CC BY
37
№ 3 - 2014 г.
14.00.00 медицинские и фармацевтические науки УДК 612.172.2.057-07:612.216.3-053.82
ПЕРСПЕКТИВЫ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ ФЕНОМЕНА ГИСТЕРЕЗИСА В ОЦЕНКЕ ТОЛЕРАНТНОСТИ К ФИЗИЧЕСКОЙ
НАГРУЗКЕ
В. Ю. Куликов, Е. Е. Романов, К. А. Кошлич, Г. И. Байкалов, Г. А. Дмитриев
ГБОУ ВПО «Новосибирский государственный медицинский университет» Минздрава
России (г. Новосибирск)
Обосновывается целесообразность использования явления гистерезиса в условиях применения пробы с дозированной физической нагрузкой у молодых и практически здоровых лиц обоего пола. Кривая гистерезиса представляет собой нелинейно связанные между собой функции в каждой наблюдаемой точке показателей сердечно-сосудистой системы (АД, ЧСС), где каждая точка отражает отклонение системы от исходного состояния. С позиции положения о колебательных биологических процессах возможно создание «фазового портрета», описывающего не только стадию напряжения, связанную с выполнением максимума внешней работы, но и стадию восстановления, где основным аттрактором является выполнение максимума внутренней работы, т.е. траектория возвращения системы в исходное состояние.
Ключевые слова: гистерезис, физическая нагрузка, реакция восстановления, сердечно-сосудистая система.
Куликов Вячеслав Юрьевич — доктор медицинских наук, профессор, заслуженный деятель науки РФ, заведующий кафедрой нормальной физиологии ГБОУ ВПО «Новосибирский государственный медицинский университет», рабочий телефон: 8 (383) 225-07-37, e-mail: [email protected]
Романов Евгений Евгеньевич — студент 2-го курса 4 лечебного факультета ГБОУ ВПО «Новосибирский государственный медицинский университет», e-mail: [email protected]
Кошлич Ксения Александровна — студент 2-го курса лечебного факультета ГБОУ ВПО «Новосибирский государственный медицинский университет», e-mail: [email protected]
Байкалов Герман Игоревич — студент 2-го курса лечебного факультета ГБОУ ВПО «Новосибирский государственный медицинский университет», e-mail: [email protected]
Дмитриев Георгий Андреевич — студент 2-го курса лечебный факультет ГБОУ ВПО «Новосибирский государственный медицинский университет», e-mail: [email protected]
Введение. Одним из принципиально важных подходов в оценке
пространственно-временных переходных процессов в биологических системах не только при состоянии напряжения (например, стрессе либо интенсивной физической нагрузки), когда реализуется программа выполнения максимума внешней работы, но и процессов восстановления, где реализуется программа максимума внутренней работы, является феномен гистерезиса, который позволяет оценить величину соответствующей «платы» двух разнонаправленных процессов — процессов напряжения и восстановления в рамках единого гиперцикла [1]. Оценка явления гистерезиса при различных состояниях позволяет, по существу, выявить фундаментальные свойства биологических систем, обусловленных эффективностью баланса между ката- и анаболическими процессами в условиях нормы, адаптации и патологии, с вычленением конкретных траекторий, в основе которых лежат специфические регуляторные контуры, комбинаторику взаимоотношений между которым целесообразно использовать как в клинической, так и теоретической медицине.
Таким образом, использование феномена гистерезиса при проведении дозированной физической нагрузки и процесса восстановления после неё у молодых и практически здоровых лиц является важным этапом в осмыслении фундаментальных процессов устойчивого динамического равновесия в функционировании биологических систем организма и незатухающих колебательных процессов, которые достигаются наличием точных обратных воздействий [2], составляющих структуру регуляторных контуров с «жесткими» и «лабильными» связями.
Цель данного исследования — изучить динамику процессов напряжения и восстановления при дозированной физической нагрузке с использованием феномена гистерезиса в рамках единого гиперцикла.
Материал и методы исследования. Для проведения исследований была рассчитана величина физической нагрузки для конкретного человека, обладающего определенной массой тела. При отсутствии велоэргометра простым и достаточно точным способом дозирования нагрузок является степ-эргометрия, в основу которой положено восхождение по лестнице (ступеньке). С этой целью предложены одно-, двух-, трехи многоступенчатые тесты. Имеются специальные степ-эргометры с регулируемой высотой ступенек [3].
Гарвардский степ-тест был разработан в 1942 году в лаборатории утомления Гарвардского университета. С помощью гарвардского степ-теста количественно оцениваются восстановительные процессы после дозированной мышечной работы. От ранее известных функциональных проб степ-тест отличается как характером выполняемой испытуемым нагрузки, так и формой учета результатов тестирования. За физическую нагрузку в настоящем исследовании была взята ходьба на степ-платформе высотой 20 см. Величина физической нагрузки определялась временем выполнения упражнения. В ходе работы измерялись: частота сердечных сокращений (ЧСС), арьериальное давление систолическое (АДс) и диастолическое (Адд) как в ходе самой нагрузки, так и по её окончанию. Упражнение выполнялось посредством трёх подходов (время подхода для конкретного человека рассчитывалось по формуле) с интервалом в 30 сек, во время которых осуществлялся замер с помощью прибора. По окончанию третьего подхода в фазе отдыха также производились вышеперечисленные замеры с аналогичным временным интервалом. Таким образом, было обследовано 29 студентов,
из них 17 юношей и 12 девушек. Средний возраст обследованных составил 18 ± 0,12 года. Полученные результаты были обработаны с использованием пакета статистических программ Statistica 7.0. Анализ петли гистерезиса при проведении нагрузочной пробы осуществлялся с использованием программы Advanced Grapher.
Полученные результаты и их обсуждение. На рис. 1 представлена структура эксперимента, из которого видно, что динамика нарастания физической нагрузки и выхода из неё осуществлялись в одинаковые временные интервалы. Если на первом этапе выполнялось максимум внешней работы, то на втором этапе — максимум реакции восстановления.
Рис. 1. Структура эксперимента по проведению физической нагрузки
и выходу из неё у молодых и практически здоровых лиц обоего пола
Как видно из данных, представленных на рис. 1, максимальная физическая нагрузка наблюдалась при третьем подходе, после которого наступал восстановительный период.
Рис. 2. Динамика изменения ЧСС и АДс при физической нагрузке и выходе из неё. Условные обозначения: точки 1-4 — баланс между изучаемыми показателями при выполнении физической нагрузки; точка 4 — максимальная нагрузка и начало реакции восстановления; точки 5-8 — соответственно отражают соотношение между исследуемыми показателями в реакции восстановления. Временной интервал между
точками везде одинаков
Как видно из представленных данных (рис. 2), петля гистерезиса достаточно наглядно отражает соотношение между ЧСС и величиной АДс как в условиях физической нагрузки, так и при реакции восстановления. Наглядно видно, что при физической нагрузке увеличивается ЧСС и АДс за счет увеличения ударного объема. Однако показательно, что траектория возврата не повторяет траекторию нагрузки и за время обследования не возвращается в исходную точку, оставаясь на новом уровне неравновесности, что, по-видимому, необходимо учитывать при планировании структуры тренировочного процесса у спортсменов и лечебной физкультуры у больных.
Рис. 3. Динамика изменения ЧСС и АДд при физической нагрузке и выходе из неё
Структура петли гистерезиса, отражающая взаимосвязь между ЧСС и АДд, как это видно из данных, представленных на рис. 3, носит несколько иной характер, чем на рис. 2. Особенно показательно, что во время максимальной физической нагрузки в точке 4, когда наблюдается максимальное систолическое давление, мы наблюдали достаточно резкое и достоверное снижение диастолического давления (интервал 3-4), а траектория возврата к исходным величинам имела колебательный характер. В данном случае мы сталкиваемся со стандартной (нормотонической) реакцией сердечно-сосудистой системы на дозированную физическую нагрузку, когда подъем АДс отражает усилие систолы левого желудочка, а снижение диастолического — уменьшение тонуса артериол, обеспечивающее лучший доступ крови на периферии [4]. Данная закономерность наиболее наглядно выявляется при построении петли гистерезиса по балансу между систолическим и дистолическим давлениями, что представлено на рис. 4. Так, если на этапе физической нагрузки наблюдается достоверное увеличение систолического давления и снижение диастолического, то в период реакции восстановления синхронно снижается как систолическое, так и диастолическое давления. Петля гистерезиса (рис. 4) наглядно демонстрирует, что при физической нагрузке закономерно увеличивается и пульсовое давление, как результирующая величина между величинами систолического и диастолического давлений.
Средняя кривая всех студентов
л»
к» »
ч»
н» V «Л
>1) ■
на
ч на ти ч»
диастол.ца&пете
К / \4
\ /
а
/ь
систол давпение
ни 1Л П и»1 1111 'Я! Щ» '«1 41 ш Щ чЦ 41 Ш1 Ш «2
«ли
1ГРШ АЛИ
и
1 и н
Ш 34 «
[V и
Рис. 4. Динамика изменения АДд и АДс при физической нагрузке и выходе из неё
Таким образом, при изучении реакции организма на ту или иную физическую нагрузку необходимо обращать внимание на степень изменения определяемых показателей и время их возвращения к исходному уровню, т.е. оценивать реакцию восстановления, как реакцию, направленную на выполнение максимума внутренней работы, характер которой зависит от возраста, пола и тренированности человека. Правильная оценка степени реакции и длительности восстановления позволяет достаточно точно оценить состояние обследуемого. И в этом плане использование петли гистерезиса позволяет наглядно выявить варианты реагирования человека на различные по характеру и интенсивности физические нагрузки. Это имеет большое значение как для спортивной медицины, так и клинической физиологии и медицины в целом, как объектный визуальный метод оценки резервных возможностей индивида.
Список литературы
1. Абрамцова А. В. Использование явления гистерезиса в анализе реактивности тканевого «микрорайона» кожи в онтогенезе [Электронный ресурс] / А. В. Абрамцова,
В. Ю. Куликов // Медицина и образование в Сибири : электронный научный журнал. — 2010. — № 4. — Режим доступа : http://ngmu.ru/cozo/mos/article/text_full.php?id=442
2. Флейшман А. Н. Вариабельность ритма сердца и медленные колебания гемодинамики нелинейные феномены в клинической практике / А. Н. Флейшман. — Новосибирск : Изд-во СО РАН, 2009. — 194 с.
3. Методы исследования и фармакологической коррекции физической работоспособности человека / Под ред. академика РАН И. Б. Ушакова. — М. : Медицина, 2007.
4. Смирнов М. Р. Биоэнергетика спорта / М. Р. Смирнов. — Новосибирск : Новосибирское книжное издательство, 2004. — 304 с.
PROSPECTS OF USAGE OF HYSTERESIS
PHENOMENON IN TOLERANCE ASSESSMENT TO PHYSICAL ACTIVITY
V. Y. Kulikov, E. E. Romanov, K. A. Koshlich, G. I. Baykalov, G. A. Dmitriyev
SBEIHPE «Novosibirsk State Medical University of Ministry of Health» (c. Novosibirsk)
Expediency of usage of hysteresis phenomenon in the conditions of test application with the dosed physical activity at young and almost healthy persons of both sexes is proved. The curve of hysteresis represents not linearly connected functions in each observed point of indicators of cardiovascular system (ABP, FAR) where each point reflects a system deviation from an initial state. From a position of provision on oscillatory biological processes creation of «phase portrait» is possible. It describes not only the stage of tension connected with performance of maximum of external work, but also a restoration stage where the main attractor is performance of maximum of internal work, i.e. a trajectory of return of system in an initial state.
Keywords: hysteresis, physical activity, restoration reaction, cardiovascular system.
About authors:
Kulikov Vyacheslav Yuryevich — doctor of medical science, professor, honored scientist of the RF, head of normal physiology chair at SBEI HPE «Novosibirsk State Medical University of Ministry of Health», office phone: 8 (383) 225-07-37, e-mail: [email protected]
Romanov Evgeny Evgenyevich — student of the 2nd course of medical faculty at SBEI HPE «Novosibirsk State Medical University of Ministry of Health», e-mail: [email protected]
Koshlich Ksenia Aleksandrovna — student of the 2nd course of medical faculty at SBEI HPE «Novosibirsk State Medical University of Ministry of Health», e-mail: [email protected]
Baykalov Herman Igorevich — student of the 2nd course of medical faculty at SBEI HPE «Novosibirsk State Medical University of Ministry of Health», e-mail: [email protected]
Dmitriyev Georgy Andreevich — student of the 2nd course of medical faculty at SBEI HPE «Novosibirsk State Medical University of Ministry of Health», e-mail: [email protected]
List of the Literature:
1. Abramtzevo A. V. Usage of the hysteresis phenomenon in the analysis of reactivity of fabric «residential district» of skin in ontogenesis [electronic resource] / A. V. Abramtsova,
V. Y. Kulikov // Medicine and education in Siberia: electronic scientific magazine. — 2010. — № 4. — Access mode: http://ngmu.ru/cozo/mos/article/text_full.php? id=442
2. Fleyshman A. N. Variability of cardiac rhythm and slow fluctuations of haemodynamics nonlinear phenomena in clinical practice / A. N. Fleyshman. —Novosibirsk: Publishing house of the Siberian Branch of the Russian Academy of Science, 2009. — 194 P.
3. Methods of research and pharmacological correction of physical efficiency of the person / Under the editorship of the academician of the Russian Academy of Sciences I. B. Ushakov.
- M.: Medicine, 2007.
4. Smirnov M. R. Bio-energetics of sports / Masculine Smirnov. — Novosibirsk: Novosibirsk book publishing house, 2004. — 304 P.
