Effects of training load on heart rate variability and blood pressure in track and field athletes and skiers

全文:

 ОБОСНОВАНИЕ

Регулярные занятия спортом в условиях Европейского Севера могут оказывать положительное влияние на состояние здоровья, но и в то же время, несомненно, предъявляют повышенные требования к организму спортсмена [1–9]. На сегодняшний день многочисленными исследованиями доказано, что при выполнении физической работы в условиях Севера возникает адаптивный ответ как на структурном, так и на метаболическом уровнях в первую очередь в сердечно-сосудистой, дыхательной и эндокринной системах. Важнейшую роль в процессе формирования новых нейровисцеральных связей и оптимизации хеморефлекторных механизмов регуляции сердечно-сосудистой системы оказывает возникающая во время тренировок гипоксия, которая в условиях Европейского Севера из-за большего коэффициента потребления кислорода в зимнее время имеет величины, отличные от таковых в летний период, что, несомненно, создаёт дополнительную нагрузку на адаптационные механизмы [9–17]. Несмотря на регулярное применение спортсменами различных персональных систем мониторинга состояния здоровья, основанных на анализе показателей вариабельности сердечного ритма, позволяющих зачастую нивелировать вопросы перетренированности и перенапряжения, проблемы адаптации организма к постоянно возрастающим тренировочным и соревновательным нагрузкам по прежнему продолжают оставаться наиболее актуальными для современной спортивной науки [2, 3, 18–22].

В условиях Европейского Севера наиболее массовыми видами спорта, несомненно, являются лыжные гонки и лёгкая атлетика. Однако, несмотря на наличие инфраструктуры и условий для занятия данными видами спорта, на наш взгляд, вопросам состояния здоровья спортсменов массовых спортивных разрядов не уделяется должного внимания. В сравнении со спортсменами профессионального уровня, регулярно проходящими обследование в физкультурных диспансерах и участвующими в научных исследованиях, спортсмены массовых спортивных разрядов (I и II взрослые), как правило, не уделяют должного внимания регулярному медицинскому контролю состояния своего здоровья.

При подготовке к исследованию был проведён анализ литературы по вопросу оценки изменения состояния сердечно-сосудистой системы у одной и той же группы исследуемых под влиянием тренировочной нагрузки в условиях Европейского Севера. Результат показал, что на сегодняшний день имеется достаточное количество работ по вопросам оценки физиологического состояния сердечно-сосудистой системы у профессиональных лыжников высокого класса. Основная масса работ, в которых участвовали лыжники северных регионов, в последние 10 лет была выполнена Институтом физиологии Коми научного центра Уральского отделения Российской академии наук. Исследования легкоатлетов-спринтеров профессионального уровня, как правило, выполнялись преимущественно в условиях Центрального федерального округа и южных регионов России. Также при анализе мы не обнаружили ни одной работы со сравнительной характеристикой функционального состояния механизмов регуляции сердечно-сосудистой системы у спортсменов-легкоатлетов и лыжников, постоянно проживающих и тренирующихся в условиях одного региона. Что касается спортсменов-любителей массовых спортивных разрядов, то вопросы состояния сердечно-сосудистой системы и динамики изменения механизмов её регуляции на сегодняшний день носят отрывочный характер, а, принимая во внимание, как правило, недообследованность данной категории спортсменов, выполнение исследования становится крайне актуальным [2, 19, 22, 23].

При проведении работы основной акцент сделан на сердечно-сосудистой системе, так как именно её состояние является главным фактором, ограничивающим спортивные достижения, определяющим максимальную работоспособность, также её состояние считается наиболее чувствительным маркером как острых, так и хронических дезадаптационных процессов в организме. Для оценки состояния и выявления особенностей функционирования регуляторных систем исследуемых групп спортсменов основной методикой выбрана вариационная кардиоинтервалометрия [24–26]. Измерение артериального давления в состоянии покоя являлось дополнительным методом исследования физиологического состояния сердечно-сосудистой системы.

Цель исследования. Выявить особенности изменения регуляции сердечного ритма у легкоатлетов и лыжников вследствие воздействия тренировочной нагрузки.

МАТЕРИАЛ И МЕТОДЫ

В исследовании приняли участие 10 лыжников (возраст 20,5±1,9 года) и 10 легкоатлетов (возраст 20,2±1,7 года), постоянно тренирующихся и принимающих участие в региональных соревнованиях на протяжении 3–5 лет, а также имеющих на момент исследования I либо II взрослый спортивный разряд. Исследуемая группа легкоатлетов специализировалась на спринтерских дистанциях от 100 до 400 м, подразумевающих преимущественное воздействие нагрузки анаэробного характера. Группа лыжников специализировалась на дистанциях 10–15 км, подразумевающих преимущественно аэробный характер тренировочной нагрузки. Все участники исследования родились на территории Архангельской области и постоянно проживали в Северодвинске. Выполнение тренировочной нагрузки у группы лыжников осуществлялось при температуре окружающей среды –12 ºС, а регистрация показателей — в помещении с температурой +21 ºС. У группы легкоатлетов тренировочная нагрузка осуществлялась при температуре в манеже и помещении +20 ºС, температура окружающей среды в день исследования составляла –13 ºС. Интервал между регистрацией показателей в исследуемых группах составлял семь дней. В ходе исследования спортсмены осуществляли нагрузку 80% от максимальной в виде бега на дистанцию 400 м в условиях спортивного манежа (легкоатлеты) и 500 м на лыжах по подготовленной трассе без перепада высот (лыжники). Разница в применённой дистанции для легкоатлетов в 400 м, а для лыжников 500 м обусловлена более низким средним значением пульса при выполнении лыжных тренировок, и для выравнивания нагрузки на сердечно-сосудистую систему, рассчитанную по методике TRIMP, было принято математически обоснованное решение об увеличении дистанции для лыжников. Размещение исследовательского оборудования и работа с исследуемыми группами выполнялась в условиях оборудованных медицинских кабинетов, расположенных непосредственно на территории лыжного стадиона и в помещении легкоатлетического манежа. Регистрацию кардиоинтервалограмм осуществляли в течение 5 мин в положении спортсмена сидя, в утренние часы, непосредственно до и после тренировочной нагрузки с помощью УПФТ-1/30 «Психофизиолог» (производство «Медиком-МТД», Таганрог) с применением подключенных дополнительных внешних электродов, обеспечивающих максимально возможное качество записи [25]. Место установки электродов на запястьях левой и правой рук предварительно обрабатывали 80% этиловым спиртом, затем физиологическим раствором. Критерием начала записи кардиоинтервалограммы после нагрузки являлось восстановление исходной частоты дыхательных движений в состоянии покоя. Регистрацию показателей артериального давления осуществляли сразу после окончания нагрузки с применением профессионального монитора Criticare System 8100H (производство США). С целью минимизации времени на подготовку спортсмена к измерению артериального давления нагрузка у лыжников и легкоатлетов выполнялась с предварительно надетой на правое плечо манжетой тонометра, а подключение к монитору осуществляли через быстроразъёмный переходник.

Статистическую обработку полученных результатов осуществляли с помощью программного комплекса IBM SPSS 19.0. Проверку на нормальность распределения измеренных переменных осуществляли на основе теста Шапиро–Уилка. Результаты исследования представлены в виде медианы (Md), первого (Q1) и третьего (Q3) квартилей. Статистическую значимость различий значений определяли с помощью t-критерия Стьюдента. Критический уровень значимости (p) при проверке статистических гипотез принимался равным 0,05.

РЕЗУЛЬТАТЫ

Полученный в ходе исследования массив значений кардиоинтервалов был подвергнут как статистическому, так и спектральному анализу. В результате исследования статистических показателей вариабельности сердечного ритма в группе лыжников до тренировочной нагрузки были выявлены достоверно меньшие значения вариационного размаха (ВР) времени кардиоинтервалов, а также их среднего квадратичного отклонения (СКО; табл. 1).

 

Таблица 1. Показатели вариабельности сердечного ритма у легкоатлетов и лыжников до нагрузки (сравнение между группами), Me (Q1; Q3)

Table 1. Indicators of heart rate variability in track and field athletes and skiers before training (comparison between groups), Me (Q1; Q3)

Показатель | Indicator	Легкоатлеты | Athletes	Лыжники | Skiers	p
Среднее квадратичное отклонение Standard deviation, мс/ms	83,66 (61,47; 93,11)	67,99 (41,34; 87,59)	0,021
Вариационный размах | Variation range, мс/ms	969,50 (773,34; 1184,30)	775,50 (683,38; 889,24)	0,038
Индекс напряжения | Stress index	26,84 (18,04; 42,19)	67,84 (44,17; 88,04)	0,028

 

Значения ВР, являющегося разницей между максимальной и минимальной продолжительностью интервала RR за период исследования, позволяют характеризовать уровень влияния парасимпатического отдела вегетативной нервной системы. В исследуемых группах значения ВР до нагрузки были несколько меньше нормальных значений (0,15–0,3 с). Однако при анализе значений СКО, отражающих суммарный эффект влияния автономного и центрального контуров регуляции на сердечный ритм, в обеих группах полученные до тренировочной нагрузки данные полностью соответствовали диапазону нормальных значений (50–100 мс) [25]. Индекс напряжения (ИН), позволяющий оценить степень централизации управления сердечным ритмом, в группе лыжников до нагрузки соответствовал диапазону нормальных значений (50–200 у.е.), а в группе легкоатлетов исходно имел значения ниже минимальной нормы и был статистически достоверно меньше, чем в группе лыжников.

После тренировочной нагрузки и в группе легкоатлетов, и в группе лыжников значения СКО и ВР принимали значения меньше нижней границы допустимого диапазона, наблюдалось статистически достоверное уменьшение вышеуказанных показателей относительно исходных значений. Значения ИН после нагрузки также демонстрировали статистически достоверное увеличение относительно исходных значений, однако продолжали находиться в диапазоне нормальных значений и соответствовали эустрессу [25]. При межгрупповом сравнении достоверных отличий между полученными значениями вышеуказанных показателей не наблюдали (табл. 2).

 

Таблица 2. Показатели вариабельности сердечного ритма у легкоатлетов и лыжников после нагрузки (сравнение между группами), Me (Q1; Q3)

Table 2. Indicators of heart rate variability in track and field athletes and skiers after exercise (comparison between groups), Me (Q1; Q3)

Показатель | Indicator	Легкоатлеты | Athletes	Лыжники | Skiers	p
Среднее квадратичное отклонение  | Standard deviation, мс/ms	31,83 (23,43; 42,12)	29,51 (21,39; 42,03)	0,061
Вариационный размах | Variation range, мс/ms	702,50 (642,05; 974,84)	623,00 (582,31; 718,48)	0,054
Индекс напряжения | Stress index	259,55 (216,73; 277,05)	293,94 (263,18; 312,40)	0,052

 

При оценке полученных данных также выполняли спектральный анализ зарегистрированных кардиоинтервалограмм. Полученные значения общей мощности (ОМ) спектра, позволяющей оценить адаптационный потенциал организма, превышали 2000 мс² и свидетельствовали о наличии у спортсменов обеих групп высокого уровня нейрогуморальной регуляции [25]. При межгрупповом сравнении в группе легкоатлетов статистически достоверно наблюдали большие значения ОМ, что позволяет сделать предположение о более высоком уровне адаптационного потенциала их организма. Анализ значений индекса централизации (ИЦ), позволяющего оценить активность центрального контура регуляции по отношению к автономному в группах лыжников и легкоатлетов, свидетельствовал о преобладании центрального контура регуляции. Однако при межгрупповом сравнении полученных значений ИЦ в группе легкоатлетов преобладание центральной регуляции статистически достоверно выше (табл. 3).

 

Таблица 3. Показатели спектрального анализа вариабельности сердечного ритма у легкоатлетов и лыжников до нагрузки (сравнение между группами), Me (Q1; Q3)

Table 3. Indicators of spectral analysis of heart rate variability in track and field athletes and skiers before exercise (comparison between groups), Me (Q1; Q3)

Показатель | Indicator	Легкоатлеты | Athletes	Лыжники | Skiers	p
Общая мощность | Total power	10596,00 (7843,05; 12167,83)	7815,25 (6108,85; 9423,04)	0,032
Индекс централизации | Centralization index	2,96 (2,02; 3,53)	1,74 (1,02; 2,79)	0,028

 

После тренировочной нагрузки в обеих группах наблюдалось статистически достоверное сокращение значений ОМ и увеличение ИЦ. При межгрупповом сравнении в группе лыжников наблюдали достоверно меньшие значения ОМ, однако в обеих группах полученные значения соответствовали диапазону среднего уровня нейрогуморальной регуляции. Значения ИЦ были статистически достоверно больше в группе легкоатлетов и свидетельствовали об усилении степени вовлечения центрального контура в регуляцию сердечного ритма (табл. 4).

 

Таблица 4. Показатели спектрального анализа вариабельности сердечного ритма у легкоатлетов и лыжников после нагрузки (сравнение между группами), Me (Q1; Q3)

Table 4. Indicators of spectral analysis of heart rate variability in track and field athletes and skiers after exercise (comparison between groups), Me (Q1; Q3)

Показатель | Indicator	Легкоатлеты | Athletes	Лыжники | Skiers	p
Общая мощность | Total power	1952,62 (1496,94; 2704,75)	1424,33 (1183,04; 2413,92)	0,038
Индекс централизации | Centralization index	7,08 (5,93; 8,32)	4,56 (2,89; 5,94)	0,024

 

При исследовании показателей артериального давления до тренировочной нагрузки в обеих группах статистически достоверных отличий выявлено не было. У всех участников исследования полученные результаты соответствовали диапазону нормальных значений и свидетельствовали об адекватной гемодинамике (рис. 1).

 

Рис. 1. Уровень артериального давления у легкоатлетов и лыжников до и после тренировочной нагрузки.

Fig. 1. Blood pressure in track and field athletes and skiers before and after training load.

 

Значения систолического артериального давления, полученные сразу после тренировочной нагрузки, статистически достоверно были больше в группе легкоатлетов (p=0,043).

После восстановления исходной частоты дыхательных движений осуществляли повторную регистрацию показателей артериального давления, однако значения возвращались к исходным, достоверных различий в исследуемых группах не наблюдали.

ОБСУЖДЕНИЕ

Функционирование физиологических систем организма человека в условиях Европейского Севера часто становилось объектом внимания многих исследователей. В отношении спортсменов массовых спортивных разрядов проблема адаптации организма к одновременному влиянию как физических нагрузок, так и негативных факторов Севера, а также проблема сохранения здоровья и увеличения продолжительности жизни в данных условиях, несомненно, остаётся крайне актуальной.

На сегодняшний день многочисленными исследованиями доказано, что сердечно-сосудистая система спортсмена, тренирующегося в условиях Европейского Севера, является одной из наиболее чувствительных систем, немедленно включающихся в процесс адаптации к изменяющимся условиям функционирования.

В проведённом исследовании в двух группах выполняли измерение показателей вариабельности сердечного ритма и артериального давления по общепринятым методикам как в состоянии покоя, так и после тренировочной нагрузки, которая, по нашему мнению, в достаточной мере увеличивала гемодинамику и потребление кислорода для выявления различий. Применённая в исследовании методика не является стандартизированной, однако, по мнению авторов, позволила наиболее полноценно оценить степень вовлечения симпатического отдела при выполнении характерной для спортсмена тренировочной деятельности.

В результате исследования установлено, что в обеих исследуемых группах после физической нагрузки наблюдаются усиление влияния симпатической нервной системы и централизация механизмов управления сердечным ритмом. Однако при наличии физиологических реакций на физическую нагрузку, характерных и достаточно изученных, в исследуемых группах наблюдались достоверные различия. Так, при исследовании ИН до и после тренировочной нагрузки достоверно меньшие значения наблюдались в группе легкоатлетов. Полученные результаты, на наш взгляд, могут быть обусловлены как степенью восстановления в межтренировочном периоде, так и видом физической нагрузки. Так, в исследуемой группе легкоатлетов она преимущественно анаэробная, а у лыжников — аэробная. Вероятно, выполнение прилагаемого объёма анаэробной тренировочной нагрузки требует большей активизации симпатического отдела вегетативной нервной системы и, как следствие, большего времени для восстановления, что косвенно подтверждается меньшими значениями ИН, свидетельствующими о возможном преобладании восстановительных процессов в группе легкоатлетов.

Интерпретация результатов ОМ до тренировочной нагрузки позволяет предположить более высокий уровень адаптационного потенциала в группе легкоатлетов, а полученные значения ИЦ до и после физической нагрузки могут свидетельствовать о более выраженном преобладании центрального контура регуляции сердечного ритма. Принимая во внимание тот факт, что при оптимальном состоянии организма высшие нервные центры управления ритмом сердца, как правило, вовлечены на минимальном уровне, то при наблюдаемой реакции активной централизации управления сердечным ритмом в группе легкоатлетов можно сделать предположение о наличии нарушений гомеостаза. По нашему мнению, полученные значения ОМ и ИЦ в группе легкоатлетов до тренировочной нагрузки могут говорить одновременно о более высокой степени адаптационного потенциала, развитого вследствие колоссальных тренировочных нагрузок, которые в условиях Севера приводят к дефициту восстановительных процессов.

После тренировочной нагрузки в обеих группах наблюдалось сокращение значений ОМ и увеличение значений ИЦ относительно исходных. Проведённый спектральный анализ полученных кардиоинтервалов после нагрузки при межгрупповом сравнении тем не менее продолжал свидетельствовать о более высоком адаптационном потенциале и преобладании центрального контура регуляции в группе легкоатлетов, что отражалось в сокращении значений относительно исходных, но статистически достоверно больших значениях ИЦ и ОМ. Результаты, полученные в ходе исследования, вероятнее всего, связаны с большей степенью вовлечения симпатического отдела вегетативной нервной системы для выполнения высокоинтенсивной тренировочной нагрузки анаэробного характера, характерной для спринтеров. Данное предположение также нашло отражение в результатах исследования артериального давления.

Исследование уровня артериального давления показало статистически достоверное увеличение как систолического, так и диастолического артериального давления после физической нагрузки в обеих исследуемых группах. Однако в группе легкоатлетов, в сравнении с группой лыжников, полученные после нагрузки значения как систолического, так и диастолического давления имели статистически достоверно большие значения. Данная реакция, на наш взгляд, обусловливается более высокой степенью централизации процессов управления сердечно- сосудистой системой спортсмена, и, как следствие, более выраженным преобладанием влияния симпатического отдела вегетативной нервной системы на сосудистый тонус.

По нашему мнению, результаты проведённого исследования свидетельствуют об адекватной реакции организма на прилагаемую нагрузку, а также об адекватном восстановлении после нагрузки. Однако между исследуемыми группами были выявлены существенные различия. Несмотря на большую подверженность организма лыжника негативным факторам Европейского Севера и выполненную физическую нагрузку при достаточно низких значениях температуры окружающей среды, у них наблюдалась менее выраженная централизация управления сердечным ритмом. Также в группе лыжников не наблюдалось признаков дефицита восстановительных процессов. Таким образом, можно сделать предположение, что в исследуемых группах спортсменов массовых спортивных разрядов превалирующим фактором, влияющим на напряжение регуляторных систем сердечно-сосудистой системы, является характер тренировочной нагрузки.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В обеих группах в результате тренировочной нагрузки наблюдалось усиление влияния симпатического отдела вегетативной нервной системы с одновременным увеличением влияния центрального контура регуляции сердечного ритма. Однако после тренировочной нагрузки степень вовлечения в регуляторные процессы симпатической нервной системы в группе легкоатлетов выражена сильнее, что нашло отражение в бÓльших значениях систолического давления и ИН.

ДОПОЛНИТЕЛЬНАЯ ИНФОРМАЦИЯ

Вклад авторов. Е.В. Масько, И.Г. Мосягин и И.М. Бойко разработали концепцию и дизайн исследования. Поиск источников, проведение исследования, обработку материалов и интерпретацию данных осуществлял Е.В. Масько. Все авторы принимали участие в написании и редактировании текста статьи. Все авторы подтверждают соответствие своего авторства международным критериям ICMJE (все авторы внесли существенный вклад в разработку концепции, проведение исследования и подготовку статьи, прочли и одобрили финальную версию перед публикацией)

Источник финансирования. Авторы заявляют об отсутствии внешнего финансирования при проведении исследования.

Конфликт интересов. Авторы декларируют отсутствие явных и потенциальных конфликтов интересов, связанных с публикацией настоящей статьи.

ADDITIONAL INFORMATION

Authors contributions. E.V. Masko, I.G. Mosyagin and I.M. Boyko contributed to the concept and design of the study. References search, research preparation, data processing and results interpretation was carried out by E.V. Masko. All authors took drafted and edited the article. All authors confirm that their authorship meets the international ICMJE criteria (all authors have made a significant contribution to the development of the concept, research and preparation of the article, read and approved the final version before publication)

Funding source. No external funding.

Competing interests. The authors declare no competing interests.

作者简介

Evgeniy Masko

Northern State Medical University

编辑信件的主要联系方式.
Email: maskoev@yandex.ru
ORCID iD: 0000-0003-4855-7863
SPIN 代码: 4962-7012
俄罗斯联邦, 1A Sadovaya str., p. Aikino, 169049

Igor Mosyagin

Northern State Medical University

Email: mosyagin-igor@mail.ru
ORCID iD: 0000-0002-9485-6584
SPIN 代码: 2296-4321

MD, Dr. Sci. (Medicine), Professor

俄罗斯联邦, 1A Sadovaya str., p. Aikino, 169049

Igor Boyko

Northern State Medical University

Email: imboyko@mail.ru
ORCID iD: 0000-0001-5918-7074
SPIN 代码: 9644-4257

MD, Cand. Sci. (Medicine), Associate Professor

俄罗斯联邦, 1A Sadovaya str., p. Aikino, 169049

参考

补充文件