Реакция кардио-респираторной системы на физическую нагрузку
Субмаксимальные нагрузки вызывают значительные сдвиги со стороны обеспечивающих систем, чем и объясняется их информативность. Артериальное давление повышается до 180 мм.рт.ст. и более. Уже в первые секунды работы определяется выраженное учащение ритма сердца. Зубец Р увеличивается, зубец Т в начале работы несколько уменьшается и затем постепенно увеличивается. При хорошем функциональном состоянии после нагрузки наблюдаются укорочение интервалов RR, PQ и QТ, умеренное удлинение электрической систолы, умеренное повышение зубцов Р и Т, небольшое увеличение векторов QRS и Т, незначительное изменение вольтажа зубца R, сегмент ST на изолинии или на 0,6-1 см выше ее, но без деформации. Такая же направленность изменений, но при более выраженной степени сдвигов с их нарастанием от первой ко второй нагрузке, указывает на менее высокую функциональную готовность. Значительное учащение ритма (укорочение цикла RR до 0,7-0,5 с и менее), уплощение зубцов Р и Т, появление отрицательных либо, наоборот, высоких остроконечных зубцов Т, смещение сегмента ST более чем на 1-1,5 мм с изменением его формы, выраженное снижение вольтажа зубцов R, расхождение векторов QRS и Т более чем 80°, появление аритмии свидетельствуют о неадекватности нагрузки состоянию обследуемого, что может зависеть от перенапряжения либо снижения функции кровообращения в результате заболеваний и требует анализа (рис. 42).
Непосредственно после нагрузки изменяются и показатели фазового анализа сердечного цикла: может появиться синдром острого утомления миокарда, характеризующийся удлинением как периода изоволюмического сокращения, так и периода изгнания. Однако при адекватной реакции на нагрузку быстро наступает нормализация.
Электрические и гемодинамические показатели после субмаксимальной нагрузки у здоровых лиц нормализуются обычно в пределах от 10-15 до 30-40 мин в зависимости от функционального состояния обследуемого. Значительно более выражены и дольше сохраняются изменения при пробах (тестах) с максимальными нагрузками.
В.Л. Карпман (1988) предложил следующие ориентиры для подбора допустимой мощности и длительности нагрузок при определении МПК при тестировании.
На каждой ступеньке берут пробы выдыхаемого воздуха для определения потребления кислорода при данной мощности работы, записывают ЭКГ, определяют артериальное давление и проводят другие функциональные исследования в зависимости от задачи и контингента обследованных, что дает достаточную информацию о функциональном состоянии и резервных возможностях организма. МПК считается достигнутым, если, несмотря на увеличение нагрузки, оно больше не возрастает. У тренированных спортсменов это обычно наблюдается при нагрузке в пределах 1500-2000 кгм (150-350 кгм/кг); при этом суммарная мощность выполненной работы составляет 20 000-30 000 кгм.
МПК характеризует аэробную производительность организма. Величина МПК зависит от возраста (снижается в среднем на 10% за каждое десятилетие жизни), пола, уровня тренированности, массы тела, генетических свойств человека. У нетренированных МПК чаще всего находится в пределах 2,5-3,5 л/мин, или 60-80 мл/кг, в зависимости от специализации и уровня тренированности (табл. 36).
В.Л. Карпман (1988) для спортсменов-мужчин старше 18 лет в видах спорта, развивающих преимущественно выносливость, очень высокими показателями МПК считал более 78 мл/(мин/ кг), высокими – 68-78, низкими - 46-50 и очень низкими - менее 46 мл/ (мин/кг); для женщин - соответственно более 69, 60-69, 40-49 и менее 40 мл/(мин/кг). В спортивных играх и единоборстве эти величины составляют соответственно более 69, 60-68, 40-49 и менее 40 мл/(мин/кг) для мужчин и более 59, 52-59, 36-43 и менее 36 мл/(мин/кг) для женщин. У здоровых нетренированных лиц высокими можно считать показатели МПК 49-55 мл/ (мин/кг) у молодых мужчин (до 25 лет), 40-50 мл/(мин/кг) - в среднем возрасте, 35-43 мл/(мин/кг) - у лиц старше 55 лет. Для женщин молодого возраста высоким считают МПК 36-44 мл/ (мин/кг), низким – 24-30 мл/(мин/ кг), в 50-59 лет и старше - соответственно 27-32 и 16-24 мл/(мин/кг).
Таблица 36
Допустимые значения мощности и длительности работы на каждой ступени при велоэргометрических пробах возрастающей мощности лиц разного возроста, пола и уровня подготовленности
| Контингент | Возрастная группа | Пол | Нагрузка | |
| мощность, Вт | длительность, мин | |||
| Спортсмены | Юные | м+ж | 20-50 | 1-3 |
| Взрослые | м ж | 50-80 30-70 | 1-3 1-3 | |
| Практически здоровые и физически подготовленные люди | Юные лица молодого и зрелого возраста | м м ж | 15-30 20-60 15-50 | 1-3 1-3 1-3 |
| Пожилого возраста | м ж | 10-50 10-40 | 2-4 2-4 | |
| Практически здоровые с недостаточной подготовкой | Юные | м+ж | 10-25 | 2-4 |
| Молодые | м ж | 15-40 12-30 | 2-4 2-4 | |
| Люди зрелого возраста, пожилого | м ж | 10-25 10-20 | 3-4 3-4 |
По данным В.В. Городецкого (1983), большие величины МПК при одинаковой работе отражают меньшую экономичность энергообеспечения.
К тестам типа максимальных можно отнести и тесты на удержание критической или субкритической мощности нагрузки (Волков Н.И., 1966; Astrand P.O., Rodahl К., 1970), но они не нашли широкого распространения в практике врачебного контроля.
При оценке максимальных тестов следует учитывать, что наступление момента отказа во многом зависит от воли обследуемого. Объективными признаками отказа могут служить резкое изменение внешнего вида обследуемого (бледность, цианоз, одышка), появление жалоб на слабость, головокружение, боли в области сердца и правого подреберья, дыхательный коэффициент больше единицы, ЧСС более 200 уд/ мин, резкое повышение АД (более 230 мм.рт.ст.) или, наоборот, падение (110/120 мм.рт.ст.) артериального давления, увеличение концентрации лак-тата в крови до 14 ммоль и более, выраженный метаболический ацидоз (снижение рН до 7 и более) и изменения ЭКГ (так называемый фиксированный сегмент ST или его снижение более чем на 0,2 мм, инверсия зубца Т, нарушения ритма). Эти признаки служат прямыми показаниями к прекращению нагрузки. В связи с известной опасностью такой нагрузки для недостаточно подготовленных и больных людей проба может проводиться только врачом либо с его участием в случае отсутствия противопоказаний и при наличии необходимых средств первой помощи.
Сопоставление работоспособности (выполненной в тесте нагрузки) и приспособляемости (реакции), т.е. цены данной работы, достаточно полно характеризует функциональную подготовленность и состояние обследуемого. Даже высокая работоспособность при чрезмерном напряжении гемодинамики, выраженном метаболическом ацидозе, невысоком МПК и кислородном пульсе менее 20 мл на удар либо высоких показателях МПК при небольшом кислородном пульсе, инверсии зубцов Т либо появлении высоких (более 6-8 мм) остроконечных зубцов, снижении сегмента SТ более чем на 1,5 мм (особенно восходящей или корытообразной формы), снижении или резком возрастании вольтажа зубцов R, появлении различных видов нарушения ритма, особенно политопных и групповых экстрасистол, дискоординации функций свидетельствует о функциональном неблагополучии.
Неблагоприятными признаками надо также считать снижение содержания гемоглобина и эритроцитов при уменьшении средней гемоглобинизации эритроцитов, гиперлейкоцитоз с выраженным сдвигом лейкоцитарной формулы влево, падение концентрации лимфоцитов и эозинофилов, а также идентичные изменения при нарастающей лейкопении, продолжительное после нагрузки изолированное повышение гематокрита или снижение количества гемоглобина на фоне повышения числа ретикулоцитов, выраженное снижение содержания белка в крови (Макарова Г.А., 1990), резкие изменения минерального обмена, в частности падение содержания ионов калия, натрия, фосфатидов (Виру А.А. и др., 1963; Лайцберг Л.А., Калугина Г.Е., 1969; Воробьев А.В., Воробьева Э.И., 1980; Финогенов B.C., 1987, и др.), некомпенсированный метаболический ацидоз (рН в пределах 7-7,1), появление в моче белка (более 0,066 г/л) и форменных элементов, выраженное снижение ее плотности, ухудшение функции ЦНС и нервно-мышечного аппарата. Особенно неблагоприятны чрезмерное напряжение (в том числе дискоординация) функций и замедленное восстановление их при невысоких показателях работоспособности.
Высокая работоспособность даже при значительной (но адекватной) реакции гемодинамики, обмена и симпатоадреналового звена регуляции при нормальном течении процессов восстановления указывает на высокие функциональные возможности и способность организма к их мобилизации при предъявлении максимальных требований. Например, у высокотренированного бегуна на длинные дистанции при предельной мощности работы 2650 кгм/мин (310 кгм/кг) и МПК 78 л/кг ЧСС достигала 210 уд/мин, систолическое артериальное давление - 220 мм.рт.ст. при нулевом диастолическом, систолический объем увеличивался до 180 м, минутный - до 36 л/мин, наблюдались выраженные сдвиги на ПКГ и ЭКГ, но без нарушения ритма и деформации конечной части кривой, кислородный долг составлял 15 л, но уже к 2-й минуте после нагрузки в основном погашался, значительная часть лактата утилизировалась, гемодинамические сдвиги восстановились в пределах 25 мин. Существенной можно считать экономизацию кислородного пульса на субкритичном уровне.
Эффективность и устойчивость системы внешнего дыхания при максимальных нагрузках проявляются высокой аэробной мощностью: МПК 5-6 л/мин (70-80 мл/кг), минутный объем дыхания - 70-80 л, кислородный пульс - 25-30 мл на удар, высокий и устойчивый коэффициент использования кислорода и выделения СО2.
Важным показателем функционального состояния является и анаэробная производительность организма - его способность работать в бескислородном режиме, когда накапливаются недоокисленные продукты гликолиза (главным образом молочная кислота), что приводит к резким сдвигам во внутренней среде (снижение рН до 7,0 и более), и кислородный долг оплачивается после нагрузки. Эту сторону деятельности организма характеризуют величины кислородного долга, степень накопления молочной кислоты и способность к ее утилизации. После максимальных нагрузок концентрация лактата в крови увеличивается до 10-14 ммоль/с, а в ряде случаев даже до 16-20 ммоль/с.
Определенное значение придают порогу анаэробного обмена (ПАНО). Его устанавливают по уровню мощности работы, при котором изменения выбранного показателя (уровень лактата в крови, легочная вентиляция, артериальное давление и др.) достигают наибольшего значения. Считается, что чем выше уровень, тем выше работоспособность обследуемого. Обычно ПАНО определяют по вентиляционным показателям (Волков Н.И., 1975; Городецкий В.В., 1985, и др.) или по динамике содержания лактата. В.В. Городецкий считает величину ПАНО характеристикой степени экономичности обеспечения мышечной деятельности, снижение которой может служить ранним признаком перенапряжения.
Принято считать, что ПАНО соответствует увеличению лактата до 4 ммоль/л, в то время как верхняя граница аэробного энергообеспечения находится на более низком уровне содержания лактата (примерно 2 ммоль/л). Однако индивидуальные показатели ПАНО далеко не всегда совпадают с «критическим» уровнем лактата (Булнаева Г.И., 1987). Кроме того, динамическое определение содержания лактата в процессе работы затруднено, поэтому известным ориентиром могут служить Кио2 и Ксо2. С увеличением мощности нагрузки их величины снижаются. Чем больше устойчивость Кио2 и чем длительнее сохраняется его превышение над уровнем выделяемой углекислоты (КСО2), тем выше уровень функциональной подготовленности обследуемого. В последнее время высказываются сомнения в диагностическом значении ПАНО (Brooks G.T., 1985; Peronnet A., 1985; Rhodes E., Mckenzie P., 1986, и др.).
Между аэробной мощностью и временем ликвидации лактатной задолженности отмечена высокая корреляция. Чем быстрее ликвидируется задолженность, тем выше тренированность спортсмена (Voglaerer R., 1984; Davis R., 1985, и др.). Имеется, правда, и мнение о том, что уровень лактата в крови, превышающий лактатный порог, не обязательно свидетельствует об увеличении лактата в мышцах.
Кислородный долг у нетренированных мужчин обычно не превышает 110 мл/кг; у женщин он на 30-40% меньше. У лиц, тренированных преимущественно на выносливость, он может достигать 250-300 мл/кг, но чаще всего находится в пределах 100-200 мл/кг у мужчин и 60-120 мл/кг у женщин, в скоростносиловых и сложнокоординационных видах спорта – 100-150 мл/кг.
Высокой информативностью в оценке реакции организма на физические нагрузки и течения процессов восстановления обладают биохимические критерии, отражающие содержание в крови показателей углеводного, липидного и белкового обмена, кислотноосновного состояния (КОС), ферментной активности (Чибичьян Б.А., 1980; Чарнева А.А., 1986; Хныкина А.М., 1986; Удалов Ю.Ф., 1987; Близнец Н.И., 1987; Рогозкин В.А., 1988, и др.).
Преимущественный вклад различных видов метаболизма в энергообеспечение и степень мобилизации отражающих их показателей зависят от зоны мощности работы, уровня тренированности и индивидуальных особенностей обследуемого. При кратковременной работе наиболее выражены изменения КОС, содержания лактата и неорганического фосфора, при работе субмаксимальной мощности - также гликолиза, при длительной работе - анаэробного пути ресинтеза АТФ, содержания сахара в крови, НЭЖК, 11-оксикортикостероидов. Показательно также (особенно в начальном периоде нагрузки) содержание креатинина.
При максимальных нагрузках наблюдаются значительные сдвиги всех компонентов метаболизма: содержание глюкозы в крови может повыситься до 8-9 ммоль/л, лактата - до 12-17 и даже 18-20 ммоль/л, глицерина - до 0,3-0,4 ммоль/л, НЭЖК - до 2-3 ммоль/л, мочевины - до 3-14 ммоль/л; снижается содержание инсулина, накапливается мочевина, нарастание компенсированного метаболического ацидоза проявляется снижением рН крови до 7,1-7,15 (реже до 7-6,9) и изменением всех компонентов КОС.
Важнейшим фактором адаптации является состояние симпатоадреналовой системы и системы гипоталамус-гипофиз-кора надпочечников (ГГКН) (Кассиль Г.Н. и др., 1986, и др.). Активность симпатоадреналовой системы во время нагрузки повышается, что выражается в увеличении содержания в плазме катехоламинов (адреналин, норадреналин) и их предшественников (ДОФА) и весьма важно для обеспечения деятельности сердечно-сосудистой системы, терморегуляции, регуляции водного и минерального обмена. О функциональном состоянии ГГКН судят по выделению в моче кортикостероидов.
По данным Н.Н. Шарова и Г.А Шрей-берга (1987), оптимальный тип реакции системы ГГКН на нагрузку - увеличение выделения кортизона при относительно меньшем выделении 11-окси- и 17-дезоксикортикостероидов. Относительно более выраженное увеличение выделения последних менее благоприятно.
А.А. Чарыева (1987) отмечает высокую информативность критериев энерготранспортной роли креатинфосфатного механизма, углеводно-липидных взаимоотношений и гормональной регуляции с учетом содержания соматотропина, кортизола, глицерина и лактата, прирост которых после нагрузки коррелирует со спортивной работоспособностью.
В.В. Меньшиков и соавт. (1986) отмечают, что при неадекватной нагрузке и перенапряжении изменения содержания в плазме НЭЖК, лактата, глицерина и гуморально-гормональных звеньев регуляции рассогласовываются.
В.А. Рогозкин (1988) различает три группы реакций эндокринной системы при физических нагрузках: срочные реакции (изменение концентрации адреналина, норадреналина, кортизола, кортикотропина, тестостерона и эстрадиола), реакции умеренной интенсивности (повышение концентрации альдостерона, антидиуретического гормона, ренина, тироксина в течение длительного периода работы) и реакцию с отставленным эффектом, связанную с изменением концентрации инсулина, соматотропина и глюкагона. При нагрузках активность ферментов крови повышается.
Важным показателем функционального состояния является быстрота нормализации метаболизма в восстановительном периоде.
Таким образом, современная спортивная медицина располагает многочисленными критериями для оценки функционального статуса и возможностей организма в целом и отдельных звеньев, его адаптации к физическим нагрузкам.