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.