Среднее динамическое давление и пульс – взаимосвязь при
advertisement
1 Среднее динамическое давление и пульс – взаимосвязь при анализе функционального состояния сердечно-сосудистой системы. Слугин В.И., Муха Ю.П., Слугина М.А. Данная работа является продолжением наших исследований, результаты которых были опубликованы в журнале «ЛФК и массаж»(2004, N 1(10), 1420) – «Оценка функционального состояния сердечно-сосудистой системы человека в покое и при нагрузках. Новый подход». С целью повышения эффективности анализа функционального состояния сердечно-сосудистой системы (ФС ССС) в покое и при любых стрессовых ситуациях (физическая нагрузка, эмоции, патологическое состояние) предлагается осуществлять контроль за динамикой изменений соотношения между средним динамическим давлением (СДД) и ЧСС. СДД выражает энергию непрерывного давления крови и является довольно устойчивой и удерживается с большим постоянством (Земцовский Э.В., 1989). Для расчета СДД Хикем предложил следующую формулу: СДД = (АД-сист. – АД-диаст.) х 0,42 + АД-диаст. При формировании и реализации тестов предлагается также использовать удельное среднединамическое давление (УСДД): УСДД = СДД/ЧСС. Погрешность в оценке УСДД меньше, чем при оценке среднего динамического давления, - на число сердечных сокращений. Поэтому оценка состояния организма с помощью измерения величины УСДД более объективна, чем оценка с помощью измерения СДД и с точки зрения метрологического анализа (Муха Ю.П., Слугин В.И., 2008). Рассмотрено динамическое взаимодействие функциональных физиологических систем поддержания артериального давления и работы сердца у людей, имеющих различный уровень функционального здоровья (ФЗ) - для оценки функционального состояния сердечно-сосудистой системы (ССС). С этой целью проведен анализ состояния ССС в покое, во время тестирования и тренировок - у спортсменов, здоровых людей, тренированных, больных соматическими заболеваниями, ожирением, гипертонией. Расчет средних показателей СДД и УСДД для каждого ЧСС в каждой группе обследованных произведен с помощью метода перцентилей. Разрабатывая таблицу оптимальных показателей СДД и УСДД при заданном ЧСС для здоровых тренированных людей мы исходили из того, что для живых систем с признаками самоорганизации характерны неравновесность термодинамических ситуаций в системе процессов, а движение всегда сложное, нелинейное (Климонтович Н.Ю., 1986). Соответственно для анализа функционального состояния сердечно-сосудистой системы мы использовали построение графиков в логарифмическом масштабе, а не линейном (по мнению Ю.П.Чуковой (2002), «причиной некоторых «открытий» у медиков является привычка строить графики в линейном масштабе»). Таким же образом разработана таблица стандартов для сравнительного анализа качества работы ССС индивидуумов. Рассчитывая процент отклонения от стандарта, можно оценивать и прогнозировать изменение функционального состояния ССС (возможное ухудшение или улучшение) в случае применения данных (любых) нагрузок. Использована категорная структурная формализация динамической пары функциональная управляющая система (ФУС), системы поддержания АД (ПАД) и работы сердца (РС). Выполнен эксперимент по изучению динамики взаимодействия в рамках динамической пары. 2 Границы работоспособности человека лимитируются пределами массы крови в ССС и возможностями вариантов поведенческого регулирования (ПР). В этом отношении было показано (Муха Ю.П., Бугров А.В., 2007), что кардиосистема (ССС) обладает лишь четырьмя вариантами адаптации до момента полного исчерпания возможностей подстройки. Эта картина хорошо проявлена при рассмотрении динамики взаимодействия функциональных систем поддержания артериального давления и сердечного ритма с помощью функции динамического соответствия СДД и ЧСС (Муха Ю.П., 2008). Было показано, что наилучшие адаптивные свойства сердечно-сосудистая система имеет в границе третьей и четвертой зон адаптации, то есть с тремя и четырьмя включенными контурами адаптации. В рамках третьей зоны организм имеет запас роста СДД и ЧСС адекватно нагрузке. Четвертая зона является зоной перехода в состояние утомляемости или срыва, так как запасы адекватного соответствия исчерпаны: все контуры регулирования использованы. Одновременно следует отметить, что третья зона соответствует максимально переносимой внешней нагрузке. Установлено, что рост нагрузки сопровождается ростом СДД и ЧСС. Причем функция изменения СДД существенно нелинейна. Для всех групп испытуемых при отметках линейного нарастания ЧСС происходит увеличение СДД, но на разных интервалах изменения ЧСС скорости роста СДД различны у всех групп испытуемых. СДД 160 155 150 4 зона 145 Больные гипертонией 140 3 зона 135 1 зона 130 2 зона 125 120 115 4 зона Спортсмены 110 3 зона 105 2 зона 100 1 зона 95 65 75 85 95 105 115 125 135 145 ЧСС Рисунок 1.График динамического соответствия СДД = f ( ЧСС ) На каждой ломаной линии можно выделить несколько зон изменения наклона зависимости СДД от ЧСС, характеризующих адекватность работы сердца росту нагрузки. Наиболее характерны в этом отношении результаты, полученные для групп спортсменов и больных гипертонией. Группа спортсменов. Можно выделить зону 1 (повышение ЧСС до 84), где наблюдается рост СДД при увеличении ЧСС. При этом достигается момент насыщения и осуществляется переход в зону 2 (ЧСС до 96). Здесь восстанавливается характер номинальной адекватности: при росте ЧСС растёт и СДД. На границе с зоной 3 происходит спад СДД, то есть появляется рецессия, тянущаяся до зоны 4 (зона 3 – ЧСС до 112). После этого снова восстанавливается закономерность роста СДД в соответствии с ростом ЧСС. Объяснить такую динамику взаимосвязи СДД и ЧСС можно следующим образом: все привлеченные субсистемы в функциональной системе ПАД организованы в несколько контуров адаптации; при нагружении мышечной системы организма в рамках зоны 1 работает один из контуров адаптации; в зоне 2 подключается второй адаптивный контур. В 3 третьей зоне этих мер адаптации становится недостаточно. В четвёртой зоне подключается третий адаптивный контур. Так как этот процесс наблюдается у представителей группы спортсменов, то предположительно у них отсутствуют сосудистые заболевания, а органы кровообразования и депонирования крови находятся в норме. Поэтому синхронизирующее управление гуморально–гипофизарного типа реализуется качественно. Группа больных гипертонией. В данном случае зона 1 очень узкая. Уже при значении ЧСС= 66 сокр/мин наступает рецессия (зона 2) до значения ЧСС = 84 сокр/мин. Затем состояние функции поддержания АД соответствует зоне 3, которая длится до значения ЧСС = 120 сокр/мин, и снова наступает рецессия до конца диапазона испытаний. Объяснение результата эксперимента состоит в том, что в зоне 1 наблюдается рост СДД в соответствии и с ростом ЧСС. Но очень скоро период адекватности изменения СДД нарушается и возникает рецессия, в рамках которой происходит мобилизация всех адаптивных “возможностей“: об этом свидетельствует продолжительная зона адекватности СДД и ЧСС (зона 3). Но “возможности“ иссякают, и снова возникает рецессия (зона 4), имеющая некорректируемый адаптацией характер. Если не прекратить эксперимент, то могут возникнуть необратимые последствия, вплоть до летального исхода. Роль индикатора характера рассмотренных соответствий между СДД и ЧСС играет отношение УСДД. Так как УСДД определяет вариации СДД, отнесенные к одному полному сокращению сердца, то это обстоятельство позволяет оценивать чувствительность системы функции поддержания АД по всем изменениям, связанным с работой сердца. УСДД 2,2 2,1 2,0 1,9 Группа больных гипертонией 1,8 1,7 1,6 1,5 1,4 1,3 Группа спортсменов 1,2 1,1 1,0 0,9 0,8 60 70 80 90 100 110 120 130 140 ЧСС Рисунок 2. График динамического соответствия УСДД и ЧСС Использование характеристики чувствительности типа УСДД позволяетобъективизировать выбор технологии индивидуального тестирования организма в связи с возможностью определения порогов тестирования. Данный метод повышает достоверность оценки ФС как в покое, так и в любой момент тестирования. Во время проведения нагрузки появляется возможность прослеживать динамику изменения функционального состояния ССС, выявить появление неадекватной реакции значительно раньше, чем появляются общепринятые патологические реакции, являющиеся критериями для прекращения выполнения теста. Это позволяет подбирать любые физические нагрузки (щадящие, тренирующие, супернагрузки и др.) - в зависимости от вида, интенсивности, продолжительности и т.д. 4 Предлагаемый подход к организации процесса тренировок на формирование выносливости основан на постоянном мониторинге артериального давления и частоты сердечных сокращений конкретного человека, что позволяет индивидуализировать технологию ВПН, делает её гибкой и управляемой, вплоть до своевременного прекращения тренировки или снижения физической нагрузки. В этом мы видим неоспоримое преимущество предлагаемого нами метода. Оптимизация технологии врачебно-педагогических наблюдений (ВПН) за занимающимися физкультурой и спортом требует системного анализа механизма влияния физических нагрузок на функциональное состояние ССС. Установлена возможность оптимизации создания условного рефлекса сердечно-сосудистой системы на выносливость. Таким образом, в составе оптимизированной ВПН можно принципиально выделить два режима: первый режим – это режим определения экстремального состояния, которым следует считать переход от интервала третьей зоны к интервалу четвертой зоны на СДД f (ЧСС) : СДД ЭКСТ Р 1,1 f (ЧСС ЭКСТ Р ) для графике соответствия СДД ЭКСТ Р 0,9 f (ЧСС ЭКСТ Р ) спортсменов и для всех остальных пациентов; второй режим – это режим реализации принятой методики СДД ЭКСТ Р ВПН при поддержании за счет варьирования тестовых нагрузок. В этом случае оптимизированная ВПН складывается следующим образом: - доведение организма тестовой нагрузкой до состояния СДД ОПТ f (ЧСС ОПТ ) , то есть осуществление соответствующего «разогрева» организма; - реализация основной нагрузки; - контроль поддержания СДД ОПТ f (ЧСС ОПТ ) при реализации основной нагрузки во весь её период в режиме реального времени; - выполнение сброса основной нагрузки организация динамического отдыха организма; - осуществление следующего «разогрева» организма; - и так далее. При этом в рамках максимально возможной нагрузки организм более тщательно расходует каждую единицу энергии. За счет этого в процесс вовлекаются большие мощности, чем у нетренированного человека. Однако с ростом интенсивности физических нагрузок могут возникать ситуации с тяжелым исходом. Поэтому тренировки без определенных критериев лимитирования, возможно, приведут к умеренным изменениям физического состояния, но при их продолжении состояние может ухудшиться. Успешная тренировка – это процесс с наиболее быстрым выходом в зону 3 функции СДД= f (ЧСС)(см. рисунок 1). Здесь целесообразно определить переходный интервал [ ] по координате ЧСС из третьей зоны в четвёртую и найти значения АДС и АДД, которые следует поддерживать в рамках тренировки. С учетом этих соображений выполним ряд преобразований выражения (1) ÑÄÄ ( ÀÄ ñèñò ÀÄ äèàñò ) 0,42 ÀÄ äèàñò 0,42 ÀÄ ñèñò 0,58 ÀÄ äèàñò (2) Целесообразно считать [ ] ÀÄ äèàñò 80. во всем возможном диапазоне изменения ЧСС. Тогда ÀÄ ñèñò ( ÑÄÄ 0,58 ÀÄ äèàñò )1 / 0,42 2,38 ÑÄÄ 1,38 80 2,38ÑÄÄ 104,5 (3) 5 Примем во внимание, что функция качества СДД = индивидуальна и стабильна в течение большого периода f (ЧСС) времени. Поэтому достижение некоторого значения СДД = f (ЧСС) соответствует нахождению организма некоторой зоне функции качества. Поэтому, если нагружать организм до некоторого значения ЧСС, то можно определить некоторое конкретное значение СДД по функции качества СДД СДД=f( ЧСС ) СДД зол 4 зона 3 зона 2 зона 1 зона ЧСС Рисунок 3 . Схема поиска ÑÄÄ ÇÎË . В качестве примера рассмотрим нахождение значений ЧСС, СДД и АДсист при условии, что АД-диаст = 80 мм.рт ст. для двух групп наблюдаемых, представленных на рисунке 1. Группа спортсменов. В этом случае граничное значение ЧСС между третьей и четвертой зонами функции СДД= f (ЧСС) можно принять равным ×ÑÑ3 / 4 120 . Тогда ×ÑÑ ýêñòð 1,1 ×ÑÑ3 / 4 132. Тогда ÑÄÄ ýêñòð 107 и ÀÄ ñèñò ýêñòð 2,38 107 104,5 150. Таким образом, рекомендуемыми значениями параметров в начальной части технологии ВПН можно принять: ×ÑÑ ýêñòð 132 óä.â ìèí ; ÀÄ ñèñò ýêñòð 150 ìì ðò ñò ; ÀÄ äèàñò ýêñòð 80 ìì ðò ñò . Группа больных гипертонией. В данном случае по графику на рисунке 1 можно принять ×ÑÑ3 / 4 120. Тогда ×ÑÑ ýêñòð 0,9 ×ÑÑ3 / 4 108. В соответствии с графиком СДД= f(ЧСС) для больных гипертонией, приведенным на рисунке 1 можно определить ÑÄÄ ýêñòð 135. Теперь найдем ÀÄ ñèñò ýêñòð 2,38 135 104,5 216,8 217. Таким образом, рекомендуемыми значениями параметров в начальной части ВПН для группы гипертоников можно принять ×ÑÑ ýêñòð 108 óä â ìèí ; ÀÄ ñèñò ýêñòð 217 ìì ðò ñò ; ÀÄ äèàñò ýêñòð 80 ìì ðò ñò . Объективность и глубина оценки состояния организма может быть усилена, если перейти от детерминированного выбора нагружения к случайному, то есть к случайной последовательности нагружений по интенсивности продолжительностью по 30 с. Стохастические функциональные тесты значительно превосходят эффективность основных традиционных тестов по исследованию функционального состояния сердца (вариабельности ритма сердца). В целом следует отметить, что наиболее безопасна и достаточно информативна функциональная нагрузка, не превышающая 75% от индивидуальных максимальных возможностей данного человека на момент 6 обследования. Критической величиной физической нагрузки считается момент наступления декорреляции между физической нагрузкой и физиологическими параметрами. Появление декорреляции расценивается как признак неадекватности реакции кровообращения на выполняемую нагрузку. Анализ начальной стадии тренировок у здоровых, а тем более у больных, позволяет выявить несогласованность изменений ЧСС и СДД, особенно в конце занятий: сказывается усталость. Спустя несколько месяцев занятий измерения показывают наступление состояния, близкого к адекватности функций ЧСС и СДД, в том числе и в конце занятий. Это свидетельствует о доступном состоянии управляемости относительно взаимодействия физиологических функциональных систем поддержания сердечного ритма (ЧСС) и артериального давления (СДД), несмотря на имеющиеся сложности функционирования организма, связанные с имеющейся патологией у пациентов. Подводя итог, отметим, что полученные результаты подтверждают результаты исследований М.С.Набиуллина (1999 г.), свидетельствующие, что оптимальными, наиболее показательными и экономичными, дающими большую эффективность, являются физические нагрузки при свободном выборе параметров нагрузки. Это говорит об обязательной индивидуализации тестов и целесообразности оперативного слежения за состоянием организма в реальном времени (во время занятий). Заключение. Проведенный анализ подтверждает, что для формирования оптимальной тренировочной технологии наиболее удобны и достаточно информативны измерения сердечного ритма артериального давления. Предлагаемый подход к организации процесса физических занятий, направленных на улучшение (повышение) качества работы сердечнососудистой системы основан на постоянном мониторинге артериального давления и частоты сердечных сокращений конкретного человека, что позволяет индивидуализировать технологию ВПН, делает её гибкой и управляемой, вплоть до своевременного прекращения тренировки или снижения физической нагрузки. В этом мы видим неоспоримое преимущество предлагаемого нами метода. Таблица для оценки качества работы сердечно-сосудистой системы человека (логарифмические расчеты.) (к=0,42) ЧСС СДД УСДД ЧСС СДД УСДД ЧСС СДД УСДД 54,001 54,1 55 56 57 58 59 60 61 62 63 64 65 66 67 68 28,3 59,9 75,7 80,4 83,2 85,2 86,7 88,0 89,0 89,9 90,8 91,5 92,1 92,7 93,3 93,8 0,524 1,107 1,376 1,436 1,460 1.469 1,469 1,467 1,459 1.450 1,441 1,430 1,417 1,405 1,392 1,379 99 100 101 102 103 104 105 106 107 108 109 110 111 112 113 114 101,8 101,9 102,1 102,2 102,4 102,5 102,7 102,8 102,9 103,0 103,2 103,3 103,4 103,5 103,7 103,8 1,028 1,019 1,011 1,002 0,994 0,986 0,978 0,970 0,962 0,954 0,947 0,939 0,932 0,924 0,918 0,911 145 146 147 148 149 150 151 152 153 154 155 156 157 158 159 160 106,6 106,7 106,8 106,8 106,9 107,0 107,1 107,1 107,2 107,3 107,3 107,4 107,5 107,5 107,6 107,7 0,735 0,731 0,727 0,722 0,717 0,713 0,709 0,705 0,701 0,697 0,692 0,688 0,685 0,680 0,677 0,673 69 70 71 72 73 74 75 76 77 78 79 80 81 82 83 84 85 86 87 88 89 90 91 92 93 94 95 96 97 98 94,3 94,7 95,1 95,5 95,9 96,2 96,6 96,9 97,2 97,5 97,8 98,0 98,3 98,5 98,8 99,0 99,2 99,5 99,7 99,9 100,1 100,3 100,5 100,6 100,8 101,0 101,2 101,3 101,5 101,6 1,367 1,353 1,339 1,326 1,314 1,300 1,288 1,275 1,263 1,250 1,238 1,225 1,214 1,201 1,190 1,179 1,167 1,157 1,146 1,135 1,125 1,114 1,104 1,093 1,084 1,074 1,065 1,055 1,046 1,037 115 116 117 118 119 120 121 122 123 124 125 126 127 128 129 130 131 132 133 134 135 136 137 138 139 140 141 142 143 144 103,9 104,0 104,1 104,2 104,3 104,4 104,5 104,6 104,7 104,8 104,9 105,0 105,1 105,2 105,3 105,4 105,5 105,6 105,7 105,7 105,8 105,9 106,0 106,1 106,2 106,2 106,3 106,4 106,5 106,6 7 0,903 0,897 0,890 0,883 0,876 0,870 0,864 0,857 0,851 0,846 0,839 0,833 0,828 0,822 0,816 0,811 0,805 0,800 0,795 0,789 0,784 0,779 0,774 0,769 0,764 0,759 0,754 0,749 0,745 0,740 161 162 163 164 165 166 167 168 169 170 171 172 173 174 175 176 177 178 179 180 181 182 183 184 185 186 187 188 189 190 107,7 107,8 107,9 107,9 108,0 108,1 108,1 108,2 108,2 108,3 108,4 108,4 108,5 108,5 108,6 108,6 108,7 108,8 108,8 108,9 108,9 109,0 109,0 109,1 109,1 109,2 109,2 109,3 109,3 109,4 0,669 0,665 0,662 0,658 0,654 0,652 0,647 0,644 0,640 0,637 0,634 0,630 0,627 0,624 0,621 0,617 0,614 0,611 0,608 0,605 0,602 0,599 0,596 0,593 0,590 0,587 0,584 0,581 0,578 0,576 Литература. 1. Слугина М.А., Слугин В.И. Оценка функционального состояния сердечно-сосудистой системы человека в покое и при нагрузках. Новый подход. «ЛФК и массаж». 2004, N 1(10), 14-20. 2. Муха Ю.П., Слугин В.И. оптимизация технологии врачебнопедагогических наблюдений при тренировке сердечно-сосудистой системы на выносливость. Биомедицинская радиоэлектроника. 2010, 6, 57-65. 3. Муха Ю.П. Метрологические аспекты медицинских измерений. Биомедицинская радиоэлектроника. 2008. №3. С.10-15. 4. Муха Ю.П., Бугров А.В. Структурно-топологическая модель функции адаптации и оценке качества адаптации. Биомедицинские технологии и радиоэлектроника. 2007. №5. С. 29-35. 5. Муха Ю.П., Слугин В.И. Метрологический анализ при оценке функционального состояния сердечно-сосудистой системы человека. Биомедицинская радиоэлектроника. 2008, N4, 52-57 6. Муха Ю.П., Бугров А.В. Структурно-топологическая модель функции адаптации и оценке качества адаптации. Биомедицинские технологии и радиоэлектроника. 2007. №5. С. 29-35. 7. Набиулин М.С., Лычев В.Г. Оптимизация тренирующих нагрузок в реабилитологии. Концептуальные подходы и практическое применение. «Медицинская книга». Издательство НГМА. 1999. 8. Дембо А.Г., Земцовский Э.В. Спортивная кардиология. Л., «Медицина». 1989. 9. Чукова Ю.П. Эффекты слабых воздействий. М., 2002.