Скачать 388.19 Kb.
страница1/3
Дата06.02.2018
Размер388.19 Kb.
ТипАвтореферат диссертации

Общая харктеристика работы


  1   2   3


На правах рукописи
Амнуэль Леонид Юрьевич

сосудистые сопротивления, Сократимость сердца и регуляция частоты сердечных сокращений в покое и при мышечной работе

03.00.13 – физиология

Автореферат

диссертации на соискание учёной степени

кандидата биологических наук

Москва – 2007 г.
Работа выполнена на кафедре спортивной медицины Российского

государственного университета физической культуры, спорта и туризма.


Научный руководитель: кандидат биологических наук,

доцент


Орел Виталий Рудольфович
Официальные оппоненты: доктор биологических наук,

профессор



Волков Николай Иванович

кандидат биологических наук



Васильева Римма Михайловна
Ведущая организация: ГНЦ РФ Институт медико-

биологических проблем РАН

Защита диссертации состоится « 14 » июня 2007 г. в « 11 » часов на заседании диссертационного совета Д 008.002.01 в Институте возрастной физиологии Российской академии образования по адресу: 119121, г. Москва, ул. Погодинская, д.8, корп. 2.


С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Института возрастной физиологии РАО.
Автореферат разослан « » 2007 г.

Ученый секретарь

диссертационного совета,

кандидат биологических наук Рублева Л.В.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ
Актуальность работы. Частота сердечных сокращений (ЧСС) является самым употребительным физиологическим показателем кровообращения при исследованиях гемодинамических реакций, связанных с физическими нагрузками. По динамике увеличения ЧСС с ростом мощности физической нагрузки судят о функциональном состоянии сердечно-сосудистой системы и об уровне индивидуальной физической работоспособности (PWC170), специальной выносливости испытуемого (В.Л.Карпман, З.Б.Белоцерковский, И.А.Гудков, 1974, 1988).

При усилении физической нагрузки рост ЧСС в определенной мере сопряжен с действием механизмов Франка-Старлинга и Анрепа. Эти механизмы обеспечивают рост сократимости миокарда левого желудочка (ЛЖ) сердца в ответ на увеличение либо преднагрузки ЛЖ, либо его постнагрузки (Б.Фолков, Э.Нил, 1976; В.Л.Карпман, Б.Г.Любина, 1982; С.В. Барабанов, В.И.Евлахов и др., 2001). При этом также весьма существенным является влияние нейрогуморальных механизмов (Б.Фолков, Э.Нил, 1976). В то же время, важность именно механических деформаций миокарда ЛЖ в эффективном функционировании механизма Франка-Старлинга была показана в недавних исследованиях (А.Г.Камкин, В.Н.Ярыгин, И.С.Киселева, 2003) сократимости ЛЖ на уровне мембран кардиомиоцитов и фибробластов.

Механические воздействия на миокард ЛЖ определяются как его преднагрузкой (венозный возврат), так и его постнагрузкой (артериальный импеданс, сосудистые сопротивления). Инвазивные, катетеризационные исследования показателей постнагрузки ЛЖ и мощности его сокращений производятся с начала 70-х годов (Mills CJ, Gabe IT, et al., 1970; Milnor WR., 1975, 1979, 1989; Murgo JP,Westerhof N, Giolma JP., 1980; Nichols WW, Conti CR, Walker WW., 1977; O’Rourke MF and Avolio AP., 1980; Westerhof N, Elzinga G, and Sipkema P., 1971, 1991; Liu Z, Brin KP, and Yin FCP., 1986; Toy SM, Melbin J, and Noordergraaf A., 1985; Sharp MK., Pantalos GM., Minich L., 2000). Однако практически отсутствуют инвазивные исследования подобных физиологических показателей при мышечной работе. Более того, такие подходы совершенно неприемлемы при исследованиях здоровых людей.

Неинвазивное изучение артериального импеданса и сосудистых сопротивлений как в покое, так и при мышечной работе производится в РГУФК с начала 80-х годов (В.Л.Карпман, В.Р.Орел, 1981, 1985, 1986, 1993, 1994; В.Л. Карпман, Н.Г.Кочина, В.Р.Орел, 1988; В.Р.Орел, В.Н.Богданов 1995). Наряду с сосудистой нагрузкой сердца также неинвазивно изучаются показатели сократимости ЛЖ (В.Р.Орел, 1997, 1998, 2000; В.Р.Орел, А.Г.Сурду, 1997, 1998; В.Р.Орел, А.Г.Травинская, 2000, 2002), такие как мощность сокращений ЛЖ, ускоряющий градиент давления между ЛЖ и аортой, эффективная упругость левого желудочка сердца.



Эффективность взаимодействия сердца и сосудов при различных величинах минутного объема кровообращения (МОК) определяется согласованностью сократительных возможностей сердца с его сосудистой нагрузкой: периферическое (вязкость капиллярного русла), инерционное (инерция сердечного выброса) и эластическое (ригидность стенок аорты и крупных артерий) сопротивления. В настоящее время совершенно не изучены вопросы влияния сосудистой нагрузки сердца и его сократимости на величину ЧСС как в покое, так и при выполнении мышечной работы. Изучение взаимосвязей между ЧСС и динамикой показателей взаимодействия сердца и сосудов с учетом уровня индивидуальной физической работоспособности является весьма актуальной проблемой, решение которой призвано повысить диагностические и прогностические возможности биомедицинских исследований.

Рабочая гипотеза. Согласованные изменения ЧСС, показателей центральной гемодинамики, сосудистой нагрузки и сократимости левого желудочка сердца в условиях покоя и при мышечной работе зависят от физической работоспособности человека и позволяют объективно оценивать адаптивные возможности саморегуляции его сердечно-сосудистой системы.

Цель исследования. Исследовать количественные характеристики регуляции частоты сердечных сокращений в покое и при мышечной работе у человека в ходе процесса динамического взаимодействия сердца и сосудов, зависящего от показателей сосудистой нагрузки сердца, его сократимости и от уровня индивидуальной физической работоспособности.

Основные задачи исследования:

  1. Изучить взаимосвязи индивидуальных изменений ЧСС и показателей центральной гемодинамики с соответствующими изменениями характеристик сосудистой нагрузки и сократимости сердца у испытуемых с различными уровнями физической работоспособности в условиях покоя.

  2. При мышечной работе выявить взаимосвязи между изменениями ЧСС, показателей центральной гемодинамики, артериального импеданса, сосудистых сопротивлений и сократимости сердца у испытуемых с различными уровнями физической работоспособности.

  3. В условиях покоя и мышечной работы исследовать изменения физиологических показателей, характеризующих действие механизмов саморегуляции сердечной деятельности Франка-Старлинга и Анрепа, и их взаимосвязи с изменениями ЧСС у испытуемых с разными уровнями физической работоспособности.

  4. Получить количественные оценки для зависимостей показателей сосудистой нагрузки сердца и его сократимости от изменений ЧСС в условиях покоя и мышечной работы с учетом величины показателя PWC170.

Научная новизна. Впервые в условиях покоя и при велоэргометрических нагрузках для репрезентативной группы испытуемых комплексно исследован достаточно полный набор неинвазивно полученных физиологических показателей центральной гемодинамики, сосудистой нагрузки и сократимости левого желудочка сердца. Показатели сосудистой нагрузки и сократимости сердца вычислялись с помощью специальных компьютерных программ, основанных на математической модели аортальной компрессионной камеры (АКК) О.Франка.

Впервые для испытуемых с разными уровнями индивидуальной физической работоспособности в покое и при двух мощностях мышечной работы прослежены количественные взаимосвязи частоты сердечных сокращений с неинвазивно измеряемыми показателями гемодинамики, а также с показателями сосудистой нагрузки сердца и его сократимости.

Предложены новые физиологические показатели, напрямую характеризующие действие саморегуляторных механизмов работы сердца Франка-Старлинга и Анрепа, которые определяют усиление сократимости миокарда ЛЖ сердца в ответ на рост как преднагрузки, так и постнагрузки левого желудочка сердца.

Впервые показано, что при мощности мышечной работы, приближающейся к индивидуальным значениям PWC170, у испытуемых наблюдается весьма выраженное возрастание артериального импеданса, жесткости стенок аорты и крупных артерий, инерционного сопротивления артериальной системы, эффективной упругости миокарда ЛЖ, а также увеличение мощности сокращений ЛЖ, которое происходит наиболее выраженно по сравнению с остальными показателями.



Теоретическая значимость. Показано, что уровень физической работоспособности (PWC170) отражает также степень экономизации пропульсивной и сопротивительной функций системы кровообращения. В частности, при одинаковой физической нагрузке повышенная физическая работоспособность человека характеризуется не только сравнительно сниженными величинами ЧСС и артериального давления, но также и достоверно меньшими величинами показателей сосудистой нагрузки сердца и его сократимости.

Установлено, что удельная мощность сердечного выброса крови (мощность сердечных сокращений на единицу минутного кровотока) растет с увеличением мощности мышечной работы циклического характера во всем исследованном диапазоне физических нагрузок. Такое возрастание удельной мощности сердечного выброса, рассматриваемой как количественная характеристика действия механизма Франка-Старлинга, указывает на повышение роли этого механизма регуляции сократимости ЛЖ при выбросе крови в аорту с ростом мощности мышечной работы и увеличением минутного кровотока, определяющего венозный возврат (преднагрузка ЛЖ).



Показано, что отношение эффективной упругости левого желудочка сердца при выбросе крови к величине эластического сопротивления артериальной системы возрастает с увеличением мощности велоэргометрических нагрузок. Поэтому это отношение может служить показателем действия механизма Анрепа, усиливающего сократимость ЛЖ при росте его постнагрузки, определяемой величиной ригидности стенок аорты и крупных артерий.

Практическая значимость. Разработанный метод неинвазивного определения комплекса показателей центральной гемодинамики, сосудистой нагрузки и сократимости левого желудочка сердца расширяет методические возможности исследований сердечно-сосудистой системы человека в условиях покоя и при мышечной работе. Средние величины сосудистых сопротивлений, артериального импеданса и показателей сократимости ЛЖ сердца в различных условиях, полученные при исследованиях двух групп испытуемых с различными уровнями физической работоспособности, позволяют количественно оценивать степень реальной напряженности режима работы сердца у здоровых людей и у спортсменов. Эти данные представляют практический интерес для использования в ходе профилактических и диспансерных исследований физкультурников и спортсменов, а также для оперативного контроля эффективности тренировочного процесса с целью недопущения чрезмерных нагрузок на сердце путем объективной своевременной коррекции интенсивности и объема тренировочных упражнений.

Положения, выносимые на защиту:

  1. Частота сердечных сокращений при мышечной работе возрастает с увеличением мощности работы при одновременном росте эластического и инерционного сопротивлений как показателей сосудистой нагрузки сердца, что усиливает сократимость ЛЖ сердца в соответствии с действием механизма Анрепа за счет увеличения мощности сокращений ЛЖ и его эффективной упругости.

  2. Периферическое, эластическое и инерционное сопротивления артериальной системы, а также мощность сердечных сокращений и эффективная упругость ЛЖ зависят от уровня физической работоспособности и при циклической мышечной работе одинаковой мощности ниже у испытуемых с большей работоспособностью.

  3. Удельная мощность сердечного выброса, определяемая отношением мощности сокращений ЛЖ к величине минутного кровотока, может служить количественной характеристикой действия механизма Франка-Старлинга саморегуляции сердца, достоверно увеличиваясь с ростом мощности мышечной работы.

Апробация работы. Основные положения и результаты работы доложены и обсуждены на Юбилейной научно-практической конференции, посвященной 70-летию ВНИИФК «Физическая культура и спорт в условиях современных социально-экономических преобразований в России» (Москва, сентябрь 2003 г.); V-й  IХ-й Научно-практических конференциях «Диагностика и лечение нарушений регуляции сердечно-сосудистой системы» (Москва, март 2003  2007 г.г.); Научных чтениях «Спортивная медицина и исследования адаптации к физическим нагрузкам», посвященной 80-летию со дня рождения профессора В.Л. Карпмана (Москва, 27 апреля 2005 г.); Международной научной конференции: Состояние и перспективы развития медицины в спорте высших достижений. «СпортМед – 2006» (Москва, 4-5 декабря 2006 г).

Публикации. Число публикаций по теме диссертации – 21 работа.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из Введения, пяти Глав, Заключения, Выводов и Библиографии. Диссертация изложена на 183 страницах, содержит 36 рисунков и 26 таблиц. Список литературы включает 254 работы, из которых 112 на русском языке и 142 на иностранных языках.
МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ
В исследованиях принимали участие 216 спортсменов различных видов спорта. В соответствии с уровнем показателя PWC170 индивидуальной физической работоспособности испытуемые были разделены на две группы. Первая группа состояла из 135 спортсменов с показателем PWC170, превышающим 1200 кгм/мин (среднее значение PWC170: 1432 ± 173 кгм/мин). Во второй группе испытуемых (n = 81), у которых показатель PWC170 был не более 1200 кгм/мин, среднее значение PWC170 составило 1074 ± 85 кгм/мин. Эти группы испытуемых далее обозначаются как 1-я и 2-я группы.

Средний возраст испытуемых составлял 19,6 ± 1,5 лет (от 18 до 25 лет). Длина тела у испытуемых составляла в среднем 182,3 ± 3,1 см (от 176 до 188 см). Масса тела составляла 79,5 ± 4,2 кг (от 73 до 86 кг). Причем статистически достоверных различий между средними величинами указанных показателей у испытуемых обеих групп не было обнаружено.

Испытуемые исследовались в условиях покоя, а также при выполнении мышечной работы на велоэргометре при двух мощностях педалирования: 500 и 1000 кгм/мин. Работа на велоэргометре при фиксированной мощности нагрузки проводилась не менее 3-х и не более 5-ти минут. В условиях установившегося гемодинамического режима производились измерения артериального давления, показателей кровотока и фаз сердечного цикла.

Показатели центральной гемодинамики в покое и при работе на велоэргометре определялись с помощью программно-измерительного комплекса «РЕОДИН» (НТЦ «Медасс», г. Москва), основанного на методе импедансной плетизмографии (тетраполярной реографии центрального пульса). Обработка дифференциальной реограммы (ДР), регистрируемой комплексом “РЕОДИН”, производилась на ПК (Pentium IV) программой «Импекард». Величины частоты сердечных сокращений (ЧСС), ударного объема (УО) и минутного объема (МОК) крови определялись в результате программной обработки. По имеющимся в памяти комплекса фрагментам ДР производилось определение длительности периода изгнания (S), и фазы изоволюмического сокращения (IC), величины которых необходимы для вычисления показателей сосудистой нагрузки сердца и его сократимости.

Систолическое (Ps) и диастолическое (Pd) значения артериального давления измерялись аускультативно перед началом упражнений и на 2-й минуте каждой нагрузки. Полученные значения вводились в режиме диалога в память комплекса “РЕОДИН” перед записью соответствующего фрагмента ДР.

Расчеты артериального импеданса (Za), его составляющих (ZР, ZК), периферического (R), эластического (Еа) и инерционного (Js) сопротивлений артериальной системы, а также показателей сократимости ЛЖ: эффективной упругости ЛЖ (Еs), мощности сокращений ЛЖ (Ws) и удельной мощности сокращений ЛЖ (Wud), − выполнялись по специальной программе в среде VBA Excel-2003. Расчеты этих показателей основываются на математической модели (В.Л.Карпман, В.Р.Орел, 1993), использующей теорию О.Франка аортальной компрессионной камеры (АКК).

При статистической обработке полученных результатов вычислялись средние величины (), стандартные отклонения (σ), а также коэффициенты парной корреляции (r) между изучаемыми показателями раздельно по данным покоя и каждого уровня мощности физической нагрузки.

По всей совокупности данных покоя и мышечных нагрузок для показателей сократимости ЛЖ и сосудистых сопротивлений вычислялись коэффициенты {а0, а1, а2} регрессионных зависимостей каждого показателя П от ЧСС вида:

П(ЧСС) = а0 + а1ЧСС + а2ЧСС2

Использование квадратичных зависимостей обусловлено необходимостью учета нелинейности кривых П(ЧСС) при изменении ЧСС в пределах, охватывающих исследованный диапазон {покой – физические нагрузки}.


РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЯ

Показатели центральной гемодинамики, сосудистой нагрузки и сократимости левого желудочка сердца
В таблицах 1 и 2 представлены средние величины непосредственно измеряемых показателей центральной гемодинамики (табл.1) и вычисляемых показателей сосудистой нагрузки и сократимости сердца (табл.2), которые были получены в условиях покоя и при выполнении двух физических нагрузок на велоэргометре (500 и 1000 кГм/мин).

Таблица 1.

Частота сердечных сокращений и измеряемые показатели гемодинамики в покое и при мышечной работе

Показатель

Мощность кгм/мин

Группы испытуемых

Первая

Вторая

Частота сердечных сокращений (ЧСС), уд/мин

Покой

64.5 ± 5.45

70.96 ± 5.17

500

108.6 ± 3.75

119.8 ± 4.02

1000

142.2 ± 7.49

161.7 ± 4.05

Систолическое артериальное давление (Ps), мм рт.ст.

Покой

122.4 ± 6.31

125.7 ± 7.13

500

144.6 ± 7.10

157.2 ± 7.68

1000

178.3 ± 12.1

204.5 ± 9.7

Диастолическое артериальное давление (Pd), мм рт.ст.

Покой

79.7 ± 5.1

82.7 ± 5.4

500

81 ± 5.6

85 ± 5.9

1000

83 ± 5.8

88 ± 5.6

Минутный объем крови (МОК), л/мин

Покой

5.11 ± 0.64

4.74 ± 0.63

500

12.10 ± 0.71

12.51 ± 0.75

1000

19.72 ± 0.88

19.93 ± 0.98

Ударный объем крови (УО), мл

Покой

79.7 ± 8.7

66.8 ± 7.6

500

111.5 ± 7.2

104.8 ± 6.6

1000

138.9 ± 6.9

123.3 ± 5.2

В покое средние величины ЧСС, Ps, Pd оказались выше (табл.1) во 2-й группе, а средняя величина МОК – выше у испытуемых из 1-й группы. Указанное большее среднее значение МОК в 1-й группе обусловлено достоверным превышением (p < 0.05) в этом случае величины среднего значения ударного объема крови по сравнению со 2-й группой.

Столь же значимо различаются также и средние величины систолического артериального давления (табл. 1). При этом различия в средних величинах диастолического артериального давления между испытуемыми обеих групп практически незначимы по сравнению с соответствующими различиями, отмеченными для систолического давления (табл.1).

Следует отметить, что при мало различающихся в среднем значениях МОК величины артериального давления сравнительно снижены (табл.1) в 1-й группе по сравнению с данными 2-й группы испытуемых. Это связано со значимо меньшими в среднем величинами периферического сопротивления в 1-й группе (табл.2) как в покое, так и при мышечной работе. Поэтому и обеспечивающее прохождение МОК артериальное давление оказывается сниженным по сравнению с артериальным давлением во 2-й группе.

При выполнении мышечной нагрузки мощностью 500 кгм/мин все показатели (табл.1, 2), кроме Pd и Za, достоверно изменились по сравнению с покоем. Средние значения величин периферического и эластического сопротивлений артериальной системы, а также артериального импеданса (табл.2) достоверно ниже у испытуемых (p < 0,05) 1-й группы.

Значимое снижение периферического сопротивления при переходе от покоя к выполнению мышечной работы на велоэргометре (табл.2) связано с ростом проводимости капиллярного русла мышц, обеспечивающим возросший минутный кровоток (табл.1) в ходе ножного педалирования.

Неизменность в среднем величины артериального импеданса в каждой из групп испытуемых (табл.2) как в покое, так и при выполнении мышечной работы мощности обусловлена, по-видимому, описанным ранее эффектом (В.Л.Карпман, В.Р.Орел, 1993) автостабилизации Za.

При этом наблюдается достоверное увеличение показателей сократимости ЛЖ (Еs), возрастание упругой составляющей (Еа) сосудистой нагрузки ЛЖ, а также снижение ее вязкостной составляющей (R) по сравнению с соответствующими данными покоя (табл.2).

При одинаковом в среднем сердечном выбросе в обеих группах испытуемых артериальное давление, которое обеспечивает прохождение крови через периферическое сопротивление (табл.2), определяется величинами эластического сопротивления. Эластический компонент (Еа) сосудистой нагрузки у испытуемых 2-й группы в покое и при выполнении мышечной работы в среднем выше (табл.2), чем в 1-й группе.



Следует отметить, что именно значимо повышенный уровень ригидности стенок аорты и крупных артериальных сосудов у испытуемых из 2-й группы при выполнении мышечной работы (табл.2), видимо, в немалой степени определяет сниженную эффективность адаптации к аэробным нагрузкам, документированную у них более низкими значениями показателя PWC170.
  1   2   3