CC BY
10БИОМЕДИЦИНЫ BIOMEDICINE 2022, T. 6 (1)_2022, Vol. 6 (1)
Дата публикации: 01.03.2022 Publication date: 01.03.2022
DOI: 10.51871/2588-0500_2022_06_01_26 DOI: 10.51871/2588-0500_2022_06_01_26
УДК 612.766; 612.216; 796.42 UDC 612.766; 612.216; 796.42
ВОЗРАСТНЫЕ И ГЕНДЕРНЫЕ ОСОБЕННОСТИ КАРДИОРЕСПИРАТОРНОЙ ВЫНОСЛИВОСТИ ПРИ ХОДЬБЕ НА ТРЕДМИЛЕ С ПОВЫШАЮЩЕЙСЯ СКОРОСТЬЮ
А.С. Снигирев1, А.С. Кинтюхин1, С.И. Логинов2
1 Сургутский государственный университет, г. Сургут, Россия
2Владимирский государственный университет им. А.Г. и Н.Г. Столетовых, г. Владимир, Россия
Аннотация. Цель - проверить возможность использования показателя вентиляции легких для оценки состояния кардиореспираторной системы человека при ходьбе с разной скоростью в зависимости от пола и возраста в условиях Сибирского Севера. Три группы здоровых добровольцев молодого, среднего и пожилого возраста выполнили ходьбу на тредмиле со скоростью 2-7 км/ч по 5 мин на каждой скорости. С помощью FitMetPRO K4b 2 (COSMED, Италия) измеряли частоту дыхания (ЧД, экс/мин), вентиляцию легких (ВЛ, л/мин), потребление кислорода (ПО2, мл/мин), частоту сердечных сокращений (ЧД, уд/мин), а также длину ноги (см), рост (м), вес (кг), индекс массы тела (кг/м2). Получены регрессионные уравнения зависимостей ВЛ от ПО2 и ЧСС от ПО2 у молодых женщин: ВЛ=0,19+0,028ПО2 (r=0,94) и ЧСС=70,1+0,05ПО2 (r=0,72); молодых мужчин: ВЛ=2,20+ 0,024ПО2 (r=0,97) и ЧСС=74,1+0,032ПО2 (r=0,72); женщин среднего возраста: ВЛ=5,34+ 0,022ПО2 (r=0,80), ЧСС=67,5+0,035ПО2 (r=0,74) и мужчин: ВЛ=2,67+0,024ПО2 (r=0,92), ЧСС=52,6+0,04ПО2 (r=0,83); пожилых женщин: ВЛ=12,7+0,016ПО2 (r=0,74), ЧСС=0,84,4+0,022ПО2 (r=0,67) и мужчин: ВЛ=7,6+0,025ПО2 (r=0,84) и ЧСС=65,6+0,025 ПО2 (r=0,59) при p<0,001 (здесь и повсюду), соответственно. Во всех возрастных группах участников коэффициент корреляции потребления кислорода с показателем вентиляции легких выше, чем с показателем частоты сердечных сокращений. Таки образом, величину вентиляции легких можно использовать для оценки кардиореспираторной выносливости в качестве альтернативного показателя в условиях, когда метаболограф недоступен. Ключевые слова: кардиореспираторная выносливость, скорость ходьбы, потребление кислорода, легочная вентиляция, возраст 18-75 лет, гендерные различия, Сибирский север.
AGE AND GENDER FEATURES OF CARDIORESPIRATORY ENDURANCE WHEN WALKING ON A TREADMILL WITH INCREASING SPEED A.S. Snigirev1, A.S. Kintyukhin1, S.I. Loginov2
'Surgut State University, Surgut, Russia
2Vladimir State University named after Aleksandr and Nikolaj Stoletovs, Vladimir, Russia
Annotation. The aim is to test the possibility of using the pulmonary ventilation indicator to assess the state of the human cardiorespiratory system when walking at different speeds depending on gender and age in the conditions of the Siberian north. Three groups of healthy volunteers of young, middle and elderly age performed treadmill walking at a speed of 2-7 km/h for 5 minutes at each speed. Metabolograph FitMetPRO K4b 2 (COSMED, Italy) was used to measure the respiratory rate (RR, exp/min), ventilation (Ve, l/min), oxygen consumption (VO2, ml/min), heart rate (HR, beats/min), as well as leg length (cm), height (m), weight (kg), body mass index (kg/m2). Regression equations for the dependences of Ve on VO2 and HR on VO2 were obtained in young women: Ve=0,19+0,028VO2 (r=0,94) and HR=70,1+0,05VO2 (r=0,72); young men: Ve=2,20+0,024VO2 (r=0,97) and HR=74,1+0,032VO2 (r=0,72); middle-aged women: Ve=5,34+0,022VO2 (r=0,80), HR=67,5+0,035VO2(r=0,74) and men: Ve=2,67+0,02 4VO2 (r=0,92), HR=52,6+0,04VO2 (r=0,83); elderly women:Ve=12,7+0,016VO2 (r=0,74), HR=0,84,4+0,022 VO2 (r=0,67) and men: Ve=7,6+0,025VO2 (r=0,84) and HR=65,6+0,025 VO2 (r=0,59) at p<0,001 (here and everywhere), respectively. In all age groups of participants, the correlation coefficient of oxygen consumption with the rate of respiratory ventilation is higher
200
EHOME,3,HUHHbI BIOMEDICINE 2022, T. 6 (1)_2022, Vol. 6 (1)
than with the heart rate. Thus, the ventilation value can be used to assess cardiorespiratory endurance as an alternative indicator when the metabolimeter is not available.
Key words: cardiorespiratory endurance, walking speed, oxygen consumption, pulmonary ventilation, 18-75 years, gender differences, Siberian north.
Введение. Прошло ровно 60 лет со времени публикации статьи известных шведских физиологов Рег-О^ Astrand и Bengt Saltin [1], в которой сообщалось, что величина потребления кислорода линейно увеличивается при физической нагрузке возрастающей мощности. Авторы установили, что объем вентиляции легких (ВЛ) закономерно изменяется во время физической активности и может использоваться как косвенный показатель расхода энергии при физических нагрузках. Объем вентиляции легких и потребление кислорода (ПО2) сильно связаны между собой и входят в известную формулу: ПО2=ВЛх(КвдО2-КвыдО2), где КвдО2 - содержание О2 во вдыхаемом воздухе, а КвыдО2 - содержание О2 в выдыхаемом воздухе [2]. Кроме того, замечено, что при физических нагрузках легкой и умеренной интенсивности (обычно имеющих место в оздоровительной физической культуре) в тех случаях, когда величина ВЛ больше 15 л/мин, но меньше или равна 50 л/мин, ПО2 человека прямо пропорционально зависит от его легочной вентиляции [3]. Эти основополагающие закономерности, установленные более полувека тому назад, по-прежнему актуальны, однако время от времени нуждаются в дополнениях и поправках, связанных с изменением условий окружающей среды, образа жизни и повсеместным снижением уровня физической активности наряду с независимым ростом продолжительности сидячего поведения на индивидуальном и популяционном уровнях [4-6].
Показатели ПО2, ВЛ, частота сердечных сокращений (ЧСС, уд/мин) часто используются для оценки влияния физических нагрузок на организм и успешно изучаются с помощью портативного метаболографа COSMED К4Ь 2 (Италия) [7-8]. Благодаря этой технологии стало возможным использовать показатель вентиляции легких для оценки расхода энергии (РЭ) при физиче-
ских упражнениях. Открылись новые перспективы в оценке РЭ по сравнению с ограничениями измерения ПО2 в тех случаях, когда дорогостоящий метаболограф не доступен. Тем не менее, возникает вопрос, какой из двух параметров ВЛ или ЧСС лучше коррелирует с ПО2. С этой целью мы провели исследование, чтобы подтвердить или опровергнуть гипотезу о том, что при физических нагрузках умеренной интенсивности ВЛ сильнее коррелирует с ПО2, чем с ЧСС. Для этого мы сравнили соотношения ПО2=/ (ЧСС) и ПО2=/(ВЛ) во время ходьбы на тредмиле с повышающейся скоростью у мужчин и женщин разного возраста.
Методы и организация исследования. В исследовании приняли участие три возрастные группы практически здоровых добровольцев, в которые вошли: студенты и магистранты университета (п=89, возраст 22,4±5,32 лет) - 44 юноши и 45 девушек (молодой возраст, МВ), лица среднего возраста (п=36, возраст 42,7±9,3 лет) - 14 мужчин и 22 женщины (средний возраст, СВ) и лица пожилого возраста (п=31, возраст 70,5±5,6 лет) - 13 мужчин и 18 женщин (пожилой возраст, ПВ).
Набор участников проводили через рекламу на сайте, объявления в академических группах, в подразделениях университета и среди родственников студентов. Критериями включения в исследование являлись: 1) отсутствие заболеваний, которые могли бы повлиять на ПО2 и ВЛ тестирование, подтверждённое справкой терапевта; 2) отсутствие каких-либо показаний к физическим нагрузкам в данное время; 3) подписанное добровольное согласие, одобренное Комитетом по этике Сургутского государственного университета.
Всего в исследовании участвовали 156 человек, в том числе 85 женщин и 71 мужчина разного возраста. Участники посетили лабораторию университета для выполнения
антропометрических измерений, прохождения обучения ходьбе на тредмиле и выполнения тестов. С помощью стандартных методик измеряли длину ноги (см), длину тела (см) и массу тела (кг). Испытуемые учились ходить на тредмиле и получали подробную инструкцию о действиях до и во время всего исследования. После нескольких сеансов ходьбы все участники (включая пожилых) вполне уверенно держались на движущейся ленте транспортера. При появлении затруднений на скоростях 6 и 7 км/час движение прекращали. В итоге две женщины и трое мужчин среднего возраста, а также шесть женщин и пятеро мужчин пожилого возраста не смогли закончить упражнение и сошли с дистанции.
В качестве независимой переменной выступала ходьба на тредмиле Matrix T3X-05 (США). Скорость ступенчато повышали по 1 км/ч в диапазоне от 2 до 7 км/ч, время ходьбы на каждой скоростной ступени 5 мин. Общая продолжительность теста составляла 30 мин непрерывно. Параметры биоэнергетики ходьбы и динамику показателей кардиореспираторной системы изучали с помощью метаболографа FitmatePro K4b 2 фирмы COSMED (Италия).
В качестве зависимых переменных регистрировали частоту дыхания (ЧД, раз/мин), вентиляцию легких (ВЛ, л/мин), потребление кислорода (ПО2, мл/мин и относительное ПО2, мл/мин/кг), частоту сердечных сокращений (ЧСС, уд/мин), концентрацию кислорода в выдыхаемом воздухе (КО2, %). Индекс массы тела (ИМТ) рассчитывали путем деления массы тела (МТ, кг) на длину тела в квадрате (ДТ, м2) и выражали в кг/м2.
Статистическую обработку данных проводили с помощью пакета программ Statistica, v. 12 (StatSoft, США). С помощью теста Шапиро-Уилка оценивали нормальность распределения полученных данных. Рассчитывали среднее арифметическое (X),
среднеквадратическое отклонение (SD), стандартную ошибку среднего арифметического (т) и доверительный интервал (0,95 ДИ). Зависимости показателей кардиоре-спираторной системы от скорости ходьбы, соотношения ПО2=/(ЧСС) и ПО2=/(ВЛ) и ведущие факторы влияния определяли с помощью регрессионного и факторного анализов. Для оценки достоверности наблюдаемых различий между группами и внутри групп испытуемых использовали непараметрический критерий Манна-Уитни, а в случае нормального распределения - двусторонний ^критерий Стьюдента для связанных и несвязанных групп при уровне значимости р<0,05.
Результаты исследования и их обсуждение. Для анализа участники были разделены на три группы по возрасту, каждая из которых, в свою очередь, состояла из мужчин и женщин: молодые женщины (МЖ), молодые мужчины (ММ), женщины среднего возраста (ЖСВ), мужчины среднего возраста (МСВ), пожилые женщины (ПЖ) и пожилые мужчины (ПМ).
Антропометрия. По данным антропометрии мужчины всех возрастных групп закономерно имели более высокие значения длины тела, массы тела и длины ног по сравнению с данными женщин. Длина ноги у мужчин варьировала в пределах 89,6-87,4 см и не различалась у мужчин разного возраста, тогда как средняя длина ног была наибольшей в группе молодых женщин (86,2±4,7 см) по сравнению с пожилыми женщинами (74,0±4,29) (р<0,05). Масса тела, индекс массы тела женщин и мужчин среднего и пожилого возраста были существенно выше, чем у женщин и мужчин молодого возраста (р<0,05) (табл. 1).
Кардиореспираторная система. Динамика показателей кардиореспираторной системы под влиянием ходьбы на тредмиле с возрастающей скоростью представлена в таблицах 2, 3, 4.
БИОМЕДИЦИНЫ BIOMEDICINE 2022, T. 6 (1)_2022, Vol. 6 (1)
Таблица 1
Антропометрические данные мужчин и женщин, Х±$Р_
Показатель Молодые женщины, п=45 Молодые мужчины, п=44
Возраст, лет 23,8±6,96 21,0±3,67
Длина тела, см 166,1±6,46 178,7±6,85*
Масса тела, кг 61,47±9,99 74,45±12,1*
Индекс массы тела, кг/м2 22,2±3,06 23,3±3,46
Длина ноги, см 86,2±4,7 89,6±4,0*
Женщины среднего возраста, п=22 Мужчины среднего возраста, п=14
Возраст, лет 47,3±1,86 46,9±7,77
Длина тела, см 163,9±7,19 172,8±4,24*
Масса тела, кг 72,2±10,2Ж 80,0±8,74*ж
Индекс массы тела, кг/м2 26,9±3,91ж 26,75±2,37ж
Длина ноги, см 84,7±6,8 87,4± 2,5*
Пожилые женщины, п=18 Пожилые мужчины, п=13
Возраст, лет 62,1±6,76 67,0±3,58
Длина тела, см 162,4±7,76 175,3±4,48*
Масса тела, кг 78,5±12,95ж 84,4±9,70*ж
Индекс массы тела, кг/м2 29,8±4,47 27,5±3,38ж
Длина ноги, см 74,0±4,29ж 88,1±2,97*
Примечание: * - различия между данными мужчин и женщин достоверны при уровне значимости р<0,001, ▲ - возрастные различия между данными мужчин и женщин среднего и пожилого возраста по сравнению с молодыми людьми достоверны при уровне значимости
р<0,001
Таблица 2
Показатели кардиореспираторной системы молодых женщин и мужчин при повышаю_щейся скорости ходьбы на тредмиле (X±SD)_
Показа- Скорость ходьбы, км/ч
тель 2 3 4 5 6 7
Молодые женщины, п=45
ЧД, 22,9±3,4 23,6±3,3 25,0±3,9* 26,7±3,4* 29,5±4,04 33,2±5,3*ж
экс/мин *
ЧСС, 95,4±12,4 98,5±13,9 107,2±14, 119,6±16,9 128,6±14, 151,5±15,9*ж
уд/мин 7* * 7*
ВЛ, л/мин 16,9±3,1 18,3±4,3 21,1±4,6* 25,6±5,0* 32,4±6,9* 42,3±8,9*
ПО2, 9,1±1,4 10,9±1,6* 12,7±1,6* 15,5±1,9* 19,0±2,2* 23,9±3,1*
мл/кг/мин
КО2, % 16,5±0,39 16,6±0,52 16,5±0,44 16,5±0,40 16,5±0,49 16,6±0,43
Молодые мужчины, п=44
ЧД, 21,4±4,1 21,8±4,5 22,8±5,7 23,9±5,3* 25,7±5,6* 28,8±6,4*
экс/мин
ЧСС, 96,3±19,5 97,4±11,8 103,8±13, 109,2±12,8 122,3±13, 134,6±16,2*
уд/мин 2 * 4*
ВЛ, л/мин 19,0±3,3 21,7±4,6* 24,9±4,2* 28,8±4,4* 35,1±5,4* 45,5±7,9*
Продолжение таблицы 2
ПО2, мл/кг/мин 9,7±1,4 11,1±1,5* 12,9±1,7* 15,2±2,0* 18,7±2,0* 23,4±2,6*
КО2, % 16,4±0,48 16,4±0,45 16,3±0,51 16,3±0,46 16,2±0,47 16,3±0,41
Примечание: условные обозначения - те же, что в табл. 1
Таблица 3
Показатели кардиореспираторной системы женщин и мужчин среднего возраста при по_вышающейся скорости ходьбы на тредмиле (Х±£Р)_
Показатель Скорость ходьбы, км/ч
2 3 4 5 6 7
Женщины среднего возраста, п=14
ЧД, экс/мин 22,85±1,9 23,7±1,9 24,3±2,5* 25,7±2,9* 28,9±3,5*^ 33,6±4,2*^
ЧСС, уд/мин 87,6±3,3 97,2±6,75* ▲ 106,4±8,1* ▲ 116,5±8,0* ▲ 127,2±7,9* ▲ 134,7±8,8* ▲
ВЛ, л/мин 21,8±3,5 24,1±3,4* 26,8±3,4* 32,0±5,8* 44,5±5,0* 45,3±3,8*^
ПО2, мл/кг/ми н 10,8±2,2 12,7±2,8* 14,4±3,0* 18,6±5,8* 22,3±5,9* 22,0±2,6*
КО2, % 16,5±0,13 16,6±0,15 16,5±0,17 16,6±0,2 16,7±0,17 16,8±0,26
Мужчины среднего возраста, п = 22
ЧД, экс/мин 21,1±2,8 22,5±2,5* 23,0±2,6* 24,6±3,4* 24,4±3,4* 26,8±5,1*
ЧСС, уд/мин 79,8±9,9 87,75±10,9 * 94,8±11,3* 101,2±12,1 * 113,1±13,3 * 129,3±12,8 *
ВЛ, л/мин 19,5±3,9 24,7±3,3* 28,4±3,6* 32,3±3,8* 38,2±5,7*^ 49,7±5,4*
ПО2, мл/кг/ми н 9,5±2,1 10,6±2,8* 13,1±2,2* 15,1±2,5*^ 20,1±4,8* 22,7±3,1*
КО2, % 17,5±0,39 16,5 0,43 16,5±0,49 16,3±0,55 15,8±0,92 16,5±0,42
Примечание: условные обозначения - те же, что в табл. 1
Таблица 4
Показатели кардиореспираторной системы пожилых женщин и мужчин при повышаю_щейся скорости ходьбы на тредмиле (Х±£Р)_
Скорость ходьбы, км/ч
Показатель 2 3 4 5 6 7
Пожилые женщины, п=18
ЧД, 22,4±1,9 24,3±3,2* 25,7±4,2* 24,2±4,4* 25,4±3,2* 33,3±2,7*
экс/мин ▲
ЧСС, 87,3±7,5 100,9±9,0* 109,6±11,3* 115,9±8,9* 125,6±5,0*^ 130,4±2,2
уд/мин
ВЛ, л/мин 20,0±2,4 23,5±3,7* 27,2±6,3* 32,6±6,8* 34,2±4,9*^ 45,6±7,7*
Продолжение таблицы 4
ПО2, 8,1±1,9 10,0±2,6* 12,8±2,8* 14,75±3,2* 18,9±5,1* 24,2±3,6*
мл/кг/мин
КО2, % 16,6±0,61 16,7±0,61 16,5±0,29 16,5±0,25 16,5±0,20 16,7±0,21
Пожилые мужчины, п=13
ЧД, 21,0±5,7 22,75±4,8 23,3±6,3* 24,6±6,5* 27,6±6,0* 31,9±6,8*
экс/мин
ЧСС, 81,5±12,2 86,4±14,1* 92,5±13,0* 98,7±15,6* 106,0±17,9* 118,1±31,
уд/мин 4*
ВЛ, л/мин 23,7±6,9 29,2±7,1* 33,3±8,0* 38,4±9,4* 45,3±9,2* 48,0±9,0*
ПО2, 8,7±2,6 10,6±2,1* 12,1±2,8* 14,1±3,3* 16,9±3,6* 23,8±3,9*
мл/кг/мин
КО2, % 17,1±0,82 17,1±0,87 17,0±0,87 16,9±0,94 17,0±0,68 16,9±0,64
Примечание: Условные обозначения - те же, что в табл. 1
Из данных таблиц следует, что с ростом скорости ходьбы показатели женщин и мужчин независимо от возраста существенно (р<0,05) возрастали уже на скорости 3 км/ч. При ходьбе со скоростью 4 км/ч достоверно возрастали ЧСС, ВЛ, ПО2. Частота дыхания молодых и пожилых мужчин увеличивалась существенно только при скорости 5 км/ч, концентрация кислорода в выдыхаемом воздухе достоверно не изменялась. Не различались показатели молодых женщин и мужчин
(табл. 2), тогда как мужчины среднего возраста на скорости 6 и 7 км/ч имели существенно более низкие значения ЧД, на скоростях 3-7 км/ч - ЧСС, на скорости 5 км/ч -ПО2, на скорости 6 км/час - ВЛ. Только при скорости ходьбы 7 км/ч объем легочной вентиляции мужчин стал существенно выше, чем у женщин и составил 49,7±5,4 л/мин против 45,0±3,8 (р=0,0077) (табл. 3).
х- 50 ц 40
Молодые женщины п = 270 •
¡А« •
П •
• /Чг»® •
у — 0,1866 + 0 0 2 82*х
г= 0,9401; р < 0,001
5 120 л 8° 100
2200 200
л /
• • «
* - .А--' * • ф •* •
.. .Г улг * • •у у»» «л
= 70,1456 = 0,7230; р 0,0509*х; <0,001
Потребление кислорода, мл/мин
600 1000 1400 1800
Потребление кислорода, мл/мин
Молодые мужчины п = 308 •• ¡У • •.
иК* у = 2,2 027 + 0,024 Гх; г = 0,9704; р <0,001
■ 160 : 140 120 100
* V •
•• * «А ^ • »
•
•ч
■ • /= 74,0688 + 0,0319*х;
♦ = 0,7220; р < 0,001
400 800 1200 1600 2000 2400 2800 Потребление кислорода, мл/мин
400 800 1200 1600 2000 2400 2800 Потребление кислорода, мл/мин
Рис. 1. Зависимость вентиляции легких и частоты сердечных сокращений от потребления кислорода у молодых людей, здесь и далее п - представляет собой число измерений
Рис. 2. Зависимость вентиляции легких и частоты сердечных сокращений от потребления
кислорода у людей среднего возраста
Пожилые женщины.
п = 108
• •
• ф *
«• Л, • * •
у — 12.709 * 0,01 6"х; г = 0 7387 р < 0,001
600 1000 1400 1800
Потребление кислорода, мл/мин
Пожилые мужчины п — 84 •
•
- •
• >,5» • • •
у — 7 5678 + 0,0249"х г = 0 8415 р < 0,001
*
140 | 130
СГ
и 120 а
™ 110
IX
х
ЕГ 100 о
го 90
У 80
1Г
70
9
* •
* л. ■у
• • ^
* V* •
* • •• • * • у = 84 4438 + 0 0219'х
• г = 0,6695 р < 0 001
3 120
6 60
600 1000 1400 1800 Потребление кислорода мл/мин
•
» • • *
. у = 65.6068 + 0 0254"х г = 0 5931; р < 0.001
400 800 1200 1600 2000 2400 2801 Потребление кислорода, мл/мин
400 800 1200 1600 2000 2400 2800 Потребление кислорода, мл/мин
Рис. 3. Зависимость вентиляции легких и частоты сердечных сокращений от потребления
кислорода у пожилых людей
Регрессионный анализ. Результаты регрессионного анализа соотношений ПО2=/(ЧСС) и ПО2=/(ВЛ) участников разного возраста представлены на рисунках 1, 2, 3.
Соотношения ПО2=/(ВЛ) и
ПО2=/(ЧСС) отображаются уравнениями вида ВЛ=0,19+0,03ПО2 (г=0,94; р<0,001) и ЧСС=70,1+0,05ПО2 (г=0,72; р<0,001) (молодые женщины), ВЛ=2,2+0,2ПО2 (г=0,97; р<0,001) и ЧСС=74,1+0,03ПО2 (г=0,72; р<0,001) (молодые мужчины) (рис. 1). У женщин и мужчин среднего возраста аналогичные зависимости отображаются уравнениями вида ВЛ=5,34+0,03ПО2 (г=0,80; р<0,001) и ЧСС=67,5+0,04ПО2 (г=0,74; р<0,001) (женщины), ВЛ=2,67+0,2ПО2 (г=0,93; р<0,001) и ЧСС=52,6+0,04ПО2 (г=0,82; р<0,001) (мужчины) (рис. 2). У лиц пожилого возраста зависимости имеют вид: ВЛ=12,7+0,02ПО2 (г=0,74; р <0,001) и ЧСС=84,4+0,02ПО2 (г=0,67; р<0,001) (женщины), ВЛ=7,57+0,2ПО2 (г=0,84; р<0,001) и ЧСС=85,6+0,03ПО2 (г=0,59; р<0,001) (мужчины) (рис. 3). Таким образом, можно видеть, что приведенные выше данные свидетельствуют, что в любом возрасте величина легочной вентиляции коррелирует с показателем потребления кислорода в большей степени, чем с частотой сокращений сердца (рис. 1, 2, 3).
Согласно современным представлениям, кардиореспираторная выносливость (подготовленность, фитнесс) (КРВ) является важным индикатором способности переносить кислород из атмосферы к митохондриям клеток для последующего выполнения механической работы [9]. Именно КРВ количественно определяет функциональную способность и зависит от вентиляции и диффузии в легких, от сократительной функции миокарда желудочков, крупных артерий и вен, состояния микроциркуляции и эффективного переноса крови от сердца, чтобы адекватно соответствовать потребностям в кислороде, способности мышц получать и использовать кислород и питательные вещества, доставляемые кровью, а
также передавать эти метаболические запросы в сердечно-сосудистый центр [10]. КРВ непосредственно связана с функцией многих систем и отражает общее состояние обмена веществ в организме и в целом здоровья [11], при этом тканевой метаболизм не является постоянным, а претерпевает изменения в критические моменты в молодом, среднем и пожилом возрасте. На основе измерений и анализа общей и базальной энергии у более чем 6400 мужчин и женщин из 29 стран мира в возрасте от 8 дней до 95 лет установлено, что расход энергии у новорожденных был таким же, как у взрослых, но существенно увеличивался в первый год жизни. Затем он постепенно снижался, пока молодые люди не достигали характеристик взрослых, которые сохранялись в возрасте от 20 до 60 лет. У пожилых людей расход энергии снижался (H. Pontzer с соавт. 2021) [12]. Эта статья вызвала оживленную дискуссию на страницах авторитетного журнала Science. Так, Тимоти В. Роудс и Розалин М. Андерсон в своей статье отметили, что «метаболизм - это не просто энергия, а то, как организм обрабатывает питательное топливо и преобразует его в полезную энергетическую валюту. Метаболизм также включает синтез, модификацию и обмен строительных блоков для всех аспектов клеточной функции и действует как сенсор и регулятор клеточной активности, в которой отдельные части метаболических путей влияют на клеточные ответы. Часть энергии, потребляемой каждый день, требуется просто для поддержания жизни; энергетические потребности физической активности накладываются на чрезвычайно интегрированный механизм. Метаболический статус связан с многочисленными заболеваниями и расстройствами, в том числе с наиболее распространенными в пожилом возрасте» [13, с. 738].
Одним из наиболее актуальных подходов в области метаболизма сердца является изучение зависимости между частотой сердечных сокращений (ЧСС) и потреблением кислорода (ПО2). Зависимость отображается уравнением вида: ПО2=(ЧСС*СОК)х
(Ка02-Кв02)), где СОК представляет систолический объем крови (мл/мин), Ка02 - количество кислорода, переносимого артериальной кровью, а Кв02 - это количество кислорода, переносимого венозной кровью (мл/100 мл). Этот метод хорошо изучен, однако эмоциональный стресс, высокая температура окружающей среды, высокая степень влажности, обезвоживание, положение тела или болезни могут изменять ЧСС без существенных изменений потребления кислорода. Тем не менее, при физических нагрузках лимитирующим фактором является не только способность сердца доставлять кислород [14], но и сами мышцы, в которых по мере старения происходит снижение окислительной способности, отчасти из-за мито-хондриальной дисфункции. Также было замечено, что при высокой перфузии мышц артериовенозная разница в кислороде мала (от 14 до 15 об. %), а низкая экстракция кислорода связана со средним временем прохождения эритроцитов через капилляры [15]. Все эти ограничения объясняют трудности измерения расхода энергии на основе измерений ЧСС, особенно во время легких физических нагрузок. Поэтому есть смысл изучить другой физиологический параметр, а именно величину вентиляции легких, которая также находится в тесной связи с потреблением кислорода и расходом энергии и дает дополнительную ошибку всего около 5%. [2-3]. Действительно, ВЛ - это параметр, непосредственно связанный с потреблением кислорода и может быть рассчитан как ПО2=ВЛх(КВд02-КВыд02), где КВд02 представляет собой концентрацию О2 во вдыхаемом воздухе и КВыд02 - концентрация О2 в выдыхаемом воздухе, и таким образом связан с расходом энергии [2]. При легких и умеренных физических нагрузках, когда ВЛ меньше 50 л/мин, ее величина прямо пропорциональна ПО2 [3]. В нашем исследовании величина ВЛ не превышает 50 л/мин ни в одной из трех групп испытуемых, что вполне укладывается в данную закономерность (табл. 2, 3, 4). Нами установлено, что в каждой возрастной группе величина
потребления кислорода более тесно коррелирует с величиной вентиляции легких, чем с частотой сердечных сокращений (рис. 1, 2, 3). Из данных, приведенных на рисунках, видно, что коэффициент корреляции Пирсона (r) между ПО2 и ВЛ у МЖ составляет 0,9401, а между ПО2 и ЧСС равен 0,7230 (p<0,001), у ММ - 0.9474 vs 0,7220 (p<0,001) соответственно. У лиц среднего и пожилого возраста коэффициенты корреляции меньше и составляют у ЖСВ 0,8028 vs 0,7396, у МСВ 0,9268 vs 0,8284 (p<0,001), у ПЖ -0,7387 vs 0,6695 и у ПМ - 0,8418 vs 0,5931 (p<0,001). Таким образом, можно считать, что точно измеренная величина вентиляции легких может наряду с ПО2 служить показателем кардиореспираторной выносливости у относительно здоровых людей. В этом плане наши данные совпадают с результатами Steven Gastinger и соавт. (2010), которые считают, что вентиляция легких в большей степени связана с потреблением кислорода, чем частота сердечных сокращений при физических нагрузках умеренной интенсивности [16]. Такого же мнения придерживаются бразильские исследователи F.P. Barbosa и соавт. [17], которые предложили формулы 1) для расчета максимального потребления кислорода для активных людей: П02шах=33,08+2,41*(Удвиж.) - 0,32 *(Жир, %) + 0,40* (ВЛ) - 0,26* (МТ)- 0,09* (ЧСС) и 2) для малоподвижных субъектов: П02шах=54,65+1,37*(ВТ)+8,24*(пол)-1,26* (ИМТ)+0,37*(ВЛ)-0,12*(ЧСС), где: Vдвиж. - скорость движения, Жир, % - процент жира по трем КЖС, ВЛ - вентиляция легких, МТ - масса тела, ИМТ - индекс массы тела, ВТ - время теста, ЧСС - частота сердечных сокращений.
В целом, литературные данные свидетельствуют, что до 18 лет КРВ увеличивается, но у девочек она меньше и разница может достигать 36% [18]. У взрослых кардио-респираторная выносливость закономерно уменьшается с возрастом, причем скорость снижения увеличивается поэтапно сначала к 45 годам примерно на 9% каждые 10 лет [19-20], затем к 65 годам [21], наконец, у пожилых людей КРВ снижается настолько, что
может значительно ограничивать функциональные возможности индивида в повседневной жизни и повышать риск сердечнососудистой смертности [22]. Снижению КРВ могут способствовать ухудшение хро-нотропной и инотропной функций сердца [23], избыточная масса тела [24], сахарный диабет 2 типа [25], а у мужчин - снижение уровня тестостерона [26]. Есть сведения, которые свидетельствуют, что снижение КРВ может быть обусловлено такими факторами как мужской пол, молодой возраст, низкий уровень образования и проживание в сельской местности [27]. Результаты показывают, что более высокие уровни общей и до-суговой физической активности, ходьба и езда на велосипеде повышают кардиореспи-раторную выносливость и снижают риск развития сердечной недостаточности [28-29].
Заключение. Во всех возрастных группах участников коэффициент корреляции потребления кислорода с показателем вентиляции легких выше, чем с показателем частоты сердечных сокращений. У пожилых субъектов коэффициенты корреляции снижаются по сравнению с молодыми людьми и субъектами среднего возраста, но остаются статистически значимыми. Таким образом, величину вентиляции легких можно использовать для оценкикардиореспиратор-ной выносливости в качестве альтернативного показателя в условиях, когда метаболо-граф недоступен. С помощью вентилометра или простого сухого спирометра можно определить величину минутной легочной вентиляции и с помощью предложенных нами формул рассчитать величину потребления кислорода.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Astrand P-O. Maximal oxygen uptake and heart rate various types of muscular activity / P-O. Astrand, B. Saltin // J. Appl. Physiol. - 1961. - Vol. 16. - P. 977-981.
2. Astrand P-O. Measurement of maximal aerobic capacity / P-O. Astrand // Can. Med. Assoc. J. -1967. - Vol. 25. - № 96(12). - P. 732-735.
3. Durnin J.V. Pulmonary ventilation as an index of energy expenditure / J.V. Durnin, R.G. Edwards // Q. J. Exp. Physiol. Cogn. Med. Sci. - 1955. -Vol. 40. - № 4. - P. 370-377. DOI: 10.1113/expph ysiol.1955.sp001137.
4. Blair S.N. Physical Inactivity. The Biggest Public Health Problem of the 21st Century /
5.N. Blair // Br. J. Sports Med. - 2009. - Vol. 43. -№ 1. - P. 1-2.
5. Cunningham C. Consequences of physical inactivity in older adults: A systematic review of reviews and meta-analyses / C. Cunningham, R. O'Sullivan, P. Caserotti, M.A. Tully // Scand. J. Med. Sci. Sports. - 2020. - Vol. 30. - № 5. - P. 816827. DOI: 10.1111/sms.13616.
6. Loginov S.I. Physical activity and sedentary behavior of university students on the Russian North / S.I. Loginov, A.Y. Nikolayev, A.S. Snigirev, R.O. Solodilov, A.S. Kintyukhin // Human. Sport. Medicine. - 2021. - Vol. 21. - № S1. - P. 24-31. DOI: 10.14529/hsm21s104.
7. Schrack J.A. Comparison of the Cosmed K4b(2) portable metabolic system in measuring steady-state walking energy expenditure / J.A. Schrack, E.M. Simonsick, L. Ferrucci // PLoS One. - 2010. - Vol. 5.
- № 2. - P. e9292. DOI: 10.1371/journal.pone .0009292.
8. Darter B.J. Test-retest reliability and minimum detectable change using the K4b2: oxygen consumption, gait efficiency, and heart rate for healthy adults during submaximal walking / B.J. Darter, K.M. Rodriguez, J.M. Wilken // Res. Q. Exerc. Sport. - 2013. - Vol. 84. - № 2. - P. 223-231. DOI: 10.1080/02701367.2013.784720.
9. Myers J. Physical Activity and Cardiorespiratory Fitness as Major Markers of Cardiovascular Risk: Their Independent and Interwoven Importance to Health Status / J. Myers, P. McAuley, C.J. Lavie Prog. // Cardiovasc. Dis. - 2015. - Vol. 57. - № 4.
- P. 306-314. DOI: 10.1016/j.pcad.2014.09.011. 10.Sui X. Cardiorespiratory Fitness as a Predictor of Nonfatal Cardiovascular Events in Asymptomatic Women and Men / X. Sui, M.J. La Monte, S.N. Blair // Am. J. Epidemiol. - 2007 - Vol. 165.
- № 12. - P. 1413-1423. DOI: 10.1093/aje/ kwm031.
11.Ross R. Importance of Assessing Cardiorespira-tory Fitness in Clinical Practice: A Case for Fitness as a Clinical Vital Sign: A Scientific Statement From the American Heart Association / R. Ross,
S.N. Blair, R. Arena // Circulation. - 2016. - Vol. 134. - № 24. - P. 653-699. DOI: 10.1161/CIR.000 0000000000461.
12. Pontzer H. Daily energy expenditure through the human life course / H. Pontzer, Y. Yamada, H. Sagayama, P. Ainslie, L.F. Andersen et al. // Science. - 2021. - Vol. 373. - Issue 6556. -P. 808-812. DOI: 10.1126/science.abe5017.
13. Rhoads T.W. Taking the long view on metabolism / T.W. Rhoads, R.M. Anderson // Science. -2021. - Vol. 373. - Issue 6556. - P. 738-739. DOI: 10.1126/science. abl4537.
14. Saltin B. Hemodynamic adaptations to exercise / B. Saltin // Am. J. Cardiol. - 1985. - Vol. 55. -№ 10. - P. 42D-47D. DOI: 10.1016/0002-9149(8 5)91054-9.
15. Betik A.C. Determinants of VO2 max decline with aging: an integrated perspective / A.C. Betik, R.T. Hepple // Appl. Physiol. Nutr. Metab. - 2008. - Vol. 33. - № 1. - P. 130-140. DOI: 10.1139/H07-174.
16. Gastinger S. A comparison between ventilation and heart rate as indicator of oxygen uptake during different intensities of exercise / S. Gastinger, A. Sorel, G. Nicolas, A. Gratas-Delamarche, J.J. Prioux // Sports Sci. Med. - 2010. - Vol. 9. -№ 1. - P. 110-118.
17. Barbosa F.P. Prediction of maximum oxygen uptake through incremental exercise testing using ven-tilometry: a cross-sectional study / F. Policarpo Barbosa, P.E. Silva, A.C. Guimaräes, C.S. Pernam-buco, E.H. Dantas // Braz. J. Phys. Ther. - 2020. -Vol. 24. - № 4. - P. 365-372. DOI: 10.1016/j.bjpt. 2019.07.002.
18. Armstrong N. Traditional and New Perspectives on Youth Cardiorespiratory Fitness / N. Armstrong, J O. Welsman // Med. Sci. Sports Exerc. - 2020. -Vol. 52. - № 12. - P. 2563-2573. DOI: 10.1249/M SS.0000000000002418.
19.Väisänen D. Criterion validity of the Ekblom-Bak and the Ästrand submaximal test in an elderly population / D. Väisänen, Ö. Ekblom, E. Ekblom-Bak, E. Andersson, J. Nilsson, M. Ekblom // Eur. J. Appl. Physiol. - 2020. - Vol. 20. - № 2. - P. 307316. DOI: 10.1007/s00421-019-04275-7.
20. Jackson A.S. Role of lifestyle and aging on the longitudinal change in cardiorespiratory fitness / A.S. Jackson, X. Sui, J.R. Hébert, T.S. Church, S.N. Blair // Arch. Intern. Med. - 2009. - Vol. 169. - № 19. - P. 1781-1787. DOI: 10.1001/archintern-med.2009.312.
21.Peterman J.E. Development of Global Reference Standards for Directly Measured Cardiorespiratory Fitness: A Report From the Fitness Registry and Importance of Exercise National Database (FRIEND) / J.E. Peterman, R. Arena, J. Myers, S. Marzolini, R. Ross, C.J. Lavie, U. Wisl0ff, D. Stensvold, L.A. Ka-minsky // Mayo Clinic Proceedings. - 2020. - Vol. 95. - № 2. - P. 255-264. DOI: 10.1016/j.ma yocp.2019.06.013.
22.Kokkinos P. Cardiorespiratory fitness, body mass index and heart failure incidence / P. Kokkinos, C. Faselis, B. Franklin, C.J. Lavie, L. Sidossis, H. Moore, P. Karasik, J. Myers // Eur. J. Heart Fail.
- 2019. Vol. 21. - № 4. - P. 436-444. DOI: 10.1002/ejhf.1433.
23.Farinatti P. Cardiorespiratory responses and myocardial function within incremental exercise in healthy unmedicated older vs. young men and women / P. Farinatti, W. Monteiro, R. Oliveira, A. Crisafulli // Aging Clin. Exp. Res. - 2018. -Vol. 30. - № 4. - P. 341-349. DOI: 10.1007/ s40520-017-0776-x.
24.Pandey A. Association of Intensive Lifestyle Intervention, Fitness, and Body Mass Index With Risk of Heart Failure in Overweight or Obese Adults With Type 2 Diabetes Mellitus: An Analysis From the Look AHEAD Trial / A. Pandey, K.V. Patel, J.L. Bahnson, S.A. Gaussoin, C.K. Martin, A. Bal-asubramanyam, K.C. Johnson, D.K. McGuire, A.G. Bertoni, D. Kitzman, J.D. Berry, Look AHEAD Research Group // Circulation. - 2020. -Vol. 141. - № 16. - P. 1295-1306. DOI: 10.1161/ CIRCULATIONAHA.119.044865.
25.Hosick P.A. Cardiorespiratory fitness and the relationship between body fat and resting testosterone in men / P.A. Hosick, E.L. Matthews, S. Leigh // Arch. Physiol. Biochem. - 2020. - Vol. 126. - № 1.
- P. 61-66. DOI: 10.1080/13813455.2018.1491996.
26.Appelqvist-Schmidlechner K. Muscular and car-diorespiratory fitness are associated with health-related quality of life among young adult men / K. Ap-pelqvist-Schmidlechner, J.P. Vaara, T. Vasankari, A. Häkkinen, M. Mäntysaari, H. Kyröläinen // BMC Public Health. - 2020. - Vol. 20. - № 1. - P. 842. DOI: 10.1186/s12889-020-08969-y.
27.Ekblom-Bak E. Decline in cardiorespiratory fitness in the Swedish working force between 1995 and 2017 / E. Ekblom-Bak, Ö. Ekblom, G. Andersson, P. Wallin, J. Söderling, E. Hem-mingsson, B. Ekblom // Scand. J. Med. Sci. Sports.
- 2019. - Vol. 29. - № 2. - P. 232-239. DOI: 10.1111/sms.13328.
28.Aune D. Physical activity and the risk of heart failure: a systematic review and dose-response meta-analysis of prospective studies / D. Aune, S. Schlesinger, M.F. Leitzmann, S. Tonstad, T. Norat, E. Riboli, L.J. Vatten // Eur. J. Epidemiol. - 2021. -Vol. 36. - 4. - P. 367-381. DOI: 10.1007/s10654-020-00693-6.
29.Bahls M. Physical activity and cardiorespiratory fitness-A ten-year follow-up / M. Bahls, T. Ittermann, R. Ewert, B. Stubbe, H. Völzke, N. Friedrich, S.B. Felix, M. Dörr // Scand. J. Med. Sci. Sports. -2021. - Vol. 31. - № 3. - P. 742-751. DOI: 10.1111/sms.13882.
СВЕДЕНИЯ ОБ АВТОРАХ:
Александр Сергеевич Снигирев - кандидат биологических наук, доцент, Сургутский государственный университет, Сургут, e-mail: snow-alex@mail.ru.
Антон Сергеевич Кинтюхин - кандидат биологических наук, старший преподаватель, Сургутский государственный университет, Сургут, e-mail: anton-kintyuhin@mail.ru.
Сергей Иванович Логинов - доктор биологических наук, профессор, Владимирский государственный университет им. А.Г. и Н.Г. Столетовых, Владимир, e-mail: logsi@list.ru.
INFORMATION ABOUT THE AUTHORS:
Aleksandr Sergeevich Snigirev - Candidate of Biological Sciences, Associate Professor, Surgut State University, Surgut, e-mail: snow-alex@mail.ru.
Anton Sergeevich Kintyukhin - Candidate of Biological Sciences, Senior Lecturer, Surgut State University, Surgut, e-mail: anton-kintyuhin@mail.ru.
Sergej Ivanovich Loginov - Doctor of Biological Studies, Professor, Vladimir State University named after Aleksandr and Nikolaj Stoletovs, Vladimir, Russia, e-mail: logsi@list.ru.
Для цитирования: Снигирев А.С. Возрастные и тендерные особенности кардиореспираторной выносливости при ходьбе на тредмиле с повышающейся скоростью / А.С. Снигирев, А.С. Кинтюхин, С.И. Логинов // Современные вопросы биомедицины. - 2022. - Т. 6. - № 1. DOI: 10.51871/2588-0500_2022_06_01_26
For citation: Snigirev A.S. Age and gender features of cardiorespiratory endurance when walking on a treadmill with increasing speed / A.S. Snigirev, A.S. Kintyukhin, S.I. Loginov // Modern Issues of Biomedicine. - 2022. - Vol. 6. - № 1. DOI: 10.51871/2588-0500 2022 06 01 26
