УДК 796.015.6:612.1
ФИЗИОЛОГИЧЕСКИЕ ОСОБЕННОСТИ СЕРДЕЧНО-СОСУДИСТОЙ СИСТЕМЫ У СПОРТСМЕНОВ ПОД ВЛИЯНИЕМ ФИЗИЧЕСКОЙ НАГРУЗКИ РАЗЛИЧНОЙ ИНТЕНСИВНОСТИ
                      З.В. Соломенная 1, И.И. Пугачева 1, Ф.Ф. Соломенный 2
1Донецкий национальный университет экономики и торговли
имени  Михаила  Туган-Барановского
2 Донецкий национальный технический университет
г. Донецк (Украина)

Аннотация. Установлено, что физические нагрузки у спортсменов вызывают разные типы адаптационных реакций со стороны сердечно-сосудистой системы. Изучение физиологических закономерностей дает возможность разработать программируемые режимы нагрузок для поддержки более длительного оптимального типа адаптации с учетом ресурсосберегающих процессов.
Анотація. Встановлено, що фізичні навантаження у спортсменів викликають різні типи адаптаційних реакцій з боку серцево-судинної системи. Вивчення фізіологічних закономірностей дає можливість розробити програмовані режими навантажень для підтримки більш тривалого оптимального типу адаптації з урахуванням ресурсозберігаючих процесів.
 Summary. It is set that the physical loadings for sportsmen cause the different types of adaptation reactions from the side of the cardiovascular system. The study of physiological conformities to law is given by possibility to develop the programmable modes of loadings for support of more protracted optimum type of adaptation taking into account save resource processes.
 Ключевые слова: показатели гемодинамики, сердце, спорт, физическая нагрузка, сердечно-сосудистые заболевания.
 Ключові слова: показники гемодинаміки, серце, спорт, фізичне навантаження, серцево-судинні захворювання. 
 Key words: indexes of hemodynamics, heart, sport, physical loading, and cardiovascular system diseases.
Актуальность. Совершенствование методов оценки функциональной готовности к тренировочным нагрузкам и использование резервных возможностей организма – центральные проблемы научного обоснования тренировочного процесса.
Систематический контроль за структурно-функциональными особенностями спортивного сердца определяет качество спортивной подготовки. 
Все большее место занимают исследования возможных отрицательных изменений сердечнососудистой системы на рост спортивных достижений, и ставит перед спортивной медициной, в том числе и спортивной кардиологией новые задачи. Известно, что различные факторы, в том числе и нерациональная нагрузка, неправильной питание, физические упражнения на фоне очагов хронической инфекции, психологическое состояние, стресс, влияние окружающей среды могут привести к патологическим изменениям и нарушениям функций сердца спортсмена, что и обуславливает актуальность данного исследования [10].
Постановка проблемы. Анализ последних публикаций показал, что у физически подготовленных спортсменов 19-28 лет с ростом тела 180-215 см закономерно обнаруживаются определенные особенности функционирования кровообращения и внешнего дыхания, связанные с оптимизацией энергетического обеспечения организма человека, обладающего повышенным количеством биологически активных структур [6]. 
Переутомление непрерывно изменяет потребность организма в газообмене и питании миокарда, в соответствии, с чем изменяется работа сердечной деятельности. Использование таких показателей как непрямая оценка максимального потребления кислорода [1], велоэргометрический тест PWC170 [2], клиностатическая и ортостатическая пробы [5, 7], интегральный показатель функционального состояния по сердечному ритму [9] может помочь тренеру определить общую картину утомления или перенапряжения, но не степень изменений на клеточном и молекулярном уровне.
Ранние стадии хронического физического перенапряжения сердца предусматривает использование средств, которые по своему действию могут расцениваться как активизирующие синтез нуклеиновых кислот и белка, нормализующие электролитный баланс, обладающие адренолитическим действием [10], однако не всегда возможно контролировать «ответ» организма спортсмена на прием данных препаратов.
Сегодня все больше назревает необходимость найти более информативные показатели гомеостаза у спортсменов, при использовании которых возможен дифференциальный подход к коррекции нагрузки на сердечнососудистую систему и систему кровообращения. Восстановление систолической, диастолической функции миокарда при хроническом перенапряжении и сохранении показателей артериального давления (АД), частоты сердечных сокращений (ЧСС), центрального венозного давления (ЦВД), кислородного запроса органов и систем на оптимальном уровне, для обеспечения условий безопасного проведения спортивных соревнований с учетом ресурсосберегающих процессов.
Анализ последних исследований и публикаций. Механизмы формирования относительного циркуляторного нарушения при физической нагрузке, свидетельствуют о гипердинамическом типе кровообращения. Такие параметры как ударный индекс, сердечный индекс, общее периферическое сопротивление сосудов, соотношение максимальных скоростей раннего и познедиастолического наполнения левого желудочка E/А являются критериями адекватного контроля функционального состояния системы кровообращения, систолической  и диастолической функций [4]. 
Таким образом, определение выше указанных параметров является одной из важных задач, решение которой даст четкие критерии для нагрузки спортсменов.
 В работе показано, что изменения показателей крови при уменьшении напряжения кислорода и углекислого газа «invitro» у здоровых людей коррелируют с изменениями, вызванными, сердечно-сосудистыми заболеваниями. Описано возможное увеличение риска сердечнососудистых заболеваний в результате роста электромагнитного загрязнения окружающей среды. Объясняются случаи, когда лица молодого возраста, перенесшие крупноочаговый инфаркт миокарда не имели при патологоанатомическом исследовании атеросклероза и других органических поражений коронарных артерий сердца. Рассматриваются вероятные условия, связанные с поражением мелких артерий сердца, в которых атеросклероз не развивается, но нарушается микроциркуляция с развитием восходящего тромба. Спазм не пораженной атеросклерозом артерий сочетается с нарушениями в свертывающей и противосвертывающей системах крови.
Цель исследования. Определить характер гемодинамических изменений, таких как систолическое и диастолическое артериальное давление, скорость кровотока, степень насыщения кислорода в артериальной крови, потребление кислорода, минутный объем кровообращения у спортсменов занимающихся вольной борьбой при различных видах физической нагрузки.
Методы и организация исследования. Обследовали 39 здоровых спортсменов занимающихся вольной борьбой,  возрасте 19-35 лет, которые разделили на две группы. Контрольную группу составили 7 студентов- волонтеров. В первой группе проводили два вида  двухступенчатой велоэргометрической нагрузки – «большая» на уровне 75% и 100% от общего максимального потребления кислорода организмом (МПК) и «небольшая» нагрузка на уровне 35% и 45% от МПК. Длительность нагрузки  во времени составляла пять минут на каждой ступени со скоростью 60 оборотов в минуту, после чего следовал трехминутный отдых. Во второй группе проводили три вида двухступенчатой велоэргометрической нагрузки – «большую», «небольшую» и «среднюю» нагрузку мощностью 35% и 55% от МПК организмом. Длительность нагрузки по времени составляла три минуты на каждой ступени со скоростью 60 оборотов за одну минуту, после чего следовал отдых в течение пяти минут. Таким образом, моделировали «максимально/минимальный» режим физической нагрузки на сердечно-сосудистую систему в первой группе спортсменов и «нарастающий» режим физической нагрузки во второй группе спортсменов. У всех спортсменов  определяли частоту сердечных сокращений (ЧСС), систолическое (АДс), диастолическое (АДд), среднее (САД) артериальное давление, центральное венозное давление (ЦВД), эхокардиографическое исследование систолической функции левого желудочка проводили с помощью системы «ACUSON ASPEN USA». Исследовали ударный объем (УО), минутный объем кровотока (МОК), фракцию выброса (ФВ). По формулам рассчитывали показатели [8]:
1)	ударный индекс (УИ) = УО / S (м2), где S – площадь поверхности тела выражена в м2;
2)	сердечный индекс (СИ) = МОС / S (м2), где S – площадь поверхности тела выражена в м2;
3)	СДД – среднее динамическое давление, по формуле Хикема 
СДД = диастолическое АД + (пульсовое АД / 3)                                                   (1)
Определение гемоглобина (Нb) проводили гемиглобинцианидным методом с последующим колориметрированием при длине волны 500-560 нм (зеленый светофильтр) в кювете с толщиной слоя 10 мм против «холостой'» пробы воды.
Доставка кислорода (мл/мин×м2) рассчитывалась по формуле:
 (DO2) = СИ×(1,3×Нь×SaO2)×10                                                                      (2)
Потребление кислорода (мл/мин×м2) (VO2): 
VO2 = СИ×(1,3×Нь)×(SaO2-SvO2)×10                                                              (3)
Коэффициент утилизации кислорода (%) (КУO2) = VO2 / DO2×100, где СИ – сердечный индекс, Нь – гемоглобин в 100 мл, SaO2  – насыщение гемоглобина артериальной крови кислородом; SvO2  – насыщение гемоглобина венозной крови кислородом; 10 – коэффициент преобразования объемных процентов в мл/с [3]. Полученные данные подвергали статистической обработке путем расчета средних величин и t-критерия Стьюдента с использованием пакета прикладных программ «Microsoft Excel».
Результаты исследования и их обсуждение. При исследовании основных показателей гемодинамики в обеих группах спортсменов наблюдалась существенная разница между типом физической нагрузки и повышением активации, стресс-фактора (переактивации) сердечно-сосудистой системы и скоростью адаптации.
В таблице 1 приведены показатели гемодинамики спортсменов до физической нагрузки в сравнении со студентами не спортсменами. Установлен определенный параллелизм между экономичностью «спортивного сердца» и максимальной аэробной производительностью системы кровообращения, что свидетельствует об умеренной гипертрофии и дилатации.
Таблица 1
Показатели гемодинамики с указанием стандартных отклонений у спортсменов I и II групп в состоянии покоя в сравнении 
с контролем (Mm)
№ п/п	Показатели	Контроль	I группа	II группа	
1.	ЧСС, уд/мин	80±2	65,8±2,9*/**	55,4±1,9*/**	
2.	АДс, мм.рт.ст	108±2	102,8±3*	101,5±1,8*	
3.	АДд, мм.рт.ст.	67,3±1,2	63,7±1,86*/**	60,5±1,1*	
4.	САД, мм.рт.ст.	85,4±2,16	81,8±1,84*/**	76,6±1,9**	
5.	ЦВД, мм.вод.ст.	79,2±2,7	72,7±2,9*	74±3,1*	
6.	УО, мл	73,5±1	77,7±2,6**	79,1±1,84*/**	
7.	УИ, мл/м²	32,8±1,4	41,8±2,05**	39,6±0,82*	
8.	МОК, л/мин	5,3±0,5	6,67±0,31*	6,78±0,22**	
9.	СИ, л/мин/м²	3,15±0,5	3,07±0,27	3,01±0,11	
10.	ФВ, %	65±2,3	65,7±0.69**	66,9±0,77*/**	
11.	ОПСС, дин/с*см^-5	1850±95,8	1000,8±37,1*/**	1023,1±41,9*/**	
12.	Пик Е, мл/с	0,62±0,05	0,57±0,028*/**	0,52±0,01*	
13.	Пик А, мл/с	0,35±0,02	0,29±0,03*/**	0,26±0,01*/**	
14.	Е/А	1,55±0,2	1,2±0,06*	1,1±0,03*	
15.	IVRT, мс	72,5±2,5	73,8±2,34	72,9±0,67	
16.	Доставка О2, мл/мин	625,8±15,1	931,8±55,8*	990,8±25,6*	
17.	Потребление О2, мл/мин	137,87±3,6	266,6±20,4*/**	204,4±15,4*/**	
18.	КУ О2, %	27,5±2,1	55,1±5,2*/**	41,1±1,27*/**	
19.	рН (в)	7,38±0,005	7,32±0,002**	7,33±0,004*/**	
20	рО2(в), мм.рт.ст.	39,3±0,9	43,6±0,66*/**	41,4±0,78*/**	
21.	рСО2, мм.рт.ст.	40,5±2,1	42,1±0,91	42,2±0.64	
22.	ВЕ, ммоль/л	0±2,5	0,1±0,34*	0,1±0.37*	
23.	Sat О2, %	72,5±2,5	76,5±2,1*/**	74,9±1.5*/**	
*- имеется достоверная разница ( р < 0,05) с контролем,
** - достоверная межгрупповая разница ( р < 0,05)

Наблюдаемые изменения значительно расширяют адаптационные возможности и функциональный резерв, что позволяет легко переносить различные физические нагрузки.
При эхокардиографическом исследовании систолической функции левого желудочка (табл. 2.) после физической нагрузки в обеих группах наблюдается, разница в сравнении с состоянием покоя, ударный объем (УО) выше на 62,6(79,8%) в первой группе и 76,6(97,7%) во второй группе. При постепенно нарастающей нагрузке увеличивается разрыв  между этим показателем у спортсменов обеих групп и сохраняется достоверная межгрупповая разница – первая группа 11,1(130,1%), вторая группа 38,8(343,6%). 

Таблица 2
Показатели гемодинамики с указанием стандартных отклонений у спортсменов I и II групп при проведении физической нагрузки в сравнении с контролем (M+m)
№ п/п	Показатели	Контроль	I группа	II группа	
1.	ЧСС, уд/мин	80±2	192,6±2,3*	209±2*/**	
2.	АДс, мм.рт.ст	108±2	158,2±2,74*	169,1±1,8*/**	
3.	АДд, мм.рт.ст.	67,3±1,2	117,3±1,66*	138,3±1*/**	
4.	САД, мм.рт.ст.	85,4±2,16	114,7±1,6*	124,8±1*/**	
5.	ЦВД, мм.вод.ст.	79,2±2,7	84,7±2,9**	93,7±4,4**	
6.	УО, мл	73,5±1	141±1,5**	155±1,8*/**	
7.	УИ, мл/м²	32,8±1,4	65,7±0,67*/**	75,1±0,85*/**	
8.	МОК, л/мин	5,3±0,5	23,25±0,17*/**	28,8±0,19*/**	
9.	СИ, л/мин/м²	3,15±0,5	6,62±0,07*/**	7,58±0,09*/**	
10.	ФВ, %	65±2,3	82±0,88*/**	90,3±0,84*/**	
11.	ОПСС, дин/с*см^-5	1850±95,8	977,2±33,4*/**	1187,2±30,7*/**	
12.	Пик Е, мл/с	0,62±0,05	0,93±0,02*/**	0,97±0,01*/**	
13.	Пик А, мл/с	0,35±0,02	0,57±0,04*/**	0,904±0,018*/**	
14.	Е/А	1,55±0,2	1,28±0,06	1,16±0,01*	
15.	IVRT, мс	72,5±2,5	90±2,5*/**	74,1±1,45*/**	
16.	Доставкка О2, мл/мин	625,8±15,1	965,3±21,7*/**	991,5±16,4*/**	
17.	Потребление О2, мл/мин	137,87±3,6	831,8±10,4*/**	854,5±6,1*/**	
18.	КУ О2, %	27,5±2,1	87,7±3,4*/**	71,2±0,95*/**	
19.	рН (в)	7,38±0,005	7,48±0,005**	7,4±0,004**	
20.	рО2(в), м.рт.ст.	39,3±0,9	26,5±1,9*/**	37,2±0,65*/**	
21.	рСО2, мм.рт.ст.	40,5±2,1	45,3±0,2**	48±0,54*/**	
22.	ВЕ, ммоль/л	0±2,5	0,5±0,44*/**	0,3±0,29**	
23.	Sat О2, %	72,5±2,5	74,1±2,97*/**	77±1*/**	
*- имеется достоверная разница ( р < 0,05) с контролем
** - достоверная межгрупповая разница ( р < 0,05)

Ударный индекс (УИ), как интегральный показатель систолической функции миокарда достоверно превышал контрольные значения: в покое в обеих группах  на 9,1(27,4%) в первой группе и на 6,8(20,7%) во второй, после физической нагрузки выше на 32,9(100 %) и на 42,3(128,9%) с достоверной межгрупповой разницей.
Минутный объем кровотока (МОК) в покое оказался достоверно выше контроля на 1,37(25,8%) в первой  и на 1,48(27,9%) второй группах. После нагрузки у спортсменов первой группы данный показатель увеличился на 17,95(338,7%) у второй на 23,5(443,4%).

Рисунок 1. Показатели гемодинамики в относительных единицах I и II групп спортсменов после физической нагрузки.

Сердечный индекс (СИ) при нагрузке был выше среднефизиологической величины на 3,58(117,8%) в первой и 4,54 (149,3%) во второй группе спортсменов, также отмечено увеличение межгрупповой разницы показателей. 
Фракция выброса (ФВ) у спортсменов выше на 15,7(23,7%) в первой и на 24(36,2%) во второй группе по сравнению с показателем среднефизиологической величины в состоянии покоя.
Повышение показателей УИ, МОК, СИ достоверно выше во второй группе спортсменов сочетается с низким уровнем общего периферического сосудистого сопротивления (ОПСС) в сравнении с первой группой спортсменов. Данный показатель в первой группе на 210(21,5%)  ниже, чем во второй группе спортсменов.
Пик Е в первой и во второй группе, на 70,6% выше после нагрузки в сравнении с состоянием покоя,  межгрупповая разница незначительна. Пик А у спортсменов обеих групп превышал среднефизиологические значение в 2,5 раза, на 0,313(121,8%) в первой группе и на 0,647 (251,8%)  во второй группе при физической нагрузке.
При анализе  IVRT (время изоволюмического расслабления левого желудочка) выявлена достоверная разница  в первой группе спортсменов на 16,65(22,7%), чего не наблюдалось у спортсменов второй группы, где данный показатель оставался  на уровне среднефизиологических значений. Потребление кислорода(О) превышало среднефизиологические значения в 2,5 раза в обеих группах. Коэффициент утилизации кислорода (КУО) после нагрузки в первой группе был достоверно выше на 39,6(82,5%), чем второй группе спортсменов, который составил 23,1(48,0%). Показатель рН достоверно отличалось от контроля только в первой  группе спортсменов, во второй группе существенно не изменился. 
Выводы. Изменение работы сердца при физических нагрузках различной интенсивности сопровождается увеличением венозного притока, который приводит к значительному  увеличению сердечного выброса. По результатам исследования максимальная физическая нагрузка на «спортивное сердце» наблюдается именно при «нарастающей» нагрузке, величина энергетических затрат в миокарде увеличивается в 120 раз по сравнению с состоянием покоя. Режим физической нагрузки «максимальная / минимальная» более оптимальный к коррекции нагрузки на сердечнососудистую систему и систему кровообращения спортсменов. Данные исследования позволяют сделать вывод, что характер реакции определяет величину сдвигов, их взаимосвязь и быстрота восстановления обусловлены характером и величиной нагрузки с одной стороны и уровнем готовности с другой. 
Перспективы дальнейших исследований. Дальнейшее изучение реакции сердечно-сосудистой системы у студентов-спортсменов на физическую нагрузку различной интенсивности.  
Литература
1.	Astrand P., O., Rodahl K. // Textbook of work physiology. N.Y.: McGraw-Hill. – 1970. – P.669.
2.	Brouha L., Craybiel A., Heath C.W. The step test: A simple method of measuring physical fitness for hard muscular work in adult men. // Rev. Canad., biol., 1943, v. 2. – Р.86-92.
3.	Marino Paul L. «The ICU Book», Philadelphia. – 1998. – P. 28-37. Geffrey S. Soble, MD «Doppler «diastology»: A new froist to study of sepsis». // Crit. Care  Med. 1998. – Vol.26, №11. – Р.1777-1778.
4.	Баевский P.M. Кибернетический анализ процессов управления сердечным ритмом. // В кн.: Актуальные проблемы физиологии и патологии кровообращения. – М.: Медицина, 1976. – С.161-175.
5.	Белецкий Ю.В., Горин Е.Н. Синусовая аритмия при ортоклиностатичесой проблеме в прогностической оценке временной регуляции кровообращения у спортсменов. // Теория и практика физической культуры, 1978. – № 12. – С.47-48.
6.	Белоцерковский З.Б.,  Любина В.Г. Сердечно-сосудистая система и физическая работоспособность у высокорослых юных спортсменов. // Физическая культура – Москва. – 2007.
7.	Горчакова Н.А., Гудивок Я.С, Гунина Л.М. и др. Фармакология спорта // Под редакцией С.А.Олейника. – К.: Олимп, л-ра, 2010. – С.640.
8.	Калокутский Л.И., Манелис Э.С. Аппаратура и методы клинического мониторинга. – Самара. – 2001. – С.68-82.
9.	Карпман В.Л., Белоцерковский З.Б. Тестирование в спортивной медицине. – М.: ФиС, 1991. – С.114.
10.	Марушко Ю.В.,  Гищак Т.В.,  Козловский В.А.. Состояние сердечно-сосудистой системы у спортсменов («спортивное сердце») // Спортивная медицина – 2008. – № 2. – С.22-43.