Особенности морфофункционального статуса и механизмов вегетативной регуляции у студенток специальных медицинских групп после использования индивидуальных тренировочных маршрутов

Введение. В настоящее время проблематика необходимости поиска новых видов двигательной активности студентов с ограниченными возможностями здоровья (ОВЗ) становится наиболее актуальной для зарубежных и отечественных ученых [1][2]. Адаптивная физическая культура в современном мире признана одним из наиболее эффективных средств и методов реабилитации людей с ОВЗ и инвалидностью, их социальной адаптации и интеграции инвалидов в жизнь [3–5]. Совершенствование образовательных программ по физической культуре в образовательных организациях высшего образования для студентов специальных медицинских групп – важная составляющая для повышения качества жизни молодежи [6–8]. Вместе с тем применяемые требования в образовательном процессе к студентам специальных медицинских групп должны отличаться от требований, применяемых к студентам основных групп здоровья [9–11].

Общеизвестно, что обучающиеся с ОВЗ и инвалидностью существенно отличаются от своих здоровых сверстников более низкими параметрами соматического здоровья, преобладанием жирового компонента массы тела, недостаточными функциональными возможностями кардиореспираторной системы [1][2][4][5][12]. Это может приводить к нарушению мотивации занятиями физическими упражнениями и отношения к здоровью и здоровому образу жизни, существенному снижению качества их жизни [8][12–14]. Многие ученые обращают внимание на то, что физические нагрузки могут развивать и поддерживать здоровье человеческого организма [5][7][15].

В связи с этим возникает потребность в создании индивидуальных тренировочных программ для таких студентов. Создание таких персональных траекторий должно основываться на современных научно-методических достижениях, использовании современных диагностических аппаратно-программных комплексов, позволяющих точно и своевременно оценивать и анализировать физическое и психическое здоровье, адаптационно-личностный потенциал. Замена среднестатистического нормирования нагрузок и групповых занятий на персональные тренировочные траектории представляет особый интерес и важность [15]. Одним из наиболее информативных и валидных показателей физического здоровья является вариабельность сердечного ритма, позволяющая оценивать вклад механизмов регуляции физиологических функций, цену адаптации к учебным и физическим нагрузкам [16].

Цель исследования – изучить морфофункциональный статус и вариабельность сердечного ритма у студенток специальных медицинских групп при использовании индивидуальных тренировочных программ.

Материалы и методы. Региональный проект под названием «Индивидуальный тренировочный маршрут – Step up» был создан и реализован на площадке Института социальных технологий Новосибирского государственного технического университета. Исследование выполнено в сентябре – июле 2022–2023 учебного года [17]. Обследование студенток выполнялось автором статьи в лаборатории адаптивной физической культуры Центра инклюзивного сопровождения НГТУ. Обследование не являлось медицинским. Было использовано оборудование для физиологических неинвазивных исследований. Настоящее исследование получило грантовую поддержку от Всероссийского конкурса молодежных проектов среди образовательных организаций высшего образования сервиса «Росмолодежь. Гранты».

Исследование состояло из 3 этапов. На первом этапе реализации проекта автором статьи было выполнено физиологическое и психофизиологическое обследование девушек-студенток 18–20 лет, обучающихся в вузах города Новосибирска. В исследовании принимали участие девушки с нарушением слуха. У всех испытуемых для компенсации потери слуха имелся слуховой аппарат или кохлеарный имплант. Для объективного сравнения групп между собой студентки с другими нозологиями в данную исследовательскую работы не включались. Все девушки по состоянию здоровья занимались в специальных медицинских группах на занятиях по физическому воспитанию. Все обследуемые дали добровольное информированное согласие на участие в исследовании, проведение занятий по индивидуальным тренировочным программам и передачу данных о здоровье третьим лицам.

На втором этапе случайным образом были сформированы экспериментальная (ЭГ, n = 40) и контрольная группы (КГ, n = 40). На основании полученных при обследовании показателей физического и психического здоровья были составлены индивидуальные тренировочные маршруты. В течение учебного года студентки ЭГ занимались по индивидуальным программам. Студентки контрольной группы занимались по стандартной программе специальной медицинской группы.

Автором статьи были изучены и интерпретированы следующие показатели физического здоровья:

– параметры физического развития (рост, масса тела, кистевая сила, жизненная емкость легких) [18];

– морфотип (обхват грудной клетки, индекс Пинье) [19];

– тип функционального реагирования нервно-мышечного аппарата (классификация «спринтер – стайер – средневик», методика В.В. Розенблата);

– система внешнего дыхания («Спиро-Спектр», «Нейрософт») [20];

– артериальное давление (профессиональный автоматический тонометр Omron Hem-907) [18];

– процент мышечной и жировой массы тела (биоимпедансный анализатор Tanita 545) [21];

– функция равновесия и постуральная устойчивость (стабилоанализатор «Стабилан-01») [22];

– физическая работоспособность (смарт-часы «Polar Vantage») [18];

– механизмы вегетативной регуляции сердечного ритма (вегетотестер «ВНС-Микро», «Нейрософт») [23][24].

План индивидуальных занятий был сформирован группой экспертов для каждой студентки индивидуально, учитывая полученные при обследовании показатели. Группа экспертов состояла из сотрудников Центра адаптивной физической культуры и спорта Новосибирской области (ЦАФКиС), отделения специальной педагогики ИСТ НГТУ, лаборатории АФК НГТУ. Также каждая студентка экспериментальной группы ежедневно фиксировала объем вне тренировочной активности при помощи мобильного приложения Polar для контроля двигательной активности.

Примерный индивидуальный тренировочный маршрут

– Тип функционального реагирования нервно-мышечного аппарата и процентное содержание общего и внутреннего жира учитывались при подборе кардионагрузок ударного (бег) и неударного характера (эллипс, гребной тренажер, лыжный тренажер, велоэргометр).

– Объемные и скоростные показатели системы внешнего дыхания лежали в основе подбора упражнений для тренировки дыхательных мышц (например, гимнастика верхнего плечевого пояса, упражнения с сопротивлением при выдохе, тренировка мышц кора, миофасциальный релиз, устранение мышечного дисбаланса и т. д.).

– Показатели функции равновесия и постуральной устойчивости позволили выявить слабые мышечные цепи (передние, задние и боковые) и подобрать для их развития общеразвивающие физические упражнения, задания на балансировочных подушках, тензоплатформах и т. д.

– Оценка механизмов вегетативной регуляции сердечного ритма позволила диагностировать наличие или отсутствие острых и хронических стресс-состояний. Эти показатели легли в основу рекомендаций по коррекции сна и психоэмоционального статуса.

– Оценка аэробной физической работоспособности позволила рассчитать индивидуальные пульсовые кардиотренировочные зоны для подбора оптимального объема и интенсивности аэробных нагрузок. Это необходимо для получения максимального тренирующего эффекта сердечно-сосудистой системы при затрате минимума тренировочного времени. Также тренировка по индивидуальным пульсовым энергетическим зонам снижает риск напряжения кардиорегуляторных систем.

Основные общие характеристики индивидуальных занятий

– Акцент в занятиях был сделан на развитие выносливости и кардиотренировок (разминка, основная часть и заминка). Дозирование кардионагрузок происходило с использованием смарт-мониторов сердечного ритма Polar для контроля выполнения нагрузок во второй и третьей пульсовых зонах для развития общей выносливости. Также дополнительно использовались субъективные пробы и тесты (разговорная проба и шкала Борга для оценки тяжести симптомов, вызванных физической нагрузкой). Для минимизации влияния ударной нагрузки выполнялось кардиозамещение на различных эргометрах (велоэргометр, эллипс, гребной и лыжный тренажеры).

– Обязательное выполнение упражнений общей физической подготовленности на каждом занятии, независимо от основной цели тренировочного занятия. Данный аспект обусловлен необходимостью включения большого количества мышечных групп в работу и влияния на гормональный фон занимающегося.

– Дыхательная гимнастика в конце каждого занятия выполнялась для оптимального перехода от основной части занятия к заминке, более успешной активации процессов восстановления и активности парасимпатических влияний. Эти упражнения также способствовали улучшению гибкости и эластичности мышц верхнего плечевого пояса и дыхательных мышц, что влияло на функционирование системы внешнего дыхания.

На третьем, заключительном, этапе автором статьи было проведено повторное исследование показателей физического и психического здоровья.

Состояние психического здоровья оценивали на аппаратно-программном комплексе «НС-психотест», «Нейрософт», Россия. Диагностировали основные психофизиологические характеристики (простую и сложную зрительную и слуховую сенсомоторные реакции, состояние процессов возбуждения и торможения в коре больших полушарий, треморометрию, психологическое состояние, личностные характеристики, силу и подвижность нервных процессов) [17].

На основании полученных данных группой экспертов были составлены персональные паспорта здоровья. Студентки специальных медицинских групп ходили на физкультурно-оздоровительные занятия и занимались по индивидуальным тренировочным программам.

Студенты-волонтеры сопровождали занимающихся студенток специальных медицинских групп на аудиторных, а также самостоятельных занятиях. У каждого студента была возможность получать регулярные онлайн-консультации от экспертов и специалистов регионального проекта Step-up по соответствующим физкультурно-оздоровительным направлениям [17].

В настоящей статье рассматриваются показатели вариабельности ритма сердца, что является фрагментом комплексного исследования показателей физического и психического здоровья студенток специальных медицинских групп. В июле, к концу исследовательского периода, регистрировали показатели вариабельности ритма сердца в обеих группах студенток.

Все полученные показатели были подвергнуты математической обработке общепринятыми методами математической статистики с использованием непараметрического критерия Вилкоксона – Манна – Уитни для независимых выборок (между группами) и считались достоверными при p ≤ 0,05. Для расчета использовали программу Statistica 10 for Windows и пакет Microsoft Excel 2010. Все изученные показатели представлены в виде средней величины и ошибки средней арифметической.

Результаты. К концу учебного года в ЭГ студенток, занимающихся по индивидуальным программам, мы наблюдали статистически значимое снижение частоты сердечных сокращений (табл. 1). Вместе с тем ЧСС в состоянии относительного покоя лежа у студенток к концу учебного года по-прежнему превышала границы половозрастной нормы 60–80 уд./мин [17][24].

В ЭГ было установлено достоверное уменьшение систолического артериального давления, тогда как в начале учебного года этот показатель был выше половозрастной нормы (табл. 1) [25]. Инотропный механизм работы сердечно-сосудистой системы выражается в показателе артериального давления и отражает повышение экономичности работы одной из приоритетных физиологических систем.

К концу исследовательского периода наблюдалась тенденция снижения внутреннего жира в обеих группах студенток. Установлена тенденция снижения общего жира в контрольной группе и статистически значимое снижение этого показателя в экспериментальной группе. Снижение показателя жирового компонента телосложения представляет собой благоприятные сдвиги и логично согласуется с изменениями в работе сердечно-сосудистой системы, описанными ранее.

По результатам временного анализа ритмограммы к концу учебного года у студенток экспериментальной группы в состоянии покоя наблюдалось повышение экономичности работы сердца. Об этом свидетельствует статистически значимое увеличение среднего квадратичного отклонения (СКО, половозрастная норма 40–80 мс) [23][24]. В ЭГ существенно повышалась активность парасимпатического звена вегетативной модуляции сердечного ритма (RMSSD, половозрастная норма 20–50 мс) [23][24]. В группе контроля показатели ЧСС, СКО и RMSSD статистически значимо не изменялись.

Результаты временного анализа сердечного ритма свидетельствуют о том, что после занятий по персональным тренировочным маршрутам у студенток в ЭГ наблюдалось снижение влияния симпатической регуляции и ослабление влияния высших уровней управления сердечным ритмом к концу учебного года. Увеличивался вклад парасимпатических влияний в регуляторные процессы и происходило усиление автономного контура регуляции. В группе контроля за аналогичный период времени статистически значимых изменений не выявлено. Это может свидетельствовать о том, что программа занятий в специальных медицинских группах оказывает лишь поддерживающий эффект.

Спектральный анализ сердечного ритма у студенток ЭГ выявил существенное увеличение общей мощности спектра (ТР), что может свидетельствовать об усилении суммарной активности нейрогуморальных влияний на сердечный ритм. Как видно из таблицы 2, мощность низкочастотных (LF – вазомоторных) и очень низкочастотных волн (VLF – гуморально-метаболических), характеризующих активность симпатического отдела вегетативной нервной системы и надсегментарный уровень регуляции, к концу учебного года существенно не изменялась. Вместе с тем выявлено статистически значимое увеличение мощности высокочастотных дыхательных волн, свидетельствующих о повышении активности парасимпатического отдела вегетативной нервной системы. Вышеописанные показатели могут свидетельствовать о снижении вагосимпатического баланса, индекса централизации управления сердечным ритмом, характеризующих уменьшение участия центральных механизмов в управлении регуляцией сердечного ритма. Таким образом, можно заключить, что занятия по индивидуальным тренировочным программам способствовали увеличению влияния дыхательных волн на ритм сердца и формированию более экономичной его работы.

В контрольной группе существенных изменений волновой мощности спектра не обнаружено. Суммарная активность нейрогуморальных влияний (TP) и вклад дыхательных волн (HF) в формирование вариабельности сердечного ритма не изменялись, что может свидетельствовать о сохранении прежних уровней работы кардиорегуляторных систем, выявленных в начале учебного года.

Вариационная пульсометрия выявила, что в группе студенток ЭГ снижалась амплитуда моды, характеризующая активность симпатического регуляторного звена (AMo), уменьшался индекс напряжения (ИН), характеризующий степень напряжения механизмов регуляции. Увеличение вариационного размаха (ВР) в ЭГ студенток отражает усиление уровня вагусной регуляции ритма сердца.

Таким образом, данные вариационной пульсометрии дополнили значения временного и спектрального анализа ритма сердца, свидетельствующие о положительном влиянии занятий в ЭГ на усиление парасимпатических влияний и повышение активности автономного контура регуляции над центральными механизмами.

Обсуждение. Снижение частоты сердечных сокращений в ЭГ характеризует увеличение экономичности работы миокарда сердца и является важнейшим благоприятным эффектом при занятиях оздоровительной физической культурой. Вместе с тем предполагается, что длительности данного исследовательского периода с сентября по июль может быть недостаточно для существенных изменений ЧСС, несмотря на то что наблюдалось выраженное повышение экономизации работы сердца.

Важнейшим общепризнанным морфологическим показателем является количество общего и внутреннего жира в организме человека [21]. Жировая масса тела очень сильно коррелирует с функционированием кардиореспираторной системы, базальным метаболизмом, работой гуморально-метаболических систем и, как интегральный показатель, с длительностью и качеством жизни человека [3].

Известно, что у людей с ОВЗ и инвалидностью показатель жировой массы тела выше, чем у здоровых людей [12][14]. Это может быть обусловлено сниженным уровнем общей двигательной активности данной категории людей.

Оценка вариабельности ритма сердца в соответствии с современными научными представлениями выполняется путем анализа трех основных блоков: временной анализ ритмограммы, спектральный анализ волновой структуры сердечного ритма, вариационная пульсометрия по Р.М. Баевскому.

После проведения занятий по индивидуально сформированным программам наблюдалось снижение напряжения кардиорегуляторных систем и активности симпатического отдела вегетативной нервной системы. В группе студенток контрольной группы статистически значимые изменения не выявлены. Это свидетельствует о стабилизации ритма сердца и отсутствии изменений симпатической регуляции.

В научной литературе можно встретить неоднозначное описание эффективности занятий физическими упражнениями, длительность которых менее двенадцати месяцев [10]. Ряд авторов утверждают о недостаточной длительности этого периода, тогда как другие исследователи описывают существенные положительные долговременные изменения за такой короткий промежуток времени [6][11][18].

Заключение. Использование индивидуальных тренировочных программ (маршрутов), составленных на основе изучения персональных морфофункциональных и психофизиологических показателей, способствует улучшению параметров работоспособности студенток специальных медицинских групп на занятиях физической культурой. Эти изменения мы можем наблюдать даже после одного учебного года. Занятия по индивидуальным траекториям способствуют снижению напряжения кардиорегуляторных систем, увеличению активности автономного контура регуляции сердечным ритмом, усилению парасимпатических влияний вегетативной нервной системы.