Любое биологическое явление, любая физиологическая реакция периодичны, функциональные системы организма являются ритмическими системами [1]. Развитию патологических состояний предшествует рассогласование биоритмов с последующими информационными, энергетическими, обменными и структурными изменениями [1; 6; 7]. Возможность быстрого изменения частоты физиологических биоритмов обеспечивает приспособительные реакции - адаптацию организма к различным условиям жизнедеятельности [2].
F. Halberg (1964) выделил среди инфрадианных ритмов: циркасемисептанные (примерно 3±0,5 суток); циркасептанные (с периодом 7±3 сут.), циркадисептанные (с периодом 14±3 сут.), циркавигинтанные (с периодом 21±3 сут.), циркатригинтанные (с периодом 30±5 сут.), цирканнуальные (с периодом 1 год ±2 мес.) [8; 9].
Адаптация человека к экстремальным условиям с выполнением комплекса сложных заданий в естественных условиях недостаточно исследована. Актуальность представляют гендерные различия физиологического состояния и адаптационные реакции у спортсменов-парашютистов в ситуации длительной нагрузки к быстро меняющимся экстремальным ситуациям [3; 5]. Гендер - это социальные роли, выполняемые мужчиной и женщиной в профессиональной или иной сфере социальных взаимодействий. Мужчины и женщины - спортсмены-парашютисты несут равную физическую нагрузку в равных условиях выполнения профессиональной деятельности.
Цель исследования: выявить гендерные различия циркасептанного ритма физиологических показателей у спортсменов-парашютистов в экстремальных условиях (соревнования).
Методы исследования
В работе представлены лонгитюдные исследования (2005-2010 гг.) показателей вариабельности сердечного ритма у спортсменов-парашютистов в возрасте от 18 до 56 лет. Замеры проводились по летнему времени (май-июнь) в естественных условиях на аэродроме между прыжками на протяжении кубковых, военных и международных соревнований (с понедельника по субботу) с использованием аппаратно-программного комплекса «Варикард», статистическим обеспечением - ISCIM6, продолжительностью записи - 5 минут.
В недельной динамике были изучены показатели гемодинамики по вариабельности сердечного ритма у 102 спортсменов-парашютистов (всего выполнено 217 замеров: у мужчин - 112, у женщин - 105) с профессиональным уровнем кмс, мс, мсмк, змс, с количеством прыжков от 800 до 12000.
Данные обработаны с вычислением основных математических и статистических показателей. Рисунки выполнены в Excel с использованием аппроксимации полинома 3-й степени. Аппроксимацией называется подбор аналитической формулы у = f(х) для установленной из опыта функциональной зависимости у = φ(х) [4]. Использование встроенных статистических функций рабочего листа Excel позволяет получать регрессии (линии тренда) непосредственно на основе исходных данных. Полиномиальная линия тренда используется для описания характеристик, имеющих несколько ярко выраженных экстремумов (максимумов и минимумов). При подборе линии тренда Excel автоматически рассчитывает значение величины R2 (коэффициент детерминации), которая характеризует достоверность аппроксимации (степень близости линии тренда к исходным данным): чем ближе значение R2 к единице, тем надежнее линия тренда аппроксимирует исследуемый процесс. С нашей точки зрения, рисунки физиологических показателей по вариабельности сердечного ритма, выполненные в аппроксимации полинома 3-й степени, наглядно и корректно показывают доминирующие физиологические процессы организма у спортсменов-парашютистов в течение недели соревнований.
Результаты исследования и обсуждение
У мужчин и у женщин на протяжении соревнований наблюдался верхний порог нормы по показателю частоты сердечных сокращений (HR), достоверных различий между мужчинами и женщинами по данному показателю не выявлено. От начала к концу недели соревнований у мужчин и у женщин достоверно снизилась активность парасимпатического звена регуляции (RMSSD) автономной нервной системы (t=3,34÷2,54; P<0,01). Суммарный эффект вегетативной регуляции кровообращения (SDNN) как у мужчин, так и у женщин достоверно снизился к среде (t=3,57÷3,58; P<0,01), но увеличился к пятнице только у мужчин (t=2,45; P<0,05) (рис. 1).
У мужчин и у женщин - парашютистов в период соревнований показатели HR, RMSSD, SDNN когерентны. Когере́нтность (лат. сohaerens - «находящийся в связи») - скоррелированность (согласованность) нескольких колебательных или волновых процессов во времени. Колебания когерентны, если разность их фаз постоянна во времени и при сложении колебаний получается колебание той же частоты [4]. Достоверность аппроксимации (выше 0,5-1) свидетельствует о гомеостатичности парасимпатического и симпатического звеньев регуляции.
У мужчин и у женщин - парашютистов показатель соотношения уровней активности центрального и автономного контуров регуляции (LF/HF) наблюдался высоким от начала до конца недели соревнований и сопровождался у мужчин энергодефицитом, а у женщин - постепенным увеличением метаболизма (VLF/HF). У мужчин-парашютистов в недельной динамике показатели LF/HF, IC, IARS, VLF/HF когерентны. У женщин же LF/HF, IC, IARS, VLF/HF когерентны в среду и пятницу, когда увеличивалась физическая, физиологическая, психологическая нагрузка в период соревнований. В первый день соревнований (понедельник) у женщин отмечалось наибольшее эмоциональное напряжение, негативно влияющее на интегральный показатель функционального состояния (IARS) (рис. 1).
У всех обследованных показатель стресса (SI) достоверно выше нормированного, характеризующего рабочее состояние. У мужчин SI достоверно увеличивался от понедельника к среде (t=3,03; P<0,01), у женщин - от понедельника к пятнице (t=2,39; P<0,05). У мужчин показатель стресс-индекса достоверно выше, чем у женщин в середине соревнований (t=2,39; P<0,05).
Степень активности центрального контура регуляции (СС0) у мужчин-парашютистов в период соревнований достоверно ниже в среду, но выше в пятницу (t=4,55; P<0,001). У женщин достоверных различий по данному показателю не выявлено.
В целом в период соревнований автономный контур регуляции (СС1) у мужчин в течение недели достоверно выше, чем у женщин (t=3,18; P<0,01).
Суммарная мощность в недельной динамике спектра вариабельности сердечного ритма (TP) достоверно выше нормы как у мужчин, так и у женщин. У мужчин TP достоверно снижался на соревнованиях к среде и увеличивался к пятнице (t=2,76÷3,13; P<0,01). У женщин колебания этого показателя на протяжении недели соревнований не достоверны.
Суммарная мощность активности парасимпатического звена регуляции (HF мс2) постепенно снижалась к среде, у мужчин - к пятнице (t=2,45÷2,69; P<0,05÷0,01). У женщин активность HF достоверно снизилась в 2 раза (t=4,83; P<0,001) от понедельника к среде. Однако эти различия между мужчинами и женщинами - парашютистами не достоверны.
Из рисунка видно, что у мужчин-парашютистов к концу недели увеличивается плотность частотных компонентов, сглаживаются вариации спектров. Данное явление характерно для неустойчивой системы и указывает на степень мобилизации адаптивных процессов.
Активность вазомоторного центра (LF мс2) у мужчин-парашютистов увеличилась от понедельника к пятнице, достигая наибольших значений к среде, а у женщин - к среде снизилась. По стандартному отклонению LF (мс2)у мужчин и у женщин выявлен высокий уровень индивидуального размаха приспособительных реакций.
Суммарная мощность или активность симпатического звена регуляции (VLF мс2) у мужчин и у женщин снижалась к середине и увеличивалась к концу недели. Средний уровень активности очень низкочастотных влияний нейрогуморальной регуляции (VLF) связывают с влияниями надсегментарных отделов симпатического звена вегетативной регуляции.
Рисунок 1. Циркасептанный ритм показателей вариабельности ритма сердца у мужчин и у женщин - спортсменов-парашютистов в соревновательный период.
Активность субкортикальных уровней регуляции (ULF мс2) или суммарная мощность высших вегетативных центров у мужчин достоверно снижалась от понедельника к среде в период соревнований (t=3,39; P<0,01) и незначительно увеличивалась к концу. У женщин же, наоборот, ULF увеличивался к среде и снижался к пятнице.
Как у мужчин, так и у женщин не выявлено достоверных изменений среднего периода дыхательного цикла (HFt мс2) на протяжении соревнований. Среднее время барорефлекторной реакции (LFt мс2) у мужчин достоверно увеличилось от понедельника к пятнице (t=3,57; P<0,001). У женщин достоверных различий не выявлено.
У мужчин средний период ответа сердечно-сосудистого подкоркового центра (VLFt мс2) достоверно снизился к среде и увеличился к пятнице (t=4,30÷4,41; P<0,001). У женщин же наблюдалось постепенное снижение VLFt от понедельника к пятнице (t=2,50; P<0,05).
От понедельника к пятнице у мужчин достоверно увеличилось (t=2,91; P<0,01) среднее время нейрорефлекторного ответа субкортикальных уровней регуляции (ULFt мс2), а у женщин, наоборот - снизилось (t=2,91; P<0,01).
Показатель активности регуляторных систем (IARS) соответствовал у мужчин и у женщин состоянию выраженного напряжения регуляторных систем, характеризующих недостаточность защитно-приспособительных механизмов.
В целом у мужчин-парашютистов к концу недели увеличилась плотность частотных компонентов, сгладились вариации спектров. Данное явление характерно для неустойчивой системы и указывает на степень мобилизации адаптивных процессов в различных системах организма (Николис Г., Пригожин И., 1979; Флейшман А.Н., 1999).
Результаты циркасептанного ритма частотно-спектральных компонентов в недельной динамике у спортсменов-парашютистов показали, что батифаза медленных колебаний гемодинамики у спортсменов-парашютистов приходится на период соревнований, наиболее интенсивной физической, психической и психологической нагрузки (табл. 1).
Акрофаза выявлена только у мужчин по показателю HF, максимальные значения которого отмечены в среду. Такая картина биоритмологических данных характерна для организма в условиях психоэмоционального напряжения, психологического стресса либо десинхроноза. Взаимопереход спектров частотных компонентов HF и ULF у мужчин-парашютистов отмечался в среду, HF, VLF, ULF - у женщин в понедельник, а HF и ULF - в четверг (рис 2).
В соревновательный период у мужчин и у женщин - военнослужащих спортсменов-парашютистов активизирована деятельность вазомоторного центра и достоверно превышает норму у мужчин до 1,4, а у женщин до 1,3 раза на протяжении соревнований.
Таблица 1 - Биоритмологические показатели циркасептанного ритма у мужчин и у женщин - спортсменов-парашютистов
|
Показатели |
Мезор (h) |
Батифаза |
Недельный максимум |
|||
|
♂ |
♀ |
♂ |
♀ |
♂ |
♀ |
|
|
SI |
211,6±42,5 |
180±20,5 |
158,9 |
155,7 |
262,6 |
205,9 |
|
HF |
417±125,9 |
446±124 |
309 |
158,9 |
609,4 |
262,6 |
|
LF |
1346±249 |
1092±20,6 |
1063 |
1098 |
1110,3 |
1687 |
|
VLF |
385,6±46,7 |
473±27 |
511,1 |
329 |
448,6 |
443,2 |
|
ULF |
286±37,0 |
380,6±93,0 |
293,7 |
243,9 |
509,1 |
334 |
Соответственно увеличивается контроль сердечно-сосудистого центра на гладкомышечные волокна сосудов, чувствительные к изменению величины артериального давления. Подтверждением этого является высокая скорость барорефлекторной реакции (LFt мс2), больше увеличивающаяся у мужчин, чем у женщин. Известно, что активация симпатического отдела ВНС происходит во время стресса, физической нагрузки и снижается активность парасимпатического звена регуляции.
Рисунок 2. Гендерные различия циркасептанного ритма частотно-спектральных компонентов у мужчин (m) и у женщин (f) - парашютистов.
Выводы
На протяжении соревнований как у мужчин, так и у женщин установлен нижний порог нормы симпатического звена регуляции (VLF%). Степень централизации управления ритмом сердца (IC) достигает на соревнованиях также нижнего порога нормы, что увеличивает суммарный уровень активности регуляторных систем, свидетельствующий о значительных колебаниях артериального давления. Усиление симпатической регуляции сказывается на снижении до нижнего порога нормы суммарного эффекта вегетативной регуляции кровообращения (SDNN) и напряжении регуляторных систем (SI), подавляющих активность вагуса или автономного центра. Вместе с тем следует отметить когерентность показателей HR, RMSSD, SDNN у мужчин и у женщин - парашютистов на протяжении недели соревнований.
Полученные данные позволяют заключить, что у мужчин и у женщин - военнослужащих спортсменов-парашютистов в недельной динамике в период соревнований адаптационные реакции осуществляются за счет мощной активизации вазомоторного центра (LF, LF%). Прыжки совершались с высоты от 1000 до 2800 м. Время свободного падения составляло от 5 до 40 сек. со скоростью свободного падения от 40 до 100 м/сек., с резким переходом к торможению при раскрытии парашюта. В таком случае регуляция частоты сердечных сокращений, направленная, соответственно, на регуляцию артериального давления, осуществляется у спортсменов-парашютистов как по кратковременному, так и длительному механизмам стабилизации артериального давления, в зависимости от скорости свободного падения, длительности воздействия других стресс-факторов (скорость ветра, t °С и давление воздуха, тип парашюта, условия площадки приземления и т.д.).
В целом адаптационные реакции к длительным соревновательным нагрузкам у мужчин протекают медленно с постепенной адаптацией всех центров регуляции ритмом сердца. У женщин адаптационные реакции протекают быстро, за счет активизации парасимпатического звена регуляции и психоэмоционального напряжения от середины к концу недели. Данные о соотношении активности парасимпатического и симпатического звена регуляции в течение недели свидетельствуют у мужчин - о постепенном нарастании активности симпатического звена регуляции от начала к концу недели в период соревнований. У женщин отмечается взаимопереход спектров управления ритмом - до середины недели активизировано симпатическое звено регуляции, во второй половине недели - парасимпатическое звено регуляции.
Нами установлено, что батифаза спектров частотных компонентов у спортсменов-парашютистов приходится на середину недели соревнований, в период наиболее интенсивной физической, психической и психологической нагрузки.
Лонгитюдные исследования показали, что у спортсменов-парашютистов в период соревнований имели место не циркасептанные, а циркадисептанные (около 14±3 сут.) ритмы. Полученные данные о когерентности показателей вариабельности ритма сердца, в частности его спектрально-частотные характеристики, позволяют утверждать, что циркасептанные ритмы спортсменов-парашютистов подчиняются групповым ритмам и приобретают вид циркадисептанных ритмов и приходятся на батифазу, за исключением мужчин, у которых акрофаза выявлена только по спектру HF.
Подтвердилась точка зрения о том, что циркасептанные (околонедельные) ритмы представляют особый интерес. Их периодичность не связана с календарной неделей, циклически повторяемой, и может наблюдаться в многочисленных адаптивных и компенсаторных процессах [10].
Таким образом, можно утверждать, что выявленные гендерные различия характерны для лиц, занятых в групповой деятельности в условиях психоэмоционального напряжения, психологического стресса либо десинхроноза и представляют собой ритмы не циркасептанные, а циркадисептанные. Полученные гендерные различия взаимоперехода спектров частотных компонентов у спортсменов-парашютистов в недельной динамике соревнований подтвердили мнение Н.А. Агаджаняна (с соавт. 1999; 2007) о том, что в период адаптации осуществляется взаимопереход спектров физиологических ритмов, а гармоничное согласование достигается благодаря стремлению живого организма к синхронизации. Полученные сведения показали необходимость и актуальность глубоких исследований циркасептанных и циркадисептанных ритмов у лиц, занятых в групповой деятельности, сопряженной с экстремальными ситуациями или условиями.
Рецензенты:
Ермакова Т.В., д.м.н., профессор кафедры нормальной физиологии ФГБОУ ВПО «Российский университет дружбы народов», г. Москва.
Благонравов М.Л., д.м.н., доцент кафедры общей патологии и патологической физиологии ФГБОУ ВПО «Российский университет дружбы народов», г. Москва.