ISSN 2308-9113

О журнале | Редколлегия | Редсовет | Архив номеров | Поиск | Авторам | Рецензентам | English

[ «МЕДИЦИНА» № 1, 2019 ]

Антропофизиологический анализ гемодинамического обеспечения физической работы у здоровых лиц


Диленян Л. Р.
к.м.н., ассистент, кафедра реабилитации1
Белкания Г. С.
д.м.н., профессор, руководитель лаборатории2
Мартусевич А. К.
д.б.н., руководитель, лаборатория медицинской биофизики университетской клиники1



1Приволжский исследовательский медицинский университет, Нижний Новгород, Россия
2Лаборатория медицинских экспертных систем «Антропос Системс Лэб.», Винница, Украина

Автор для корреспонденции: Мартусевич Андрей Кимович; e-mail: cryst-mart@yandex.ru. Финансирование: исследование не имело спонсорской поддержки. Конфликт интересов: авторы заявляют об отсутствии конфликта интересов.

Аннотация

У 212 здоровых мужчин проводилась стандартная велоэргометрическая проба со ступенчатым повышением физической нагрузки в положениях сидя и лежа. Регистрировалась электрокардиограмма, манжетным методом на плече измерялось давление крови, частота сердечных сокращений (ЧСС), методом тетраполярной грудной реографии и реоэнцефалографии измерялись минутный объем крови (МОК), ударный объем сердца (УОС), мозговой кровоток (МК), электрометрически (по проводимости) оценивался кожный кровоток (КК). Анализ полученных данных проводился в соответствии с I и III типом динамической организации кровообращения, который определялся по антропофизиологическому соотношению МОК «стоя/лежа». При общей направленности изменений гемодинамических параметров показаны принципиально существенные типологические различия по гемодинамической реактивности лежа и сидя у здоровых лиц по периоду физической нагрузки, а также по сохраняющейся активности сердечно-сосудистой системы (ССС) в восстановительном периоде. Получены данные о наиболее длительном сохранении повышенного МК и, особенно, КК после прекращения физической нагрузки в восстановительном периоде как проявление гемодинамического долга, отражающего напряжение адаптации к физической нагрузке и организменные возможности восстановления.

Ключевые слова

велоэргометрия, адаптация, физическая нагрузка, антропофизиологический тип кровообращения

pdf-версия, скачать

Традиционно гемодинамическое обеспечение физической работы рассматривается, прежде всего, как энергетический метаболический и кислородный запрос работающих мышц. Действительно, сложные физиологические, биохимические и биофизические инсталляции организменных и тканевых механизмов реализации этого запроса обеспечиваются, прежде всего, циркуляторно. Увеличение минутного объема кровообращения и кровотока в работающих мышцах обеспечивает наиболее эффективный аэробный механизм срочной адаптации к физической нагрузке.

Однако это и гемодинамическая база реализации и других составляющих такой адаптации, например, терморегуляторной, конечный результат которой не мог бы состояться без увеличения кровотока в коже, включая потовые железы. Можно рассматривать различные пути поддержания теплового баланса (излучение, конвенция, испарение) при физической работе, но для их биофизической реализации нужна тепловая масса, которая и обеспечивается кожным кровотоком, как и циркуляторное обеспечение секреторной активности потовых желез. И, хотя в рассмотрении физиологии физической нагрузки и отмечается напряжение теплового баланса, особенно при больших нагрузках, и есть данные и об увеличении кожного кровотока, однако, сохраняющаяся активность сердечно-сосудистой системы (ССС) после прекращения нагрузки, как правило, ассоциируется с "кислородным долгом".

По-видимому, сосредоточенность на соотношениях аэробного и анаэробного процессов в энергетическом обеспечении работающих мышц и привела к прямолинейному рассмотрению сохраняющейся активности ССС и соответствующего повышенного потребления кислорода после прекращения работы преимущественно с "кислородным долгом". Однако, очевидна определенная проблематичность этого понятия в объяснении сохраняющейся активности ССС после прекращения работы в связи с необходимостью гемодинамического обеспечения, в том числе и по кислороду, и других важных составляющих адаптации к физической нагрузке, как например, регуляции теплового баланса, поддержания мозгового кровообращения, а также других факторов [10].

Целью проведенной работы явилось более широкое рассмотрение на основе антропофизиологического подхода [2,6,7], на наш взгляд, более правильного понятия "гемодинамического долга" при выполнении физической работы, одной из безусловных составляющих которого, понятно, является и "кислородный долг".

Материал и методы исследования

Гемодинамическое обеспечение динамической физической работы изучалось при проведении велоэргометрии в положениях тела сидя и лежа у 212 здоровых мужчин (282 исследования) репродуктивного возраста. С использованием велоэргометра "Elemа" при скорости педалирования 50 оборотов в минуту осуществлялась трехступенчатая (по 4 минуты каждая ступень) нагрузка нарастающей мощности. Начальная мощность составляла 50 ватт. Полнота выполнения протокола нагрузки определялась исходным соматическим и текущим клиническим состоянием.

При проведении пробы осуществлялся протокольный клинический контроль за состоянием, регистрировалась электрокардиограмма (ЭКГ) в отведениях Неба (5) и измерялось артериальное давление (АД, мм рт. ст.) манжетным методом по Короткову (6). Методом тетраполярной грудной реографии (4) и реоэнцефалографии (2,3) в общей токовой сети (1) определялись ударный объем сердца (УОС, мл), частота сердечных сокращений (ЧСС, в минуту) и минутный объем крови (МОК, мл), мозговой кровоток (МК, в усл. ед.) оценивался по амплитуде первой производной дифференциальной реоэнцефалограммы (РЭГ, ом/сек). Проводилась электрометрия кожи [5,7,8]: в измерительной схеме с источником постоянного тока (200 мкА) "влажным" (смоченная водой гигроскопическая прокладка) металлическим дисковым электродом (с активной поверхностью диаметром 8 мм) локально измерялась электрокожная проводимость (в мкА) на плече (7) и бедре (8), по которой оценивался кровоток кожи (КК, в усл. ед).

Оцениваемые параметры измерялись в исходном состоянии и дискретно на 1, 2, 3 и 4-й минутах по каждой ступени нагрузки, а также в периоде восстановления сразу после остановки работы (0), на 1, 3, 5, 7, 10 и 15 минутах покоя в исходной позе (сидя или лежа). Данные, полученные продольно-поперечным методом, для анализа группировались соответственно объему выполненной физической работы (в кГм) – 500, 1000, 1500, 2000, 3000, 4000, 5000, 6000, 7000 и 8000 кГм и по обозначенным выше минутным интервалам в периоде восстановления.

Анализ гемодинамического обеспечения проводился с учетом типа кровообращения по антропофизиологическому соотношению МОК "стоя/лежа" [2,7,8]. Выделялись выборки лиц с I типом, который определялся снижением сердечного выброса (93% и ниже) в положении стоя относительно лежа (гипокинетическое состояние), со II типом (эукинетическое состояние) при отсутствии различий по МОК стоя и лежа (94-106%) и с III типом, при котором МОК в положении стоя увеличивается (107% и больше) относительно его величины в положении лежа (гиперкинетическое состояние).

Для анализа общей динамики по периодам нагрузки и восстановления использовались непараметрические статистические характеристики прямых величин гемодинамических параметров и их величины относительно исходного состояния – по медиане (Ме) и перцентильному диапазону: k-значение перцентили определялось с 95% вероятностью (P≤0.05) с учетом объема выборки – перцентиль с k≥0 определялся как нижний предел перцентильного диапазона, а с k≥1 как верхний предел. В дальнейшем для удобства упоминания по тексту использовались определения – нижний и верхний перцентиль. Обработка рядов данных проводилась с помощью пакета статистических программ Microsoft Excel.

По исходному состоянию Ме по прямой величине оцениваемых гемодинамических параметров принималась за 100%, а верхний и нижний перцентиль по прямым величинам выражался, соответственно, и в относительных (%), величинах. По прямым величинам оценивались изменения состояния по базовым характеристикам, а по относительным исходного состояния, собственно, по реактивным характеристикам. Таким образом, по каждому из оцениваемых гемодинамических параметров по двум группам (прямых и относительных величин) использовалось 6 характеристик – две по Ме и четыре по перцентилям. Такая комплексная характеристика (по прямым и относительным величинам), на наш взгляд, более полно верифицирует состояние, как по отдельным дискретным выборкам, так и по динамике в целом. Критическое значение статистических критериев для анализа при принятом уровне значимости определялось по порогу (критического предела) достоверной (Р≤0.05) специфичности наибольшей из подгрупп [12,13] по суммарной выборке долей с одинаковым признаком (синдромом) из сопоставляемых выборок (групп, состояний).

Более полное представление о комплексе использованных характеристик и алгоритме статистического анализа дают представленные ниже в таблицах 1 – 4 данные по результатам велоэргометрии у здоровых лиц. С использованием непараметрического критерия знаков (Ркз) оценивалось превалирование однонаправленных изменений использованных 6-ти статистических характеристик по прямым (черный шрифт) и относительным (красный шрифт) величинам относительно исходного состояния (больше, меньше) дискретно по каждой из 10 последовательных групповых выборок по объему выполненной физической работы (в кГм) в периоде нагрузки и по минутам восстановления после остановки. Однонаправленные изменения по 5-6 из 6 используемых непараметрических характеристик по отдельным групповым выборкам (на рисунках 3 и 4 одноцветные квадратики по вертикали) принимаются как достоверные и специфические (Ркз≤0.05). Однонаправленное отклонение Ме гемодинамических параметров по 10 последовательным групповым выборкам в периоде велоэргометрической нагрузки от исходной величины раздельно (по прямыми или относительным величинам) – по 7 и больше из 10 позиций, а суммарно (прямые + относительные величины) – по 13 и больше из 20 позиций с принятой 95% вероятностью определялось достоверно специфическим изменением (Ркз≤0.05) по динамике состояния.

Интегральная характеристика по отдельным гемодинамическим параметрам общей динамики осуществлялась на основе сопоставления с исходным состоянием и анализа всех 6 непараметрических статистических характеристик (прямых и относительных величин) по каждой и суммарно по всем групповым выборкам периода нагрузки (кГм) и по временным (минуты) этапам восстановления. Так, по рассматриваемым данным (см. таблицы) по периоду физической нагрузки такой комплекс характеристик составляет 6 (число статистических характеристик) по каждой из 10 групповых выборок по объему выполненной физической работы (в кГм), итого суммарная выборка составляет n=6×10=60. Однонаправленные изменения 37 и больше характеристик по суммарной выборке из 60 (на рисунках 3 и 4 соответствующее число одноцветных квадратиков) с 95% вероятностью являются достоверно специфическими (Ркз<0.05). По такому же алгоритму (по превалированию направленности отличий) сопоставлялись основные состояния (сидя–лежа, I–III типы), а также оценивались фазовые изменения по динамике и в периоде нагрузки, и в периоде восстановления у здоровых лиц и пациентов с постинфарктным кардиосклерозом.

Полученные данные и их обсуждение

Типологическая структура динамической организации кровообращения исследованной выборки здоровых мужчин по антропофизиологическому соотношению МОК "стоя/лежа" представлена преимущественно I типом или гипокинетическим состоянием гемодинамики в ортостатике (70%), II типом или эукинетическим состоянием (11%) и гиперкинетическим состоянием (III тип) в ортостатике (19%) и соответствует характеристике ССС у здоровых лиц [2,9]. В настоящей статье рассматриваются данные по динамике гемодинамического обеспечения физической работы у лиц (здоровых и с постинфарктным кардиосклерозом) при I и III типах кровообращения как принципиально противоположных состояний, определяющих и качественное различие гемодинамической реактивности (по МОК), в том числе, на физическую нагрузку [2,7]. Сразу следует отметить, что ранее отмеченные типологические и позные особенности проявления гемодинамической реактивности по изменениям МОК по ступеням повышающейся мощности физической нагрузки [1,7,11] четко проявляются и при анализе развернутой динамики по объему выполненной динамической физической нагрузки (рис. 1). При этом выражены и фазовые изменения гемодинамических параметров, как в процессе адаптации к физической нагрузке, так и в восстановительном периоде после ее прекращения.

На рис. 1 приводится динамика гемодинамического обеспечения физической работы на велоэргометре по медиане (Ме) относительных к исходной величин МОК, УОС, ЧСС, АД, МК и КК на протяжении периода нагрузки и после прекращения ее (период восстановления). Верхний край серого профиля соответствует Ме исходного уровня гемодинамических параметров, принятого за 100%. Розовым цветом выделен профиль, ограниченный МОК (верхняя кривая) и УОС (нижняя кривая), как отражение основного механизма циркуляторного обеспечения всех гемодинамических составляющих адаптации к физической нагрузке.

Хорошо видно, что при физической нагрузке у лиц с I типом кровообращение в вертикальном положении (сидя) увеличение МОК в целом на протяжении всего периода нагрузки обеспечивается как за счет увеличения УОС, так и ЧСС. И такая направленность абсолютно однозначно определялась по Ме как по прямым (базовым), так и относительным (реактивным) характеристикам по всему периоду нагрузки – суммарно (базовые + реактивные) по 20 из 20 позиций. При этом на начальном этапе врабатывания (до 1000 кГм) отмечается наибольший прирост по МОК (до 300%), нарастая в дальнейшем с увеличением мощности и объема выполненной работы. На начальном этапе врабатывания при умеренном увеличении ЧСС (до 150%) определяется почти полная мобилизация сердечного ресурса по УОС (203%), уровень которого стабилизируется на постоянном уровне (177–192%) на протяжении всего периода нарастания нагрузки и перманентного увеличения объема выполненной физической работы (табл. 1). Такие отношения между МОК, УОС и ЧСС можно определить как оптимальные и аэробно ориентированные в гемодинамическом обеспечении адаптации к физической нагрузке при I типе в вертикальном положении сидя. И только при нарастании нагрузки с объема выполненной физической работы в 5000 кГм частотная составляющая насосной функции (по ЧСС) начинает превалировать над приростом по УОС (табл. 1 и рис. 2).

Рис. 1. Комплексная характеристика динамики гемодинамического обеспечения динамической физической работы (в кГм) при велоэргометрии у здоровых мужчин в положении тела сидя и лежа (обозначено фигурками) и в восстановительном периоде по медиане (Ме) минутного объема крови (МОК), ударного объема сердца (УОС), частоты сердечного ритма (ЧСС), артериального давления (АД), мозгового кровотока (МК) и кожного кровотока поверхности тела (КК) при I и III типе кровообращения (по антропофизиологическому соотношению МОК стоя/лежа). Динамика по Ме учитываемых гемодинамических параметров представлена цветными кривыми, которые получены на основе полиномиальной аппроксимации. Исходная величина (уровень) гемодинамических параметров принята за 100%.

Таблица 1. Непараметрические статистические характеристики (Ме – жирный шрифт, верхний и нижний перцентиль) гемодинамических параметров (черный шрифт – базовые, прямые величины, красный шрифт – реактивные, относительные величины), используемые для анализа динамики гемодинамического обеспечения физической работы (кГм) и восстановления (минуты) в положении СИДЯ у здоровых лиц с I ТИПОМ кровообращения.

Хотя в положении лежа изменения МОК в периоде физической нагрузки носят принципиально однонаправленный характер с изменениями сидя (рис. 1; рис. 2А и Б), однако уровень мобилизации насосной функции сердца, как по МОК, так и, особенно, по УОС выражено и достоверно ниже, как по Ме (рис. 1), так и по интегральной оценке (рис. 2 А←Б).

На рис. 2 приводятся сравнительные аналитические данные по интегральной характеристике направленности динамики гемодинамического обеспечения физической нагрузки при I типе в положении сидя (А) и лежа (Б) относительно исходного состояния и их сравнительная оценка в положении лежа относительно сидя (А←Б). При понятной принципиально однотипной направленности изменений МОК, УОС и ЧСС – достоверное увеличение (5-6 из 6-ти статистических характеристик – красные ячейки) по каждому из 10 этапов (вертикальные столбики) выполненной работы и в целом по всему периоду нагрузки (красные стрелки вверх) отмечается фазовая динамика по УОС лежа (рис. 2 Б). При этом отмечается достоверно более низкий уровень сердечного выброса (как по МОК, так и УОС) в положении лежа относительно сидя (рис. 2А←Б).

Таблица 2. Непараметрические статистические характеристики (Ме – жирный шрифт, верхний и нижний перцентиль) гемодинамических параметров (черный шрифт – базовые, прямые величины, красный шрифт – реактивные, относительные величины), используемые для анализа динамики гемодинамического обеспечения физической работы (кГм) и восстановления (минуты) в положении ЛЕЖА у здоровых лиц с I ТИПОМ кровообращения.

Последовательность квадратиков по горизонтали соответствует по периоду нагрузки последовательности групповых выборок по объему выполненной работа на велоэргометре (в кГм) – 500, 1000, 1500, 2000, 3000, 4000, 5000, 6000, 7000, 8000 и больше, по периоду восстановления – 0, 1, 3, 5. 7, 10 и 15 минут после прекращения нагрузки (рис. 1).

Квадратики по вертикали соответствуют 6 непараметрическим статистическим характеристикам учитываемых гемодинамических параметров по отдельным групповым выборкам (см. табл. 1–4). Направленность отличий по сравнению с исходной величиной (до нагрузки) показана цветом: увеличение – красным, уменьшение – синим. Цветными стрелками выделены фазы и периоды на основе интегральной оценки достоверных (Pкз<0,05) по направленности изменений.

Таблица 3. Непараметрические статистические характеристики (Ме – жирный шрифт, верхний и нижний перцентиль) гемодинамических параметров (черный шрифт – базовые, прямые величины, красный шрифт – реактивные, относительные величины), используемые для анализа динамики гемодинамического обеспечения физической работы (кГм) и восстановления (минуты) в положении СИДЯ у здоровых лиц с III ТИПОМ кровообращения.

Мобилизация УОС на этапе врабатывания по Ме лежа хотя и проявлялась, но была несравненно менее выраженной, по сравнению с нагрузкой сидя (рис. 1). Так, по Ме относительных показателей УОС был абсолютно ниже – по 10 из 10 позиций (Pкз<0,01), а суммарно (Ме по прямым и относительным показателям) – по 14 из 20 (Pкз<0,05). Мобилизация сердечного выброса (по МОК и УОС) однозначно была более низкой в положении лежа и по интегральной характеристике в целом (рис. 2 А←Б) по всем 6 характеристикам (показателям) и по всему периоду нагрузки – по 39 по УОС (Pкз<0,05) и по 42 по МОК из всех по периоду нагрузки 60 характеристик (Pкз<0,01).

При абсолютно однозначно направленной в положении сидя и лежа адаптации к физической нагрузке по приросту ЧСС (на рис. 2А и Б сплошной красный профиль) в положении лежа, усиление хронотропной функции сердца было достоверно большим по сравнению с нагрузкой в положении сидя, как по Ме (рис. 1) – по 14 из 20 позиций (Pкз<0,05), так и по интегральной оценке ЧСС (рис. 2 А←Б) – по 39 показателям из 60 (Pкз<0,05). Это, в отличие от положения сидя, отражает преимущественное увеличение МОК в положении лежа за счет прироста ЧСС, то есть по энергетически более затратному пути (табл. 2; рис. 3, Б и А←Б). Отмеченные соотношения между изменениями по УОС и ЧСС свидетельствуют о том, что I типе ведущим гемодинамическим механизмом позных отличий адаптации к физической нагрузке по МОК является инотропная составляющая насосной функции сердца.

При однотипном (сидя и лежа) характере и направленности общей динамики при I типе по увеличению АД – по Ме (рис. 1) и интегральной оценке (рис. 2А и Б, сплошной красный профиль) адаптация к физической нагрузке в положении лежа сопровождалась достоверно большим его приростом по сравнению с положением сидя как по Ме (Pкз<0,05), так и интегрально по всему периоду нагрузки (рис. 2 А←Б) – по 47 показателям из 60 (Pкз<0,01). Это свидетельствует о более оптимальном циркуляторном обеспечении перфузии при I типе в положении сидя за счет более высокого прироста по МОК (рис. 1). Отражением тому является и более высокая мозговая перфузия, в отличие от положения лежа. И хотя в обоих положениях МК однонаправленно повышался (рис. 1А и Б, сплошной красный профиль), однако при физической работе в положении лежа по периоду нагрузки до объема физической работы 4000 кГм он был достоверно ниже, чем в положении сидя. – синий профиль (29 из 36 показателей, Pкз<0,01). На рисунке 2 (А←Б,) эта фаза выделена синей стрелкой. В дальнейшем при увеличении нагрузки, хотя МК и оставался однозначно увеличенным по сравнение с исходным состоянием (рис. 2А и Б), однако различия лежа и сидя по МК носили неопределенный характер.

Таблица 4. Непараметрические статистические характеристики (Ме – жирный шрифт, верхний и нижний перцентиль) гемодинамических параметров (черный шрифт – базовые, прямые величины, красный шрифт – реактивные, относительные величины), используемые для анализа динамики гемодинамического обеспечения физической работы (кГм) и восстановления (минуты) в положении ЛЕЖА у здоровых лиц с III ТИПОМ кровообращения.

Рис. 2. Интегральный статистический профиль (по направленности отличий) гемодинамического обеспечения дозированной динамической физической работы на велоэргометре в положении сидя (А), лежа (Б), а также при обратном (А←Б) сопоставлении между ними при I типе кровообращения.

Естественно напряженное терморегуляторное состояние при физической нагрузке однозначно – и сидя, и лежа сопровождается увеличением кожного кровотока (КК) как по динамике Ме (рис. 1) – абсолютно по прямым (10 из 10 позиций) и относительным, реактивным (10 из 10 позиций) показателям, так и по интегральной оценке – сидя по 54 и лежа по 49 показателям из 60 (Pкз<0,01) по периоду нагрузки. На рисунке 2 это отражено практически сплошным красным профилем по периоду нагрузки сидя (А) и лежа (Б). При этом более энергетически затратный и терморегуляторно напряженный характер адаптации к нагрузке в положении лежа отражает и более выраженное, по сравнению с положением сидя, увеличение кожного кровотока (рис. 2 А←Б), особенно на начальном периоде врабатывания и остающееся более высоким в целом на протяжении всего периода нагрузки. Обращает на себя внимание выраженное увеличение КК при нагрузке в положении сидя, по реактивным характеристикам по Ме с увеличением мощности нагрузки и с достижением уровня выполненной физической работы в объеме 3000 кГм (рис. 1).

При этом на рисунке 1 хорошо видно, что на фоне высокой мобилизации сердечного выброса кривая по КК полностью вписывается в "насосный" профиль УОС–МОК, что свидетельствует о хорошей циркуляторной обеспеченности увеличения кожного кровотока, также, как и мозгового кровотока. В положении же лежа на фоне значительно меньшей, по сравнению с положением сидя, мобилизации сердечного выброса по МОК и особенно по УОС четко виден выход кривой КК и МК за пределы профиля УОС–МОК. Такое соотношения между основным механизмом аэробного гемодинамического обеспечения и состоянием периферических кровотоков (априори, и мышечного) может быть принято за циркуляторное отражение напряжения энергетически более затратного анаэробного обеспечения адаптации к физической нагрузке, и не только по мышечной системе, как основному эффектору, а и по не менее значимым для такой адаптации кровообращению мозга, и кожному кровотоку.

Из периферических циркуляторных эффектов адаптации ССС к физической нагрузке при I типе по интегральной характеристике следует отметить и в положении сидя (А), и в положении лежа (Б) однонаправленные изменения по МК и КК (Рис. 2 А и Б). Однако по Ме (рис. 1), а также при сопоставлении "сидя–лежа" по интегральным характеристикам (рис. 2А→Б) отмечается разная выраженность и фазовый характер этих изменений. Во всяком случае, приведенные данные четко свидетельствуют, что увеличение МОК обеспечивает не только мышцы, но и не менее актуальный для двигательного поведения мозговой кровоток, а для поддержания теплового баланса в условиях нарастающей теплопродукции – увеличение кожного кровотока.

Из анализа приведенных данных вытекает целесообразность формирования, на наш взгляд, более точного определения – гемодинамического (циркуляторного) долга, который отражается в сохранении повышенной активности ССС и после прекращения физической работы. Последнее отражается задержкой достижения Ме гемодинамических параметров исходного уровня (на рисунке 1 серая зона) после прекращения нагрузки, а при интегральной оценке (рис. 1) сохранением профиля красного цвета, отражающего увеличение гемодинамических параметров, и отсутствием или задержкой смены его на синий профиль, отражающего возвращение параметров к исходному уровню, соответственно минутным выборкам по периоду восстановления.

Так, по положению сидя по Ме (рис. 1) восстановление исходных параметров происходило к 7 минуте после прекращения нагрузки по УОС и АД и было незавершенным по МК, а по МОК, ЧСС и КК восстановление отсутствовало и к 15 минуте после прекращения нагрузки. Соответственно и на интегральном профиле (рис. 3, А) четко определялись фазы сохраняющейся после нагрузки активности ССС по УОС м АД (красная площадь) и восстановления (синяя площадь). Напомним, что на интегральном профиле по отдельным выборкам (вертикальные столбцы) специфической характеристикой (Pкз<0,05) состояния по отдельной выборке является столбец из 5-6 квадратиков, которые соответствуют 6 статистическим характеристикам по тому или иному гемодинамическому параметру (см. табл. 1-4), одного цвета – красного при превышении показателями исходного уровня и синего при равном исходному и ниже него. Профиль смешанного цвета, в котором 2-4 квадратика одного цвета (красного и синего) определяются как переходное (незавершенное) состояние.

Рис. 3. Интегральный статистический профиль (по направленности отличий) гемодинамического обеспечения дозированной динамической физической работы на велоэргометре в положении сидя (А), лежа (Б), а также при обратном (А←Б) сопоставлении между ними при III типе кровообращения.

При таком анализе четко выделяются фазы состояния. И, если начальную фазу восстановления, можно ассоциировать с покрытием "кислородного долга", то сохраняющаяся повышенная активность по насосной функции сердца параллельно с сохраняющимся увеличением МК и особенно КК определяет целесообразность расширения понятия гемодинамического долга, частью которого является и "кислородный" долг и не только по мышцам, а и по мозгу. Следует отметить, что уровень такого долга находится в полном соответствии с напряжением систем, обеспечивающих адаптацию к физической нагрузке – чем больше напряжение, тем выше и длительнее сохраняется активность таких систем после прекращения нагрузки. И если по УОС и МОК отмечается почти линейных характер такой зависимости (есть основания полагать, что и по мышечному кровотоку), то более длительное поддержание повышенными ЧСС, МК и, особенно, КК отражает и другие составляющие сохраняющегося гемодинамического запроса после прекращения физической нагрузки. При этом значительная доля гемодинамического долга, формирующегося при физической работе, выпадает на терморегуляторный запрос по циркуляторному обеспечению кожного кровотока для поддержания теплового баланса. Напряжение последнего при физических нагрузках очевидно и четко демонстрируется приведенными нами данными.

Четко обратными I типу при обеспечении адаптации к физической нагрузке являются соотношения изменений сердечного выброса (по МОК и УОС) сидя и лежа при III типе (рис. 1). Наиболее выраженный прирост МОК и УОС при этом типе динамической организации кровообращения отмечается при физической нагрузке в положении лежа. Это хорошо видно как по Ме этих параметров сердечного выброса (рис. 1), так и по интегральному профилю (рис. 3). Если полная мобилизация сердечного выброса, как и остальных гемодинамических параметров, при адаптации к физической нагрузке при I типе была в положении сидя (рис. 1; рис. 2А), то при III типе это происходило, наоборот, в положении лежа (рис. 2; рис. 3Б). При этом и гемодинамический долг был более выраженным и сохранялся по всем учитываемым гемодинамическим параметрам (МОК, УОС, ЧСС, АД, МК и КК) на протяжении всех 15 минут после прекращения нагрузки, обозначая фазу восстановления только по АД на 15-й минуте после прекращения физической нагрузки.

Не останавливаясь на особенностях динамики в периоде нагрузки, следует отметить, что практически по всем гемодинамическим параметрам и их статистическим характеристикам – и по Ме (рис. 1), и по интегральному профилю наибольшие возможности мобилизации гемодинамического обеспечения при адаптации к физической нагрузке при III типе были в положении лежа (рис. 3 А←Б). Однако и более выраженный гемодинамический долг при этом, по сравнению с аналогичной максимальной мобилизацией УОС–МОК при I типе в положении сидя, свидетельствует о неоптимальности такой мобилизации. Вовсе неоптимальными эти характеристики при III типе определяются по гемодинамическому обеспечению адаптации к физической нагрузке в положении сидя (рис. 1) как в период нагрузки, так и по периоду восстановления. Так, адаптация к физической нагрузке по МОК обеспечивается энергетически более затратным путем – преимущественно за счет ЧСС при депрессии насосной функции по УОС, особенно на этапе врабатывания (рис. 1, табл. 3). Это, безусловно, способствует формированию "кислородного долга". При этом следует иметь в виду, что соответственно типологической особенности III типа (гиперкинетическое состояние по МОК в вертикальном положении), в отличие от I типа (гипокинетическое состояние), отмечается высокая мобилизация насосной функции сердца, особенно по УОС, уже в исходном состоянии сидя до нагрузки – увеличение МОК (по Ме) относительно его величины в положении лежа до 130%, а по УОС до 170% (см. табл. 3 и 4). Именно это обстоятельство и определяет практически отсутствие положительной динамики УОС, как по Ме (рис. 1), так и по интегральной оценке (рис. 2 А) при адаптации к физической нагрузке в положении сидя, и выраженное превалирование по увеличению характеристик насосного профиля УОС-МОК в положении лежа (рис. 3 А←Б).

Однако, следует отметить, что по циркуляторному профилю аэробного обеспечения (УОС-МОК), "кислородный долг" достаточно быстро покрывается – к 7 минуте после прекращения физической нагрузки (рис. 1, рис. 3 А). При этом сохраняющаяся повышенная активность ССС по ЧСС, по мозговой перфузии (МК) и, особенно, нарастающее увеличение кожного кровотока отражает неоптимальность адаптации к физической нагрузке при III типе в положении сидя не только по динамике УОС–МОК в периоде нагрузки, но и по терморегуляторному напряжению, которое отражается длительным повышением кожного кровотока (КК) в восстановительном периоде. Это определяет гемодинамическую неоптимальность III типа динамической организации ССС [3] при обоих позных условиях, но особенно для вертикального положения (сидя, стоя). При этом следует учитывать то обстоятельство, что прямохождение является основным позным условиям (сидя, стоя, при ходьбе), в котором преимущественно реализуется активная жизнедеятельность человека [2,6].

В целом следует отметить, что при обоих типах (I и III), позных условиях (сидя и лежа), мощности и условиях нарастания нагрузки и фактически при одном и том же объеме выполненной физической работы особенно выразительным является гемодинамический долг по циркуляторному обеспечению теплового баланса. Это проявляется в выраженном увеличении кожного кровотока в периоде нагрузки и в наиболее затяжном характере его восстановления после остановки нагрузки. При этом проявляются определенные типологические особенности циркуляторного обеспечения КК на протяжении динамики адаптации к физической нагрузке и по периоду восстановления.

При интерпретации этих особенностей следует иметь в виду разную энергоемкость, а значит, и соответствующий гемодинамический запрос на терморегуляторное обеспечение по КК уже базового (исходного) состояния – в вертикальном положении (сидя) и в горизонтальном положении – лежа, а затем и адаптацию к физической нагрузке в этих положениях тела [6]. При этом следует учитывать для гемодинамического обеспечения как базового (исходного) состояния, так и адаптации к физической нагрузке принципиально различную регуляцию по гравитационному (гидростатическому) фактору кровообращения в вертикальном и горизонтальном положении. Именно эти различия и описывает антропофизиологическое соотношение МОК "стоя–лежа", которое определяет тип динамической организации кровообращения и ее реактивность, в том числе и на физическую нагрузку [2,6]. Особенности этой реактивности в разных позных условиях адаптации к физической нагрузке и рассмотрены выше по двум принципиально различным крайним типологическим состояниям – I и III типам у здоровых лиц.

Заключение

Комплексное рассмотрение гемодинамического обеспечения адаптации к физической нагрузке у здоровых лиц показало, что в сохранении повышенной активности ССС после прекращения нагрузки, помимо хорошо известного "кислородного долга", и не только по мышцам, но и по мозгу, важной составляющей является циркуляторное обеспечение кожного кровотока в терморегуляторном обеспечении физической работы. Причем, если гемодинамическое обеспечение по насосному профилю УОС–МОК зависит от типа и положения тела, то терморегуляторная составляющая гемодинамического долга, представляя собой базовую биологическую регуляцию, несет неспецифический характер и определяется напряжением организменной адаптации, включая ССС, к физической нагрузке. Отсюда динамика по КК по периоду нагрузки и восстановления определяет достаточность ССС в циркуляторном обеспечении такого напряжения, в том числе и терморегуляторного у здоровых лиц, и отражает более напряженное состояние ССС в условиях поврежденного сердца. Безусловным свидетельством этого являются сниженные систолические возможности сердца и физическая работоспособность у лиц, перенесших инфаркт миокарда. Приведенные данные показывают информативность комплексной оценки гемодинамического обеспечения адаптации к физической нагрузке при проведении стандартных тестов, позволяющей оценить основные составляющие такого обеспечения.

Список литературы

1. Белкания Г.С., Дарцмелия В.А., Галустян М.В. с соавт. Антропофизиологическая основа видового стереотипа реактивности сердечно-сосудистой системы у приматов. Вестник АМН СССР 1987; (10): 52-60.

2. Белкания Г.С., Диленян Л.Р., Багрий А.С. с соавт. Антропофизиологический подход в диагностической оценке состояния сердечно-сосудистой системы. Медицинский альманах 2013; (4): 108-114.

3. Белкания Г.С., Диленян Л.Р., Багрий А.С. с соавт. Антропофизиологическое обоснование типологического определения оптимальности и неоптимальности гемодинамического обеспечения соматического состояния организма. Медицинский альманах 2014; (1): 119-122.

4. Диленян Л.Р., Багрий А.С., Белкания Г.С. с соавт. Антропогенетическая и онтогенетическая модель общих клинических проявлений соматического состояния человека. Медицинский альманах 2015; (4): 222-227.

5. Багрій О.С, Годлевський А.І., Белканія Г.С. Динаміка мікроциркуляторного відображення заживлення післяопераційних ран. Вісник Вінницького державного медичного університету 2002; 6 (2): 416-422.

6. Белкания Г.С., Диленян Л.Р., Багрий А.С. с соавт. Гравитационная биология – антропология" в антропогенетическом обосновании здоровья и нездоровья. Современные проблемы науки и образования 2014; (4).

7. Белкания Г.С., Диленян Л.Р., Багрий А.С. с соавт. Кардиодинамические основы и перспективы клинического использования реографии. Н. Новгород: Изд-во Нижегородской государственной медицинской академии, 2016. 220 с.

8. Белкания Г.С., Диленян Л.Р., Багрий А.С. с соавт. Особенности методического обеспечения антропофизиологической диагностики состояния сердечно-сосудистой системы. Медицинский альманах 2013; (6): 208-214.

9. Белкания Г.С., Диленян Л.Р., Багрий А.С. с соавт. Общие подходы в антропофизиологической характеристике возрастной динамики кровообращения человека. Патогенез 2017; 15 (4): 24-31.

10. Физиология человека: в 3-х томах. Т. 3. Пер. с англ. Под ред. Р. Шмидта и Г. Тевса. М.: Мир, 2005. 228 с.

11. Puchalska L., Belkaniya G.S. Haemodynamic respons to the dynamic exercise in subjects exposed to different gravitational conditions. Journal of physiology and pharmacology 2006; 57 (11): 103-113.

12. Генес В.С. Некоторые простые методы кибернетической обработки данных диагностических и физиологических исследований. М.: Наука, 1967. 167 c.

13. Гланц С. Медико-биологическая статистика. М.: Практика, 1998. 459 с.



Anthropophysiological Analysis of Hemodynamic Support of Physical Exercises


Dilenyan L. R.
PhD, Assistant, Chair for Rehabilitation1
Belkania G. S.
Doctor of Medicine, Professor, Head of laboratory2
Martusevich A. K.
Doctor of Biology, Head, University clinics laboratory for medical biophysics1


1Volga Research Medical University, Nizhny Novgorod 2Laboratory of medical expert systems "Antropos Systems Lab.", Vinnitsa, Ukraine

Corresponding Author: Martusevich Andrew; e-mail: cryst-mart@yandex.ru. Conflict of interest: None declared. Funding: The study had no sponsorship.

Abstract

We examined 212 healthy man with standard veloergometry test with gradual elevation of power in sitting and prone positions. Electrocardiogram, blood pressure, heart rate was registered. Tetrapolar rheography was used for estimate blood minute volume, heart strike volume, brain blood flow. Tissue conductivity was used for skin blood flow testing. Data were analyzed with coordination for I and III type of blood circulation. It was shown that there are clear changes between hemodynamic reactivity in sitting and prone positions. These changes were dependent on duration of physical exercises and illustrated by prolongation of the period of cardiovascular activation in recovery time. We fixed that longest period of this increase was registered for blood flow in brain and, especially, in skin. These tendencies may be associated with hemodynamic debt and demonstrate adaptation to physical exercises and restorative potential.

Key words

veloergometry, adaptation, physical exercises, anthropology, hemodynamics type

References

1. Belkaniya G.S., Darcmeliya V.A., Galustyan M.V. et al. Antropofiziologicheskaya osnova vidovogo stereotipa reaktivnosti serdechno-sosudistoj sistemy u primatov. [Antropophysiological basis of stereotype of cardiovascular system reactivity in primates] Vestnik AMN SSSR [Annals of Academy of Medical Sciences of USSR] 1987; (10): 52-60. (In Russ.)

2. Belkaniya G.S., Dilenyan L.R., Bagrij A.S. et al. Antropofiziologicheskij podhod v diagnosticheskoj ocenke sostoyaniya serdechno-sosudistoj sistemy [Antropophysiological way in diagnistics of the state of cardiovascular system]. Meditsinskiy almanah [Medical Almanac] 2013; (4): 108-114. (In Russ.)

3. Belkaniya G.S., Dilenyan L.R., Bagrij A.S. et al. Антропофизиологическое обоснование типологического определения оптимальности и неоптимальности гемодинамического обеспечения соматического состояния организма [Antropophysiological justification of typing of optimality of hemodynamic support of organism state]. Meditsinskiy almanah [Medical Almanac] 2014; (1): 119-122. (In Russ.)

4. Dilenyan L.R., Bagrij A.S., Belkaniya G.S. et al. Antropogeneticheskaya i ontogeneticheskaya model' obshchih klinicheskih proyavlenij somaticheskogo sostoyaniya cheloveka [Antropogenetic and ontogenetic model of common clinical signs of human ogranism state]. Meditsinskiy almanah [Medical Almanac] 2015; (4): 222-227. (In Russ.)

5. Bagrij A.S., Gordlevsky A.I., Belkaniya G.S. Dinamіka mіkrocirkulyatornogo vіdobrazhennya za zhivlennya pіslyaoperacіjnih ran [Dynamics of microcirculatory picture of healing of postoperative wounds]. snik nnic'kogo derzhavnogo medichnogo unіversitetu [Bulletin of Vinnitsa National Medical University] 2002; 6 (2): 416-422. (In Ukr.)

6. Belkaniya G.S., Dilenyan L.R., Bagrij A.S. s soavt. Gravitacionnaya biologiya – antropologiya v antropogeneticheskom obosnovanii zdorov'ya i nezdorov'ya [Gravitation biology in antropogenic basis of health and disease]. Sovremennye problem nauki i obrazovaniya [Modern issues of science and education] 2014; (4): 280. (In Russ.)

7. Belkaniya G.S., Dilenyan L.R., Bagrij A.S. s soavt. Kardiodinamicheskie osnovy i perspektivy klinicheskogo ispol'zovaniya reografii [Cardiohemodynamic basis and perspectives of clinical use of electrocardiography]. Nizhny Novgorod. 2016. 220 p. (In Russ.)

8. Belkaniya G.S., Dilenyan L.R., Bagrij A.S. s soavt. Osobennosti metodicheskogo obespecheniya antropofiziologicheskoj diagnostiki sostoyaniya serdechno-sosudistoj sistemy [Features of methodical support of antropophysiological diagnostics of the state of cardiovascular sysytem] Meditsinskiy almanah [Medical Almanac] 2013; (6): 208-214. (In Russ.)

9. Belkaniya G.S., Dilenyan L.R., Bagrij A.S. s soavt. Obshchie podhody v antropofiziologicheskoj harakteristike vozrastnoj dinamiki krovoobrashcheniya cheloveka [Common approaches to antropophysiological charactristics of ontogenic dynamics of human hemodynamics]. Patogenez [Pathogenesis] 2017; 15 (4): 24-31. (In Russ.)

10. Schmidt R., Tevs G. (Ed.) Human physiology. Moscow: Mir, 2005. 228 p. (In Russ.)

11. Puchalska L., Belkaniya G.S. Haemodynamic respons to the dynamic exercise in subjects exposed to different gravitational conditions. Journal of physiology and pharmacology 2006; 57 (11): 103-113.

12. Genes V.S. Nekotorye prostye metody kiberneticheskoi obrabotki dannyh diagnosticheskih i fiziologicheskih issledivaniy [Some simple methods of cybernetic processing of the data of diagnostic and physiological studies]. Moscow. 1967. 167 p. (In Russ.)

13. Glanz C. Mediko-biologicheskaya statistika [Medical and biological statistics]. Moscow: Practica. 1998. 459 p. (In Russ.)

[ См. также ]

Рубрики

Creative Commons License Контент доступен под лицензией Creative Commons Attribution 4.0 License

Журнал «Медицина» © ООО "Инновационные социальные проекты"
Свидетельство о регистрации средства массовой информации Эл № ФС77-52280 от 25 декабря 2012 года,
выдано Федеральной службой по надзору в сфере связи, информационных технологий и массовых коммуникаций