Изменение гемодинамических, психофизиологических показателей и адаптационного потенциала мужчин трудоспособного возраста, занимающихся водно-холодовым закаливанием

В последнее время большое внимание уделяется изучению не только адаптивных реакций в ответ на влияние низкотемпературного фактора на организм человека, но и развитию криогенных технологий в медицине. Вместе с тем научный интерес все сильнее направлен на изучение социального феномена «моржевания», который объединил в себя разные виды холодового воздействия: холодовое закаливание, зимнее плавание, спортивное зимнее плавание [1]. Зимнее плавание — это одна из форм физической активности, связанная с кратковременным и многократным окунанием или плаванием в холодных водоемах в зимний сезон. Регулярные занятия зимним плаванием оказывают значительное воздействие на здоровье человека, инициируя немедленные и долгосрочные физиологические и биохимические реакции. Установлено, что плавание или погружение в холодную воду активирует механизмы антиоксидантной защиты и иммунных реакций [2]. Наблюдаются значительные изменения состава крови, а именно — увеличение количества эритроцитов и тромбоцитов, уровня гематокрита и концентрации гемоглобина, уменьшение количества лейкоцитов [3]. Следовательно, такие физиологические реакции представляют собой комплексную адаптацию организма к холодовому стресс-фактору.

Плавание в холодной воде не реже 2 раз в неделю во время всего зимнего сезона улучшает работу сердечно-сосудистой системы (ССС) за счет регуляции кожного кровотока [4]. У людей, которые плавают в зимнее время на открытом воздухе, быстро снижается температура поверхности тела и происходит сужение сосудов, которое отмечается на ранней стадии естественного рефлекса, предотвращающего потерю тепла. При изучении баланса между повышенным метаболическим теплом и торможением потери тепла в холодных условиях было обнаружено, что периферическая вазомоторная система повышает чувствительность к холодному стрессу в сочетании с регулярными упражнениями, которая приводит к увеличению способности сужения сосудов и улучшению холодоустойчивости [5]. В связи с тем, что сердечно-сосудистые реакции на температурный стресс непосредственно связаны с вегетативной нервной системой (ВНС), у человека могут возникнуть нарушение сердечного ритма, скачки артериального давления (АД), нарушение периферического кровообращения, внезапный дискомфорт в области сердца, вследствие чего необходим контроль поддержания АД и перфузии органов [6].

Температурный фактор тесно связан с эмоциональным состоянием человека, которое напрямую взаимодействует с дофаминергической системой. Эмоции определяют температурный баланс, «зону комфорта», мотивируя поведение человека формировать благоприятную тепловую среду [7]. Под воздействием холодной воды происходит высвобождение провоспалительного фермента цитокин-индоламин-2,3-диоксигеназы, который расщепляет триптофан, предшественник серотонина [8]. Считается, что эти изменения способствуют снижению развития симптомов депрессии [9]. Есть мнение, что адаптация к холодной воде может уменьшить провоспалительные реакции у человека, усиливая секрецию серотонина и уменьшая симптомы воспалительных депрессивных расстройств. Вместе с тем имеются данные, показывающие, что экстремальное низкотемпературное воздействие влияет на психику, снимая высокое ситуационное напряжение и улучшая эмоциональную сферу [10]. Известно, что даже сложные волевые задания выполняются легче за счет активизации психофизиологических ресурсов организма [11], а погружение в холодную воду уменьшает затраты организма на адаптацию к обучению, запуская биохимические и молекулярные процессы организма, которые влияют на психические, в частности когнитивные, процессы [12]. Под влиянием температуры внешней и внутренней среды формируется особое терморегуляционное поведение, которое включено в категорию «мотивированных» поведений, поддерживающихся лимбической системой, в частности, гипоталамусом [13].

Таким образом, низкотемпературное воздействие, с одной стороны, может являться немедикаментозным средством для увеличения адаптационного потенциала, улучшения здоровья и качества жизни, профилактики заболеваний. С другой стороны, необходимо понимать, что цена за чрезмерное использование холодовых воздействий может привести к дисфункциональным состояниям организма, в том числе и со стороны ССС. Изучение эффектов реакции систем организма на стрессорное воздействие холодной воды позволяет: 1) достигать положительных эмоциональных и психофизиологических реакций от холодового стресса; 2) снижать риски, связанные с физиологическими механизмами адаптации; 3) прогнозировать некоторые реакции со стороны физиологических и психофизиологических процессов. Полученные данные можно использовать в системе тренировок как для поддержания общего здоровья, так и для спортивных нагрузок, подбирая при этом различные схемы и режимы холодового закаливания.

Цель исследования — оценить изменения гемодинамических и психофизиологических показателей, а также адаптационного потенциала у здоровых мужчин трудоспособного возраста под влиянием многократного контрастного температурного воздействия.

Дизайн исследования. Проведено наблюдательное простое неконтролируемое исследование. Группу исследования составляли мужчины, у которых оценивали гемодинамические и психофизиологические показатели, а также адаптационный потенциал за 20 мин до начала и через 20 мин после воздействия контрастной смены температур (чередования температурных циклов). Один раз в неделю в течение 3 мес испытуемые (офисные работники) после трудового рабочего дня приезжали в клуб закаливания и зимнего плавания для проведения контрастных воздействий, придерживаясь определенной схемы.

Объекты (участники) исследования. В исследование были включены 15 здоровых мужчин трудоспособного возраста от 25 до 44 лет для проведения контрастных температурных мероприятий по определенной схеме.

Критерии соответствия. Были обследованы гемодинамические и психофизиологические показатели 15 здоровых мужчин. Испытуемые подписывали добровольное информированное согласие на участие в исследовании. Для отбора в группу исследования были определены следующие критерии. Критерии включения: допуски врача-кардиолога и врача-терапевта. Критерии невключения: наличие в анамнезе хронических заболеваний; ожирение III степени; варикозное расширение вен; заболевание щитовидной железы (гипертиреоз II—III степени); ишемическая болезнь сердца (ИБС), злокачественные новообразования.

Условия проведения. Исследование было проведено на базе Центра закаливания и плавания в холодной воде «АквАйспорт», в пригороде Тюмени. Тюмень располагается на юге Западной Сибири, климат в этой географической зоне — умеренный. В момент проведения исследования (середина января), средняя температура воздуха составила –19 °C; средняя температура воды — +4 °C; относительная влажность — 83%; ветер — южный до 5 м/с с порывами до 11 м/с; атмосферное давление — 743 мм рт.ст.; температура в сауне — +90—92 °C; температура воды и воздуха во время исследования не изменялись. Для закаливающих процедур в открытом водоеме была оборудована прорубь размером 4×25 м с лестницей для безопасного и самостоятельного выхода из воды без значительных усилий.

Каждый испытуемый проходил этапы многократного повторения холодового воздействия с сочетанием высоких температур последовательно в течение 60—80 минут. Со стороны исследователей осуществлялся контроль за выполнением всех этапов закаливающих мероприятий.

I этап. Длительный контрастный цикл (строгое выполнение последовательных действий) — начальный этап закаливающих мероприятий:

— разминка перед прорубью для разогрева тела с помощью физических упражнений (1—2 мин);

— окунание в холодную воду до уровня шеи (30 с);

— воздушная пауза с элементами дыхательных упражнений по методике А.Н. Стрельниковой;

— повторное окунание в холодную воду до уровня шеи (20 с);

— посещение сауны без пребывания в помещении +90—92 °C (15—20 мин).

II этап. Средний контрастный цикл — следующий этап закаливающих мероприятий (без разминки на воздухе и повторного окунания в холодную воду):

— окунание в холодную воду до уровня шеи (20 с);

— воздушная пауза с элементами дыхательных упражнений по методике А.Н. Стрельниковой (1—2 мин);

— посещение сауны без пребывания в помещении +90—92 °C(10—15 мин).

III этап. «Кратковременный контрастный цикл» — этап закаливающих мероприятий (без разминки на воздухе и дыхательных упражнений, 3-разовое повторение смены температурных воздействий):

— окунание в холодную воду с головой (10 с);

— посещение сауны +90—92 °C(5—10 мин);

— окунание в холодную воду с головой (10 с);

— посещение сауны +90—92 °C(5—10 мин);

— окунание в холодную воду с головой (10 с).

IV этап. Завершающий этап закаливающих мероприятий:

— растирание полотенцем;

— питьевой режим.

Описание вмешательства. Измерение систолического (САД) и диастолического (ДАД) АД, а также частоты сердечных сокращений (ЧСС) дважды: 1-й замер проводился перед воздействием контрастной смены температур (за 20 мин); 2-й замер (через 20 мин) — после окончания 3 этапов.

Основной исход исследования. Была исследована динамика пульсового давления (ПД) и среднего АД (АД_ср), систолического объема крови (СОК), минутного объема кровообращения (МОК), вегетативный индекс Кердо (ВИК), адаптационного потенциала (АП) по Р.М. Баевскому, индекса Робинсона. Высчитывали интегральные показатели по экспресс-методу Люшера: гетерономность—автономность (Г); концентричность—эксцентричность (К); баланс личностных свойств (ЛБ); баланс ВНС (ВБ); работоспособность (Р); наличие стрессового состояния (С); вегетативный коэффициент (ВК); суммарное отклонение (СО).

Анализ в подгруппах. Допуск к закаливающим процедурам осуществлялся: 1) по оценке общего самочувствия (отличное, хорошее); 2) реакции организма на предстоящий стресс по уровню АД (САД<145 мм рт.ст., ДАД<80 мм рт.ст.); 3) при ЧСС от 60 до 90 уд/мин.

Не допускались к закаливающим процедурам: 1) по оценке общего самочувствия (удовлетворительное, плохое); 2) по уровню АД (САД>145 мм рт.ст., ДАД<70 мм рт.ст.); 3) при ЧСС меньше 60 и выше 90 уд/мин.

Методы регистрации показателей. Для определения уровня АД использовали полуавтоматический плечевой тонометр. Для количественной оценки систолической функции сердца одновременно применяли несколько методик. Полученные данные о ЧСС, САД и ДАД сравнивали с должными величинами (ЧСС_долж, САД_долж, ДАД_долж соответственно), рассчитанными по формулам:

ЧСС_долж=48·(рост, см/масса тела, кг)1/3

САД_долж=102,0+0,6·возраст (годы)

ДАД_долж=63,0+0,5·возраст (годы).

На основании фактических данных производили расчеты следующих коэффициентов и индексов, косвенно характеризующих системное кровообращение:

1. ПД, представляющего собой разность между величиной САД и ДАД:

ПД=САД–ДАД.

2. АД_ср рассчитывали по формуле Вецлера—Богера:

АД_ср=0,42·САД+0,58·ДАД.

3. Для описания функционального состояния сердца рассчитывали СОК и МОК по формуле Старра для взрослых:

СОК=100+0,5·ПД–0,6·ДАД–0,6·возраст (годы)

МОК=ЧСС·СОК (л/мин).

Индивидуальную оценку объема кровообращения — ДМОК (должный минутный объем кровообращения) вычисляли по формуле:

ДМОК=ДОО/281 (л/мин),

где ДОО — должный основной обмен, взятый в таблицах Гарриса и Бенедикта.

4. В оценке адаптационного потенциала (АП) по Р.М. Баевскому была использована формула расчета:

АП=0,011(ЧСС)+0,14(САД)+0,008(ДАД)+ 0,009 (масса тела, кг)–0,009(рост, см)+ 0,14(возраст, годы)–0,27.

Значение АП расценивалось как:

— до 2,10 — удовлетворительная адаптация (характеризует достаточные функциональные возможности системы кровообращения);

— 2,11—3,30 — функциональное напряжение адаптационных механизмов;

— 3,31—4,30 —неудовлетворительная адаптация, что характеризует снижение функциональных возможностей системы кровообращения с недостаточной приспособляемой реакцией к физическим нагрузкам;

— более 4,30 — срыв адаптационных механизмов, что характеризует резкое снижение функциональных возможностей системы кровообращения.

5. Для оценки механической деятельности сердца применялся индекс Робинсона как показатель резерва «двойное произведение» (ДП):

ДП=ЧСС·АД_ср/100.

Значение ДП ≥100 свидетельствует о повышенной энергетике сердца.

6. Для определения соматотипологических особенностей рассчитывался ВИК:

ВИК=(1–ДАД/ЧСС)·100.

Значение ВИК, равное 0, расценивается как вегетативное равновесие, от –15,0 до 15,0 — уравновешенность симпатических и парасимпатических влияний ВНС, от 16,0 до 30,0 — симпатикотония, 31,0 и выше — выраженная симпатикотония (характеризует активацию симпатического отдела ВНС и катаболическую направленность обменных процессов), от –16,0 до –30,0 — парасимпатикотония, —30,0 и менее — выраженная парасимпатикотония (наблюдается нарушение равновесия обменных процессов по анаболическому варианту метаболизма).

7. Интегральные показатели по тесту Люшера рассчитывались следующим образом:

Г=(А1+А4)–(А2+А3).

Результат от 0 до +9,8 свидетельствовал о том, что субъект гетерономен, пассивен, склонен к зависимому положению от окружающих, спонтанному поведению, сензитивен, от 0 до –9,8 — субъект автономен, независим, активен, инициативен, самостоятелен, склонен к доминированию, стремится к самоутверждению и достижению успеха.

К=(А1+А2)–(А3+А4).

Значения от 0 до +9,8 — субъект концентричен, сосредоточен на собственных проблемах, от 0 до –9,8 — субъект эксцентричен, интересуется окружением как объектом воздействия или источником получения помощи.

ЛБ=(А2+А4)–(А1+А3).

Результат от 0 до +9,8 — личность противоречивая, неустойчивая, от 0 до –9,8 — личностные качества сбалансированы, образуют целостный комплекс.

ВК=(18–А1–А2)/(18–А3–А4)

ВК определяет энергетический баланс психической деятельности организма, установку на деятельность и физиологически соответствует симпатическому или парасимпатическому преобладанию отделов ВНС.

Расчет СО производили по формуле А.И. Юрьева и К. Шипоша [14]. Этот показатель характеризует устойчивость эмоционального фона, демонстрирует общее неспецифическое психическое состояние, позволяя прогнозировать эффективность и успешность деятельности.

Статистический анализ. Изучаемые качественные и количественные признаки подвергали статистической обработке с использованием интегрированного пакета программного обеспечения IBM SPSS Statistics 21. Для выбора вида критериев (непараметрического) анализа изучали характер распределения исследуемых признаков. При нормальном (гауссовом) распределении применяли следующие статистические параметры: среднее значение (среднее арифметическое значение, медиана, мода), дисперсия и ее производное (среднее квадратическое отклонение), которые служили дополнительными критериями, характеризующими распределение изучаемых признаков. Проводили сравнение достоверности различий или сходства между статистическими характеристиками, полученными при исследовании сравниваемых выборок (по критерию Вилкоксона, t-критерию Стьюдента, корреляции Пирсона и Спилберга).

Основные результаты исследования. Полученные данные (табл. 1) свидетельствуют о том, что еще до начала контрастных температурных воздействий уровень САД (САД_до) увеличивался (p<0,01) по отношению к САД_долж. После проведения контрастных температурных мероприятий наблюдалось снижение уровня САД (САД_после) по отношению к САД_до (p<0,05) (рис. 1, а). ЧСС до начала контрастного воздействия (ЧСС_до) также увеличивалось по отношению к ЧСС_долж (p<0,01), а через 20 мин после контрастных процедур отмечалась тенденция к снижению ЧСС (ЧСС_после), которое еще не достигло уровня должных значений (см. рис. 1, б).

Таблица 1. Гемодинамические показатели и функциональная активность сердечно-сосудистой системы (M±m)

Примечание. * — p<0,05; ** — p<0,01 — достоверность отличия показателя в группе от должного уровня; ^ — p<0,05; ^^ — p<0,01 — достоверность отличия показателя «после» от показателя «до».

Рис. 1. Динамика гемодинамических показателей.

а — систолическое и диастолическое артериальное давление; б — частота сердечно-сосудистых сокращений; в — пульсовое давление; г — минутный объем крови.

Установлено, что после проведения закаливающих процедур ПД снижалось (p<0,05) (см. рис. 1, в). МОК до начала процедур (МОК_до) снижался от уровня исходных значений (p<0,01 ), через 20 мин после окончания контрастных воздействий эта динамика сохранялась (p<0,01 ) (см. рис. 1, г).

Уровень АП до начала контрастных воздействий составил 2,79±0,10, что свидетельствует о функциональном напряжении ССС. После контрастных воздействий уровень функционирования ССС снизился (p<0,05), что можно отметить как положительную динамику восстановления АП (рис. 2, а). Индекс Робинсона (ДП), свидетельствующий о механической деятельности сердца, до начала контрастных процедур превышал установленные значения нормы (ДП_до=112,53±6,82), а после проведенных процедур снизился (ДП_после=98,01±5,41; p<0,01) (см. рис. 2, б).

Рис. 2. Динамика адаптационного потенциала и механической деятельности сердца.

а — адаптационный потенциал; б — механическая деятельность сердца.

По результатам психофизиологического исследования (табл. 2) экспресс-методом Люшера было установлено, что до начала контрастных воздействий обследуемые были автономны, независимы, активны.

Таблица 2. Вегетативный индекс Кердо и психофизиологические показатели по тесту Люшера (M±m)

Примечание. * — достоверность отличия показателя «после» от показателя «до» (p<0,05).

После проведенных процедур у мужчин отмечались пассивность, склонность к зависимому положению от окружающих, спонтанному поведению (p<0,05) (рис. 3, а, показатель «гетерономность—автономность»). ЛБ также находился в противофазе. До контрастного воздействия личностные качества были расценены как сбалансированные, а после — как противоречивые и неустойчивые (p<0,05) (см. рис. 3, б, показатель «баланс личностных свойств»). При этом показатель «вегетативный коэффициент» как до, так и после контрастных воздействий свидетельствовал о высокой мобилизации физических и психических ресурсов, высокой скорости ориентировки принятия решений и успешности действий (p<0,05) (см. рис. 3, в). Показатель «суммарное отклонение» также не изменялся на протяжении всего времени температурных воздействий и расценивался как средний уровень непродуктивной нервно-психической напряженности. Это состояние характеризует способность преодолевать усталость волевым усилием, основные обязанности выполняются в пределах средних сложившихся требований, для сохранения здоровья и работоспособности требуется относительно четкое субъективное разделение времени работы и отдыха. Значения ВИК указывали на преобладание парасимпатикотонии у мужчин как до, так и после контрастного воздействия (см. рис. 3, г).

Рис. 3. Динамика психофизиологических изменений по тесту Люшера.

а — гетерономность—автономность; б — баланс личностных свойств; в — вегетативный коэффициент; г — вегетативный индекс Кердо.

В табл. 3 приведены установленные корреляционные взаимосвязи. Особое внимание обращает на себя то, что полученные корреляции выявились только до контрастного температурного воздействия. При этом корреляционная зависимость была обнаружена между гемодинамическими и психофизиологическими показателями. Кроме того, психофизиологические показатели, которые характеризуют некие поведенческие реакции и личностные свойства, продемонстрировали отрицательный коэффициент корреляции по отношению к гемодинамическим показателям, а ВК — положительную корреляцию.

Таблица 3. Корреляционные взаимосвязи гемодинамических и психофизиологических показателей

В таком случае можно предположить, что перед контрастным воздействием ВНС регулирует и координируют деятельность органов и систем в соответствии с текущими потребностями организма. Нежелательные явления при температурном воздействии у мужчин не наблюдались

Резюме основного результата исследования. Полученные результаты можно расценивать как реакцию организма на многократное повторяемое воздействие, которое сопровождается активацией защитных механизмов перед контрастным воздействием, а запускаемые процессы со стороны гемодинамики — тренировкой ССС. По невербальному диагностическому тесту Люшера, отражающему как сознательный, так и частично неосознаваемый уровень отношений человека, а также характеристику общего настроения, стремления, мотивированного самопонимания происходящего, эмоционального отношения к ситуации, отрицательных тенденций у обследованных не было выявлено. При этом состояние вегетативной регуляции по ВИК свидетельствовало о парасимпатикотонии до и после контрастного воздействия — о преобладании ваготонических проявлений. Следовательно, можно предположить, что под влиянием контрастной смены температуры, перепад которой составляет около 70 °C, организм адаптируется и перераспределяет функциональные мощности регулирующих систем, работающих с нагрузкой.

Обсуждение основного результата исследования. Снижение АД, наблюдаемое после цикла контрастного воздействия, объясняется ваготоническим эффектом влияния холода, а также эффектом «холодовой гиперемии» за счет стойкого расширения кожных сосудов при холодовом воздействии [15]. В ходе исследования выявлено, что до контрастного температурного воздействия показатели САД и ЧСС у здоровых мужчин превышали должные величины, а после воздействия экстремальных контрастных температур (погружение в холодную воду и последующее прогревание в сауне) эти показатели снижались, но не достигали должных величин. Вероятно, такая реакция со стороны гемодинамических параметров была связана с повышением тонуса резистивных сосудов. А прессорный и хронотропный эффекты проявились в результате активации симпатического отдела вегетативной регуляции. По индексу АП под действием контрастной смены температур отмечалось увеличение реакции функционирования ССС и активное включение адаптационных приспособительных механизмов на изменение факторов окружающей среды. После контрастного воздействия АП снижался (p<0,05), что можно расценивать как благоприятную реакцию организма. Оценивая функциональные возможности по индексу Робинсона, уровень обменно-энергетических процессов в организме у обследованных мужчин до нагрузки превышал нормальные значения, что свидетельствует о напряжение аэробных процессов. Значения ВИК демонстрируют преобладание парасимпатического тонуса, направленного на мобилизацию резервов организма на резкие смены температуры, что является благоприятным признаком и свидетельствует о включении физиологических процессов восстановления и сохранения постоянства внутренней среды при любых нарушениях и сдвигах. При исследовании психофизиологических характеристик по экспресс-тесту Люшера, который позволяет объективно измерить субъективные состояния с помощью восприятия цвета, было установлено, что под влиянием контрастной смены температур смену психологического функционирования, изменяющую субъективные характеристики личности и некоторые поведенческие реакции (смена «автономности» на «гетерономность»), можно расценивать как индивидуальную реакцию на температурный стресс.

Ограничения исследования. Исследователи были ограничены в большем наборе добровольцев из-за лимитированного числа здоровых людей, занимающихся холодовым закаливанием.

Экстремальные контрастные температурные воздействия вызывают неоднозначные реакции организма. Особенно обращает на себя внимание то, что изменения гемодинамических, психофизиологических показателей и адаптационного потенциала происходят за некоторое время до закаливающих мероприятий. Возможно, психологическая реакция обусловливает гемодинамические реакции организма на предстоящий стресс. Можно предположить, что организм готовится к экстремальному температурному стрессу. И если модель стрессового воздействия, когда перепад температуры составляет около 70 °C, происходит регулярно и систематически (1 раз в неделю в течение зимнего сезона), необходимо контролировать уровень АД перед началом контрастного воздействия. Так, уровень САД не должен превышать 145 мм рт.ст., а уровень ДАД быть ниже 60 мм рт.ст. Такие меры предосторожности смогут предотвратить развитие нежелательных сердечно-сосудистых реакций. В связи с этим изучение механизмов адаптации к чередованию экстремального температурного воздействия требует продолжения для снижения рисков, связанных с ухудшением состояния здоровья, и научного обоснования закаливающих мероприятий (режимов и схем температурных воздействий) как меры предосторожности предотвращения развития нежелательных сердечно-сосудистых реакций.

Работа выполнена по гос. заданию, IX.133. Программа IX.133.1. Проект: IX.133.1. и при поддержке научно-исследовательского проекта по Тюменской области «Регион Здоровья».

Благодарности.Объединенная научная группа в лице представителей Т.А. Фишер, С.С. Колывановой, А.А. Пушникова, О.Н. Лепуновой благодарит А.П. Салмина, председателя Федерации закаливания и спортивного зимнего плавания Тюменской области.

Участие авторов: концепция и дизайн исследования — Т.А. Фишер, А.А. Пушников; сбор и обработка материала — Т.А. Фишер, С.С. Колыванова, А.А. Пушников, О.Н. Лепунова; статистическая обработка данных — С.С. Колыванова; написание текста — Т.А. Фишер, О.Н. Лепунова; редактирование — Т.А. Фишер, А.А. Пушников, С.С. Колыванова.

Авторы заявляют об отсутствии конфликта интересов.