КЛЮЧЕВЫЕ АСПЕКТЫ АДАПТАЦИИ ОРГАНИЗМА ИНВАЛИДОВ К ФИЗИЧЕСКИМ НАГРУЗКАМ

КЛЮЧЕВЫЕ АСПЕКТЫ АДАПТАЦИИ ОРГАНИЗМА ИНВАЛИДОВ К ФИЗИЧЕСКИМ НАГРУЗКАМ

Озолина Е.В., Дмитриев В.С.,
Сектор Физической культуры и спорта инвалидов,
ВНИИФК

Ясное понимание степени важности физической культуры и спорта в системе поддержания здоровья нации привело к созданию различных структур в государственных учреждениях и организации общественных движений (например: Общероссийское общественное движение " Физическую культуру и здоровье инвалидам) для содействия развитию национальной системы социальной и физической реабилитации инвалидов, также предупреждения инвалидности, прежде всего, средствами физической культуры и спорта.

Одним из условий успеха деятельности общественных институтов и реализации государственных программ является наличие научно обоснованных представлений об особенностях протекания сложного комплекса приспособительных реакций организма инвалидов (лиц с ослабленным здоровьем) в ответ на физические нагрузки и соревновательную деятельность. Этой проблеме посвящена деятельность коллектива сектора физической культуры и спорта инвалидов ВНИИФК и данная публикация.

Одним из наименее изученных вопросов в этой области является адаптация к физическим нагрузкам организма инвалидов с нарушениями органов движения, в частности, у достаточно большой по общему количеству группы пациентов с последствиями травмы спинного мозга.

Особенности отношения общественного сознания к проблеме инвалидности нашли отражение в направленности вектора научных изысканий в области медико-биологических исследований, посвященных адаптационным процессам при физических тренировках и мышечной деятельности у инвалидов. Так, в рамках представления об инвалидности как об ущербности и ограниченности возможностей, были проведены важные исследования, посвященные затруднениям и ограничениям, связанным с выполнением физических упражнений инвалидами, а также факторам, лимитирующим физическую работоспособность и развитие адаптационных реакций у этой группы лиц. Было получено множество ценных и необходимых для теории и практики реабилитации данных.

Было показано, что физическая нагрузка, выполняемая на тредбане руками в положении сидя на инвалидной коляске, значительно отличается от такой же работы, выполняемой в положении стоя ногами с участием практически всех мышечных групп, т.е. гораздо большей мышечной массы. Работа руками отличается гораздо меньшей механической эффективностью [1] . Более того, имеющаяся в результате повреждения спинного мозга частичная или полная десимпатизация соответственно работающих и неработающих мышечных групп на фоне атрофических процессов в поясе нижних конечностей в комплексе со сниженным венозным возвратом [2] видоизменяют многие физиологические реакции организма на стандартную физическую нагрузку. В частности, изменение выброса катехоламинов нарушает механизмы перераспределения крови во время выполнения работы, из-за уменьшения венозного возврата снижается эффективность работы сердечной мышцы, в следствие уменьшения объема активно сокращающихся мышц нарушается весь баланс между центральными (кардиоваскулярными) и периферическими (мышечными) детерминантами физиологического ответа организма на мышечную деятельность [3]. Так у инвалидов-колясочников очень небольшой объем активной мышечной массы по отношению к общей массе тела и поэтому определенное внешнее усилие выполняется с большей относительной физиологической напряженностью и с участием большего силового компонента, выраженного в % от силы максимального произвольного или вызванного сокращения [3]. Это, в свою очередь, приводит к сильному увеличению внутримышечного давления и несмотря на значительный рост артериального системного давления, нарушает перфузию активной мышечной ткани работающих мышц. Последнее приводит к снижению аэробной производительности и общей работоспособности по сравнению с ситуацией, когда имеется нормально перфузируемое капиллярное ложе в мышцах. Такая локальная окклюзия увеличивает вклад анаэробных источников энергопродукции во время мышечной деятельности. Сниженный объем работающих мышц прокачивает меньше крови к сердцу, оставляя сосудистое ложе парализованных конечностей наполненным кровью. Следствием уменьшения венозного возврата является снижение производительности сердца. Так комбинация перечисленных периферических факторов устанавливает ограничения для проявления выносливости при выполнении мышечной работы у инвалидов-колясочников.

Все отмеченное выше, в комплексе с факторами длительной гиподинамии и гипокинезии создает дополнительные трудности при сопоставлении данных гормонального, метаболического и кардиореспираторного ответа организма инвалидов-колясочников на физическую нагрузку с результатами сходных тестов у практически здоровых людей (например с данными полученными на ручном эргометре).

Огромный массив накопленных данных о лимитирующих звеньях адаптации инвалидов, анализ реальных достижений инвалидов в различных аспектах деятельности, в том числе и в спорте (например, победы инвалидов в соревнованиях по армрестлингу с участием здоровых спортсменов) постепенно приводит к смещению центра тяжести представлений (общественного сознания), с того что не могут инвалиды к тому, что они могут (от программ помощи к программам поддержки). На языке физиологических исследований это означает смену акцента с выявления лимитирующих звеньев на изучение компенсаторных механизмов.

Настоящее исследование проводилось в соответствии с этим новым этапом понимания проблемы инвалидности и было направлено на поиски альтернативных путей адаптации к физическим нагрузкам у инвалидов с тяжелыми повреждениями опорно-двигательного аппарата.

МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ

В исследовании принимали участие 18 испытуемых мужского пола с последствиями травмы спинного мозга и уровнем повреждения спинного мозга Th9 и выше. Такой уровень повреждения спинного мозга обусловливает выраженное нарушение иннервации надпочечников - железы, продуцирующей гормоны, которые играют основополагающую роль в адаптации организма к мышечной деятельности. Некоторые сведения об испытуемых приведены в таблице 1.

Физическая работоспособность оценивалась по предельному времени работы при выполнении нагрузки ступенчато-нарастающей мощности на тредбане в положении сидя на инвалидной коляске (при постоянном угле наклона ленты тредбана 1 градус).

Для оценки деятельности кардиореспираторной системы непрерывно во время всей тестовой процедуры проводили пульсометрию и газоанализ проб выдыхаемого воздуха [4]. О функциональном состоянии системы гуморальной регуляции судили по изменению уровня ряда гормонов в сыворотке крови, взятой из локтевой вены, до и сразу после физической нагрузки. Концентрации гормонов кортизола, инсулина, тестостерона, эстрадиола, пролактина тиреотропина, трииодотиронина, тироксина определяли иммунофлюоресцентным методом [5]. Показатели энергетического метаболизма - содержания глюкозы, лактата, неэтерифицированных жирных кислот, глицерола, холестерола в крови определяли ферментативными методами на клинических анализаторах типа CLINICARD, параметры кислотно-основного равновесия в крови - на аппарате AVL-2 [6].

Статистическую обработку материала проводили в соответствии с опубликованными правилами [7] в стандартном пакете программ "STATGRAF".

При статистическом анализе экспериментальных данных вычисляли среднее арифметическое (М), ошибку средней (±m). Достоверность различий средних арифметических определяли по Z-критерию Вилкоксона.

Результаты

Данные о физической работоспособности и остром ответе сердечно-сосудистой и дыхательной систем организма пациентов с последствиями травмы спинного мозга на предельную нагрузку в ступенчатом тесте обобщены в таблице 2. Относительно невысокая работоспособность и средний уровень развития кардиореспираторных показателей объясняется, по-видимому, нерегулярностью физических тренировок и/или не совсем верно выбранным двигательным режимом: у наших испытуемых соответствующие показатели ниже, чем у активно тренирующихся и регулярно выступающих на соревнованиях спортсменов-колясочников, но в то же время выше, чем у пациентов контрольной группы, ведущих малоподвижный образ жизни [8-12].

Общая картина изменений углеводного и липидного метаболизма при выполнении нагрузки представлены на рис.1 и таблице 3 соответсвенно.

Максимальная концентрация лактата в крови, регистрируемая в среднем на 3-й минуте после завершения работы была достаточно высокой и составила 8,2±2,2 ммоль/л . Индуцированное нагрузкой повышение концентрации лактата сопровождалось соответствующим изменением кислотно-основного равновесия в крови. Так в момент окончания нагрузки значения рН и ВЕ крови составляли соответственно 7,27±01 ед. и -10,2±3,2 мэкв/л . Подобный уровень лактата и рН , весьма вероятно, является следствием сниженного клиренса, но наиболее правдоподобной причиной этих сдвигов гомеостаза является комбинированное действие двух факторов - активации гликолитических процессов и снижения скорости устранения ионов лактата и водорода из кровотока.

За время выполнения нагрузки существенно увеличилась концентрация концентрация глюкозы в крови: с 4,35±1,9 в начале упражнения до 5,18±1,1 ммоль/л (р< 0,01). Такое увеличение содержания глюкозы в крови может потенциировать окисление глюкозы работающими мышцами, поскольку, как правило, утилизация субстратов из кровотока прямо пропорциональна их концентрации в крови.

В момент завершения нагрузки наблюдалось значительное увеличение уровня глицерола в крови (р < 0,05). Изменения других параметров липидного обмена оказалось статистически недостоверным. В то же время, имеется выраженная тенденция к увеличению отношения содержания глицерола к концентрации неэтэрифицированных жирных кислот (НЭЖК). Отношение глицерол/НЭЖК обычно отражает баланс между общим количеством жирных кислот попавших в кровоток и частью НЭЖК, утилизированных работающими мышцами. Таким образом , представляется возможным предположить, что во время выполнения предельной физической нагрузки усиливается окисление свободных жирных кислот крови.

Таблица 4 содержит информацию об уровне ряда гормонов катаболической и анаболической направленности, играющих важную роль процессе адаптации человека к двигательной активности.

Данные отражающие эндокринное звено регуляции энергетического метаболизма во время выполнения физической нагрузки представлены на рис.2.

В результате выполнения предельного ступенчатого теста значительно увеличилось содержание кортизола и тиреотропина соответственно на 35 и 22% (р< 0,05). Эти сдвиги сопровождались существенным снижением уровня пролактина и инсулина - на 34 и 28% (р< 0.05) соответственно. Другие гормональные показатели не продемонстрировали достоверных изменений за время работы.

Обсуждение результатов

Предрабочий уровень исследованных гормонов и метаболитов крови не отличался от такового у практически здоровых людей [13]. Наши данные не вступают в противоречие с результатами исследований, проведенных другими авторами, и убедительно свидетельствуют о том, что паттерн метаболического и кардиореспираторнго ответа у инвалидов с последствиями травмы спинного мозга принципиально не отличается от такового у здоровых людей, а именно: временной ход, направленность метаболических изменений и модальность сдвигов в кислородтранспортном звене энергетического обеспечения мышечной деятельности в значительной мере сходны с соответсвующими показателями здоровых людей и практически соответсвуют уровню работоспособности в расчете на единицу активно метаболизирующей массы [2,3,15].

Имеющиеся отличия касаются величины исследованных метаболических и кардиореспираторных сдвигов и обусловлены факторами , обозначенными во вступительной части настоящей работы (см. Введение - [1-3]). Эти важные в количественном отношении особенности энергетического обеспечения организма инвалидов не заслоняют общей картины принципиального сходства этого процесса с таковым у "здорового" контороля. Так, в соответствии с нашими экспериментальными данными, к концу предельной нагрузки наблюдается значительная активация гликолиза (рис 1). Усиливается также и окислительный распад углеводов и липидов (табл. 2,3, рис 1). Эти метаболические события развиваются под воздействием регуляторного влияния гормонов (рис.2). Снижение уровня инсулина в сыворотке крови, с одной стороны, приводит к увеличению концентрации глюкозы в крови, а с другой стороны - вызывает уменьшение "антилиполитического" действия этого гормона. Снижение "антилиполитического" эффекта инсулина вместе с увеличением концентрации кортизола (оказывающего пермиссивное действие на липолитический эффект других гормонов) обусловливают синэргическое воздействие на активацию катаболизма углеводов и липидов во время нагрузки. Такая схема была описана ранее и в отношении здоровых людей [16].

В то же время, описанные выше гормональные и метаболические сдвиги, развивающиеся, на первый взгляд, по классической схеме, происходят на фоне значительно повышенного содержания тиреотропина в крови. У здоровых людей изменений уровня этого гормона в крови при выполнении нагрузок подобной длительности и интенсивности документировано не было. Было показано наличие значительного лаг-периода, предшествующего изменениям концентрации тиреотропина в крови [13,16].

Таким образом, индуцированное нагрузкой повышение уровня тиреотропина в крови представляется специфической реакцией, характерной для данной группы испытуемых с последствиями травмы спинного мозга. Возможно несколько вариантов объяснения этого феномена.

Наиболее вероятными представляются следующие: Во-первых, экспериментально показано, что повышение концентрации тиреотропина в крови потенциирует окисление глюкозы [16,17]. Таким образом, повышение уровня тиреотропина на фоне увеличения содержания глюкозы в крови, продемонстрированные в нашем эксперименте (рис.1,2), по-видимому, являются двумя факторами, оказывающими синергическое активирующее действие на интенсивность окисления глюкозы работающими мышцами. Во-вторых, известно, что тиреотропин и гормоны щитовидной железы увеличивают чувствительность тканей-мишеней к b -адренергической стимуляции оказывая позитивное влияние на аффинность рецепторов к катехоламинам [17].

Кажется резонным предположить, что у спинальных пациентов исследуемой группы (с нарушением иннервации надпочечников и , как следствие этого, сниженной продукцией катехоламинов [2]) увеличение уровня тиреотропина во время предельной нагрузки представляет собой альтернативный путь гормональной регуляции энергетического метаболизма. Активация этого механизма, по-видимому, является компенсаторной адаптивной реакцией в условиях дефицита гормонов надпочечников, который усугубляется во время выполнения предельных нагрузок.

В заключение следует отметить, что, по нашему мнению, при построении программ эффективных тренировок, а также изучении процессов имеющих место во время выполнения физических нагрузок спортсменами-инвалидами и лицами с ослабленным здоровьем, следует учитывать возможность того, что за внешним сходством в величине и направленности сдвигов традиционно регистрируемых параметров (работоспособности, метаболизма, кислород-транспортной системы и др.) могут скрываться принципиально отличные механизмы регуляции энергопродукции и гомеостаза, что, в свою очередь, может оказывать существенное влияние на относительную физиологическую "стоимость" адаптации к мышечной деятельности.

Литература:

1. Glaser R. Laubach L. Exercise stress fitness evaluation and training of wheelchair users. In Proceedings jf 1st International Conference on life style and health. -P.167-194. Minneapolis:University of Minnesota

2. Shephard R. Fitness in Special Population. - 1990. - Toronto.- 350

3. Shephard R., Vandewalle H., Bouhlel E. et.al. Muscle mass as a factor limitting physical work // J.Appl.Physiol. - 1988. - V. 64. - P.1472-1479.

4. Astrand, P.O., and Rodahl, K., 1977, Textbook of work physiology, McGraw-Hill, New York.

5. Abrahams, G., 1977, Handbook of radioimmunoassay, New York.

6. Siggaard-Andersen, O., 1977, ABL-2 Training Manual. Cleveland: The London Company.

7 Урбах В.Ю. Биометрические методы - М. - 1964.

8. Eriksson P. et al. Aerobic power during maximal exercise in untrained and well trained quadri and paraplegics, Scandinavian Journal of Rehab Med., 1988

9. Hjeltnes N. & Jansen T. Physical endurance capacity, functional status and medical complications in spinal cord injured subjects with long standing lesions. In: Handbook of the 27th Annual Scientific Meeting of the International Medical1Society of Paraplegia, p.119 Perth 10-12 May 1988

10. Hjeltnes N. Cardiorerpiratory capacity in tetra- and paraplegia shortly after injury. Scand. J. Rehab. 18: 65-70, 1986

11. Emes C. Physical work capacity of wheelchair athlets. // Research Quarterly. - 1978. - V.48. - P. 209-212.

12. Озолина Е.В., Дмитриев В.С., Калинкин Л.А., Геселевич В.А., Головачев А.И., Костина Л.В., Дудов Н.С., Башкиров В.В. Особенности острого физиологического ответа на интенсивную предельную нагрузку у инвалидов с повреждениями опорно-двигательного аппарата. В сб.: ВНИИФК. Научные труды 1996 года. - С. 244-261.- Москва.,1997

13. Виру А.А. Юримяэ Т.А. Смирнова Т.А. Аэробные упражнения. - М.: ФиС, 1988

14. Karlsson, J., Bonde-Petersen, F., and Henriksson, J., 1975., Effects of previous exercise with arms on leg metabolism and performance in exhaustive exercise, J.Appl.Physiol.v.38:763-767.

15. Kay, C., and Shephard, R., 1969, On muscle strength and threshold of anaerobic work, International Zeitschrift fur Angewandte Physiologie, 27:311-328.

16. Galbo, H., 1983, Hormonal and metabolic adaptation to exercise. Stuttgart, Georg Thieme Verlag.

17. Tepperman, J., and Tepperman, H., 1989, Metabolic and endocrine physiology, Moscow, Mir.

 

Рис.1 Изменения pH, лактата и глюкозы в крови во время максимальной нагрузки в ступенчатом тесте у пациентов с травмой спинного мозга

Рис.2 Изменения уровня кортизола, тиреотропина, пролактина и инсулина в сыворотке крови во время максимальной нагрузки в ступенчатом тесте у пациентов с травмой спинного мозга

 

Таблица 1 Характеристики испытуемых с последствиями травмы спинного мозга

Возраст,
(лет)

Рост, (см)

Масса тела, (кг)

Стаж
инвалидности, (лет)

Уровень повреждения спинного мозга

32,6
(23 - 48)

172,1
(166 - 179)

70,6
(55 - 76)

10,3
(7 - 15)

Th6 - Th12

Таблица 2 Кардиореспираторный ответ на максимальную нагрузку в ступенчатом тесте у пациентов с травмой спинного мозга

МПК,
л/мин
мл·кг-1·мин-1


1,91±0,91
28,26±5,0

ЛВ, л/мин

69,8±14,1

ЧСС макс, уд/мин

179,0±14,5

Время работы, мин

15,3±2,1

Данные представлены как M±m
МПК - максимальное потребление кислорода
ЛВ - легочная вентиляция

Таблица 3 Липидный метаболизм при максимальной нагрузке в ступенчатом тесте у пациентов с травмой спинного мозга

Параметры

До нагрузки

После нагрузки

Общий холестерол, ммоль/л

4,36±0,23

4,44±0,24

ЛВП-холестерол, ммоль/л

1,52±0,21

1,29±0,18

Триглицериды, ммоль/л

1,10±0,18

1,14±0,20

Глицерол, ммоль/л

0,038±0,006

0,061±0,002*

НЭЖК, ммоль/л

0,86±0,17

1,22±0,19

Глицерол/НЭЖК

0,04±0,01

0,05±0,02

Данные представлены как M±m
* Различия достоверны при p<0,01
ЛВП - липопротеины высокой плотности
НЭЖК - неэтерифицированные жирные кислоты

Таблица 4 Гормональный ответ на максимальную нагрузку в ступенчатом тесте у пациентов с травмой спинного мозга

Содержание гормонов в сыворотке

До нагрузки

После нагрузки

Кортизол, нмоль/л

236,0±30,5

319,9±43,4*

Тестостерон, нмоль/л

8,6±2,2

7,3±3,0

Эстрадиол, пкмоль/л

65,2±15,0

108,4±30,7

Пролактин, mU/л

141,5±15,7

93,0±10,0*

TSH, mU/л

1,11±0,21

1,36±0,42*

T3, нмоль/л

2,15±0,9

2,02±1,3

T4, нмоль/л

97,0±22,1

90,6±17,8

Инсулин, mU/л

12,8±6,1

9,2±3,6*

Данные представлены как M±m
* Различия достоверны при p<0,01
TSH - тиреотропин
T3 - трииодотиронин
T4 - тироксин


 Home На главную  Forum Обсудить в форуме  Home Translate into english up

При любом использовании данного материала ссылка на первоисточник обязательна!

Озолина, Е.В. Ключевые аспекты адаптации организма инвалидов к физическим нагрузкам / Озолина Е.В., Дмитриев В.С. // Открытый мир : Науч.-практ. семинар по адапт. двигат. активности. - М., б. г. - С. 58-72.