Особенности гетерохронии насосной функции сердца развивающегося организма

Размещено на http://www.allbest.ru//

Размещено на http://www.allbest.ru//

03.00.13 - Физиология

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени доктора биологических наук

Особенности гетерохронии насосной функции сердца развивающегося организма

Зиятдинова Альфия Исхаковна

КАЗАНЬ - 2009

Работа выполнена в Государственном образовательном учреждении высшего профессионального образования "Татарский государственный гуманитарно-педагогический университет" на кафедре медико-биологических основ физической культуры.

Научный консультант -

доктор биологических наук, профессор

Абзалов Ринат Абзалович

Официальные оппоненты:

доктор биологических наук, профессор Кошелев Владимир Борисович

доктор медицинских наук, профессор

Швалев Вадим Николаевич

Ведущая организация

Ульяновский государственный университет

Защита состоится "____"__________2009 года в ____часов на заседании диссертационного совета Д 212.078.02 при ГОУ ВПО "Татарский государственный гуманитарно-педагогический университет" по присуждению ученой степени доктора биологических наук по специальности 03.00.13 - физиология по адресу: 420021, г.Казань, ул.Татарстан, д.2.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ГОУ ВПО "Татарский государственный гуманитарно-педагогический университет" по адресу: 420021, г.Казань, ул.Татарстан, д.2.

Автореферат разослан "____" ____________ 2009 г.

Ученый секретарь

диссертационного совета,

доктор медицинских наук, профессор Т.Л.Зефиров

Общая характеристика работы

Актуальность исследования. Гетерохронность развития функциональных и физиологических систем является одним из свойств организма. Она проявляется уже в процессе эмбриогенеза в морфологическом и биохимическом развитии. Гетерохронность является особой закономерностью, характеризующейся неравномерным развертыванием наследственной информации (А.Н.Северцев 1939; П.К.Анохин, 1975; К.Шмид-Ниельсен, 1987) В процессе онтогенеза интенсивно развиваются и совершенствуются те органы и системы, которые обеспечивают организму в данный период жизни оптимальное функциональное состояние и интенсивное развитие (Г.Ситдиков, 1974; Р.А.Абзалов, 1986; К; Р.Р.Нигматуллина, 1999; Ю.С.Ванюшин, 2001; Н.А.Фомин, 2003; М.В.Шайхелисламова, 2008; E.I.Knudsen, 2004; M.H.Johnson, 2005; S.Van Cleave, M.S.Shall, 2006; C.Poo, J.S.Isaacson, 2007; Di Cristo et al., 2007; C.B.Yang et al., 2007; M.Tohmi et al., 2007; B.M.Hooks, C.Chen, 2007; F.Sengpiel, 2007; A.E.Czeizel et al., 2008; N.Meiri, 2008).

В развитии насосной функции сердца, особенно в условиях воздействия на организм различных двигательных режимов, а также экстракардиальной регуляции сердца, отчетливо выявляется гетерохрония (Р.А.Абзалов, 1985-2005; Т.Л.Зефиров с соавт., 1990, 1997; Р.Р.Нигматуллина, 1991-1999; Р.И.Гильмутдинова, 1991; И.Х.Вахитов, 1993).

Изменение физиологических систем в значительной степени обеспечивает адекватность адаптационных реакций растущего организма к биологическим и социальным факторам среды. Межсистемная гетерохрония сказывается на тех структурных преобразованиях, которые особенно необходимы развивающемуся организму в сенситивные периоды его развития (А.Я.Соколов, Л.И.Гречкина, 2004; G.N.Amzallag, 2004; S.E.Berger, K.E.Adolph, 2007). Одним из таких периодов развивающегося организма является подростковый возраст. У школьников под воздействием учебной и физической нагрузок изменяются показатели насосной функции сердца и нейро-гуморальные механизмы ее регуляции (М.В.Антропова с соавт., 2006; А.Л.Похачевский, 2007; Д.Б.Демин, Л.В.Поскотинова, 2008).

Показатели сердечного ритма находятся в тесной зависимости от пола, возраста и степени адаптации к условиям эндогенных и экзогенных факторов среды. Наибольшая чувствительность организма проявляется в период ускоренного развития системы кровообращения. При этих условиях меняется баланс парасимпатических и симпатических влияний на гемодинамику организма (Р.А.Абзалов, 1985; Т.Л.Зефиров, Н.В.Святова, 1997; И.А.Берсенева, 2000; В.Н.Швалев, 2001; Г.В.Кмить, 2004; А.Р.Сабирьянов, 2005). Развитие механизмов регуляции хронотропной реакции и инотропной функции сердца в онтогенезе происходит гетерохронно: сначала симпатические и парасимпатические воздействия наблюдаются в регуляции частоты сердцебиений и только в дальнейшем оказывают влияние на сократительные свойства миокарда.

У детей и подростков 7-16 лет активность симпато-адреналовой системы изменяется волнообразно, особенно в период полового созревания (А.Н.Шарапов, 2003; Ф.Г.Ситдиков с соавт., 2004; Ю.И.Строев, Л.П.Чурилов, 2004; И.Г.Андреева с соавт., 2005; М.В.Шайхелисламова с соавт., 2008; Y. Lebenthal et al., 2006). В литературе встречаются сведения, указывающие на различия в абсолютных величинах УОК и МОК в зависимости от пола, при этом в подростковом и юношеском возрасте они выше у мальчиков, чем у девочек (И.О.Тупицын, 1985, 2000; Г.Х.Самигуллин, 1988; А.В.Крылова, 1990; С.И.Русинова с соавт., 2004; Л.А.Гиренко с соавт., 2005).

При мышечной деятельности изменения ЧСС и УОК зависят от возраста и уровня тренированности детского организма (Р.А.Абзалов, 1989; Н.И.Шлык, 1991; Р.Р.Нигматуллина, 1999). В состоянии покоя у юных спортсменов на урежение ЧСС и темпы прироста УОК влияет возраст, в котором дети приобщаются к систематическим мышечным тренировкам, и направленность тренировочного процесса. На начальном этапе мышечных тренировок наблюдается флюктуация в изменениях ЧСС и УОК (Р.А.Абзалов, Ф.Г.Ситдиков 1998; Ю.С.Ванюшин, 2001).

Величина сердечного выброса зависит от многих факторов: мощности выполняемой нагрузки и степени тренированности, возраста, положения тела в пространстве при физической нагрузке (вертикальное или горизонтальное), работы руками или ногами (С.В.Хрущев, 1980; В.М.Король, В.Д.Сонькин, 1989; Л.Е.Любомирский с соавт., 1997; Ю.Эйдер, 1998; Е.П.Попечителев, А.В.Чащин, 2006).

Для оценки функционального состояния системы кровообращения и регуляторного влияния на нее вегетативной нервной системы используется функциональная проба (Л.И.Осадчий, 1982; Д.И.Жемайтите, 1989, 1997; И.А.Берсенева, 2000; Ф.Г.Гугова, 2002; Ю.С.Ванюшин, Ф.Г.Ситдиков, 2003; А.В.Певзнер с соавт., 2004; В.Н.Ким с соавт., 2006; Г.А.Батищева с соавт., 2006; Ж.А.Донина с соавт., 2006; Г.А.Фомина с соавт., 2008). При активной смене положения тела происходят компенсаторные реакции сердечно-сосудистой системы, направленные на преодоление сил гравитации и поддержание оптимального кровоснабжения организма. Активный переход тела в вертикальное положение проявляется в сдвигах фазовых характеристик сердечного цикла: удлиняется фаза изометрического сокращения, укорачиваются период изгнания крови из левого желудочка, механическая и общая систолы. Изучению деятельности сердца при смене положения тела в пространстве посвящены работы ряда авторов, но в них анализируются лишь отдельные показатели насосной функции сердца (К.Б.Тихонов, 1990; А.А.Рогов, 1995; Н.В.Исмагилова, 1997; К.И.Устинова с соавт., 2003, В.Б.Гервазиев, 2003-2005; В.В.Алешкевич, 2005; А.П.Исаев с соавт., 2005; А.Р.Киселев с соавт., 2005; И.А.Лебедева, В.В.Лапин, 2006; Б.И.Ткаченко с соавт., 2006; K.M.Bedawi et al., 1994; M.A.Frey et al., 1994; E.A.Nwosu et al., 1994; H.Rieckert, 1996).

Физическое состояние детей и подростков как основа физического здоровья изменяется непрерывно, волнообразно и гетерохронно. Результаты исследований ряда авторов показывают, что динамика физического развития и двигательной подготовленности, уровень физической работоспособности детей и подростков находятся в прямой зависимости от объема и характера регулярно выполняемых мышечных нагрузок (Г.И.Кассирский, 1990; М.В.Антропова с соавт., 1995; Н.И.Шлык, 1995; А.Т.Исхакова, 1997; В.К.Бальсевич, 2000; Ю.С.Ванюшин с соавт., 2000; Р.М.Васильева, 2000; Р.М.Хаматова, 2003; П.О.Астранд, И.В.Муравов, 2004; В.К.Петрова, 2004; Л.А.Гиренко с соавт., 2005; Л.Н.Игишева с соавт., 2006; В.Р.Кучма, 2006; В.Д.Сонькин, 2007). При этом виды нагрузок оказывают разное воздействие на насосную функцию сердца детей и подростков. В пубертатном периоде феномен гетерохронности проявляется в несовпадении периодов нарастания гемодинамических показателей УОК и МОК и показателей физической работоспособности (Д.П.Букреева, Р.М.Васильева, 2005). В этих условиях важным становится выполнение нормативно-тестовых заданий по программе физической культуры в общеобразовательных учреждениях различного типа и определение двигательной подготовленности школьников.

Изучение насосной функции сердца при мышечных тренировках имеет важное значение в детском спорте. В спортивной деятельности детей и подростков необходим учет индивидуальных особенностей организма, а также проявление гетерохронности в развитии двигательных способностей.

Однако специальных исследований, посвященных изучению гетерохронии насосной функции сердца детей и подростков, в литературе нами не выявленно. В связи с этим комплексное исследование гетерохронности показателей насосной функции сердца, амплитудно-временных характеристик дифференцированной реограммы и фазовой структуры сердечного цикла у детей и подростков 10-15-летнего возраста, имеющих различные учебные и физические нагрузки при активном переходе из положения лежа в положение сидя и стоя, позволяет в значительной мере оценить функциональное состояние организма в целом.

Все вышеизложенное определяет актуальность, теоретическое и практическое значение данного диссертационного исследования.

Цель работы: исследование возрастно-половых особенностей гетерохронии насосной функции сердца и механизмов ее регуляции развивающегося организма.

Задачи исследования:

1. Изучить особенности проявления гетерохронии показателей насосной функции сердца детей и подростков 10-15-летнего возраста в условиях относительного покоя и при выполнении функциональной нагрузки.

2. Определить амплитудно-временные показатели дифференцированной реограммы детей и подростков 10-15-летнего возраста при функциональной нагрузке с учетом гетерохронии.

3. Изучить влияние физической и учебной нагрузок на насосную функцию сердца детей и подростков 10-15 лет, обучающихся в школе и гимназии. насосный сердце гетерохрония нагрузка

4. Исследовать влияние двигательной подготовленности детей и подростков на гетерохроность развития физических качеств.

5. Изучить насосную функцию сердца подростков 13-15-летнего возраста, занимающихся спортом скоростно-силовой направленности, при выполнении функциональных нагрузок.

6. Выявить гетерохронность проявления адренергических и холинергических влияний на ЧСС, УОК и МОК растущего организма в условиях воздействия различных двигательных режимов.

Научная новизна исследования

Впервые в ходе комплексного исследования установлено, что при активной смене положения тела у девочек 10-15- летнего возраста наибольшие изменения в показателях ЧСС, УОК и МОК происходят при активном переходе из положения лежа в положение сидя, а у мальчиков - при активном переходе из положения сидя в положение стоя. У девочек 10-15-летнего возраста, по сравнению с мальчиками, впервые выявлены существенные изменения ЧСС, УОК и МОК, которые значимо реагируют в первые минуты смены положения тела. Сенситивным периодом для регуляции частоты сердечных сокращений у мальчиков и девочек является возраст 12-13 лет, когда происходит существенное урежение ЧСС. Выполнение систематических субмаксимальных аэробных физических нагрузок в данном возрасте способствует более значительному урежению частоты сердцебиений.

Выявлено, что значительное увеличение показателей УОК и МОК в условиях относительного покоя у мальчиков происходит более интенсивно в 12-13 лет, а у девочек в 14-15 лет.

Впервые установлена гетерохронность срочных реакций амплитудно-временных характеристик дифференцированной реограммы у детей и подростков 10-15-летнего возраста при активной смене положения тела. С возрастом выявлено уменьшение амплитудных характеристик дифференцированной реограммы в положении лежа, сидя и стоя как у мальчиков, так и у девочек. Наибольшее уменьшение амплитуд ДРГ определено у девочек в 12-13 лет, а у мальчиков - в 14-15 лет.

Показано, что изменение показателей насосной функции сердца при активной смене положения тела у учащихся школы и гимназии зависит от возраста, пола, физических и учебных нагрузок: в 10-11 лет они выше у гимназисток и школьников, в 14-15 лет - у школьниц и гимназистов.

Впервые определена гетерохронность в становлении двигательных способностей в зависимости от учебных нагрузок детей и подростков 10-15 лет. У школьниц прирост скоростно-силовых способностей наиболее выражен в 12-13 лет, у гимназисток - в 14-15 лет. Координационные способности у учащихся школы существенно возрастают в 12-13 лет, у учащихся гимназии - в 14-15 лет. Выносливость как один из показателей работоспособности у учащихся гимназии 10-13 лет выше, чем у школьников, но к 14-15-летнему возрасту у подростков гимназии данная способность существенно снижается.

У мальчиков, занимающихся спортом, в возрастном диапазоне от 13 до 15 лет реакция насосной функции сердца на мышечную нагрузку более выражена в 13-летнем возрасте, у школьников - в 15 лет. При этом, чем больше мощность мышечной нагрузки, тем значительнее рост ударного объема крови, минутного объема кровообращения и сердечного индекса.

При воздействии мышечных тренировок и гипокинезии у крысят выявлена гетерохронность регуляции хронотропной реакции и инотропной функции сердца. Брадикардия тренированности выявляется у животных в 30-дневном возрасте и связана со снижением адренергических и, как следствие, относительным повышением холинергических влияний на ЧСС. Увеличение УОК у тренированных крыс происходит в 70-дневном возрасте, что обусловлено ростом адренергических влияний. При мышечных тренировках у крыс хронотропная реакция проявляется раньше, чем инотропная. При гипокинезии, наоборот, в 30-дневном возрасте снижается УОК, а ЧСС увеличивается в 70-дневном возрасте вследствие повышения адренергических и снижения холинергических влияний.

Научно-практическая значимость

Полученные результаты исследования вносят существенный вклад в понимание особенностей становления насосной функции сердца у детей и подростков 10-15-летнего возраста. Установлен возраст, во время которого при функциональной нагрузке наиболее значимо изменяются систолический и сердечный выбросы крови, частота сердечных сокращений, систолическое артериальное давление, что отражает гетерохронность показателей насосной функции сердца в процессе индивидуального развития. Использование в исследовании дифференцированной реограммы дает большую информативность, позволяет анализировать показатели насосной функции сердца школьников в процессе их обучения. При достаточной информативности ДРГ может быть использована в тестировании контрольных нормативов на уроках физической культуры, а также в соревновательной деятельности детей и подростков. Выявленные сенситивные периоды по ЧСС и УОК позволят тренерам прогнозировать двигательные способности и прирост физической работоспособности в возрасте 10-15 лет с учетом их гетерохронности. Полученные нами результаты используются в лекционных материалах по физиологии физических упражнений, возрастной и общей физиологии, теории и методике физических упражнений.

Основные положения, выносимые на защиту

1. Проявление гетерохронии показателей насосной функции сердца, двигательных способностей развивающегося организма выявило их зависимость от возраста, пола, объема и интенсивности выполняемых физических и учебных нагрузок.

2. Амплитудно-временные характеристики дифференцированной реограммы, отражающие показатели насосной функции сердца и состояние сосудистого русла, зависят от пола, функциональной нагрузки и возраста детей и подростков.

3. Формирование брадикардии тренированности развивающегося организма под влиянием мышечных нагрузок проявляется раньше, чем увеличение ударного объема крови и минутного объема кровообращения.

Апробация работы. Результаты исследований докладывались на Всероссийской конференции "Проблемы адаптации растущего организма к физическим и умственным нагрузкам" (Казань, 1998); на Международной конференции "Теоретические основы физической культуры" (Казань, 1999); на Международной конференции по физиологии мышечной деятельности (Москва, 2000); на XVIII съезде Всероссийского физиологического общества им. И.П.Павлова (Казань, 2001); на Всероссийской научно-практической конференции "Пути повышения социальной значимости физической культуры и спорта" (Казань, 2002); на Всероссийской конференции, посвященной 100-летию со дня рождения О.Д.Курмаева "Нейрогуморальные механизмы регуляции сердца" (Казань, 2004); на XIX съезде Всероссийского физиологического общества им.И.П.Павлова (Екатеринбург, 2004); на Международной научной конференции "Физиология развития человека" (Москва, 2004); на I съезде физиологов СНГ (Дагомыс, 2005); на Всероссийской научной конференции "Физиология сердца" (Казань, 2005); на XIII Международном совещании и VI школе по эволюционной физиологии (Санкт-Петербург, 2006); на VIII Всероссийском научно-практическом симпозиуме "Растущий организм: адаптация к физической и умственной нагрузке" (Казань, 2006); на II Всероссийской научной конференции "Адаптация биологических систем к естественным и экстремальным факторам среды" (Челябинск, 2006); на XХ съезде Всероссийского физиологического общества им.И.П.Павлова (Москва, 2007); на V Всероссийской конференции с международным участием, посвященной 100-летию со дня рождения В.Н.Черниговского, "Механизмы функционирования висцеральных систем" (Санкт-Петербург, 2007); на IV Всероссийской школе-конференции по физиологии кровообращения (Москва, 2008).

Структура и объем диссертации

Диссертация объемом 372 страницы состоит из введения, двух глав обзора литературы, шести глав собственных исследований и их обсуждения, заключения и выводов. В работе имеется список литературы, содержащий 410 источников, из них 155 работ иностранных авторов. Диссертация иллюстрирована 116 рисунками и 55 таблицами.

Организация и методы исследования

Данное исследование выполнено в рамках комплексной региональной программы "Медико-психологический мониторинг здоровья школьников". В исследовании приняли участие 311 мальчиков и 315 девочек 10-15-летнего возраста, обучающихся в общеобразовательной школе №127, №150 и гимназии №6 г.Казани, которые расположены в одном административном экологически чистом районе города. Дети и подростки по состоянию здоровья входили в I и II группы.

Нами изучались показатели насосной функции сердца при активной смене положения тела, которая заключалась в последовательном переходе из положения лежа в положение сидя и стоя. Основные показатели фиксировались в течение одной минуты после 10 минутного пребывания в положении тела лежа. Затем испытуемый самостоятельно переходил в положение сидя и стоя. Определяли следующие показатели: частоту сердечных сокращений (ЧСС), ударный объем крови (УОК), артериальное давление (АД), минутный объем кровообращения (МОК), общее периферическое сопротивление сосудов (ОПСС), удельное периферическое сопротивление (УПС), сердечный индекс (СИ), давление наполнения левого желудочка (ДНЛЖ) по формуле: ДНЛЖ=26,76*С/A+ +11,47 (мм рт.ст.), где A - амплитуда систолической волны (Ом/с); С - амплитуда диастолической волны (Ом/с); минутную работу сердца (МРС) и индекс ударной работы левого желудочка (ИУР ЛЖ) по формуле: ИУР ЛЖ=ИМР ЛЖ*1000/ЧСС, где ИМР ЛЖ - индекс минутной работы левого желудочка. Использован метод тетраполярной грудной реографии (W.Kubicek et al., 1967). Данные регистрировались прибором "Реодин-500" с реоприставкой для компьютерного анализа РПЦ-01 ТУ 9442-002-00271802-95. При регистрации тетраполярной грудной реографии рассчитывали амплитудно-временные характеристики ДРГ у испытуемых при активной смене положения тела (Р.А.Абзалов, Р.Р.Нигматуллина, 1998).

Исследование вариабельности ритма сердца проведено по методике Р.М.Баевского, (1970-1984). Технической базой является прибор Поли-Спектр-8/ЕХ, программный анализ "Поли-Спектр". Характеристику показателей вариабельности ритма сердца проводили среди подростков 13-15-летнего возраста, имеющих различные учебные нагрузки и занимающихся футболом, в условиях относительного покоя и при выполнении функциональной нагрузки. Анализу подлежало 370 QRS комплексов в каждом исследовании. Ритм сердца регистрировали в течение 5 минут в положении тела лежа и 6 минут в положении стоя. Анализировали: частоту сердечных сокращений (ЧСС); вариационный размах (Дх); моду (Мо); (АМо) амплитуду моды; индекс напряжения (ИН); показатель активности регуляторных систем (ПАРС), показатели спектрального анализа (НF, LF, VLF, TP, RR, SDNN).

Для выявления особенностей насосной функции сердца при выполнении мышечных нагрузок использовали функциональную пробу PWC170 в модификации В.Л.Карпмана с соавт. (1988). Физические нагрузки выполнялись на велоэргометре мальчиками 13-15-летнего возраста, занимающимися футболом в ДЮСШ №13, и учащимися школы №150 г.Казани, количество испытуемых - 120 человек. Анализировались показатели ЧСС, УОК, МОК, СИ. Для определения развития двигательных способностей использовали нормативные "Президентские тесты" (1999 г.).

Для изучения особенностей становления механизмов регуляции показателей насосной функции сердца проведены эксперименты на 319 лабораторных крысах в возрасте 14, 21, 25, 28, 30, 32, 35, 40, 42, 49, 60, 65, 70 дней. Животных разделили на группы согласно возрастной периодизации (В.И.Махинько, В.Н.Никитин, 1975; И.А.Аршавский, 1982). Они находились в различных режимах двигательной активности (Р.А.Абзалов, 1985, 1987; Р.Р.Нигматуллина, 1999). Животных трех экспериментальных групп наркотизировали хлоралгидратом в дозе 40 мг/кг массы тела, применяли блокатор -адренорецепторов обзидан и блокатор М-холинорецепторов атропин. Препараты (атропин в дозе - 0,6 мг/кг массы тела, обзидан в дозе - 0,8 мг/кг массы тела) вводили через катетер в бедренную вену. Для анализа насосной функции сердца использован метод тетраполярной грудной реографии (Р.А.Абзалов, 1987; А.М.Бадаква, 1989; W.G.Kubicek et al., 1966, 1970). Использовали АЦП MacLab/4e фирмы AD Instruments, реограф 4РГ-2М. Анализ данных проведен с использованием программ Chart, Claris Works и IGOR Pro на компьютере Power Macintosh. Статистический анализ проведен в соответствии с общепринятыми методами вариационной статистики. Обработка данных проводилась согласно методам математической статистики с использованием пакета статанализа для MS Excel: использован корреляционный анализ по Пирсону, двухфакторный дисперсионный анализ по Р.Фишеру. Для оценки достоверности различия использовали стандартные значения t-критерия Стьюдента.

Результаты исследования и их обсуждение

Показатели насосной функции сердца детей и подростков

10- 15-летнего возраста при функциональной нагрузке

В ходе исследований нами выявлено, что в условиях относительного покоя ЧСС в исследуемых группах наиболее существенно урежается в 12-13 лет, то есть этот возраст является сенситивным для регуляции хронотропной реакции сердца. Урежение ЧСС не снижает эффективности кровообращения, а наоборот, расширяет диапазон функциональных возможностей сердца. Ударный и минутный объемы кровообращения в исследованных нами возрастах достигают наибольших величин у подростков 14-15-летнего возраста. У девочек 12-15-летнего возраста УОК достоверно выше, чем у девочек (табл.1). У мальчиков сердечный выброс существенно увеличивается в возрасте 12-13 лет, а у девочек это происходит к 14-15-летнему возрасту. В исследуемых группах существенное снижение сердечного индекса с возрастом выявлено в группе мальчиков с 3,18 л/(мин*м2) в 10-11 лет до 2,47 л/(мин*м2) в 14-15 лет. Кровоснабжение отдельных систем организма зависит от удельного периферического сопротивления сосудов (УПСС). У девочек значительный рост УПСС (28%) наблюдается в возрасте 12-13 лет, а у мальчиков - в 14-15-летнем возрасте.

Таблица 1

Показатели насосной функции сердца детей и подростков 10-15-летнего возраста в покое

Примечание: * - достоверность различий между показателями девочек и мальчиков данного возраста (р<0,05); # - достоверность различий по сравнению с предыдущим возрастом (р<0,05).

Давление наполнения левого желудочка (ДНЛЖ), которое зависит от амплитуды систолической и диастолической волн, с возрастом существенно не изменяется. Минутная работа сердца (МРС) у мальчиков к 14-15 годам увеличивается на 26%, тогда как в группе девочек она снижается на 10%. Общее периферическое сопротивление сосудов зависит от артериального давления и сердечного выброса, более выраженное его снижение выявлено у мальчиков. Артериальное давление с возрастом изменяется, причем в большей степени систолическое давление, которое у девочек в 14-15-летнем возрасте значительно выше, чем у мальчиков.

Для установления взаимосвязи между показателями насосной функции сердца проведен линейный корреляционный анализ. Выявлены сильные положительные корреляционные связи УОК с МОК, индексом ударной работы левого желудочка и минутной работой сердца у детей и подростков 10-15-летнего возраста. Эти показатели у детей данных возрастов независимо от пола тесно взаимосвязаны между собой. Однако коэффициент корреляции между другими показателями насосной функции сердца изменяется в зависимости от возраста и пола детей. Изменения ЧСС, УОК у детей и подростков связаны с воздействием различных факторов среды, при этом ЧСС в большей мере урежается в возрасте 12-13 лет. Интенсивный рост УОК в возрастном диапазоне 10-15 лет выявлен у мальчиков 12-13 лет, а у девочек 14-15 лет, т.е. наблюдается гетерохрония.

Для оценки особенностей насосной функции сердца применяются различные тестовые нагрузки. Наиболее изучены реакции частоты сердечных сокращений и артериального давления при переходе из положения тела лежа в положение сидя и стоя. Стандартные подходы предполагают определение реакции показателей кровообращения через 10 минут после перехода в соответствующее положение. Однако большую значимость имеют исследования срочных реакций насосной функции сердца, то есть те, которые происходят в первые минуты изменения положения тела.

Нами установлено, что наиболее существенное увеличение ЧСС, снижение УОК и МОК у девочек 10-15-летнего возраста происходит при активном переходе тела из положения лежа в положение сидя, а у мальчиков - при активном переходе из положения сидя в положение стоя (рис.1).

Функционирование сердца зависит от положения тела в пространстве, реакция ЧСС 12-13-летних школьников при переходе из положения лежа в положение сидя значительно меньше, чем в 10-11 лет. При переходе в положение стоя у 12-13-летних подростков происходит увеличение реакции ЧСС почти в два раза. Активный переход из положения сидя в положение стоя сопровождается более выраженной реакцией ЧСС, которая составила у мальчиков 16%, что в 2 раза больше, чем при переходе тела из положения лежа в положение сидя. Значительное снижение УОК (27%) и МОК (16%) при активном переходе из положения лежа в положение сидя у девочек выявлено в 12-13 лет. У мальчиков в 14-15 лет при переходе из положения сидя в положение стоя снижение УОК составило 37% и МОК 18%. Наиболее выраженное снижение СИ происходит при переходе из положения лежа в положение сидя независимо от половых различий.

Примечание: * - достоверность различий между девочками и мальчиками (р<0,05); # - достоверность различий при смене положения тела (р<0,05).

Рис.1. Реакция показателей насосной функции сердца детей и подростков при переходе из положения лежа в положение сидя (А) и в положение стоя (Б)

В положении лежа у детей и подростков 10-15 лет выявлен слабый отрицательный коэффициент корреляции ЧСС-УОК, который усиливается при смене положения тела, при этом в большей мере у мальчиков. В то же время более сильные положительные корреляционные связи установлены во всех исследуемых возрастах между УОК-МОК и СИ-МОК. Смена положения тела существенно не влияет на изменения корреляционных связей.

Следовательно, у детей и подростков 10-15 лет активная смена положения тела влияет на показатели насосной функции сердца гетерохронно: у девочек изменения ЧСС, УОК и МОК проявляются в первые минуты выполнения функциональной пробы, то есть реакция наступает раньше; в группе мальчиков данные изменения наблюдаются при активном переходе из положения сидя в положение стоя.

Амплитудно-временные характеристики дифференцированной реограммы детей и подростков при смене положения тела

В исследовании использован реографический метод, который широко используется во всем мире как методика оценки параметров центральной гемодинамики. Одной из наиболее распространенных методик является тетраполярная грудная реография по Кубичеку (W.Kubicek et al., 1967). Одновременно с основной реограммой регистрируется и первая производная, или дифференцированная реограмма (ДРГ). Она позволяет судить о сократительной функции сердечной мышцы и сосудистом тонусе.

В нашем исследовании впервые установлено, что амплитуда систолической и диастолической волн дифференцированной реограммы в положении лежа, сидя и стоя с возрастом снижается, наиболее выраженное уменьшение амплитуд ДРГ у девочек происходит в возрасте 12-13 лет, а у мальчиков позднее - в 14-15 лет, что, вероятно, обусловлено совершенствованием механизмов срочной адаптации насосной функции сердца на изменение положения тела с возрастом, которое происходит гетерохронно у мальчиков и девочек (рис.2).

У мальчиков с возрастом в положении лежа длительность интервалов времени быстрого (a) и медленного (b) изгнания крови дифференцированной реограммы увеличивается. Причем для интервалов (a), (b) существенные изменения происходят в 14-15 лет, интервал (d) равномерно увеличивается к 12-13 годам и к 14-15 годам. У девочек 12-13 лет происходит укорочение длительности интервала (b), длительность остальных интервалов не зависит от возраста девочек.

Установлено, что с возрастом не наблюдается выраженных изменений показателя a%, характеризующего длительность быстрого изгнания крови в положении лежа, сидя, стоя. В то же время показатель длительности медленного изгнания крови (b%) с возрастом увеличивается, однако значимым он является только у девочек с 10 до 15 лет в положении лежа и у мальчиков с 10 до 13 лет в положении сидя.

По мере роста и развития происходит увеличение длительности периода изгнания крови в положении лежа у мальчиков с 0,225 с в 10-11 лет до 0,247 с в 14-15 лет (p<0,001). Изменение данного показателя у девочек не является статистически достоверным. В положении сидя прирост длительности периода изгнания с возрастом менее выражен и является статистически достоверным только у мальчиков. Данная особенность изменения периода изгнания крови с возрастом сохраняется и в положении стоя. С 10 до 15 лет наблюдается увеличение длительности периода изгнания крови у мальчиков c 0,197 c до 0,214 с (p<0,001). Различия по длительности периода изгнания крови, а% и b% между исследуемыми группами становятся статистически значимыми только в положении стоя.

Рис.2. Влияние изменения положения тела детей и подростков на амплитуду систолической (А) и диастолической (С) волн

Таким образом, при анализе амплитудно-временных характеристик ДРГ, которые отражают состояние тонуса сосудов, нами выявлена гетерохронность показателей амплитуды систолической и диастолической волн. Снижение данных величин при функциональных нагрузках обусловлено возрастом и полом испытуемых. У девочек амплитуды ДРГ в покое выше, а при активной смене положения тела их снижение наступает раньше, чем у мальчиков.

Изменение показателей насосной функции сердца при функциональной нагрузке у детей и подростков, обучающихся в школе и гимназии

Интенсивное обучение в образовательных учреждениях нового типа приводит к функциональному напряжению, переутомлению, снижению адаптивных возможностей организма, возникают проблемы, связанные со здоровьем подростков. В условиях относительного покоя лежа среди учащихся школы и гимназии 10-11-летнего возраста достоверной разницы по ЧСС не выявлено. У мальчиков 10-11 лет, обучающихся в гимназии и школе, при переходе из положения лежа в положение стоя происходит одинаковое увеличение ЧСС на 17%. Однако снижение УОК, МОК и СИ на 32%, 28% и 30% соответственно более выражено у школьников. Вместе с тем при смене положения тела наибольшее учащение ЧСС зафиксировано у гимназисток.

При активной смене положения тела у гимназисток в 10-11-летнем возрасте происходит наибольшее снижение УОК, МОК, сердечного индекса и давления наполнения левого желудочка на 40%, 24%, 35% и 9% соответственно. У школьниц реакция УОК, МОК, СИ и ДНЛЖ значительно меньше и составляет соответственно 18%, 2%, 5% и 7%. В 12-13 лет реакции исследованных показателей у девочек школы и гимназии примерно одинаковы, однако увеличение общего периферического сопротивления сосудов более выражено у гимназисток.

В 12-13-летнем возрасте у гимназистов реакция ЧСС повышается на 28% по сравнению с 24% у школьников (рис.3). Реакция УОК на смену положения тела одинакова в обеих группах и составляет 36%, однако снижение МОК, СИ и ДНЛЖ более значительно у школьников. В 14-15-летнем возрасте изменения ЧСС, сердечного индекса не имеют существенных различий у девочек школы и гимназии. При ортостатической пробе у школьниц происходит более значительное снижение УОК на 42%, МОК на 29%. Особенностью реагирования на смену положения тела у мальчиков 14-15 лет является значительное преобладание реакций у гимназистов по сравнению со школьниками. У гимназистов 14-15 лет ЧСС и ОПСС увеличиваются на 19% и 46% по сравнению со школьниками, у которых реакции составили 13% и 16% соответственно.

Следует особо отметить, что у учащихся гимназии 10-15-летнего возраста увеличение ОПСС при активной смене положения тела выражено в большей степени, чем у учащихся школы. У школьников 10-11 лет ОПСС в положении лежа на 82,75 дин*см/с-5 меньше, чем у гимназистов, та же тенденция наблюдается и в группе девочек. В 14-15-летнем возрасте переход в положение стоя вызвал увеличение ОПСС на 46% у учащихся гимназии обоего пола, тогда как в группе школьниц рост составил 12%, а среди школьников - 16% (рис.4).

Примечание: ¦ лежа ? стоя.

Рис.3. Показатели насосной функции сердца при активной смене

положения тела

Примечание: ¦ лежа ? стоя.

Рис.4. Показатели общего периферического сопротивления сосудов при активной смене положения тела

При изучении степени напряжения механизмов вегетативной регуляции используется вариабельность ритма сердца. В ходе исследований состояния вегетативного гомеостаза выявлено, что в 13 лет у 50% школьников преобладает ваготония и 67% гимназистов имеют нормотаническое состояние, при этом определены группы с симпатическим влиянием (13% и 11% соответственно). У школьников с 10 до 15 лет наблюдается преобладание высокого уровня функционирования физиологических систем, тогда как у гимназистов оно в два раза меньше. Оптимальные показатели активности регуляторных систем с возрастом увеличиваются, при этом у школьников 12-13 лет выраженное напряжение регуляторных систем составило 37%, у гимназистов - 11%. Данное состояние регуляторных систем к 14-15 годам у гимназистов возрастает в два раза, а у школьников снижается. Повышение влияния на организм симпато-адреналовой системы проявляется в состоянии выраженного напряжения регуляторных систем организма, тем самым снижаются адаптационные возможности организма. К 14-15-летнему возрасту уровень адаптационных возможностей подростков в условиях текущего функционального состояния возрастает, существенных различий между группами не выявлено. Функциональная нагрузка вызвала значительное напряжение регуляторных систем для гимназистов 12-13-летнего возраста, активная смена положения тела только для 38% школьников является незначительной нагрузкой. В 14-15-летнем возрасте в обеих исследуемых группах снижается доля напряженной реакции организма на функциональную нагрузку. В 14-15 лет у школьников и гимназистов ортостатическая проба вновь вызвала значительное напряжение регуляторных систем, причем у гимназистов в большей степени.

Сохранение здоровья школьников в процессе обучения является актуальной проблемой. В этих условиях систематические мышечные нагрузки позволяют организму школьников адаптироваться к изменяющимся факторам среды с меньшими энергозатратами. Физические нагрузки влияют на физическое развитие, темпы развития двигательных способностей детей и подростков, которые проявляются гетерохронно и обусловлены периодами ускоренного и замедленного развития. Основными двигательными качествами организма являются гибкость, сила, выносливость, быстрота и ловкость, которые изменяются с возрастом, зависят от степени мобилизации мышечных волокон, функционирования нервной, сердечно-сосудистой и дыхательной систем (С.П.Левушкин, С.И.Блинков, 2000; В.И.Волков, А.Н.Волков, 2004; В.Д.Сонькин, 2007).

В ходе исследований определялись корреляционные связи между показателями насосной функции сердца и двигательными способностями детей и подростков. Развитие скоростно-силовых способностей более выражено у школьниц в 12-13 лет, у гимназисток - в 14-15 лет. У девочек школы выявлены положительные корреляционные связи показателей скоростно-силовых способностей с ОПСС и СИ, которые устанавливаются раньше, то есть в 10-11 лет, а у мальчиков - только к 14-15-летнему возрасту. Координационные способности у учащихся школы проявляются в 12-13-летнем возрасте, а у учащихся гимназии в 14-15 лет. Данные способности у школьниц 10-11 лет значительно коррелируют с ОПСС и сохраняются до 14-15 лет на уровне среднего коэффициента корреляции, тогда как в группе мальчиков с возрастом наблюдается снижение коэффициента корреляции с ф=0,82 до ф=0,14. При этом у школьниц с 10 до 13 лет эти корреляционные связи уменьшаются, а у гимназисток с возрастом наблюдается их усиление. У мальчиков гимназии установлена корреляционная связь координационных способностей с СИ в 10-11 лет, а у девочек - в 12-13 лет. Наибольшее развитие выносливости как показателя работоспособности отмечено у школьников в 12-13 лет, а у школьниц - в 14-15-лет. Показатели выносливости коррелирует с УОК, МОК, СИ в большей степени у учащихся гимназии: у мальчиков в 10-11-летнем возрасте, а у девочек - в 14-15 лет. У школьниц средний коэффициент корреляции по этим показателям установлен в 13 лет, а у школьников выявлены низкие корреляционные связи.

Таким образом, в показателях гемодинамики в условиях относительного покоя между учащимися школы и гимназии в ходе исследований достоверных различий нами не выявлено. Однако активная смена положения тела вызывает большее напряжение функциональных систем у гимназистов. Это можно расценить как низкую адаптированность их организма к физическим нагрузкам. При активной смене положения тела в показателях насосной функции сердца, в развитии двигательных способностей нами установлена гетерохронность, которая обусловлена возрастом, полом и разными учебными нагрузками.

Насосная функция сердца подростков 13-15 лет, занимающихся спортом, при выполнении функциональных нагрузок

Для определения функциональных возможностей организма подростков использовалась дозированная мышечная нагрузка, выполняемая на велоэргометре, а также ортостатическая проба. Экспериментальную группу составили подростки, занимающиеся футболом в ДЮСШ №13 г.Казани, контрольную - школьники, не занимающиеся спортом, посещающие урок физической культуры 2 раза в неделю.

Определение и изучение ЧСС является обязательным компонентом при оценке деятельности сердца и степени его адаптации к мышечной работе. Степень увеличения ЧСС является мерой нагрузки для организма, так как она повышается соразмерно величине мощности выполняемой работы. При выполнении первой мышечной нагрузки в исследуемых группах мощность рассчитывалась с учетом массы тела. Частота сердечных сокращений в конце первой мышечной нагрузки у футболистов 13 лет увеличилась по сравнению с исходными данными на 37,44 уд/мин, в то же время у не занимающихся спортом - на 69,70 уд/мин.

После 1-ой нагрузки наибольшее учащение ЧСС (81%) выявлено у 13-летних мальчиков, не занимающихся спортом. В 14- и 15-летнем возрасте наблюдается снижение прироста ЧСС в конце 1-ой мышечной нагрузки, при этом данные контрольной группы выше, чем экспериментальной (табл.2). По нашим данным, в положении сидя на велоэргометре до второй нагрузки выявлено снижение ЧСС до исходных величин во всех исследуемых группах.

При выполнении второй мышечной нагрузки мощность определялась в зависимости от 1-ой и показателей ЧСС. Реакция ЧСС на вторую мышечную нагрузку в экспериментальной группе более значимо проявляется в 14 лет. При этом разница между исходными показателями ЧСС и второй мышечной нагрузкой в этом возрасте составила 117%. В контрольной группе данные изменения ЧСС (115%) более значительны в 15-летнем возрасте.

Начальное состояние организма во многом определяет характер последующих его реакций, такая зависимость в биологии и медицине носит название "закона исходного значения", когда высокая исходная активность сказывается в дальнейшем на показателях хронотропной реакции сердца, что мы и наблюдали в своих исследованиях. Высокие показатели ЧСС у данной группы могут быть обусловлены наличием исходной симпатикотонии.

В абсолютных показателях УОК у футболистов 13-15 лет выявлены достоверные различия. Влияние первой нагрузки на рост УОК в большей степени проявляется в 15-летнем возрасте у мальчиков, не занимающихся спортом. В группе футболистов наибольшие изменения систолического выброса отмечены в 13 лет. Реакция УОК на вторую нагрузку у подростков, занимающихся футболом, тем выше, чем моложе организм, что может быть связано с развитием физиологической дилатации желудочков сердца, при этом возрастает резервный объем крови (С.Н.Вадзюк с соавт., 2003).

В конце второй физической нагрузки показатели МОК у мальчиков 13 лет, не занимающихся спортом, равны 11,80±0,14 л/мин, это на 7,65 л/мин больше исходных величин. У футболистов данные изменения сердечного выброса крови составили 9,48 л/мин. Систематические мышечные тренировки при занятиях футболом позволили добиться существенных изменений показателей сердечного выброса, и в 15-летнем возрасте разница по МОК между группами составила 4,04 л/мин. При выполнении первой мышечной нагрузки у 13-летних футболистов СИ увеличился на 2,43 л/мин*м2, при этом данный показатель у не занимающихся спортом меньше в 1,5 раза (р<0,001). С возрастом после первой нагрузки СИ достоверно снижается в экспериментальной группе, в контрольной группе данная тенденция выявлена у мальчиков в 15-летнем возрасте. В исследуемых группах более существенный рост СИ зафиксирован после выполнения второй мышечной нагрузки.

По данным Л.Е.Любомирского с соавт. (1997), прирост гемодинамики в ответ на мышечные нагрузки становится отчетливым у детей и подростков к 13-14 годам. По нашим данным, реакция насосной функции сердца на мышечные нагрузки у занимающихся спортом более выражена в 13-летнем возрасте. В группе не занимающихся спортом значимые изменения ЧСС, УОК, МОК выявлены в 15-летнем возрасте. Занятия спортом способствуют экономной работе сердца, а также влияют на степень проявления гетерохронии насосной функции сердца.

В группе занимающихся спортом скоростно-силовой направленности в 13 лет по состоянию вегетативной регуляции сердечного ритма преобладает парасимпатическое влияние (67%). С возрастом оно снижается, и в 15 лет наблюдается сбалансированное влияние, то есть 50% подростков имеют нормотоническое и 50% ваготоническое состояние. В контрольной группе с возрастом выявлен рост парасимпатических влияний (с 50% до 67%).

При выполнении активной ортостатической пробы у подростков, занимающихся спортом, в возрасте 13 лет выявлено оптимальное состояние регуляторных систем. Увеличение ЧСС на функциональную нагрузку в экспериментальной группе с возрастом снижается, так в 13 лет прирост ЧСС составил 90%, а в 15 лет - 75%. В этих условиях у школьников 13 лет, не занимающихся спортом, функциональная нагрузка вызвала значительное напряжение регуляторных систем, что равно 63%. При этом выявлено, что 12% школьников в данном возрасте имеют умеренно сниженный уровень функционирования физиологических систем (УФФС). С возрастом адаптационные возможности организма незначительно снижены: в экспериментальной группе у 10% занимающихся футболом проявляется выраженное напряжение функциональных систем, в контрольной - в два раза больше. В тоже время у школьников 14 лет выявлено перенапряжение регуляторных систем, что обусловлено снижением уровня функционирования физиологических систем. Ортостатическая проба в этом возрасте у школьников не вызвала значительного напряжения регуляторных систем по сравнению с показателями в 13-летнем возрасте.

В 15-летнем возрасте высокий уровень УФСС в контрольной группе составил 67%, при этом количество школьников, имеющих сниженный уровень адаптации, возросло. У футболистов появляется группа подростков со сниженным уровнем адаптации (17%), но уровень функционирования физиологических систем остается высоким.

В ходе наших исследований установлено, что у подростков при выполнении мышечных нагрузок изменения показателей насосной функции сердца зависят от мощности выполняемой нагрузки. При этом, чем больше мощность нагрузки, тем отчетливее проявление гетерохронии.

Влияние мышечных нагрузок на регуляцию насосной функции сердца животных в постнатальном онтогенезе

Механизмы регуляции насосной функции сердца в нашей работе изучались на белых лабораторных крысах препубертатного и пубертатного периодов. Моделирование режимов двигательной активности животных осуществляли по методике Р.А.Абзалова (1985). Это мышечные тренировки плаванием, гипокинезия и неограниченная двигательная активность. М-холинорецепторы сердца блокировали атропином, в-адренорецепторы - обзиданом.

Выявлено, что чувствительным периодом для становления ЧСС и УОК в постнатальном онтогенезе крыс с 14- до 70-дневного возраста является возраст 30 дней. В этом возрасте у крыс различных двигательных режимов наблюдается самый высокий уровень среднесуточных приростов и абсолютных показателей ЧСС. С 30-дневного возраста у крыс наблюдается значительное увеличение среднесуточных приростов УОК. Ограничение двигательной активности к 30-дневному возрасту приводит к существенному снижению среднесуточного прироста УОК, а мышечные тренировки способствуют сохранению их высокого уровня. В период от 21 до 30 дней жизни крысят наряду с ростом ЧСС происходит и максимальное увеличение среднесуточных изменений ударного объема крови, отражающего инотропную функции сердца. В этот период учащение ЧСС стимулирует рост УОК, причиной этого может быть увеличение внутриклеточного кальция, вызванного высокой частотой сердцебиения. Однако эта зависимость проявляется только в условиях НДА и мышечных тренировок, а при гипокинезии рост ЧСС не сопровождается увеличением среднесуточных приростов УОК. Следовательно, это сенситивный период реагирования инотропной функции сердца к воздействию различных режимов двигательной активности. В ходе исследований нами проводился однофакторный дисперсионный анализ по Р.Фишеру, который определил, что тренировка животных оказывает большее влияние на ЧСС в возрасте 30-и 42-дней и составляет 95% и 94%. Степень воздействия мышечных нагрузок на УОК изменяется с возрастом. По результатам данного анализа, МОК имеет высокие показатели у 30-дневных крысят без учета тренировки, в последующие дни наблюдается снижение эффекта действия мышечных нагрузок. В то же время действие других факторов на изменение МОК увеличивается и в 70-дневном возрасте составляет 33%.