CC BY
40І ПЕДАГОГІКА І та медико-біологічні
проблеми фізичного
ПСИХОЛОГІЯ
виховання і спорту
Крос-спектральний аналіз коливань кардіодинаміки у спортсменів з різною спрямованістю тренувального процесу
Каленіченко О.В., Артюшенко О.Ф., Барановська Т.В., Коваленко С.О.
Черкаський національний університет імені Богдана Хмельницького
Анотації:
У 29 осіб видів спорту на витривалість, 28 - силових видів та 34 не-спортсменах (всього на 9і студентах віком 18-22 роки) з дотриманнями біоетичних вимог проведені вимірювання та визначення крос-спектральної потужності (КСП) коливань ударного об'єму крові (УОК) та тривалості інтервалу R-R (т^^) в спокої лежачи, регламентованому диханні 6 циклів за хвилину, ортопро-бі та дозованому фізичному навантаженні потужністю 1 Вт на кг ваги тіла. Показано, що для спортсменів характерний вищий ступінь синхронізації коливань УОК та т^^ у частотному діапазоні спонтанної баро-рефлекторної чутливості (0,04-0,15 Гц) в порівнянні з неспортсменами. При дозованому фізичному навантаженні за збільшенням амплітуди від'ємних значень КСП у частотному діапазоні 0,01-0,03 Гц спостерігається включення гомометричних механізмів саморегуляції роботи серця більш виражене у спортсменів видів на витривалість.
Ключові слова:
спортсмени, витривалість, сила.
барорефлекс,
Калениченко А.В., Артюшенко А.Ф., Барановская Т.В., Коваленко С.А. Кросс-спектральный анализ колебаний кардиодинамики у спортсменов с различной направленностью тренировочного процесса. У 29 лиц видов спорта на выносливость, 28 - силовых видов и 34 неспор-тсменах (всего на 91 студентах возрастом 18-22 года) с соблюдениями биоэтических требований проведены измерения и определения крос-спектральной мощности (КСМ) колебаний ударного объема крови (УОК) и длительности интервала R-R (т^^) в покое лежа, регламентированном дыхании 6 циклов за минуту, ортопробе и дозированной физической нагрузке мощностью 1 Вт на кг веса тела. Показано, что для спортсменов характерна высшая степень синхронизации колебаний УОК и т^^ в частотном диапазоне спонтанной барорефлекторной чувствительности (0,04-0,15 Гц) по сравнению с неспортсменами. При дозированной физической нагрузке по возрастанию амплитуды отрицательных значений КСМ в частотном диапазоне 0,01-0,03 Гц наблюдается включение гомометрических механизмов саморегуляции работы сердца более выраженное у спортсменов видов на выносливость.
спортсмены, барорефлекс, выносливость, сила.
Kalenichenko O.V., Artyushenko O.F., Baranovska T.V., Kovalenko S.O. Cross-spectral analysis of cardiodynamics oscillations at the sportsmen with different training focus. Cross-spectral power of stroke blood volume oscillations and R-R interval duration at rest, with regulated respiration of 6 cycles per minute, at tilt test and with dosed physical loading with power of 1Vt on 1 kg of body weight were determined on 29 persons of endurance sports, 28 - of power sports and 34 non-sportsmen (in total 91 students aged 18-22). Higher degree of synchronizing stroke blood volume oscillations and R-R interval duration in the range of spontaneous baroreflex sensitivity (0.04 - 0.15 Hz) was found at the athletes if compared with non-sportsmen. The inclusion of homometrical mechanisms of heart work self-regulation was found more marked at the sportsmen of endurance sports with dosed physical loading with increasing amplitude of negative meanings of cross-spectral power in frequency range of 0.01 - 0.03 Hz.
sportsmen, baroreflex, endurance, power.
Вступ.
Останнім часом спостерігається зростання уваги як дослідників, так і тренерів до оцінки функціонального стану спортсменів, вегетативного тонусу їх організму за аналізом варіабельності серцевого ритму [2, 3, 5]. Існують дослідження і синхронізації хвильових змін частоти серцевих скорочень та артеріального тиску у осіб, що займаються фізичними вправами - феномену спонтанної барорефлекторної чутливості [8]. Разом з цим мало уваги приділяється вивченню у спортсменів показників коливань ударного об’єму крові (УОК), котрі вважаються вельми прогностичними у анастезіології та реанімації [6], і, тим більше їх зв’язку з тривалістю інтервалу Я-Я (т-Я-Я) за різних умов. Здійснення крос-спектрального аналізу коливань УОК та т-Я-Я може дозволити виявити нові прогностичні показники оцінки стану організму у різних видах спорту.
Робота виконана у межах держбюджетної теми Міністерства освіти і науки, молоді та спорту України „Індивідуальні особливості реакцій систем організму здорових людей на різноманітні навантаження” (№ держреєстрації 0109Ш02549).
Мета, завдання роботи, матеріали та методи.
Мета роботи - дослідити зв’язок між коливаннями ударного об’єму крові та тривалості інтервалу Я-Я у спортсменів з спрямованістю тренувального процесу на розвиток сили і витривалості та у неспортсменів в спокої та при дозованих навантаженнях.
Вимірювання проведені у підготовчому періоді річного циклу тренування на 29 спортсменах з перевагою навантажень на витривалість, 28 -силових
© Каленіченко О.В., Артюшенко О.Ф., Барановська Т.В., Коваленко С.О., 2012
видів та 34 неспортсменах - студентах ВНЗ віком 18-22 роки. Усі особи брали участь у дослідженнях добровільно, за даними медичного обстеження були практично здоровими, не мали гострих та хронічних захворювань. Перед виконанням завдань вони були поінформовані відносно мети та завдань вимірювань, послідовності та змісту тестових навантажень. За добу до проведення обстежень іспитовані не вживали алкогольних напоїв, кави, збуджуючих чи заспокійливих засобів, не мали великих емоційних та фізичних навантажень. Вимірювання здійснювались з 8.00 до 10.30 годин ранку в одному і тому самому приміщенні, віддаленому від навчальних аудиторій. Температура повітря підтримувалась на рівні 20-22 °С.
Процедура вимірювань для всіх осіб була стандартною. Після 15-хвилинного відпочинку в положенні лежачи впродовж 5 хв реєстрували сигнали електрокардіограми, диференційної реоплетизмограми грудної клітки від біопідсилювача РА-5-01 (НДІ радіовимірювальної апаратури, Київ), пневмограми, вимірювали артеріальний тиск (АТ). Сигнали перетворювали у цифрову форму через АЦП ADC-1280 (“Holit Data System”, Київ) і записували на вінчестер комп’ютера, а потім аналізували за допомогою програми “Bioscan”. Запис цих сигналів здійснювали і при регламентованому диханні з частотою 6 циклів за хвилину, під час ортопроби, фізичному навантаженні потужністю 1 Вт/кг ваги тіла, котре виконували на велоергометрі ТХ-1 (“HKS”, Німеччина). Розраховували УОК за формулою Ku-bicek, т-R-R та тривалість спіроінтервалів за всіма послідовними реалізаціями впродовд 5 хв у спокої в положенні лежачи та при регламентованому диханні,
э
2012
з 3-ї по 7-му хвилини при ортопробі, з 3-ї по 5-ту хвилини при фізичному навантаженні.
Крос-спектральний аналіз коливань УОК та т-R-R проводили у програмі Statistica-5.0 з використанням періодограмного методу. При цьому здійснювали корекцію частоти елементів крос-періодограми залежно від середньої частоти серцевих скорочень. Аналізували амплітуди найбільших піків максимумів та мінімумів у діапазоні 0-0,04 Гц (відповідно VLF-
та VLF ), максимумів - у діапазоні 0,04-0,15 Гц
max mm'7 J J 7 7
(LFmax). Для виявлення хвильової структури зв’язку УОК та т-R-R застосовували побудову медіанних крос-періодограм. Для цього індивідуальні крос-спектрограми розбивались на 50 вікон шириною 0,01 Гц, в яких визначалась крос-спектральна потужність (КСП). За індивідуальними даними будувалась таблиця та визначалась медіана КСП у кожному з вікон. За цими медіанами і будувався графік. Оцінка центральної тенденції вибірок здійснювалась за медіаною, оскільки розподіл показників не був нормальним. Вірогідність групових відмінностей між значеннями оцінювали за непараметричним U-критерієм Манна-Уітні.
Результати дослідження.
Аналіз показників КСП коливань гемодинаміки показав наступне (табл. 1). VLFmin у осіб ІІ та ІІІ груп була вірогідно вищою ніжу спортсменів з переважанням розвитку витривалості, а LFmax у неспортсменів значимо нижчою ніж в обох групах спортсменів. Такі відмінності можуть свідчити про характер та вираженість прояву різних механізмів регуляції дяльності серцево-судинної
системи у них. Так, наявність суттєвих від’ємних значень VLFшin у осіб відів спорту на витривалість пояснюється переважанням хроноінотропної залежності саморегуляції серця (драбина Боудича). При цьому повільнохвильові зменшення та збільшення т-Я-Я приводять до циклічних, відповідно, збільшення та зменшення УОК.
Більш високий рівень LFшax у спортсменів у порівнянні з неспортсменами може, по-перше, пояснюватись більш високою амплітудою хвиль у діапазоні 0,04-0,15 Гц у І та ІІ групах, а, подруге, вищим рівнем спонтанної барорефлекторної чутливості. На думку багатьох авторів [4, 7], до методів оцінки нейрогенного контролю діяльності серця можна віднести методики дослідження чутливості барорефлексу у частотах близьких до 0,1 Гц. Серед них найбільш прийнятними потрібно визнати оцінку спонтанної барорефлекторної функції, котра не вимагає зовнішнього, часто неспецифічного стимулу, не змінює природного стану людини, може бути застосована поза клінікою.
Фізіологічна ефективність та основна задача барорефлексу - згладжування спонтанних коливань артеріального тиску [1]. Згідно принципу фізіологічної доцільності, функціонування барорефлексу полягає у наявності швидкого реагування серцево-судинної системи на підвищення АТ за рахунок зменшення при цьому ЧСС (чи збільшенні т-Я-Я). Чим більше буде запізнюватись реакція ЧСС на зміни АТ, тим менш ефективно працює барорефлекс. Цілком можлива така ситуація, коли при підвищенні АТ
Таблиця 1
Показники крос-спектральної потужності коливань ударного об’єму крові та тривалості інтервалу R-R у спортсменів з спрямованістю тренувального процесу на витривалість (І, N=29), силу (ІІ, N=28)
та у неспортсменів (III N=34) за різних умов
Групи Показники крос-спектральної потужності, млмс
VLFmax VLFmin LFmax
Спокій лежачи
I 10,82 [6.39: 34.41] -2,84 [-9.22: -0.77] 20,54 [5.02: 28.38]
II 20,07 [11.51: 32.86] 0,80 [-1.34: 3.08]* 12,11 [6.69: 32,07]#
III [8.29: 27.96] 0,75 [-0.68: 1.88]* 6,87 [4.37: 11.10]*
Регламентоване дихання
I 11,11 [6.33: 22.06] -5,24 [-14.04: -0.99] 293,62 [134.96: 535.91]
II 6] 6, 2,98 [-1.05: 4.61]* L 296,92 J [163.67: 792.08]#
III ь 14,25 J [3.54: 30.36] 0,01 [-0.78: 2.66]* 184,82 [7.99: 308.82]*
Ортопроба
I 21,41 [11.09: 36.66] 1,53 [-0.64: 2.75] 11,40 [5.64: 26.61]
II L -19,74 • [9.51: 43.49] L 1,36 J [-3.27: 6.31] L 23,53' J [8.13: 41.52]#
III L 12,07 J [8.20: 24.61]* 0,69 [-1.91: 3.30] 10,01 [6.97: 13.89]
Фізичне навантаження
I 9,65 [0.60: 2111] -26,65 [-43.99: -5.89] 12,87 [7.21: 27.95]
II [6.84: 25,15] -13,45 [-35,81: -5.56] L 9,26 J [6.00: 23,68]#
III 9,05 [3.26: 20.71] L -15,93 J [-34.98: 0.19] [5.09: ’10,46]*
Примітка. * - р<0,05 у порівняння з ї групою, # - р<0,05 між її та їїї групами.
І ПЕДАГОГІКА I
ПСИХОЛОГІЯ
та медико-біологічні проблеми фізичного виховання і спорту
Рис. 1. Медіанна крос-спектрограма коливань ударного об’єму крові та тривалості інтервалу R-R у спортсменів з різною спрямованістю тренувального процесу (І, ІІ) і у неспортсменів (ІІІ) при ортопробі
-----I II III
Рис. 2. Медіанна крос-спектрограма коливань ударного об’єму крові та тривалості інтервалу R-R у спортсменів з різною спрямованістю тренувального процесу (І, ІІ) і у неспортсменів (ІІІ) при дозованому фізичному навантаженні у діапазоні частот 0-0,04 Гц
ЧСС буде збільшуватись і навпаки. У цьому випадку функціонування барорефлексу призведе до наслідків прямо протилежних тим, для чого створена ця реакція організму і замість згладжування, викликаних коливань АТ він буде приводити до збільшення їх амплітуди.
При регламентованому диханні 6 циклів за хвилину ритм дихання синхронізується та викликає резонансне підвищення коливань гемодинаміки у діапазоні спонтанної барорефлекторної функції
(табл. 1). При цьому зберігаються міжгрупові відмінності за аналізованими показниками КСП характерні для стану спокою.
Перехід у вертикальне положення тіла, поряд зі зменшенням амплітуди хвиль УОК та т-R-R, приводив до дещо парадоксального збільшення LFmax у неспортсменів та у осіб її групи. VLFmax у спортсменів ї групи стає вірогідно вищим за значення у неспортсменів. Отже у осіб її та їїї груп спостерігається збільшення
спонтанної барорефлекторної чутливості, а у чоловіків І групи - включення гетерометричного механізму саморегуляції роботи серця (Франка-Старлінга). Детальний аналіз медіанних крос-періодограм при ортопробі підтведжує більшу вираженість барорефлекторного піку КСП у ІІ групі на частоті 0,09 Гц та позитивних піків КСП у спортсменів на частоті 0,01 Гц (рис. 1).
При дозованому фізичному навантаженні відбувається значне збільшення амплітуди У1^шіп у всіх групах найбільш виражене у І групі. Знову ж, як у спокої лежачи та при регламентованому диханні, LFшax вище у спортсменів у порівнянні з групою неспортсменів. При аналізі медіанної крос-періодограми у діапазоні 0-0,4 Гц з’ясовано, що за амплітудою переважають від’ємні піки КСП, в найбільшій мірі у спортсменів видів на розвиток витривалості (рис. 2). Така закономірність свідчить про значне включення гомометрич-них механізмів саморегуляції кровообігу при виконанні дозованого фізичного навантаження.
Таким чином, виявлені закономірності особливостей крос-спектральної потужності коливань УОК та т-Я-Я можуть свідчити про особливості змін у регуляції серцево-судинної системи у спортсменів різної спрямованості тренувального процесу та вказують на можливі напрямки вдосконалення функціональної діагностики у них.
Література:
1. Галустьян Г.Э. Особенности вариабельности артериального давления человека и животных, Успехи физиологических наук, 1999, V.30, № 4, С. 67-80.
2. Коробейніков Г.В., Дуднік О.К., Радченко Ю.А. Варіабельність серцевого ритму у юних борців з різним функціональним станом нервової системи, Педагогіка, психологія та медико-біологічні проблеми фізичного виховання і спорту, 2007, N 6, С. 157-160.
3. Криворученко Е.В. Вариабельность сердечного ритма в практике спортивной медицины и спортивной подготовки: обзор научной литературы, Спортивна медицина, 2006, N 1, С. 37-45.
4. Milic M. A comparison of pharmacologic and spontaneous baroreflex methods in aging and hypertension, J Hypertens, 2009, V.27, N 6, P. 1243-1251.
5. Apor P., Petrekanich M., Szamado J. Heart rate variability in sports, Orv Hetil, 2009, V.3, N 150(18), P.847-53.
6. Bouteau N. Tavernier B., Stroke volume variation as an indicator of fluid responsiveness, Anesth Analg, 2004, V.98, N 1, P.278-279.
7. La Rovere M.T., Pinna G.D., Raczak G. Baroreflex sensitivity: measurement and clinical implications, Ann Noninvasive Electrocardiol, 2008, V.13, N 2, P.191-207.
8. Raczak G. et al. Long-term exercise training improves autonomic nervous system profile in professional runners, Kardiol Pol, 2006, V.64, N 2, P. 141-142.
Информация об авторах: Калениченко Алексей Владимирович
Черкасский национальный университет имени Богдана Хмельницкого бульвар Шевченко, 81, г. Черкассы, 18031, Украина.
Артюшенко Александр Фёдорович
Черкасский национальный университет имени Богдана Хмельницкого бульвар Шевченко, 81, г. Черкассы, 18031, Украина.
Барановская Тамара Владимировна
Черкасский национальный университет имени Богдана Хмельницкого бульвар Шевченко, 81, г. Черкассы, 18031, Украина.
Коваленко Станислав Александрович
Черкасский национальный университет имени Богдана Хмельницкого бульвар Шевченко, 81, г. Черкассы, 18031, Украина.
Поступила в редакцию 18.06.2012г.
32012
Ц
Висновки.
Для спортсменів з різною спрямованістю тренувального процесу у спокої лежачи та при дозованому фізичному навантаженні характерний вищий ступінь синхронізації коливань ударного об’єму крові та тривалості інтервалу R-R у діапазоні спонтанної барорефлекторної чутливості, котрий резонансно у більшій, ніж у неспортсменів, мірі підсилюється при регламентованому диханні 6 циклів за хвилину.
У чоловіків видів спорту з переважним розвитком витривалості за результатами крос-спектрального аналізу коливань ударного об’єму крові та тривалості інтервалу R-R у діапазоні частот серцевого ритму дуже низької частоти в спокої, при регламентованому диханні та дозованому фізичному навантаженні спостерігається включення гомометричних механізмів саморегуляції серця. Задіяння такого ж механізму, але в меншому ступені, відбувається при дозованому фізичному навантаженні і у спортсменів силових видів та у неспортсменів.
Відмічені закономірності синхронізації коливань показників кардіодинаміки можуть бути використані у вдосконаленні функціональної діагностики
спортсменів.
Перспективи подальших досліджень у даному напрямку полягають у проведенні вимірювань пропонованих показників у спортсменів у різних періодах річного циклу підготовки, різному функціональному стані, тощо.
References:
1. Galust'ian G.E. Uspekhi fiziologicheskikh nauk [Success of physiological sciences], 1999, vol. 30(4), pp. 67-80.
2. Korobejnikov G.V., Dudnik O.K., Radchenko Iu.A. Pedagogika, psihologia ta mediko-biologicni problemi fizicnogo vihovanna i sportu [Pedagogics, psychology, medical-biological problems of physical training and sports], 2007, vol. 6, pp. 157-160.
3. Krivoruchenko E.V. Sportivnaia medicina [Sports Medicine], 2006, vol. 1, pp. 37-45.
4. Milic M. A comparison of pharmacologic and spontaneous baroreflex methods in aging and hypertension, American Journal of Hypertension, 2009, vol. 27(6), pp. 1243-1251.
5. Apor P., Petrekanich M., Szamado J. Heart rate variability in sports, Orv Hetil Journal, 2009, vol. 3(150(18)), pp. 847-53.
6. Bouteau N. Tavernier B. Stroke volume variation as an indicator of fluid responsiveness, Anesth Analg Journal, 2004, vol. 98(1), pp. 278-279.
7. La Rovere M.T., Pinna G.D., Raczak G. Baroreflex sensitivity: measurement and clinical implications, Ann Noninvasive Electro-cardiol Journal, 2008, vol. 13(2), pp.191-207.
8. Raczak G. Long-term exercise training improves autonomic nervous system profile in professional runners, Polish Heart Journal, 2006, vol. 64(2), pp. 141-142.
Information about the authors: Kalenichenko O.V.
[email protected] Cherkasy National University Shevchenko Boulevard 81, Cherkassy, 18031, Ukraine.
Artyushenko O.F. [email protected] Cherkasy National University Shevchenko Boulevard 81, Cherkassy, 18031, Ukraine.
Baranovska T.V. [email protected] Cherkasy National University Shevchenko Boulevard 81, Cherkassy, 18031, Ukraine.
Kovalenko S.O. [email protected] Cherkasy National University Shevchenko Boulevard 81, Cherkassy, 18031, Ukraine.
Came to edition 18.06.2012.
