Особенности гемодинамики и биоэлектрической активности головного мозга у женщин 20-40 лет при занятиях фитнесом
На правах рукописи
КОРОЛЕВА МАРИНА ВЛАДИМИРОВНА
ОСОБЕННОСТИ ГЕМОДИНАМИКИ И БИОЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ АКТИВНОСТИ
ГОЛОВНОГО МОЗГА У ЖЕНЩИН 20-40 ЛЕТ ПРИ ЗАНЯТИЯХ ФИТНЕСОМ
03.00.13 – физиология
АВТОРЕФЕРАТ
диссертации на соискание ученой степени
кандидата биологических наук
Челябинск – 2009
1 Диссертация выполнена на кафедре «Теории и методики физической культуры и спорта»
ГОУ ВПО «Южно-Уральский государственный университет» (г. Челябинск)
Научный руководитель – доктор медицинских наук, профессор Мкртумян Арарат Мартунович
Официальные оппоненты:
- доктор биологических наук, профессор Шеин Александр Порфирьевич - доктор медицинских наук, профессор Тишевская Наталья Викторовна Ведущее учреждение – ГОУ ВПО Тюменский государственный университет
Защита состоится « » ноября 2009 года в часов на заседании диссертационного совета Д 212.295.03 при ГОУ ВПО «Челябинский государственный педагогический университет» (454080, г. Челябинск пр. им. В.И. Ленина, 69, ауд.116).
С диссертацией можно ознакомиться в читальном зале библиотеки ГОУ ВПО «Челябинский государственный педагогический университет».
Автореферат разослан « » октября 2009 г.
Ученый секретарь Диссертационного совета, Доктор биологических наук, Доцент Н.В. Ефимова
Общая характеристика работы
Актуальность. Актуальность исследования состояния нервной системы при физических нагрузках оздоровительной направленности определяется доминирующим влиянием ЦНС на интегративную деятельность жизненно важных составляющих функционального состояния здоровья человека – сердечно-сосудистой, дыхательной системы, его сознания и поведения.
Состояние здоровья женского населения связано со здоровьем будущих поколений. Актуальность такого подхода получила подтверждение в Постановлении Правительства РФ № 916 от 29.12.2001 г. «Об общероссийской системе мониторинга состояния физического здоровья населения, физического развития детей, подростков и молодежи».
Общепризнанно, что одним из важнейших факторов риска развития заболеваний нервной системы, ССС и системы дыхания является гипокинезия [Р.Б.Беркоу, 1997]., в то время как адекватный возрасту и состоянию здоровья уровень и режим двигательной активности – мощный фактор профилактики заболеваний и укрепления здоровья [Д.А.Виткин, 1996;
Г.Горцев, 2001;
Г.Голикова, 2003]. Из этого вытекает необходимость коррекции здоровья оптимальным уровнем физической активности женщин [С.И.Гуськов, 2000;
И.Б.Губанцева, 2003].
Несмотря на большое количество работ в области физиологии спорта и нейрофизиологии 1998;
А.П.Исаев, 2002;
Н.А.Фомин, 2003;
[Ф.А.Иорданская, П.В.Клементьев, 2004;
И.В.Дамулин, 2009], особенности функционирования ЦНС женщин при занятиях фитнесом практически не изучено. Не ясно, в частности, в какой степени регуляторные системы организма обеспечивают мозговой кровоток и кислородный гомеостазис ЦНС при разных уровнях нагрузки. Не раскрыты механизмы внутри- и межполушарных интеграций головного мозга;
отсутствует интегративный подход к пониманию функционального состояния головного мозга и вегетативной нервной системы.
В последние годы в практику мониторинга за состоянием физического здоровья начали внедряться новые технологии, позволяющие проводить индивидуальную оценку биоэлектрической активности ЦНС, мозгового кровотока и состояния ВНС [В.Г.Лелюк, 1999;
Л.Б.Иванов, 2000;
В.Г. Лелюк, 2004;
Р.М.Баевский, 2009], что позволяет сопоставлять уровни физической нагрузки с данными функциональных методов исследования [У.Б.Лущик, 2006].
Наименее исследованной частью проблемы является оценка влияния мозгового кровотока на биоэлектрическую активность головного мозга, роль в обеспечении процессов адаптации к физической нагрузке различных звеньев вегетативной регуляции.
В связи с этим, инструментальное изучение особенностей мозговой гемодинамики представляет несомненную актуальность и новизну. Указанные предпосылки послужили основанием для проведения настоящего исследования.
Цель исследования: выявить особенности альфа-ритма в биоэлектрической активности головного мозга, уровня внутримозговых интеграций, параметров мозгового кровотока и контуров вегетативной нервной системы у женщин 20-40 лет занимающихся фитнесом, на основе применения комплекса современных инструментальных нейрофизиологических методов исследования.
Задачи:
По электроэнцэфалографическим показателям провести оценку 1.
функционального состояния центральной нервной системы по альфа-ритму и уровня внутримозговых интеграций у женщин 20-40 лет при занятиях фитнесом.
Определить состояние прецеребрального и церебрального кровотока у 2.
женщин 20-40 лет, занимающихся фитнесом, методом ультазвуковой доплерографии.
Определить показатели вегетативного статуса женщин в возрасте 20-40 лет 3.
при различных уровнях двигательной активности ритмо - пластической направленности.
На основе полученных данных разработать и внедрить физиологически 4.
обоснованную программу и методы оптимальной физической нагрузки для женщин 20- лет.
Научная новизна: Новыми являются данные об адаптивных изменениях мозгового кровотока у женщин 20-40 лет, занимающихся фитнесом 3 часа в неделю свыше 3-х лет, в виде повышения линейной скорости кровотока в бассейнах средних мозговых и основной артерий, повышения функционального состояния головного мозга в моторной и сенсорной областях коры в виде усиления межполушарных связей по показателю когерентности.
Теоретическая и практическая значимость работы. Полученные результаты исследования расширяют представления в области физиологии спорта о механизмах адаптации организма женщин 20-40 лет к мышечной деятельности, и, в частности, об особенностях мозгового кровообращения у лиц, занимающихся фитнесом. Эти особенности могут служить критериями эффективного контроля и прогнозирования функционального состояния центральной нервной системы женщин 20-40 лет. Дано физиологическое обоснование применению программы физических нагрузок для повышения функционального состояния центральной нервной системы у женщин 20- лет, занимающихся фитнесом.
Основные результаты исследования внедрены в практическую деятельность спортивных клубов и фитнес центров «Green club», «ChocoLad», в учебный процесс на кафедре Теории и методики физической культуры и спорта Южно-Уральского государственного университета при преподавании курсов «Физиология физического воспитания и спорта» и «Комплексный контроль в физическом воспитании спортсменов».
Положения, выносимые на защиту:
Физиологические изменения альфа - ритма в ЭЭГ и линейной систолической 1.
скорости кровотока при ультразвуковой доплерографии у женщин 20-40 лет, занимающихся фитнесом свыше трех лет, указывают на наличие адаптивных и дезадаптивных изменений.
Применение физических нагрузок ритмо-пластической направленности до 2.
часов в неделю у женщин 20-40 лет приводит к улучшению функционального состояния центральной нервной системы в моторных и сенсорных областях коры головного мозга, повышению силы межполушарного взаимодействия в альфа-диапазоне, повышению систолической линейной скорости кровотока в бассейнах средних мозговых и основной артерий.
Апробация работы: Сообщения по основным результатам диссертации сделаны на съездах и конференциях: Российский научный форум «РеаСпоМед 2006» (Москва, 2006);
XI Международная научная конференция «Здоровье семьи – XXI век» (Нидерланды – Германия – Франция, 2007);
V Всероссийский съезд специалистов ЛФК и спортивной медицины (Москва, 2007);
Региональная научно-практическая конференция «Актуальные проблемы адаптивной физической культуры и пути их решения» (Екатеринбург, 2007);
Региональная научно-практическая конференция «Актуальные проблемы развития физической культуры и спорта в образовательных учреждениях» (Магнитогорск, 2008);
IV Всероссийская научно-практическая конференция «Физическая культура и здоровье студентов вузов» (Санкт-Петербург, 2008);
Вторая всероссийская научно-практическая конференция «Количественная ЭЭГ и нейротерапия» (Санкт-Петербург, 2009), ежегодные конференции Южно-Уральского государственного университета (Челябинск, 2008, 2009).
Публикации. По теме диссертации опубликовано 10 статей, в том числе 3 в лицензированном ВАК РФ издании.
Объем и структура диссертации. Диссертация состоит из введения, обзора литературы, описания материалов и методов исследования, главы собственных исследований, заключения, выводов, списка цитированной литературы, включающего источника (162 отечественных, 60 зарубежных).
Работа изложена на 144 страницах стандартного компьютерного текста, имеет 28 таблиц, 33 рисунка.
Организация исследования и методы исследования В рамках настоящего исследования обследовано 87 женщин в возрасте от 18 до лет, в том числе фитнес-тренеров 16 человек, клиентов фитнес-центров 56 человек и физически неактивных женщин – 15 человек. Исследования проводились с 2006 г. по 2009 г. на базе научной лаборатории факультета физической культуры и спорта Южно Уральского государственного университета и нейрофизиологической лаборатории Областного клинического госпиталя ветеранов войн.
В соответствии с задачами настоящего исследования, I группу составили женщин, работающие фитнес-тренерами в спортивных клубах г. Челябинска – «Green Club», «Revital», «Shocolad». Средний возраст составил 27 лет. Еженедельная физическая нагрузка женщин этой группы составила 18 часов в течение 5–8 лет. Вторую, наиболее многочисленную группу (группа II) составили 56 физически активных женщин, посещающих фитнес-центры 3 часа в неделю на протяжении 5–10 лет. Средний возраст составил 33 года. И, наконец, группа контроля (III группа) была составлена из здоровых женщин, которые никогда не занимались фитнес-аэробикой. Их средний возраст был 30 лет.
Средние показатели физической подготовленности, центральной гемодинамики и респираторной системы в группах представлены в таблице 1. Таким образом, выбранные для исследования лица отличались по уровню физической активности и работоспособности, имели признаки физического здоровья, группы были сопоставимы по возрасту и состоянию кардиореспираторной системы.
Таблица Сравнительные данные функционирования кардиореспираторной системы в группах исследования Группы P 0, тесты I II III ЧСС покоя 68,12±3,19 74,33±2,88 76,15±2, ЧСС нагрузки 80,15±2,61 82,22±3,52 108,1±3, АД систолическое, мм.рт.ст. 112,45±4,32 115,85±5,72 119,24±6, АД диастолическое, мм.рт.ст. 67,54±3,33 69,42±3,51 71,81±4, Индекс Гарвардского 92,6±8,9 78,2±5,4 66,3±4,8 I-II, I-III, степ-теста, оценка (хорошая) (выше (средняя) II-III работоспособности по пульсу средней) ЖЕЛ, л 3,83±0,24 3,82±0,44 3,45±0, ЖЕЛ, % от возрастной нормы 100,5±2,25 97,41±2,22 83,80±4, ФЖЕЛ, л 3,35±0,33 3,83±0,24 3,57±0, ФЖЕЛ, % от возрастной нормы 94,83±5,44 87,60±9,68 87,25±5, Всем испытуемым для исключения признаков кардиальной патологии проводилась ЭКГ в 12 стандартных отведениях одновременно на электрокардиографических комплексах «Сardiofax 8820» и «Cardiofax 9020k» фирмы «Nihon kohden» (Япония) с последующей обработкой данных с помощью программы «Кардиоанализ». Для исключения гипоксических явлений всем испытуемым проводилось исследование функции внешнего дыхания с использованием спироанализатора электронной пневмотахометрии «Spirosift – SP 5000» фирмы «Fukuda-denshi» (Япония) и дыхательной диагностической системы «Super фирмы «Micro-Medical»
Spiro»
(Великобритания), предназначенная для определения статических и динамических показателей вентиляции, включая кривые поток/объем.
Электроэнцефалография. Всем женщинам проводилась электроэнцефалография на 19-канальном электроэнцефалографе «Нейрон-спектр-3» производства фирмы «Нейрософт» (Россия). При этом использовались монополярные отведения от областей головного мозга с установкой накожных электродов по международной системе «10–20»
[H.Jasper, 1947] с референтным электродом на мочке ипсилатерального уха. Женщина помещалась в кресле, в расслабленной позе, с закрытыми глазами в звукоизолированном помещении. Первоначально производилась запись «фоновой» ЭЭГ, затем следующие тесты: проба с открыванием и закрыванием глаз, ритмическая фотостимуляция, тест с гипервентиляцией – глубокое, ритмичное дыхание в течение 3-х минут, при этом регистрация ЭЭГ осуществлялась не менее 3-х мин во время и после проведения гипервентиляции. Проводился визуальный и количественный анализ полученных ЭЭГ с использованием компьютерной обработки результатов. Когерентный анализ потенциалов различных диапазонов проводился по областям мозга и между полушариями по принципу коротких и длинных пар [Иванов Л.Б., 2000]. Использованы межполушарные пары – коротких (Fp1–Fp2, F3–F4, С3–С4, P3–P4, O1–O2) и 3 длинные (F7–F8, T3–T4, T5–T6).
Допплерография мозговых сосудов. Ультразвуковая долпплерография магистральных артерий шеи и транскраниальная допплерография были проведены всем женщинам. У 56 женщин основной группы, 16 тренеров и 15 женщин группы контроля параметры мозговой гемодинамики исследованы в 1131 артерии в 1305 локальных сосудистых зонах головы и шеи. Все исследования проводились на аппарате «Smart-lite»
фирмы «Rimеd» (Израиль) с цветным картированием допплеровского спектра.
Исследование вегетативной нервной системы. При исследовании вегетативной нервной системы определялись исходный вегетативный тонус, вегетативная реактивность, дающие представление о гомеостатических возможностях организма и вегетативное обеспечение деятельности для изучения адаптивных механизмов согласно рекомендациям [А.М.Вейн, 2000]. У женщины трех групп исследование тонуса вегетативной нервной системы включало в себя специальные анкеты, метод анализа вариабельности ритма сердца по Ивингу (ВРС) с использованием программно-аппаратного комплекса «ПолиСпектр» фирмы «НейроСофт» (Россия).
Статистические методы.При обработке полученных результатов использован стандартный пакет статистических программ «STATISTIKA», версия 6 (США). Все данные были подвергнуты статистической обработке методами непараметрической статистики, при этом определялись основные статистические характеристики: среднее (М), ошибка среднего (m);
max-min – максимальное и минимальное значения в выборке в сосудистых исследованиях. Данные приводятся в виде таблиц средних величин.
Характеристика совокупностей, доказательство существенности различий между совокупностями (р0,05) и исследование связей между признаками проводилось с использованием методов непараметрической статистики: проверка гипотез о равенстве двух средних производилась с помощью ранговых критериев Манна-Уитни (R), использовался непараметрический критерий согласия Колмогорова-Смирнова [Д.Флейс, 1989;
Р.Флетчер с соавт., 1998;
В.Я.Гельман, 2001].
Результаты исследования и их обсуждение При анализе условий развития физиологических изменений мозгового кровообращения особое внимание было уделено изучению биоэлектрической активности головного мозга. Физиологические сдвиги церебральной гемодинамики неизбежно приводят к изменению функционального состояния ЦНС, изучение которой в настоящее время возможно на основе технологии цифровой ЭЭГ с компьютерной обработкой данных. Хотя электроэнцефалографические изменения не обладают нозологической специфичностью, но по характеру изменений ЭЭГ можно судить о степени функциональных изменений центральной нервной системы на разных ее уровнях.
Объективная характеристика деятельности мозга, особенности и степени отклонений от установленных вариантов ЭЭГ- нормы являются одной из важных составляющих физиологи ЦНС.
При визуальном анализе варианты нормы ЭЭГ (табл.2) отмечены у тренеров в 46,6%, в 20% случаев у представителей основной группы и в 2% случаев у женщин из группы контроля.
Таблица Результаты визуальной оценки ЭЭГ у обследуемого контингента Группа Основная Группа Варианты изменений ЭЭГ тренеров группа контроля n=16 n=56 n= Количество наблюдений и % % % % Вариант нормы ЭЭГ 46,6% 20% 1,9% Паттерн гиперсинхронизации альфа-активности 33,6% 25% 17,6% Паттерн десинхронизации альфа-активности 6,6% 16,6% 41,3% Паттерн гиперсинхронизации бета-активности 6,6% 15% 13,7% низкой частоты Паттерн дезорганизации ритмов с наличием 6,6% 23,4% 25,5% пароксизм. вспышек Паттерн гиперсинхронизации альфа-активности (рис.1) отмечается в 33,6% случаев у тренеров, в 25% случаев в группе наблюдения и в 17,6% случаев в группе контроля. Паттерн формируется в условиях угнетения активности ретикулярной формации ствола мозга, и заднего гипоталамуса, при усилении деятельности неспецифического таламуса за счет освобождения от тормозных влияний со стороны ретикулярной формации мозга, при спокойном состоянии переднего гипоталамуса, ассоциативных ядер таламуса [Е.А.Жирмунская, 1997], демонстрирует усиление деятельности гипоталамо-гипофизарной области.
Рис.1. ЭЭГ испытуемой группы тренеров с признаками гиперсинхронизации альфа ритма и повышения функционального состояния головного мозга Паттерн десинхронизации альфа-активности (рис.2) наблюдался у 41,3% нетренированных женщин, у 16,6% – в группе наблюдения и 6,6% – среди тренеров.
Механизм формирования паттерна связан с угнетением активности неспецифических ядер зрительного бугра, усилением деятельности ретикулярной формации ствола и заднего гипоталамуса, со спокойным состоянием переднего гипоталамуса и хвостатого ядра.
Имеющиеся литературные данные свидетельствуют, что уплощенный, десинхронный фон ЭЭГ характерен для повышенного, неэкономичного потребления тканями таламуса глюкозы, главного энергетического субстрата мозга [Inoue et al., 1993;
Larson et al., 1998].
Наличие данного паттерна нейрофизиологи связывают с ухудшением мозгового кровообращения и снижением афферентации.
Рис.2. ЭЭГ испытуемой группы контроля с признаками десинхронизации альфа-ритма и снижения функционального состояния головного мозга Паттерн гиперсинхронизации бета-активности низкой частоты, связанный с наличием токсико-гипоксических изменений, регистирируется в одинаковом количестве случаев 2-ой и 3-й групп и в 2 раза меньше в группе тренеров. Паттерн дезорганизации ритмов ЭЭГ с наличием небольших пароксизмальных вспышек медленных волн наблюдается в 15% случаев в группе наблюдения и группе контроля (16,7%), и в 2 раза меньше в группе тренеров (6,6%). Механизм формирования этого паттерна связан с состоянием раздражения неспецифических и ассоциативных ядер таламуса, угнетением ретикулярной формации и заднего гипоталамуса, передний гипоталамус и хвостатое ядро находятся в состоянии покоя. Наличие данного паттерна требует дополнительного обследования и выявления скрытой патологии.
При проведении количественного амплитудного анализа ЭЭГ повышенные показатели максимальной и средней амплитуды альфа-ритма отмечены в основной группе, пониженные – в группе контроля. Идеальной норме соответствовали параметры альфа-ритма группы тренеров, нижней границе нормы – показатели группы контроля, амплитуда альфа-ритма основной группы незначительно превышает верхний референсный уровень, что коррелирует (R=0,88;
p=0,001) с большим количеством гиперсинхронных альфа-паттернов при визуальном анализе.
При проведении количественного частотного анализа выявлено соответствие параметров частот фоновой ЭЭГ и при ГВ физиологической норме. В группе тренеров максимальные показатели частот, и по полушариям на фоновой ЭЭГ они симметричны, при пробе с гипервентиляцией отмечается равномерное повышение частоты альфа-ритма.
В основной группе показатели частот среднего уровня с преобладанием в левом полушарии, при гипервентиляции повышение параметров также отмечается в большей степени в левом полушарии. Преобладание изменений слева связана с максимальной нагрузкой на моторные зоны доминантного полушария. В группе контроля отмечен замедленный альфа-ритм с понижением его реактивности при гипервентиляции в правом полушарии. Наличие медленных альфа-волн демонстрирует снижение функциональной активности головного мозга [C.Джуан, 2009]. Медленный вариант альфа ритма связывают также с нейроэндокринной недостаточностью гипоталамических структур [И.С.Егорова,1973].
В результате проведенного когерентного анализа ЭЭГ у женщин 3-х групп выявлено физиологическое соответствие показателям нормы и сохранность интеграционных способностей головного мозга. Оптимальное взаимодействие функциональных образований коры головного мозга выявлено у фитнес-тренеров (показатель когерентности 0,85) и женщин, регулярно занимающихся оздоровительным фитнесом (показатель когерентности 0,79). Значительное изменение уровня мозговой интеграции при гипервентиляции зафиксировано у фитнес-тренеров, что свидетельствует об усилении деятельности гипоталамо-гипофизарной области.
Результаты исследования экстракраниального мозгового кровотока показали, что скоростные показатели кровотока в магистральных артериях головы меняются в зависимости от уровня физической нагрузки;
у женщин в процессе занятий фитнесом повышаются показатели систолической и средней за сердечный цикл линейной скорости кровотока по сонным и позвоночным артериям при сохранении показателей ускорения и физиологических градиентов. У фитнес-тренеров выявлено преобладание ЛСК по сравнению с группой контроля по общим сонным артериям на 27%, по внутренним сонным артериям – на 21%, по первому сегменту позвоночных артерий – на 27%. В группе женщин, занимающихся фитнесом, выявлено повышение ЛСК по сравнению с контрольной группой по общим сонным артериям на 23%, по внутренним сонным артериям на 26%, по первом сегменту позвоночных артерий на 39%.
Впервые установлены нормы показателей кровотока по наружным сонным артериям, второму и третьему сегментам позвоночных артерий.
В физиологических условиях перфузия головного мозга стабильна и не проявляет прямой зависимости от колебаний сердечного выброса, который закономерно меняется в течение суток у каждого человека, усиливаясь при физической нагрузке.
Таблица Параметры скорости и ускорения кровотока по средним мозговым артериям (СМА) женщин, занимающихся фитнесом 20-40 лет Справ Скорость Скорость Скорость Индекс Индекс а Систолическая Диастоличес Средняя Резистивно Пульсатив слева См/сек кая См/сек сти ности См/сек Mean±sd Mean±sd Mean±sd Mean±sd Группа Min-max Min-max Min-max Min-max Mean±sd Min-max Прав 103,9±19,0 45,0±7,9 66,4±9,8 0,56±0,06 0,87±0, Лелюк, 73,00-159,00 32,00-60,00 51,00-83,00 0,43-0,66 0,56-1, Норма Лев 103,0±18,0 47,0±8,2 66,7±10,3 0,54±0,05 0,84±0, 66,00-145,00 30,00-60,00 42,00-83,00 0,42-0,61 0,57–1, Прав 110,75±13,25* 56,75±11,38* 81,75±13,88* 0,48±0,03* 0,54±0,04* 85,00 – 129,00 34,00-68,00 54,00-97,00 0,42-0,54 0,47-0, тренеры Лев 104,00±10,00* 50,75±2,88 77,25±6,63* 0,51±0,01 0,69±0,04* 84,00-111,00 45,00-54,00 64,00!-83,00 0,48-0,53 0,61-0, Прав 112,42±14,85* 51,82±8,17 79,73±8,61* 0,54±0,05 0,66±0,18* 86,00-18,72 39,00-10,07 63,00-12,02 0,45-0,68 0,33-1, основная Лев 108,83±15,00* 51,09±9,54 78,91±10,08* 0,53±0,05 0,73±0,05* 79,00-18,42 32,00-72,00 55,00-106,00 0,42-0,67 0,59-0, Прав 81,208±26,44 47,78±13,53 61,56±13,95 0,53±0,04 0,68±0, 0,87-151,00 28,00-79,00 42,00-108,00 0,42-0,68 0,47-0, контроль Лев 85,56±14,94 39,67±8,59 56,56±12,27 0,53±0,06 0,84±0, 63,00-13,00 23,00-52,00 27,00-88,00 0,36-0,66 0,56-1, Примечание к таблице: * - p0,05 в сравнении с группой контроля Анализ показателей кровотока по средним мозговым артериям (табл.3) выявил наличие избыточности скоростных параметров и оптимальности параметров ускорения в группе тренеров и основной группе и редуцированных параметров в группе контроля при наличии у них асимметрии кровотока в полушариях головного мозга. Средняя мозговая артерия принимает участие в обеспечении метаболических потребностей основных анализаторных систем коры головного мозга – двигательной, проприоцептивной, слуховой и вестибулярной. Проведение анализа между показателями кровотока по СМА и силой когерентных связей ЭЭГ по областям моторной коры показало наличие прямых корреляций с ранговым критерием R=0,59 при p0,05.
Таблица Параметры скорости и ускорения кровотока по передним мозговым артериям (ПМА) у женщин, занимающихся фитнесом 20-40 лет Скорость Скорость Скорость Индекс Индекс Систолическа Диастолическ Средняя Резистивнос Пульсативн я ая См/сек ти ости (* группа См/сек См/сек Mean±sd Mean±sd Mean±sd Справа слева Min-max Min-max Min-max Mean±sd Mean±sd Min-max Min-max 83,9±10,3 40,7±6,4 56,80±7,10 0,52±0,03 0,76±0, Прав 63,80-94,90 31,30-49,30 45,70-67,60 0,48-0,56 0,67-0, Лелюк, 77,3±11,4 38,20±6,90 53,50±7,80 0,51-0,04 0,74±0, Норма, 55,00-89,00 24,70-48,20 38,30-64,60 0,45-0,55 0,62-0, Лев 104,75±17,25* 42,75±8,13 67,00±16,00* 0,55±0,02 0,71±0, Прав 83,00-138,00 34,00-59,00 54,00-99,00 0,52-0,58 0,58-0, тренеры Лев 77,50±14,00 43,00±4,50 56,75±8,75* 0,46±0,13 0,60±0, 59,00-99,00 34,00-50,00 41,00-72,00 0,32-0,59 0,39-0, Прав 84,42±15,18* 39,73±8,12 59,91±9,92* 0,54±0,05 0,76±0, 43,00-109,00 16,00-51,00 28,00-73,00 0,45-0,62 0,59-0, основная Лев 85,92±12,76* 36,36±7,90 57,27±11,06* 0,53±0,07 0,78±0, 52,00-109,00 15,00-54,00 25,00-73,00 0,37-0,62 0,56-0, Прав 72,56±13,51 35,00±9,33 46,29±8,32 0,53±0,10 0,76±0, 50,00-102,00 23,00-69,00 31,00-70,00 0,26-0,71 0,52-0, контроль Лев 72,78±15,93 34,44±10,84 43,00±9,50 0,52±0,08 0,84±0, 46,00-104,00 18,00-57,00 24,00-64,00 0,42-0,65 0,59-1, Примечание к таблице: * - p0,05 в сравнении с группой контроля Передняя мозговая артерия (ПМА) снабжает кровью передние отделы головного мозга: медиальные поверхности лобной и теменной долей, базальную поверхность лобной доли, верхние отделы передней и задней центральных извилин, подкорковые ядра, большую часть мозолистого тела. ПМА принимает участие в метаболическом обеспечении высших психических функций человека, программировании и контроле деятельности. Мозговой кровоток в бассейнах передних мозговых артерий (табл.4) по показателям средней скорости кровотока был избыточным в группе тренеров и основной группе и редуцированным – в группе контроля. По показателям систолической, диастолической скоростей и индексам ускорения кровоток был оптимальным в основной группе.
Таблица Параметры скорости и ускорения кровотока по задним мозговым артериям (ЗМА) у женщин 20-40 лет, занимающихся фитнесом Справа Скорость Скорость Скорость Индекс Индекс слева Систолическ Диастоличе Средняя Резистивност Пульсативн ая ская См/сек и ости См/сек См/сек Mean±sd Mean±sd Mean±sd группа Mean±sd Mean±sd Min-max Min-max Min-max Min-max Min-max Прав 65,00±10,00 30,00±5,70 44,0±8,00 0,53±0,05 0,79±0, 48,00-87,00 23,00-42,0 33,0-62,00 0,45-0,64 0,59-1, Лев 60,60±12,00 29,0±6,20 41,20±7,50 0,52±0,06 0,71±0, норма 44,00-85,00 18,50-43,00 31,00-60,40 0,42-0,67 0,54-1, Прав 55,75±9,63 29,00±3,50* 39,75±7,63 0,53±0,03 0,68±0, 48,00-75,00 25,00-36,00 29,00-55,00 0,48-0,57 0,54-0, тренеры Лев 63,00±7,50* 35,50±2,50* 45,00±4,50* 0,51±0,01 0,66±0,08* 52,00-75,00 32,00-38,00 40,00-54,00 0,48-0,54 0,52-0, Прав 54,33±7,17 27,27±5,57 40,27±6,84 0,54±0,04 0,61±0, 41,00-70,00 18,00-36,00 28,00±52,00 0,45-0,66 0,51-0, основная Лев 58,50±11,25 30,00±8,55 42,36±11,97 0,51±0,05 0,60±0, 39,00-80,00 18,00-45,00 23,00-62,00 0,42-0,62 0,51-0, Прав 55,22±5,36 25,33±4,37 36,44±3,16 0,53±0,06 0,73±0, 46,00-64,00 19,00-34,00 30,00-43,00 0,43-0,63 0,57-1, контроль Лев 56,33±6,59 26,22±4,91 37,56±4,05 0,53±0,06 0,79±0, 45,00-70,00 19,00-39,00 30,00-48,00 0,42-0,67 0,59-1, Примечание к таблице: * - p0,05 в сравнении с группой контроля Задняя мозговая артерия (ЗМА) васкуляризует кору и подкорковое белое вещество затылочной доли, заднего отдела теменной доли, нижней и задней частей височной доли, отдает глубокие ветви к зрительному бугру и гипоталамусу. В группе тренеров отмечалось снижение всех типов скорости кровотока (табл.5) в правом полушарии при нормальном индексе резистивности и снижении индекса пульсативности.
В левом полушарии была отмечена противоположная тенденция с повышением скоростей при снижении индекса пульсативности. Асимметричная реакция кровотока в полушариях может свидетельствовать о повышении функционирования структур левого доминантного полушария в процессах аудиовизуальной стимуляции во время занятий фитнесом.
В основной группе отмечалось незначительное снижение скоростных параметров, также более выраженное в правом полушарии при значительном снижении ускорения по индексу пульсативности.
Позвоночные артерии представляют собой зону кровоснабжения продолговатого мозга и мозжечка и осуществляют метаболическое обеспечение дыхательного, сосудодвигательного центров ствола головного мозга и функциональной системы координации двигательных актов. Достоверные отличия от нормы гемодинамических параметров по позвоночным артериям – средней скорости и пульсативности – выявлены в группах физически активных лиц. Оптимальные уровни систолической и диастолической скоростей кровотока по позвоночным артериям во всех группах являются отражением постоянства мозгового кровотока на уровне ствола, где находятся жизненно важные центры.
Таблица Параметры скорости и ускорения кровотока по основной артерии (ОА) у женщин 20 40 лет, занимающихся фитнесом группа Скорость Скорость Скорость Индекс Индекс Систоличе- Диастолическа Средняя Резистивно Пульсативн ская я См/сек сти ости См/сек См/сек Mean±sd Mean±sd Mean±sd Min-max Min-max Min-max Mean±sd Mean±sd Min-max Min-max Норма 61,00±14,00 28,30±8,10 40,90±10,50 0,54±0,04 0,81±0, (Лелюк, 46,00-86,00 19,00-44,00 28,00-60,00 0,47-,58 0,66-0, 2004) тренеры 65,75±8,75 41,25±6,88* 49,25±6,25* 0,47±0,02 0,69±0, 55,00-77,00 32,00-55,00 41,00-57,00 0,45-0,51 0,60-0, основная 72,58±7,42* 43,00±10,00* 52,60±6,72* 0,50±0,05 0,62±0, 59,00-87,00 30,00-83,00 45,00-71,00 0,38-0,58 0,52-0, контроль 64,56±10,17 36,33±8,15 42,33±6,36 0,49±0,04 0,72±0, 48,00-79,00 25,00-59,00 32,00-55,00 0,38-0,60 0,60-0, Примечание к таблице: * - p0,05 в сравнении с группой контроля Основная артерия непарная и формируется от слияния правой и левой позвоночных артерий. Она принимает участие в кровоснабжении ствола мозга и мозжечка, является основой задней циркуляции, обеспечивая 1/3 мозгового кровообращения. В нашем исследовании показатель средней за сердечный цикл скорости кровотока по основной артерии (табл.6) совпал с ранее опубликованными научными данными (В.Г.Лелюк, 2004;
В.П.Куликов, 2007).
Показатели систолической и диастолической скоростей оказались выше нормы.
Полученные нами низкие показатели ускорения отражают общую тенденцию избыточности кровотока по основной артерии во всех группах наблюдения.
Таким образом, показатели внутримозговой гемодинамики у лиц, ведущих активный образ жизни, отличаются от группы контроля и литературной нормы. Занятия фитнесом приводят к повышению скоростных параметров мозгового кровотока и снижению параметров ускорения в бассейнах средних мозговых и основной артерии.
Полученные данные позволяют констатировать избыточный мозговой кровоток в группе тренеров и оптимальный – в группе клиентов фитнес-клубов.
Полученные низкие результаты по показателям ускорения в группах женщин, занимающихся фитнесом, противоречат литературным данным [В.П.Куликов, 1999] о повышении резистивности сосудов основания мозга при легкой физической нагрузке.
Поэтому мы проанализировали типы допплеровских паттернов и выявили при повышении скоростных показателей два способа кровоснабжения мозга – гиперемический паттерн (рис.3) в 64% случаев и паттерн затрудненной перфузии (рис.4) – 36%.
В последнем случае спазм артериол снижает приток, это приводит к гипоперфузии мозга и снижению скорости кровотока, что может компенсироваться за счет включения механизмов усиления кровотока в прецеребральных сосудах [Г.И.
Мчедлишвили, 1977].
Обнаруженные в группе контроля признаки редуцирования мозгового кровотока вследствие изменения сосудистых стенок потребуют в дальнейшем более высокого кровяного давления для адекватной перфузии функционально активных регионов, что будет способствовать формированию стойких гипертонических состояний [M.R.Hahn, 1996].
При анализе вегетативного гомеостаза с использованием метода вариабельности ритма сердца и КИГ результаты исследования показали, что регуляция физиологических функций в организме тренированных женщин происходит на уровне автономного контура, нетренированных – на уровне центрального контура вегетативной нервной системы.
Рис.3. Транскраниальная допплерограмма испытуемой из основной группы, соответствующая избыточному мозговому кровотоку с оптимальной перфузией Рис.4. Транскраниальная допплерограмма испытуемой из основной группы, соответствующая избыточному мозговому кровотоку с затрудненной перфузией В спектральных характеристиках женщин, занимающихся фитнесом, преобладают волны высокочастотного (парасимпатического) диапазона. При корреляционном анализе выявлена связь быстрых типов регуляции вегетативных функций с высоким уровнем функциональной активности головного мозга.
Применение нейрофизиологических методов исследования для целей анализа нейродинамики и мозгового кровообращения у женщин, занимающихся фитнесом, позволило нам предложить на основе полученных данных нижеприведенную схему (рис.5) физиологической перестройки центральных регуляторных механизмов. В схеме приведены ведущие факторы органной гемо- и нейродинамики, известные из литературы и выявленные в наших исследованиях, изменения которых приводят к формированию новых физиологических стереотипов.
Схема отражает выявленные объективно, с помощью допплерометрических и лабораторных методов изучения, эктра- и интракраниальные изменения мозгового кровотока, биоэлектрической активности головного мозга при ритмо-пластической физической нагрузке. Доказано с помощью ультразвуковой допплерографии изменения прецеребрального и церебрального кровотока, впервые описаны градиенты скоростей на разных уровнях сосудистого русла, изменения линейных скоростей и индексов резистивности во всех лоцируемых сосудистых зонах мозга.
Сочетание нейрофизиологических методов изучения прецеребрального и церебрального кровотока и функциональных изменений электрогенеза мозга открывает широкие возможности для установления особенностей протекания церебральных процессов, их индивидуальных механизмов, важных для определения оптимального уровня физической активности женщин 20-40 лет.
Режимы оптимальный редуцированный избыточный мозгового кровотока Скорость норма повышена снижена МК Ускорение Снижено или норма повышено МК повышено Реактивность Норма или норма снижена МК снижена Виды Нормо- Гиперсин- Десинхронный ритмический хронный электрогенеза ЭЭГ – паттерн ЭЭГ – паттерн ЭЭГ – паттерн Контур вегетативной автономный автономный центральный регуляции Эйтония или Парасимпатико- Симпатико Тонус Парасимпатико- тония тония ВНС тония Физическая оптимальная избыточная недостаточная нагрузка Рис.5. СХЕМА РЕЖИМОВ ЦЕРЕБРАЛЬНОГО КРОВОТОКА И ИХ ВЛИЯНИЯ НА ЭЛЕКТРОГЕНЕЗ И ВНС ВЫВОДЫ 1. При проведении электроэнцефалографического анализа функционального состояния центральной нервной системы у женщин 20-40 лет при занятиях фитнесом выявлены адаптивные реакции в виде повышения на 15,9% частотных характеристик альфа-ритма в моторных областях коры в основной группе и дезадаптивные реакции в группе тренеров в виде напряжения гипоталамо-гипофизарной области и наличия гиперсинхронных альфа паттернов с повышением показателей частоты на 35,2%. Показатели внутримозговой интеграции соответствовали нормальному функциональному состоянию в группах женщин, занимающихся фитнесом, и межполушарные когерентности преобладали в альфа-диапазоне в лобно-центральных областях коры головного мозга. Повышение амплитудных характеристик физиологического альфа-ритма на 78% в моторных и премоторных областях выявлено в обеих группах женщин, занимающихся фитнесом.
2. Допплерометрический анализ состояния прецеребрального и церебрального кровотока при занятиях фитнесом показал сочетанное повышение линейных скоростей кровотока на 30% в 2-х группах женщин, занимающихся фитнесом, особенно в бассейнах средних мозговых и основной артерий, что говорит об активности метаболических процессов и нейропластических изменений в виде увеличения межнейронных связей в моторных и сенсорных областях коры головного мозга.
Изучение показателей вегетативного статуса женщин 20-40 лет при 3.
различных уровнях двигательной активности показало преобладание деятельности автономного контура регуляции у занимающихся фитнесом, что проявлялось преобладанием высокочастотного компонента в общей мощности спектра при значительном повышении вариабельности ритма сердца. У физически неактивных женщин доминировал центральный контур вегетативной регуляции при преобладании в общей мощности спектра волн очень низкой частоты при снижении вариабельности ритма сердца.
4. На основе полученных данных выявлено, что оптимальной физической нагрузкой при занятиях фитнесом является нагрузка 3 часа в неделю для женщин 20-40 лет, которая повышает функциональное состояние центральной нервной системы, оптимизирует мозговой кровоток и повышает роль автономного контура вегетативной регуляции.
Список публикаций по теме диссертации Публикации в изданиях, рекомендованных ВАК РФ 1. Королева, М.В. Показатели кровотока в магистральных артериях головы у здоровых лиц в различных фитнес-группах [Текст] / М.В.Королева, В.В.Королева // Вестник ЮУрГУ Серия «Образование, здравоохранение, физическая культура». – 2008. - № 19 (119). - Выпуск 16. - С. 109-113.
2. Королева, М.В. Особенности мозгового кровообращения женщин, занимающихся фитнесом [Текст] / М.В.Королева, В.В.Королева, А.П.Исаев, А.В.Ненашева // Вестник ЮУрГУ. Серия «Образование, здравоохранение, физическая культура». – 2009. (в печати) 3. Королева, М.В. Оценка вегетативного гомеостаза женщин, ведущих активный образ жизни [Текст] / М.В.Королева, В.В.Королева, А.П.Исаев // Вестник ЮУрГУ Серия «Образование, здравоохранение, физическая культура». – 2009. (в печати) Другие публикации 4. Королева, М.В. Оценка показателей вариабельности ритма сердца у лиц, ведущих активный образ жизни [Текст] / М.В.Королева, Т.Г.Мутовкина, Г.А.Шорин // Материалы XI Международной научной конференции «Здоровье семьи – XXI век»
Нидерланды – Германия – Франция, 26 апреля – 2 мая 2007 года, Пермь:
ПОНИЦАА, 2007, С. 164-166.
5. Королева, М.В. Характеристика биоэлектрической активности головного мозга и ее реактивность у фитнес-тренеров [Текст] / М.В.Королева, Г.А.Шорин // Материалы IX Областной научно-практической конференции «Профилактика, реабилитация и адаптация в медицине и спорте». – Челябинск, 2007. –С. 21-24.
6. Королева, М.В. Сравнительная характеристика биоэлектрической активности головного мозга женщин с различными физическими нагрузками [Текст] / М.В.Королева, Т.Г.Мутовкина // Материалы V Всероссийского съезда специалистов ЛФК и спортивной медицины, Москва, 19-23 ноября 2007 г. / Под ред. проф. С.Д. Полякова, проф. В.Ю. Преображенского, проф. Ромашина. – М.:
Центр ЛФК и спорт. мед. Росздрава, 2007. – С. 145-146.
7. Королева, М.В. Функциональное состояние системы внешнего дыхания у женщин 20-30 лет, занимающихся фитнесом [Текст] / М.В.Королева // Материалы региональной научно-практической конференции «Актуальные проблемы адаптивной физической культуры и пути их решения». – Екатеринбург, 2007. – С.59-60.
8. Королева, М.В. Особенности мозгового кровообращения у клиентов фитнес центров [Текст] / М.В.Королева // Сборник статей региональной научно практической конференции «Актуальные проблемы развития физической культуры и спорта в образовательных учреждениях» - Магнитогорск, 2008. – С. 112-117.
9. Королева, М.В. Физиология мозгового кровообращения по данным допплерографии у студенток на фоне занятий фитнесом [Текст] / М.В.Королева // Материалы IV Всероссийской научно-практической конференции «Физическая культура и здоровье студентов ВУЗов» - Санкт-Петербург, 31 марта 2008 г. – С.
115-116.
10. Королева, М.В. Анализ межполушарных когерентностей при аудиовизуальномоторной стимуляции [Текст] / М.В.Королева, В.В.Королева // Материалы II Всероссийской научно-практической конференции «Количественная ЭЭГ и нейротерапия». – СПб.: 2009. - С. 24.
Список сокращений АД – артериальное давление ПИ – пульсативный индекс Гослинга АОП –активная ортостатическая проба ПМА – передняя мозговая артерия ВББ – вертебробазилярный бассейн ППМА – правая передняя мозговая ВНС – вегетативная нервная система артерия ГВ - гипервентиляция ППА – правая позвоночная артерия ЖЕЛ – жизненная емкость легких ПСМА – правая средняя мозговая ЗМА – задняя мозговая артерия артерия ИР – индекс резистивности Пурсело ПСНС – парасимпатическая нервная КБ – каротидный бассейн система КИГ – кардиоинтервалография СМА – средняя мозговая артерия ЛЗМА – левая задняя мозговая артерия СНС – симпатическая нервная система ЛПА – левая позвоночная артерия ССС – сердечно-сосудистая система ЛПМА – левая передняя мозговая ТКДГ – транскраниальная артерия допплерография ЛСК – линейная скорость кровотока УЗДГ – ультразвуковая допплерография ЛСМА – левая средняя мозговая артерия ФЖЕЛ – форсированная ЖЕЛ МАГ – магистральные артерии головы ЦНС – центральная нервная система ОА – основная артерия ЧСС – частота сердечных сокращений ПА – позвоночная артерия ЭКГ – электрокардиограмма ПЗМА – правая задняя мозговая артерия ЭЭГ – электроэнцефалография