официальный сайт
Ринада Султановича Минвалеева
ГЛАВНАЯ
НОВОСТИ
НАУЧНЫЕ РАБОТЫ
НАУЧНО-ПОПУЛЯРНЫЕ РАБОТЫ
УЧЕБНЫЕ ПРОГРАММЫ
ЭКСПЕДИЦИИ
ВИДЕОАРХИВ
ГОСТЕВАЯ
ОБРАТНАЯ СВЯЗЬ

НАУЧНЫЕ РАБОТЫ

Научные работы » К теории управления человеческим организмом » НОВЫЙ МЕТОД КОЛИЧЕСТВЕННОЙ ОЦЕНКИ ДИНАМИКИ ВЕГЕТАТИВНОГО ОБЕСПЕЧЕНИЯ ПРИ НАГРУЗОЧНЫХ ПРОБАХ
НОВЫЙ МЕТОД КОЛИЧЕСТВЕННОЙ ОЦЕНКИ ДИНАМИКИ ВЕГЕТАТИВНОГО ОБЕСПЕЧЕНИЯ ПРИ НАГРУЗОЧНЫХ ПРОБАХ

Опубликовано в Материалах Всероссийской научно-практической конференции «ФИЗИЧЕСКАЯ КУЛЬТУРА И СПОРТ В СИСТЕМЕ ОБРАЗОВАНИЯ РОССИИ:  ИННОВАЦИИ И ПЕРСПЕКТИВЫ РАЗВИТИЯ» 2-3 ноября 2016 года. СПб:"Золотое сечение", 2016, с. 114-121.

Минвалеев Р.С., Иванов А.И., Мамаева О.П.*, Павлова Н.Е*.
Санкт-Петербургский государственный университет, Санкт-Петербург
* Городская больница №40, Сестрорецк

Аннотация: В работе изложено применение нового метода количественной оценки вегетативного обеспечения деятельности на основе экспоненциальной аппроксимации изменений вегетативного индекса Кердо при выполнении стандартизированных нагрузочных проб. Применением нового метода установлено, что успешная акклиматизация к высоте связана со снижением симпатического ответа на стандартную нагрузку.

Ключевые слова: нагрузочные пробы, вегетативное обеспечение деятельности, экспоненциальная аппроксимация, вегетативный индекс Кердо.

NEW METHOD OF QUANTITATIVE EVALUATION IN AUTONOMIC CONTROL DURING STRESS TESTS

Minvaleev RS, Ivanov AI, Mamaeva OP *, Pavlova NE *.
Saint Petersburg State University, St. Petersburg
* City Hospital №40, Sestroretsk

Abstract: This paper describes the use of a new method for quantifying autonomic control of activities based on the exponential approximation changes vegetative index Kerdo when performing the standardized stress tests. The application of the new method has allowed to establish that the successful acclimatization to altitude is associated with decreased sympathetic response to the standard load.

Keywords: stress tests, autonomic control of activity, exponential approximation, vegetative index Kerdo.

Функциональные пробы с градиентно возрастающей нагрузкой (стресс-тесты) широко используются для диагностики нарушений деятельности сердца и сосудов [1,2]. Также нагрузочные тесты под эхокардиографическим контролем находят свое применение в объективном контроле тренировочного процесса спортсменов [3].

Особое место в изучении вегетативного обеспечения спортивной деятельноти человека занимают исследования симпато-вагусного баланса вегетативной нервной системы на основе расчетных показателей вариабельности сердечного ритма [4, 5, 6] К сожалению, исследования вариабельности сердечного ритма в основном выполняются в состоянии покоя, поскольку минимальная длина записи должна составлять от 200 до 1000 и более кардиоциклов в относительно стационарных условиях (от 2-5 минут до 24 часов) [7,8], что не позволяет адекватно оценивать динамику вегетативного контроля деятельности испытуемых в ответ, например, на возрастающую физическую нагрузку [9]. И даже в случае ультракоротких записей вариабельности сердечного ритма продолжительностью 1 минута, ее выполняют после одноминутной стабилизации [10], что также не позволяет обеспечить регистрацию динамики вегетативного контроля деятельности в режиме реального времени. Прочие методы количественной оценки автономной нервной системы также требуют продолжительного времени регистрации физиологических характеристик [11,12], и их применение для текущей оценки вегетативного контроля в момент выполнения физических упражнений не предусмотрено [13].

Тем не менее, мы поставили перед собой задачу оценить вегетативное обеспечение во время выполнения нагрузочных проб, используя почти забытый ныне вегетативный индекс Кердо [14] и методы математического моделирования [15].

В целях удобства покажем использование нового метода оценки вегетативного обеспечения деятельности на примере обследования участников международной научно-исследовательской экспедиции «Гималаи 2016». В данном случае мы выявили изменения симпатического тонуса в ответ на стандартную нагрузку до и после недельного пребывания в среднегорье на высотах от 2000 до 3700 м.

Методы

Стрессэхокардиографическая нагрузочная проба была выполнена на горизонтальном велоэргометре e-Bike EL&BP с помощью ультразвуковой системы экспертного класса Vivid E9 (General Electric, USA) до и после пребывания в среднегорье Гималаев на базе городской больницы №40 (г. Сестрорецк, Россия). Первое обследование было проведено 21.04.2016, второе – на следующий день после возвращения из Индии в Россию – 13.05.2016.

Ступенчато возрастающая нагрузка на горизонтальном велоэргометре выполнялась каждым испытуемым с градиентом через каждые 2 мин в 25 Вт, начиная с 50 Вт, до достижения субмаксимальной частоты сердечных сокращений (ЧСС), составляющей 85% от максимальной ЧСС, которую для каждого испытуемого вычисляли по общепринятой формуле (1)

ЧССmax = 220 – возраст (лет)                                                                             (1)

Во время пробы производилась непрерывная регистрация ЭКГ в 12 стандартных отведениях. Кроме того, на каждом этапе возрастающей нагрузки регистрировались верхнее и нижнее артериальное давление аускультативным методом по Короткову Н.С.

Вегетативный индекс Кердо

Поскольку на каждой ступени нагрузочной пробы регистрировались верхнее и нижнее артериальное давление, то для оценки изменений актуального вегетативного тонуса был использован вегетативный индекс Кердо [14], значения которого вычисляются применением выражения (2)

V=1-D/R                                                                                                   (2)

где D – диастолическое давление в мм рт.ст., R – частота сердечных сокращений в уд/мин, V – значение индекса Кердо. В целях удобства изложения мы удалили из формулы неинформативный коэффициент 100, который только усложняет последующую математическую обработку результатов измерений.

Известно, что при значениях V>0 актуальная вегетативная реактивность организма характеризуется как симпатикотония, при V<0 как парасимпатикотония, при V=0 как вегетативное равновесие, эутония.

Применимость индекса Кердо именно в таком виде для оценки текущего вегетативного тонуса спортсменов доказана нами в предыдущей работе [16].

Математическая обработка данных

Поскольку измерения вегетативного контроля деятельности были  выполнены в режиме реального времени, то стало возможным подобрать математическую модель (аналитическое выражение), описывающую изменения во времени вегетативного тонуса в ответ на стандартизированную нагрузочную пробу. Аппроксимация подходящим экспоненциальным выражением с последующей количественной оценкой вегетативного контроля деятельности, произведенной организмом испытуемых в ходе стандартизированных нагрузочных проб до и после пребывания в среднегорье, выполнена применением метода максимального правдоподобия Фишера. Для сравнения вегетативного контроля деятельности до и после пребывания в среднегорье вычисляли отношение площадей (интегралов) под найденными аппроксимирующими экспонентами на равном интервале времени. Пределы интегрирования задавали по меньшей продолжительности нагрузочной пробы (в секундах), то есть до пребывания в среднегорье.

Вычислительные операции и построения графических интерпретаций выполнены с помощью математических программ Origin 8.6 (c) и Derive 5.05 (c).

Результаты и их обсуждение

Результаты математической обработки данных стресс­эхокардиографических тестов до и после тренировок в условиях среднегорья представлены в таблицах 1 и 2

Таблица 1. Интегральная оценка вегетативного контроля деятельности при выполнении стандартизированной нагрузочной пробы до и после пребывания в среднегорье у испытуемого М.Р. (50).

1

2

3

4

5

6

Дата

 Время  в сек.

 Вегетативный  индекс Кердо

 Коэффициенты  аппроксимирующей  экспоненты вида
 V=A1-A2·e-kt

 Интегральная оценка    вегетативного контроля  до  (S1) и после (S2)    пребывания в  среднегорье   

 Отношение 
 S1/S2

21.04.2016

0

0,09

 

 

  S1=0552V(t)dt≈128,5

1,35

311

0,27

A1

0,27172

352

0,27

A2

0,18062

428

0,24

k

0,00831

437

0,25

Р

0,000047

505

0,29

 

 

552

0,28

 

 

13.05.2016

1

-0,29

 

 

 S2=0552V(t)dt≈95,5

106

0,14

A1

0,24008

224

0,19

A2

0,5362

349

0,19

k

0,01449

473

0,24

Р

0,0006

652

0,25

 

 

751

0,30

 

 

Из отчетов проведенной стрессэхокардиографической пробы были извлечены моменты времени (в сек), когда проводились точечные измерения артериального давления и сердечного ритма (в уд/мин), что позволило вычислить точечные оценки вегетативного индекса Кердо в реальном времени (столбцы 2 и 3 табл. 1.) Далее была выполнена экспоненциальная аппроксимация изменений во времени численных значений вегетативного индекса Кердо методом максимального правдоподобия (см. столбец 4 табл. 2, где P - значимость экспоненциальной модели по критерию Фишера-Снедекора). Графическая интерпретация найденных аппроксимирующих экспонент вегетативного контроля деятельности при выполнении испытуемым М.Р. стрессэхокардиографических проб до и после пребывания на высоте представлена на рис. 1.

Следующая вычислительная операция состояла в нахождении отношения площадей, полученных интегрированием найденных экспоненциальных выражений с пределами интегрирования от 0 до продолжительности нагрузочной пробы (552 секунды), выполненной до пребывания на высоте, а именно, 21.04.2016. (см. столбцы 5 и 6). Найденное отношение площадей – 1,35 – свидетельствует о том, что вегетативное обеспечение физической деятельности у испытуемого М.Р. после пребывания на высоте сдвинулось в сторону снижения симпатических влияний, а значит физиологическая цена нагрузки (эрготропная составляющая) уменьшилась. На рис. 1 снижение симпатического тонуса иллюстрируется тем, что экспонента, аппроксимирующая точечные оценки вегетативного контроля во время стандартизированных нагрузочных проб до пребывания на высоте, расположена выше, чем экспонента, аппроксимирующая результаты вегетативного контроля той же нагрузочной пробы после пребывания в горах.


Рис. 1. Графическая интерпретация вегетативного контроля деятельности при выполнении испытуемым М.Р. (50) нагрузочных проб до и после пребывания в среднегорье.
По оси абсцисс – время в секундах, по оси ординат – вегетативный индекс Кердо;
●         исходные значения вегетативного индекса Кердо, найденные в ходе выполнения нагрузочной пробы, до пребывания в среднегорье;
- - - -   аппроксимирующая экспонента вида V=A1-A2·e-kt до пребывания в среднегорье;
○         значения индекса Кердо, найденные в ходе выполнения нагрузочной пробы после пребывания среднегорье;
───   аппроксимирующая экспонента вида V=A1-A2·e-kt после пребывания в среднегорье

Аналогичные вычислительные операции, выполненные по результатам стресс-тестов у испытуемой А.И. (52 года), у которой на предварительном обследовании была выявлена гипертоническая реакция на нагрузку, дали отношение интегральных оценок вегетативного контроля равное 0,8, что означает повышение симпатического тонуса в ответ на стандартизированную нагрузку после пребывания на высоте. (Подробнее см. табл. 2 и соответствующий рис. 2). Иными словами мы не обнаружили снижения эрготропной составляющей в вегетативном обеспечении деятельности у испытуемой А.И. (52), хотя время достижения субмаксимальной ЧСС при выполнении стандартизированных стресс-тестов возросло как у испытуемого М.Р. (50) – с 552 до 751 секунд, так и у испытуемой А.И. (52) – с 312 до 459 секунд.

Таблица 2. Интегральная оценка вегетативного контроля деятельности при выполнении стандартизированной нагрузочной пробы до и после пребывания в среднегорье у испытуемой А.И. (52).

1

2

3

4

5

6

Дата

 Время  в сек.

 Вегетативный  индекс Кердо

 Коэффициенты  аппроксимирующей  экспоненты вида
 V=A1-A2·e-kt

 Интегральная оценка  вегетативного  контроля  до (S1) и  после (S2)  пребывания  в  среднегорье

 Отношение 
 S1/S2

21.04.2016

1

0,11

 

 

  S1=∫0312V(t)dt≈64,8

0,8

7

0,12

A1

0,21586

68

0,22

A2

0,1126

128

0,20

k

0,04391

174

0,24

Р

0,0000045

223

0,20

 

 

301

0,21

 

 

312

0,23

 

 

 

 

 

 

13.05.2016

1

0,07

 

 

 S2=∫0312V(t)dt≈79,8

67

0,25

A1

0,27674

189

0,29

A2

0,21381

221

0,25

k

0,03248

310

0,23

Р

0,000065

352

0,25

 

 

457

0,32

 

 

459

0,32

 

 


Рис. 2. Графическая интерпретация вегетативного контроля деятельности при выполнении испытуемой А.И. (52) нагрузочных проб до и после пребывания в среднегорье. Обозначения как на рис. 1.

Поскольку снижение симпатического тонуса означает снижение расхода энергии в единицу времени [17], то предлагаемый нами новый метод оценки изменения вегетативного обеспечения деятельности позволяет оценить эффективность проведенного тренировочного этапа, что в предельном выражении проявляется в феномене спортивной брадикардии, за которую отвечает автономный антагонист симпатических влияний – парасимпатический отдел вегетативной нервной системы.

Выводы:

  1. Количественная оценка вегетативного контроля деятельности во время выполнения упражнений может быть выполнена применением вегетативного индекса Кердо.
  2. Снижение симпатического тонуса в ответ на стандартизированную физическую нагрузку означает достижение тренировочного эффекта.

Аффилиация: Исследование выполнено за счет гранта Российского научного фонда (проект No14-50-00069), Санкт-Петербургский государственный университет.

Благодарность: Авторы выражает глубокую благодарность директору киностудии исторического фильма «Фараон» Ирине Владимировне Архиповой, организатору и вдохновителю международных научно-исследовательских экспедиций в Гималаи в рамках ее авторского проекта «В поисках утраченных знаний» (с), направленного на поддержку отечественной науки.

Литература

  1. Палеев Н.Р., Мравян С.Р., Гордиенко Б.В., Пронина В.П., Янковская М.О., Григорьева Н.М. Стресс-эхокардиография в оценке ишемической болезни сердца и некоронарогенных заболеваний миокарда // Альманах клинической медицины. 2000. №3, c.271-275.
  2. Перуцкий Д.Н., Макеева Т.И., Константинов С.Л. Возможности стресс-эхокардиографии в диагностике жизнеспособного миокарда у больных ишемической болезнью сердца // РФК. 2011. №3, c.334-341.
  3. Huonker M, König D, Keul J. Assessment of left ventricular dimensions and functions in athletes and sedentary subjects at rest and during exercise using echocardiography, Doppler sonography and radionuclide ventriculography. // Int J Sports Med. 1996 Vol.17 Suppl 3: pp. S173-179.
  4. Коломиец О.И., Быков Е.В. Вариабельность ритма сердца при адаптации к физическим нагрузкам различной направленности // Ученые записки университета Лесгафта. 2014. №12 (118) С.98-103.
  5. Aubert A.E., Seps B., Beckers F. Heart rate variability in athletes.// Sports Med. 2003;Vol.33, №12, pp:889-919.
  6. Dong J.G. The role of heart rate variability in sports physiology. // Exp Ther Med. 2016 Vol. 11, №5, pp:1531-1536.
  7. Рябыкина Г.В., Соболев А.В. Вариабельность ритма сердца. Монография. М.: «Оверлей», 2001. – 200 с.
  8. Heart rate variability: standards of measurement, physiological interpretation and clinical use. Task Force of the European Society of Cardiology and the North American Society of Pacing and Electrophysiology. // Circulation. 1996, Vol. 93, №5, pp: 1043-1065.
  9. Casadei B., Cochrane S., Johnston J., Conway J., Sleight P. Pitfalls in the interpretation of spectral analysis of the heart rate variability during exercise in humans. Acta Physiol Scand. 1995 Feb;153(2) pp:125-31.
  10. Nakamura FY, Flatt AA,Pereira LA, Ramirez‑Campillo R, Loturco I and Esco MR: Ultra‑Short‑Term Heart Rate Variability is Sensitive to Training Effects in Team Sports Players // J Sports Sci Med 2015, Vol. 14, pp: 602‑605.
  11. Jaradeh S.S., Prieto T.E. Evaluation of the autonomic nervous system. // Phys Med Rehabil Clin N Am. 2003, Vol.14, №2, pp:287-305.
  12. Low P.A. Laboratory evaluation of autonomic function.// Suppl Clin Neurophysiol. 2004; Vol.57, pp: 358-68.
  13. Novak P. Quantitative autonomic testing. // J Vis Exp. 2011, Vol.53,  pii: 2502.
  14. Kérdö I. Ein aus Daten der Blutzirkulation kalkulierter Index zur Beurteilung der vegetativen Tonuslage. Acta Neuroveg (Wien). 1966;29(2):250-68. – имеется перевод: Кердо И. Индекс для оценки вегетативного тонуса, вычисляемый из данных кровообращения / Пер. с нем. Минвалеева Р.С. // Спортивна Медицина (Украина), 2009, №1-2. - с. 33-44.
  15. Хутиев Т.В., Антамонов Ю.Г., Котова А.Б., Пустовойт О.Г. Управление физическим состоянием организма. Тренирующая терапия. - М.: Медицина, 1991. - 256 с., ил.
  16. Намозова С.Ш., Хуббиев Ш.З., Минвалеев Р.С., Шадрин Л.В. Мониторинг функионального состояния членов сборных команд в системе педагогического управления студенческим спортом: отбор значимых критериев // Теория и практика физической культуры, 2016, №4 – с.20-22.
  17. Дёмин А.В., Иванов А.И., Малый А.В., Орлов О.И. Методическое пособие по математической физиологии. Количественная оценка вегетативных энерготрат и восстановления человека. Часть1. М.: Фирма «Слово». 2012. – 20 с. 

 


Файлы для скачивания:


29.05.2019
Экспедиция "Соловки-2019"
Успейте записаться в Международную научно-исследовательскую
ЭКСПЕДИЦИЮ "СОЛОВКИ-2019"! 💥 ОСТАЛОСЬ ВСЕГО 2 МЕСТА!
Подробно: vk.com/event116780203
С 13 по 21 июля 2019 г. на островах Соловецкого архипелага (Белое море), состоится научно-исследовательская экспедиция и уникальный практический семинар из цикла «ТРАДИЦИОННЫЕ СИСТЕМЫ ОЗДОРОВЛЕНИЯ», «ФИЗИОЛОГИЧЕСКИЕ АСПЕКТЫ ЙОГИ» и «ЙОГА ТУММО»!
😊 Занятия проводит профессор СПбГУ Ринад Султанович Минвалеев.
☎ Руководитель проекта – Ирина Архипова +7 (812) 944-40-37
25.01.2019
Интенсив-семинар Р.С.Минвалеева 24 февраля
24 февраля 2О19 г. пройдет семинар профессора СПбГУ Р.С. Минвалеева из цикла «Физиология Йоги» «Традиции весеннего оздоровления: Туммо и Аюрведа»!
Семинар посвящен рассмотрению тибетской йоги Туммо и индийской аюрведы с единых позиций современного естествознания и исследований традиционных систем оздоровления!
Адрес: СПб, ул. Куйбышева, 28 (центр "Агапе")
vk.com/topic-3273272_39331262
14.01.2019
Показ фильма ТУММО в РГО
Друзья!Приглашаем Вас 15 января в 18-3О на показ лучших фильмов Кинофестиваля «ЗОЛОТАЯ ВЕРШИНА» в штаб-квартиру Русского Географического Общества (пер. Гривцова, д. 10)
Будет показан фильм «ТУММО» Киностудии ФАРАОН
На встрече выступят профессор СПбГУ Р.С. Минвалеев и гендиректор киностудии исторического фильма ФАРАОН Ирина Архипова
Вход: бесплатно
© Минвалеев Ринад Султанович
Перепечатка материалов разрешена только с непосредственной ссылкой на http://www.tapasyoga.ru/