Scientific journal
Modern problems of science and education
ISSN 2070-7428
"Перечень" ВАК
ИФ РИНЦ = 0,940

FEATURES OF PERIPHERAL HEMODYNAMICS AND COGNITIVE ABILITIES OF A PERSON WITH DYNAMIC PHYSICAL ACTIVITY OF INCREASING POWER

Nikolaeva T.M. 1 Golubeva E.K. 1
1 Federal State Budgetary Educational Institution of Higher Education "Ivanovo State Medical Academy" of the Ministry of Healthcare of the Russian Federation
The impact of physical activity on the body leads to adaptive changes in all physiological systems of the body. Under the influence of physical activity, there is a redistribution of blood flow between functionally active and inactive organs. Physical activity affects a person's ability to quickly and efficiently perceive information. The aim of the work is to study the features of the hemodynamics of the upper extremities and cognitive abilities of a person, depending on the power of the dosed bicycle ergometry. To study the regional blood flow in the «shoulder – forearm» sections, the hardware and software complex «Reo-Spectrum» by «Neurosoft» company (Ivanovo) was used. Physical activity was simulated using a bicycle ergometer. The load power was 1 W / kg, 2 W / kg, as well as 1 and 2 W / kg of body weight in sequence. To assess cognitive function, a correction test was carried out to assess concentration. After physical activity with a power of 1 W / kg of body weight, no statistically significant changes in rheovasography parameters were revealed. The load with a power of 2 W / kg and 1 + 2 W / kg of body weight is accompanied by an increase in blood filling, a decrease in the blood flow velocity in the medium and large vessels of the upper extremities against the background of a decrease in the duration of the cardiocycle. After physical exertion, concentration of attention decreases.
physical activity
veloergometry
proof-reading test
peripheral blood flow
rheovasography

Воздействие физических нагрузок на организм приводит к адаптивным изменениям во всех физиологических системах. В значительной мере адаптивные способности организма зависят от состояния системы кровообращения [1, 2]. Известно, что действие физических упражнений способствует повышению частоты сердечных сокращений, увеличению ударного и минутного объема крови, изменению тонуса кровеносных сосудов [3]. Под влиянием физической нагрузки происходит перераспределение периферического кровотока между функционально активными и неактивными органами. Физические нагрузки оказывают влияние и на когнитивные способности человека, такие как быстрота и эффективность восприятия информации [4, 5]. Показано, что тренировки с дополнительными нагрузками улучшают приток крови к мозгу, улучшая когнитивную функцию. Актуальным является изучение изменения концентрации внимания и показателей периферического кровотока под воздействием физических нагрузок. Методом, позволяющим оценить особенности кровотока и состояние сосудов, является реовазография (РВГ). По синхронным волнам РВГ можно судить о кровенаполнении сосудов в зависимости от фазы сердечного сокращения, вычислить общую интенсивность наполнения органа артериальной кровью, величину оттока крови, эластичность сосудов, периферическое сопротивление.

Цель исследования. Изучить особенности гемодинамики верхних конечностей и когнитивных способностей человека в зависимости от мощности дозированной велоэргометрии.

Материалы и методы исследования. Исследование проведено на 10 мужчинах-добровольцах, имеющих нормальное физическое развитие и нормальный двигательный режим, не имеющих специальной физической подготовки и занимающихся физкультурой в основной группе по программе, предусмотренной для студентов соответствующих курсов. Средний возраст испытуемых составлял 19,40±0,3 года. В качестве контроля использованы исходные данные, полученные при обследовании добровольцев перед выполнением нагрузочных тестов. Оценивали изменения параметров реовазографии (РВГ) в сегменте «плечо – предплечье» и когнитивных функций после дозированной физической нагрузки. Физическую нагрузку моделировали с помощью велоэргометра. Мощность нагрузки составляла 1 Вт/кг, 2 Вт/кг массы тела при скорости вращения педалей 50 оборотов в минуту, а также 1 Вт/кг и 2 Вт/кг массы тела последовательно с 5-минутным перерывом (1+2 Вт/кг).

Изменение показателей регионального кровотока в верхних конечностях исследовали с помощью компьютерного реографа «Рео-Спектр» компании «Нейрософт» (Иваново) [6]. Определяли следующие параметры: базовое сопротивление (Zбазов, Ом), максимальную амплитуду артериальной компоненты (Аарт, Ом), реографический индекс (РИ, у.е.), амплитудно-частотный показатель (АЧП, у.е.), максимальную скорость быстрого наполнения (Vмакс, Ом/с), среднюю скорость медленного наполнения (Vср, Ом/с).

Исследование когнитивных способностей проводилось с помощью корректурной пробы – группы бланковых тестов, которые помогают оценить степень концентрации и уровень внимания. Точность (концентрация) внимания (показатель С) определялась отношением количества ошибок к общему числу просмотренных знаков.

Формула для вычисления точности (концентрации) внимания:

, где:

П1– сумма правильно вычеркнутых букв; П2 – сумма пропущенных букв; П3 – сумма ошибочно вычеркнутых букв; П – общее количество букв в просмотренных строчках, подлежащих вычеркиванию [7].

Статистическая обработка результатов исследования производилась с помощью электронных таблиц Excel и программы Statistica. Достоверность различий оценивалась по t-критерию Стьюдента, непараметрическим критериям Колмогорова–Смирнова и Манна–Уитни. Рассчитывались среднее арифметическое, среднее квадратическое отклонение, ошибка среднего. Для определения нормальности распределения использовался критерий Шапиро–Уилка. Различия считались статистически значимыми при р≤0,05.

Результаты исследования и их обсуждение. Анализ показателей РВГ верхних конечностей в сегменте «плечо – предплечье» после физической нагрузки мощностью 1 Вт/кг массы тела выявил отсутствие статистически значимых изменений по сравнению с контролем. При проведении корректурной пробы после физической нагрузки мощностью 1 Вт/кг у 2 испытуемых отмечается снижение количества правильных ответов по сравнению с контрольным исследованием. У 6 человек наблюдается увеличение количества пропущенных знаков, у 5 человек увеличивается время, затраченное на проведение теста. Концентрация внимания снижается до 74,94±3,23% по сравнению с 84,27±3,15% в контроле (р=0,05). Одновременно происходит снижение показателя базового сопротивления в правом предплечье, значение которого после корректурой пробы составляет 140,50±2,89 Ом при 147,70±3,29 Ом в контроле (р=0,05). Это может быть связано с расширением сосудов мышц рабочей руки в результате совершения действий, необходимых для выполнения пробы.

Увеличение мощности нагрузки до 2 Вт/кг массы тела сопровождается снижением базового сопротивления во всех сегментах верхних конечностей (рис. 1а), что связано с увеличением кровенаполнения исследуемых областей. Чем больше кровенаполнение, тем меньше сопротивление тканей [8]. В левом плече и в правом предплечье наблюдается снижение РИ (рис. 1б), которое зависит от особенностей как центральной, так и региональной гемодинамики и изменяется параллельно изменению Zбазов, отражая увеличение кровенаполнения сосудов исследуемой области. С изменением реографического индекса связано изменение амплитуды артериальной компоненты.

а) Базовое сопротивление

б) Реографический индекс

Рис. 1. Изменение показателей РВГ верхних конечностей при велоэргометрии мощностью нагрузки 2 Вт/кг

Примечание: * – статистически значимые различия по сравнению с контролем (р≤0,05).

При понижении РИ наблюдаются достоверное увеличение Аарт во всех исследуемых сегментах верхних конечностей (табл. 1). Это может свидетельствовать об увеличении силы сердечных сокращений при физической нагрузке в результате увеличения венозного притока к сердцу [9].

Таблица 1

Изменение амплитуды артериальной компоненты РВГ верхних конечностей при велоэргометрии разной мощности (M±m)

Показатель

Контроль

После физической нагрузки

Мощность 2 Вт/кг

Мощность 1+2 Вт/кг

Аарт левое плечо, Ом

0,02±0,003

0,12±0,02* (р=0,04)

1,25±0,34* (р=0,01)

Аарт правое плечо, Ом

0,03±0,004

1,10±0,22* (р=0,001)

3,14±0,36* (р=0,00001)

Аарт левое предплечье, Ом

0,03±0,005

3,19±0,39* (р=0,00002)

2,69±0,68* (р=0,003)

Аарт правое предплечье, Ом

0,02±0,002

2,60±0,16* (р=0,000001)

1,12±0,20* (р=0,0004)

Примечание: р – статистическая значимость различий по сравнению с контролем (р≤0,05).

Амплитудно-частотный показатель (АЧП) повышается только в правом плече до 0,46±0,04 при 0,33±0,05 в контроле (р=0,004). АЧП определяется соотношением РИ к длительности сердечного цикла. Повышение АЧП после физической нагрузки связано с увеличением частоты сердечных сокращений, повышением ударного объема крови и снижением общей длительности кардиоцикла [10]. После физической нагрузки мощностью 2 Вт/кг средняя скорость медленного наполнения уменьшается в правом предплечье до 0,13±0,01 Ом/с, контрольное значение составляет 0,19±0,02 Ом/с (р=0,04). Наблюдаемое при этом снижение Vмах. в правом плече до 0,59±0,05 Ом/с при 0,64±0,09 Ом/с в контроле (р=0,04) указывает на увеличение диаметра сосудов, что может быть следствием активации барорецепторного механизма регуляции артериального давления в результате раздражения сосудистых рефлексогенных зон при увеличении сердечного выброса [11, 12].

При проведении корректурного теста после физической нагрузки мощностью 2 Вт/кг у 6 испытуемых обнаружено снижение количества правильных ответов, при этом у 9 человек повысилось количество пропущенных знаков, у 6 человек увеличилось время, затраченное на проведение теста. Концентрация внимания после физической нагрузки снижается до 73,97±5,91 при контрольном значении 89,70±2,62 (р=0,03).

Показатели кровотока при воздействии физической нагрузки мощностью 1+2 Вт/кг характеризуются снижением базового сопротивления во всех исследуемых участках (рис. 2а). РИ в левом плече и в правом предплечье достоверно снижается после воздействия физической нагрузки мощностью 1+2 Вт/кг по сравнению с показателем реографического индекса в контроле (рис. 2б).

а) Базовое сопротивление

б) Реографический индекс

Рис. 2. Изменение показателей РВГ верхних конечностей при велоэргометрии мощностью нагрузки 1+2 Вт/кг массы тела

Примечание: * – статистически значимые различия по сравнению с контролем (р≤0,05).

При физической нагрузке мощностью 1+2 Вт/кг наблюдается увеличение амплитуды артериальной компоненты (Аарт) по сравнению с контролем, что свидетельствует об увеличении кровенаполнения. Показатель амплитуды Аарт тесно связан с реографическим индексом и отражает кровенаполнение магистральных артерий исследуемых сегментов. Контрольный показатель средней скорости медленного наполнения в левом плече составляет 0,24±0,04, после физической нагрузки 1+2 Вт/кг Vср уменьшается до 0,12±0,02 Ом/с (р=0,01). Это может быть связано с увеличением просвета средних и мелких артерий. Наблюдаемое при этом снижение Vмах. в левом плече до 0,24±0,04 Ом/с при 0,38±0,04 Ом/с в контроле (р=0,03) указывает на уменьшение тонуса крупных сосудов. Наблюдается уменьшение длительности кардиоцикла (Ткардио) после физической нагрузки 1+2 Вт/кг до 0,68±0,04 с по сравнению с 0,88±0,07 с в контроле (р=0,03), что обусловлено увеличением частоты сердечных сокращений и является адаптивным симпатическим эффектом при физической нагрузке [13].

Результаты корректурной пробы после физической нагрузки 1+2 Вт/кг показали снижение количества правильных ответов у 8 испытуемых, у 6 человек повысилось количество пропущенных ответов, у 5 человек увеличилось время, затраченное на проведение теста. Концентрация внимания после физической нагрузки мощностью 1+2 Вт/кг снижается до 73,84±3,55 при 88,78±2,33 в контроле (р=0,003). Сравнительный анализ влияния дозированной физической нагрузки разной мощности на показатели корректурной пробы, в том числе на концентрацию внимания, достоверных различий не выявил.

При сравнении влияния нагрузки различной мощности на параметры РВГ обнаружено большее базовое сопротивление в правом плече и левом предплечье при мощности нагрузки 2 Вт/кг и 1+2 Вт/кг, чем после физической нагрузки мощностью 1 Вт/кг (табл. 2).

Таблица 2

Изменения показателей РВГ в сегменте «плечо – предплечье» при физической нагрузке разной мощности (M±m)

Показатель

Мощность физической нагрузки

1 Вт/кг

2 Вт/кг

1+2 Вт/кг

Zбазов

правое плечо, Ом

157,10±3,47

172,80±5,50* (р=0,03)

175,20±4,29* (р=0,004)

Zбазов

левое предплечье, Ом

154,20±4,80

168,70±5,43* (р=0,02)

173,30±5,67*

(р=0,02)

АЧП

правое плечо

0,27±0,06

0,46±0,04*

(р=0,02)

0,47±0,05*

(р=0,02)

Vср

предплечье левое, Ом/с

0,18±0,03

0,27±0,02*

(р=0,03)

0,28±0,06

Аарт левое плечо, Ом

0,02±0,003

1,10±0,22* (р=0,001)

1,25±0,34* (р=0,01)

Аарт правое плечо, Ом

0,03±0,004

3,19±0,39* (р=0,00002)

3,14±0,36* (р=0,00001)

Аарт левое предплечье, Ом

0,02±0,005

2,60±0,16* (р=0,000001)

2,69±0,68* (р=0,003)

Аарт правое предплечье, Ом

0,03±0,002

1,24±0,18* (р=0,0001)

1,12±0,20* (р=0,0004)

Примечание: р – статистическая значимость различий показателей РВГ после физической нагрузки мощностью 2 ВТ/кг и 1+2 Вт/кг по сравнению с аналогичными показателями после нагрузки мощностью 1 Вт/кг (р≤0,05).

Это может свидетельствовать о большем тонусе сосудов в связи с усилением симпатических влияний при увеличении мощности физической нагрузки [14]. Амплитудно-частотный показатель достоверно повышается при действии физической нагрузки мощностью 2 Вт/кг и 1+2 Вт/кг по сравнению с эффектом нагрузки мощностью 1 Вт/кг. Величина АЧП характеризует величину объемного кровотока в исследуемой области в единицу времени, при повышении мощности физической нагрузки величина амплитудно-частотного показателя увеличивается. Оценка амплитуды артериальной компоненты после влияния физической нагрузки мощностью 2 Вт/кг и 1+2 Вт/кг показала достоверное увеличение этого параметра во всех областях верхних конечностей по сравнению с эффектом физической нагрузки мощностью 1 Вт/кг, что может быть следствием увеличения силы сердечных сокращений в условиях активации симпатоадреналовой системы [15]. В то же время при сравнении показателей реовазографии верхних конечностей в сегменте «плечо – предплечье» после физической нагрузки мощностью 2 Вт/кг и последовательно 1+2 Вт/кг статистически достоверных различий не выявлено.

Заключение. Изменения показателей РВГ в сегменте «плечо – предплечье» зависят от мощности дозированной велоэргометрии. Они отсутствуют при мощности нагрузки 1 Вт/кг и проявляются при 2 Вт/кг массы тела увеличением кровенаполнения верхних конечностей, снижением скорости кровенаполнения средних и крупных сосудов при одновременном уменьшении продолжительности кардиоцикла. Физическая нагрузка мощностью 2 Вт/кг массы тела и последовательно 1+2 Вт/кг приводит к аналогичным сдвигам реографических параметров. Мышечная нагрузка сопровождается снижением концентрации внимания, степень которой не зависит от мощности нагрузки.