Одним из основных физиологических факторов, оказывающих значительное воздействие на состояние организма, является адекватная двигательная активность. Не случайно физическая культура и спорт являются в повседневной жизни как одно из условий, способствующих укреплению здоровья и повышению работоспособности. Под влиянием ежедневных занятий физическими упражнениями отмечаются существенные изменения сердечного ритма [1, 2]. Это отражает процесс становления новых взаимоотношений между симпатическим и парасимпатическим отделами вегетативной нервной системы, автономным и центральным контурами регуляции сердечного ритма [3, 5, 9]. Адаптационные возможности и уровень здоровья напрямую зависят от функциональных резервов организма.
Систематическая мышечная деятельность усиливает потенциальные возможности эндокринных желез, вызывает увеличение запасов гормонов, хотя уровень отдельных гормонов (тироксина, инсулина) в крови в состоянии покоя понижен [4]. При этом совершенствуются механизмы передачи действия гормонов, а также наблюдается увеличение количества вторичного передатчика – цАМФ (3,5-циклического аденозинмонофосфата) в мышцах, повышение чувствительности ферментов к передатчику либо рецепторов к гормонам, что способствует проявлению высокой физической работоспособности организма [5]. В ансамбле эндокринных желез на мышечную нагрузку первыми реагируют симпатоадреналовая и гипофизарно-надпочечниковая системы. Прямое и опосредованное действие на сердце оказывают практически все биологически активные вещества, содержащиеся в плазме крови. Такими веществами являются катехоламины, выделяемые мозговым веществом надпочечников – адреналин, норадреналин и дофамин [7]. Действие этих гормонов опосредуется B-адренорецепторами кардиомиоцитов, что и определяет конечный результат их влияния на миокард. Он аналогичен симпатической стимуляции и заключается в активации фермента аденилатциклазы и усилении синтеза циклического АМФ (3,5-циклического аденозинмонофосфата), с последующей активацией фосфорилазы и повышением уровня энергетического обмена. Такое действие на пейсмекерную ткань вызывает положительный хронотропный, а на клетки рабочего миокарда – положительный инотропный эффекты. Усиливающим инотропный эффект действием катехоламинов является повышение проницаемости мембран кардиомиоцитов к ионам кальция [3].
Действие других гормонов (глюкагон, йодсодержащие гормоны щитовидной железы) на миокард неспецифическое и реализуется опосредованно, например, через влияние на активность симпатоадреналовой системы. Положительное инотропное действие на сердце оказывают также гормоны коры надпочечников (кортикостероиды), вазопрессин и ангиотензин. Вместе с тем прямые положительные инотропные эффекты последних на сердце скрываются за их непрямыми эффектами, обусловленными повышением давления в аорте и увеличением объема циркулирующей крови [4].
На мышечную нагрузку одними из первых реагируют симпатоадреналовая и гипофизарно-надпочечниковая системы. При этом уровень гормонов надпочечников – глюкокортикоидов и минералокортикоидов – зависит от интенсивности, длительности физических нагрузок, а также от степени тренированности организма [7].
Альдостерон действует на клетки дистальных канальцев почек, усиливая реабсорбцию натрия в обмен на ионы калия или водорода. В присутствии высоких концентраций этого гормона основное количество оставшегося натрия реабсорбируется; если же концентрация альдостерона мала, натрий не реабсорбируется, а выводится с мочой в относительно больших количествах [4].
Показатели вариабельности сердечного ритма, уровня альдостерона, ионов калия и натрия в моче являются важной областью исследований, которая позволяет получить информацию об особенностях управления сердечным ритмом, степенью активности различных звеньев регуляторных механизмов и составить представление о выраженности общей адаптационной реакции организма на различные физические нагрузки [5].
В связи с вышесказанным целью работы явилось изучение вариабельности сердечного ритма и показателей электролитного состава и уровня альдостерона в моче у студентов-юношей с различным уровнем двигательной активности.
Задача исследований:
1. Изучение вариабельности кардиоинтервалов у юношей с различным уровнем двигательной активности.
2. Изучение уровня гормона альдостерон и минералов NA+ и K+ в моче у юношей с различным уровнем двигательной активности.
Материал и методы исследований
Исследования проводились в лаборатории кафедры «Биология и экология» Бирского филиала Башкирского государственного университета (БГУ). В исследованиях участвовали студенты, обучающиеся в БГУ.
Всего было обследовано 64 юноши-студента, обучающихся на факультете физической культуры (ФФК) и физико-математическом факультете (ФМФ) в возрасте 18–22 лет (1-й и 5-й курсы). Студенты, обучающиеся на ФФК (35 человек), вошли в группу с повышенной двигательной активностью, а юноши ФМФ (29 человек) – с обычной двигательной активностью.
Для оценки сердечного ритма использовали кардиограф «Диамант-К» и пакет компьютерных программ к нему «ARMA SOFT CARDIO» (ЗАО «Диамант», г. Санкт-Петербург). Анализу подвергались такие показатели, как частота сердечных сокращений (ЧСС, уд./мин), индекс напряжения (ИН, усл. ед), характеризующий централизацию управления сердечным ритмом и определяемый по формуле
ИН = АМо/2∙Мо∙dх,
где АМо – амплитуда моды (частота встречаемости Мо, выраженная в %); Мо – наиболее часто встречающиеся значения R-R-интервала; dх – вариационный размах.
Концентрацию ионов натрия и калия в моче определяли потенциометрическим методом при помощи ионоселективных электродов на анализаторе «Эксперт-001» (НПП «Эконикс – Эксперт», г. Москва). Для определения уровня гормона альдостерона в порционной моче использовали метод иммуноферментного анализа (анализатор «Униплан», ЗАО «ПИКОН», г. Москва) с помощью наборов реактивов (набор реагентов Aldosteron, direct (EIA-4128), DRG, Германия).
Полученные результаты статистически обработаны по программе электронных таблиц EXCEL в системе WINDOWS. Достоверность различий определяли с помощью стандартных значений t -критерия Стьюдента (Лакин, 1980; Автандилов, 1990; Реброва, 2002)
Результаты исследований и их обсуждение
Анализ результатов исследования показал, что у студентов, обучающихся на первом и пятом курсах разных факультетов, частота сердцебиений укладывается в рамки физиологической нормы. Однако, как на первом, так и на пятом курсах обучения частота сердечных сокращений у студентов ФФК была ниже, чем у их сверстников с ФМФ (таблица).
Систематические занятия физической культурой и спортом приводят к морфологическим изменениям, которые заключаются в физиологической дилатации и физиологической гипертрофии сердца. Физиологическая дилатация способствует увеличению в покое резервного объема крови. Благодаря физиологической гипертрофии мышцы сердца увеличивается сила сердечного сокращения. Функциональные особенности сердца у тренированного юноши характеризуются экономизацией работы сердца в покое и высокой его производительностью в процессе физической нагрузки (Брехман И.И.,1990).
Частота сердцебиений у студентов, обучающихся на физкультурном факультете, к 5 курсу снижается у 14 %, что говорит об экономизации работы сердечно-сосудистой системы, а у студентов факультета физики-математики остается на том же уровне. У 73 % студентов 1 курса факультета физической культуры и у 55 % студентов физико-математического факультета выявлено, что показатели ЧСС в покое соответствуют должным величинам, а к 5 курсу соответствие у 86 % (ФФК) и у 33 % (физико-математический факультет) студентов. Кроме того, у 27 % студентов 1 курса ФФК обнаруживается брадикардия, тогда как у студентов ФМФ она выявляется лишь у 9 % студентов. У 36 % студентов ФМФ отмечено учащенное сердцебиение. К 5 курсу брадикардия выявляется – у 14 % (ФФК) студентов, а у пятикурсников физико-математического факультета брадикардия не выявлена, наоборот, отмечается у 67 % студентов увеличение этого показателя.
У студентов ФФК к пятому курсу по средним показателям ЧСС наблюдается снижение данного показателя, тогда как у юношей ФМФ этот показатель практически не меняется.
Показатели функционального состояния организма студентов физкультурного (ФФК) и физико-математического (ФМФ) факультета
|
Показатели |
1 курс |
5 курс |
||
|
ФФК |
ФМФ |
ФФК |
ФМФ |
|
|
ЧСС, уд./мин |
80,88 ± 2,64 |
84,04 ± 2,49 |
75,01 ± 2,93 |
83,54 ± 3,81 |
|
ИН, у.е. |
244,23 ± 48,68 |
325,13 ± 84,56 |
211,29 ± 26,91 |
310,01 ± 94,70 |
|
Nа+, ммоль/л |
53,79 ± 3,78* |
71,10 ± 3,69 |
55,59 ± 2,79* |
71,44 ± 3,92 |
|
K+, ммоль/л |
31,68 ± 1,45* |
64,70 ± 2,8** |
34,69 ± 1,56 |
41,43 ± 3,79 |
|
альдостерон, пг/мл |
4,95 ± 0,32** |
5,46 ± 0,44** |
3,86 ± 0,31 |
4,18 ± 0,28 |
Примечание:
- * – различие между показателями студентов-сверстников разных факультетов статистически значимо (р < 0,05);
- ** – различие между показателями студентов 1 и 5 курсов одного факультета статистически значимо (р < 0,05).
Литературные данные свидетельствуют о том, что оценку состояния механизмов регуляции ритмом сердца можно осуществлять по величине индекса напряжения сердечного ритма [9]. Увеличение вариабельности сердечного ритма (ВСР) рассматривается как один из критериев возможности физиологической адаптации [2, 3]. Проведенная нами оценка индивидуальных значений ИН студентов-юношей показывает, что удовлетворительные механизмы регуляции сердечного ритма (ИН ниже 100 у.е. в покое) выявляются у 35 % обследованных первокурсников ФФК и 23 % ФМФ. Состояние напряжения механизмов адаптации сердца (ИН = 100–200 у.е.) характерно для 35 % студентов первого курса ФФК и 39 % ФМФ. Неудовлетворительная адаптация регуляторных механизмов (ИН = 200–600 у.е.) отмечается у 24 и 28 % юношей первого курса ФФК и ФМФ соответственно. Срыв механизмов адаптации (значения ИН более 600 усл.ед.) выявлен у 6 % юношей ФФК и у 10 % юношей ФМФ. К пятому курсу происходит уменьшение числа юношей с удовлетворительным состоянием механизмов регуляции ритма сердца (до 26 % юношей ФФК и 20 % юношей ФМФ). Среди пятикурсников ФФК срыв механизмов регуляторных систем адаптации не наблюдается. В целом роль центрального контура в регуляции ритма сердца у студентов как первого, так и пятого курсов ФМФ выражена больше, чем у сверстников ФФК, а у первокурсников, чем студентов пятого курса.
На вариабельность сердечного ритма, показатели центральной гемодинамики и состояние гомеостаза влияет гормон альдостерон, регулирующий минеральный обмен. Он избирательно стимулирует транспорт ионов Na+ и K+ в почках, слюнных, потовых железах и железах желудочно-кишечного тракта [4, 8].
Регуляция синтеза и секреции альдостерона осуществляется преимущественно ангиотензином – II, что дало основание считать альдостерон частью ренин-ангиотензин-альдостероновой системы (РААС), обеспечивающей регуляцию водно-солевого обмена и показателей гемодинамики [6, 7]. В покое у лиц, занимающихся регулярными физическими нагрузками, вагусный тонус преобладает над симпатическим [2]. Парасимпатические влияния на сердечный ритм приводят к увеличению калиевой проводимости клеточной мембраны и угнетению пейсмейкерного тока [8, 10]. При повышении функционального напряжения организма происходит возрастание активности симпатоадреналовой системы и минералокортикоидной активности надпочечников, что находит свое отражение в содержании ионов натрия и калия в биологических средах (слюна, моча) организма. У обследованных студентов ФФК уровень альдостерона, ионов натрия и калия в моче был ниже, чем у сверстников из ФМФ. У студентов пятого курса ФФК происходит незначительное повышение концентрации рассматриваемых электролитов в моче на фоне снижения уровня альдостерона мочи, тогда как у юношей ФМФ отмечаются снижение уровня альдостерона в моче, стабильность по натрию и достоверное уменьшение ионов калия.
Заключение
Таким образом, проведенные нами исследования свидетельствует о том, что имеются различия со стороны сердечно-сосудистой системы (ЧСС) и регуляции сердечным ритмом, а также содержанием альдостерона и ионов Na+ и K+ у студентов-юношей ФФК и физико-математического факультета, имеющих различный уровень двигательной активности. Студенты физкультурного факультета имеют большую двигательную активность, чем студенты-юноши контрольной группы, обучающиеся на физико-математическом факультете, за счет занятий физической культурой и спортом, что благоприятно сказывается на состоянии сердечно-сосудистой системы, на состоянии регуляторных систем организма и на состоянии гомеостаза. Поэтому показатели функционального состояния сердечно-сосудистой системы, вариабельность сердечного ритма студентов-юношей ФФК говорят об экономичной работе сердечно-сосудистой системы и о тренированности регуляторных механизмов управления сердечным ритмом, эндокринной системы, в частности, надпочечников.
Рецензенты:
Имильбаева Э.А., д.б.н., профессор кафедры лабораторной диагностики ИПО ГБОУ ВПО БГМУ Минздрава РФ, г. Уфа;
Кутлин Н.Г., д.б.н., профессор, зав. кафедрой биологии и экологии Бирского филиала БГУ, г. Бирск.
Работа поступила в редакцию 26.07.2013.