Исследование суточного ритма физиологических функций при занятиях физической культурой и спортом

В последние годы интерес к биоритмологическим исследованиям значительно возрос, поскольку они имеют большое значение для оценки функционального состояния организма (К. М. Смирнов, 1980; Б. С. Алякринский, 1981; В. А. Доскин, 1985 и другие).

Известно, что ритмичность физиологических процессов лежит в основе жизнедеятельности человеческого организма. Биологические ритмы являются неотъемлемым качеством живой природы (С. О. Руттенбург, 1971; В. Н. Черниговский, 1980; Reinberg А., 1972; Wever R., 1974 и другие). Это регулярные, периодически повторяющиеся изменения жизнедеятельности от клеточного до организменного уровня (например, в клетках — митотический цикл, в органах — сокращения сердца, в целостном организме — цикл сон и бодрствование и т. д.). Ритмичность функций наблюдается от рождения и до смерти организма. По величине периода биологические ритмы бывают от долей секунды до многих лет.

Биологические ритмы — это статистически достоверные изменения различных показателей физиологических процессов волнообразной формы. Основными параметрами биоритмов являются:

• • период — время между двумя одноименными точками в волнообразно изменяющемся процессе;
• • акрофаза — точка времени в периоде, когда отмечается максимальная величина исследуемого показателя;
• • мезор — уровень среднего значения показателя изучаемой функции;
• • амплитуда — степень отклонения исследуемого показателя в обе стороны от средней.

По мнению большинства исследователей, периодические колебания физиологических функций обусловлены эндогенными (внутренними) факторами (наследственно обусловлены). Однако научно подтвердить ни эндогенную, ни экзогенную (внешнюю) природу суточного ритма не удалось, и поэтому говорят, что эндогенный ритм в большей или меньшей степени синхронизируется с 24-часовым суточным ритмом. К внешним синхронизаторам относят смену света — темноты, шум, прием пищи, температурные условия, атмосферное давление, а для человека — различные социальные факторы.

Установлено, что в регуляции биологических ритмов большую роль играет нейроэндокринная система (Ф. Б. Березин с соавт., 1972; В. П. Казначеев, Ю. П. Шорин, 1975; Reinberg А., 1966 и другие).

С точки зрения оптимизации двигательной активности при занятиях физкультурой и спортом наибольший интерес представляют суточные, а точнее околосуточные (циркадианные), биологические ритмы.

Полагают, что в основе суточных ритмов лежит преобладание тонуса вегетативной нервной системы: днем преобладает симпатическое влияние, ночью — парасимпатическое (Г. К. Микушкин, 1969).

Роль суточных колебаний физиологических функций состоит в обеспечении высокой активности и работоспособности человека днем за счет преобладания тонуса симпатической нервной системы и активации парасимпатической нервной системы в ночные часы суток, необходимой для восстановительных процессов (С. О. Руттенбург, А. Д. Слоним, 1976; И. Е. Оранский, 1977; Л. Я. Глыбин, 1987 и другие). В соответствии с этим максимальный уровень физиологической активности наблюдается в дневные часы суток, а минимальный — ночью.

Известно, что биоритмы играют важную роль в процессе адаптации организма к условиям среды (Н. И. Моисеева, 1978; С. И. Степанова, 1986; Н. А. Агаджанян, Н. Н. Шабатура, 1989; Д. С. Саркисов, 1989). Суточная периодичность функций обеспечивает соответствующее приспособление организма к окружающей среде и направлена на поддержание гомеостаза (Р. М. Баевский, 1977 и другие). Преимущество периодической, ритмической деятельности организма состоит в том, что организм может заранее приготовиться к изменениям внешней среды, к деятельности, к отдыху, восстановлению.

Вместе с тем считают, что сведения о ритмах физиологических функций дают возможность оценивать состояние адаптации организма к внешним воздействиям (Т. Д. Семенова, 1972; Б. С. Алякринский, 1981 и другие). Исследователи отмечают, что многие патологические процессы в организме сопровождаются нарушением временной организации физиологических функций (Ф. И. Комаров с соавт., 1966; И. Е Оранский, 1977; Л. А. Глыбин, 1987). Показано, что учет изменения биологических ритмов имеет большое значение при оценке предпатологических состояний и в прогнозе возникновения заболевания (Р. М. Баевский, 1979; М. И. Моисеева, В. М. Сысуев, 1981 и другие). Согласно литературным данным состояние структуры циркадных ритмов физиологических функций организма является надежным критерием его общего функционального состояния и состояния неспецифического напряжения организма (К. М. Смирнов с соавт., 1980; Б. С. Алякринский, 1981; В. А. Доскин, 1985 и другие). В то же время сведения о степени напряжения регуляторных систем имеют большое значение при решении задач медико-педагогического контроля, оценке влияния различных факторов среды (в том числе и двигательной активности) на организм человека и обосновании оптимальности режимов физических нагрузок.

Воздействие какого-либо стресс-фактора (эмоционального, мышечной деятельности и др.) или некоторые периоды онтогенеза (например, период полового созревания) могут сопровождаться бурным адаптационным процессом, изменениями параметров биологических ритмов. Это может проявиться в изменении периода ритма вплоть до исчезновения правильного ритма, сдвига акрофазы, в изменении амплитуды колебательного процесса (В. А. Доскин, 1985, 1989; В. И. Макаров, 1989). Так, по данным Э. А. Матлиной (1978), у спортсменов обнаружена более высокая амплитуда колебаний выделения адреналина по сравнению с контрольной группой, что свидетельствует о хроническом напряжении функции мозгового слоя надпочечников. В случае же чрезмерных нагрузок у спортсменов развивается состояние хронического утомления, что ведет к уменьшению амплитуды колебаний выделения катехоламинов.

Установлено, что степень взаимосвязи суточных ритмов различных физиологических функций меняется в зависимости от величины стрессорных воздействий. Так, в состоянии умеренного стресса процесс адаптации характеризуется увеличением синхронизации ритмов физиологических функций, а стрессовые воздействия большой силы могут привести к нарушению согласованной их деятельности, вызывая десинхроноз (С. И. Степанова, 1986), являющийся основной формой хронопатологии. При этом значительное напряжение процесса адаптации, которое может возникнуть при различных воздействиях, ведет к внешнему десинхронозу (рассогласованность биологических ритмов с суточным ритмом, т. е. с ритмом день-ночь) и (или) внутреннему (рассогласованность по фазе основных биологических ритмов) десинхронозу. По данным В. А. Доскина (1978), у всех спортсменов с ухудшением функционального состояния было выявлено наличие десинхроноза (рассогласованность между функциями, между отдельными функциями и внешними датчиками времени), а он в 78% случаев опережал появление неблагоприятных изменений функционального состояния, обнаруженных традиционными методами врачебного контроля (функциональные пробы и тесты и т. д.). По мнению автора, внутренний десинхроноз является результатом информационно-энергетической перегрузки циркадианной системы, обеспечивающей поддержание и согласование околосуточных ритмов организма, и выступает первым признаком функциональной патологии.

Таким образом, между проявлениями цикличности и состоянием здоровья имеется прямая зависимость. Более того, есть основания утверждать, что самые начальные и пока еще незначительные отклонения в состоянии здоровья в первую очередь находят отражение в нарушениях временной организации физиологических функций.

Следовательно, циркадианная система, с одной стороны, является одним из важнейших механизмов приспособления организма к окружающей среде, а с другой — рассматривается в качестве универсального критерия оценки функционального состояния организма (В. А. Доскин с соавт., 1988).

В ряде работ отмечено изменение суточного ритма температуры тела, ЧСС и других вегетативных показателей в связи с влиянием трудовой, спортивной, учебной деятельности (В. А. Доскин, 1985, 1989; Л. М. Кузнецова, 1990 и другие).

Изменение нормального суточного ритма температуры тела в сочетании с нарушением сна при перетренированности и явлениях утомления у спортсменов обнаружены многими исследователями (Е. Л. Склярчик, 1954, 1963; К. М. Смирнов, 1954; Ф. И. Комаров с соавт., 1966;

В. Б. Рубанович с соавт., 1991 и другие). Есть мнение, что наиболее вероятной причиной изменения ритма температуры тела у спортсменов является нарушение нормального равновесия между возбудительным и тормозным процессами в коре головного мозга (К. М. Смирнов, 1954). Отсутствие снижения температуры тела в поздние вечерние часы указывает на относительную слабость тормозного процесса, и возбуждение, характерное для дневного времени, не уменьшается к ночи. Однако при этом следует обращать внимание не только на чрезмерность физической нагрузки, но и на недостаточность отдыха, чрезмерные эмоциональные и умственные нагрузки и т. д.

Значительный интерес представляет изучение влияния различных факторов на суточные ритмы физиологических функций детей и подростков. Это связано с тем, что морфофизиологические особенности растущего организма (биологическая периодизация и гетерохронность развития, несовершенство функционирования и процессов регуляции физиологических функций и т. д.) и недостаточная социальная приспособленность обусловливают предрасположенность детей к развитию десинхроноза (В. А. Доскин, Н. Н. Куинджи, 1989). В связи с этим значительная интенсификация социальной жизни, которая коснулась и детского контингента (увеличение учебной нагрузки, новые формы обучения, усиление психоэмоциональных воздействий на фоне гипокинезии или спортивной гиперкинзии и т. д.), может в свою очередь привести к росту заболеваний среди детей и подростков.

Имеются сведения о влиянии учебных нагрузок на циркадную систему, процесс адаптации и функциональное состояние детей и подростков в зависимости от напряженности учебной деятельности (А. А. Бирюкович, 1973), периода учебного года (В. И. Демин с соавт., 1979) и двигательной активности (В. А. Доскин, Н. Н. Куинджи, 1989; В. Б. Рубанович, 1992). Отмечены различные проявления десинхроноза (смещение и инверсия суточных кривых, уменьшение амплитуды колебаний, рассогласование деятельности различных функциональных систем и т. д.) у школьников в период экзаменационной сессии, в начале и в конце учебного года, при чрезмерных физических нагрузках на фоне учебной деятельности. Это свидетельствует о значительном напряжении регуляторных систем организма под влиянием неблагоприятных факторов или чрезмерных воздействии.

Известно, что напряженная учебная деятельность школьников в сочетании с гипокинезией нередко ведет к десинхронозу суточных ритмов физиологических функций. В то же время оптимальная двигательная активность ведет к их нормализации и улучшению работоспособности (умственной и физической) учащихся в течение всего дня (В. А. Доскин, Н. Н. Куинджи, 1989).

Неадекватная функциональным возможностям организма детей физическая нагрузка приводит к существенным изменениям их биоритмологического статуса. В результате продолжительного несоответствия режима труда и отдыха возможностям организма учащихся нередко можно наблюдать десинхроноз функций сердечно-сосудистой системы, терморегуляции, симпато-адреналовой системы в виде смещения акрофазы ЧСС, АД, температуры тела, АМо на 23 часа или на ночное время (инверсия ритма), нарушений взаимосвязи между ритмами изучаемых функций, снижения амплитуды колебаний.

В практике текущего и этапного контроля за функциональным состоянием занимающихся физкультурой и спортом можно использовать простой, но достаточно информативный метод хронобиологического контроля. Для этого необходимо измерять через каждые три или четыре часа показатели физиологических функций (ЧСС, температуру тела и, по возможности, любые другие показатели). Определение показателей необходимо начинать с утренним подъемом, проводить через одинаковые интервалы времени в положении сидя или лежа и заканчивать при уходе ко сну. Исследование можно проводить неограниченный период времени (в зависимости от задачи), но желательно не менее трех дней.

Оценку циркадного ритма изученных функций можно строить на основе характеристики следующих параметров: формы суточной кривой (хронограммы), амплитуды, акрофазы колебательного процесса и среднесуточного уровня. Суточные кривые для каждого показателя строятся на графике на основании полученных величин в различные периоды обследования. Полученные хронограммы оцениваются согласно рекомендациям авторов с учетом характера кривой и амплитуды колебательного процесса (Н. Г. Дьячкова, 1965; А. Д. Слоним, С. О. Руттенбург, 1976; В. А. Доскин, Н. Н. Куинджи, 1989 и другие). Нормальные кривые (1-й и 2-й тип) оцениваются соответственно пятью и четырьмя баллами. При этом параболоподобные кривые 1-го типа имеют акрофазу в 11—19 часов (одновершинные, т. е. с одним подъемом функции), а кривые 2-го типа имеют два подъема функции в этот же интервал времени (от 11 до 19 ч). Нормальный ритм ЧСС и температуры тела характеризуется постепенным повышением физиологических параметров с 7—8 ч утра и их понижением в позднее вечернее и ночное время, т. е. к 23—24 ч и далее. К измененным относятся смещенные (запаздывающие), уплощенные и инвертированные суточные кривые, оцениваемые соответственно тремя, двумя и одним баллом. Смещенные хронограммы характеризуются акрофазой, т. е. максимальным повышением функции в поздние вечерние часы (23—24 ч), уплощенные — малой амплитудой колебания функции в течение дня и инвертированные — максимальными значениями исследуемого показателя в 7—8 и 23—24 ч, а минимальными — в активный период суток, т. е. с 11—12 до 19—20 ч. Встречается тип падающей суточной кривой, для которой характерно снижение уровня физиологического показателя от 7—8 к 11—16 ч. Это обусловлено ослаблением возбудительного процесса вместо его усиления в центрах, регулирующих описанные физиологические функции. Такие кривые оцениваются тремя баллами. Нормальная амплитуда ритма для ЧСС составляет примерно 15—20%, для температуры тела — 1%. На рис. 2.12 показаны пять типов суточных кривых частоты пульса.

Рис. 2.12. Типы суточных кривых частоты пульса: 1 — нормальная;

• 2 — уплощенная; 3 — падающая; 4 — запаздывающая или смещенная;
• 5 — инвертированная

В случае групповых или многодневных исследований количественной характеристикой наличия и степени десинхроноза по данным суточных хронограмм может служить величина среднего балла суточных кривых каждой из исследуемых функций (В. А. Доскин, Н. Н. Куинджи, 1989), а также интегральный балл, позволяющий комплексно оценивать состояние циркадных ритмов изученных ритмов в целом (В. Б. Рубанович, 1992). Средний балл определяется путем деления суммы балльных оценок всех суточных кривых каждой функции на количество этих кривых. Например: получено по 7 суточных кривых ЧСС и температуры тела. Согласно типу кривых первые были оценены в 2, 3, 4, 2, 1, 4 и 5 баллов, а вторые — 4, 3, 5, 5, 4, 5 и 5 баллов. Следовательно, средний балл суточных кривых ЧСС равен 3 балла, а температуры тела — 4,43 балла. Интегральный балл определяется по путем деления суммы всех балльных оценок на общее количество всех суточных кривых (в данном случае он равен 3,71 балла). Интегральный балл характеризует преимущественно степень выраженности внешнего десинхроноза. Однако при обследовании различных групп необходимо проводить не только межгрупповой, но внутригрупповой и обязательно индивидуальный анализ полученных данных. Это позволит правильно оценить влияние занятий физкультурой и спортом, учебной деятельности и других факторов среды на организм не только с учетом условий жизнедеятельности, но и в связи с индивидуальными особенностями организма каждого.

В качестве примера приведем данные наших многолетних хронофизиологических исследований школьников 10—14 лет с разным режимом двигательной активности (спортсмены и неспортсмены). Одни спортсмены имели ежедневные двухразовые тренировки (1-я гр.), другие — тренировались А—5 раз в неделю по одному разу в день (2-я гр.). Школьники-неспортсмены занимались физической культурой лишь на уроках физкультуры по 2 часа в неделю.

Результаты биоритмологических исследований школьников 10—11 лет (начальный период занятий спортом) выявили наиболее выраженные нарушения циркадного ритма изученных физиологических функций у учащихся 1-й гр. Об этом свидетельствует наибольшее количество измененных суточных хронограмм, случаев смещения и инверсии акрофазы колебательного процесса изучаемых физиологических функций среди учащихся этой группы, меньшие величины средних баллов суточных кривых и интегрального балла (различия достоверны) по сравнению со школьниками 2 и 3-й гр. в возрасте 10—11 лет (табл. 2.24). Кроме того, по данным специального косинор-анализа, у спортсменов 1-й гр. оказались меньшие средние значения амплитуды колебаний фи-зиологических показателей и отсутствовал достоверный суточный ритм большинства изученных функций. Таким образом, обнаруженные у них существенные нарушения временной организации физиологических функций организма свидетельствуют о значительном напряжении адаптации в связи с чрезмерными нагрузками (двухразовые ежедневные тренировки на фоне учебной деятельности).

Таблица 2.24

Распределение типов суточных кривых физиологических функций и величина их интегрального балла у мальчиков 10—14 лет с разным уровнем двигательной активности.

В пубертатный период (13—14 лет) более значительные нарушения суточной организации физиологических функций были обнаружены в 1 и 3-й гр.: большое количество измененных суточных кривых (68,2 и 70,5%), случаев инверсии суточного ритма (45,4 и 40,0%), низкие величины интегрального балла суточных кривых изученных физиологических функций у школьников этих групп (2,99 ± 0,19 и 2,80 ± ± 0,12), что свидетельствует о наличии выраженного десинхроноза, возникшего в результате нерационального режима двигательной активности. Менее всего биоритмологические нарушения обнаружены у школьников 2-й гр. Это свидетельствует о том, что наиболее благоприятно процесс адаптации к школьным и спортивным нагрузкам протекает в условиях одноразовых тренировок в период учебного года. В то же время надо иметь в виду, что неблагоприятное влияние двухразовых тренировок на организм многих школьников обусловлено не только (а может, и не столько) объемом тренировочных нагрузок, а в значительной степени условиями их выполнения. Это подтвердили результаты исследования в разные сезоны года. Обнаружены существенные различия напряженности процесса адаптации школьников данного возраста к учебной и физической нагрузкам в течение года. При этом наиболее выраженные неблагоприятные изменения параметров суточного ритма, выраженный внешний и внутренний десинхроноз выявлены весной, что свидетельствует о перенапряжении механизмов регуляции. В летний период у всех школьников наблюдается практически полная нормализация биоритмологических показателей (В. Б. Рубанович, 1995). Так, величина интегрального балла суточных кривых физиологических функций у учащихся 1-й гр. составила зимой 2,80 ± 0,15; весной — 1,86 ± 0,17; летом — 4,21 ± 0,18 балла.

Полученные данные свидетельствуют о необходимости коррекции и нормирования учебных и тренировочных нагрузок школьникам в зависимости от времени года и индивидуальных особенностей организма. Хронобиологические исследования в процессе врачебно-педагогического контроля за занимающимися физической культурой и спортом могут оказать существенную помощь в оценке функционального состояния организма, напряженности процесса адаптации, адекватности нагрузок (в конкретных условиях) состоянию и возможностям организма.