CC BY
44І ПЕДАГОГІКА І та медико-біологічні
*----“---------------* проблеми фізичного
виховання і спорту
Регуляция процессов микрогемодинамики у спортсменов в условиях вестибулярных раздражений
Сышко Д.В.
Таврический национальный университет им. В.И. Вернадського
Аннотации:
Проведен сравнительный анализ функционального состояния регуляторных систем микроциркуляции в коже у спортсменок специализирующихся в беговых видах легкой атлетики до и после вестибулярных раздражений. Исследовано 10 высококвалифицированных легкоатлеток, специализирующихся в беге на средние и длинные дистанции. Показано, что вестибулярное раздражение достоверно вызывает изменения процессов микроциркуляции в коже, проявляющиеся не только в изменении величины перфузии, но и спектра компонентов механизмов регуляции. Получено, что высокочастотные дыхательные и пульсовые колебания у спортсменок занимали значительно меньшую долю в общем спектре и составили 9,8% и 8,3% соответственно, что указывает на оптимальный приток и отток периферической крови. Структура осцилляций кожного кровотока после вестибулярных раздражений у спортсменок состоит из повышение вклада дыхательного компонента с 9,8% до 11,4%, что обусловлено изменением динамики венозного давления при легочной механической активности, присасывающим действием «дыхательного насоса».
Ключевые слова:
спортсмены, микроциркуляция в коже, ЛДФ-метрия, вестибулярное раздражение, дыхательные, пульсовые, колебания.
Сишко Д.В. Регуляція процесів мі-крогемодинаміки у спортсменів в умовах вестибулярних навантажень. Проведений порівняльний аналіз функціонального стану регуляторних систем мікроциркуляції в шкірі у спортсменок що, спеціалізуються в бігових видах легкої атлетики до і після вестибулярних роздратувань. Досліджено 10 висококваліфікованих легкоатлеток що спеціалізуються в бігу на середні і довгі дистанції. Показано, що вестибулярне роздратування достовірно викликає зміни процесів мікро-циркуляції в шкірі, що виявляються не тільки в зміні величини перфузії, але і спектру компонентів механізмів регуляції. Одержано, що високочастотні дихальні і пульсові коливання у спортсменок займали значно меншу частку в загальному спектрі і склали 9,8% і 8,3% відповідно, що вказує на оптимальний приток і відтік периферичної крові. Структура осциляцій шкірного кровотоку після вестибулярних роздратувань у спортсменок, складається з підвищення внеску дихального компоненту з 9,8% до 11,4%, що обумовлене зміною динаміки венозного тиску при легеневій механічній активності, та дією «дихального насоса».
спортсмени, мікроциркуляція в шкірі, ЛДФ-метрія, вестибулярне роздратування, дихальні, пульсові, коливання.
Syshko D.V. Adjusting of processes of microgemodynamics at sportsmen in the conditions of vestibular irritations.
The comparative analysis of the functional being of the regulator systems of microgemodynamics is conducted in a skin at the sportswomen of specialized in the running types of track-and-field before and after vestibular irritations. 10 highly skilled athletes of specialized in at run on middle and long distances are explored. It is shown, that the vestibular irritation for certain causes the changes of processes of microgemodynamics in a skin, showing up not only in the change of size of perfusion but also spectrum of components of mechanisms of adjusting. It is got, that high-frequency respiratory and pulse vibrations at sportswomen occupied considerably a less stake in a general spectrum and were 9,8% and 8,3% accordingly, that specifies on an optimum influx outflow of peripheral blood. Structure of vibrations of skin blood stream after the vestibular irritations at sportswomen, consists of increase of deposit of respiratory component from 9,8% to 11,4%, that is conditioned by the change of dynamics of vein pressure at pulmonary mechanical activity, attracting action of «respiratory pump».
sportsmen, microgemodynamics in a skin, LDF-metrics, vestibular irritation, respiratory, pulse, vibrations.
Введение.
Изучение вестибулярной функции человека всегда представляло интерес для науки и практики, так как вестибулярный анализатор постоянно включен в систему адаптации к внешней среде в связи с постоянно действующей силой притяжения Земли. Гравитационные взаимодействия определяют формирование основных компонентов двигательного анализатора, в определенной степени лимитировали развитие сердечно - сосудистой, дыхательной, выделительной и других систем организма, обслуживающих двигательный аппарат человека [1-3]. Поэтому при любом движении, воспринимаемом либо пассивно, либо активно, вестибулярный анализатор вступает в активное взаимодействие со всеми системами организма, вызывая вестибулярные реакции [4]. Накоплен достаточный материал по вестибуловегетативным, вестибулосо-матическим, глазодвигательным (нистагмометрическим) и другим реакциям [5]. Созданы методики, позволяющие оценить вестибулярную устойчивость по показателям сердечно-сосудистой системы, системы дыхания, ориентировки в пространстве, силы [2]. Однако, несмотря на большое количество исследований, особенно посвященным вестибуловегетативным реакциям, совершенно не изученным остаётся реактивность кровеносных сосудов кожи на вестибулярное
© Сышко Д.В., 2012 doi:10.6084/m9.flgshare.105470
раздражение. Научный интерес к этому вопросу связан, еще и с тем, что современные способы регистрации и обработки параметров кожного кровотока даёт возможность определить роль различных механизмов в регуляции тканевой гемодинамики [6]. Изменения в системе микроциркуляции крови коррелируют со сдвигами в центральной гемодинамики, что позволяет использовать показатели микроциркуляции в качестве критериев в общей оценке вестибуловегетативной устойчивости, также роли местных и общих реакциях кровообращения в условиях угрозы потери равновесия. Особенно это важно в спортивной деятельности, где важна гемодинамическая «цена» пространственной ориентировки.
Исследование проводилось в соответствии с планами научно-исследовательской работы кафедры теории и методики физического воспитания Таврического национального университета им. В.И. Вернадского номер гос. регистрации 0ПШ000919 «Педагогическое и физиологическое обоснование системы физического воспитания и спорта учащихся и студентов»
Цель, задачи работы, материал и методы.
Цель работы - изучить особенности процессов микроциркуляции в коже у спортсменов при вестибулярных раздражениях.
В исследовании принимали участие 10 высококвалифицированных спортсменов женского пола занима-
ющихся легкой атлетикой (бег на средние и длинные дистанции). Возраст спортсменок составлял 18-23 года. Квалификация спортсменок от 1 разряда до мастера спорта международного класса. Фаза месячного цикла не учитывалась. Для регистрации показателей микроциркуляции в коже, до и после вестибулярных раздражений, использовали метод лазерной допле-ровской флоуметрии (ЛДФ), основанный на оптическом зондировании тканей монохроматическим излучением и анализе частотного спектра, отраженного от движущихся эритроцитов сигнала. ЛДФ осуществляли лазерным анализатором кровотока «ЛАКК-02» во втором исполнении (НПП «Лазма», Россия). В качестве вестибулярных раздражений применяли вращения в кресле Барани, по методу Воячека (10 оборотов за 20 секунд, голова под углом 30° вниз с закрытыми глазами). Исследование проводили в дневное время суток, испытуемые во время исследования находились в положении сидя. Головка оптического зонда (датчика) фиксировалась на наружной поверхности левого предплечья на 4 см выше шиловидных отростков. По мнению некоторых авторов [7], указанная зона является зоной Захарьина-Геда сердца, бедна артерио-венулярными анастомозами, поэтому в большей степени отражает кровоток в нутритивном русле и в меньшей степени подвержена влияниям внешней среды, и в связи с этим применяется для исследований микроциркуляции. Расчёт показателей базального кровотока проводился в два этапа.
Показатели тканевого кровотока оценивали до и после вестибулярных раздражений. На первом этапе следующие показатели:
М (перф.ед.) - показатель микроциркуляции, характеризующий общую (капиллярную и внекапилляр-ную) усредненную стационарную перфузию микрососудов за время исследования;
СКО (с, перф.ед.) - среднее квадратичное отклонение амплитуды колебаний кровотока во всех частотных диапазонах от среднего М, отражающее вариабельность тканевого кровотока;
К (%) - коэффициент вариации, который вычисляли по формуле: Кв=СК0/М-100%.
Расчет показателей М; СКО и К даёт общую оценку процессам микроциркуляции крови до и после вестибулярных раздражений.
На втором этапе проводился анализ функционирования механизмов микроциркуляции, который был получен при обработке ЛДФ - грамм кровотока при исследовании ритмических компонентов колебаний перфузии крови. Анализ амплитудно-частотного спектра отраженного сигнала проводили с использованием математического аппарата вейвлет-преобразования, который в настоящее время находит широкое применение для анализа сигналов физиологической природы, позволяет оценивать изолированно вклад каждого звена механизмов, принимающих участие в модуляции микрокровотока. Среди звеньев регуляции выделяют «пассивные» и «активные» факторы, которые в полосе частот от 0,0095 до 1,6 Гц формируют пять не перекрывающихся частотных диапазона: 0,0095-0,02
а2012
Гц - диапазон эндотелиальной активности (VLF), 0,02-0,05 Гц - диапазон нейрогенной (симпатической адренергической) активности (LF ), 0,06-0,15 Гц - диапазон миогенной (гладкомышечной) активности (LFм), 0,15-0,4 Гц - диапазон респираторного ритма (ОТ), 0,8-1,6 Гц диапазон кардиального ритма (CF). Регистрируемый в ЛДФ-грамме колебательный процесс является результатом наложения колебаний, обусловленных одновременным функционированием «активных» и «пассивных» факторов [8]. Определялся вклад каждой компоненты амплитудно-частотных характеристик колебаний кожного кровотока. Статистическая обработка материала проводилась путем вычисления среднего значения (х ), и ошибки средней арифметической (£х). Оценка достоверности различий проводилась с использованием ^критерия Стьюдента.
Результаты исследований.
Проведённые исследования показали, что показатель перфузии М в покое, до вестибулярных раздражений, колебался в пределах от 2,61 до 5,23 перф.ед и составил в среднем 3,53±0,61 перф.ед.(табл.1). В современной научной литературе указывается, что величина параметра перфузии М зависит от концентрации эритроцитов и скорости их движения, а также от индивидуально-типологических особенностей состояния микроциркуляции [6,7,9]. Так, в исследованиях Чуян Е.Н. с соавторами, при измерении уровня перфузии у женщин, не занимающихся спортом, получены три типа микроциркуляции в коже: апериодический, монотонный с низкой перфузией и монотонный с высокой перфузией. Полученные типы зависели от величин перфузии, флакса и коэффициента вариации (табл.2). Необходимо отметить, что приоритетными в определении типа микроциркуляции были величины флакса и особенно коэффициента вариации. Коэффициент вариации у спортсменок достоверно не отличался по отношению к женщинам не занимающихся спортом апериодического типа. Это дало нам возможность отнести высококвалифицированных легкоатлеток к лицам с апериодическим типом ЛДФ-граммы, так как величина коэффициента вариации соответствовала 18,47±2,30%.
Интересно отметить, что в покое величина перфузии кожного кровотока у спортсменок была достоверно ниже, чем у женщин, не занимающихся спортом. Обнаруженное нами явление более низкой перфузии кожного кровотока у спортсменов вписывается в положения классической спортивной физиологии об экономичности многих физиологических функций в покое у спортсменов [10]. Таким образом, для кожного кровотока у женщин занимающихся бегом на средние и длинные дистанции характерна низкая перфузия и вариабельность показателей кровенаполнения, что вероятно связано с участием как центральных, так и региональных, и локальных механизмов регуляции кровотока.
После вестибулярных раздражений показатель перфузии М кожного кровотока у спортсменок достоверно не изменился (табл.1), что связано с процес-
І ПЕДАГОГІКА І
та медико-біологічні проблеми фізичного виховання і спорту
Таблица 1
Показатели микроциркуляции в коже у спортсменов до и после вестибулярных раздражений
Спортсменки До вестибулярных раздражений После вестибулярных раздражений
М 5 КУ М 5 КУ
С-ко 3,24 0,54 16,77 3,71 0,48 12,86
Б-рь 2,61 0,82 31,53 1,81 0,66 36,46
Бл-рь 2,79 0,46 16,36 2,43 0,69 28,28
Д-ва 5,23 0,68 12,98 4,49 0,42 8,43
Ш-ва 3,64 0,71 19,54 3,09 0,49 15,71
Ш-ко 3,75 0,58 15,42 3,07 0,82 26,71
С-на 4,99 0,56 11,32 4,03 0,61 14,86
К-ва 2,22 0,58 26,01 2,28 0,48 20,91
К-ва 3,58 0,56 15,62 3,07 0,38 12,23
С-ко 3,27 0,64 19,14 2,56 0,58 22,72
х 3,53 0,61 18,47 3,05 0,56 20,01
Sх 0,34 0,04 2,30 0,30 0,05 3,19
Таблица 2
Показатели микроциркуляции в коже у женщин не занимающихся спортом (по Чуян Е.Н., с соавт.)
и высококвалифицированных легкоатлеток
Типы микроциркуляции (п=50) Показатели микроциркуляции
Перфузия М, перф.ед. Флакс 5, перф.ед. Коэффициент вариации KV , %
Апериодический тип, (п=13) женщины, не занимающиеся спортом 6,28±0,52 0,97±0,09 16,55±3,09
(п=10) высококвалифицированные легкоатлетки 3,53±0,61 р1<0,01 0,61±0,04 р2<0,05 18,47±2,30
Монотонный тип с низкой перфузией (п=14) женщины, не занимающиеся спортом 6,53±0,28 0,23±0,03 3,5±0,38
Монотонный тип с высокой перфузией (п=13) женщины, не занимающиеся спортом 18,69±0,83 0,53±0,04 3,53±0,34
Примечания: р1 - достоверность отличий по отношению к женщинам не занимающихся спортом монотонного типа с высокой перфузией; р2 - достоверность отличий по отношению к женщинам не занимающихся спортом монотонного типа с низкой перфузией;
о
о
х
о
СЦ
го
X
_0
го
□ 1_1_ >
■ LF
□ HF
■ 1_1_ О
Рис.1. Вклад в общую мощность спектра основных ритмов ЛДФ-грамм апериодического типа у спортсменок (1- в покое, 2- после вестибулярных раздражений)
сами вестибуловегетативной устойчивости не смотря на «угрозу» потери равновесия. Получено, что также не изменился достоверно коэффициент вариации К . Это свидетельствует о стабильности различных механизмов регуляции величины перфузии в условиях вестибулярного раздражения. Представляет научный интерес роль каждого звена механизмов, принимающих участие в модуляции микрокровотока. Обработка ЛДФ - грамм кровотока при исследовании ритмических компонентов колебаний перфузии крови и анализ амплитудно-частотного спектра отраженного сигнала позволилЬ нам, определить механизмы регуляции кровотока в коже. Известно, что для женщин с апериодическим типом ЛДФ-грамм самый существенный вклад в общую мощность спектра вносит VLF-компонент [6], обусловленный функционированием эндотелия, а именно выбросом вазодилататора N0. На сегодняшний день существуют данные о связи экспрессии гена eN0S (ген эндотелиальной N0-синтазы) и способностью выполнять, тяжелую физическую работу [11,12]. Это и определяет важность изучения вазодилаторного звена регуляции кровотока, как генетически детерминированного, что важно для вопросов отбора и ориентации тренировочного процесса спортсменов
Также весомым вкладом в общую мощность спектра является LF-компонента, обусловленного мио-генной активностью вазомоторов и нейрогенными симпато-адренергическими влияниями на миоциты артериол и артериолярных участков артериовенуляр-ных анастомозов (рис.1). Этот тип, по данным литературы, характеризуется высокой сбалансированностью регуляторных механизмов.
Анализ спектра основных ритмов ЛДФ-грамм апериодического типа у спортсменок показал существенный вклад VLF-компоненты, который составил 53,6% , что свидетельствует о значительной модуляции потока крови со стороны эндотелиального функционирования.. Вклад вазомоторных колебаний в регуляции кожного кровотока у спортсменок составил 28,2%,. Высокочастотные дыхательные и пульсовые колебания у спортсменок занимали значительно меньшую долю в общем спектре и составили 9,8% и 8,3% соответственно, что указывает на оптимальный приток и отток периферической крови.
Анализ полученных данных о структуре осцилляций кожного кровотока после вестибулярных раздражений у спортсменок, позволил определить повышение вклада дыхательного компонента с 9,8% до 11,4%, что обусловлено изменением динамики венозного давления при легочной механической активности, присасывающим действием «дыхательного насоса».
а2012
Таким образом, выявлены особенности кожного кровотока спортсменок в покое, а также особенности реакции микроциркуляторного русла при вестибулярных раздражениях заключающиеся в снижении перфузии и модуляции спектра осцилляций кожного кровотока. В перспективе необходимы исследования, подтверждающие генетическую детерминацию осцилляций кожного кровотока, связанных с экспрессией и полиморфизмов генов регулирующих адаптационные перестройки регуляций микрокровотока в тканях в связи со спортивной деятельностью.
Выводы.
Обнаружено отсутствие достоверной связи между показателями микроциркуляции кожного кровотока спортсменок и женщин, не занимающихся спортом апериодического типа, что позволило нам отнести занимающихся спортом к лицам с апериодическим типом ЛДФ-грамм.
У высококвалифицированных спортсменок специализирующихся в беге на средние и длинные дистанции выявлен апериодический тип ЛДФ-грамм с более низкими значениями перфузии (3,53 перф.ед.), относительно высокими параметрами коэффициента вариации (18,47%), что свидетельствует о преобладании активных факторов модуляции кровотока с одной стороны и экономизации с другой.
Обнаружены достоверные отличия параметров кожного кровотока спортсменок: при р<0,01 по отношению к женщинам не занимающихся спортом монотонного типа с низкой перфузией; при р<0,05 по отношению к женщинам не занимающихся спортом монотонного типа с высокой перфузией.
Выявлены особенности механизмов регуляции кожного кровотока у спортсменок, заключающиеся в значительном вкладе пульсового (вклад в общий спектр 8,3%) и венулярного звена (вклад в общий спектр 9,8%), за счёт снижения роли вазомоторных механизмов (вклад в общий спектр 28,2%) при сохранении преобладания эндотелиального функционирования (вклад в общий спектр 53,6%) характерного для апериодического типа ЛДФ-грамм.
Определено, что после вестибулярных раздражения у спортсменок не происходит достоверное изменение перфузии кожного кровотока и коэффициента вариации. Однако происходит модификация спектра осцилляций кровотока за счёт увеличения вклада венулярного звена (с 9,8% до 11,4%). Полученные данные свидетельствует вестибуловегетативной устойчивости спортсменок в связи с «угрозой» потери равновесия, что позволяет разработать нормативные показатели для проведения диагностики тканевого кровотока при постуральных пробах.
І ПЕДАГОГІКА І та медико-біологічні
проблеми фізичного виховання і спорту
Литература:
1. Болобан В. Контроль устойчивости равновесия тела спортсмена методом стабилографии / Виктор Болобан, Татьяна Мистулова // Физическое воспитание студентов творческих специальностей / XГAДИ (XXR^ - Xарьков, 2003. -№2.-с.24-33.
2. Bretz K. Postural control and movement coordination skill / K. Bretz, R. Kaske // Second Word Congress of Biomechanics. Amsterdam, - 1994. - P. 99.
3. Кашуба В.А. К вопросу о влиянии гравитационных взаимодействий на формирование геометрии масс тела человека в онтогенезе / В.А. Кашуба // Физическое воспитание студентов творческих специальностей / XXRR - Xарьков, 2001.- № 1. - С.26-30.
4. Xечинашвили CH. Вестибулярная функция / CH. Xечинашви-ли. Тбилисский институт усовершенствования врачей. - Тбилиси, 1953. - 331с.
5. Бабияк В.И. Шкоторые сведения о взаимодействии вестибулярного и зрительного анализаторов на уровне глазодвигательного аппарата / В.И. Бабияк // Профессиональный психофизиологический отбор военных специалистов: C6. науч. трудов. - Л.: 1969. - С. 24-27.
6. Козлов В.И. Лазерная доплеровская флоуметрия и анализ коллективных процессов в системе микроциркуляции / В.И. Козлов, Л.В. Корси, В.Г Соколов // Физиология человека.-1998.-Т.24.-№6.-С.112.
7. Чуян E.H. Индивидуально-типологические особенности показателей микроциркуляции / E.H. Чуян, H.C Трибрат, М.Ы Ананченко // Ученые записки Таврического национального университета им. В.И. Вернадского. Т 21(60). Симферополь. - 2008. - № 3. - С. 190-203.
8. Бранько В.В. Метод лазерной доплеровской флоуметрии в кардиологии / В.В. Бранько, Э.А. Богданова, Л.С. Камшилина, В.И. Маколкин, В.В. Сидоров // Пособие для врачей, М., 1999,- 48с.
9. Kvandal P. Regulation of human cutaneous circulation evaluated by laser Doppler flowmetry , ion-tophoresis, and spectral analysis: importance of nitric oxide and prostangladines / Р. Kvandal, А. Stefanovska, М. Veber // Microvasc Res 2003; 65: Р160-171.
10. Wilmore J.H. Physiology of sport and exercise / J.H. Wilmore, D.L. Costill / - Champaign, Illinois: Human Kinetics, 2004.- 726 p.
11. Астратенкова И. В. Полиморфизм гена эндотелиальной no-синтазы и физическая активность. Генетические, психофизические и педагогические технологии подготовки спортсменов: c6. научных трудов / И. В. Астратенкова //- СПб., 2006. - C. 62-83.
12. Tsukada Т. Evidence of association of the eNOS gene polymorphism with plasma NO metabolite levels in humans. / T. Tsukada, K. Yokoyama, T. Arai [et al.] // Biochem. Biophys. Res. Commun. 1998, vol.245(1), pp. 190-193.
Информация об авторе: Сышко Дмитрий Владимирович
Таврический национальный университет им. В.И. Вернадського ул. Студенческая 13, Симферополь, АРК, 97000, Украина
Поступила в редакцию 15.10.2012г.
References:
1. Boloban V., Mistulova T. Fiziceskoe vospitanie studentov tvorceskih special’nostej [Physical Education of the Students of Creative Profession], 2003, vol.2, pp. 24-33.
2. Bretz K., Kaske R. Postural control and movement coordination skill. Second Word Congress of Biomechanics. Amsterdam, 1994, p. 99.
3. Kashuba V.A. Fiziceskoe vospitanie studentov tvorceskih special’nostej [Physical Education of the Students of Creative Profession], 2001. vol.1, pp. 26-30.
4. Khechinashvili S.N. Vestibuliarnaia funkciia [Vestibular function], Tbilisi, 1953, 331 p.
5. Babiiak V.I. Nekotorye svedeniia o vzaimodejstvii vestibuliarnogo i zritel’nogo analizatorov na urovne glazodvigatel’nogo apparata [Some information about co-operation of vestibular and visual analyzers at the level of oculomotor vehicle]. Professional’nyj psikhofiziologicheskij otbor voennykh specialistov [Professional psychophysiological selection of soldiery specialists], Leningrad, 1969, pp. 24—27.
6. Kozlov V.I., Korsi L.V., Sokolov V.G. Fiziologiia cheloveka [Physiology of man], 1998, T.24, vol.6. p. 112.
7. Chuian E.N., Tribrat N.S., Ananchenko M.N. Uchenye zapiski Tavricheskogo nacional’nogo universiteta [Scientific messages of the Tavricheskiy National University], 2008, T.21(60), vol.3, pp. 190203.
8. Bran’ko V.V., Bogdanova E.A., Kamshilina L.S., Makolkin V.I., Sidorov V.V. Metod lazernoj doplerovskoj floumetrii v kardiologii [Method by a laser Doppler ultrasonic flowmeter in a cardiology], Moscow, 1999, 48 p.
9. Kvandal P, Stefanovska A., Veber M. Regulation of human cutaneous circulation evaluated by laser Doppler flowmetry, ion-tophoresis, and spectral analysis: importance of nitric oxide and prostangladines. Microvascular Research. 2003, vol.65, pp. 160-171.
10. Wilmore J.H., Costill D.L. Physiology of sport and exercise. Champaign, Illinois: Human Kinetics, 2004, 726 p.
11. Astratenkova I. V. Geneticheskie, psikhofizicheskie i pedagogicheskie tekhnologii podgotovki sportsmenov [Genetic, psychophysical and pedagogical technologies of preparation of sportsmen], Sankt Petersburg, 2006, pp. 62-83.
12. Tsukada T., Yokoyama K., Arai T. Evidence of association of the eNOS gene polymorphism with plasma NO metabolite levels in humans. Biochemical and Biophysical Research Communications. 1998, vol.245(1), pp. 190-193.
Information about the author: Syshko D.V. [email protected] Tavricheskiy National University Student str. 13, Simferopol’, 97000, Ukraine.
Came to edition 15.10.2012.
