Способ определения типа метаболического ответа организма при нагрузке

 

Изобретение относится к медицине, кардиологии, может быть использовано при тренировке спортсменов, их профессиональной ориентации. Регистрируют показатели сократимости миокарда при непрерывновозрастающей ступенчатой нагрузке на велоэргометре, вычисляют величину сердечного индекса, строят и анализируют динамическую, кривую и по значению величины сердечного индекса на динамической кривой определяют метаболический ответ организма и его соответствие спринтерскому, стайерскому или смешанному типу. 1 ил.

Изобретение относится к медицине, а именно к кардиологии, и может быть использовано для профессиональной ориентации спортсменов, подбора индивидуальных тренировочных нагрузок, прогнозирования спортивных результатов, определения уровня физической работоспособности.

Известны несколько способов оценки спринтерских и стайерских возможностей человека. К ним относятся: 100-yd Drop-Off Test (Swimming) (1935); Margaria Power Test (1966); Wingate Bicycle Test (1978). Все эти тесты имеют в своей основе определение скорости падения макроэргических соединений в первые минуты интенсивной нагрузки, то есть оценивают больше спринтерские качества пациента. Все они требуют дорогостоящего оборудования, многократного забора крови, что делает их неудобными для массового применения [1].

Принято считать, что физическая работоспособность тесно коррелирует с аэробными возможностями организма [2,3].

Индексная система оценки, предлагаемая многими авторами и основанная на соотношениях пульса, артериального давления, возраста, веса на практике не дает желаемых результатов [4,5].

Известны способы определения физической работоспособности с использованием динамической физической нагрузки (тредмил, велоэргометр) в сочетании с мониторингом ЭКГ, АД, движения миокардиальных стенок или с методом визуализации перфузии сердечной мышцы, получившим название динамической Стресс-ЭхоКг [6,7].

Стресс-ЭхоКг впервые описана как клиническая методика Wann et al. в 1979 г. Ограничения, присущие ультразвуковым аппаратам того времени, сделали ее не более, чем курьезом [8,9].

В последующие 10 лет улучшение регистрационной техники и анализирующего оборудования сдвинули Стресс-ЭхоКг из исследовательской фазы в точку, в которой она сейчас стала практической альтернативой более дорогим радионуклидным методам [10, 11].

Хорошо зарекомендовавшая себя в клинике, она только начинает входить в практику спортивной кардиологии.

Поэтому известный способ, основанный на методе Стресс-ЭхоКг, выбран в качестве прототипа, поскольку он является наиболее близким к предлагаемому способу по технической сущности.

Известный способ заключается в следующем Динамическая Стресс-ЭхоКг проводится на велоэргометре в положении лежа. Частота вращения педалей составляет 60 об/мин. Исследование проводят не ранее 1,5-2 ч. после приема пищи. Выполняется непрерывно возрастающая ступенчатая нагрузка, начиная с 50 Вт. Через каждые 3 мин увеличивают порог нагрузки на 25 Вт. Во время нагрузки осуществляют контроль ЭКГ в 12 общепринятых отведениях, ЧСС и АД. Регистрацию параметров сократимости выполняют в конце каждой третьей минуты нагрузки на ультразвуковом аппарате. Датчик устанавливают в апикальной позиции. На экран выводится двойной режим B-сканирования, что позволяет получить изображение сердца в фазе систолы и диастолы левого желудочка (ЛЖ) в течение одного и того же сердечного цикла. Из показателей общей сократимости ЛЖ анализируют конечно-диастолический объем (КДО), конечно-систолический объем (КCO), ударный объем (УО), фракцию выброса (ФВ) ЛЖ и рассчитывают по полученным данным сердечный индекс (СИ) с последующим построением "функциональных" (динамических) кривых, по которым выявляют скрытую сердечную недостаточность [12].

Данный способ позволяет регистрировать параметры сократимости и визуализировать работу сердечной мышцы при нагрузке.

Однако его не используют для определения типа метаболического ответа организма при нагрузке (спринтерский, стайерский, смешанный тренированный, смешанный детренированный); для оценки тренированности спортсменов. Кроме того, отсутствует единый стандартизированный подход к оценке динамических кривых параметров сократимости миокарда.

Задачей изобретения является определение типа метаболического ответа организма при нагрузке методом динамической Стресс-ЭхоКг.

Поставленная задача решается регистрацией показателей сократимости миокарда при непрерывновозрастающей ступенчатой нагрузке на организм на велоэргометре, с последующим расчетом величины сердечного индекса на каждой ступени нагрузки и построением динамической кривой, согласно изобретению анализируют полученную динамическую кривую и по минимальному значению величины СИ на динамической кривой судят о переходе работы организма из анаэробного режима в аэробный, а по максимальному значению величины СИ - о типе метаболического ответа организма, причем максимальное значение СИ в анаэробном режиме соответствует спринтерскому типу, максимальное значение СИ в аэробном режиме - стайерскому типу, а равные значения СИ в обоих режимах - смешанному типу.

Отличительными признаками является то, что по минимальному значению величины СИ на динамической кривой судят о переходе работы организма из анаэробного режима в аэробный, а по максимальному значению величины СИ - о типе метаболического ответа организма, причем максимальное значение СИ в анаэробном режиме соответствует спринтерскому типу, максимальное значение СИ в аэробном режиме - стайерскому типу, а равные значения СИ в обоих режимах - смешанному типу.

Согласно теоретическому базису тренировки переход с анаэробного пути обмена на аэробный происходит на фоне кислородной задолжности до 90%. Причем кислородная недостаточность, проявляющаяся прежде всего на клеточном уровне, неизбежно возникает в начале любой мышечной работы как результат несоответствия между возрастающим уровнем кислородного запроса и медленно увеличивающейся скоростью доставки кислорода к работающим мышцам [13].

Авторы проанализировали динамику параметров сократимости миокарда при нагрузке по СИ, так как данная величина комплексная и отражает не только сократимость миокарда, но и его хронотропный резерв.

Сердце является аэробным органом, энергообразование идет в нем почти исключительно за счет окисления субстратов. Исследования показали, что потребление миокардом кислорода в работающем сердце 8-15 мл/мин на 100г, в то время как эта величина в несокращающемся сердце составляет 1,5 мл/мин на 100 г. Последняя цифра отображает количество кислорода, необходимого для обеспечения процессов, не связанных непосредственно с сокращением. Увеличение скорости деполяризации несокращающегося сердца связано лишь с небольшим повышением потребления миокардом кислорода [14, 15].

Поскольку гипоксия миокарда выражается снижением параметров сократимости [19], следовательно гипоксия в начале нагрузки будет сопровождаться падением СИ. Следовательно, минимальное значение СИ на динамической кривой соответствует максимальной кислородной задолжности, а следовательно переходу с анаэробного пути обмена организма в аэробный.

Максимальное значение величины СИ говорит об оптимальном метаболическом режиме индивида, что позволяет говорить о типе метаболического ответа организма. В зависимости от нахождения максимального значения СИ в области анаэробного или аэробного режима судят о спринтерском, стайерском или смешанном типе соответственно.

Анализ научно-технической и патентной информации показал, что предлагаемый способ является новым и соответствует критерию "изобретательский уровень".

Предлагаемый способ осуществляют на велоэргометре в положении лежа. Частота вращения педалей 60 об/мин. Исследование проводят не ранее 1,5-2 ч. после приема пищи. Выполняется непрерывно возрастающая ступенчатая нагрузка, начиная с 50 Вт. Через каждые 3 мин увеличивают порог нагрузки на 25 Вт. Во время нагрузки осуществляют контроль ЭКГ в 12 общепринятых отведениях, ЧСС и АД. Регистрацию параметров сократимости выполняют в конце каждой третьей минуты нагрузки на ультразвуковом аппарате. Датчик устанавливают в апикальной позиции. На экран выводится двойной режим B-сканирования, что позволяет получить изображение сердца в фазе систолы и диастолы левого желудочка (ЛЖ) в течение одного и того же сердечного цикла. Из показателей общей сократимости ЛЖ анализируют КДО, КCO, УО, ФВ ЛЖ ЛЖ и рассчитывают по полученным данным СИ (по общепринятой формуле [14], с последующим построением динамической кривой.

Полученную динамическую кривую анализируют и по минимальному значению величины СИ на динамической кривой судят о переходе работы организма из анаэробного режима в аэробный, а по максимальному значению величины СИ - о типе метаболического ответа организма, причем максимальное значение СИ в анаэробном режиме соответствует спринтерскому типу, максимальное значение СИ в аэробном режиме - стайерскому типу, а равные значения СИ в обоих режимах - смешанному типу.

Проведение пробы приостанавливают при появлении общепринятых критериев прекращения нагрузочной пробы. Толерантность (физическая работоспособность) к физической нагрузке оценивают следующим образом: очень низкая 50-75 Вт, низкая 100 Вт, средняя 125 Вт, высокая 150 Вт и выше.

Построение динамической кривой по полученным значениям КДО, КCO, УО, ФВ, АД и СИ при нагрузке выполняется с использованием специального математического программного обеспечения.

С помощью предлагаемого способа осуществлено обследование 40 спортсменов (академическая гребля, водное поло). Осуществлена регистрация показателей сократимости миокарда при непрерывновозрастающей ступенчатой нагрузки на организм на велоэргометре и по полученным данным на каждого спортсмена построены динамические кривые.

У всех без исключения динамических кривых СИ имеется минимум, на 3-9 мин от начала нагрузки. Средняя значение СИ до снижения данного параметра 41,6+2,9; минимальная 17,7+1,9. Данное различие достоверно.

Поскольку переключение с анаэробного пути на аэробный происходит при интенсивной работе приблизительно на 3 мин, а работе средней интенсивности на 6-9-й мин и индивидуально для каждого человека, минимальное значение СИ является ответом организма на максимально возросшую кислородную задолжность как ответ на кислородную задолжность организма и является маркером переключения одного вида обмена организма на другой.

Максимальное значение СИ на динамической кривой позволяет охарактеризовать тип метаболического ответа каждого спортсмена на нагрузку и по полученным результатам скорректировать тренировочный процесс и определить уровень тренированности.

Причем необходимо отметить, что самая высокая физическая работоспособность у спортсменов средневиков (200Вт); у стайеров несколько ниже (150-200Вт) и самая низкая у спринтеров (100-125Вт). Среди среднивиков необходимо выделить два типа: смешанный тренированный, характеризующийся высокими показателями СИ как в анаэробном, так и аэробном режимах и высоким уровнем физической работоспособности; смешанный детренированный характеризуется снижением СИ в обоих метаболических режимах и низкой физической работоспособностью.

Пример 1. ФИО; Леухин А. С. Возраст: 14 лет. Вид занятий: водное поло. Стаж занятий: 3 года. Тренер: Рыжов В. В. Дата обследования: 14.10.93 Определение типа метаболического ответа организма при нагрузке и степени тренированности данного спортсмена осуществляли с помощью предлагаемого способа, причем исследования вели на велоэргометре в положении лежа. Частота вращения педалей 60 об/мин. Исследования проводили не ранее 1,5-2 ч. после приема пищи. Выполнялась непрерывно возрастающая ступенчатая нагрузка, начиная с 50 Вт. Через каждые 3 мин порог нагрузки увеличивали на 25 Вт. Во время нагрузки осуществляли контроль ЭКГ и 3 мин регистрировали параметры сократимости, необходимые для расчета СИ по формуле (УОхЧСС)/площадь тела. По полученным значениям СИ построена динамическая кривая 1 которая приведена на чертеже. Как видно из полученной динамической кривой, минимальное значение СИ соответствует 19 л/мин/м, имеет место на третьей ступени нагрузки и говорит о переходе организма из анаэробного режима в аэробный; максимальное значение СИ составляет 5О л/мин/м и соответствует работе в анаэробном режиме. Таким образом в данном случае имеет место спринтерский тип метаболического ответа.

Пример 2. Лапшов Д.В. Возраст: 14 лет, Вид занятий: водное поло. Стаж занятий: 3 года. Тренер: Рыжов В. В. Дата обследования: 14.10.93.

Определение типа метаболического ответа организма при нагрузке и степени тренированности данного спортсмена осуществляли с помощью предлагаемого способа, причем исследования вели на велоэргометре в положении лежа. Частота вращения педалей составляла 60 об/мин. Исследования проводили не ранее 1,5-2 ч. после приема пищи. Выполнялась непрерывно возрастающая ступенчатая нагрузка, начиная с 50 Вт. Через каждые 3 мин порог нагрузки увеличивали на 25 Вт. Во время нагрузки осуществляли контроль ЭКГ и каждые 3 мин регистрировали параметры сократимости, необходимые для расчета СИ по формуле (УОхЧСС)/ площадь тела. По полученным значениям СИ построена динамическая кривая 2, которая приведена на чертеже. Как видно из полученной динамической кривой минимальное значение СИ соответствует 18 л/мин/м, имеет место на третьей ступени нагрузки и говорит о переходе организма из анаэробного режима в аэробный; максимальное значение СИ составляет 43 л/мин/м и соответствует работе в анаэробном режиме. Таким образом в данном случае имеет место спринтерский тип метаболического ответа.

Пример 3. ФИО Бушуев А.В. Возраст: 14 лет, Вид занятий: водное поло. Стаж занятий: 3 года. Тренер: Рыжов В. В. Дата обследования: 14.10.93 Определение типа метаболического ответа организма при нагрузке и степени тренированности данного спортсмена осуществляли с помощью предлагаемого способа, причем исследования вели на велоэргометре в положении лежа. Частота вращения педалей 60 об/мин. Исследования проводили не ранее 1,5- 2ч после приема пищи. Выполнялась непрерывно возрастающая ступенчатая нагрузка, начиная с 50 Вт. Через каждые 3 мин порог нагрузки увеличивали на 25 Вт. Во время нагрузки осуществляли контроль ЭКГ и каждые 3 мин регистрировали параметры сократимости, необходимые для расчета СИ по формуле (УОхЧСС)/площадь тела. По полученным значениям СИ построена динамическая кривая 3, которая приведена на чертеже. Как видно из полученной динамической кривой, минимальное значение СИ соответствует 23 л/мин/м, имеет место на первой ступени нагрузки и говорит о переходе организма из анаэробного режима в аэробный; как в анаэробном, так и аэробном режимах имеет место снижение СИ, а средняя величина 33,7+2,1 л/мин/м. Таким образом в данном случае имеет место смешанный детренированный тип метаболического ответа.

Пример 4. ФИО Грачев А. Б. Возраст: 14 лет. Вид занятий: водное поло. Стаж занятий: 3 года. Тренер: Рыжов В. В. Дата обследования: 14.10.93 Определение типа метаболического ответа организма при нагрузке и степени тренированности данного спортсмена осуществляли с помощью предлагаемого способа, причем исследования вели на велоэргометре в положении лежа. Частота вращения педалей 6О об/мин. Исследования проводили не ранее 1,5-2 ч. после приема пищи. Выполнялась непрерывно возрастающая ступенчатая нагрузка, начиная с 50 Вт. Через каждые 3 мин порог нагрузки увеличивали на 25 Вт. Во время нагрузки осуществляли контроль ЭКГ и каждые 3 мин регистрировали параметры сократимости, необходимые для расчета СИ по формуле (УОхЧСС)/площадь тела. По полученным значениям СИ построена динамическая кривая которая приведена на чертеже. Как видно из полученной динамической кривой, минимальное значение СИ соответствует 21 л/мин/м, имеет место на второй ступени нагрузки и говорит о переходе организма из анаэробного режима в аэробный; максимальная величина СИ достоверно не различается и составляет 32 л/мин/м в анаэробном и 34 л/мин/м в аэробном режимах. Таким образом в данном случае имеет место смешанный, тренированный тип метаболического ответа.

Как видно из полученных результатов, предлагаемый способ по сравнению с известным позволяет разграничить анаэробный и аэробный режим работы организма; определять тип метаболического ответа организма при нагрузке, а именно спринтерский, стайерский, смешанный тренированный и смешанный детренированный.

Кроме того, можно судить о тренированности спортсменов.

Литература.

1. Douglas B.McKeag, David 0. Hough, D.Zemper; Brawn Benchmark. Primary Care Sports Medicine, 1993. -20-23.

2. Дембо А. Г. Врачебный контроль в спорте. - M. : Медицина, 1988.

3. Боровков Н. Н., Матусова А. П., Гладков В. В. Велоэргометрия в кардиологической практике. Горький, 1989.

4. Jonns R. H. // J. Med 1980; 303: 1133-1137.

5. Wann L.S., Faris J.V., Childress R. H. et al.//Exercise cross-sectioral echocardiography in ischemic heard diseate/ J. Circulation, 1979,60: 1300-1308.

6. Andrea L.//J. Sports Cardiol, 1992, 1:7.

7. Kerber R. E. , Marcus M. L., Erhardt J. et al. Correlation between echocardiography demonstrated segmental dyskinesis and regional myocardial perfusion // J. Circulation.-1975.-Vol. 52. - P. 1097.

8. Bolonese L., Sarasso G., Bongo A. et al. Stress Testing in the Period After lnfarctlon//J. Circulation, 1991. -V. 83. -suppl. III. -P. 32-37.

9. Brow K. M., Newmaun A., Winne J.: Sensitivity
10. Astrand P.O. and K.Rodalh. Textbook of Work Physiology. New York : McGraw - Hill Book Co.,1977.

11. Brooks G. H. Anaerobic thereshold: review of the concept and directions for future research. Med. Sci Sports, 1985. -Exer 17:22.

12. Noble B. J. Physiology of Sport and Exercise. St. Louis: Times Mirror/ Mosby College Publishing, 1986.

13. Rhodes E. R. and D. C. McKencie. Predicting marathon times from fnferobic thecshold measunements. Physician and Sportsmed; 1984. -12:95.

14. Selye H. Sterss in Health and Disease Boston: Butterworth, 1971.

15. Van Huss, W.D. Specific responses to heavy exercise stress. Osteopath Ann 1977. -5:10:53.

Формула изобретения

Способ определения типа метаболического ответа организма путем регистрации показателей сократимости миокарда при непрерывно возрастающей ступенчатой нагрузке на организм на велоэргометре, с последующим расчетом величины сердечного индекса на каждой ступени нагрузки и построением динамической кривой, отличающийся тем, что анализируют полученную динамическую кривую и по минимальному значению величины сердечного индекса на динамической кривой судят о переходе работы организма из анаэробного режима в аэробный, а по максимальному значению сердечного индекса - о типе метаболического ответа организма, причем максимальное значение сердечного индекса в анаэробном режиме соответствует спринтерскому типу, максимальное значение сердечного индекса в аэробном режиме - стаерскому типу, а равные значения сердечного индекса в обоих режимах - смешанному типу.

РИСУНКИ

Рисунок 1