В условиях многообразной жизни человека значительную долю занимают утомительные статические нагрузки. Они связаны с удержанием силовых усилий локального и глобального характера, длительным удержанием рабочих поз, существенным снижением физической работоспособности. Одной из многочисленных причин быстрого утомления при статических нагрузках является нарушение кровотока в сердечно-сосудистой системе. Рядом исследователей были выявлены некоторые возрастные особенности реагирования системы кровообращения на статические нагрузки [1, 2, 3, 4, 5 и др.].
Цель работы: изучить возрастные закономерности приспосо бительных реакций центральной гемодинамики у юношей 18 – 22 лет в условиях напряженной мышечной деятельности.
Методы исследования. Было обследовано 150 юношей (по 30 человек в возрас тной группе), не за нимающихся спортом, практически здоровых, среднего уровня физического развития, оценка которого проводилась по стандартам, разработанным для жителей г.Смоленска [7]. В положении лежа на спине на 12-канальном электрокардиографе BIOSET-8000 методом грудной тетраполярной реографии регистрировали дифференциальную реограмму грудной клетки с последующим расчетом УО сердца по Кубичеку (1967). С помощью синхрон но работающего с ним аппаратаBOZOTRON (производство Герма нии) определяли частоту сердечных сокращений (ЧСС), систоличе ское и диастолическое давление (САД и ДАД). Рас считы вались минутный объем крови (МОК), артериальное давле ние среднее (АДср=⅓АДпульс+ДАД), ударный и сердечный индексы (УИ=УО/S, мл/м и СИ=МОК/S, л/мин/м; S –площадь тела, м2 - оцени валась по номограмме Графорда, Терри и Рурка), общее перифериче ское сопротивление сосудов (ОПСС=АДср*1332/МОК, дин×с×см‾5), «двойное произведение» (ДП=ЧСС*САД), отражающее эффектив ность механической работы миокарда. Локальные статические нагрузки (СН) на правое предплечье составляли 15% - 30% - 45% от максимальной про из вольной силы мышц, сгибающих кисть и предплечье, выполня лись до произвольного отказа через 5-минутные интервалы отдыха. Пред варительно, с помощью электротензодинамометра определялась сила мышц. Уровень физической работо способности определялся по показателю импульса силы – ИС (это произведение величины удерживаемого силового усилия в кг на время его удержания в секундах). Регистрация показателей цен тральной гемо динамики проводилась непрерывно в покое, при работе и в период восстановления. Результаты исследования обработаны мето дами ва риационной статистики с применением критерия Стьюден та.
Результаты исследования и их обсуждение. В покое на этапе от 18 до 22 лет отмечено увеличение с возрастом УО и МОК, САД, ДАД, АДср, сниже ние ЧСС, ДП, ОПСС. Эти изменения носили, как прави ло, недостоверный характер (кроме прироста УО, МОК на этапе от 20 до 21 года (р<0,05) ,УИ от 18 до 19 лет(р<0,05), ДАД от 21 до 22 лет (р<0,01), уменьшения САД от 21 до 22 лет (р<0,01), ДП от 21 до 22 лет (р<0,05) и ОПСС от 20 до 21 года (р<0,05)). Эти данные свидетельствуют о продолжающемся процессе совершенствования функциональных возможностей сердечно-сосудистой системы (ССС) на этапе 18 – 22 лет.
У юношей всех возрастов СН нарастающей мощности вызывали системную реак цию кровообращения с постоянным увеличением всех видов АД, ЧСС, ДП, уменьшением УО (табл. 1).
УО сердца при СН=15% почти не изменялся, с увеличением мощно сти нагрузок неуклонно снижался, но достоверно только при СН=45% (р<0,05). Это могло быть обусловлено снижением конечно-диастолического объема сердца вследствие непрерывного сжатия кровеносных сосудов под воздействием нарастающих прессорных реакций и снижения насосной функции сердца [10].
Достоверный прирост ЧСС наблюдался при всех СН, вероятно, за счет бы стродействующего рефлекторного механизма, срабатываю щего с проприорецепторов скелетных мышц предплечья. Это подтверждается достоверными изменениями пульса уже в 1-ую мин. выполнения работы. При СН=30% и 45% можно отме тить более значительную реакцию у испытуемых 20 лет.
Общей закономерностью динамики МОК являлось снижение темпов прироста с увеличением мощности нагрузок. Его некото рое увеличение при работе определялось исключительно приростом ЧСС. Прирост СИ при изометрических нагрузках, в условиях снижения УО, объясняют исполь зованием хронотропного резерва сердца и активацией механиз мов гомеометрической регуляции [6]. СН вызывали достоверное увеличение всех видов АД (р<0,01), причем во всех возрастах прирост ДАД был выше, чем САД. Причиной этого является быстрое повышение ЧСС уже в первые минуты работы, увеличение сосудистого тонуса при СН=30% и 45% на фоне нарастаю щей прессорной реакции. Увеличение АДср можно рассматривать как механизм, направленный на усиление градиента давления между артериальным и венозным концами сосудистой системы и обеспече ние нормального кровотока при мышечной работе.
Неуклонное и достоверное повышени е ДП во всех возрастах отражало рост механиче ской работы сердца и, косвенно, потребление кислорода. Более значи тельный прирост ДП при СН=30% и 45% имел место у юношей 20 лет. Периферическое сопротивление сосудов при 1-й СН незначительно уменьшалось, что создавало условия для беспрепятствен ного кровотока в работающих мышцах. Вторая и третья нагрузки сопро вождались значительным приростом ОПСС, причем при СН=45% от МПС его прирост у юношей 18, 19, 22 лет носил достоверный характер (р<0,05). Это, возможно, связано с нарастанием прессорных реакций в сосудах предплечья [4, 9, 12 и др.].
Таблица 1. Изменение показателей кровообращения у юношей 18 – 22 лет при статических нагрузках возрастающей мощности (в % по отноше нию к данным покоя)
на СН=15% от МПС
показатели | 18 | 19 | 20 | 21 | 22 |
УО | 99,34 | 98,52 | 100,92 | 104,49 | 98,93 |
ЧСС | 114,17* | 114,15* | 113,46* | 111,98* | 115,33* |
МОК | 115,41 | 110,05 | 114,77 | 116,74 | 115,53 |
АД ср | 115,05* | 122,24* | 111,22* | 114,21* | 114,08* |
САД | 112,47* | 111,32* | 108,50° | 110,34* | 113,07* |
ДАД | 117,32* | 113,07* | 113,12* | 117,78* | 115,07* |
ОПСС | 92,99 | 92,82 | 96,43 | 96,68 | 97,78 |
ДП | 128,13* | 126,67* | 123,29* | 123,91* | 130,70* |
УИ | 99,38 | 99,17 | 101,33 | 104,51 | 98,97 |
СИ | 115,76 | 110,19 | 114,97 | 117,17 | 115,65 |
СН=30% от МПС
показатели | 18 | 19 | 20 | 21 | 22 |
УО | 85,04 | 87,81 | 83,36 | 92,49 | 88,60 |
ЧСС | 120,98* | 117,55* | 127,37* | 117,55* | 124,21* |
МОК | 105,07 | 100,24 | 105,37 | 110,62 | 109,81 |
АД ср | 126,00* | 126,02* | 124,52* | 120,97* | 126,62* |
САД | 119,10* | 115,21* | 118,09* | 115,35* | 118,68* |
ДАД | 132,20* | 135,92* | 129,97* | 125,95* | 133,12* |
ОПСС | 121,44 | 118,37 | 109,48 | 109,14 | 111,18 |
ДП | 144,54* | 135,70* | 150,39* | 135,62* | 147,12* |
УИ | 83,97 | 87,32 | 83,54 | 92,64 | 88,61 |
СИ | 104,60 | 100,45 | 106,91 | 108,94 | 110,15 |
СН=45% от МПС
показатели | 18 | 19 | 20 | 21 | 22 |
УО | 72,40° | 76,96° | 74,93° | 78,84° | 74,71° |
ЧСС | 130,76* | 131,75* | 138,26* | 124,47* | 130,56* |
МОК | 99,70 | 97,45 | 101,70 | 96,94 | 96,23 |
АД ср | 132,15* | 132,16* | 132,72* | 128,52* | 129,98* |
САД | 125,24* | 124,86* | 126,15* | 119,86* | 122,67* |
ДАД | 138,27* | 138,62* | 138,57* | 136,14* | 135,81* |
ОПСС | 141,62° | 127,30° | 115,38 | 129,21 | 128,00° |
ДП | 164,27* | 164,09* | 174,07* | 149,81* | 159,78* |
УИ | 74,02° | 77,33* | 75,09° | 79,22° | 75,95° |
СИ | 99,43 | 98,07 | 101,60 | 97,45 | 96,89 |
Знаком * показана достоверность реакций изучаемых показателей на нагрузки при р<0,01, знаком ° - при р<0,05.
Эффективность адаптивных реакций ССС зависит от объема и интенсивности выполняемой работы. С ростом мощности СН происходило неуклонное снижение физической работоспособности. Ее наибольший уровень при 1-й нагрузке был отмечен у юношей 20 лет. К 3-й СН импульс силы снизился в 18 лет в 2,51 раза; 19 лет – 2,17 раза; 20 лет – в 2,58 раза; 21 год – в 2,55 раза; 22 года – в 2 раза.
Мощность и объем выполняемых нагрузок отложили отпечаток на интенсивность работы центральной гемодинамики (табл. 2). В каждом возрасте с увеличением мощности СН нарастала интенсивность параметров центрального кровообращения на единицу выполненной работы. Наибольшая интенсивность ЧСС, ДП, АДср наблюдалась у юношей 18 лет на фоне наименьших объемов выполняемой работы при всех 3 нагрузках. Это сочетание свидетельствует о низкой эффективности адаптивных реакций центральной гемодинамики по названным параметрам. Наибольшая интенсивность УО и МОК имела место у юношей 21 года на фоне достаточно высо кой работоспособности при всех нагрузках. Следует отметить наименьшую рабочую напря женность всех параметров гемодинамики у юношей 20 лет при СН=15 и 30%, выполнявших наибольший объем работы при этих нагрузках. Это, вероятно, отражало проявление экономиза ции деятельности ССС в зонах 1 и 2 нагрузок.
Таблица 2. Интенсивность кровообращения при статических нагрузках у юношей 18 – 22 лет.
возраст | УО/ИС | ЧСС/ИС | ||||
15% | 30% | 45% | 15% | 30% | 45% | |
18 | 0,0123 | 0,0202 | 0,0246 | 0,0242 | 0,0456 | 0,0674 |
19 | 0,0147 | 0,0235 | 0,0256 | 0,0209 | 0,0382 | 0,0493 |
20 | 0,0119 | 0,0179 | 0,0244 | 0,0180 | 0,0325 | 0,0526 |
21 | 0,0164 | 0,0271 | 0,0324 | 0,0189 | 0,0341 | 0,0519 |
22 | 0,0167 | 0,0239 | 0,0260 | 0,0222 | 0,0371 | 0,0479 |
возраст | МОК/ИС | АДср/ИС | ||||
15% | 30% | 45% | 15% | 30% | 45% | |
18 | 0,00104 | 0,00179 | 0,00239 | 0,0288 | 0,0560 | 0,0828 |
19 | 0,00117 | 0,00192 | 0,00215 | 0,0260 | 0,0501 | 0,0665 |
20 | 0,00093 | 0,00147 | 0,00213 | 0,0235 | 0,0433 | 0,0693 |
21 | 0,00127 | 0,00218 | 0,00270 | 0,0246 | 0,0454 | 0,0700 |
22 | 0,00128 | 0,00191 | 0,00209 | 0,0307 | 0,0537 | 0,0707 |
возраст | ДП/ИС | ||
15% | 30% | 45% | |
18 | 3,40 | 6,74 | 10,52 |
19 | 2,95 | 5,53 | 7,75 |
20 | 2,50 | 4,75 | 8,24 |
21 | 2,71 | 5,02 | 7,86 |
22 | 3,09 | 5,50 | 7,30 |
Рабочие изменения УО сердца при всех нагрузках не соот ветствовали метаболическим потребностям организма. Это проявля лось в послерабочем увеличении УО во всех возрастах в течение 5 мин. восстановительного периода (за редким исключением). Наибольшее его увеличе ние наблюдалось у юношей 20 лет. Таким образом, 20-летние испытуемые проявляли наибольшую физическую работоспособность при наибольшем «долге по крови». Подобное сочетание может быть использовано в качестве одного из критериев функциональной зрелости ССС.
Выводы.
1. Метод применения повторных статических нагрузок до произ вольного отказа может быть использован для оценки эффектив ности приспособительных реакций ССС у юношей 18–22 лет.
2. В качестве критерия функциональной зрелости системы крово обращения может быть использовано сочетание высокой работо способности испытуемых с наибольшим «долгом по крови» и низкой рабочей интенсивностью параметров кровообращения.
3. При статических нагрузках в 15% и 30% от МПС следует отметить высо кую эффективность адаптации центральной гемодинамики у юношей 20 лет.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Алферова-Попова Т.В.,. Пястолова Н.Б.//Физиоло гия человека.-1996.-Т.22, №5.-С.118-122.
2. Безобразова В.Н., Догадкина С.Б.//Физиол. человека.– 2001.– Т. 27, № 5.– С. 49–53.
3. Васильева Р.М. //Новые исследования (альманах): материалы международной научной конференции «физиология развития человека». – М.,2004. – С.105-106.
4. Городниченко Э.А. Физиологические закономерности разви тия выносливости к статическим мышечным усилиям у лиц женского пола на основных этапах онтогенеза: Дисс…д-ра биол. наук.- М.:1994.-434 С.
5. Догадкина С.Б. Влияние статической нагрузки на сердечно-сосудистую систему детей младшего школьного возраста. //авторефе рат дисс. канд. биол. наук. – М. – 1988, 17 С.
6. Зубарев М.А., Думлер А.А., Косков Э.В. //Физиология человека.-1991.-Т.17, №3.-С.60-63.
7. Машкова Н.В., Стоянова Н.С. Оценка физического развития детей. – Смоленск. – 1995, 32С.
8. Физиология человека /Под ред. В.М. Смирнова.- М.: Меди цина, 2001.-606 С.
9. Тхоревский В.И., Пичугина Е.В. Механизмы, обеспечиваю щие усиление кровоснабжения работающих скелетных мышц //Фи зиология мышечной деятельности: Тез. докл. междунар. конф. – М. 2000. – С. 152-153.
10. Тупицын И.О., Безобразова В.Н., Догадкина С.Б. и др. Индивидуальные особенности развития системы кровообращения школьников /Под ред. И.О. Тупицына. – М.:ИВФ РАО, 1995. – 64 С.
11. Gallagher K.M., Fadel P.J., Strшmstad M., Ide K., Smith S.A., Querry R.G., Raven P.B., Secher N.H Effects of exercise pressor reflex activation on carotid baroreflex function during exercise in humans //J. Physiol.– 2001.– 533, № 3.– С. 871–880.
12. Laughlin M. Harold.Cardiovascular response to exercise //Adv.