КАРДИО- И ГЕМОДИНАМИКА ПРИ УПРАВЛЯЕМОЙ ТАХИКАРДИИ

А.Ф.Синяков

Введение

В современную спортивную практику все шире внедряется управление тренировочным процессом по биологическим критериям. Особое место уделяется частоте сердечных сокращений, как показателю достаточно высокоинформативному и доступному для регистрации во время мышечных напряжений. Программирование тренировочной нагрузки по пульсу, предложенное профессором В.М.Зациорским, стало осуществляться с 1967 г., когда был создан специальный кибернетический прибор - "автокардиолидер". Его работа основана на принципе сравнения текущих значений частоты сердечных сокращений спортсмена с заданной программой и последующей выдаче сигнала о рассогласовании.

Так как автокардиолидер все шире внедряется в тренерскую практику, возникают задачи медико-биологического обеспечения и контроля за тренировками, при проведении которых этот прибор используется.

Задачи исследования

Настоящее исследование было посвящено изучению кардиодинамики, гемодинамики и газообмена при различных уровнях тахикардии, программируемой с помощью автокардиолидера (мы ее условно обозначаем как "управляемую тахикардию"). Наряду с этим, исследовались возможности применения велоэргометров с фиксированной и нефиксированной частотой педалирования для работы с автокардиолидером и возможности использования этого прибора для прямого метода определения величины физической работоспособности по критериям PWC₁₇₀.

Контингент испытуемых и методы исследования

Работа основана на данных, полученных при обследовании 95 высококвалифицированных спортсменов различных спортивных специализаций. Все испытуемые разделялись нами на две подгруппы. В первую входили спортсмены, тренирующиеся преимущественно на выносливость (лыжники, велосипедисты, пятиборцы). Во вторую - спортсмены, в тренировке которых развитию общей выносливости специального значения не уделялось (штангисты, гимнасты, прыгуны). К обследованию привлекались только здоровые, регулярно тренирующиеся спортсмены.

Для получения необходимой информации использовалась методика комплексного исследования кардиодинамики, гемодинамики и газообмена. Она заключалась в синхронной регистрации поликардиограммы, минутного объема кровообращения и потребления кислорода непосредственно во время мышечной работы с автокардиолидером.

Кардиодинамика изучалась нами по данным фазового анализа. Длительность фаз сердечного цикла рассчитывалась по Blumberger (1942) в модификации Holldack (1951) и В.Л.Карпмана (1961).

Гемодинамика оценивалась по данным минутного объема кровообращения. Этот показатель определялся по методу возвратного дыхания углекислотой (в соответствии с критериями Defares, 1956, 1958).

Газоанализ проводился по Дугласу-Холдену. Газообмен исследовался по данным потребления кислорода и выделения углекислоты. Физическая работоспособность рассчитывалась по тесту PWC₁₇₀, принятому Всемирной организацией здравоохранения и рекомендованному для исследования спортсменов.

Желаемая нагрузка задавалась на велоэргометре "Элема-Шенандер" или "Монарк". Программирование нужной частоты сердцебиений осуществлялось с помощью автокардиолидера. При выполнении мышечной работы на велоэргометре "Элема-Шенандер" (с фиксированной частотой педалирования) "выведение" частоты пульса спортсмена на запрограммированный уровень осуществлялось с помощью нагрузки, которая предварительно рассчитывалась для каждого испытуемого. Задавая предварительно испытуемому две небольшие по мощности нагрузки (N₁ и N₂), величину искомой нагрузки (N_x) можно определить либо графически, либо по формуле:

N_x = N₁ + (N₂ - N₁) · (f_x - f₁) / (f₂ - f₁)

Оба эти приема основаны на факте линейной зависимости частоты сердечных сокращений (f) от мощности нагрузки (N), выявленном Sjostrand (1947) и Walund (1948).

В автокардиолидере осуществлялось сравнение реальной частоты сердечных сокращений с запрограммированной. Управляющие сигналы автокардиолидера поступали к экспериментатору, который соответственно знаку рассогласования сам изменял величину сопротивления вращению педалей (величину нагрузки). Благодаря этому, частота пульса у спортсмена изменялась, приближаясь к запрограммированной. Так достигалось поддержание заданной пульсовой программы на нужном уровне. При работе на велоэргометре "Монарк", имеющем нефиксированную частоту педалирования, управляющие сигналы от автокардиолидера поступали непосредственно к спортсмену, который согласно знаку рассогласования изменял частоту педалирования, что приводило к уменьшению или увеличению мощности выполняемой работы, в связи с чем частота пульса у спортсмена изменялась, приближаясь к запрограммированной.

Результаты исследования

Нами проводился углубленный физиологический анализ кардиодинамики, гемодинамики и газообмена у спортсменов при различных уровнях управляемой тахикардии: 120, 130, 150, 160, 170 и 180 уд/мин. Средние данные исследованных показателей сведены в таблицу. С увеличением тахикардии отмечался нарастающий по выраженности синдром гипердинамии миокарда: длительность систолических фаз сердечного цикла закономерно уменьшалась.

Таблица

Кардиодинамика при программированной частоте сердечных сокращений у спортсменов (Сопоставление величин РаCO₂, полученных разными способами при выполнении физической нагрузки (±)

Примечание: колонки данных в каждой графе таблицы отвечают экспериментальным условиям, указанным в заголовке таблицы.

При увеличении частоты пульса до 180 уд/мин фаза асинхронного сокращения укорачивается на 0,028 сек. Фаза изометрического сокращения уже при пульсе 130 уд/мин становится равной 0,011 сек и минимизируется при пульсе 150-160 уд/мин. Механическая систола во время мышечной работы с возрастанием тахикардии до 180 уд/мин укорачивается более чем в двое. Внутрисистолический показатель достигает своей максимальной величины - 100% при пульсе 160 уд/мин. Период изгнания прогрессивно уменьшался по мере нарастания тахикардии.

С увеличением программы пульса увеличивается и мощность выполняемой работы, которая при пульсе 120 уд/мин составляет в среднем 615 кгм/мин, а при пульсе 180 уд/мин - 1554 кгм/мин.

Для спортсменов, тренирующихся на выносливость, мощность линейно зависит от частоты пульса в диапазоне 120-170 уд/мин. Для представителей скоростно-силовых видов спорта значения мощности находятся в линейной зависимости от частоты пульса в несколько меньшем диапазоне - 130-170 уд/мин.

Нами наблюдалась выраженная зависимость между сердечным ритмом и длительностью фаз сердечного цикла, которая прослеживалась при мышечной работе. Эта зависимость для таких фаз, как период изгнания (E), механическая систола (S_m), диастола (D), общая систола (S₀), а также для интервала Q-T, близка к линейной и в диапазоне изменений пульса от 120 до 180 уд/мин может быть описана простыми уравнениями, в которых длительность определяемых параметров и длительность сердечного цикла (C) выражены в секундах:

E = 0,33 · C + 0,02; S_m = 0,42 ·C - 0,01; D = 0,54 · C;

S₀ = 0,46 · C; Q-T = 0,38 · C + 0,095.

Длительность фаз сердечного цикла при мышечной работе, когда нужная частота пульса достигалась путем изменения частоты педалирования и при мышечной работе, когда та же величина тахикардии достигалась за счет изменения сопротивления вращению педалей, была одинаковой. Это позволяет считать, что режим мышечной работы на велоэргометре не отражается на характере зависимости длительности фаз сердечного цикла от сердечного ритма. Для "настройки" водителя сердечного ритма на соответствующую частоту подачи импульсов имеет значение лишь мощность выполняемой нагрузки, а не то, каким образом она достигается (вариацией частоты педалирования или вариацией сопротивления вращению педалей при постоянном числе педалирования).

На характер зависимости длительности фаз сердечного цикла, а также интервала Q-T от сердечного ритма во время мышечной работы не влияет индивидуальный уровень физической работоспособности спортсменов.

Переходный режим работы сердца при управляемом сердечном ритме оказался в общем аналогичным переходному режиму, наблюдаемому при работе с постоянной мощностью.

При выполнении "пульсового режима"в 120 уд/мин переходный процесс для периода изгнания характеризовался ступенчатыми и колебательными наслоениями. При выраженной тахикардии (150, 170 уд/мин) наблюдался апериодичный переходный процесс, что говорит об оптимальном управлении сердечной деятельностью.

Изменения длительности фаз сердечного цикла в периоде врабатывания происходят аналогично у спортсменов, тренирующихся на выносливость, и у спортсменов скоростно-силовых видов спорта.

Следует отметить высокую эффективность систем обратных связей водителя сердечного ритма, благодаря которым осуществляется точная "настройка" сердечного ритма на должную частоту. Так, реальная частота сердечных сокращений отличалась от запрограммированной не более чем на 1 уд/мин.

С увеличением частоты сердечных сокращений минутный объем кровообращения прогрессивно растет. В диапазоне изменений пульса от 120 до 170 уд/мин величина минутного объема увеличивается почти линейно.

Спортсмены, тренирующиеся на выносливость, выполняли работу большей мощности (при одних и тех же пульсовых режимах), чем спортсмены, тренирующиеся в скоростно-силовых видах спорта. Эта работа обеспечивалась соответственно большими величинами минутного объема кровообращения. Изменения систолического объема крови при возрастающей тахикардии имели двухэтапный характер. На первом этапе отмечался быстрый прирост систолического объема. Причем у спортсменов, тренирующихся на выносливость, величина систолического объема приближалась к максимальной при пульсе 130 уд/мин, у спортсменов скоростно-силовых видов спорта систолический объем был меньше и величина его приближалась к максимальной при пульсе 120 уд/мин. При учащении пульса от исходного до 120-130 уд/мин прирост минутного объема осуществлялся как за счет прироста систолического объема, так и за счет частоты сердечных сокращений. При увеличении тахикардии свыше 120-130 уд/мин прирост минутного объема осуществлялся главным образом благодаря учащению сердечного ритма.

Потребление кислорода прогрессивно растет по мере увеличения тахикардии. Причем взаимосвязь потребления кислорода и частоты сердечных сокращений близка к линейной и без существенных погрешностей может быть аппроксимирована следующим простым уравнением:

VO₂ = 0,027 · f - 1,65

где VO₂ - потребление кислорода в л/мин (STPD); f - частота сердечных сокращений в минуту.

При пульсе 120 уд/мин потребление кислорода составляло 39-42% от индивидуального максимального потребления кислорода при пульсе 130 уд/мин - 45-54%; при пульсе 150 уд/мин - 60%; при пульсе 160 уд/мин - 64-76% и при пульсе 170 уд/мин - 75-79% от индивидуального максимального потребления кислорода.

В современной спортивной медицине большое внимание уделяется объективной диагностике физической работоспособности спортсмена. Для этого все шире применяется тест PWC₁₇₀.

Нами была разработана методика прямого определения этого показателя. Исследование физической работоспособности при этом осуществлялось с помощью автокардиолидера (частота сердечных сокращений спортсмена программировалась таким образом, что пульс постоянно поддерживался на уровне 170 уд/мин). Интегральная величина мощности мышечной работы рассчитывалась как отношение объема работы ко времени ее выполнения и характеризовала величину PWC₁₇₀.

При сравнении значений PWC₁₇₀, определенных непрямым методом с результатами прямого определения физической работоспособности, мы получили сходные данные. Величина PWC₁₇₀, определенная непрямым методом, по средним данным на 33 кгм/мин больше, чем при прямом определении. Ошибка составляет всего 2,7%, она статистически недостоверна. Эти данные позволяют считать непрямой метод определения PWC₁₇₀ достаточно точным для практических исследований физической работоспособности спортсменов.

Таким образом, представленные в настоящей работе данные физиологических исследований спортсменов в процессе мышечной работы по заданным программам пульса позволяют дополнить известную характеристику основных параметров кардиодинамики, гемодинамики и газообмена для условий мышечной работы.

При любом использовании данного материала ссылка на первоисточник обязательна!

Синяков, А.Ф. Кардио- и гемодинамика при управляемой тахикардии // Клинико-физиол. характеристики сердечно-сосудистой системы у спортсменов : сб., посвящ. двадцатипятилетию каф. спорт. медицины им. проф. В.Л. Карпмана / РГАФК. - М., 1994. - С. 68-75.