Сетевое издание
Современные проблемы науки и образования
ISSN 2070-7428
"Перечень" ВАК
ИФ РИНЦ = 0,940

ОСОБЕННОСТИ ПЕРИФЕРИЧЕСКОЙ ГЕМОДИНАМИКИ И КОГНИТИВНЫХ СПОСОБНОСТЕЙ ЧЕЛОВЕКА ПРИ ДИНАМИЧЕСКОЙ ФИЗИЧЕСКОЙ НАГРУЗКЕ НАРАСТАЮЩЕЙ МОЩНОСТИ

Николаева Т.М. 1 Голубева Е.К. 1
1 ФГБОУ ВО «Ивановская государственная медицинская академия» Министерства здравоохранения Российской Федерации
Воздействие физических нагрузок на организм приводит к адаптивным изменениям во всех его физиологических системах. Под влиянием физической активности происходит перераспределение кровотока между функционально активными и неактивными органами. Физические нагрузки оказывают влияние на способность человека быстро и эффективно воспринимать информацию. Целью работы является изучение особенностей гемодинамики верхних конечностей и когнитивных способностей человека в зависимости от мощности дозированной велоэргометрии. Для исследования регионального кровотока на участке «плечо – предплечье» применяли аппаратно-программный комплекс «Рео-Спектр» компании «Нейрософт» (Иваново). Моделирование физической нагрузки проводилось с помощью велоэргометра. Мощность нагрузки составляла 1 Вт/кг, 2 Вт/кг, а также 1 и 2 Вт/кг массы тела последовательно. Для оценки когнитивной функции проводилась корректурная проба, позволяющая оценить концентрацию внимания. После физической нагрузки мощностью 1 Вт/кг массы тела статистически значимых изменений показателей реовазографии не выявлено. Нагрузка мощностью 2 Вт/кг и 1+2 Вт/кг массы тела сопровождается увеличением кровенаполнения, снижением скорости кровотока в средних и крупных сосудах верхних конечностей на фоне уменьшения продолжительности кардиоцикла. После физической нагрузки происходит снижение концентрации внимания.
физическая нагрузка
велоэргометрия
корректурная проба
периферический кровоток
реовазография
1. Пылаева И.Л. Адаптация систем кровообращения и иммунитета к сезонным условиям среды и физическим нагрузкам у квалифицированных спортсменов: дис. ... канд. биол. наук. Челябинск, 2012. 145 с.
2. Дратцев Е.Ю., Викулов Л.Д., Мельников А.А., Алехин В.В. Состояние регионального кровообращения у спортсменов высокой квалификации // Вестник спортивной науки. 2008. № 3. С. 32–35.
3. Мельникова Н.В., Егорычева Е.В., Чернышёва И.В., Шлемова М.В. Влияние физических тренировок на кровь и на кровеносную систему // Международный студенческий научный вестник. 2015. № 5-3. С. 454-455.
4. Любаев А.В. Влияние физических упражнений на умственную деятельность студентов и их взаимосвязь // Молодой ученый. 2015. № 18. С. 423-425.
5. Шаханова А.В., Челышкова Т.В., Хасанова Н.В., Силантьев М.Н. Функциональные и адаптивные изменения сердечно-сосудистой системы студентов в динамике обучения // Вестник Адыгейского государственного университета. Серия 4: Естественно-математические и технические науки. 2008. № 9. С. 60-70.
6. Комплекс реографический «Рео–Спектр»: методические указания. Иваново: ООО «Нейрософт», 2010. 152 с.
7. Психологическая диагностика в практике врача / Составители Дьяконов И.Ф., Овчинников Б.В. СПб.: Спец. Лит, 2008. 143 с.
8. Бунов В.С., Гордиеевских Н.И. Определение тенденций изменений пульсового кровенаполнения по реограмме // Гений ортопедии. Журнал клинической и экспериментальной ортопедии имени Г.А. Илизарова. 2000. № 3. С. 63-67.
9. Орел В.Р., Тамбовцева Р.В., Туркова Е.А. Влияние сосудистой нагрузки сердца и его сократимости на частоту сердечных сокращений у спортсменов // Вестник новых медицинских технологий. 2017. Т. 24. № 1. С. 89-93.
10. Малов Ю.С., Марин А.И. О симметрии работы сердца человека // Вестник Военно-медицинской академии им. С.М. Кирова, Санкт-Петербург. 2016. № 2 (54). С. 87-92.
11. Шалыгин Л.Д. Современные представления о механизмах регуляции артериального давления. // Вестник Национального медико-хирургического Центра им. Н.И. Пирогова. 2015. Т. 10. № 2. С. 109-112.
12. Цырлин В.А., Кузьменко Н.В., Плисс М.Г. Участие артериального барорецепторного рефлекса в долговременной регуляции артериального давления // Артериальная гипертензия. 2009. Т. 15. № 6. С. 679-682.
13. Шаяхметов Н.Н., Ардаев Р.Г. Адаптивные реакции сердечно-сосудистой системы юношей и девушек 20-22 лет на физическую нагрузку малой мощности // Вестник Башкирского университета. 2013. Т. 18. № 2. С. 399-402.
14. Ткаченко Д.С., Чуб И.С. Влияние физической нагрузки на тонус сосудов головного мозга у студентов // Международный студенческий научный вестник. 2016. № 6. С. 121.
15. Тапбергенов С.О., Тапбергенов Т.С., Hahn N., Советов Б.С. Функциональные и метаболические эффекты симпатоадреналовой системы и стресс. М: Издательский дом Акад. естествознания, 2019. 137 с.

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.


Библиографическая ссылка

Николаева Т.М., Голубева Е.К. ОСОБЕННОСТИ ПЕРИФЕРИЧЕСКОЙ ГЕМОДИНАМИКИ И КОГНИТИВНЫХ СПОСОБНОСТЕЙ ЧЕЛОВЕКА ПРИ ДИНАМИЧЕСКОЙ ФИЗИЧЕСКОЙ НАГРУЗКЕ НАРАСТАЮЩЕЙ МОЩНОСТИ // Современные проблемы науки и образования. – 2020. – № 6. ;
URL: https://science-education.ru/ru/article/view?id=30336 (дата обращения: 05.12.2021).

Предлагаем вашему вниманию журналы, издающиеся в издательстве «Академия Естествознания»
(Высокий импакт-фактор РИНЦ, тематика журналов охватывает все научные направления)

«Фундаментальные исследования» список ВАК ИФ РИНЦ = 1.074