CC BY
43
Журнал фундаментальной медицины и биологии оригинальные статьи
УДК 636.02+612.017+623.98+681.518
Г.Г. Матишов1,3, В.Б. Войнов2,3, А.Л. Михайлюк3, Ю.С. Полищук4
РЕАКТИВНОСТЬ ЭКГ-ПАРАМЕТРОВ ВОДОЛАЗОВ РАЗНОЙ КВАЛИФИКАЦИИ ПРИ ВЫПОЛНЕНИИ МОДЕЛЬНЫХ
НАГРУЗОК ПОД ВОДОЙ
'Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Южный научный центр РАН, Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт аридных зон
Южного научного центра РАН, Россия, 344006, г. Ростов-на-Дону, пр. Чехова, 4', 3Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Мурманский морской
биологический институт КНЦ РАН, Россия,'830'0, Мурманск, ул. Владимирская, д. '7, 4Войсковая часть 40145
В статье раскрываются индивидуальные эффекты тренированности кардиореспираторной системы у подводных пловцов с легким водолазным снаряжением, обусловленные регулярными нагрузками, связанными с выполнением физической работы под водой. Кроме того, описываются особенности индивидуального реагирования человека на подводный контакт с прирученным тюленем. Раскрыты основные характеристики «рабочего режима» кардиореспираторной системы, обеспечивающего продолжительное функционирование водолаза-профессионала. В первую очередь, речь идет о ригидной тахикардии, текущий мониторинг которой должен лежать в основе контроля работоспособности и прогноза нарушения здоровья профессионалов. Сочетание углубленной ЭКГ-диагностики на стадии входного контроля (непосредственно перед спуском под воду) с текущим ЭКГ-мониторингом во время выполнения профессиональных задач позволяет оптимизировать процесс адаптации человека к специфическим условиям круглогодичных подводных работ в условиях полярных морей, что в итоге нацелено на повышение профессиональной подготовленности и «живучести» водолазов.
G.G. Matishov13, V.B. Voynov23, A.L. Mihaylyuk3, Yu.S. Polishchuk4
REACTIVITY ECG PARAMETERS DIVERS DIFFERENT SKILLS IN THE PERFORMANCE OF LOAD MODEL FOR WATER
1Federal State Budget Institution of Science Southern Scientific Center RAS, 2Federalnoe State Budget Institution of Science Institute of Arid Zones Southern Scientific Center RAS,
41 pr. Chekhov, Rostov-on-Don, 344006, Russia.
3Federal State Budget Institution of Science Murmansk Marine Biological Institute KSC RAS, 17 Vladimirskaya st., Murmansk, 183010, Russia.
Military unit 40145
Individual effects of cardiorespiratory training in divers used light sea-diving equipment during regular physical load under water reveal at the article. In addition, the individual human response to an underwater contact with domesticated seal was described. The main characteristics of the cardiorespiratory system «operating mode» which support the professional diver function discovered. It provides focus on the rigid tachycardia and the diseases prognosis control in working condition of divers should be on the basis of its health monitoring. The combination of in-depth ECG diagnostic phase input control (just before the descent under water) with the current ECG monitoring at the execution of professional tasks allow to optimize the process of human adaptation to the specific conditions of year-round underwater work in a polar seas. The aim of current recommendations are staff development and survivability of divers.
оригинальные статьи
Журнал фундаментальной медицины и биологии
Введение
Основные успехи в развитии перспективных средств, помогающих человеку работать в сложных, опасных для жизни условиях, ожидаются в направлениях, связанных с разработкой и внедрением биотехнических систем (БТС), объединяющих в едином контуре управления биологические и технические элементы. Если говорить о морских БТС, то очевидным является использование прирученных и прошедших специальное обучение морских животных.
Арктические морские млекопитающие, а это представители китообразных и ластоногих, обладают уникальными возможностями, позволяющими им погружаться на значительные глубины, выполнять скоростные переходы, как в надводном, так и в подводном положении, они обладают чрезвычайно развитыми сенсорными системами, и, самое главное, высокоразвитой центральной нервной системой, обеспечивающей сложные формы общения и поведения.
Важным направлением работ по внедрению морских БТС в эксплуатацию является тиражирование наработок, подготовка методических пособий и наставлений [1-4]. Но самое главное - это непосредственная работа по подготовке специалистов к работе с БТС в условиях арктических морей. Специалист, а это, прежде всего, военнослужащий, работающий в сложных условиях Арктики, должен адекватно реагировать на любые ситуации, которые могут возникнуть. Состояние дискомфорта и психоэмоционального напряжения, которые испытывает человек даже при использовании современных систем защиты в глубинах полярных морей, включает в себя и осознание возможного контакта с морскими млекопитающими, как дикими, так и представляющими вооруженные силы вероятного противника. Тяжесть психоэмоциональных факторов усугубляется значительными физическими нагрузками и перестройками во внутренней среде организма, которые испытывает человек, работающий в средствах жизнеобеспечения под водой. Актуальным направлением подготовки специалистов для военно-морского флота и береговых служб является работа по обучению личного состава методам взаимодействия с морскими млекопитающими под водой при выполнении боевых задач в экстремальных условиях арктических морей. Важнейшим компонентом этой работы является углубленный медико-физиологический контроль состояния военнослужащих, что должно обеспечивать оперативный контроль и прогноз развития возможных нарушений и деформаций. Сегодня в этом направлении работы ведутся ограниченно, нет соответствующих распоряжений и учебных планов, нет планомерно используемых биотехнических аквакомплексов и методических средств.
Цель исследования - изучение комплекса кардиоре-спираторных параметров, характеризующих уровень профессиональной подготовленности водолазов, а также индивидуальных особенностей адаптивных реакций на физическую работу и на взаимодействие с полярными тюленями под водой.
Материалы и методы
В исследовании принимали участие водолазы, проходящие обучение (новички) и работающие (профессионалы, время работы под водой 300 и более часов) в усло-
виях Заполярья. Группа новичков - 13 человек, средний возраст 19,2 ± 2,1 лет, по медицинским показаниям допущенных к обучению водолазному делу. Группа профессионалов - 12 человек, средний возраст 29,8 ± 2,1 лет. Исследования проводились в апреле-мае, августе-сентябре в Мурманской области, температура воды в Кольском заливе в это время была положительной, но не превышала 4-5° С. Регистрация и анализ электрокардиограммы (ЭКГ) осуществлялись при помощи мобильного многофункционального аппаратно-программного комплекса длительного кардиомониторирования и эргометрии («Техноцентр» ЮФУ, г.Таганрог) и комплекса суточного мониторирования ЭКГ «Валента» - МН-02-8.2 (ООО «Компания НЕО», г. С.-Петербург).
Начальному этапу функционального тестирования предшествовал «отдых лежа», продолжающийся в течение 2-3 минут, что позволяло формировать достаточно глубокую релаксацию (фон). Физическая работа под водой (работа) - плавание в системе жизнеобеспечения легкого водолаза (дыхание воздушной смесью), в ластах на глубине 3-6 м на заданную дистанцию, у профессионалов - на «морскую милю» (1852 м). Три водолаза-новичка отрабатывали контакт с тюленями. Водолаз зависал у поверхности воды, тюлень, по команде тренера, подплывал к водолазу под водой и касался его ноги моделью специального захвата. В исследовании принимали участие прирученные и специально подготовленные взрослые серые тюлени (НаКсЬоегиз §гуриз, БаЬпсшз, 1791).
Результаты и их обсуждение
Уровень профессиональной тренированности водолаза выражается в высокой согласованности кардиоре-спираторной системы в спокойном состоянии и широком диапазоне перестроек параметров при реализации тестовых нагрузок [5]. Для опытных водолазов в фоновом состоянии характерна хорошо выраженная дыхательная аритмия работы сердечнососудистой системы (рис.1. Фон, компонент НБ; исп. В.Ф.) с высоким уровнем представленности в спектре колебаний кардиоинтерва-лограммы дыхательных волн, отражающих доминирующий вклад в механизмы регуляции парасимпатической системы. Параметры работы сердца новичков характеризуются выраженными межиндивидуальными особенностями, что связано с различным тренировочным опытом обследуемых, но уровень согласованности сердечнососудистой и дыхательной систем у них всегда существенно снижен (рис. 1; Фон; исп. С.Н.).
Регистрация ЭКГ в процессе работы под водой позволила описать специфический паттерн перестроек, характерный для всех, принявших участие в исследованиях, опытных водолазов. Как можно видеть на рис. 2, частота сердечных сокращений на фоне нагрузки возрастает при выраженном снижении всех форм аритмии, что в соответствии с известными нормативами вариационной пульсометрии [6] отражает чрезвычайно высокий уровень напряжения регуляции при доминировании симпатической нервной системы.
Аналогичную картину «типизации» перестройки параметров сердечнососудистой системы мы наблюдали ранее при значительных комплексных нагрузках в условиях высокогорного восхождения [7, 8]. Анализ спектра колебаний кардиоинтервалограммы на фоне работы позволяет отметить лидирование низкочастотных
Журнал фундаментальной медицины и биологии
оригинальные статьи
компонентов спектра (LV и, особенно, VLF; рис.1.), отражающих рост вклада сегментарных (симпатических) и центральномозговых механизмов регуляции. Такой «рабочий» режим нами наблюдался у опытных водолазов в течение 40-60 мин. Следует отметить, что возможность
человека длительно поддерживать эффективный режим работы на пределе своих возможностей требует постоянного мониторинга с целью прогноза возможных деформаций рабочего состояния, и, как следствие, снижения работоспособности и нарушения здоровья.
Фон
0,0й/« 0.0% ъ,5% ЧЬ. >%
0,В% 14,5% ] 3,7% 70,944
ии= И.Р 1Р нг
7,3% №3% 1%5% 26,3%
«.Р НР
В.Ф.
Рис. 1. Примеры результатов спектрального анализа кардиоинтервалограммы опытного и начинающего подводников (В.Ф., С.Н.) в состояниях «Фон» и «Работа». Анализируемый ряд - не менее 300 кардиоинтервалов.
ВИ (М4|
!ЫИ [МО НС
Фон
,ЧСС - 58-65 удУмин
На дистанции
-
Т-1-Г-1"-1-1-г-]—■-1-
12:50 13:00 13:10 13:30 13:30 13:« 13:50 14:00 14:10 И:20
ЧСС- ПО-130 уд/мин
д.в.
1
&РСЫЯ ¡-1 ы)
ПК <мс|
Фон
ЛСС - 44-52 уд.''мим
Ма дистанции
ЧСС -106-116 удЛлий
А.Л.
п-1-г-т—-1-1-1-1-110:20 10:30 10:40 10:50 11:00 11:10 ИЗО 11:30 11:40 11:90 12:00
бремн ('р:ч1
Рис. 2. Примеры кардиоинтервалограммы опытных подводников: Д.В., А.Л.
оригинальные статьи
Журнал фундаментальной медицины и биологии
Перестройки в работе сердечнососудистой системы новичков менее однонаправлены, отмечаются эпизоды как выраженной тахикардии, так и замедлений частоты сердечных сокращений, различные проявления аритмических феноменов. Следует предположить, что у новичков в большей степени имеет место эмоциональный компонент реакции на погружение, для них характерно учащенное, форсированное дыхание, что отражается в значительной представленности в спектре колебаний частоты сердечных сокращений низкочастот-
ных, дыхательных составляющих (HF, рис.1; Работа; исп.С.Н.).
В целом, можно говорить о несфомированности рабочего режима. Организм «не знает» как реагировать на непривычную нагрузку, на рост кислородного долга. В ряде случаев у новичков имеют место проявления перегрузки механизмов регуляции кардиореспи-раторной системы, выраженные в нарушениях ритма сердечных сокращений, главным образом, в форме единичных желудочковых экстрасистол, которые исчезают после снижения интенсивности нагрузки.
Фон
1500 1000 500
Фи*ич_ работа пол водой
1 ¡X 1СС - 97-100 уд /.ми н ■"—«я.
1Д
ЧСС 140-150 ух. мин
ь .111 С.н
V
10;20 1 0:30 ЮНО 10.50 П.00
11:10
\20 11:30
1
11:50
Время (ч :м)
Контакт с пплтм
Рис. 3. Пример перестройки ЭКГ. Переход от состояния спокойного бодрствования лежа к активной работе под водой, ожиданию контакта с серым тюленем в воде. Начинающий подводник С.Н.
На рис. 3 представлен типичный пример перестройки ЭКГ водолаза-новичка при отработке тренировочного задания. Отмечены фрагменты, характеризующие состояние сердечнососудистой системы на фоне спокойного расслабленного состояния, при выполнении длительной (в течение часа) интенсивной работы под водой (система дыхания кислородом, глубина около 5 метров, работа «на ластах») и фрагмент контакта с взрослым серым тюленем на открытой акватории. Как можно видеть на графиках, контакт новичка с животным отражается в перестройке частоты сердечных сокращений, более выраженной по сравнению с реакцией на интенсивную физическую нагрузку. Субъективная самооценка водолаза позволяет говорить о неуверенности в себе, о признаках паники, тревоги в отношении возможных агрессивных действий со стороны животного, перемещающегося в сторону водолаза на большой скорости. Все это мешает водолазу выполнять регламентные действия и негативно влияет на его боеспособность.
Заключение
Полученные результаты раскрывают индивидуальные эффекты тренированности кардиореспи-раторной согласованности у подводных пловцов, обусловленные регулярными нагрузками, связанными с выполнением физической работы под во-
дой. Описаны индивидуальные реакции новичков на контакт с прирученным тюленем под водой. Раскрыты основные характеристики «рабочего режима» сердечнососудистой системы, обеспечивающего продолжительное функционирование водолаза-профессионала в условиях подводного погружения. В первую очередь, речь идет о ригидной тахикардии, текущий мониторинг которой должен лежать в основе контроля работоспособности и прогноза нарушения здоровья профессионалов. Ожидание водолазом контакта с тюленем под водой сопровождается выраженным усилением частоты сердечных сокращений при снижении дыхательной аритмии, что характерно для значительных физических нагрузок. Полученный опыт позволяет говорить о значимости эмоциональной составляющей контакта, что определяет необходимость продолжительных и регулярных тренировок водолазов при взаимодействии со специально подготовленными морскими млекопитающими.
Сочетание углубленной ЭКГ-диагностики на стадии входного контроля (непосредственно перед спуском под воду) с текущим ЭКГ-мониторингом во время выполнения профессиональных задач позволяет оптимизировать процесс адаптации человека к специфическим условиям круглогодичных подводных работ в условиях полярных морей, что в итоге нацелено на повышение профессиональной подготовленности и «живучести» водолазов.
Журнал фундаментальной медицины и биологии
ЛИТЕРАТУРА
оригинальные статьи
1. Матишов Г.Г., Журид Б.А. Проблемы профессиональной подготовки тренеров морских животных // Содержание в неволе и обучение ластоногих северного региона. -Апатиты: Изд-во КНЦ РАН, 1992. С. 8-11.
2. Мишин В.Л., Матишов Г.Г. Биоинженерные системы содержания, обучения и использования в народном хозяйстве арктических ластоногих и китообразных // Современные технологии и прогноз в полярной океанологии и биологии. - Апатиты: Изд-во КНЦ РАН, 1999. С. 232-266.
3. Матишов Г. Г., Кавцевич Н.Н., Михайлюк А.Л. Опыт обучения и применения морских млекопитающих для защиты стратегически важных объектов от террористических действий. Ростов-на-Дону: Изд-во Южного научного центра РАН, 2007. 128 с.
4. Матишов Г.Г., Войнов В.Б., Вербицкий Е.В., Михайлюк А.Л., Трошичев А.Р., Гладких А.С., Светочев В.Н. Морские
млекопитающие в биотехнических системах двойного назначения. Мурманск: ММБИ КНЦ РАН, 2010.131 с.
5. Войнов В.Б., Полищук Ю.С. Перестройки в кардиореспираторной системе на фоне нагрузок при подготовке водолазов-профессионалов // Теория и практика прикладных и экстремальных видов спорта. 2012. № 1 (23). С.8-14
6. Баевский Р.М., Кириллов О.И., Клецкин С.З. Математический анализ сердечного ритма при стрессе. М., 1984. 225 с
7. Вербицкий Е.В., Войнов В.Б., Литвиненко С.Н., Двадненко К.В., Сысоева Ю.Ю.К пониманию механизмов адаптации человека к условиям высокогорья// Журнал фундаментальной медицины и биологии. 2012. №3. С.45-53.
8. Войнов В.В., Вербицкий Е.В. Исследование сомнологических аспектов острой адаптации человека к высокогорью// Физиология человека. 2014. Том 40, № 6. С. 46-57
