МАТЕМАТИЧЕСКИЙ АНАЛИЗ СЕРДЕЧНОГО РИТМА В ПРАКТИКЕ СПОРТА ВЫСШИХ ДОСТИЖЕНИЙ

МАТЕМАТИЧЕСКИЙ АНАЛИЗ СЕРДЕЧНОГО РИТМА В ПРАКТИКЕ СПОРТА ВЫСШИХ ДОСТИЖЕНИЙ

В.И.Нечаев, В.Н.Коновалов, В.К.Грязнов,
ПНИЛ РГАФК г.Москва,
ОГИФК г.Омск,
ИХФЧ РАН п.Черноголовка

Математическая обработка вариабельности сердечного ритма (ВСР) позволяет получить целый набор математико-статистических характеристик. Эти характеристики сердечного ритма используются при решении исследовательских задач для изучения физиологических сдвигов, определяющих изменения функционального состояния субъекта. Однако, для практической работы спортивного врача, тренера и самого спортсмена достаточно иметь 2-3 хорошо знакомых и понятных для них количественных показателя, интегрально отражающих функциональное состояние спортсмена и предопределяющих его спортивные результаты. Наличие таких показателей позволяет легко отслеживать динамику подготовленности спортсмена при текущих обследованиях.

Состояние организма можно описать тремя параметрами: 1 - уровнем функционирования системы, 2 - функциональным резервом, 3 - степенью напряжения регуляторных механизмов [1].

Из математико-статистических характеристик сердечного ритма уровень функционирования организма, как системы (уровень адаптации) определяется значением моды (Мо). Мода это "наиболее часто встречаемый" интервал в исследуемой совокупности 100-200 кардиоинтервалов. Регистрируемая обычно тренерами частота сердечных сокращения в покое (ЧССпокоя) тесно связана с модой; чем выше значение моды, тем ниже ЧССпокоя. С ростом тренированности от этапа к этапу растет величина моды и снижается ЧССпокоя.

Другой показатель уровня тренированности, определяющий аэробную производительность и хорошо знакомый спортсменам и тренерам - максимальное потребление кислорода (МПК) в мл/кг? мин. Этот показатель так же может быть оценен из ВСР в простом дыхательном тесте. Для этого в период записи кардиоинтервалов ритм дыхания спортсмена синхронизируется с ритмом сердца и задается компьютером при помощи команд на экране монитора. С помощью специальной методики расчета такой прием позволяет в необременительной для спортсмена форме, практически ежедневно получать значения МПК косвенным методом, но с достаточно высокой степенью достоверности.

Об уровне функционального резерва организма можно судить оценивая пульсовую реакцию спортсмена на функциональную пробу - любое стандартное "возмущающее" воздействие, способное вызвать сдвиги внутренней среды организма. На такое "возмущение" организм реагирует мобилизацией функциональных резервных механизмов, сглаживающих и компенсирующих возможные нарушения гомеостаза[2].

Наш многолетний опыт работы со спортсменами высокого класса показывает, что при соответствующей интерпретации функциональные резервы регуляторных систем организма наиболее просто можно оценить по пульсовой реакции на орто-клиностатическую пробу (смена положения тела - "лежа"-"стоя"-"лежа"). Подобную пробу (Рис.1) можно проводить с помощью любой модели персонального пульсомера, обладающего функцией памяти.

Данная проба отражает скорость и экономичность процесса врабатывания, а так же динамику послерабочего восстановления. При переутомлении/перетренировке и снижении функционального резерва время "поиска" нового (более высокого) уровня функционирования затягивается [3]. Орто-проба позволяет так же четко определить "цену" данной стандартной "работы" для организма (в виде пульс-суммы за определенный отрезок времени. Физиологическая "цена" стандартной пробы характеризует функциональные возможности спортсмена на период исследований [4].

Для измерения степени напряжения функциональных систем из характеристик ВСР создан ряд интегральных показателей несущих существенную информацию о функциональном состоянии организма в целом. В спортивно-медицинской практике наибольшее распространение получил "индекс напряжения" регуляторных систем организма или "индекс напряжения" (ИН) Р.М.Баевского [5]. Отчасти это видимо обусловлено удачным названием показателя - понятным по смыслу для тренеров и спортсменов; чем выше индекс, тем выше напряжение организма.

где Мо - (мода) - "наиболее часто встречающееся значение длительности кардиоинтервалов" (строго говоря, если разбить временной диапазон от 0 до 2,5 сек на короткие отрезки времени t=0,05сек, то Мо - это центр отрезка шириной t, в который попадает наибольшее количество интервалов), при этом это количество есть АМо - амплитуда моды, RR - разброс кардиоинтервалов (разность между максимальным и минимальным кардиоинтервалами). Напомним, что мода характеризует активность эндокринного "канала" регуляции, амплитуда моды отражает активность симпатического, а разброс кардиоинтервалов - парасимпатического отделов вегетативной нервной системы.

1200 - В послерабочий период (через 1,5ч после "работы": Переменный бег 12х1000, выше соревновательной скорости

2230 - Вечером , перед сном

830 - Утром, после сна

(3-х кратное тестирование в один день "нагрузочного микроцикла")

Утром, после сна

(Состояние “недовосстановления”)

Утром, после сна

(Состояние, близкое к "оптимуму", после "восстановительного" микроцикла)

Рис.1 Примеры реакций организма на орто-клиностатическую пробу в различном функциональном состоянии (спортсменка Т., мсмк, марафонский бег, личный рекорд 2:31.29).

Такой интегральный показатель функционального состояния организма несомненно более удобен для практической работы тренера, чем отдельные характеристики ВСР. Однако, согласно исследованиям [6], ИН лишь в 70% случаев позволяет получить правильное представление о функциональном состоянии спортсмена. Наш опыт работы со спортсменами, тренирующимися "на выносливость" (кмс, мс, мсмк в стайерском и марафонском беге, спортивной ходьбе, триатлоне, биатлоне) так же подтверждает это. На наш взгляд индекс перестает "работать" в строго определенных ситуациях: перетренировке (или остром переутомления спортсмена по "парасимпатическому" типу) [4,7,8]. В таких случаях ИН дает информацию диаметрально противоположного направления и теряет свое смысловое значение.

В тренировочном процессе спортсменов высших квалификаций "на выносливость" подобные ситуации возникают довольно часто. После каждой тяжелой тренировки или соревнований в последующие 3-5 дней идет активное восстановление организма, сопровождающееся по нашим наблюдениям и данным других авторов [4,7,9] перевозбуждением парасимпатического отдела нервной системы. Частота пульса в покое становится на 4-8 уд/мин ниже прежней, характерной для данного человека. В сердечном ритме появляются как очень короткие, так и исключительно длинные кардиоинтервалы, а их разность (RR) становится нетипично большой по величине. В результате этого знаменатель в формуле для расчета ИН значительно увеличивается, а сам индекс снижается. Получается алогичная картина: утром в день тяжелого старта спортсмен имеет индекс напряжения 70, а на следующий день он падает до 20. При подобной ситуации корреляционное облако RR интервалов (скатерграмма) меняет форму с вытянутого эллипса на рассеянное образование большого диаметра [9], что трактуется , как вариант дезадаптации [8]. В то же время, диагностируя состояние организма по ИН Баевского можно сделать заключение о резком улучшении функциональных возможностей атлета, что явно противоречит физиологии тренировки.

С нашей точки зрения это можно объяснить следующим образом. Как известно [1,3] вклад в разброс кардиоинтервалов вносят как дыхательные, так и более медленные составляющие сердечного ритма. Отсюда, одни и те же значения RR могут достигаться как за счет большого разброса величины интервалов при выраженной дыхательной периодике и низкой амплитуде медленных волн, так и за счет вариационного размаха, который полностью определяется медленно волновыми процессами при пренебрежимо малой дыхательной составляющей. На определенных этапах перенапряжения усиление медленных волн начинает определять рост суммарной синусовой аритмии, что и ведет к росту RR [1,3]. Согласно концепции Р.М.Баевского [1], большая амплитуда медленных волн и непериодических составляющих при невысокой амплитуде дыхательной волны говорит о том, что организм вынужден пользоваться услугами "центрального надсмотрщика" (ЦНС), так как возможностей автономной регуляции не хватает, чтобы обеспечить должный уровень адаптации. То есть адаптационные механизмы человека значительно напряжены или перенапряжены. Напротив при низкой амплитуде медленных волн и высокой амплитуде дыхательных волн уровень адаптации высокий так, что вмешательства ЦНС не требуется. С точки зрения величины RR и, соответственно, значения ИН, результат в этих двух случаях может быть одинаков. Однако, как мы видим величина RR может определяться факторами, которые при оценке функционального состояния физиологически трактуются, как противоположные [1,3]. Это положение послужило причиной того, что мы решили ввести модифицированный индекс напряжения (МИН), в котором вклад медленных и непериодических составляющих "выброшен" из RR. Таким образом МИН определяется только дыхательной составляющей сердечного ритма, "выраженность" которой согласно концепции Р.М.Баевского [1] собственно и определяет насколько удовлетворительно состояние адаптации организма.

Технически это осуществляется при помощи хорошо известного метода цифровой фильтрации применявшегося и ранее [3] для разделения дыхательных и медленных волн. Таким образом модифицированный индекс напряжения (МИН) определялся аналогично ИН Р.М.Баевского, с той лишь разницей, что его расчет проводится после "вычитания" медленных компонент из исходного временного ряда кардиоинтервалов. При этом должны быть повышены требования к методу фильтрации. Например, хорошо известный метод скользящего среднего [3] к сожалению слишком чувствителен к выбору интервалов усреднения и, следовательно вносит ненужную неоднозначность в определение МИН. В данной работе для сглаживания процесса мы применяли менее уязвимый с этой точки зрения биномиальный фильтр [10]. В качестве дополнительного контроля правильности выделения медленных компонент может служить последовательное применение спектрального анализа к преобразованному временному ряду. На рис.2 приведены результаты последовательного сглаживания исходной ритмограммы и соответствующие каждому этапу сглаживания графики для спектральной амплитуды.

Нам кажется, что описанный выше метод позволяет избежать трудностей с интерпретацией ИН в случаях, когда основной вклад в сердечный ритм дают медленные волны с высокой амплитудой, давая возможность количественно оценивать состояние при помощи МИН.

Рис.2 Автокорреляционная функция (1) и спектр (2) ритма сердца спортсменки В. (мсмк, марафон) в результате последовательного выделения дыхательных волн(а), 1-й-медленной (б) и 2-й медленной (в) волн.

В подтверждение вышесказанного, приводим в качестве примера результаты анализа сердечного ритма высококвалифицированной бегуньи на сверхдлинные дистанции. Запись ритмограммы производилась в разные периоды времени, когда в ритме сердца наблюдалась либо выраженная дыхательная, либо медленная периодика (табл.1)

Например, когда в ритмограмме спортсменки отмечались высокоамплитудные медленные волны (вариант А), величина МИН, значительно отличалась от значения традиционного ИН. А когда в ритмограмме спортсменки наблюдалась высокая амплитуда дыхательных волн (вариант Б), различия в величинах ИН и МИН были несущественны.

Таблица 1

Характеристика периодических составляющих сердечного ритма у квалифицированной бегуньи на сверхдлинные дистанции.

 

Вариант А

Вариант Б

ИН

93

19

МИН

575

25

МВ-1

9,8 сек

13,2 сек

МВ-2

23,5 сек

27,4 сек

T0

68,6 сек

77,7 сек

Tд

3,8 сек

3.2 сек

Таким образом, предложенный выше подход к интегральной оценке функционального состояния спортсменов по параметрам ритма сердца представляется более рациональным. Нам кажется, что несмотря на очевидную зависимость определения модифицированного индекса от выбранного метода фильтрации, дополнительное знание МИН наряду с ИН дает возможность не только расширить возможности количественно-качественной оценки функционального состояния, но и частично прояснить вопрос о применимости ИН для количественно-качественной оценки функционального состояния спортсменов на основе метода Баевского.

Авторы выражают благодарность М.И.Кулишу и А.С.Филимонову за плодотворные обсуждения и помощь при разработке технических средств для регистрации сердечного ритма.

Литература

1. Баевский Р.М. Прогнозирование состояний на грани нормы и патологии. М.: Медицина, 1979. -298с.

2. Кассиль Г.Н., Вайсфельд И.Л., Метлина Э.Ш., Шрейберг Г.Л., Гуморально-гормональные механизмы регуляции функций при спортивной деятельности.-М.:Наука, 1978. - 198с.

3. Ритм сердца у спортсменов: под общей редакцией Баевского Р.М. и , Мотылянской Р.Е. - М.:Физкультура и спорт, 1986. - 144с.

4. Граевская Н.Д., Совместная работа врача и педагога (тренера) в управлении тренировочным процессом// Спортивная медицина. - М.: Медицина, 1984. - с.201-209.

5. Баевский Р.М. К проблеме оценки степени напряжения регуляторных систем организма. // Адаптация и проблемы общей патологии. Новосибирск, 1974, т.1. - с.44-48.

6. Дембо А.Г., Земцовский Э.В., Спортивная кардиология. - Ленинград:Медицина, 1989.

7. Бутченко Л.А., Предпаталогические состояния и патологические изменения при нерациональных занятиях спортом// Спортивная медицина. - М.: Медицина, 1984. - с.152-169.

8. Дембо А.Г., Земцовский Э.В., О значении исследований сердечного ритма в спортивной медицине. -Теория и практика физической культуры, 1980, N3, с.13-15.

9. Коновалов В.Н., Нечаев В.И., Барбашев С.В., Марафон: теория и практика.-Омск, 1991.-163с.

10. P. Marchand, L. Marmet, Binomial smoothing filter: A way to avoid some pitfalls of least-squares polynomial smoothing, Rev.Sci.Instrum., 1983, v.54, No.8, p.1034-1041.


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

При любом использовании данного материала ссылка на первоисточник обязательна!

Нечаев, В.И. Математический анализ сердечного ритма в практике спорта высших достижений / Нечаев В.И., Коновалов В.Н., Грязнов В.К. // Юбилейный сборник трудов ученых РГАФК, посвященный 80-летию академии. - М., 1998. - Т. 2. - С. 128-135.