КАРДИОРЕСПИРАТОРНАЯ ВЫНОСЛИВОСТЬ ЖЕНЩИН ФЕРТИЛЬНОГО ВОЗРАСТА ПРИ РАЗЛИЧНОМ УРОВНЕ ФИЗИЧЕСКОЙ АКТИВНОСТИ

АННОТАЦИЯ

В статье рассматривается функциональное состояние сердечно-сосудистой и дыхательной систем в покое и на пике дозированной физической нагрузки у женщин (n=20, cредний возраст 30,38±2,16 лет), занимающихся различными видами фитнес тренировок либо пешими прогулками, и женщин (n=20, средний возраст 31,58±1,72 лет) преимущественно умственного труда, находящихся в состоянии относительной гиподинамии.

Достоверно более высокие значения потребления кислорода, метаболического эквивалента, кислородного пульса и минутной вентиляции легких на пике физической нагрузки свидетельствуют о том, что функциональная активность сердечно-сосудистой и дыхательной систем женщин с активным образом жизни характеризуется высокой толерантностью к физической нагрузке и более высокой степенью адаптации системы кровообращения, проявляющейся увеличением минутного объема кровообращения, активацией работы сердца и уменьшением общего периферического сопротивления сосудов. Причиной снижения толерантности к физическим нагрузкам у женщин преимущественно умственного труда является детренированность сердечно-сосудистой и мышечной систем. Более низкая аэробная ёмкость при выполнении физической работы у женщин офисных работников указывает на высокие риски развития сердечно-сосудистых нарушений.

Результаты инструментального исследования дают возможность проводить персонифицированную коррекцию уровня физической активности в соответствии с аэробными возможностями организма, направленную на повышение тренированности кардио-респираторной системы женщин с малоактивным образом жизни.

ABSTRACT

The work examines the functional condition of the cardiovascular and respiratory systems at rest and at the peak of dosed physical activity in women (n=20, average age 30.38±2.16 years) engaged in various types of fitness training or walking, and women (n=20, average age 31.58±1.72 years) primarily engaged in mental work, in a state of relative hypodynamia.

Significantly higher values of oxygen consumption, metabolic equivalent, oxygen pulse and minute ventilation of the lungs at the peak of physical activity indicate that the functional activity of the cardiovascular and respiratory systems of female with an active lifestyle is characterized by high tolerance to physical activity and a higher degree of adaptation of the cardiovascular system, which characterized by an increase in the minute volume of blood circulation, activation of the heart function and a decrease in periphery vascular resistance. The decrease in exercise tolerance at women mainly engaged in office work is caused by the detraining of the cardiovascular and muscular systems. The lower aerobic capacity during physical work at female office workers indicates high risks of developing cardiovascular disorders.

The results of the instrumental study make it possible to carry out personalized regulating the physical activity in accordance with the body's aerobic capabilities, which aimed on increasing the fitness of the cardiorespirator system of female with sedentary lifestyle.

Ключевые слова: женщины, эргоспирометрия, функциональное состояние, сердечно-сосудистая система, дыхательная система, физическая работоспособность, адаптационные и резервные возможности организма.

Keywords: female, ergospirometry, functional condition, cardiovascular system, respiratory system, physical performance, adaptive and reserve capabilities of the body.

Уровень автоматизации в быту и на производстве требует от современного человека так мало физических усилий, что даже выраженное снижение физической выносливости может долго не осознаваться человеком. Это, в свою очередь, оказывает негативное влияние на его здоровье [1]. Согласно данным ВОЗ, около 60% населения не получает рекомендуемый минимум физической активности в виде 30-минутной нагрузки средней интенсивности в день. А доля лиц, не проявляющих никакой физической активности в течение недели, достигает 25%. Малоподвижный образ жизни является одним из факторов риска развития таких хронических неинфекционных заболеваний как ожирение, сахарный диабет, сердечно-сосудистые заболевания и др. [2, 3]. В этом аспекте исследования по ранней диагностике, оценке, прогнозу и коррекции нарушений здоровья различных групп населения являются несомненно актуальными.

В настоящее время с большой определенностью и очевидностью признано существование переходных или пограничных состояний организма, которые еще не попадают в категорию болезни, но и не могут быть охарактеризованы как здоровые. Переход от состояния здоровья к состоянию болезни обладает протяженностью во времени и характеризуется определенным расходованием функционального резерва организма [4]. Из этого следует, что в медицинском обеспечении здоровья необходимо перестроиться на диагностику предболезненных состояний, на оценку функционального состояния организма и его адаптационных возможностей в период, когда еще отсутствуют явные признаки заболевания. Все это диктует необходимость решения целого ряда новых задач, в том числе создания новой методологии, направленной на раннее выявление нарушений здоровья людей, а также физиологического обоснования прогноза снижения уровня здоровья в целом [5].

Одним из методов оценки функционального состояния сердечно-сосудистой и дыхательной систем является кардиопульмональный нагрузочный тест или эргоспирометрия, который представляет собой диагностическое исследование с измерением показателей гемодинамики, вентиляции и газообмена, предоставляющее дополнительную информацию о функциональном состоянии организма при выполнении дозированной физической нагрузки. Данный метод позволяет выявить ограничение работоспособности и нарушение толерантности к физической нагрузке при отсутствии клинических проявлений, а также уточнения причин функциональных отклонений [6-8]. Проведение дозированного нагрузочного теста даёт возможность объективно оценить уровень физической работоспособности с определением порога анаэробного обмена, уровня потребления кислорода и метаболического эквивалента и определить патогенетические механизмы её снижения, т.е. способствует раннему выявлению функциональных гемодинамических, дыхательных и метаболических нарушений [7-9].

Цель исследования — выявить функциональные особенности кардиореспираторной системы в состоянии покоя и при дозированной физической нагрузке у женщин, ведущих активный и малоподвижный образ жизни.

Материалы и методы

Исследования проводились на базе Международного научно-клинического центра физиологии в лаборатории прогнозирования здоровья и физиологии труда (г. Ашхабад). В тестировании принимали участие женщины фертильного возраста (n=40) в возрасте от 23 до 46 лет.  I группу составили женщины, занимающиеся различными видами фитнес тренировок либо пешими прогулками (n=20, средний возраст 30,38±2,16 лет). Во II группу вошли женщины офисные работники, находящихся в состоянии относительной гиподинамии (n=20, средний возраст 31,58±1,72 лет).

Перед проведением кардиопульмонального нагрузочного тестирования у каждого респондента в состоянии покоя измерялись гемодинамические показатели и проводились такие исследования, как электрокардиография, спирометрия и пульсоксиметрия для выявления возможных ограничений и противопоказаний к проведению теста. Тест проводился по протоколу со ступенчатовозрастающей нагрузкой. Мощность 6 ступеней велоэргометра составила 25–150 Вт, длительность каждой ступени - 2 мин. Во время теста на каждой ступени осуществлялось мониторирование ЭКГ, гемодинамических показателей, показателей вентиляции легких и газоанализа. Проба с физической нагрузкой осуществлялась на системе эргоспирометрии CARDIOVIT CS-200 (Schiller, Switzerland). Заболеваний сердечно-сосудистой дыхательной и других систем, которые могли бы повлиять на результаты теста, испытуемые не имели. При проведении эргоспирометрии случаев остановки пробы по медицинским показаниям (появление общепринятых критериев прекращения нагрузочных исследований) либо отказа респондента от дальнейшего выполнения физической нагрузки в связи максимальным утомлением не отмечено. Нарушения ритма или проводимости, а также диагностически значимых отклонений сегмента ST во время пробы не зарегистрированы. В обеих группах дыхательный коэффициент на пике нагрузки более 1,1 ед., что свидетельствует о достаточном усилии респондентов при выполнении физической нагрузки и информативности тестов.

В работе определялись такие показатели, как потребление кислорода на пике нагрузки (VO2 peak); коэффициент поглощения кислорода на килограмм массы тела при максимальной нагрузке (VO2/kg peak); максимальная аэробная производительность организма, характеризующая потребление кислорода за одну минуту на единицу массы тела или метаболический эквивалент (Mets); уровень кислородного пульса (O2 pulse), характеризующий количество кислорода, поступающее в ткани за один сердечный цикл; минутная вентиляция легких или дыхательный объем (VE), характеризующий общий объем вдыхаемого воздуха за одну минуту; частота дыхания (BF); дыхательный резерв (BR); вентиляционный эквивалент по углекислому газу (VE/VСO2 slope); соотношение потребления кислорода к выполненной работе (VO2/WR либо О2/load slope). Показатели анаэробного порога и совокупность указанных данных с электрокардиографическими и гемодинамическими параметрами, частотой сердечных сокращений (HR) и уровнем артериального давления (BPsys, BPdia) предсказывают физическую подготовленность и могут быть использованы для оценки и контроля уровня выносливости и степени тренированности организма.

Гемодинамические показатели, характеризующие функциональное состояние сердечно-сосудистой системы в покое и на пике физической нагрузки: пульсовое и среднединамическое давления, систолический объем крови, минутный объема кровообращения и общее периферическое сопротивление сосудов определялись общепринятыми методами [10] исследования.

Наличие различной степени ожирения и выявление дыхательного коэффициента на пике нагрузки ниже 1,1 ед являются критериями исключения из обследования. 

Статистическая обработка данных выполнялась с помощью пакета программ «Statistica 5.0» и MS Exel. Для сравнения показателей использовался непараметрический критерий Манна–Уитни. Результаты считались статистически значимыми при p<0,05.

Результаты и их обсуждение

Значения метаболических, гемодинамических и вентиляционных показателей организма, характеризующих физическую работоспособность и толерантность к физической нагрузке по результатам кардиопульмонального нагрузочного тестирования представлены в таблице 1.

При проведении кардиопульмонального нагрузочного тестирования потребление кислорода на пике нагрузки достоверно выше в группе физически активных женщин (1,72±0,07 л/мин), что составило 91,18 % от прогнозируемой величины. У женщин II группы данный показатель составил 1,26±0,06 л/мин (67,64 % от прогнозируемой величины). Коэффициент поглощения кислорода на килограмм массы тела при максимальной нагрузке достоверно выше в I группе (26,38±1,25 мл/мин/кг) по сравнению с показателями II группы (19,44±1,12 мл/мин/кг).

Таблица 1.

Показатели кардиопульмонального нагрузочного тестирования женщин фертильного возраста (n=40, M±m)

 Примечание: I группа – женщины с активным образом жизни (фитнес тренировки либо пешие прогулки); II группа – женщины с малоактивным образом жизни (офисные работники).

При сравнении абсолютных значений пикового потребления кислорода с рекомендуемыми референсными [7-9] величинами, у женщин I группы отмечено превалирование нормальной физической работоспособности организма (n=14, 70 %). В группе женщин умственного труда отмечено превалирование средней степени снижения (n=15, 75 %) физической работоспособности (диаграмма 1).

a                                                          b

                                 - нормальная физическая работоспособность (VO2 max 85-115 % pred),

 - легкая степень снижения (VO2 max 75-84 % pred)   

 - средняя степень снижения (VO2 max 50-74 % pred)

Диаграмма 1. Частота встречаемости различных уровней физической работоспособности у физически активных женщин (a) и женщин офисных сотрудников (b), n=40, %

Аэробная производительность организма на пике нагрузки в I группе составила в среднем 7,49±0,29 метаболических единиц, что достоверно выше показателей II группы (5,58±0,31 метаболических единиц). При сравнении абсолютных значений метаболического эквивалента с рекомендуемыми референсными величинами [7-9] у женщин I группы в 75 % случаев (n=15) выявлена высокая толерантность к физической нагрузке. В группе женщин умственного труда отмечена различная степень её снижения. Так в 80% случаев отмечена средняя (n=16) и 5 % случаев низкая (n=1) толерантность к физической нагрузке (диаграмма 2).

a                                                          b

 - высокая толерантность к физической нагрузке (7,0-9,9 Mets),

 - средняя толерантность к физической нагрузке (4,0-6,9 Mets)

 - низкая толерантность к физической нагрузке (≤3,9 Mets)       

Диаграмма 2. Уровни толерантности к физической нагрузке у физически активных женщин (a) и женщин офисных сотрудников (b), n=40, %

Отмечено достоверное превалирование уровня кислородного пульса (10,32±0,42 мл/уд), характеризующего количество кислорода, поступающее в ткани за один сердечный цикл, у физически активных женщин, что соответствует 100,1 % от прогнозируемой величины. Этот показатель характеризует экономичность работы сердца. Чем выше кислородный пульс, тем эффективнее гемодинамика, так как доставка нужного количества кислорода обеспечивается меньшей частотой сердечных сокращений. У женщин умственного труда отмечено незначительное снижение глобальной насосной функции сердца, так как средние значения кислородного пульса на пике нагрузки у них составили 8,05±0,39 мл/уд, что соответствует 79,63 % от ожидаемого значения (норма ≥80 %).

По сравнению с показателями женщин с малоподвижным образом жизни, в группе физически активных лиц отмечены достоверно более высокие значения минутной вентиляции легких или дыхательного объема, характеризующего общий, объем вдыхаемого воздуха за одну минуту, что свидетельствует о высокой функциональной активности респираторной системы при выполнении физических нагрузок (таблица 1). Отсутствие статистически достоверных различий в частоте дыхания на пике нагрузки в обеих группах свидетельствует об увеличении дыхательного объема в группе физически активных лиц за счет увеличения глубины дыхания. Вентиляционный эквивалент по СO2, т.е. соотношение дыхательного объема к объему выделенного углекислого газа, характеризующее альвеолярный газообмен в легких в обеих исследованных группах, отмечен в пределах, рекомендуемых референсных значений (норма VE/VСO2 slope <30%), что указывает на отсутствие риска развития вентиляционно-перфузионных нарушений.

Повышенное функциональное состояние респираторной системы у физически активных лиц свидетельствует об увеличении площади функционирующей поверхности альвеолярно-капиллярных мембран, о возрастании объема кровотока и количества кислорода в капиллярном русле легких, что позволяет, в свою очередь, значительно повысить степень аэробной производительности организма.

 Соотношение потребления кислорода к выполненной работе (норма VO2/WR ≥9,0 мл/мин/ват), т.е. аэробная ёмкость у женщин II группы достоверно ниже (6,07±0,84 мл/мин/ват) по сравнению с показателями женщин I группы (9,35±0,62 мл/мин/ват), что соответствует повышенному риску развития сердечно-сосудистой патологии. Данное обстоятельство объясняется тем, что у женщин при малоподвижном образе жизни, по сравнению с данными у физически активных лиц, несмотря на дальнейшее увеличение физической нагрузки, наступает момент, когда потребление кислорода и выделение углекислого газа перестают увеличиваться линейно по отношению к работе. Абсолютные значения аэробной ёмкости ниже 9,0 мл/мин/ват отмечены у 25 % (n=5) женщин I группы и 65 % (n=13) женщин II группы. Таким образом, при низкой физической активности риски развития сердечно-сосудистой патологии увеличиваются. 

В покое ряд нарушений в функционировании кардиореспираторной системы компенсируются резервными возможностями организма. Физические нагрузки приводят к изменениям основных показателей функции сердечно-сосудистой системы. Знание этих закономерностей необходимо для суждения о функциональном состоянии организма.

Ведущую роль в обеспечении адаптации организма к физическим нагрузкам играет сердечно-сосудистая система, от состояния регуляторных механизмов которой в значительной степени зависит характер адаптации организма в целом. Обладая сложными нервно-рефлекторным и гуморальным механизмами система кровообращения активно участвует в процессах адаптации, благодаря тонким и чувствительным аппаратам саморегуляции, лабильно реагируя на малейшие изменения потребностей отдельных органов и систем, согласовывая кровоток в них с гемодинамическими параметрами на организменном уровне. Согласно исследованиям Р.М.Баевского (2000), многоконтурная и многоуровневая реакция системы регуляции кровообращения направлена на достижение оптимального приспособительного ответа и отражает адаптационную реакцию целостного организма [11].

Значения гемодинамических показателей организма женщин фертильного возраста в покое и при нагрузке представлены в таблице 2.

Таблица 2.

Гемодинамические показатели женщин фертильного возраста в состоянии покоя и при физической нагрузке (n=40, M±m)

Примечание: I группа – женщины с активным образом жизни (фитнес тренировки либо пешие прогулки); II группа – женщины с малоактивным образом жизни (офисные работники).

В числителе –  показатели покоя, в знаменателе – показатели на пике нагрузки.

Согласно полученным данным, в состоянии покоя достоверных отличий в средних значениях таких гемодинамических показателей, как систолическое давление, диастолическое давление и частота сердечных сокращений в обеих исследуемых группах женщин фертильного возраста не выявлено.

Физическая нагрузка приводит к существенному увеличению частоты сердечных сокращений и систолического артериального давления. Так частота сердечных сокращений на пике нагрузки в группе физически активных лиц составив в среднем 175,30±2,44 уд/мин увеличившись, по сравнению с показателями покоя в 2,28 раза, достоверно отличается от показателей женщин II группы (165,20±3,32 уд/мин). Систолическое артериальное давление при переходе от состояния покоя к физической нагрузке повышается на 55 % и 51 %, соответственно. Диастолическое артериальное давление в обеих группах женщин повышается на пике нагрузки незначительно, в результате чего возрастает пульсовое давление. При сравнении гемодинамических показателей на пике нагрузки в зависимости от уровня физической подготовленности организма отмечается тенденция к более высоким величинам диастолического и к более низким величинам пульсового давлений у женщин II группы по сравнению с аналогичными показателями женщин I группы.

В условиях нагрузки отмечается тенденция к более низким значениям ударного объем сердца (систолический объем) у женщин с малоподвижным образом жизни за счет снижения эффективности наполнения сердца при большей частоте сердечных сокращений. Таким образом, у нетренированных лиц работа сердца при очень большой частоте сокращений становится менее эффективной, так как значительно сокращается время наполнения желудочков и уменьшается ударный объем.

Основной гемодинамический показатель – минутный объем кровообращения на пике нагрузки у женщин I группы достоверно выше, по сравнению с минутным объемом кровообращения у женщин II группы, за счет достоверно более высоких значений частоты сердечных сокращений. В группе лиц с малоактивным образом жизни отмечено увеличение минутного объема кровообращения на 187 % от показателей покоя. Увеличение минутного объема кровообращения на пике нагрузки у физически активных лиц составило 233 % от показателей покоя, что свидетельствует о более высоком гемодинамическом функциональном резерве организма.

В возрастании минутного объема кровообращения, обеспечивающего необходимый уровень потребления кислорода при физической нагрузке, важную роль играет так называемый механизм мышечного насоса. Сокращение активных мышц сопровождается сжатием в них вен, что немедленно приводит к увеличению оттока венозной крови из мышц нижних конечностей. Посткапиллярные сосуды, в основном вены системного сосудистого русла (печень, селезенка и др.) также действуют как часть общей резервуарной системы, и сокращение их стенок увеличивает отток венозной крови. Все это способствует усиленному притоку крови к правому желудочку и быстрому заполнению сердца. Рефлекторное увеличение напряжения стенок венозных сосудов мышц сохраняется в течение всего периода нагрузки, причем происходит оно на фоне расширения артериол в работающих мышцах [12].

Под влиянием физических нагрузок существенно изменяется сосудистое сопротивление. Одним из важнейших факторов, способствующих усилению кровотока при мышечной работе, является резкое уменьшение сопротивления в сосудах мышц, что приводит к значительному снижению общего периферического сопротивления. Отмечено достоверное снижение общего периферического сопротивления на пике нагрузки у женщин I группы, по сравнению с показателями у женщин II группы. Уменьшение уровня периферического сопротивления на пике нагрузки в I группе женщин составил 39,3 % от показателей покоя, в то время как во II группе данный показатель уменьшился на 21,8 %, по сравнению с показателями покоя (таблица 2). Таким образом, обеспечение наиболее благоприятных условий для обменных процессов и адекватного кровообращения в условиях физических нагрузок требует, наряду с увеличением минутного объема сердца, и перераспределения регионарного кровотока.

Выводы

Сравнительный анализ показателей гемодинамики, дыхания и газообмена в покое и на пике нагрузки у физически активных женщин и женщин с малоподвижным образом жизни свидетельствуют о том, что функциональная активность сердечно-сосудистой и дыхательной систем женщин с активным образом жизни характеризуется высокой толерантностью к физической нагрузке и более высокой степенью адаптации системы кровообращения, проявляющейся увеличением минутного объема кровообращения, активацией работы сердца и уменьшением периферического сопротивления сосудов при выполнении дозированной физической нагрузки. Причиной снижения толерантности к физическим нагрузкам у женщин преимущественно умственного труда является детренированность сердечно-сосудистой и мышечной систем. Более низкая аэробная ёмкость при выполнении физической работы у женщин офисных работников указывает на высокие риски развития сердечно-сосудистых нарушений.

Гиподинамия и малоподвижный образ жизни являются контролируемыми факторами риска, в силу чего их раннее выявление и своевременная физиологическая (немедикаментозная) коррекция способствует снижению риска развития сердечно-сосудистой патологии и сахарного диабета. Результаты кардиопульмонального нагрузочного тестирования дают возможность проводить персонифицированную коррекцию уровня физической активности в соответствии с аэробными возможностями организма, направленную на повышение тренированности кардио-респираторной системы женщин.

Список литературы:

1. Беграмбекова Ю.Л., Орлова Я.А. Вклад аэробных физических нагрузок в сбережение здоровья: известные механизмы и перспективные исследования. Кардиоваскулярная терапия и профилактика. 2021; 20(5): 115-125. https://doi.org/10.15829/1728-8800-2021-2878
2. Mendes R., Sousa N., Barata T. Physical activity and public health: recommendations for exercise prescription. Acta Medica Potugersa. 2011;24(6):1025-30. https://doi.org/10.20344/amp.1412
3. WHO guidelines on physical activity and sedentary behavior. Geneva, 2021; p. 104.
4. Разумов А.Н., Пономаренко В.А., Пискунов В.А. Здоровье здорового человека (основы восстановительной медицины). М.: Медицина, 1996. с. 414.
5. Графова В.А., Караев К., Бабаева Ю.Ю. Влияние жаркого климата на женский организм. Проблемы освоения пустынь. 2010; 1-2: 26-28.
6. Balady GJ, Arena R, Sietsema K, et al. Clinician’s guide to cardiopulmonary exercise testing in adults: a scientific statement from the American Heart Association. Circulation.  2010; 22: 191–225. https://doi.org/10.1161/cir.0b013e3181e52e69
7. Dores H., Mendes M. Cardiopulmonary exercise testing in clinical practice: principles, applications and basic interpretation. Revista Portugesa de Cardiologia. 2024; 43: 525-536. https://doi.org/10.1016/j.repc.2024.01.005
8. Fletcher G.F. Exercise Standards for Testing and Training A Scientifc Statement From the American Heart Association. Circulation. 2013;128(8):873–934. https://doi.org/10.1161/ cir.0b013e31829b5b44
9. Glaab T., Taube C. Practical guide to cardiopulmonary exercise testing in adults. BMC. Respiratory Research. 2022: 23-29.  https://doi.org/10.1186/s12931-021-01895-6
10. Пономарева И.А. Физиология физической культуры и спорта. Ростов н/Д; Таганрог: Издательство Южного федерального университета. 2019. с.212. https://elibrary.ru/item.asp?id=423744601&ysclid=m7k4blvmm0416228571
11. Баевский Р.М. Проблема здоровья и нормы: точка зрения физиолога. Клиническая медицина. 2000; 4: 59-64.
12. Амосов Н.М., Бендет Я.А. Физическая активность и сердце. 3-е издание. К.: Здоровья, 1989. с. 216. https://www.booksite.ru/fulltext/fizaktivn/text.pdf?ysclid= m7k4vdwi 24482881384