008), а также в уменьшении мощности УЬБ (р=0,003). По мнению А.Н. Флейш-мана [20], редукция ЬБ-колебаний соответствует состоянию внутренней сосредоточенности, направленной на переработку имеющейся информации. Указывается, что успешная поисковая активность сопровождается накоплением норадренали-на в мозговой ткани. Данный механизм соответствует классическому взгляду, согласно которому конец адаптации к стрессу сопровождается уменьшением энергетических процессов в организме.
Снижение пика вагоинсулярных колебаний (НБ) при умственной нагрузке отмечал ряд исследователей: КакЬеек
[24], Станкус А.И. и др. [19], Коркушко
О.В. и др. [10]. №§ое8еи Я.М. еГ а1. [26] наблюдали редукцию дыхательной аритмии даже при модулированном дыхании, что, вероятно, также связывается с протеканием мыслительных процессов.
Достижение полезного результата в типе С происходило за счет усиления ак-
тивности подкорковых симпатических центров (УЬБ; р=0,04), уменьшения активности вазомоторного центра (ЬБ; р=0,04) и снижения тонуса парасимпатического отдела вегетативной нервной системы (НБ; р=0,04). Усиление УЬБ, в данном случае, следует, по нашему мнению, рассматривать как защитную адаптационную реакцию со стороны подкоркового сердечно-сосудистого центра, связанную с падением сосудистого и парасимпатического тонуса.
Появление различных типов реакций по спектральным показателям во второй группе можно, скорее всего, объяснить индивидуальными особенностями реагирования исследуемых, так как, по данным однофакторного анализа, достоверных отличий в фоновых показателях различных типов I группы не выявлено ни по одному из спектральных компонентов (р>0,05) [7,
9, 16, 21, 18].
Таким образом, лица, характеризующиеся низкой энергетикой спектральных показателей, а также сниженной вариабельностью ЯЯ- интервалов и повышенным индексом напряжения в фоне, отвечают на умственную нагрузку гипе-радаптивной реакцией и утомлением; напротив, исследуемые, обладающие достаточным запасом функциональных резервов, низким индексом напряжения, высокими значениями СУ и БОМК в покое, адекватно реагируют на нагрузку.
Выводы
1. Срочная адаптация спортсменов к четко дозированной умственной нагрузке характеризовалась двумя основными типами реакций сердечного ритма с противоположными изменениями его параметров. Один тип реакции выражался в виде снижения вариабельности ритма сердца, уменьшения стандартного отклонения нормальных кардиоинтервалов, увеличения показателей АМо, ИВР, ИН. Реакция второго типа заключалась в росте стандартного отклонения нормальных кардиоинтервалов, умень-
шении АМо, ИВР, ИН. лена исходным вегетативным тонусом.
2. Разнонаправленность реакций обуслов-
Библиографический список
1. Аладжалова Н.А. Психофизиологические аспекты сверхмедленной ритмической активности головного мозга. М.: Наука, 1979. 216 с.
2. Анализ сердечного ритма /Под ред. Д. Жемайтите, Л. Телькнис. Вильнюс: Моклас, 1982. 130 с.
3. Баевский Р.М. Кибернетический анализ процессов управления сердечным ритмом // Актуальные проблемы физиологии и патологии кровообращения. М.: Медицина, 1976. С. 161-175.
4. Баевский Р.М., Максимов А.Л., Берсенева А.П. Основы экологической валеологии человека. Магадан: СВНЦ ДВО РАН, 2001. 267 с.
5. Боднар Э.Л., Зараковский Г.М., Гайнова Л. Д. Мотивация как фактор формирования функционального состояния напряженности оператора //Физиология человека. 1999. Т. 25. N 3. C. 71-78.
6. Вейн А. М., Каменецкая Б.И., Хаспекова Н.Б. и др. Ритм сердца при кардиоваскулярных нарушениях невротического генеза // Кардиология. 1987. № 9. С. 85-89.
7. Данилова Н.Н., Коршунов С.Г., Соколов Е.Н. Показатели сердечного ритма при решении человеком арифметических задач // ЖВНД. Т. 44. 1994. Вып. 6. № 4-5. С. 932-943.
8. Данилова Н.Н. Психофизиологическая диагностика функциональных состояний. М.: МГУ, 1992. 192 с.
9. Данилова Н.Н., Астафьев С.В. Изменение вариабельности сердечного ритма при информационной нагрузке // ЖВНД. 1999. № 1. С. 28-37.
10. Коркушко О.В., Шатило В.Б., Шатило Т.В. и др. Анализ вегетативной регуляции сердечного ритма на различных этапах индивидуального развития человека // Физиология человека. 1991. Т. 17. № 2. С. 31-39.
11. Кутерман Э.М., Хаспекова Н.Б. Закономерности взаимосвязанных изменений амплитуды и частоты колебательных составляющих ритма сердца // Физиология человека. 1989. Т. 15. № 5. С. 48-54.
12. Лещинская Я.С. Изменение ЭКГ в условиях эмоционального напряжения // Кардиология. 1974. № 6. С. 82-88.
13. Лэйси Дж.А., Лэйси Б. К. Специфическая роль частоты сердцебиений в сенсомоторной интеграции // Нейрофизиологические механизмы поведения. М.: Наука, 1982. С. 434—453.
14. Петрова Т.С., Проничев И.В., Гречишникова Е.Н. Реакция центральной нервной системы на невербальное психотерапевтическое воздействие: вегетативное звено регуляции //Физиология человека. 2003. Т. 29. № 1. С. 77-80.
15. Поборский А.Н., Коваленко Л.В., Сафонов В. А. Вегетативная регуляция и умственная работоспособность у детей в процессе обучения в неблагоприятных климатических условиях среднего Приобья //Физиология человека. 2000. Т. 26. № 5. С 128-133.
16. Романов В.В., Левинский Н.И., Чернова И.Н. К вопросу о специфичности реакций сердечного ритма на некоторые виды умственной нагрузки //Физиология человека. 1984. Т. 10. № 4. С. 563-568.
17. Сидоренко Г. И. Психофизиологические аспекты кардиологических исследований. Минск: Беларусь, 1983. 142 с.
18. Склярук Н.А. Сравнительное исследование влияния разнородных функциональных нагрузок на ритм сердечной деятельности в зависимости от личностных особенностей испытуемых: Автореф. дис. ...канд. биол. н. Курск, 1995.
19. Станкус А И., Соколов Е.Н. Вариабельность сердечного ритма при информационных нагрузках //Физиология человека. 1984. Т. 10. № 5. С.852—858.
20. Флейшман А.Н. Медленные колебания гемодинамики. Теория, практическое применение в клинической медицине и профилактике. Новосибирск: Наука, 1999. 264 с.
21. Щербатых Ю.В. Связь черт личности студентов — медиков с активностью вегетативной нервной системы //Психологический журнал. 2002. Т. 23. № 1. С. 118—122.
22. Abildskov J.A. Neural mechanisms in the ventricular regulation // Eur. Heart J. 1985. B (suppl. D): 31.
23. Akselrod S.,Gordon D., Madwed J.B. et al. Hemodynamik regulation: investigation by spectral analysis // Am. J. Physiol. 1985. Vol. 249. P. H867 — H875.
24. Kalsbeek J.W. Mentale belasting. Assen: Van Gercum and Co. N.-Y., 1967. 135 р.
25. Mulder G., Mulder L.J.M. Coping with load // Coping and health / Eds S. Levine, H. Ursin. N.Y.: Plenum Press, 1980. P. 233-236.
26. Negoescu R.M., Csiki I.E., Pafnote M. et. al. Cortial control of sinus arrhythmia in man studied bu spectral analysis // Integr. Physiol. Behav. Sci., 1993., Jul-Sep.; 28 (3): 226-238.
27. Solti F., Szatmary L., Vecse T., et. al., Действие симпатической и парасимпатической активности на длительность интервала QT. // Cor et Uasa, Ed. ross. 31(1): 10-17, 1989.
Н.А. Набиева
Модификация генетических и метаболических последствий водного стресса у растений пшеницы
Изучена стабилизирующая роль альфа-токоферола в регуляции генетических и метаболических последствий водного стресса в динамике зеленения растений пшеницы
Устойчивость как одно из проявлений надежности организма означает выживаемость биологического объекта и вероятность эффективного его функционирования в изменяющихся условиях среды и во времени [3]. Ее напряженность, которая порой отклоняется от нормы, достигая стрессовых уровней, детерминируется интенсивностью воздействия нерегулируемых и регулируемых факторов физической, химической и биологической природы. Все возрастающее поступление их в экосферу от техногенных и естественных источников, а также кумуляция в ней в значительных количествах делают их постоянными и долгосрочными компонентами среды обитания. Особую тревогу вызывает тот факт, что наряду с прочими, проявляющимися на различных уровнях структурно-функциональной организации живых систем негативными последствиями, упомянутые факторы экстремальности обладают генотоксичными свойствами. В результате возникают повреждения, приводящие к изменению генетически детерминированного адаптивного потенциала [11, 14, 8] и, как следствие, к нарушению биологического равновесия в экосистемах, частичному или полному разрушению биоценозов, сопровождающихся сокращением генетической информации и уменьшением разнообразия [12, 10, 2]. В этой связи решающее значение в практической реализации задач растениеводства принадлежит прежде всего увеличению
общей и специфической адаптивной устойчивости растений. В рассматриваемом аспекте особого внимания заслуживают исследования, направленные на познание механизмов генотоксичности изменяющихся условий существования биологических видов во взаимосвязи с их влиянием на определяющие мутабильность клеток процессы клеточного метаболизма, а также на выявление на этом фоне особенностей управления генетической устойчивости организма [5, 7, 13]. Несмотря на достигнутые в последние годы успехи в этом направлении исследований, на сегодняшний день еше недостаточно ясен вопрос взаимодействия и взаимосвязи эволюци-онно сформированных адаптивных механизмов с повышением генетической устойчивости растительных организмов к воздействию экстремальных факторов — в том числе водного стресса на уровне совокупности процессов, направленных на поддержание целостности генома. Требует дальнейшего изучения и характер влияния на эти процессы зависимых от воздействия факторов внутренней и внешней среды особенностей резервирования эндогенных метаболитов, а также регуляторная роль экзогенных корректоров мутагенеза. Исследование именно этих вопросов являлось основной целью настоящей работы, в которой в качестве регулятора устойчивости апробирован биоантиоксидант-альфа-токоферол, обладающий плейотропным высокоэффектив-
