Реакція серцево-судинної системи спортсменів на фізичне навантаження залежно від рівня вмісту мікро- і макроелементів в організмі

Размещено на http://www.allbest.ru/

ТАВРІЙСЬКИЙ НАЦІОНАЛЬНИЙ УНІВЕРСИТЕТ

ім. В.І. ВЕРНАДСЬКОГО

УДК 612.8 + 612.1- 058.86 : 614.7

03.00.13 - фізіологія людини і тварин

АВТОРЕФЕРАТ

дисертації

на здобуття наукового ступеня

кандидата біологічних наук

РЕАКЦІЯ СЕРЦЕВО-СУДИННОЇ СИСТЕМИ СПОРТСМЕНІВ НА ФІЗИЧНЕ НАВАНТАЖЕННЯ ЗАЛЕЖНО ВІД РІВНЯ ВМІСТУ МІКРО- І МАКРОЕЛЕМЕНТІВ В ОРГАНІЗМІ

РЕШЕТНЯК ОЛЬГА АНАТОЛІЇВНА

Сімферополь - 2009

Дисертацією є рукопис

Робота виконана в Таврійському національному університеті ім. В. І. Вернадського Міністерства освіти і науки України

Науковий керівник -

кандидат біологічних наук, Євстаф'єва Ірина Андріївна Таврійський національний університет ім. В.І. Вернадського, доцент кафедри теорії і методики фізичної культури

Офіційні опоненти -

доктор біологічних наук, професор Магльований Анатолій Васильович, Львівський національний медичний університет ім. Данила Галицького, проректор з науково-педагогічної роботи, завідувач кафедри фізичної реабілітації, спортивної медицини, фізичного виховання та валеології

доктор біологічних наук, професор Павленко Володимир Борисович, Таврійський національний університет ім. В.І. Вернадського, професор кафедри фізіології людини і тварин і біофізики

Захист відбудеться "22" жовтня 2009 р. о 14.00 годині на

засіданні спеціалізованої ради К 52.051.04 в Таврійському національному університеті ім. В. І. Вернадського за адресою: пр. Вернадського, 20, зал засідань, 95007, м. Сімферополь.

З дисертацією можна ознайомитись у бібліотеці Таврійського національного університету В. І. Вернадського за адресою: пр. Вернадського 4, 95007, м. Сімферополь.

Автореферат розісланий "22" вересня 2009 р.

Вчений секретар спеціалізованої вченої ради К 52.051.04 Хусаінов Д.Р.

Анотації

Решетняк О.А. Реакція серцево-судинної системи спортсменів на фізичне навантаження залежно від рівня вмісту мікро- і макроелементів в організмі. - Рукопис.

Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата біологічних наук за спеціальністю 03.00.13 - фізіологія людини і тварин. - Таврійський національний університет ім. В.І. Вернадського, Сімферополь, 2009.

Дисертація присвячена дослідженню ролі кадмію, кальцію та калію в обумовленні функціонального стану серцево-судинної системи та особливостей її реагування на фізичне навантаження у спортсменів і студентів, які не займаються спортом, в умовах міського середовища.

Виконане електрокардіо- та реографічне обстеження 80 спортсменів та студентів, які не займаються спортом, методом рентгено-флуоресцентної флуоріметрії визначено вміст кадмію, кальцію і калію у волоссі. Дослідження елементного балансу показало, що вміст хімічних елементів в організмі спортсменів відповідає нормі, студенти, які не займаються спортом, мають дефіцит ессенціальних елементів. серцевий судинний спортсмен

Кореляційним аналізом виявлена певна залежність функціонального стану серцево-судинної системи від вмісту кадмію, кальцію і калію, яка найбільшим чином виражена при фізичному навантаженні. В обох групах встановлена переважно кардіотропна дія кадмію протилежного характеру, більш виражена у спортсменів. В умовах дефіцитного вмісту ессенціальних кальцію і калію в організмі студентів, які не займаються спортом, залежність функціонального стану серцево-судинної системи від рівня цих елементів носить виражений характер як з боку показників діяльності серця, так і гемодинамічних параметрів головним чином по відношенню до рівня калію.

Ключові слова: спортсмени, кадмій, кальцій, калій, електрокардіографія, реографія, волосся.

Решетняк О.А. Реакция сердечно-сосудистой системы спортсменов на физическую нагрузку в зависимости от уровня содержания микро- и макроэлементов в организме. - Рукопись.

Диссертация на получение научной степени кандидата биологических наук по специальности 03.00.13 - физиология человека и животных. - Таврический национальный университет им. В.И. Вернадского, Симферополь, 2009.

Диссертация посвящена натурному исследованию функционального состояния сердечно-сосудистой системы и особенностей ее реагирования на физическую нагрузку в зависимости от уровня содержания кадмия, кальция и калия в организме спортсменов и студентов, не занимающихся спортом. Было обследовано 80 человек (мужчин), из которых 40 спортсменов в возрасте от 18 до 22 лет и 40 студентов, не занимающихся спортом, того же возраста, проживающих в г. Симферополе.

Электрокардиографическое и реографическое обследование выполнено в состоянии физиологического покоя, при дозированной физической нагрузке и в восстановительном периоде. Функциональное состояние сердечно-сосудистой системы тестируемых студентов ооценивали по 9 показателям центральной кардиогемодинамики и 5 электрокардиографическим параметрам.

Уровень химических элементов в волосах определяли с помощью рентгено-флуоресцентного анализа. Данные биомониторингового и функционального обследования тестированных обрабатывали с помощью непараметрического корреляционного анализа по Спирмену, достоверность различий рассчитывали по методу Манна-Уитни.

Исследование элементного баланса студентов показало, что содержание химических элементов в организме спортсменов соответствует условной физиологической норме и является более удовлетворительным, чем у студентов, не занимающихся спортом, у которых выявлен дефицит эссенциальних элементов.

Установлена определенная обусловленность функционального состояния сердечно-сосудистой системы содержанием кадмия, калия и кальция в организме, которая проявляла себя максимальным образом при физической нагрузке, затем в восстановительном периоде и в наименьшей степени - в состоянии физиологического покоя. Исследование особенностей реагирования сердечно-сосудистой системы на физическую нагрузку обнаружило физиологичную значимость кадмия, более выраженную у спортсменов, чем у студентов, не занимающихся спортом и отличающуюся по характеру при его содержании в в обеих группах в пределах существующей нормы. Данный элемент имел широкий спектр преимущественно кардиотропного действия и был значим у спортсменов как для электрофизиологических показателей деятельности сердца, так и показателей, характеризующих его сократительную функцию на всех этапах тестирования. В отношении сосудистой системы эффект кадмия установлен только для общего периферического сопротивления при физической нагрузке.

Характерной особенностью функционального состояния сердечно-сосудистой системы и ее реагирования на физическую нагрузку у студентов, не занимающихся спортом, явилась зависимость как электрокардиографических, так и реографических параметров от уровня калия в организме. В меньшей степени была выражена значимость кальция в обеих группах.

Характер корреляционных связей всех эссенциальных элементов с показателями сердечно-сосудистой системы соответствовал их известной роли в физиологических процессах на клеточном уровне. Выраженная в разной степени значимость кадмия и разный характер корреляционных связей с показателями деятельности сердца дает основание полагать, что в условиях систематических физических нагрузок кадмий может использоваться организмом как эссенциальный элемент, который выступает в роли аналога кальция, тогда как нетренированный организм испытывает в большей степени его токсические свойства.

Ключевые слова: спортсмены, кадмий, кальций, калий, волоссы, рентгено-флуоресцентный анализ, сердечно-сосудистая система, электрокардиография, реография.

Reshetnyaк O.А. Reaction of the cardiovascular system of sportsmen on the physical load depends on the level of content of micro- and macroelements nutrients in an organism.- Manuscript.

Dissertation on the receipt of scientific degree of candidate of biological sciences on speciality 03.00.13 is physiology of human and animals. - V.I. Vernadsky Taurida National University, Simferopol, 2009.

Dissertation is devoted to the research of a the role of cadmium, calcium and potassium in determination of the functional state of the cardiovascular system and features of its reaction on the physical load in sportsmen and physically untrained boys on the urbanaized territory.

The research of the element balance of students revealed that study of chemical elements in the organism of sportsmen was more satisfactory, than for the physically untrained students which showed the deficit of essential elements.

The research of features of reaction of the cardiovascular system on the physical loading showed that physiological role of toxic cadmium for the state of the cardiovascular system, was more expressed for sportsmen, than for the physically untrained students, though its content in an organism was within the limits of the existing norm.

In the conditions of the deficiency of essential calcium and potassium in the organism of the physically untrained students dependence of the functional state of the cardiovascular system and its reaction on the physical load with the level of these elements has the expressed character both from the side of performance of heart indicators and haemodynamic parameters.

Keywords: sportsmen, cadmium, calcium, potassium, cardiovascular system, electrocardiogram, biomonitoring.

Загальна характеристика роботи

Актуальність теми. Погіршення стану здоров'я людської популяції в останні десятиліття в значній мірі обумовлене високими темпами антропогенної трансформації біосфери і зниженням під впливом антропогенного натиску адаптаційних можливостей організму (Агаджанян Н.А, 1999; Ревіч Б.А, 1990; Скальний А.В, 2004). До антропогенних чинників, здатних робити найбільш істотний вплив на функціонування організму людини слід віднести хімічні чинники середовища і, перш за все, дисбаланс хімічних елементів на користь токсичних, концентрація яких в довкіллі і організмі людини збільшується на тлі зниження ессенциальних мікро- і макроелементів (Оберліс Д., 2003; Трахтенберг І.М, 2001). Щонайменші зміни концентрації останніх в організмі людини приводять до істотних змін функцій і, у тому числі, - адаптаційних можливостей організму. Це обумовлено їх входженням як активних центрів в структуру ферментів, коферментів, гормонів, біологічно активних речовин, їх участю в біоелектричних процесах (Сibulka J, 1990).

Адаптація організму до несприятливих дій зовнішнього середовища, особливо хімічного навантаження, вимагає широкого діапазону функціональних можливостей і адекватного переключення найважливіших фізіологічних систем на новий режим життєдіяльності (Агаджанян Н.А., 2001; Трахтенберг І.М.,2007). Відомо (Скальний А.В., 2005), що протікання цього процесу відбувається найшвидше й "безболісно" в організмі спортсменів та людей, що систематично займаються фізичними вправами. З іншого боку, саме організм людини в умовах систематичних фізичних навантажень, особливо спортсменів високої кваліфікації, потребує повноцінного мікро- і макроелементного забезпечення. У зв'язку з цим вивчення механізму адаптаційних процесів, які відбуваються в організмі спортсменів в умовах сучасного антропогенного середовища, є важливим завданням фізіології спорту. Саме тому серед методів вдосконалення організаційної, матеріально-технічної основ тренувальної і змагальної діяльності, характеру спортивного тренування (Височин Ю.В., 2002; Платонов В.М., 1999) особливе місце починають займати фізіологічні підходи, пов'язані з визначенням, корекцією і поліпшенням мікро- і макроелементного балансу в організмі спортсменів (Скальний А.В., 2005; Орджонікідзе, А.М., 2005). При цьому особливої уваги заслуговує серцево-судинна система, стан якої з одного боку, відображає хід і ефективність адаптаційних процесів та пристосувальні можливості організму (Баєвський Р.М., 2003; Магльований А.В., 2008), з іншого ж боку ця система вважаєтся однією із найчутливійших до елементного дисбалансу.

До важливих елементів, що значної мірою обумовлюють фізіологічні властивості й функціонування збудливих тканин, у тому числі всіх типів м'язової тканини (скелетної, гладкої та міокарду), належать ессенціальні кальцій і калій. Зміна їх концентрації в організмі, особливо на тлі збільшення токсичних елементів, таких, наприклад, як кадмій, який є функціональним антагоністом кальцію (Авцин А.П., 1991), може приводити до істотних змін функціонального стану нервової та м'язової тканин. Ці ефекти мають особливе значення, коли йдеться про напружені умови функціонування організму і підвищені вимоги до його адаптаційних властивостей, як це має місце при систематичних фізичних навантаженнях у спортсменів. З іншого боку, оскільки в умовах фонового забруднення довкілля можуть розвиватися компенсовані зміни функціонального стану серцево-судинної системи, пред'явлення дозованого фізичного навантаження, як адекватного функціонального тесту резервних можливостей серцево-судинної системи, має особливе значення і дозволяє виявити ці зміни на ранніх етапах напруги адаптації (Євстаф'єва І.А., 2002).

Не дивлячись на очевидну актуальність цієї науково-практичної галузі, подібні дослідження поки що проводяться лише за кордоном (Орджоникидзе и др., 2003; Катулин, 2004; Скальний А.В., 2005; Rankinen et al., 1998; Burke,1999; Horvath et al., 2000) і носять значною мірою суперечливий та незавершений характер, а у багатьох випадках фізіологічна роль мікро- і макроелементів залишається нез'ясованою (Speich M., 2001). У той же час, виявлення елементного дисбалансу в організмі спортсменів в умовах фонового забруднення місця мешкання і його впливу на функціональний стан серцево-судинної системи та її резервні можливості з метою корекції й поліпшення мікро- і макроелементного забезпечення організму створює нові перспективи для фізіології людини в цілому, а також і для фізіології спорту, для пошуку найбільш раціональних та ефективних методів виведення з організму токсичних хімічних сполук за допомогою фізичних вправ.

Зв'язок роботи з науковими програмами, планами, темами. Дослідження проводилися згідно з планами науково-дослідної роботи кафедри теорії і методики фізичної культури Таврійського національного університету ім. В.І. Вернадського "Медико-біологічне обґрунтування системи фізичного виховання. Розробка і вдосконалення методів лікарсько-педагогічних спостережень у навчально-тренувальному процесі" (№ держ. реєстрації 0101U005752 (2001-2005)), також кафедри нормальної фізіології Кримського державного медичного університету ім. С.І. Георгіївського за програмою "Фізіологічні підходи до оцінки екологічного ризику для здоров'я" (№ держ. реєстрації 0102U006172 (2002-2006)), яка включена в Міжгалузеву комплексну програму "Здоров'я нації" на 2002-2011 р. Тема дисертації затверджена на засіданні Вченої ради Таврійського національного університету ім. В.І. Вернадського (протокол № 2, від 27 лютого 2008 р.).

Мета і завдання дослідження. Метою дисертаційної роботи було визначення особливостей функціонального стану серцево-судинної системи та її реагування на фізичне навантаження у спортсменів і студентів, які не займаються спортом, залежно від вмісту в організмі кадмію, кальцію і калію.

Для досягнення цієї мети були поставлені такі завдання:

1. Визначити та проаналізувати вміст кадмію (Cd++), кальцію (Ca++) та калію (К+) у зразках фізіологічно стабільних тканин (волоссі) студентів.

2. Дослідити функціональний стан серцево-судинної системи залежно від вмісту кадмію, кальцію і калію в організмі у спортсменів і студентів, які не займаються спортом, в стані фізіологічного спокою методом комп'ютерної електрокардіо- і реографії.

3. Визначити особливості реагування серцево-судинної системи спортсменів і студентів, які не займаються спортом, на дозоване фізичне навантаження залежно від рівня кадмію, кальцію і калію в організмі.

4. Виявити взаимозв'язок і особливості функціонального стану серцево-судинної системи у спортсменів і студентів, які не займаються спортом, у відновлювальному періоді після фізичного навантаження залежно від вмісту кадмію, кальцію і калію.

5. Дати порівняльну оцінку фізіологічної ролі кадмію, кальцію і калію в обумовленні функціонального стану серцево-судинної системи та особливостей її реагування на фізичне навантаження в умовах фонового забруднення міського середовища.

Об'єкт дослідження - обумовленність фізіологічного стану серцево-судинної системи мікро- та макроелементним балансом в організмі.

Предмет дослідження - кореляційні зв'язки показників серцево-судинної системи із вмістом кадмію, кальцію та калію в фізіологічно стабільних тканинах (волоссі) організму студентів 18-22 років

Методи дослідження - комп'ютерна реографія, електрокардіографія, рентгено-флуоресцентний аналіз, непараметричний кореляційний аналіз за Спірменом, статистичні порівняння по методу Манна-Уїтні.

Наукова новизна одержаних результатів. Отримано нові дані, які доповнюють уявлення про фізіологічну роль кадмію, кальцію і калію в обумовленні функціонального стану серцево-судинної системи та особливостей її реагування на фізичне навантаження у спортсменів і студентів, які не займаються спортом, в умовах міського середовища. Уперше визначено, що елементний баланс спортсменів в умовах антропогенного середовища є більш задовільним, ніж у студентів, які не займаються спортом і мають дефіцит ессенціальних елементів.

Уперше виявлено фізіологічну значущість кадмію при його вмісті в організмі в межах норми для стану серцево-судинної системи, яка більш виражена у спортсменів, ніж у студентів, які не займаються спортом. Вона полягає переважно у кардіотропній дії кадмію, що виражається у певній зміні всіх фізіологічних властивостей міокарду, як електрофізіологічних, так і скоротливої здатності серця.

Показано, що в умовах дефіцитного вмісту ессенціальних кальцію і калію в організмі студентів, які не займаються спортом, залежність функціонального стану серцево-судинної системи та її реагування на фізичне навантаження переважно з калієм має місце з боку як показників діяльності серця, так і гемодинамічних параметрів.

Теоретичне та практичне значення роботи. Роботу виконано в рамках досліджень, що в останнє десятиліття активно виконуються в міжнародній (Конвенція про транскордонні переноси атмосферних забруднювачів на далекі відстані) і вітчизняній (Програма "Здоров'я нації") практиці з метою оцінки впливу чинників довкілля на здоров'я населення та їх наступного нормування. Iї результати можуть бути використані для формування сучасних уявлень про механізми адаптації в умовах сучасного антропогенного середовища.

Одержані дані про фізіологічну значущість кадмію, кальцію і калію для функціонального стану серцево-судинної системи та їх фоновий вміст у організмі спортсменів і студентів, які не займаються спортом, в умовах міського середовища, можуть бути корисні для формування уявлення про механізм станів дезадаптації і зниження функціональних резервів спортсменів, людей фізичної праці та всіх осіб, що інтенсивно займаються фізичною культурою, в основі яких лежать антропогенно обумовлені елементози, а також для розробки методів і заходів щодо корекції елементного статусу і збільшення адаптаційних можливостей організму.

Особистий внесок здобувача. Здобувачем виконаний запланований обсяг досліджень, проведенна статистична обробка експериментальних даних і аналіз літературного матеріалу. Аналіз результатів дослідження та їх обговорення проведені за участю наукового керівника. У роботах, написаних у співавторстві, диссертанту належать експериментальна частина і деякі теоретичні положення.

Апробація результатів дисертації. Основні положення роботи були представлені на конференціях професорсько-викладацького складу Таврійського національного університету ім. В.І. Вернадського (Сімферополь, 2004, 2005, 2006, 2007, 2008, 2009), обговорювалися на II конференції "Еколого-фізіологічні проблеми адаптації" (смт. Партеніт 2006), 7-й субрегіональній зустрічі з ефект-орієнтованої діяльності в країнах Східної та Південно-Східної Європи у рамках Європейської Конвенції про трансграничні перенесення атмосферних забруднювачів на далекі відстані (Байя-Маре, Румунія, 2006), 1-й Міжнародній конференції PPTOX (Данія, 2007), на 2-му з'їзді фізіологів СНД (Кишинеу, 2008).

Публікації. Результати роботи відображено у 7 наукових статях, з яких 5 статей - у журналах ВАК та 8 тезах конференцій та з'іздів.

Структура та обсяг дисертації. Дисертація складається зі вступу, огляду літератури, опису методів дослідження, одержаних результатів, їх обговорення, висновків та списку використаних джерел (217 найменувань). Робота викладена на 150 сторінках, ілюстрована 36 малюнками та містить 25 таблиці.

Основний зміст дисертації

Матеріали і методи дослідження. Загальну кількість обстежених склали 80 студентів (чоловіки) 18-22 років, з яких - 40 студентів-спортсменів футболістів (1-я група) та 40 студентів, які займалися фізичною культурою лише у рамках навчальної програми (2-я група). Методи дослідження і аналізовані показники представлений у таблиці 1.

Таблиця 1 Методи дослідження і аналізовані показники (n=80)

Функціональний стан серцево-судинної системи визначали за 9 показниками центральної кардіогемодінаміки і 5 електрокардіографічними параметрами серцевої діяльності.

Біомоніторингове обстеження. Визначення вмісту кадмію, кальцію та калію у фізіологічно стабільних тканинах (волоссі) обстежених студентів проводили з використанням методу рентгено-флюоресцентної спектрофотометрії у лабораторії науково-дослідного центру "ВІРІА" (м. Київ). Зразки волосся зістригали з 3-5 місць на потиличній частині голови (прикореневі ділянки). Вибір матеріалу для дослідження був використаний тому, що вміст макро- і мікроелементів у волоссі відображає елементний статус організму у цілому, а проби цієї біологічно стабільної тканини можуть бути інтегральним показником мінерального обміну як серцево-судинної системи, так і всього організму (Кудрін А.В., Громова О.А., 2002; Скальний А.В., Рудаков І.А. 2004; Методичні рекомендації, 2007; Bencko V. 1995,. Valkonic V, 1988).

Обстеження серцево-судинної системи проводили за допомогою електрокардіографії та комп'ютерної реографії.

Електрокардіографічне (ЕКГ) обстеження. Оцінку серцевої діяльності та фізіологічних властивостей міокарду проводили шляхом реєстрації показників методом електрокардіографії на апаратно-програмному велоергометричному комплексі "Ергокард" (Італія) із автоматизованим режимом подачі фізичного навантаження, який дозволяє виконувати безперервне фізичне навантаження (вимірюване у ватах (Вт)) з постійним контролем електрокардіограми у дванадцяти відведеннях: 3-х стандартних, 3-х посилених відведень від кінцівок і 6 - грудних за Вільсоном. Електрокардіограму записували у стані фізіологічного спокою протягом 1-й хвилини, при комбінованому ступінчастому фізичному навантаженні протягом 24-х хвилин та у відновлювальному періоді протягом 5-х хвилин. Фізичне навантаження складалось з 8 стадій: 1-я стадія 25 Вт, 2-я стадія 50 Вт, 3-я стадія 75 Вт, 4-я стадія 25 Вт, 5-я стадія 100 Вт, 6-я стадія 25 Вт, 7-я стадія 150 Вт, 8-я стадія 25 Вт.

Реографічне обстеження. Стан серцево-судинної системи оцінювали згідно з 9 показниками, що реєструвалися за допомогою комп'ютерної реографії у стані фізіологічного спокою, після фізичного навантаження на велоергометрі та у відновлювальному періоді.

Для реєстрації показників центральної кардіогемодинаміки використовували реоаналізатор РА 5-01. Електроди накладали згідно з методикою тетраполярної грудної реографії: струмові (J і J') електроди - на голову і пояс, потенційні (U і U') - на шию і груди на рівні мечоподібного відростка (Пушкар Ю.Т., 1986).

Для кожного показника реографії та електрокардіографії розраховували амплітуди їх змін при функціональній пробі: амплітуди (А) зміни показника після фізичнного навантаження відносно його значення в стані фізіологічного спокою (Хн-Хс), та відносну амплітуду (ВА) зміни після фізичного навантаження згідно з формулою ВА = (Хн-Хс) / Хс, де Хс - значення показника у стані фізіологічного спокою, Хн - його значення після фізичного навантаження (Євстаф'єва І.А., 2002).

Статистичну обробку результатів робили за допомогою непараметричного кореляційного аналізу за Спірменом та статистичного порівняння по методу Манна-Уїтні.

Результати досліджень та їх обговорення

Мікроелементний склад організму спортсменів та студентів, які не займаються спортом, в умовах міського середовища. Середня концентрація кадмію, кальцію та калію у волоссі досліджуваних студентів-спортсменів знаходилася в межах умовної, прийнятої на сьогоднішній день, норми (Ревіч Б.А., 1990; Скальна М.Г., 3003; Valkonic V., 1988), у той час, як у студентів, які не займаються спортом, мав місце дефіцит ессенціальних елементів (табл.2).

Таблиця 2 Концентрація (мкг/г) хімічних елементів у волоссі досліджуваних студентів

Примітки:

1. **достовірність відмінностей при р<0,01; ***- при р<0,001 в порівнянні із студентами, що не займаються спортом;

2. 1 група - спортсмени (n=40), 2 група - студенти, які не займаються спортом (n=40).

Знижений вміст ессенціальних елементів в організмі студентів, які не займаються спортом відповідає сучасним тенденціям, встановленим в інших регіонах СНД, і може бути обумовлений рядом причин: низьким вмістом в харчових продуктах, посиленою витратою в результаті стресів, надмірним вживанням продуктів, що містять кофеїн, палінням (Агаджанян Н.А., 2001; Ребров В.Г., 2008; Ensminger A., 1995). У той же час отримані нами дані узгоджуються з даними про відмінності у елементному складі волосся професійних спортсменів у бік підвищення концентрації більшості хімічних елементів у порівнянні з показниками здорових чоловіків, які не займаються спортом (Скальний А.В., 2005), але слід зазначити, що підвищена концентрація кальцію у волоссі спортсменів може не стільки відображати вищий вміст його в організмі, скільки вказувати на посилений кругообіг цього елемента та виведення з організму при систематичних фізичних навантаженнях.

Електрокардіографічне обстеження серцевої діяльності. Результати кореляційного аналізу електрокардіографічних показників із вмістом хімічних елементів у волоссі дозволили виявити певну, досить істотну кардіотропну дію кадмію переважно у спортсменів (табл. 3) і калію у студентів, що не займаються спортом (табл. 4), яка головним чином проявлялася при фізичному навантаженні, та в період відновлення.

Залежність реагування серця спортсменів на фізичне навантаження від вмісту кадмію в організмі виражалася в основному в стимуляції його роботи унаслідок позитивного хроно- і дромотропного ефекту цього елементу, причому як практично на всіх стадіях навантаження, так й у спокої.

Таблиця 3 Дані кореляційного аналізу вмісту хімічних елементів і електрокардіографічних показників досліджуваних спортсменів

Загалом, організм спортсменів виявив значно вищу чутливість до присутності у організмі кадмію, яка в основному мала місце при пред'явленні середніх (50 та 75 Вт) та високих (100 та 150 Вт) фізичних навантажень. Для студентів, які не займаються спортом, така, але менш виражена, залежність від рівня кадмію у організмі була встановлена при навантаженнях як малої, так і високої інтенсивності (25 та 150 Вт) .

Таблиця 4 Дані кореляційного аналізу вмісту хімічних елементів і електрокардіографічних показників досліджуваних студентів, які не займаються спортом

Фізіологічний ефект кадмію може бути пояснений наявними літературними відомостями про його участь у передачі збудження й фізіологічному синергізмі-антагонізмі з кальцієм (Кудрін А.В, Громова О.А, 2006). Будучи так само, як і кальцій, двовалентним катіоном, цей метал певною мірою може його заміщати. Особливо вірогідний цей процес у разі недоліку кальцію або надлишку кадмію. Ймовірно, в умовах активної підвищеної потреби у кальції при систематичних фізичних навантаженнях кадмій також може використовуватися як його фізіологічний сінергіст, що і пояснює його значущість у спортсменів. У студентів, які не займаються спортом, ймовірно, взаємодія цих елементів складається інакше. Перш за все про це свідчить відсутність такої великої кількості кореляцій електрокардіографічних показників з цим елементом, а також їх протилежний, ніж у спортсменів, характер (рис. 1). Виходячи з результатів навряд чи можна розцінювати вплив кадмію у останніх як позитивний, оскільки нормальне реагування серця на навантаження передбачає стимуляцію його роботи, а в даному випадку, чим вище був вміст кадмію, тим менше була частота серцевих скорочень. Отже, реакція організму студентів, які не займаються спортом, на фізичне навантаження була тим більше неадекватною, чим більше кадмію знаходилося в організмі.

А

Б

Рис.1 Залежність інтервалу РQ від вмісту кадмію у організмі спортсменів (А) на 7-й (150 Вт) стадії фізичного навантаження і студентів, які не займаються спортом (Б), на 2-й (50 Вт) стадії фізичного навантаження.

Таким чином, при вмісті кадмію в організмі спортсменів та студентів, які не займаються спортом, в межах умовної норми, цей елемент може відігравати певну, але різну роль, зберігаючи швидше негативні властивості в плані впливу на фізіологічні функції "гіподинамічного" організму. Цей висновок узгоджується з положеннями, які представлені з цього приводу в літературі (Скальний А.А., 2005; Speich M., 2001), а також із загальним уявленням про кадмій як токсичний елемент. У той же час відмічається, що кадмій в низьких внутрішніх концентраціях може набувати властивості есенціального елементу (Кудрин, Рудаков, 2004). Виходячи з наших результатів, це може відбуватися і при систематичних фізичних навантаженнях.

Відносно ессенціальних елементів, слід відмітити, що головна особливість у реагуванні серця на іх вміст полягала у більшій фізіологічній значущісті переважно калію у студентів, які не займаються спортом. Він впливав практично на всі показники шлуночкової збудливості та проведення збудження по ним при пред'явленні навантаження як малої та середньої, так і високої інтенсивності (25-150 Вт) і характер впливу відповідав його відомій ролі у цих процесах (негативний дромотропний ефект за винятком стадії загального збудження шлуночків - сегмент ST).

Кальцій також впливав на електрокардіографічни показники обох груп згідно з його участю у електрофізіологічних процесах міокарда, але значно меншою мірою. Цікаво, що у студентів-спортсменів мав місце позитивний хронотропний ефект кальцію при фізичному навантаженні та в період відновлення (кореляційний зв'язок з інтервалом R-R), а у студентів, які не займаються спортом, виявлено позитивний дромотропний ефект за рахунок скорочення передсердно-шлуночкового проведення збудження (інтервал PQ), тобто мала місце односпрямована дія, але на різні етапи процесу збудження в міокарді).

Реографічне обстеження серцево-судинної системи. Аналіз даних реєстрації реографічних показників та їх кореляцій (табл. 5 - 6) із рівнем хімічних елементів дозволив встановити їх фізіологічну значущість для серцево-судинної системи на відміну від даних електрокардіографічного обстеження не лише після пред'явлення фізичного навантаження й у відновлювальному періоді, але і в стані фізіологічного спокою.

Таблиця 5 Дані кореляційного аналізу вмісту хімічних елементів і реографічних показників досліджуваних спортсменів

Таблиця 6 Дані кореляційного аналізу вмісту хімічних елементів і реографічних показників досліджуваних студентів, які не займаються спортом

Так, при фізіологічному спокої виявлено зв'язок функціональних показників діяльності серця з вмістом кадмію в організмі, фізіологічний ефект якого мав протилежний характер у спортсменів та студентів, які не займаються спортом (рис.2).

А

Б

Рис. 2 Залежність показників ударного індексу від вмісту кадмію у організмі спортсменів (А) и студентів, які не займаються спортом (Б), після фізичного навантаження.

На рівень кальцію реагувала серцево-судинна система обох груп, але у спортсменів це були показники серцевої діяльності, а у студентів, які не займаються спортом, - ще й показники стану судинної системи. Але головна відмінність реагування системи гемодинамики останніх на рівень елементів в організмі полягала у значній кількості кореляційних зв'язків калію із параметрами стану серцево-судинної системи.

При фізичному навантаженні кадмій таким же чином, як і в спокої, впливав на реографічні показники, для кальцію не визначено жодного кореляційного зв'язку в обох групах, але з боку калію спостерігалося значне збільшення реагуючих на його вміст параметрів, характеризуючих як діяльність серця, так і стан судинної системи, у студентів, які не займаються спортом.

У періоді відновлення ця закономірність зберігалася, у той час як для інших елементів не виявлено жодної кореляції в обох групах за винятком ЗПСС з калієм у спортсменів.

Підсумовуючи результати електрокардіографічного і реографічного дослідження можна відмітити, що значущість кадмію для функціонального стану серцево-судинної системи більшою мірою була виражена у спортсменів і мала протилежний, але одночасно вузько направлений характер в обох групах, оскільки виявлялася лише відносно показників діяльності серця. Ймовірно це може бути пов'язано з прямою дією кадмію на м'яз серця, що обумовлено його здатністю блокувати SH-групи білків (Чекунова М.П., 1983).

У той же час характерною особливістю нетренованого організму за даними дослідження є висока чутливість всіх функціональних показників стану серцево-судинної системи до рівня калію в організмі, можливо у зв'язку з його низьким вмістом в організмі.

Загалом виявлені ефекти дії даних хімічних елементів на особливості функціонального стану серцево-судинної системи та її реактивність багато у чому узгоджуються з літературними даними, які описують їх вплив і можливі механізми на клітинному рівні.

Висновки

У дисертаційній роботі вирішено актуальне наукове завдання стосовно особливостей реагування серцево-судинної системи спортсменів, які мешкають в умовах міського середовища, на фізичне навантаження залежно від рівня вмісту мікро- і макроелементів в організмі. На підставі визначення кількості та щільності кореляційних зв'язків між електрокардіо- і реографічними показниками та внутрішніми концентраціями макро- і мікроелементів в волоссі спортсменів та студентів, які не займаються спортом, встановлено, що кадмій, кальцій і калій певною мірою обумовлюють функціональний стан серцево-судинної системи і особливості її реагування на фізичне навантаження спортсменів та студентів, які не займаються спортом.

1. Дані літератури свідчать, що інтенсивне хімічне забруднення довкілля спричиняє мікро- і макроелементний дисбаланс у внутрішньому середовищі людини. Його наслідки можуть бути важливі для організму спортсменів, до якого пред'являються підвищені вимоги. Особливе місце в цьому займає серцево-судинна система, яка потребує оптимального забезпечення елементами, що обумовлюють збудливі властивості міокарду та судин, проте вітчизняних досліджень з цієї проблеми не проводилося.

2. Виявлено, що елементний баланс студентів-спортсменів характеризувався нормальним вмістом кадмію, кальцію і калію у фізіологічно стабільних тканинах (волоссі), тоді як середня їх концентрація у студентів, що не займаються спортом, свідчила про понижений вміст ессенціальних елементів: кальцію на 46 %, калію - на 53 % відносно нижньої межи фізіологічної норми і склала 179,50+25,38 мкг/г та 40,49+8,87 мкг/г відповідно.

3. Встановлено, що у станi фiзiологiчного спокою обумовленнiсть функцiонального стану серцево-судинної системи внутрiшнiми дозами кадмiю, кальцiю i калiю не була значною, що вiдображалось малою кiлькiстю кореляцiйних зв'язків (2, 2 i 5 у студентів, які не займаються спортом, відповідно; 3 i 2 у спортсменів для кадмію та кальцію) i відрізнялась чутливістю до різних елементів. У спортсменів найбільш впливовішим був токсичний кадмій, який значно впливав на показники діяльності серця - як електрофізіологічні (інтервал PQ, комплекс QRS; г=-0,47; р0,01), так i на такі, що характеризують його скоротливу функцію (ударний індекс; г=-0,55; р0,02). У студентів, які не займаються спортом, значущість кадмію визначена тільки на рівні тенденції з показниками робота серця. У той же час спостерігалася значна фiзioлoгiчнa роль калію, - як для реографічних показників, що характеризують діяльність серця (ударний об'ем, хвилинний об'ем, серцевий індекс, ударний індекс; 0,51г0,61, 0,01р0,02), так i для показників стану судинної системи (загальний периферичний oпip судин; г=-0,52; р0,01). Кальцiй незначною мipoю впливав на показники роботи серця у спортсменiв (хвилинний об'ем, серцевий iндекс: 0,40r0,45, 0,02р0,07) i стан судинної системи у студентiв, якi не займаються спортом, (дiастоличний артерiальний тиск, г=-0,33; р0,06; середній динамічний артеріальний тиск, г=-0,34; р0,06).

4. Дозоване фізичне навантаження дозволило виявити таку ж саму, але більш глибоку обумовленнiсть функціонального стану серцево-судинної системи у спортсменів i студентів, які не займаються спортом, вмістом внутрішніх доз кадмiю, кальцію i калію, що виражалося у появі більшої кількості кореляцшних зв'язків i більш широкого спектру реагуючих параметрів, причому чим більше було навантаження, тим більш вірогідними були кореляційні зв'язки.

5. Кадмій при фізичному наватаженні впливав як на практично вci серцеві показники, так і на судинну систему (загальний периферічний oпip судин г=-0,42; р<0,06) спортсменів на різних стадіях навантаження, що дало загалом 14 кореляційних зв'язків щільністю 0,31г0,55; 0,01р0,05. При фізичному навантаженні певна значущість кадмію встановлена i у cтyдeнтiв, що не займаються спортом. Вона виражалася наявністю 6 кореляційних зв'язків з електрофізіологічними показниками діяльності серця i 3 показниками, що характеризуют скоротливу здатність серця, але протилежної, ніж у спортсменів, спрямованностi.

6. Калій при фізичному навантаженні майже не впливав на серцево-судинну систему спортсменів (за винятком інтервалу QRST, r=-0,54; р0,01), у той час, як для студентів, що не займаються спортом, цей елемент мав значний вплив на всі електрофізіологічні показники діяльності шлуночків серця на всіх стадіях фізичного навантаження (0,36r0,45, 0,01р0,03), а також практично на всі реографічні параметри, що характеризують скоротливу функцію серця (0,37r0,45); 0,01р0,02) і деякі показники стану судинної системи (діастолічний артеріальний тиск, r=0,39, р0,02), що загалом склало 17 кореляційних зв'язків. Фізичне навантаження виявило також залежність протилежного характеру електрокардіографічних показників від внутрішніх концентрацій кальцію в обох групах.

7. У відновлювальному періоді спостерігалася така ж закономірність, як i при фізичному навантаженні, але кількість параметрів, реагуючих на вміст елементів, була меншою, ніж при навантаженні. Так, для кадмію визначено 3 кореляційних зв'язка з електрофізіологічними показниками PQ, QRST та R-R у спортсменів (-0,43r-0,56, 0,01р0,05) i 1 зв'язок з сегментом ST (г=0,37; р0,01) у студентів, які не займаються спортом. Значущість ессеншальних елементів також була меншою, ніж при фізичному навантаженні, але більшою, ніж у стані фізіологічного спокою.

8. Порівняльний аналіз чутливості серцево-судинної системи спортсменів і нетренованих юнаків до внутрішніх концентрацій кадмію, калію та кальцію у стані спокою, при дозованому навантаженні та у відновлювальному періоді показав, що максимальна функціональна значущість елементів визначалася при фізичному навантаженні: у спортсменів (при нормальному балансі елементів) - з боку кадмію, а у студентів, що не займаються спортом, з вираженим дефіцитом калію і кальцію - з боку калію. Різною мірою виражена значущість кадмію в обох групах і різний характер кореляційних зв'язків з показниками серцево-судинної системи дає підставу вважати, що в умовах систематичних фізичних навантажень кадмій може використовуватися організмом як ессенціальний елемент, що виступає в ролі аналога кальцію, тоді як нетренований організм випробовує більшою мірою його токсичні властивості. Отримані результати вказують на необхідність подальших досліджень ролі кадмію та інших елементів як в цілому у функціонуванні організму в умовах антропогенного середовища, так і безпосередньо в забезпеченні адаптації до систематичних фізичних навантажень.

Список опублікованих праць за матеріалами дисертації

1. Решетняк О.А. Особенности адаптации сердечно-сосудистой системы на физическую нагрузку у студентов различного уровня тренированности / О.А. Решетняк // Ученые записки ТНУ. - 2005. - Т.18 (57). - №3. - С. 140-143.

2. Евстафьева И.А. Особенности реагирования системы кровообращения подростков на физическую нагрузку в зависимости от содержания биоэлементов в организме / И.А. Евстафьева, О.А. Решетняк, Е.В. Евстафьева, В.А. Гружевский, В.Ф. Гружевская // Ученые записки ТНУ - 2006 - Т.19.(58). - № 3. - С. 25-28. (Особистий внесок здобувача полягає у виконані пошуку літератури, формуванні баз даних, опрацюванні результатів, підготовці публікації до друку).

3. Гливенко А.В. Реактивность сердечно-сосудистой системы в зависимости от содержания токсических и эссенциальных элементов в организме у физически тренированных и нетренированных студентов / А.В. Гливенко, О.А. Решетняк, А.Я. Чегодарь // Ученые записки ТНУ. - 2006. - Т.19 (58). - №4. - С. 63-68. (Особистий внесок здобувача полягає у спільному із співавторами обстеженні серцево-судинної системи студентів-спортсменів та студентів, які не займаються спортом, формуванні баз даних, статистичному опрацюванні результатів, виконанні аналізу та узагальненню одержаних результатів, підготовці публікації до друку).

4. Решетняк О.А. Функциональное состояния системы гемодинамики у школьников в зависимости от содержания кадмия, кальция и калия в организме / О.А. Решетняк // Проблемы, достижения и перспективы развития медико-биологических наук и практического здравоохранения. - Симферополь. - 2007. - Т. 143. - Ч. 1. - С. 102-104.

5. Решетняк О.А. Характеристика деятельности сердца физически тренированных и нетренированных студентов в зависимости от уровня содержания химических элементов в организме / О.А. Решетняк, И.А. Евстафьева, В.Ф. Гружевская, Е.В. Евстафьева // Ученые записки ТНУ. - 2008. - Т.21 (60). - №3. - С. 134-140. (Особистий внесок здобувача полягає у спільному із співавторами електрокардіографічому обстеженні діяльністі серця студентів-спортсменів та студентів, які не займаються спортом, формуванні баз даних, статистичному опрацюванні результатів, виконанні аналізу та узагальненню одержаних результатів, підготовці публікації до друку).

6. Гружевский В.А. Гемодинамическая функция стронция, кадмия и мышьяка у пятнадцатилетних подростков / В.А. Гружевский, И.А. Евстафьева, О.А. Решетняк // Динаміка наукових досліджень 2005: тези доп. VIII міжнарод. наук.-практ. конф., 20-30 червня 2005 р. - Дніпропетровськ. - Т. 6. - С. 3-4. (Особистий внесок здобувача полягає у виконані пошуку літератури, формуванні баз даних, опрацюванні результатів, підготовці публікації до друку).

7. Генотипические особенности адаптации сердечно-сосудистой системы студентов к физической нагрузке / [Чегодарь, О.Б. Мальцева, Е.Р. Нимец, А.В. Гливенко, Т.П. Кадырова, О.А. Решетняк] // Матеріали XVII зїзду Українського ...