Статья: Особенности периферической гемодинамики и когнитивных способностей человека при динамической физической нагрузке нарастающей мощности

Особенности периферической гемодинамики и когнитивных способностей человека при динамической физической нагрузке нарастающей мощности

Николаева Т.М.¹, Голубева Е.К.¹

1ФГБОУ 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.

Ключевые слова: физическая нагрузка, велоэргометрия, корректурная проба, периферический кровоток, реовазография.

FEATURES OF PERIPHERAL HEMODYNAMICS AND COGNITIVE ABILITIES OF A PERSON WITH DYNAMIC PHYSICAL ACTIVITY OF INCREASING POWER

Nikolaeva T.M.¹, Golubeva E.K.¹

1Federal StateBudgetaryEducationalInstitutionofHigherEducation «IvanovoStateMedicalAcademy» oftheMinistryofHealthcareoftheRussianFederation

Theimpactofphysicalactivityonthebodyleadstoadaptivechangesinallphysiologicalsystemsofthebody. Undertheinfluenceofphysicalactivity, thereis a redistributionofbloodflowbetweenfunctionallyactiveandinactiveorgans. Physicalactivityaffects a person'sabilitytoquicklyandefficientlyperceiveinformation. Theaimoftheworkistostudythefeaturesofthehemodynamicsoftheupperextremitiesandcognitiveabilitiesof a person, dependingonthepowerofthedosedbicycleergometry. Tostudytheregionalbloodflowinthe «shoulder - forearm» sections, thehardwareandsoftwarecomplex «Reo-Spectrum» by «Neurosoft» company (Ivanovo) wasused. Physicalactivitywassimulatedusing a bicycleergometer. Theloadpowerwas 1 W / kg, 2 W / kg, aswellas 1 and 2 W / kgofbodyweightinsequence. Toassesscognitivefunction, a correctiontestwascarriedouttoassessconcentration. Afterphysicalactivitywith a powerof 1 W / kgofbodyweight, nostatisticallysignificantchangesinrheovasographyparameterswererevealed. Theloadwith a powerof 2 W / kgand 1 + 2 W / kgofbodyweightisaccompaniedbyanincreaseinbloodfilling, a decreaseinthebloodflowvelocityinthemediumandlargevesselsoftheupperextremitiesagainstthebackgroundof a decreaseinthedurationofthecardiocycle.Afterphysicalexertion, concentrationofattentiondecreases.

Keywords: physicalactivity, veloergometry, proof-readingtest, peripheralbloodflow, rheovasography.

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). велоэргометрия конечность дозированный артериальный

Изменение показателей регионального кровотока в верхних конечностях исследовали с помощью компьютерного реографа «Рео-Спектр» компании «Нейрософт» (Иваново) [6]. Определяли следующие параметры: базовое сопротивление (/базов, Ом), максимальную амплитуду артериальной компоненты (Аарт, Ом), реографический индекс (РИ, у.е.), амплитудно-частотный показатель (АЧП, у.е.), максимальную скорость быстрого наполнения (Умакс, Ом/с), среднюю скорость медленного наполнения (Уср, 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 /базов, отражая увеличение кровенаполнения сосудов исследуемой области. С изменением реографического индекса связано изменение амплитуды артериальной компоненты.

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)

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 Умах. 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).

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 Уср 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 Умах. 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.