CC BY
105
JOURNAL OF NEW MEDICAL TECHNOLOGIES - 2017 - V. 24, № 1 - P. 89-93
УДК: 616.12-008.3-073.96:796/799 DOI: 12737/25245
ВЛИЯНИЯ СОСУДИСТОЙ НАГРУЗКИ СЕРДЦА И ЕГО СОКРАТИМОСТИ НА ЧАСТОТУ СЕРДЕЧНЫХ СОКРАЩЕНИЙ У СПОРТСМЕНОВ
В.Р. ОРЕЛ*, Р.В. ТАМБОВЦЕВА*, Е.А. ТУРКОВА**
'Российский государственный университет физической культуры, спорта, молодёжи и туризма,
Сиреневый б-р, 4, Москва, 105122, Россия ** ФГБУ «Объединенная больница с поликлиникой», Мичуринский пр., 6, Москва, 119330, Россия
Аннотация. Частота сердечных сокращений (ЧСС) является наиболее доступным для измерения показателем. С целью контроля индивидуальной реакции на нагрузочность физических упражнений ЧСС измеряется при выполнении спортсменами мышечной работы разных типов (работа на силовых тренажерах, различные виды тренировочных и соревновательных нагрузок). По величине ЧСС и ее динамике при мышечной работе и восстановлении можно объективно судить о функциональном состоянии сердечнососудистой системы спортсмена, об уровне его индивидуальной физической работоспособности, а также об адаптивной реакции на ту или иную физическую нагрузку. Однако ЧСС не является самостоятельным детерминантом физического состояния спортсмена. Величина ЧСС формируется в результате взаимодействия основных физиологических механизмов, определяющих ге-модинамический режим сердечного выброса. Сердечный ритм зависит, с одной стороны, от сократимости сердца, от венозного возврата, от объемов предсердий и желудочков сердца, а с другой стороны, - от сосудистой нагрузки сердца, основными компонентами которой являются эластическое и периферическое сопротивления артериальной системы. Величины сосудистых сопротивлений артериальной системы зависят от мощности мышечной работы и времени ее выполнения. Чувствительность ЧСС к изменениям сосудистой нагрузки сердца и его сократимости определялась у спортсменов по результатам парного регрессионного анализа одновременно зарегистрированных данных ЧСС, периферического R и эластического Ea сопротивлений (сосудистая нагрузка сердца), а также механической мощности (W) сердечных сокращений (сократимость сердца). Коэффициенты чувствительности и коэффициенты парной корреляции между ЧСС и показателями сосудистой нагрузки и сократимости левого желудочка сердца спортсмена определялись в покое и при выполнении мышечной работы на велоэргометре. Показано, что с ростом мощности велоэргометрической нагрузки и увеличением ЧСС возрастают также коэффициенты корреляции и чувствительности между ЧСС и показателями R, Ea и W.
Ключевые слова: частота сердечных сокращений, артериальное давление, фазовые интервалы сердечного цикла, сосудистые сопротивления, коэффициент чувствительности, коэффициент корреляции, сократимость, мощность сердечных сокращений.
INFLUENCE OF HEART VASCULAR LOAD AND ITS CONTRACTILITY ON THE HEART RATE IN
ATHLETES
V.R. OREL*, R.V. TAMBOVTSEVA*, E.A. TURKOVA**
* Russian state university of physical education, sport, youth and tourism, Lilac Boulevard, 4, Moscow, 105122, Russia ** Obedinennaya hospital and polyclinic, Michurinsky pr., 6, Moscow, 119330, Russia
Abstract. Heart rate (HR) is the most affordable indicator for measuring. To to monitor individual response to stress of exercise, the heart rate is measured when athletes perform muscular work of different types (work on strength training equipment, various types of training and competitive pressures). The magnitude of heart rate and its dynamics during muscular work and recovery can be objectively judged on the functional status of the cardiovascular system of an athlete, the level of its individual physical performance, as well as an adaptive response to a particular exercise. However, the heart rate doesn't an independent de-
89
JOURNAL OF NEW MEDICAL TECHNOLOGIES - 2017 - V. 24, № 1 - P. 89-93
terminant of the physical condition of an athlete. The HR size is formed by the interaction of the basic physiological mechanisms underlying cardiac hemodynamic ejection mode. Heart rate depends on the contractility of the heart, of the venous return, the volumes of the atria and ventricles of the heart, and on the other - from the vascular cardiac load, the main components of which are elastic and peripheral resistance of the arterial system. The values of arterial vascular resistance system depend on the power of muscular work and the time of its execution. The HR sensitivity to changes in heart load and vascular contraction was determined in athletes by pair regression analysis simultaneously recorded heart rate data, and peripheral R and elastic Ea resistance (heart vascular load), and the power W of heartbeats (cardiac contractility). The coefficients of sensitivity and pair correlation between heart rate indicators and vascular load and contractility of left ventricle of the heart were determined in athletes at rest and during the muscular work on the cycle ergometer. It is shown that with increasing of ergometer power load and an increase in heart rate, heart rate and correlation coefficients of sensitivity c R, Ea and W increases also.
Key words: heart rate (HR), blood pressure, phase intervals of the cardiac cycle, vascular resistance, sensitivity coefficient, correlation coefficient, contractility, heart rate power
Материалы и методы исследования.
Представленные ниже данные получены при исследовании спортсменов (п=143) разных специализаций и уровней квалификации в возрасте от18 до 34 лет. В покое и при мышечной работе на велоэргометре с мощностями 500 и 1000 кГм/мин аускультативно измерялись систолическое и диастолическое артериальное давление; а минутный кровоток и фазовые интервалы сердечного цикла измерялись неива-зивно с помощью тетраполярной реографии (комплекс РЕОДИН-504) [2,4,6,13-16].
Расчеты исследуемых показателей проводились на ПК по ранее полученным формулам [8,10,13,14], основанным на известных моделях [5,9,10,13]. При этом периферическое (Я) и эластическое (Еа) сопротивления аортальной компрессионной камеры (АКК) определялись индивидуально для каждого испытуемого [5,9,10,13] из аналитического решения основного уравнения теории АКК Франка [5,13]:
ар Р(г) (1)
— = Еа • т) -—;
аг я
г е (0; С)
с учетом соответствующих граничных условий: Р(0) = Рй; Р(Б) = Рз; Р(С) = Рй. (2)
где Р(Ь) - давление крови в АКК, Q(t) - входной кровоток [13], С - длительность сердечного цикла, Б - длительность периода изгнания; Рй, Рз - диастолическое и систолическое давления.
Также на ПК выполнялась статистическая обработка результатов [3], и рассчитывались коэффициенты корреляции и чувствительности [1,12,17,19] частота сердечных сокращений (ЧСС) по величинам формирующих ее факто-
ров сосудистой нагрузки и сократимости сердца. В общем виде [1,12,19,20] средняя величина коэффициента ц (в %) чувствительности показателя У от детерминирующего его величину показателя X определяется процентным изменением 5х величины Х и дается соотношением:
дХ _ X (3)
п =-(X) • — • 8
дУ У Х
дХ _
где —(X) - частная производная У по X при
дУ
X = X ; ху - средние величины показателей X и У; везде ниже ¿Х=1%.
дX _
В качестве частной производной —(X)
дУ
при статистической обработке большого массива данных можно использовать [3,12,14,15] угловой коэффициент ах из уравнения парной линейной регрессии между показателями X и У (У = а^ + bх).
Коэффициент чувствительности ц (3) показывает, на сколько процентов от своей средней величины изменяется показатель У при изменении показателя Х на 8х процентов от его средней величины.
Ниже рассматриваются вопросы совместных изменений ЧСС и формирующих ее величину факторов системной гемодинамики и сосудистой нагрузки левого желудочка сердца в покое и при дозированной мышечной работе.
Результаты и их обсуждение. В табл. 1 представлены величины ЧСС, эластического (Еа) и периферического (Я) сопротивлений артериальной системы и одного из показателей сократимости левого желудочка - механической мощности сокращений левого желудочка серд-
ВЕСТНИК НОВЫХ МЕДИЦИНСКИХ ТЕХНОЛОГИЙ - 2017 - Т. 24, № 1 - С. 89-93 JOURNAL OF NEW MEDICAL TECHNOLOGIES - 2017 - V. 24, № 1 - P. 89-93
ца (Ш) [13,14]. Все показатели значимо изменяются при переходе от покоя к мышечной работе на велоэргометре с мощностями 500 и 1000 кгм/мин. Показатели (табл. 1) изменяются практически не менее, чем в 2 раза по сравнению с данными покоя, а мощность сердечных сокращений увеличилась в среднем в 8 раз. Представленные данные хорошо согласуются с ранее полученными результатами [8,10,12,14].
Таблица 1
Частота сердечных сокращений, сосудистые сопротивления и сократимость ЛЖ в покое и при мышечной работе (X ±а)
Для выявления селективных влияний сосудистых сопротивлений и сократимости ЛЖ на величину ЧСС в разных условиях, представленных в табл.1, были проведены корреляционный и регрессионный анализы данных [3,13,15]. Также были проведены расчеты по формуле (3) коэффициентов чувствительности ц величины ЧСС к изменениям влияющих на ее величину показателей (табл. 1).
Коэффициенты корреляции и чувствительности ЧСС представлены в табл. 2.
Корреляционные взаимосвязи ЧСС с Еа являются вполне статистически значимыми [3] как в покое, так и при мышечной работе (табл. 2). Причем величина коэффициента корреляции строго возрастает с ростом интенсивности мышечной работы, что связано со значительным увеличением в этих условиях самой величины эластического сопротивления артериальной системы (табл. 1).
Коэффициенты чувствительности ЧСС к изменениям эластического сопротивления (табл. 2) в определенной мере возрастают от условий покоя ко все более интенсивной мышечной работе, повышаясь от 0,23 до 0,35% при однопроцентном (1%) изменении Еа к его соот-
ветствующим средним величинам (табл.1). Эти данные говорят о том, что рост эластического сопротивления во всех рассмотренных случаях достоверно влечет увеличение ЧСС, которое составляет от 0,23*£х до 0,35*£х от 8х - процентного увеличения Еа по отношению к его среднему значению (табл. 1).
Таблица 2
Коэффициенты корреляции (К) и чувствительности (ц) ЧСС с сосудистыми сопротивлениями и сократимостью ЛЖ в покое и при мышечной работе
В условиях покоя величины, как периферического сопротивления, так и мощности сердечных сокращений ЛЖ не имеют статистически достоверного влияния на ЧСС (табл. 2). При этом и процентные изменения ЧСС крайне малы по сравнению с возможными изменениями (•5х) периферического сопротивления и МЛЖ.
В то же время при мышечной работе корреляции ЧСС с МЛЖ и периферическим сопротивлением оказываются статистически достоверными (табл. 2). Процентные коэффициенты чувствительности ЧСС к изменениям периферического сопротивления оказались в среднем больше, чем у эластического сопротивления, увеличиваясь при мышечной работе от 0,237* дх до 0,847* 8х (табл. 2).
В свою очередь, коэффициент чувствительности ЧСС к мощности сердечных сокращений при 500 кгм/мин составлял лишь от 0,053*8Х%, то при нагрузке 1000 кгм/мин величина ц стала уже вполне сравнимой с показателями чувствительности ЧСС к сопротивлениям Еа и Я - ц=0,255*5х% (табл. 2).
Показатель Покой Мощность мышечной работы, кГм/мин
500 1000
Частота сердечных сокращений, уд/мин 66,3±6,1 112±7,8 147±11
Эластическое сопротивление, дин-см-5 1102±216 1454±216 2107±379
Периферическое сопротивление, дин-с-см-5 1720±241 818±62 612±43
Мощность ЛЖ, мВт 1217±251 3897±611 9812±2283
Показатель Покой Мощность мышечной работы, кГм/мин
500 1000
Эластическое сопротивление K 0,483 0,724 0,838
Ч 0,23 0,233 0,349
Периферическое сопротивление K 0,108* 0,321 0,736
Ч 0,067 0,237 0,847
Мощность ЛЖ K 0,07* 0,517 0,612
Ч 0,009 0,053 0,255
Примечание: значок * означает отсутствие достоверной корреляционной связи - р>0,1
JOURNAL OF NEW MEDICAL TECHNOLOGIES - 2017 - V. 24, № 1 - P. 89-93
Заметим, что изменения периферического сопротивления в покое имеют в среднем совершенно незначительное влияние (табл. 2) на изменения ЧСС в этих условиях. Вероятнее всего, это связано со сравнительно малой величиной эластического сопротивления (табл. 1) в покое, за счет чего левый желудочек сердца напрямую практически не взаимодействует с периферическим сопротивлением [8,13,15].
Рост Еа с увеличением мощности мышечной работы приводит к усилению взаимодействия ЛЖ с периферией за счет возросшей жесткости стенок артериального дерева (табл. 1), обеспечивающей передачу заметной части усилий ЛЖ к периферическому руслу, через более напряженный ветвящийся столб крови артери-
Литература
1. Афанасьев В.Н., Колмановский В.Б., Носов В.Р. Математическая теория конструирования систем управления. М.: Высшая школа, 1989. 448 с.
2. Еськов В.М., Хадарцев А.А., Филатова О.Е., Ха-дарцева К.А. Околосуточные ритмы показателей кардиореспираторной системы и биологического возраста человека // Терапевт. 2012. № 8. С. 36-43.
3. Иберла К. Факторный анализ: пер. с нем. М.: Статистика, 1980. 398 с.
4. Инструментальные методы исследования в кардиологии (Руководство) / Ред.: Сидоренко Г.И. Минск, 1994. 272 с.
5. Каро К., Педли Т., Шротер Р., Сид У. Механика кровообращения. М.: Мир, 1981. 624 с.
6. Карпин В.А., Хадарцев А.А., Еськов В.М., Еськов В.В., Шувалова О.И. Теория хаоса в оценке эффективности немедикаментозного и физиотерапевтического лечения артериальной гипертен-зии // Физиотерапевт. 2014. №1. С. 48-54.
7. Карпман В.Л., Любина Б.Г. Динамика кровообращения у спортсменов. М.: ФиС, 1982. 135 с.
8. Карпман В.Л., Орел В.Р. Артериальный импеданс у спортсменов // В сб.: Труды ученых ГЦОЛИФК. 75 лет. Ежегодник. М.: ГЦОЛИФК, 1993. С. 262-271.
9. Карпман В.Л., Орел В.Р. Исследование артериального импеданса у человека. В сб.: Кардиорес-пир. система. Колич.характеристики. Таллин: Валгус, 1986. С. 42-80.
10. Эластическое сопротивление артериальной
ального дерева. В условиях мышечной работы коэффициенты чувствительности ЧСС к периферическому сопротивлению (табл. 2) оказались даже больше, чем в случае Еа.
Усиливающаяся по мере роста Еа при мышечной работе (табл.1) также и чувствительность ЧСС к сократимости ЛЖ (табл. 2, 1000 кгм/мин) связана с действием механизма Анрепа [7,13,18] в интактном организме спортсменов, когда в ответ на увеличение сосудистой нагрузки ЛЖ возрастает сила сокращения миокарда ЛЖ, а вместе с ней и мощность ЛЖ (табл. 1).
References
Afanas'ev VN, Kolmanovskiy VB, Nosov VR. Matema-ticheskaya teoriya konstruirovaniya sistem upravle-niya [Mathematical theory of design management systems]. Moscow: Vysshaya shkola; 1989. Russian. Es'kov VM, Khadartsev AA, Filatova OE, Khadartse-va KA. Okolosutochnye rit-my pokazateley kardiores-piratornoy sis-temy i biologicheskogo vozrasta chelo-veka [Circadian rhythms indicators of cardiorespira-tory system and the biological age of the person]. Terapevt. 2012;8:36-43. Russian. Iberla K. Faktornyy analiz [Factor analysis]: per. s nem. Moscow: Statistika; 1980. Russian. Instrumental'nye metody issledovaniya v kardiologii (Rukovodstvo) [Instrumental methods of research in cardiology (Manual)]. Red.: Sidorenko G.I. Minsk; 1994. Russian.
Karo K, Pedli T, Shroter R, Sid U. Mekhanika krovoo-brashcheniya [circulatory mechanics]. Moscow: Mir; 1981. Russian.
Karpin VA, Khadartsev AA, Es'kov VM, Es'kov VV, Shuvalova OI. Teoriya khaosa v otsenke effektivnosti nemedikamentoznogo i fizioterapevticheskogo le-cheniya arterial'noy gipertenzii [Chaos theory in the evaluation of the effectiveness of non-drug and physical therapy of hypertension]. Fizioterapevt. 2014;1:48-54. Russian.
Karpman VL, Lyubina BG. Dinamika krovoobrashche-niya u sportsmenov [circulatory dynamics in athletes]. Moscow: FiS; 1982. Russian. Karpman VL, Orel VR. Arterial'nyy impedans u sportsmenov [The arterial impedance in athletes]. V sb.: Trudy uchenykh GTsOLIFK. 75 let. Ezhegodnik. Moscow: GTsOLIFK; 1993. Russian. Karpman VL, Orel VR. Issledovanie arterial'nogo im-pedansa u cheloveka [arterial impedance study in humans]. V sb.: Kardiorespir. sistema. Kolich. kharakteristiki. Tallin: Valgus; 1986. Russian. Karpman VL, Orel VR, Kochina NG, et al. Elasti-
JOURNAL OF NEW MEDICAL TECHNOLOGIES - 2017 - V. 24, № 1 - P. 89-93
системы у спортсменов / Карпман В.Л., Орел В.Р., Кочина Н.Г. [и др.] // В сб.: Клинико-физиологические характеристики сердечнососудистой системы у спортсменов. М.: РГАФК, 1994. С. 117-129.
11. Лищук В.А. Математическая теория кровообращения. М.: Медицина, 1991. 256 с.
12. Льюинг Л. Идентификация систем. Теория для пользователя: Пер. с англ./ Под ред. Я.З. Цыпкина. М.: Наука, 1991. 432 с.
13. Орел В.Р. Адаптивные эффекты взаимодействия сердца и сосудов у спортсменов // Спортсмен в междисциплинарном исследовании: Монография. / Под ред. М.П. Шестакова. М.: ТВТ Дивизион, 2009. С. 210-258.
14. Орел В.Р. Неинвазивные оценки показателей сосудистой нагрузки сердца и его сократимости у спортсменов и у больных гипертонией // Терапевт. 2013. №9. С. 24-29.
15. Орел В.Р., Попов Г.И., Качалов А.А., Малхасян Э.А., Маркарян В.С. Селективные взаимосвязи между показателями гемодинамики и сосудистыми сопротивлениями при магнитной стимуляции мышц бедер // Терапевт. 2015. №3. С.10-15.
16. Орел В.Р., Травинская А.Г., Головина Т.Б., Козлова Л.Е., Макаров Д.В. Сосудистая нагрузка сердца и его сократимость у спортсменов различной выносливости // Диагностика и лечение нарушений регуляции сердечно-сосудистой системы. IV-я научно-практическая конференция. М.: ГКГ МВД РФ, 2002. С. 211-213.
17. Розенвассер Е.Н., Юсупов Р.М. Методы теории чувствительности в автоматическом управлении. Л.: Энергия, 1971. 544 с.
18. Anrep G.V. On the part played by the suprarenals in the normal vascular reactions of the body // J. Physiol. (London). 1912. V.45. P. 307-317.
19. Frank P.M. An Introduction To System Sensitivity Theory. NY: Academic Press, 1978. P. 9-10.
20. Komine H., Sugawara J., Hayashi K., Yoshizawa M., Yokoi T. Regular endurance exercise in young men increases arterial baroreflex sensitivity through neural alteration of baroreflex arc // J Appl. Physiol. 2009. V. 106. P. 1499-1505.
cheskoe soprotivlenie arterial'noy sistemy u sportsmenov [Elastic resistance of the arterial system in athletes]. V sb.: Kliniko-fiziologicheskie kharakte-ristiki serdechno-sosudistoy sistemy u sportsmenov. Moscow: RGAFK; 1994. Russian. Lishchuk VA. Matematicheskaya teoriya krovoo-brashcheniya [The mathematical theory of circulation]. Moscow: Meditsina; 1991. Russian. L'yuing L. Identifikatsiya sistem. Teoriya dlya pol'zo-vatelya [Identification systems. Theory for the user]: Per. s angl. Pod red. Ya.Z. Tsypkina. Moscow: Nauka; 1991. Russian.
Orel VR. Adaptivnye effekty vzaimodeystviya serdtsa i sosudov u sportsmenov [Adaptive interaction effects of heart and blood vessels in athletes]. Sportsmen v mezhdistsiplinarnom issledovanii: Mo-nografiya. Pod red. M.P. Shestakova. Moscow: TVT Divizion; 2009. Russian.
Orel VR. Neinvazivnye otsenki pokazateley sosudis-toy nagruzki serdtsa i ego sokratimosti u sportsmenov i u bol'nykh gipertoniey [Non-invasive assessment of indicators of vascular cardiac load and reducible-sti the athletes and in patients with hypertension]. Tera-pevt. 2013;9:24-9. Russian.
Orel VR, Popov GI, Kachalov AA, Malkhasyan EA, Markaryan VS. Selektivnye vzaimosvyazi mezhdu pokazatelyami gemodinamiki i sosudistymi soprotiv-leniyami pri magnit-noy stimulyatsii myshts beder [Selective relationship between hemodynamics and vascular resistance in magnetic stimulation thighs]. Terapevt. 2015;3:10-5. Russian. Orel VR, Travinskaya AG, Golovina TB, Kozlova LE, Makarov DV. Sosudistaya nagruzka serdtsa i ego so-kratimost' u sportsmenov razlichnoy vynoslivosti [Vascular cardiac load and contractility in different endurance athletes]. Diagnostika i lechenie narushe-niy regulyatsii serdechno-sosudistoy sistemy. IV-ya nauchno-prakticheskaya konferentsiya. Moscow: GKG MVD RF; 2002. Russian.
Rozenvasser EN, Yusupov RM. Metody teorii chuvstvitel'nosti v avtomaticheskom upravlenii [Methods of the theory of sensitivity in the automatic control]. L.: Energiya; 1971. Russian. Anrep GV. On the part played by the suprarenals in the normal vascular reactions of the body. J. Physiol. (London). 1912;45:307-17. Russian. Frank PM. An Introduction To System Sensitivity Theory. NY: Academic Press; 1978. Komine H, Sugawara J, Hayashi K, Yoshizawa M, Yo-koi T. Regular endurance exercise in young men increases arterial baroreflex sensitivity through neural alteration of baroreflex arc. J Appl. Physiol. 2009;106:1499-505.
