Ростовский государственный университет Учебно-научно-исследовательский институт валеологии
В.Б.Войнов, Н.В.Воронова, В.В.Золотухин
Методы оценки состояния систем кислородообеспечения организма человека Учебно-методическое пособие для студентов высших учебных заведений, слушателей курсов повышения квалификации по специальности валеология под редакцией Г.А.Кураев
Ростов-на-Дону 2002
Оглавление 344006, г.Ростов-на-Дону, ул.Б.Садовая, 105, УНИИ валеологии РГУ (8632) 64-82-22 HTTP://VALEO.RSU.RU
Оглавление Введение....................................................................................................................................3 1. Используемые в работе понятия и сокращения ...........................................................4 2. Основы функционального тестирования ....................................................................21 2.1 Наиболее широко применяемые методы функционального тестирования.......................22 2.2 Показания к прекращению нагрузки. Субъективные и объективные признаки чрезмерного утомления и плохого самочувствия ....................................................................................25
3.
Методики исследования состояния сердечно-сосудистой системы ......................26
3.1 Измерение частоты сердечных сокращений ........................................................................26 3.1.1 Измерение частоты сердечных сокращений человека пальпаторным методом...............26 3.1.2 Исследование перестроек частоты сердечных сокращений человека при функциональной нагрузке - проба Мартине.............................................................................................28 3.1.3 Исследование характеристик пульса в покое и при физической нагрузке .......................30 3.1.4 Частота сердечных сокращений как косвенный метод оценки физической работоспособности человека (степ-тест) ..................................................................................................34 3.2 Артериальное давление в задачах функциональной диагностики.....................................37 3.2.1 Измерение артериального давления аускультативным способом Н.С.Короткова.........38 3.2.2 Исследование параметров гемодинамики человека при физической работе ...................41 3.3 Регистрация электрокардиограммы (ЭКГ) человека........................................................42 3.3.1 Нормативы компонентов кардиокомплекса.........................................................................46 3.3.2 Нормативы электрограмм основных отведений ЭКГ .........................................................50 3.3.3 Влияние функциональной нагрузки на ЭКГ ........................................................................52 3.3.4 Вариационная пульсометрия. Способ расчета индекса напряжения Баевского...............55 3.3.5 Методика автоматизированной оценки вегетативного статуса человека и реакции системы кислородообеспечения на орто-пробу, основанная на анализе кардиоритма (по Баевскому) .................................................................................................................................................58 3.3.6 Методика исследования частотных характеристик сердечного ритма с использованием спектрального анализа .......................................................................................................60
4.
Методики исследования состояния дыхательной системы.......................................67
4.1 Исследование индивидуальных параметров внешнего дыхания человека .......................67 4.2 Исследование влияния положения тела на функциональную остаточную емкость легких .................................................................................................................................................71 4.3 Исследование особенностей устойчивости организма к смешанной гиперкапнии и гипоксии. Пробы Штанге и Генчи.............................................................................................................72
5. Исследование особенностей состояния сердечно-сосудистой и дыхательной систем и их взаимодействия.........................................................................................................74 5.1 Исследование особенностей адаптации сердечно-сосудистой и дыхательной систем к гипоксической нагрузке ......................................................................................................74 5.1.1 Анализ результатов измерения параметров системы кислородообеспечения при гипоксии .................................................................................................................................................77 5.1.2 Получение вывода о характере реакции системы кислородообеспечения на гипоксическую нагрузку.............................................................................................................................78 5.2 Исследование особенностей адаптации сердечно-сосудистой и дыхательной систем к велоэргометрической нагрузке.......................................................................................................79 5.2.1 Анализ результатов измерения параметров системы кислородообеспечения при велоэргометрии ...........................................................................................................................................81 5.2.2 Получение вывода о характере адаптации системы кислородообеспечения к физической нагрузке ...........................................................................................................................81
6.
Список использованной литературы ...........................................................................86
Приложение 1 ..............................................................................................................................88 Автоматизированное рабочее место студента-валеолога (АРМ валеолога) для исследования параметров систем кислородообеспечения ................................................................................................................................... 88 Приложение 2 ..............................................................................................................................90 Общие методические принципы работы с автоматизированным рабочим местом (АРМ-ом) для исследования параметров работы сердечно-сосудистой и дыхательной систем ......................................... 90
ВВЕДЕНИЕ Оценка физического здоровья в первую очередь должна основываться на оценке резервов систем организма, выявляемых по реагированию физиологических систем человека в ответ на разные по интенсивности нагрузки (функциональные пробы). Степень и динамика изменения физиологических параметров при тестировании, а также скорость и полнота их восстановления, отражают адаптационные способности человека, резервные возможности его организма. Одним из наиболее перспективных путей оценки общего здоровья человека представляется контроль параметров, отражающих эффективность работы системы кислородообеспечения организма. В нее, помимо крови, входят сердечнососудистая и дыхательная системы, с единой системой регуляции. А единство основной функции – обеспечение отдельных частей тела кислородом, позволяет эти системы объединить в единую систему – систему кислородообеспечения человека. В предлагаемой разработке представлены методы, позволяющие, с различной степенью полноты, описать состояние отдельных компонентов системы кислородообеспечения и здоровья организма в целом. Полнота описания состояния человека и прогноза его изменения при использовании функционального тестирования в значительной степени зависит от технической оснащенности исследователя. В связи с этим в данной методической разработке предусмотрены три уровня технической оснащенности пользователей. При отсутствии специальных средств исследования системы кислородообеспечения. Наличие, например, только секундомера и ступенек для проведения стептеста, спирометра определяет использование разделов 1, 2, 4.1.1., 4.1, 4.2, 5. Наличие электрокардиографа позволяет, дополнительно, использовать раздел 4.3. Наличие специализированного автоматизированного рабочего места (АРМ-а) для исследования сердечно-сосудистой и дыхательной систем - разделы 3 и 6.
3
1. ИСПОЛЬЗУЕМЫЕ В РАБОТЕ ПОНЯТИЯ И СОКРАЩЕНИЯ Аритмия сердца — общее название различных видов нарушений ритма сердечных сокращений. Дыхательная аритмия – на вдохе частота сердечных сокращений увеличивается, на выдохе – уменьшается. Нормальный ритм синусового узла (синусный ритм) у большинства здоровых взрослых людей в покое составляет 60-75 уд. в 1 минуту. Более сложные нарушения ритмичности сердечных сокращений, которые могут свидетельствовать о нарушениях в работе сердца: тахикардия, брадикардия, экстрасистолия *и т.д. Артериальное давление — давление крови на стенки артерий, изменяется в зависимости от фазы цикла сокращения сердца. Оно зависит от силы сокращения сердца, притока крови в артериальную систему, состояния стенок сосудов, вязкости крови и многих других факторов. Различают артериальное давление систолическое (максимальное), диастолическое (минимальное) и пульсовое. Артериальная гипертензия — повышение систолического давления более 140 мм рт.ст. Гипертензии может способствовать множество факторов, например: -
физическая нагрузка (происходит выход крови из депо, увеличивается объем циркулирующей крови, сосудосуживающая реакция);
-
введение сосудосуживающих средств (адреналин, норадреналин и др.);
-
в пожилом возрасте — уменьшение эластичности сосудов вследствие склеротических изменений.
Артериальная гипотензия — снижение систолического давления ниже 100 мм рт.ст. и диастолического ниже 60 мм рт.ст. Артериальный пульс (пульс, ЧСС) — это ритмические колебания стенок артерий, обусловленные толчками крови, происходящими при сокращении сердца. Пульсовая волна, иначе волна повышения давления, возникает в аорте в момент изгнания крови из желудочков. В результате того, что стенки аорты и артерий обладают эластичностью, систолический прирост давления не продвигает весь столб крови (как происходило бы, если бы артериальная система состояла из жестких, неэластичных трубок), а вызывает растяжение стенок артерий. Благодаря такому рас*
курсивом отмечены термины, приведенные в данном разделе.
4
тяжению, аорта и артериальные стволы вмещают в себя выбрасываемый сердцем систолический объем крови. Стенки сосудов, получившие во время систолы добавочное напряжение, стремятся, в силу упругости, уменьшить свою емкость и во время диастолы продвигают вперед систолический объем крови. Расширение стенки и повышение давления происходит теперь на прилежащем участке. Колебания давления, волнообразно повторяясь и постепенно ослабевая, захватывают все новые и новые участки артерий, пока не достигают артериол и капилляров, где пульсовая волна гаснет. Соответственно пульсирующим изменениям давления, пульсирующий характер приобретает и продвижение крови по артериям - наблюдается ускорение кровотока во время систолы и замедление во время диастолы. Скорость распространения пульсовой волны не зависит от скорости движения крови. Максимальная линейная скорость течения крови по артериям не превышает 0.3–0.5 м/с. Скорость распространения пульсовой волны, у людей молодого и среднего возраста, при нормальном артериальном давлении и нормальной эластичности сосудов, равна в аорте 5.5–8 м/с, а в периферических артериях — 6–9.5 м/с. С возрастом, по мере понижения эластичности сосудов, скорость распространения пульсовой волны увеличивается. Различают артериальный, венозный и сердечный толчок. Обычно пульс определяется кончиками пальцев руки (пальпаторно) на запястье человека (лучевая артерия). Оцениваются: частота, ритм, наполнение, напряженность, высота. Ритм и частота пульса в широком смысле слова аналогичны ритму и частоте сердечных сокращений. Пульсацию артерий можно легко обнаружить прикосновением к любой доступной ощупыванию артерии: лучевой (a. radialis), локтевой (a. ulnaris), височной (a. temporalis), бедренной (a. femoralis), подключичной (a. subclavia), плечевой (a. brachialis), подколенной (a. poplitea) и др. Брадикардия (синусовая брадикардия) – вид аритмии сердца, синусовый ритм с частотой менее 55 ударов в минуту. Нередко отмечается у здоровых, особенно у физически тренированных лиц (в покое, во сне), может быть проявлением нейроциркуляторной дистонии, а также возникать при инфаркте миокарда, синдроме слабости синусового узла, при повышении внутричерепного давления, снижении функции щитовидной железы (гипотиреоз), при некоторых вирусных заболеваниях, 5
под влиянием ряда лекарств. Временами брадикардия проявляется как неприятные ощущения в области сердца. Вариационная пульсометрия. Совокупность методических подходов исследования вариативных особенностей частоты сердечных сокращений (пульсограммы), объединены понятием – вариационная пульсометрия. Исследуются частота и регулярность сердечных сокращений, оценивается вклад в эти процессы регуляторных воздействий различных систем, в частности – симпатического и парасимпатического отделов вегетативной нервной системы. Вегетативная нервная система — часть нервной системы, иннервирующая внутренние органы, кожу, гладкую мускулатуру, железы внутренней секреции и сердце. В ней различают парасимпатический и симпатический отделы. Эти отделы имеют различия в структуре, в медиаторах (симпатическая - адреналин, парасимпатическая - холиноподобные вещества), в некоторых функциях выступают в качестве антагонистов. Гомеостаз — совокупность скоординированных реакций, обеспечивающих поддержание и восстановление постоянства внутренней среды организма. Иногда термин применяется для характеристики самого постоянства внутренней среды и способности организма обеспечить постоянство этой среды. Гиперкапния — состояние организма, вызванное повышением парциального давления углекислого газа в артериальной крови вследствие физических нагрузок (функциональная гиперкапния) или в результате вдыхания воздушных смесей с повышенной концентрацией СО2. Состояние характеризуется увеличением МОЛ и МОК, расширением сосудов миокарда и головного мозга, повышением общей активности организма. Может привести к росту кислотности крови, вторичному спазму кровеносных сосудов, замедлению сердечных сокращений. Гипоксия — состояние “кислородного голодания”, независимо от его происхождения. Существует несколько форм гипоксии. В пределах нормального функционирования организма чаще всего встречается гипоксическая гипоксия – недостаточное содержание кислорода в артериальной крови вследствие функциональной нагрузки или вдыхания газовых смесей с пониженным содержанием кислорода. Диастолическое артериальное давление (ДАД) характеризует давление в крупных артериальных сосудах во время диастолы сердца, ближе к ее завершению. Величина ДАД составляет 60-85 мм.рт.ст. и зависит в основном от состояния тонуса 6
стенок артериальных сосудов, определяющих общее периферическое сопротивление сосудов и мало зависит от изменений УОК. ДАД при физических нагрузках чаще уменьшается, однако по абсолютным значениям — в значительно меньшей степени, чем изменяется САД. Диастола — фаза расслабления мускулатуры сердца, в ходе которой полости сердца расширяются и наполняются кровью: различают Д. предсердий и желудочков. Наибольшее поступление крови в желудочки происходит во время фазы быстрого наполнения. Скорость, расслабление и глубина расслабления сердечной мышцы, а также наполнение кровью сердца зависят от ряда факторов: интенсивности удаления кальция из цитоплазмы мышечных клеток, вязкоупругих свойств миокарда, интенсивности венозного возврата и т.п. Диссоциированное дыхание Грокко-Фугони — нарушение координационной функции нервно-регуляторного аппарата, обеспечивающего гармоническую и последовательную работу отдельных групп дыхательной мускулатуры. Верхняя часть грудной клетки находится в состоянии вдоха, а нижняя часть производит следующую фазу дыхания – выдох. Прогностически неблагоприятный признак. Дисфункция – нарушение функции системы, органа или ткани организма, выражающееся неадекватностью реакции на действие раздражителей. Характеристики работы системы (параметры) могут выходить при этом за пределы средних (нормальных) значений. Дополнительный объем вдоха (ДПО) — объем воздуха, который можно вдохнуть дополнительно при максимальном усилии после спокойного вдоха. Величина ДПО — 1800-2500 мл у мужчин и 1300-1600 мл у женщин. В динамике функционального состояния ДПО может изменяться в зависимости от изменений ДО. Дыхание Биота — чередование равномерных дыхательных движений
и
продолжительных пауз (20-25 секунд при тяжелых поражениях мозга, диабетической коме, агонии. Дыхание Чейн-Стокса — чередование дыхательных движений – постепенное нарастание глубины дыхания после предшествующей паузы, а по достижении максимальной для данного периода глубины дыхания, постепенное её снижение до минимальной глубины, и переход в паузу (при расстройствах кровообращения в ЦНС, развивающихся при тяжелых пороках сердца, тяжелых миокардитах с исходом в миокардиосклероз, у больных менингитом при кровоизлиянии в головной 7
мозг, опухолях головного мозга). Прогностически неблагоприятный признак. Дыхание Куссмауля — характеризуется медленными или быстрыми глубокими дыхательными движениями с вовлечением дополнительной дыхательной мускулатуры, Ацидоз. Дыхательный объем (ДО) (Рис.1) — объем воздуха, вдыхаемый при обычном, спокойном (не усиленном) вдохе и выдыхаемый при обычном, спокойном (не усиленном) выдохе. Дыхательный объем составляет в среднем 300-500 мл у взрослых мужчин и 300-400 мл у женщин. При нагрузке ДО может увеличиваться до 1500 — 2000 мл и 1300-1500 мл соответственно, за счет уменьшения дополнительного объема вдоха и резервного объема выдоха. Для расчетов относительных изменений вместо ДО используется показатель амплитуды дыхания (АД), в свою очередь, рассчитываемый из электрограммы экскурсии грудной клетки. Амплитуда дыхания равняется разности между максимумом вдоха и минимумом выдоха.
Рис.1. Схема легочных объемов человека Обозначения: ЖЕЛ – жизненная емкость легких; ДПО – дополнительный объем вдоха; ДО – дыхательный объем; РО – резервный объем выдоха; ОО - остаточный объем легких 8
Жизненная емкость легких (ЖЕЛ) — максимальный объем воздуха, который можно выдохнуть после максимального вдоха. ЖЕЛ равна сумме ДПО, ДО, РО. ЖЕЛ является показателем "растяжимости" легких и грудной клетки. Величина ЖЕЛ - 4000-5000 мл у мужчин и 2500-3300 мл у женщин. При нагрузке может увеличиваться за счет различных механизмов, в частности за счет повышения тонуса мышц, участвующих в акте дыхания. Закон Старлинга — "Сила сокращения желудочков сердца, измеренная любым способом, является функцией длины мышечных волокон перед сокращением". Закон раскрывает один из основных механизмов регуляции деятельности сердца, в основе которого лежит зависимость силы сердечного выброса от объема поступающей в сердце крови. Здоровье — многообразие взглядов на сущность этого понятия и безуспешность попыток выработать единое мнение объясняется тем, что здоровье зависит от множества взаимосвязанных и взаимозависимых факторов, влияние которых на организм человека в первую очередь зависит от его возраста, пола, психофизиологических особенностей, функционального состояния и многого другого. Дать определение здоровью так же сложно, как и определить, что такое жизнь. Наиболее широко распространенный подход к этой проблеме основан на принципе прямого противопоставления двух качественно различных состояний: нормального физиологического (синоним "хорошее здоровье", норма) и патологического (синоним "плохое здоровье", болезнь). Значительная часть существующих определений здоровья содержит или подразумевает это полярное разграничение. Согласно определению, которое дает ВОЗ: “Здоровье это состояние полного физического, душевного и социального благополучия, а не только отсутствие болезней и физических недостатков”. По мнению экспертов ВОЗ (1985), состояние здоровья населения на 10% определяется уровнем развития медицины как науки и состояния медицинской помощи, на 20% — наследственными факторами, на 20% — состоянием окружающей среды и на 50% — образом жизни.
В более полном, фи-
зиологическом представлении — может быть определено как способность взаимодействующих систем организма обеспечивать реализацию генетических программ, умственной деятельности и фенотипического поведения, направленных на социальную и культурную сферы жизни. Здоровье обеспечивает приспособление организма к изменяющимся условиям внутренней и внешней среды, сохранение и расширение 9
резервов функционирования систем организма, генеративную, познавательную, социальную деятельности. Индекс напряжения Баевского (ИН) — коэффициент, отражающий степень напряжения систем, регулирующих деятельность сердца, соотношение симпатических и парасимпатических влияний на него. Метод основан на оценке распределения R-R интервалов ЭКГ, отражает уровень упорядоченности ритмограммы (пульсограммы) сердца человека. Наиболее равномерно сердце бьется только в экстремальных случаях, в состоянии высокого напряжения регуляторных систем, а в нормальном состоянии частота сердечных сокращений зависит от внешних и внутренних факторов, постоянно реагируя на них учащением или снижением частоты. ИН вычисляется по формуле: ИН = АМо (2 × Мо × dX ) , где
(1)
АМо — амплитуда моды в %;
Мо — среднее значение модального класса в секундах; dX — вариационный размах (разность между наибольшим и наименьшим
значением кардиоинтервала) в секундах. В норме ИН может колебаться в значительных пределах (40-250 у.е.). Показателем увеличения напряжения центров, регулирующих сердечный ритм, является уменьшение Мо на 20 % и более, увеличение АМо на 50 % и более. Интегральные показатели работы сердечно-сосудистой и дыхательной систем: •
Процент насыщения гемоглобина крови кислородом в фоне и при выпол-
нении физической нагрузки (НГбК). •
Отношение
минутных
объемов
дыхания
к
минутным
объемам
кровообращения в покое: (2)
МОЛ П МОК П
•
- и при нагрузке: (3)
МОЛ Н МОК Н
Динамика этого показателя характеризует отношение вкладов дыхательной и сердечно-сосудистой систем в обеспечение выполнения физической нагрузки. Поскольку дыхательная система имеет большие возможности прироста объемов, возрастание этого показателя при выполнении физической нагрузки свидетельствует о 10
значительном совместном функциональном резерве. Падение значений показателя говорит о том, что большая нагрузка ложится на сердечно-сосудистую систему, что свидетельствует о снижении совместного функционального резерва. •
Процент изменения частоты сердечных сокращений при физических на-
грузках по сравнению с покоем: %ЧСС = (ЧСС Н − ЧСС П ) ЧСС П × 100%
•
(4)
Процент изменения частоты дыхательных движений при физических
нагрузках по сравнению с покоем: %ЧДД = (ЧДД Н − ЧДД П ) ЧДД П × 100%
•
(5)
Процент изменения систолического объема сердца при физических на-
грузках по сравнению с покоем: %УОК = (УОК Н − УОК П ) УОК П × 100%
•
(6)
Процент изменения дыхательного объема при нагрузках по сравнению с
покоем: % ДО = ( ДОН − ДОП ) ДОП × 100%
(7)
Приведенные выше показатели возрастают при небольших и средних нагрузках. Перегрузки и срыв адаптационных механизмов может сопровождаться отрицательными значениями показателей. •
Отношение прироста ударного объема сердца при нагрузках к приросту
частоты сердечных сокращений: %УОК/ %ЧСС
(8)
Характеризует структуру прироста интенсивности работы сердца. Значения больше единицы свидетельствуют о преобладании прироста объема, что говорит о тренированности сердца к физическим нагрузкам. Значения меньше единицы говорят о неоптимальности выполнения нагрузки. При выполнении больших нагрузок характерны значения показателя меньше единицы, поскольку УОК исчерпывает возможности прироста на средних по интенсивности нагрузках. •
Отношение прироста дыхательного объема при физических нагрузках к
приросту частоты дыхательных движений: %ДО/ %ЧДД
(9)
Характеризует структуру обеспечения нагрузки дыхательной системой. Оптимальность реакции системы заключается в больших приростах объема (значения 11
показателя больше единицы). Лабильность (от латинского labilis – подвижный, нестойкий) – свойство живой ткани, отражающее скорость перестройки ее параметров. Термин предложен Н.Е.Введенским в отношении возбудимых тканей (нервов, мышц и т.д.), нами используется более широко применительно к функциональным системам различной степени сложности. Максимальная вентиляция легких (МВЛ) — объем воздуха, проходящий через легкие за 1 минуту при дыхании с максимально возможной частотой и глубиной. Измеренный таким образом объем единичного (среднего) выдоха составляет жизненную емкость легких. Средняя величина МВЛ 100000-150000 мл у мужчин и 70000-100000 мл у женщин. Максимальное давление выдоха (МДВ) — давление потока воздуха, развиваемое при максимальном по интенсивности выдохе, совершаемом после максимального вдоха. Величина в покое — 120-140 мм.рт.ст. у мужчин и 100-120 мм.рт.ст. у женщин; при физической нагрузке МДВ снижается до 80-100 и 70-90 мм.рт.ст. соответственно. Максимальное потребление кислорода (МПК) — максимально возможная для данного человека скорость потребления кислорода. Определяется различными способами и измеряется в объеме кислорода, потребляемом в единицу времени (мл/мин) или в отношении к 1 кг массы тела обследуемого — (мл/мин)/кг. Индивидуальные значения МПК определяются биологическими особенностями исследуемого лица (полом, возрастом и др.), состоянием его здоровья, уровнем физической подготовленности и условиями окружающей среды (газовым составом, атмосферным давлением и т.п.). Потребление кислорода при мышечной работе увеличивается до определенного уровня пропорционально ее мощности. При некоторых, индивидуально предельных ее значениях, все резервные возможности кардио-респираторной системы оказываются уже задействованными, и потребление кислорода более уже не может увеличиваться, исчерпываются возможности аэробного обеспечения работы. Основным критерием достижения МПК считается феномен "выравнивания" — появление плато на графике зависимости потребления кислорода от мощности мышечной работы. На этом пределе потребление кислорода определяется как максимально возможное для данной системы в наблюдаемом состоянии - “максимальное 12
потребление кислорода” - МПК. Дальнейший прирост мощности работы обеспечивается за счет биохимических процессов, протекающих без участия кислорода (анаэробные процессы). Величина МПК надежно характеризует физическую (или, точнее, так называемую, аэробную) работоспособность человека и, по определению Всемирной организации здравоохранения, МПК признается наиболее объективным и информативным показателем состояния кардио-респираторной системы. Для определения индивидуального уровня МПК предложено несколько разных способов. Все они основаны на контроле достижения пределов возможности обеспечения системой кислородообеспечения выполнения мышечной работы. Прямое определение МПК является не только изнуряющей, но и не вполне безопасной процедурой. В связи с этим, разработаны более щадящие методы, в частности, метод оценки состояния системы кислородообеспечения и физической работоспособности организма — PWC170. Минутный объем крови (МОК) — количество крови, перекачиваемое сердцем за одну минуту. МОК вычисляется как произведение УОК на ЧСС. При физических нагрузках одновременно растут ЧСС и УОК, что ведет к значительному возрастанию МОК. Минутный объем легких (МОЛ) — объем воздуха, проходящий через легкие в течение 1 минуты. У мужчин МОЛ равен в среднем 6000 мл, у женщин — 5000 мл, при нагрузке увеличивается до 60000 — 80000 мл и 40000 — 70000 мл соответственно. Наполненность пульса — интенсивность пульсации артериальной стенки или амплитуда пульсовой волны
фотоплетизмограммы. Определяется объемом
крови, находящейся в артерии; зависит от величины сердечного выброса и общего количества циркулирующей крови в сосудистой системе. При достаточном кровенаполнении артерии можно нащупать под пальцем высокую пульсовую волну, в этом случае говорят о хорошем наполнении или полном пульсе. При кровопотере или других состояниях, сопровождающихся уменьшением объема циркулирующей крови, определяется слабое наполнение — пульс пустой. Напряжение пульса определяется сопротивлением артерии нажиму давящего пальца при исследовании пульса. Напряжение зависит от величины систолического артериального давления. При нормальном артериальном давлении артерия сдавли13
вается при умеренном усилии — пульс умеренного напряжения. При повышенном артериальном давлении — пульс напряженный (твердый). При пониженном артериальном давлении — пульс мягкий. Насыщение крови кислородом (НКК) — величина, отражающая количество кислорода, связанного гемоглобином и растворенного в плазме периферической крови; величина насыщения гемоглобина артериальной крови кислородом (сатурация SaO2). Определяется методами количественного химического анализа. В 100 мл артериальной крови в покое содержится 19-20 мл кислорода, в венозной крови — 13-15 мл. Процент насыщения гемоглобина является показателем качества поддержания в крови различными системами организма необходимого уровня кислорода (принцип гомеостаза). Если при выполнении физической нагрузки показатель не падает ниже 90 %, кислородообеспечение является достаточным. Норма — может быть определена как наиболее часто встречающийся случай данного параметра (признака). Согласно статистическому подходу - норма представляется в виде норматива, как меры нашего познания объективно существующих жестких и гибких констант (параметров) организма. Можно говорить о Н. возрастной, региональной, популяционной. Иной подход к понятию нормы, широко развиваемый в рамках валеологии, требует использования понятия оптимальное состояние индивида, формирующегося в процессе адаптации к изменяющимся факторам жизни. Количественное выражение нормативов при данном подходе предполагает многократное наблюдение за человеком (мониторирование), использование дозированных функциональных нагрузок с обязательным контролем качества их выполнения и оценкой цены адаптации, которую платит организм, построение таких целостных описаний как психофизиологический паспорт индивида и т.д. Состояние нормы при этом есть оптимальное состояние индивида с достаточными функциональными возможностями адаптации организма к реальным условиям жизнедеятельности. Общее периферическое сопротивление сосудов (гидравлическое) – сопротивление, которое испытывает кровь вследствие своей вязкости, трения о стенки сосудов и вихревых движений. Гидравлическое сопротивление представляет отношение движущей силы, т.е. давления к объему крови, протекающей в единицу времени через исследуемый участок сосудистого русла. Общее периферическое сопротивле14
ние слагается из сопротивления прохождению крови по артериальной части сосудистого русла на 66 %, по капиллярной – около 27 % и по венозной – около 7 %. Объем форсированного выдоха (ОФВ) — объем воздуха, удаляемый из легких при форсированном выдохе за единицу времени (обычно за первую секунду), служит хорошим показателем наличия обструктивных нарушений вентиляции (сужения воздухоносных путей, т.е. повышения их аэродинамического сопротивления). Величина ОФВ в покое в среднем — 75-80 % от ЖЕЛ, при нагрузке снижается до 65-70 % от ЖЕЛ. При функциональных нарушениях или патологических процессах в дыхательной системе, выдох может быть затруднен и величина ОФВ снижается. Объем форсированного выдоха за первую секунду (ОФВ1) — объем воздуха, удаляемый из легких при форсированном выдохе за первую секунду. Оптимальное функциональное состояние — функциональное состояние организма, позволяющее обеспечивать необходимое качество деятельности (жизнедеятельности) с достаточным функциональным резервом регуляторных и исполнительных систем организма и без ущерба для организма. Остаточный объем (ОО) легких — объем газа, остающегося в легких после максимального выдоха. ОО составляет 1100-1200 мл. Остаточный объем может быть определен несколькими косвенными методами, в частности, по результатам измерения концентрации в выдыхаемом воздухе азота, после смены дыхательной газовой смеси на смесь, его не содержащую. Парасимпатическая часть вегетативной нервной системы (парасимпатическая нервная система) — часть вегетативной нервной системы, объединяющая, в свою очередь, два отдела: краниальный и сакральный. В краниальном отделе преганглионарные волокна покидают средний и ромбовидный мозг в составе нескольких черепно-мозговых нервов (основной из них – блуждающий нерв (n. vagus)) , а в сакральном выходят из спинного мозга. Преганглионарные волокна оканчиваются в парасимпатических ганглиях. Парасимпатический отдел регулирует деятельность внутренних органов в условиях покоя, его действия направлены на поддержание гомеостаза. Парасимпатические влияния на сердце заключаются в уменьшении ЧСС, силы сокращений, уменьшении скорости проведения и возбудимости сердечной мышцы. Пульсовая волна – колебательное изменение диаметра артериальных сосудов, 15
связанное с периодичностью работы сердца и выбросом в кровеносное русло ударного объема крови. Скорость распространения пульсовой волны превышает линейную скорость крови в 10-15 раз. Считается, что волна отражает одновременно и гидравлический удар и колебание самой стенки сосуда. Скорость распространения пульсовой волны отражает степень упругости артериальной стенки. Пульсовое артериальное давление (ПАД) представляет собой разность систолического и диастолического давлений. У здорового человека в спокойном состоянии составляет 40-50 мм рт.ст. Является одним из показателей общей гемодинамики. Резервный объем выдоха (РО) — максимальный объем воздуха, который человек может выдохнуть дополнительно после спокойного выдоха. Величина — 1300-1800 мл у мужчин и 900-1300 мл у женщин. Ритмичность пульса. Отражает уровень регулярности сердечных сокращений. Нормальный ритм синусового узла (синусовый ритм) у большинства здоровых взрослых людей в покое составляет 60-75 ударов в 1 минуту. Одно из проявлений особенностей нормальной ритмичности, наблюдающейся у большинства людей, синусовая или дыхательная аритмия, — увеличение частоты сердечных сокращений сердца во время вдоха и некоторое ее замедление на фоне выдоха. Ритм дыхательных движений – характеристика ведущей частоты и регулярности дыхательных движений. Встречающиеся нарушения ритма дыхания: дыхание Биота, дыхание Чейн-Стокса, дыхание Куссмауля, диссоциированное дыхание Грокко-Фугони. Симпатическая часть вегетативной нервной системы — часть вегетативной нервной системы, периферический отдел которой
образован околопозвоноч-
ными ганглиями, составляющими пограничный симпатический ствол, который делится на шейную, грудную, поясничную и крестцовую части. Симпатическая часть вегетативной нервной системы оказывает на организм мобилизующее действие, направленное на обеспечение выполнения физической работы. Симпатические влияния на сердце заключаются в увеличении ЧСС, силы сокращений, скорости проведения и возбудимости сердечной мышцы. Под влиянием импульсов симпатической нервной системы уменьшается просвет сосудов, что ведет к повышению артериального давления. Систола — сокращение сердца или одного из его отделов. С. начинается с 16
возбуждения соответствующего отдела, которое, охватывая его полностью, приводит к сокращению. С. предсердий – сокращение предсердий, при котором кровь из предсердий поступает в желудочки. С. желудочков — сокращение желудочков сердца, при котором кровь выбрасывается в артерии большого (из левого желудочка) или малого (из правого желудочка) кругов кровообращения. С. сердца – период сердечного цикла, включающий сокращения предсердий и желудочков. С. электрическая – период, в течение которого миокард пребывает в возбужденном состоянии. На электрокардиограмме С. э. предсердий соответствует интервал от начала зубца Р до конца зубца Та (последний обычно не регистрируется, так как на него накладывается комплекс QRS ), а С. э. желудочков – интервал от начала комплекса QRS до конца зубца Т. Систолический (ударный) объем крови (УОК) — объем крови, поступающий в аорту при одном сокращении сердца (систоле). УОК показывает величину сердечного выброса и является характеристикой производительности сердца как насоса. Величина УОК зависит от объема крови, поступившего в сердце во время диастолы и степени растяжения волокон миокарда (см. закон Старлинга), а так же от влияний на силу
сокращения
со
стороны
вегетативной нервной системы.
Положительное влияние на УОК оказывают гуморальные факторы, в частности, гормоны надпочечников: адреналин, норадреналин, дофамин. УОК зависит от возраста, пола, размеров сердца и степени тренированности к физическим нагрузкам. Например, в покое в положении лежа у нетренированных молодых людей УОК составляет 80-95 мл (ЧСС — 60-80 уд./мин), у спортсменов — 100-120 мл (ЧСС — 40-45 уд./мин). Максимально систолический объем может достигать 180200 мл. Степень изменения УОК при физических нагрузках по сравнению с покоем отражает уровень резервных возможностей сердца. Ведущим механизмом увеличения УОК при физических нагрузках является усиление симпатических и снижение парасимпатических влияний. При физических нагрузках вместе с ростом потребления кислорода возрастает и УОК, но до пределов, обеспеченных возможностями растяжимости и сократимости миокарда. При этом умеренные физические нагрузки могут вызывать большее увеличение УОК, чем значительные, поскольку при значительных нагрузках сильно возрастает ЧСС, что ведет к резкому снижению времени диастолы и крове17
наполнения желудочков. Систолическое артериальное давление (САД) — давление, создаваемое сердцем в артериальном русле в момент систолы желудочков. САД является общей характеристикой работы сердечно-сосудистой системы. Величина САД зависит от состояния артериального сосудистого русла (его общего периферического сопротивления) и величины систолического выброса — ударного объема крови. У человека в покое систолическое давление — 90-130 мм рт. cт.. Его значение сильно зависит от индивидуальных особенностей человека, от его конституции, возраста, пола и т.д. У людей с астенической конституцией, как правило, САД несколько ниже, чем у людей с гиперстенической. С возрастом САД повышается. У мужчин САД несколько выше, чем у женщин. При физических нагрузках САД увеличивается в первую очередь за счет возрастания объема выбрасываемой крови и роста сопротивления сосудистого русла (сокращение гладких мышц сосудистой стенки — сужение диаметра периферических сосудов). Степень изменения САД при физических нагрузках отражает уровень резервных возможностей сердечно-сосудистой системы и пути ее адаптации. При нагрузке у здорового человека САД может достигать 160- 200 мм рт. ст. Тахикардия (синусовая тахикардия) – аритмия сердца, синусовый ритм с частотой более 90-100 уд. У здоровых людей она возникает при физической нагрузке и эмоциональном возбуждении. Часто бывает проявлением вегето-сосудистой дистонии, в этом случае она заметно уменьшается при задержке дыхания. Более стойкая синусовая тахикардия случается при повышении температуры тела, тиреотоксикозе, миокардитах, сердечной недостаточности, анемии, тромбоэмболии легочной артерии. Больные при этом могут ощущать сердцебиение. Физическая работоспособность — под физической работоспособностью понимается способность данного человека выполнять максимально возможный объем механической работы в течение определенного времени. Работоспособность включает в себя целый ряд свойств и особенностей биологических систем, так, например: лабильность отдельных мышечных единиц, физическая сила, функции времени и расстояния и т.д. При этом необходимо учитывать, что уровень физической работоспособности человека в значительной степени зависит от общего уровня здоровья, от адаптивных способностей организма к функционированию в определенных внешних условиях. 18
В последние годы в спортивной медицине и клинике достаточно широкое распространение получили методы определения количества работы, которую способен выполнить испытуемый за 1 минуту при частоте сердечных сокращений 170 уд/мин. Этот тест получил название PWC170 по начальным буквам английской транскрипции "физической работоспособности" — Physical Working Capacity. Он основан на существовании линейной зависимости между частотой сердечных сокращений и мощностью (интенсивностью) мышечной работы в определенном диапазоне нагрузок, и
позволяет косвенно оценить состояние системы кислородо-
обеспечения организма и его физическую работоспособность. PWC170 можно определить на велоэргометре, тредбане или при помощи степ-теста. Последний способ наиболее прост, доступен и, при достаточном количестве ступенек, позволяет определять работоспособность одновременно у нескольких человек. Функциональное состояние человека (ФС) – единый комплекс психофизиологических по своей природе явлений, формирующихся на основе актуальной потребности и имеющих выраженный приспособительный характер, позволяющих качественно и количественно описать текущее состояние человека. Потребность определяет реализацию конкретной формы жизнедеятельности организма, включая, например, сон или трудовую деятельность человека. Традиционно в физиологии и психофизиологии ФС рассматривается как состояние организма в целом с точки зрения состояния его систем. В отличие от этого в эргономике, психологии труда и инженерной психологии ФС анализируется на уровне работающего человека. Реализация психологического подхода к трактовке ФС основывается на принципах системно-структурного анализа, в котором выделяются следующие основные уровни представленности ФС: поведенческий, психофизиологический, психологического обеспечения деятельности и субъективно-рефлексивный. Выделяют оптимальные и неоптимальные виды ФС, острые, хронические и пограничные, комфортные и дискомфортные. К числу основных классов ФС относятся состояния оптимальной работоспособности, утомление, монотония, разные формы физиологического и психологического стресса, экстремальные состояния. Выявить резервы организма, определить их пределы можно только при использовании специальных тестов - функциональных проб. Функциональные пробы — определенный вид функциональной нагрузки, 19
предъявляемой человеку с целью выявления функциональных резервов отдельных систем и всего организма, состояния здоровья, скрытых патологий. В процессе тестирования исследуется характер приспособительных (адаптационных) реакций тестируемой системы, их соответствие индивидуальной норме. В ходе текущей работы в качестве "эталонов" могут использоваться статистические табличные параметры показателей различных систем. Функциональные пробы должны быть строго дозированными вплоть до максимальных, по интенсивности. Использование ступенчатых дозированных нагрузок позволяет прогнозировать поведение тестируемой системы. Функциональное тестирование является методологической основой диагностики уровня здоровья в валеологии. В зависимости от возможностей исследователя и задач исследования при функциональных пробах используют дозированные нагрузки на велоэргометре, различные варианты степ-теста, задержки дыхания, гипоксические нагрузки и т.д. Частота дыхательных движений (ЧДД) — количество дыхательных циклов "вдох-выдох" за одну минуту. Средняя ЧДД в состоянии физического покоя — 12-16 в мин. Частота сердечных сокращений (ЧСС, частота пульса) — число сокращений сердца в минуту. ЧСС является одной из основных характеристик состояния сердечно-сосудистой системы. Она различается в зависимости от возраста, пола и индивидуальных особенностей симпатической и парасимпатической регуляции сердечно-сосудистой деятельности. ЧСС зависит от состояния самого сердца, процессов саморегуляции, системной и центральной регуляции и уровня нагрузки. Степень изменения ЧСС при физических нагрузках имеет, в определенных пределах, прямую зависимость от величины выполняемой нагрузки. Увеличение ЧСС при физических нагрузках определенного диапазона интенсивностей коррелирует с ростом потребления кислорода, связано с усилением симпатического влияния на сердце и отражает тренированность сердца. В норме ЧСС у взрослого человека 60–80 в минуту. Увеличению ЧСС свыше 80 ударов в минуту (тахикардии) соответствует повышенная частота пульса (тахисфигмия). Уменьшению ЧСС менее чем 60 ударов в минуту (брадикардии), соответствует урежение пульса (брадисфигмия). Экстрасистола — преждевременное (не соответствующее ритму) сокраще20
ние сердца. В появлении экстрасистол доказана роль дисфункции центральной и вегетативной нервной системы, эндокринных нарушений, инфекционных поражений организма, патологических процессов в мышце сердца. Различают наджелудочковые экстрасистолы с неизмененным желудочковым комплексом ЭКГ, компенсаторной паузой, измененным зубцом Р, и желудочковые экстрасистолы с широким (более 0.10 с), деформированным комплексом QRS. Повторяющиеся, “залповые” желудочковые экстрасистолы являются признаком серьезных нарушений и могут быть опасны для жизни.
2. ОСНОВЫ ФУНКЦИОНАЛЬНОГО ТЕСТИРОВАНИЯ Как уже говорилось выше, диагностика уровня здоровья в валеологии базируется на функциональном тестировании. В литературе широко используются синонимы: "функциональное тестирование", "функциональные пробы" и т.д. Главное, на чем основываются разнообразные методические приемы, — это использование дозированных нагрузок, которые могут быть максимально точно оценены объективно и оказывают воздействие на организм, достаточно сходное по характеру реакции у различных людей. Функциональное тестирование, как основной метод валеологии, должно отвечать определенным требованиям: -
использование нагрузок, которые могут быть максимально точно и объективно дозированы, оценены, и которые оказывают воздействие на организм, достаточно сходное по характеру реакции у различных людей; - адресность воздействия на конкретную систему; - возможность постоянного контроля состояния организма в процессе тестирования, позволяющего своевременно и оперативно прекратить использование нагрузки или изменить ее интенсивность, в случае резкого ухудшения состояния человека (непереносимости нагрузки, табл.1, 2). При использовании тестирующих нагрузок ориентируются на эргометрические показатели, основные из них — интенсивность выполняемой работы, сложность (количество единичных операций, число каналов информации и т.д.) и время (продолжительность) нагрузки. Использование тестирующих нагрузок предполагает постоянный контроль качества выполнения нагрузок (точность выполнения заданий, количество пропус21
ков, ошибочных реакций). Различают следующие виды функциональных нагрузок, используемых при тестировании состояния системы кислородообеспечения человека: - физическая нагрузка; - изменение положения тела в пространстве; - задержка дыхания; - изменение газового состава вдыхаемого воздуха; - введение медикаментозных средств (фармакологическая нагрузка). При дозировании тестирующих нагрузок исследователи ориентируются на эргометрические показатели, основные из них — мощность внешней работы и время (продолжительность) нагрузки. Мощность, как правило, измеряется в ваттах (Вт) или в килограмм-метрах в минуту (кГм/мин), 1 Вт=6 кГм/мин. Для нормирования нагрузки рассчитывается мощность внешней работы, соответствующая должному МПК для каждого испытуемого (исходя из его пола, возраста и веса), и в процентах от МПК задается степень нагрузки. Показатели функционирования систем при предъявлении функциональных нагрузок могут анализироваться как во время выполнения нагрузки (квазистационарное состояние), так и во время переходных процессов (время адаптации к нагрузке сразу при ее предъявлении и восстановление показателей при прекращении выполнения). Нагрузочные тесты можно условно разделить на максимальные, умеренные и пороговые. Первые дают способы прямого определения предельных возможностей человека. Недостаток максимальных тестов — чрезмерно большое усилие, требующееся от обследуемого при их выполнении, что значительно ограничивает их применение для пожилых и больных людей. Умеренные нагрузки позволяют работать более "мягко" и в этом случае используются расчетные методы прогноза состояния организма в экстремальных ситуациях. Пороговые нагрузки используются для определения чувствительности системы к воздействиям.
2.1 Наиболее широко применяемые методы функционального тестирования Велоэргометрическая нагрузка. Тестирующая нагрузка задается с помощью велоэргометра — прибора, в котором предусмотрено произвольное изменение со22
противления вращению педалей. Нагрузка зависит от сопротивления вращению педалей, задаваемого прибором, от скорости и продолжительности педалирования, задаваемыми условиями проведения исследования. Сложное циклическое движение обследуемого предъявляет повышенные требования к исполняющей системе, в первую очередь — костно-мышечной системе нижних конечностей, и к различным системам жизнеобеспечения, в частности, сердечно-сосудистой и дыхательной. Дыхание воздушной смесью с пониженным содержанием кислорода при постоянстве парциального давления - нормобарическая гипоксигенация. Формирует состояние умеренного кислородного голодания. Методика обеспечивается специальными приборами (гипоксикаторами), позволяющими получать газовые смеси с пониженным содержанием кислорода при нормальном давлении ("Эльбрус", "Эверест", "Гном" и т.д.). Ортостатическая
проба
(орто-проба)
—
функциональная
нагрузка,
заключающаяся в быстром переводе тела из горизонтального положения в вертикальное. Основным фактором, воздействующим на сердечно-сосудистую систему, при этом является гравитационное поле Земли. В вертикальной позе расположение основных магистральных сосудов совпадает с направлением силы тяжести, что обуславливает возникновение гидростатических сил, в определенной степени затрудняющих кровообращение. Подъем тела производится активно (произвольно)
–
человек
встает
и
пассивно
(непроизвольно).
Пассивная
ортостатическая проба производится при помощи специального стола, изменяющего положение тела относительно действующей силы тяготения. Проба Мартине. Приседания – 20 раз за 30 секунд. Функциональная нагрузка создается за счет физической работы по подъему-опусканию массы собственного тела и за счет перераспределения объема крови, находящегося в венах нижней части туловища и нижних конечностей. Проба удобна тем, что не требует нормировки (расчета на конкретного человека) и никаких приспособлений. Пробы задержки дыхания. Пробы с задержкой дыхания на вдохе (проба Штанге) или на выдохе (проба Генчи). Пробы позволяют оценить устойчивость организма человека к смешанной гиперкапнии и гипоксии, отражающей общее состояние кислородообеспечивающих систем организма. Длительность задержки дыхания используется для суждения о состоянии кислородообеспечивающих систем организма и оценки общего уровня тренированности человека. 23
Степ-тест (Гарвардский). Общая идея теста заключается в изучении восстановления частоты сердечных сокращений после прекращения дозированной мышечной работы. Физическая нагрузка задается восхождением на одну или две ступеньки. Высота ступеньки и время выполнения работы задаются в зависимости от пола, возраста, роста и физического развития испытуемого.
Таблица 1
Критерии определения степени утомления [по Куколевскому, 1975] Объекты наблюдения
Степень утомления
Небольшая Окраска Небольшое кожи лица покраснение Речь, ми- Речь отчетмика ливая Потливость Небольшая Дыхание
Движения, походка Самочувствие
Средняя Значительное покраснение Выражение лица напряженное Большая в верхней половине тела Сильно учащенное
Большая Резкое покраснение, побледнение или синюшность Выражение страдания на лице
Значительная в верхней половине тела и ниже пояса Учащенное, Сильно учащенное, поверхноровное стное с отдельными глубокими вдохами, с меняющимися беспорядочным дыханием Бодрая по- Неуверенный шаг, Резкое покачивание, вынужходка покачивание денные позы с опорой, падения Жалобы от- Жалобы на уста- Жалобы на головокружение, сутствуют лость, ощущения боль в правом подреберье, гослабости, боли ловная боль, тошнота, икота, рвота
Таблица 2
Предельная ЧСС при выполнении функциональных проб (по В.Л.Карпман и др., 1988) Возраст, лет. 20-29 30-39 40-49 50-59 60 и старше
24
ЧСС, уд./мин 170 160 150 140 130
2.2 Показания к прекращению нагрузки. Субъективные и объективные признаки чрезмерного утомления и плохого самочувствия Показания к срочному прекращению нагрузочного теста могут являться субъективные и объективные факторы. К субъективным относятся: нежелание продолжение работы, ощущения крайнего дискомфорта и острой усталости и т.д. К объективным признакам ухудшения состояния обследуемого можно отнести внешние признаки (табл.1) и контролируемые параметры состояния систем организма, в первую очередь, сердечно-сосудистой системы (табл.2). Неблагоприятными значениями показателей организма в покое считаются: ЧСС>95 уд. в мин или <50 уд. в мин, САД>160 мм рт.ст., ДАД>95 мм рт.ст. Если хотя бы один из показателей выходит за указанные пределы, функциональные пробы не применяются. Объективные признаки ухудшения состояния и показания к прекращению работы: -
увеличение систолического давления свыше 220, диастолического — свыше 120 мм рт ст.;
-
выраженное нарушение ритма (появление резкой тахикардии, экстрасистолия, "трепетание" желудочков — мерцательная аритмия);
-
подъем или снижение относительно изолинии ST-сегмента электрокардиограммы более чем на 0.1 мВ;
-
инверсия или формирование острой вершины при увеличении амплитуды зубца Т ЭКГ более чем в три раза;
-
увеличение зубца Р ЭКГ свыше 0.3 мВ, удлинение его свыше 0.1 с, инверсия;
-
удлинение интервала P-(Q)R ЭКГ;
-
уменьшение амплитуды зубца R ЭКГ более чем на 50 %.
25
3.
МЕТОДИКИ ИССЛЕДОВАНИЯ СОСТОЯНИЯ СЕРДЕЧНО-СОСУДИСТОЙ СИСТЕМЫ
Сердечно-сосудистая система включает значительное число различных органов и их систем. Согласно одной общепринятой классификации она может быть разделена по уровню кровяного давления: область высокого и область низкого давления. К области высокого давления относят левый желудочек сердца, артерии крупного, среднего и мелкого калибра, артериолы. К области низкого давления — левое и правое предсердия, правый желудочек, вены, венулы, капилляры. Наиболее общие параметры работы сердечно-сосудистой системы, широко используемые в валеологии: ЧСС, ИН, САД, ДАД, УОК, МОК.
3.1 Измерение частоты сердечных сокращений 3.1.1 Измерение частоты сердечных сокращений человека пальпаторным методом Изменение частоты сердечных сокращений обеспечивает адаптацию системы кровообращения к потребностям организма (выполняемой работе) и условиям внешней среды. Наиболее часто используемые методы определения частоты сердечных сокращений: -
пальпаторный, позволяющий оценить частоту сердечных сокращений по частоте пульса, при прощупывании лучевой артерии в области запястья;
-
фотоплетизмографический, основанный на фотоэлектрическом измерении поглощения кровью в красном и инфракрасном диапазонах светового излучения;
-
сфигмографический, основанный на регистрации механических смещений участка тела, расположенного вблизи крупной артерии;
-
реографический, основанный на регистрации изменений электрического сопротивления участка тела, наблюдающихся в процессе прохождения через него систолического объема крови;
-
электрокардиографический, основанный на регистрации электрической 26
активности сердца. Цель работы: Научиться определять частоту сокращений сердца человека, понять методические принципы. Оборудование: Секундомер. Методика: Обследуемый отдыхает в положении сидя около 10 минут, тем самым формируется спокойное, расслабленное состояние. Обхватите одновременно обеими кистями области, расположенные чуть выше лучезапястных суставов, таким образом, чтобы большой палец находился на тыльной поверхности предплечья, а указательный, средний и безымянный — над лучевой артерией. Прощупав артерию, прижмите ее к лучевой кости и сравните величину пульсовых волн на обеих руках. Начните поиск пульса с левой руки, если не удается уловить его биение, попробуйте — на правой руке. !!!! ВНИМАНИЕ: Не следует сильно прижимать артерию, так как под давлением пульсовая волна может исчезнуть; не следует также прощупывать пульс своим большим пальцем, поскольку в нем проходит пульсирующая артерия, что может ввести в заблуждение исследователя.
Проведите исследование пульса на той артерии, где пульсовые волны более четкие (в случае разной величины пульсовых волн на обеих руках). Подсчитываем частоту сердечных сокращений за одну минуту. Получаем характеристику частоты пульса человека в спокойном состоянии. Частота сердечных сокращений может измеряться в спокойном состоянии обследуемого (фоновое значение пульса, измерение желательно проводить по меньшей мере 2 раза в течение 30 секунд, после умножения на 2 и усреднения, получаем усредненное значение пульса – число ударов в минуту). При проведении нагрузочных проб или сразу после их прекращения (быстро изменяющиеся состояния человека) измерение производим в течение 10 или 15 секунд. Результат измерения приводим к числу ударов в минуту (умножаем, соответственно на 6 или на 4). Полученные результаты сопоставляются с нормативными данными таблицы3.
27
Таблица 3
Характеристика типа сердечных сокращений взрослого человека (20–50 лет) в спокойном состоянии по пульсу Частота пульса (уд./мин.) 32–48 49–59 60–84 85–95 96–118 и выше
Тип сердечных сокращений Выраженная брадикардия ** Умеренная брадикардия* Физиологическая норма Тахикардия* Выраженная тахикардия**
* — требуется консультация у терапевта; ** — требуется лечение
3.1.2 Исследование перестроек частоты сердечных сокращений человека при функциональной нагрузке - проба Мартине Изменение частоты сердечных сокращений обеспечивает адаптацию системы кровообращения к потребностям организма (выполняемой работе) и условиям внешней среды. Для получения сведения о реактивных свойствах сердечно-сосудистой системы и, в первую очередь, свойств сердца по увеличению частоты сокращения, используется нагрузочная проба Мартине и расчет индекса Руфье. Цель работы: Определить скорость перестройки (лабильности) частоты сердечных сокращений в ответ на физическую нагрузку заданной интенсивности. Оценить соответствие полученных характеристик известным статистическим нормам, выявить индивидуальные особенности обследуемого. Определяется адаптивное свойство сердечно-сосудистой системы человека на дозированную физическую нагрузку. Оборудование: 1. Секундомер. 2. Метроном. Методика: 1. Измерение пульса обследуемого в спокойном состоянии (Р1). Обследуемый отдыхает в положении сидя около 10 минут, тем самым формируется спокойное, расслабленное состояние. 28
Под удары метронома обследуемый делает 20 глубоких приседаний за 30 секунд с вытянутыми вперед руками. После выполнения работы испытуемый садится на стул и каждую минуту в течение 5 минут измеряется частота пульса. !!!! ВНИМАНИЕ: При любых нагрузочных пробах необходимо контролировать состояние обследуемого по внешним признакам и по перестройкам частоты сердечных сокращений (разд. 2.)
Фиксируются значения пульса за первые 10 секунд (Р2) и последние 10 секунд (Р3) первой минуты восстановительного периода. Рассчитываем показатель адаптивности сердечно-сосудистой системы на дозированную физическую нагрузку – Индекс Руфье. Индекс Руфье = (6 × ( Р1 + Р 2 + Р3) − 200) 10 , где
(10)
Р1 — число сердечных сокращений за десять секунд в спокойном состоянии (фон); Р2 — число сердечных сокращений за первые десять секунд после выполнения пробы; Р3 — число сердечных сокращений за последние десять секунд минуты после выполнения пробы (через 50 секунд после выполнения пробы). Результаты обследования и расчетов сравниваются с табличными (Табл.4), формулируется вывод о соответствии полученных результатов нормативным. При получении оценки “неудовлетворительно” следует обратить внимание на низкий уровень тренированности сердечно-сосудистой системы, рекомендуется заняться оздоравливающими физическими упражнениями. Оценивается время восстановления пульса к исходному уровню: Менее 3-х минут – хороший результат, от 3 до 4-х минут – средний, более 4-х минут – функциональная лабильность системы кислородообеспечения ниже среднего.
Таблица 4
Оценочная таблица Индекса Руфье для всех возрастов Оценка результата (усл.ед.)
Отлично
Хорошо
≤ 0,1– 5
5,1–10
29
Удовлетворительно 10,1–15
Неудовлетворительно ≥15,1–20
3.1.3 Исследование характеристик пульса в покое и при физической нагрузке Кроме частоты сердечных сокращений, можно исследовать характеристики ритмичности пульса, его наполненности, особенностей пульсовой волны. Наполненность пульса определяется пальпаторно, по уровню сопротивления стенки артерии пальцевому давлению. Наполненность может быть хорошей, средней или слабой. !!!!! ВНИМАНИЕ * Различная величина пульсовых волн на правой и левой лучевых артериях встречается при аномалиях развития, сужении или вдавливании соответствующих артерий. * Если при одновременном исследовании величины пульсовых волн выявляются различия, то определение других свойств пульса проводят при исследовании той артерии, где пульсовые волны выражены лучше. * На сонных артериях пульс исследуют поочередно с каждой стороны без сильного давления на артерию. При значительном давлении на артериальную стенку возможны резкое замедление сердечной деятельности вплоть до остановки сердца и падение артериального давления. У обследуемого могут появиться головокружение, обморок, судороги. * Пульс на бедренной артерии исследуют в паховой области при выпрямленном бедре с небольшим поворотом наружу.
Используемый в данной работе способ регистрации пульсовой волны – фотоплетизмографический. Пульсовая волна, зарегистрированная этим способом, характеризуется восходящим участком — анакротой и нисходящим — катакротой. На нисходящем участке есть еще волна, называемая дикротической и обусловленная “захлопыванием” полулунных клапанов аорты (Рис. 6). Соотношение амплитудных и временных показателей элементов пульсовой волны характеризует различные параметры функционирования сосудистого русла. Для оценки состояния сосудистого русла мы будем пользоваться следующими показателями: -
скорость распространения пульсовой волны (характеризует упругость сосудистых стенок);
-
показатель эластичности сосудов (характеризует способность стенок сосудов к растяжению);
-
дикротический индекс (характеризует общее периферическое сопротивление сосудов, т.е. их суммарный просвет).
Цель работы: 30
Исследовать состояние сосудистого русла по показателям фотоплетизмограммы и влияние на него физической нагрузки. Оценить соответствие полученных характеристик известным статистическим нормам, выявить индивидуальные особенности обследуемого. Оборудование: 1. Персональный компьютер (ПК) типа IBM AT 386, 486 и т.д.. 2. Специализированное АРМ для исследования сердечно-сосудистой и дыхательной систем. 2. Фотоплетизмографический датчик. 3. Электрокардиографические электроды. 4. Электродная паста. 5. Спирт. 6. Марлевые тампоны. 7. Сантиметровая лента. Методика: Электрокардиографические электроды располагаем следующим образом: заземляющий электрод (черная маркировка) — на лоб, электрод с красной маркировкой — на правое запястье, электрод с желтой маркировкой — на левое, и электрод, отмеченный зеленым цветом, — на левую лодыжку. Перед постановкой электродов, кожу протирают спиртом (для обезжиривания). Под электрод помещают марлевую прокладку, смоченную электродной пастой или физиологическим раствором (методика регистрации ЭКГ изложена в разделе 4.3). Фотоплетизмографический датчик располагают на указательном пальце левой руки. Испытуемый находится в положении сидя, в спокойном состоянии. При помощи сантиметровой ленты измеряем расстояние от пересечения среднеключичной линии и продолжения подмышечной впадины до датчика на пальце (левая рука с установленным датчиком вытянута в сторону перпендикулярно туловищу), получаем приблизительное расстояние от сердца до места установки датчика пульса - Рс. Порядок работы с АРМ-ом описан в Приложении 2. Записываем пробу “Фон” Затем испытуемый встает, и делает 20 приседаний за 30 с. Сразу после вы31
полнения пробы в положении сидя в течение 1 минуты регистрируем сигналы – состояние “Нагрузка ”. # Расчет скорости распространения пульсовой волны: При помощи программных средств АРМ-а измеряем расстояние от R зубца типичного кардио-комплекса до начала соответствующего ему анакротического подъема на пульсограмме (∆П). Измерение проводим в отношении нескольких комплексов, рассчитываем среднее значение ∆П. Отношение этого времени (в с) к расстоянию от сердца до датчика (Рс - в м) и будет скоростью распространения пульсовой волны (СПВ). СПВЭ = РС ∆П (м/с), где
(11)
СПВЭ – скорость распространения пульсовой волны; Рс – приблизительное расстояние от сердца до места установки датчика пульса; ∆П – измеренное расстояние (задержка времени) между вершиной R-зубца ЭКГ и точкой начала анакротического подъема соответствующей пульсовой волны. Чем больше скорость распространения пульсовой волны, тем больше упругость сосудистой стенки (выше ее тонус). Скорость распространения зависит от возраста. Расчетная СПВ вычисляется по формуле: СПВ р = 8 × возраст( годы) + 425 [Инструментальные методы исследования сер-
дечно-сосудистой системы, 1986]. Если СПВэ отличается от СПВр более чем на ± 1 м/с, то можно констатировать нарушение тонуса кровеносных сосудов. Средняя скорость распространения пульсовой волны в покое для детей составляет 4-5 м/c, для здоровых взрослых - 6-8 м/с. Превышение этих значений свидетельствует об изменениях свойств упругости в сосудистом русле (в частности, в результате атеросклеротических изменений). # Расчет показателя эластичности сосудов: При помощи программных средств АРМ-а измеряем на усредненном изображении пульсовой волны расстояние от начала анакротического подъема до его максимума. Рассчитываем показатель эластичности сосудов (ПЭ), который равен отношению длительности анакротической волны (АК) к среднему значению ЧСС умноженному на 100 % 32
К М
Обозначения: А — начало анакротического подъема; К — максимум анакротического подъема; М — дикротическая выемка; D — максимум дикротической волны; В — конец пульсового колебания; АВ — пульсовое колебание; АК — анакротическая фаза; КВ — катакротическая фаза.
D
В
А
Рис. 2 ПАРАМЕТРЫ ПУЛЬСОВОЙ ВОЛНЫ (ФОТОПЛЕТИЗМОГРАММА)
ПЭ = АК
RR × 100%
, где
(12)
ПЭ – показатель эластичности кровеносных сосудов; АК – длительность анакротической волны; RR – среднее значение ЧСС
С увеличением эластичности сосудов показатель эластичности снижается # Расчет дикротического индекса: Измеряем амплитуду максимума анакротической волны (К) и дикротической выемки (М - Рис.2). Их отношение называется дикротическим индексом (ДИ). Рассчитываем его по формуле: ДИ = К М , где
(13)
ДИ – дикротический индекс; К – амплитуда максимума анакротической волны; М – амплитуда дикротической выемки.
Снижение дикротического индекса означает падение сопротивления сосудов. Так же последовательно обрабатываем пробу “Нагрузка”. # Сопоставление полученных показателей в паре состояний —нагрузка- фон: С целью оценки индивидуальных особенностей реакции сосудистого русла на физическую нагрузку, производим сопоставление вычисленных показателей в состояниях “Фон” и “Нагрузка”. 33
Нормальной реакцией сосудистого русла при обеспечении выполнения физической нагрузки является рост упругости, снижение эластичности и увеличение суммарного просвета сосудов (снижение общего периферического сопротивления). Сравниваем значения трех показателей, а вместе с ними трех характеристик сосудистого русла (упругость, эластичность и суммарный просвет), в состоянии покоя и при физической нагрузке. Формулируем вывод, записываем в рабочую тетрадь.
3.1.4 Частота сердечных сокращений как косвенный метод оценки физической работоспособности человека (степ-тест) По оценке Всемирной организации здравоохранения, максимальное потребление кислорода (МПК) признается наиболее объективным и информативным показателем функционального состояния кардиореспираторной системы человека. Величина МПК надежно характеризует физическую (или, точнее, так называемую, аэробную) работоспособность человека. Индивидуальные значения МПК определяются биологическими особенностями индивида (полом, возрастом и др.), состоянием его здоровья, уровнем физического развития и условиями окружающей среды (газовым составом, атмосферным давлением и т.п.). Для определения индивидуального уровня МПК предложено несколько разных способов, все они основаны на контроле достижения пределов возможности обеспечения системой кислородообеспечения выполнения мышечной работы. Прямое определение МПК является не только изнуряющей, но и не вполне безопасной процедурой. В связи с этим, разработаны более щадящие методы оценки состояния системы кислородообеспечения и «физической работоспособности организма» при субмаксимальных нагрузках. Широко используется функциональная проба, основанная на определении мощности мышечной нагрузки, при которой ЧСС повышается до 170 уд/мин. Этот тест обозначают как PWC170 (от первых букв английского обозначения термина «физическая работоспособность»- Physical Work Capacity). Чаще всего пользуются косвенным методом определения PWC170, основанным на линейной зависимости ЧСС от мощности выполняемой мышечной нагрузки в диапазоне до 170 уд/мин. При таком методе достаточно получить значения ЧСС при двух небольших нагрузках, и рассчитать значение мощности нагрузки, при которой ЧСС достигнет 170 уд/мин. Это позволяет применять метод для людей с низкой физической подготовкой. При ЧСС выше 170 уд/мин линейность зависимости ЧСС от мощности нарушается, что обусловлено подключением анаэробных процессов. Мышечная нагрузка может формироваться различными способами. Одним из наиболее доступных является выполнение степ-теста. Цель работы: 34
Оценить физическую работоспособность человека на основе учета перестройки частоты сердечных сокращений в ответ на физическую нагрузку заданной интенсивности. Оценить соответствие полученных характеристик известным статистическим нормам, выявить резервы систем кислородообеспечения обследуемого. Оборудование: специальная ступенька, секундомер, метроном, весы медицинские. Ход работы: 1. Определяется масса тела P (кг) и длина ноги L (м) обследуемого. 2. Подбирается высота ступеньки h (м) - около 1/3 длины ноги. Как правило, достаточно иметь набор ступенек: 0.20 м, 0.25 м, 0.3 м, 0.4 м. 3. Определяется частота циклов n1 подъема за одну минуту для первой нагрузки. Для физически тренированных людей частота циклов вычисляется по формуле n1 = 5 / h
Для лиц с низким физическим развитием, женщин и детей можно воспользоваться формулой. n1 = 10 / h
Частоту метронома устанавливают равной - 4*n1. 4. Выполняется первая нагрузка. Длительность нагрузки 5 минут. Один цикл состоит из четырех движений, каждому из которых соответствует один удар метронома: - испытуемый ставит на ступеньку одну ногу, - ставит на ступеньку другую ногу, выпрямляет ноги и принимает строго вертикальное положение, - спускает на пол ногу, - спускает на пол вторую ногу. За последние выполнения нагрузки 30 с подсчитывается пульс и определяется частота сердечных сокращений f1 (уд/мин). Если f1 менее 90 уд/мин или более 130 уд/мин, выполнение первой нагрузки следует повторить, увеличив или уменьшив соответственно n1 в 2 раза. 5. Пауза — отдых в положении стоя, 3 минуты. 6. Определяется частота циклов n2 для второй нагрузки. Критерием того, что нагрузки в пробах подобраны правильно, может служить ЧСС в конце нагрузок. ЧСС в конце 1–й нагрузки должна достигать 100–120 уд/мин, а в конце 2–й нагрузки— 145–160 уд/мин. Желательно, чтобы разница между этими величинами достигала не менее 40 уд./мин. Частоту циклов при второй нагрузке n2 можно определить по формуле n 2 = n 1 × ( 5 − f 1 / 40 ) 7. Выполнение второй нагрузки. Нагрузка выполняется 5 минут. За последние 35
30 с выполнения нагрузки подсчитывается пульс и определяется частота сердечных сокращений f2 (уд/мин). 8. Расчет PWC170. При расчете количества выполненной при степ-тесте работы необходимо учитывать не только работу по подъему на ступеньку, но и уступающую работу — спуск со ступеньки. Для этого используется поправочный коэффициент — 0.2. Мощность (N), выполняемой работы, рассчитывается по формуле: N = P × h × n × 0.2 (Вт), где
где Р — масса испытуемого в кг; h — высота ступеньки в метрах; n — количество циклов в минуту; 0.2 — поправочный коэффициент. Расчет PWC170 проводится по формуле В.Л.Карпмана [1969]: PWC170 = N 1 + ( N 2 − N 1 ) × (170 − f 1 ) ( f 2 − f 1 )
, (Вт), где
N1 — мощность первой нагрузки, N2 — мощность второй нагрузки, f1 — частота сердечных сокращений в 1 минуту после выполнения первой нагрузки, f2 — частота пульса после второй нагрузки. 9. Результаты заносятся в итоговую таблицу, формулируются выводы о соответствии полученных результатов нормативным. Для оценки физической работоспособности используются рисунки 3 и 4, которые предусматривают оценку по 5 уровням: низкий, ниже среднего, средний, выше среднего, высокий. При получении оценки «уровень работоспособности ниже среднего и низкий» следует обратить внимание на низкий уровень тренированности опорно-двигательной и сердечнососудистой систем, рекомендуется заняться оздоравливающими физическими упражнениями. В случае получения оценки «уровень работоспособности ниже среднего и низкий» рекомендуется тренировку следует проводить под руководством специалиста в области оздоровительной гимнастики.
36
300
PWC170 (Вт)
250 200
Высокий
150
Выше среднего
100
Ниже среднего
50
Низкий
0 0
10
20
30
40
50
60
70
80
Возраст (лет)
PWC170 (Вт)
Рис. 3. Уровень физической работоспособности по показателю PWC170 у мужчин 180 160 140 120 100 80 60 40 20 0
Высокий Выше среднего
Ниже среднего Низкий
0
10
20
30
40
50
60
70
80
Возраст (лет)
Рис. 4 Уровень физической работоспособности по показателю PWC170 у женщин
3.2 Артериальное давление в задачах функциональной диагностики Способы измерения артериального давления: - Прямой (кровавый). Суть метода состоит во введении в артерию стеклянной канюли или иглы, соединенной с манометром трубкой с жесткими стенками. Чтобы кровь в канюле и соединительной трубке не свертывалась, их заполняют раствором противосвертывающего вещества; 37
- Косвенный (бескровный). Основывается на измерении давления, которому нужно подвергнуть стенку кровеносного сосуда извне, чтобы прекратить по нему ток крови. Косвенные методы измерения артериального давления: - аускультативный - метод Н.С.Короткова, определяет систолическое и диастолическое давление; - пальпаторный - определяет только систолическое давление; - осциллографический - определяет систолическое, диастолическое давление, тонус сосудистой стенки.
3.2.1 Измерение артериального давления аускультативным способом Н.С.Короткова Цель работы: Научиться измерять артериальное давление, понять методические принципы. Оборудование: 1. Сфигмоманометр (аппарат Рива-Роччи), 2. Фонендоскоп. Методика: Обследуемый находится в спокойном состоянии, сидя на стуле. Измерение давления проводится, как правило, на правой руке. Рука полусогнута в локтевом суставе, предплечье располагается на твердой опоре — столе. Наложите манжетку на обнаженное плечо пациента на 2–3 см выше локтевого сгиба: одежда не должна сдавливать плечо выше манжетки; закрепите манжетку так плотно, чтобы между ней и плечом проходил только один палец. Правильно положите руку пациента: в разогнутом положении ладонью вверх, мышцы расслаблены; если пациент находится в положении сидя, то попросите его подложить под локоть сжатый кулак свободной кисти (для лучшего разгибания руки). В локтевом сгибе (“локтевая ямка”) пальцами определите место выраженной пульсации крови (проекция артерий: плечевой, локтевой или лучевой) и плотно, но без давления, приложите фонендоскоп к этому месту. Закройте вентиль на груше и накачивайте воздух в манжетку; воздух нагнетается до тех пор, пока давление в манжетке по показателям манометра не превысит на 20 мм рт.ст. тот уровень, при 38
котором перестает определяться пульсация (исчезает слышимость тонов Короткова). Откройте вентиль и медленно, со скоростью не более 2 мм рт.ст. за 1 секунду, выпускайте воздух из манжетки; фонендоскопом выслушивайте появление тонов (низкие удары — турбулентное движение крови по сосудам) и следите за показаниями шкалы манометра. При услышанных первых звуках ударов (тоны Короткова) отметьте уровень систолического давления. Отметьте уровень диастолического давления, который соответствует моменту резкого ослабления или полного исчезновения тонов на плечевой артерии (движение крови по сосудам приобретает ламинарный характер). Данные измерения артериального давления запишите в виде дроби (в числителе — систолическое, в знаменателе — диастолическое, например 125/75 мм рт.ст.). !!!! ВНИМАНИЕ: Следует учитывать величину окружности плеча. Для худощавой руки АД будет ниже, для полной — выше истинного. Значение систолического АД не требует коррекции при окружности плеча около 30 см, диастолического — при окружности плеча 15–20 см. При величине окружности плеча 15–30 см рекомендуется к показателю систолического давления прибавить 15 мм рт.ст., при окружности 45–50 см — вычитать из полученного результата 25 мм рт.ст.
Вся процедура измерения АД должна продолжаться не более 1 мин. Измеряют АД 2–3 раза с промежутками в 1–2 мин, при этом полностью выпускают воздух из манжетки. Даже у здоровых людей показатели АД могут колебаться в зависимости от физической нагрузки, эмоционального состояния, положения тела, времени приема пищи. Наиболее низкие показатели АД определяются утром, натощак, в покое. При сильном нажатии фонендоскопом на область плечевой артерии тоны у некоторых пациентов могут выслушиваться вплоть до нуля. В подобной ситуации не следует давить головкой фонендоскопа на область артерии, а диастолическое давление надо отметить по резкому снижению интенсивности тонов. Это явление часто наблюдается при недостаточности аортальных клапанов, но иногда встречается и при других болезненных состояниях. При наличии у пациента пониженного давления лучше использовать другой метод — постепенно нагнетать воздух в манжетку. Первое появление тонов свиде39
тельствует о диастолическом давлении. При повышении давления в манжетке в момент исчезновения тонов цифры будут означать систолическое давление.
Таблица 8
Возрастные показатели артериального давления человека [по Киеня, Бондажевский, 1997] Возраст в годах
Систолическое
Диастолическое
Новорожденный 1 3—4 7—8 9 — 12 13 — 15 16 — 19 20 — 24 25 — 29 30 — 39 40 — 49 50 — 59 60 — 69
max — 70 max — 90 max — 96 max — 99 max — 105 max — 117 90 — 130 90 — 130 90 — 130 90 — 130 90 — 130 90 — 140 90 — 140
min — 34 min — 39 min — 58 min — 64 min — 70 min — 73 60 — 85 60 — 85 60 — 85 60 — 85 60 — 85 60 — 85 60 — 85
Для возраста 16–50 лет Склонность к гипотонии 100–105 55–80 Гипотония* 90–99 45–54 Выраженная гипотония** 75–89 20–44 Склонность к гипертонии 131–135 81–89 Гипертония* 136–150 90–95 Выраженная гипертония** 150 и выше 96 и выше * — требуется консультация у терапевта; ** — требуется лечение Капсула фонендоскопа не должна касаться манжетки; Плечо, на котором измеряется АД, должно располагаться на уровне сердца. У взрослого, здорового человека в покое систолическое давление — 120-125 мм рт ст, диастолическое 70-75 мм рт ст. При этом известно, что артериальное давление сильно зависит от индивидуальных особенностей человека, от его конституции, возраста, пола и т.д. Для качественных приблизительных оценок используются нормативные таблицы (табл.8). Иногда используются формулы расчета должного уровня артериального давления, основанные на статистически определенной связи давления с возрас40
том человека (табл.9). Артериальное давление изменяется в зависимости от мощности работы, при этом, как правило, систолическое давление растет, достигая 160 — 200 и более мм рт. ст., а диастолическое падает. В любых комбинациях изменений отмечается общая тенденция к росту пульсового давления.
Таблица 9
Расчетный метод определения должного уровня артериального давления Возраст до 15 лет 16–20 20–80 лет
САД САД=80+2,0*возраст(в годах) САД=83+1,7*возраст(в годах) САД=109+0,4*возраст(в годах)
ДАД ДАД=42+1,6*возраст(в годах) ДАД=64+0,3*возраст(в годах)
3.2.2 Исследование параметров гемодинамики человека при физической работе Цель работы: Оценить адаптивные свойства организма человека к физической нагрузке, на основе учета изменений его артериального давления. Оборудование: 1. Сфигмоманометр. 2. Фонендоскоп. 3. Метроном. Методика: Обследуемый отдыхает в положении сидя около 10 минут, формируется спокойное, расслабленное состояние. Затем у него измеряем аускультативным способом Н.С.Короткова артериальное давление. Получаем характеристику артериального давления человека в спокойном состоянии. Оцениваем фоновое состояние сердечно-сосудистой системы сравнивая показатели с табличными значениями возрастных норм (Табл.7). Вычисляем УОК — ударный объем крови по одной из предложенных формул [Брин, Зонис,1984]: УОКп = 90,97 + (0,54 × (САДп − ДАДп)) − ((0,57 × ДАДп) − (0,61 × возр.)
41
(16)
или — несколько упрощенным способом, дающим большую погрешность: УОКп = 100,0 + (0,55 × (САДп − ДАДп)) − ((0,50 × ДАДп) − (0,60 × возр.)
(17)
модифицированная для детей 8-14 лет формула: УОКп = 80,0 + (0,50 × (САДп − ДАДп)) − ((0,60 × ДАДп) − (2,00 × возр.) , где (18)
п — стадия обследования, в данном случае фоновое, спокойное состояние; САД, ДАД — артериальное давление; возр — возраст обследуемого, в годах. Затем под удары метронома обследуемый делает 20 глубоких приседаний за 30 секунд с вытянутыми вперед руками. Манжета тонометра при этом с руки не снимается. После выполнения работы испытуемый садится на стул и каждую минуту в течение 5 минут ему измеряется давление. Повторяем вычисление УОК при нагрузке, используя значения САД и ДАД полученные сразу после ее выполнения. Сопоставляем полученные результаты. При хороших адаптивных свойствах сердечно-сосудистой системы человека после выполнения работы отмечается рост систолического давления на 20-40 мм.рт.ст. Восстановление исходных показателей завершается через 1-3 мин. При недостаточной подготовленности человека отмечается значительный рост артериального давления — на 40-60 мм.рт.ст. Период восстановления, как правило, удлинен.
3.3 Регистрация электрокардиограммы (ЭКГ) человека Электрокардиография — метод исследования работы сердца, основанный на регистрации и анализе электрических потенциалов, возникающих в сердце и распространяющихся в объеме тела человека. Для регистрации этих биопотенциалов Эйнтховеном были предложены три двухполюсных отведения от конечностей, которые используются и в настоящее время и называются стандартными. В первом стандартном отведении (I) регистрируют разность потенциалов между электродами, расположенными на запястьях левой и правой рук, во втором (II) — между электродами на правой руке и левой ноге, в третьем (III) — между электродами на левой руке и левой ноге. 42
Электроды стандартных отведений маркируются цветом. Красным цветом обозначен электрод, располагающийся на правом запястье. Желтым — электрод, располагающийся на левом запястье. Зеленым цветом маркируется электрод, устанавливаемый на левой ноге и черным цветом — референтный ("заземляющий") электрод, располагающийся на правой ноге. Электроды для стандартных отведений выполнены в виде больших прищепок. Три усиленных однополюсных отведения от конечностей обозначают следующим образом: aVR — усиленное отведение от правой руки; aVL — усиленное отведение от левой руки; aVF — усиленное отведение от левой ноги. В этих отведениях регистрируется разность потенциалов между соответствующей конечностью и "нулем" — индифферентным электродом, который был создан Вильсоном при соединении воедино трех проводников от конечностей через равные сопротивления в 50000 Ом. Кроме предыдущих шести отведений применяются однополюсные грудные отведения по Вильсону, которые обозначаются — V1, V2, V3, V4, V5, V6. Особенностью этих отведений является применение в качестве индифферентного электрода ("нулевого") — объединенного электрода конечностей, так же как в усиленных отведениях от конечностей. В грудных отведениях фактически регистрируется потенциал под активным электродом, непосредственно в области сердца. Электроды для грудных отведений выполнены в виде "присосок". Грудные электроды устанавливаются согласно схеме (Рис. 9). При одновременной регистрации грудных отведений общепринятой является маркировка проводников, присоединяемых к соответствующим электродам: V1
-
красный;
V4
-
коричневый;
V2
-
желтый;
V5
-
черный;
V3
-
зеленый;
V6
-
фиолетовый.
При последовательной регистрации имеется только один электрод, который маркируется белым цветом и последовательно переставляется в положения от V1 до V6. Перед каждым фрагментом записи на ленте кардиографа обозначается местоположение электрода во время этой записи. 43
Цель работы: Научиться регистрировать ЭКГ человека, познакомиться с методическими принципами регистрации и функциональной значимостью основных параметров кардиограммы. Оборудование: 1. Электрокардиограф типа ЭК1К-01. 2. Комплект электродов. 3. Токопроводящая паста (физиологический раствор). 4. Спирт. 5. Марлевые тампоны (вата). 6. Кушетка медицинская.
Рис. 5 Схема расположения грудных электродов (по Вильсону) Методика: Перед установкой электродов поверхность кожи обследуемого в местах установки электродов тщательно протирается спиртом (обезжиривается), под электроды устанавливаются тампоны, смоченные специальной токопроводящей пастой или физиологическим раствором (температура раствора близка температуре тела человека). Паста составляется на основе электролита (соли натрия или магния) с добавлением поверхностноактивных и высокомолекулярных (вязких) веществ.
44
Рис. 6. Схема основных параметров кардиоцикла человека
Рис. 7. Схема определения направления электрической оси сердца Обозначения: А — определение величины зубца R в зависимости от направления электрической оси сердца; Б-Г — относительные величины R-зубцов в стандартных отведениях (I-III) R в зависимости от направления электрической оси сердца.
Запись кардиограммы рекомендуется осуществлять на скорости 50 мм/с, при усилении 1 мВ — 10 мм, около 10 секунд для каждого отведения (3-4 кардиоцикла). При нормальном функционировании сердца форма ЭКГ может варьировать в 45
определенных пределах, типичная схема кардиоцикла представлена на рисунке 6. Наиболее часто для знакомства с индивидуальными особенностями кардиокомплекса человека используется одно из стандартных отведений с максимальной выраженностью всех компонентов комплекса. Индивидуальные вариации кардиоцикла в значительной степени зависят от расположения сердца в грудной клетке человека – от расположения его электрической оси (рис.7).
3.3.1 Нормативы компонентов кардиокомплекса Основные нормативные параметры ЭКГ по Г.Я.Дехтерю [1955]. Зубец P — комплекс предсердий. Отражает процесс возбуждения (деполяризации), охватывающий правое и левое предсердия. Положительная фаза отражает возбуждение правого предсердия, отрицательная — левого. Он начинается сразу после того, как импульс выходит из синусного узла. В отведениях I, II и aVF — положительный. В отведении аVR — отрицательный. В отведениях III и aVL может быть положительным, отрицательным или двухфазным. Обычно РII>РI>РIII. Зубцы Р во II, III и aVF отведениях должны быть в норме меньше зубцов Т в этих же отведениях, т.е. PII, III, aVF < TII, III, aVF. В отведениях V4, V5, V6 — положителен. В отведениях V2, V3 — большая вариабельность: двухфазные (+-), отрицательные, положительные или сглаженные. В отведении V1 — двухфазный (+-), иногда положительный, отрицательный или изоэлектричный. Интервал PQ Измеряется от начала зубца Р до начала желудочкового комплекса QRS (до начала Q или R, при невыраженном зубце Q). Соответствует времени прохождения возбуждения по предсердиям, атриовентрикулярному узлу и пучку Гиса проводящей системы сердца. Длительность интервала PQ зависит в основном от частоты сердечных сокра46
щений, а также от возраста и массы тела пациента. Иногда возникают трудности при измерении продолжительности интервала PQ. Это связано с тем, что в некоторых отведениях начальная часть зубца Р может быть изоэлектрична. Продолжительность интервала РQ в этих отведениях будет меньше истинных его значений. Наоборот, если интервал РQ измеряется в отведении, где изоэлектрична начальная часть комплекса QRS, то его продолжительность в этом отведении будет больше истинной. Рекомендуется интервал PQ измерять в усиленных отведениях от конечностей. Комплекс QRS Отражает процесс возбуждения (деполяризации) желудочков. Ширина комплекса QRS может несколько уменьшаться при учащении ритма, и наоборот. Зубец Q Обусловлен возбуждением левой половины межжелудочковой перегородки. Является отрицательным сегментом комплекса QRS. В норме зубец q регистрируется в I и aVL отведениях при горизонтальном расположении электрической оси сердца или отклонении ее влево или во II, III и aVF отведениях при вертикальном расположении электрической оси сердца или отклонении ее вправо. В отведениях V4-V6 зубец q обязательно должен быть в наличии. В отведении aVR — глубокие и широкие Q, значительно превышающие амплитуду аVR или весь желудочковый комплекс имеет вид QS. В норме амплитуда Q в каждом отведении должна быть меньше 1/4 амплитуды зубца R в этом отведении (за исключением aVR отведения). Зубец R Обусловлен возбуждением желудочков. При нормальном расположении оси сердца RII>RI>RIII. В отведении aVR зубец R может отсутствовать, и тогда ЭКГ в этом отведении имеет вид QS. В отведении aVL зубец R при вертикальном расположении оси сердца может отсутствовать. В норме амплитуда RaVF>RIII. В отведениях с V1 по V4 зубец R должен нарастать по амплитуде. Зубец RV5 и RV6 обычно меньше по амплитуде, чем RV4. 47
В отведении V1 в норме зубец R может отсутствовать или быть слабо выраженным, тогда комплекс имеет вид QS. Зубец S Обусловлен конечным возбуждением оснований желудочков. Это непостоянный зубец ЭКГ, т.е. он может отсутствовать, особенно в отведениях от конечностей. В грудных отведениях наибольшая амплитуда наблюдается в V1 или V2. Амплитуда постепенно уменьшается от V1, V2 к V5, V6, где зубец S может отсутствовать. Таким образом, ЭКГ в правых грудных отведениях V1, V2 в норме обычно имеет вид rS с малым r и глубоким S. В левых грудных отведениях V5, V6 — qRs или qR с выраженным R. Сегмент ST Отрезок ЭКГ между концом комплекса QRS и началом зубца T. Соответствует периоду сердечного цикла, когда оба желудочка полностью охвачены возбуждением. Точка, в которой оканчивается комплекс QRS и начинается сегмент ST, обозначается как ST-соединение, или точка j. Продолжительность сегмента ST изменяется в зависимости от частоты ритма. При учащении ритма сегмент ST укорачивается. Точную длительность его измерить очень трудно, и это не имеет существенного значения. В норме ST расположен на изолинии. Обычно за изолинию принимается сегмент TP или PQ. Интервал QT Отражает электрическую систолу желудочков. Измеряется от начала комплекса QRS до конца зубца Т. Продолжительность его зависит от частоты ритма, пола и возраста. Зубец T Отражает процесс быстрой конечной реполяризации миокарда желудочков. Наиболее лабильный зубец ЭКГ. В норме не зазубрен. Зубец Т, как правило, положителен в тех отведениях, где комплекс QRS в основном представлен зубцом R. В отведениях, где доминирует зубец S, имеется тенденция к регистрации отрицательного зубца Т. В норме всегда положителен в I и II стандартных отведениях и обычно в от48
ведениях aVL и aVF, однако он может быть иногда двухфазным или сглаженным в этих отведениях или отрицательным в отведении aVL. Отрицательный Т зубец может регистрироваться в отведении III. В норме TI>TIII.
Таблица 10
Таблица основных признаков нормальной ЭКГ [по Рейдерману, 1993; Зайденваргу и Беликовой, 1997; 12-lead ECG library homepage] Параметры
Характеристики положительный в I и II отведениях, Зубец Р всегда отрицательный в аVR; по ширине до 100 мс амплитуда не должна превышать 0,25 мВ Сегмент P-Q на уровне изолинии, продолжительностью не более 200 мс Зубец Q не шире 40 мс и не глубже 1/3 зубца R в I и II отведениях не шире 100 мс, заостренный без расщепления; в грудных отведениях — наименьший в V1 (форма rS), постепенно увеличиваЗубец R ется и достигает максимума в V4; в отведениях V5 V6 — несколько уменьшается Сегмент S-T находится на изоэлектрической линии направлен в ту же сторону, что и зубец R и составляет от 15 до Зубец Т 40% его амплитуды; всегда положителен в I, II, aVF и V2–V6 отведениях; всегда отрицателен в aVR. Признаки нормального синусового ритма Каждому комплексу QRS предшествует зубец Р Все зубцы Р имеют одинаковую форму для данного отведения Продолжительность интервала R-R от 0,75 до 1,00 с - < 0,60 - синусовая брадикардия - > 100 - синусовая тахикардия - > 10 % - синусовая аритмия В отведении aVR зубец Т всегда отрицательный. В грудных отведениях амплитуда должна нарастать с V1 по V3 или с V1 по V4. TV5 и ТV6 обычно меньше по амплитуде, чем TV4. В отведении V1 в норме зазубрен, нередко отрицательный или сглаженный. В норме ТV1 всегда меньше, чем ТV6. Для оценки “нормальности” ЭКГ удобно использовать более современную таблицу, лаконично описывающую основные соотношения, амплитудные и времен49
ные характеристики кардиокомплекса взрослого человека (табл.10). В динамике развития ЭКГ характеризуется определенными изменениями – таблица 11.
Таблица 11
Особенности ЭКГ у детей Зубцы и интервалы Новорождённые Зубец Р 1/3 зубца R Интервал PQ Зубец Q Комплекс QRS Зубец Т
Возраст До 2-х лет дошкольники 1/6 зубца R 1/8-1/10 зубца R
школьники 1/8-1/10 зубца R
0,09-0,12 с.
0,11-0,15 с.
0,11-0,16 с.
0,12-0,17 с.
1/3-1/2 зубца R
1/3-1/2 зубца R
непостоянен
0,04-0,05 с.
0,04-0,06 с.
0,05-0,06 с.
0,06-0,08 с.
1/4 зубца R
1/4-1/3 зубца R
Менее 1/4 зубца R
Менее 1/4 зубца R
не
более
1/4
зубца R
3.3.2 Нормативы электрограмм основных отведений ЭКГ I стандартное P — большей частью положительный. Q — небольшая амплитуда. Регистрируется при горизонтальном расположении электрической оси сердца или ее отклонении влево. R — положительный, хорошо выраженный. S — может отсутствовать. T— всегда положительный. II стандартное P — всегда положительный. Q — небольшая амплитуда. Регистрируется при вертикальном расположении электрической оси сердца или ее отклонении вправо. R — положительный всегда, хорошо выраженный. S — отрицательный всегда. T — всегда положительный. III стандартное P — положительный, двухфазный и даже отрицательный. Q — небольшая амплитуда. Регистрируется при вертикальном расположении электрической оси сердца или ее отклонении вправо. R — положительный всегда, хорошо выражен50
ный. S — может отсутствовать. T — может быть отрицательным. aVR P —всегда отрицательный. Q — может отсутствовать. R — может отсутствовать. S —отрицательный, хорошо выраженный. T — всегда отрицательный. aVL P — положительный, двухфазный и даже отрицательный. Q — небольшая амплитуда. Регистрируется при горизонтальном расположении электрической оси сердца или ее отклонении влево. R — изредка отсутствует, если электрическая ось расположена вертикально. S — может отсутствовать. T — положительный, двухфазный, сглаженный и иногда отрицательный. aVF P — большей частью положителен. Q — небольшая амплитуда. Регистрируется при вертикальном расположении электрической оси сердца или ее отклонении вправо. R — положительный. S — может отсутствовать. T — положительный, двухфазный или сглаженный. V1 P — чаще двухфазный (+-), небольшой амплитуды, иногда положительный или отрицательный. Q — отсутствует. R — положительный, может отсутствовать. S — отрицательный, хорошо выраженный. T — обычно положительный, иногда отрицательный или сглаженный. V2 P — положительный, отрицательный, двухфазный (+-), сглаженный. Q — отсутствует. R — положительный, хорошо выраженный. S — отрицательный. T — положительный. V3 P — положительный, отрицательный, двухфазный (+-), сглаженный. Q — отсутствует. R — положительный, хорошо выраженный. S — отрицательный. T — положительный. V4 P — положительный, низкой амплитуды. Q — отрицательный, небольшой амплитуды, обязательно имеется в наличии. R — положительный, хорошо выраженный. S —отрицательный, слабо выраженный. T — положительный, хорошо выраженный. 51
V5 P — положительный, низкой амплитуды. Q — отрицательный, небольшой амплитуды, обязательно имеется в наличии. R — положительный. S — отрицательный, малой амплитуды или отсутствует. T — положительный. V6 P — положительный, низкой амплитуды. Q — отрицательный, небольшой амплитуды, обязательно имеется в наличии. R — положительный. S — отрицательный, малой амплитуды или отсутствует. T — положительный.
3.3.3 Влияние функциональной нагрузки на ЭКГ При скрытых изменениях в работе сердца физическая нагрузка усиливает или провоцирует появление на ЭКГ изменений, не наблюдаемых на ЭКГ, зарегистрированной в покое. Цель работы: Оценить функциональное состояние сердца по показателям ЭКГ при физической нагрузке. Оценить соответствие полученных характеристик известным статистическим нормам, выявить индивидуальные особенности обследуемого. Оборудование: 1. Персональный компьютер (ПК) типа IBM AT 386, 486 и т.д. 2. Специализированное АРМ для исследования сердечно-сосудистой и дыхательной систем, или — электрокардиограф типа ЭК1К-01. 3. Электроды для регистрации стандартных и грудных отведений ЭКГ. 4. Марля или фильтровальная бумага, электродная паста, спирт. 5. Кушетка медицинская. Методика: Работа может быть выполнена двумя способами. # В первом варианте, для регистрации ЭКГ используется электрокардиограф, в качестве функциональной нагрузки можно применить пробу 20 приседаний за 30 секунд, анализируемыми пробами является фоновая запись ЭКГ в положении сидя и запись ЭКГ сразу после выполнения нагрузки и на 3-й и 6-й минутах восстановительного периода (так же в положении сидя). Расчеты производятся после измерения параметров кардиокомплексов ЭКГ 1 или 2 стандартного отведения, записанной 52
на бумажной ленте. Для получения достоверных результатов необходимо получить среднее значение каждого показателя не менее 10 кардиокомплексов. # В другом варианте, используется исследовательский стенд, позволяющий вести запись ЭКГ во время нагрузки и в период восстановления, и анализировать не отдельные кардиокомплексы, а усредненные по пробе. Испытуемый садится в седло велоэргометра, подбирается высота сиденья и угол наклона руля. Электроды располагаются следующим образом: индифферентный электрод на лбу, электроды первого стандартного отведения на запястьях, грудные электроды в позиции V4, V5. Такое расположение электродов позволяет минимизировать артефакты движения и миограммы, при выполнении физической нагрузки. Работа со стендом осуществляется согласно методике, изложенной в разделе 3.2. После заполнения бланка выбираем методику "ВЕЛО" и производим фоновую запись ЭКГ, состояние «Фон». Затем испытуемому предлагается велоэргометрическая нагрузка 35 % МПК в течение 3 мин. Последние 90 секунд проводим запись ЭКГ, состояние «Нагрузка». После прекращения нагрузки в течение 5 мин ведем непрерывную запись восстановления, состояние «Восстановление». # Анализ результатов: Расчет ЧСС и параметров кардиокомплекса электрограммы состояния «Фон». Программные средства АРМа позволяют выбрать чистый от помех, типичный для данного состояния участок записи ЭКГ, выделить усредненный кардиокомплекс (рис.8) и определить его основные амплитудные и временные характеристики, рассчитать среднюю частоту сердечных сокращений исследуемого состояния. Производим расчет ЧСС и параметров кардиокомплекса электрограммы состояния «Нагрузка». Производим расчет ЧСС и параметров кардиокомплекса электрограммы состояния «Восстановление».
53
Рис. 8. Вид рабочего экрана программы PQRST Сравниваем показатели фоновой кардиограммы с показателями нагрузочной. При хорошем функциональном состоянии сердца, ЭКГ во время физической нагрузки характеризуется следующими параметрами: -
ЧСС имеет значение не выше, чем 150 минус возраст испытуемого;
-
синусный ритм сохраняется;
-
интервал PQ не изменяется или укорачивается незначительно;
-
длительность комплекса QRS не изменяется или укорачивается незначительно;
-
сегмент ST остается на изолинии или смещается книзу не более, чем на 0.05 мВ;
-
может увеличиваться амплитуда зубца Т;
-
зубцы Q и S существенно не изменяются;
-
восстановление исходных показателей электрокардиограммы должно закончится на 5-й минуте отдыха.
54
3.3.4 Вариационная пульсометрия. Способ расчета индекса напряжения Баевского Цель работы: Определить параметры перестроек пульсограммы в ответ на физическую нагрузку. Оценить соответствие полученных характеристик известным статистическим нормам, выявить индивидуальные особенности обследуемого. Оборудование: 1. Электрокардиограф типа ЭК1К-01. 2. Электроды для регистрации стандартных ЭКГ. 3. Марля или фильтровальная бумага, электродная паста. Методика: Регистрируем электрокардиограмму, в отведении с наилучшей выраженностью зубца R, как правило, во II. Обследуемый находится в спокойном состоянии, лежа на кушетке, или в моделируемом состоянии, согласно задаче обследования (например, физическое или эмоциональное напряжение). Запись ЭКГ должна содержать 100 — 120 последовательных сокращений сердца. Используя миллиметровые деления бумажной ленты, и учитывая скорость протяжки ленты, измеряем и фиксируем расстояния между R зубцами ЭКГ в секундах на всем протяжении записи. Рекомендуемая точность измерения интервалов (расстояния от вершины одного зубца R до вершины другого) должна быть не ниже 0.01 с, что при скорости движения ленты 50 мм/с составляет — 0.5 мм. После этого производим классификацию полученных кардиоинтервалов (отнесение каждого кардиоинтервала к определенному классу, согласно его длительности). Принятая величина класса составляет 0.05 с (классовая величина — k) в диапазоне измерений от 0.5 до 1.5 с, в который укладываются практически все наблюдаемые значения интервалов. Чтобы избежать перевода длительностей интервалов из миллиметров в секунды, в таблице 7 приводятся границы классов, как в миллиметрах, так и в секундах (скорость протяжки ленты при регистрации — 50 мм/с). Данные промеров интервалов разносятся по классам таблицы 12, а затем подсчитываются частоты распределения вариант по классам: в абсолютных значениях — n, а затем в процентах к общему количеству вариант — Р. По данным распределения строится гистограмма: по абсциссе откладываются 55
средние значения классов, а по ординате — количество кардиоинтервалов, попавших в каждый класс, в процентах к общему количеству вариант (Р). Тот класс (промежуток значений кардиоинтервалов), в который вошло наибольшее количество зарегистрированных кардиоинтервалов является модальным классом, его среднее значение называется модой (Мо) для подсчитываемого участка кардиоритма и измеряется в секундах (К, в табл. 12). Количество значений кардиоинтервалов, вошедших в модальный класс, выраженное в процентах к общему числу анализируемых интервалов называется амплитудой моды (АМо).
Таблица 12
Матрица для распределения длительностей кардиоинтервалов R-R вариационного ряда по классовым интервалам (k=0.05 с) [Практикум по физиологии труда, 1986] Значения кардиоинтервалов RR Интервал /мм/ 72.6-75.0 70.1-72.5 67.6-70.0 65.1-67.5 62.6-65.0 60.1-62.5 57.6-60.6 55.1-57.5 52.6-55.0 50.1-52.5 47.6-50.0 45.1-47.5 42.6-45.0 40.1-42.5 37.6-40.0 35.1-37.5 32.6-35.0 30.1-32.5 27.6-30.0 25.1-27.5
Интервал /с/ 1.451-1.500 1.401-1.450 1.351-1.400 1.301-1.350 1.251-1.300 1.201-1.250 1.151-1.200 1.101-1.150 1.051-1.100 1.001-1.050 0.951-1.000 0.901-0.950 0.851-0.900 0.801-0.850 0.751-0.800 0.701-0.750 0.651-0.700 0.601-0.650 0.551-0.600 0.501-0.550
Частота распределения Середина класса /К/ 1.485 1.435 1.385 1.335 1.285 1.236 1.185 1.135 1.085 1.035 0.985 0.935 0.885 0.835 0.785 0.735 0.685 0.635 0.585 0.535
56
n
p
Сумма N
Сумма Р=100
В формулу подсчета индекса напряжения подставляем полученные величины. ИН = АМо
(2 × Мо × dX )
, где
(19)
АМо — амплитуда моды в%; Мо — среднее значение модального класса в секундах; dX — вариационный размах (разность между наибольшим и наименьшим
значением кардиоинтервала) в секундах. В состоянии напряжения уменьшается дисперсия кардиоинтервалов, гистограмма приобретает характерный вид с малым вариационным размахом и большой амплитудой моды, растет ИН. В соответствии с данными таблиц 13, 14 можно оценить уровень активности симпато-адреналовой системы, повышения синхронизации различных звеньев управления.
Таблица 13
Параметры вариационной пульсометрии [Баевский, Берсенева, Максимов, 1996] Показа- Единица Диапа- Условная Физиологическая тель измерения зон Норма интерпретация измерения Мо Секунда 0.3-1.5 0.6-1.0 Величина, обратная пульсу. Характеризует активность синусного узла и параметры кровообращения. АМо Процент 5-90 35-50 Отражает эффект стабилизирующего влияния симпатической нервной системы на кардиоритм. DХ Секунда 0.05- 0.15-0.25 Указывает на степень влияния парасимпа0.95 тической нервной системы на кардиоритм. ИН
Условная 20-2000 Единица
50-250
Показатель суммарной активности центрального контура регуляции сердечнососудистой системы
Состояние перенапряжения характеризуется одновременным усилением активности симпатической и парасимпатической систем, что может приводить к “парадоксальным” реакциям, при этом наблюдается расширение гистограммы, со значительным ростом частоты сердечных сокращений или с ее уменьшением. 57
Состояние истощения регуляторных механизмов отличается
снижением
активности симпато-адреналовой системы и заметным рассогласованием различных звеньев системы управления. При этом наблюдаются изменения суточной динамики статистических характеристик сердечного ритма (например, вариационный размах и дисперсия в утренние часы меньше, чем днем).
3.3.5 Методика автоматизированной оценки вегетативного статуса человека и реакции системы кислородообеспечения на орто-пробу, основанная на анализе кардиоритма (по Баевскому) Реакция характеристик ритмограммы сердечных сокращений на ортостатическую пробу, приводящую к перераспределению крови в теле человека, позволяет оценить адаптивные возможности сердечно-сосудистой системы человека и на основе этого классифицировать обследуемых — определить их вегетативный статус. Цель работы: Оценить реакцию ритмических характеристик сердечно-сосудистой системы человека при выполнении ортостатической пробы; На основе оценки индекса напряжения Баевского определить фоновый и реактивный вегетативный статус человека. Оборудование: 1. Электрокардиограф типа ЭК1К-01. 2. Электроды для регистрации стандартных и грудных отведений ЭКГ. 3. Марля или фильтровальная бумага, электродная паста. 4. Кушетка медицинская. Методика: # Подготовка обследуемого. Испытуемый располагается в удобной для него позе, лежа на кушетке. Устанавливаются ЭКГ-электроды следующим образом: индифферентный электрод устанавливается на лоб, кардиографические электроды — на запястья рук (первое стандартное отведение) и на грудную клетку, в позиции V4 или V5. Предлагаемая схема установки электродов связана с минимизацией артефактов, вызванных движениями обследуемого (перемещение проводников и миограмма). # Выполнение методики 58
Испытуемый лежит на кушетке, максимально расслаблен, дыхание ровное, спокойное. Отдыхает 10 минут. Необходимо проверить правильность установки всех электродов, качество регистрации сигналов. Контроль качества регистрируемых сигналов осуществляется визуально. Добиваемся отсутствия артефактов (помех, не связанных с исследуемыми сигналами: движения, плохого контакта электродов, наличия сетевой помехи). Производим фоновую запись экспериментальных данных согласно методике работы 3.3.4. По команде исследователя испытуемый быстро поднимается и встает. Сразу после перехода испытуемого в вертикальное положение производим запись электрокардиограммы (90 с). # Анализ результатов измерения параметров сердечно-сосудистой системы По электрограммам, зарегистрированным в фоне и после орто-пробы, производится расчет параметров вариационной пульсометрии. # Получение вывода о вегетативном статусе обследуемого и реакции сердечно-сосудистой системы на орто-пробу Сравниваем параметры вариационной пульсометрии в фоне и после нагрузки, формулируем заключение о характере вегетативной регуляции сердечнососудистой деятельности, согласно таблице 14.
Таблица 14
Вегетативный статус и показатели вегетативной реактивности на ортостатическую пробу по отношению ИН(проба):ИН(фон) [Кардиоинтервалография в оценке реактивности и тяжести состояния больных детей, 1985] Индекс напряже Вегетативный Вегетативная реактивность ИН(проба)/ИН(фон) ния в покое статус Нормальная Гиперсим- Асимпатикотония патикотония менее 30 у.е. Ваготония 1.1 3.0 более 3.0 менее 1.1 30-90 у.е. Эйтония 1.0 2.5 более 2.5 менее 1.0 90-160 у.е. Симпатотония 0.7 1.5 более 1.5 менее 0.7
59
3.3.6 Методика исследования частотных характеристик сердечного ритма с использованием спектрального анализа В современных исследованиях сердечного ритма все большее значение придается изучению его волновой структуры, частотным характеристикам процессов, “нарушающих” строгий регулярный рисунок сердечных сокращений. Колебания длительности кардиоинтервалов характеризуются периодом (или частотой), амплитудой (или размахом) и степенью регулярности. Сердечный ритм представляет собой результат наложения друг на друга различных процессов, с собственными периодом, амплитудой и регулярностью. Данный факт и определяет возможность исследования сердечного ритма при помощи спектрального анализа. Спектральный анализ – это один из способов обработки числовых рядов, который позволяет охарактеризовать частотный состав исследуемого процесса. В 1822 году французский инженер Жан Батист Жозеф Фурье показал, что любой колебательный процесс (функцию - U (x) ) можно представить в виде бесконечной суммы синусных и косинусных составляющих (гармоник): ∞
U ( x) = ∑ ( Ak cos kax + B k sin kax)
(26)
k =1
Быстрым методом преобразования Фурье и пользуются чаще всего для определения спектра кардиоритма, хотя существуют и другие методы. Выделяемые в результате спектрального анализа частотные составляющие сердечного ритма характеризуются центральной (доминирующей) частотой и мощностью (плотностью) спектра, т.е. выраженностью. Выделяются следующие волновые составляющие колебаний кардиоритма: Высокие частоты (High Frequency - HF) - 0.15 - 0.4 Гц, длительность периода от 2,5 до 7,5 секунд. Они являются отражением согласования функции внешнего дыхания и сердечной деятельности, поэтому называются еще “дыхательные волны” или синусовой дыхательной аритмией. Считается, что мощность в этом диапазоне отражает влияния на сердечный ритм со стороны парасимпатического отдела вегетативной нервной системы и опосредована колебаниями тонуса блуждающего нерва (вагуса) при дыхании. Низкие частоты (Low Frequency - LF) - 0.04 - 0.15 Гц, длительность периода от 7,5 до 25 секунд. Раньше их называли медленными волнами первого порядка 60
(МВ-1). Наиболее распространенной точкой зрения на эти волны является представление о них как об отражении влияний со стороны симпатического отдела вегетативной нервной системы. Традиционно принято считать волны этого диапазона “маркером” симпатической модуляции кардиоритма. Очень низкие частоты (Very Low Frequency - VLF) - 0 - 0.04 Гц, длительность периода более 25 секунд. В более ранней терминологии - медленные волны второго порядка (МВ-2). Их считают отражением активности гуморальных систем. Согласно распространенной точке зрения на природу быстрых и медленных волн, соотношение симпатических и парасимпатических влияний на сердце можно оценить при помощи отношения мощностей медленных и быстрых волн (LF/HF). По данным Р.М.Баевский, Г.А.Никулина [2000] состояние выраженного физиологического напряжения систем регуляции сердечно-сосудистой системы без признаков перенапряжения характеризуется следующим соотношением ритмических компонентов: HF ниже 10%, LF выше 50%, VLF выше 70% (процент рассчитывается от общей мощности ритмических составляющих кардиоритма). Наиболее распространенный и широко применяемый метод спектрального анализа - метод быстрого преобразования Фурье, Это преобразование используется программой “STATISTICA for Windows 5.77” (STATISTIKA). Построение и оценка спектров проводится только для данных, зарегистрированных в стабильных физиологических состояниях (отсутствуют переходные процессы). Полученный цифровой ряд данных должен отвечать требованиям стационарности. Набор чисел, полученный в результате исследования некоторого процесса в течение определенного временного интервала, называется случайным процессом. Стационарным в широком смысле слова называется процесс, среднее значение которого постоянно на любом выбранном интервале времени, т.е. не зависит от времени. Выделяемый методом спектрального анализа диапазон частот определяется условиями: длина ряда (Т – время в секундах) и интервалом времени между получаемыми замерами ( ∆ t – временной квант в секундах). Длина числового ряда должна превышать период самых медленных из анализируемых колебаний в 3-4 раза. Максимальная частота определяется интервалом времени между получаемы61
ми замерами и связана с последней формулой Найквиста: f max = 1 2∆t
(27)
При интервале времени между получаемыми замерами 0.01 с (100 мс) – максимальная выделяемая частота 50 Гц, период = 0,02 с. Цель работы: Исследование фоновых и реактивных особенностей частотных составляющих кардиоритма человека методом спектрального анализа. Оборудование: 1. Персональный компьютер (ПК) типа IBM AT 386, 486 и т.д. 2. АРМ валеолога для исследования сердечно-сосудистой и дыхательной систем. 3. Электрокардиографические электроды. 4. Электродная паста. 5. Спирт. 6. Марлевые тампоны. Методика: # Подготовка обследуемого. Обследуемый располагается в седле велоэргометра. Высота седла подгоняется таким образом, чтобы при положении педали в нижней точке траектории, нога обследуемого была выпрямлена. Регулируется угол наклона руля. ЭКГ регистрируется следующим образом: референтный электрод устанавливается на лоб, кардиографические электроды — на правое запястье и на грудную клетку, в позиции V4 и V5. Испытуемый сидит в седле велоэргометра, максимально расслаблен, дыхание ровное, спокойное. Отдыхает 10 минут. Производится запись ЭКГ в течение 2 минут. Длительность выполнения нагрузки — 3,5 мин (210 с). Последние 120 секунд производится запись данных в файл. Программные средства АРМа позволяют получить кардиоинтервалограмму двух состояний обследуемого «Фон» и «Нагрузка» и подготовить файлы для расчета в программе Statistika (текстовый формат). Предварительно полученные числовые ряды проходят преобразование сглаживанием. 62
Числовой ряд, отражающий изменение длительностей кардиоинтервалов (интервалограмма) имеет ту особенность, что значения его строго определяются моментами появления события (R-зубца кардиограммы), и, естественно расстояния между соседними опорными точками неравномерны. Для того чтобы используемый числовой ряд приобрел свойства равномерного временного ряда с определенным интервалом времени между полученными замерами ( ∆ t – временной квант в секундах) производится специальное преобразование - интерполяция. Интерполяция производится программами АРМа. # Полученные цифровые ряды подвергают спектральному анализу. Работа с пакетом программ “STATISTICA” Вызываем программу “STATISTICA” - из предложенного меню типов работы выбираем при помощи левой клавиши
манипулятора-мышь
“Анализ
временных
рядов”
(Time
Series/Forecasting), затем нажимаем кнопку в нижней части меню “Переключиться на” (Switch To); -
В верхнем левом углу экрана активируем кнопку “Файл” (File);
-
Из предложенного меню операций с файлами выбираем “Импорт данных” (Import Data) и затем режим “Быстрый” (Quick)
-
Выбираем импортируемый файл в следующей последовательности: -
поиск устройства (диска на котором находится информация);
-
поиск директории;
-
выбор типа импортируемого файла Text (ASCII) - *.txt;
-
выделяем нужный файл, нажимаем клавишу
-
Подтверждаем тип разделителя колонок таблицы преобразован-
ного файла – ставим переключатель на “Табуляция” (Tab), -
Открываем файл результатов вычисления (определяя место хранения и имя) - расширение *.sta;
-
Рабочее
меню
анализа
-
“Анализ
временных
рядов”
(Time
Series/Forecasting); -
выбираем кнопку “Переменная” (Variables);
-
затем “Спектральный анализ” (Spectral [Fourier] analysis);
-
и “Анализ одиночного ряда” (Single series Fourier analysis), если
количество переменных в ряду нечетное, программа предупреждает о 63
том, что она исключит последнюю переменную при анализе; -
в средней части левой стороны панели меню выбираем тип спек-
трального окна – “Хемминга” (Hamming), определяем порядок спектрального окна (Width of data window) -5. -
В нижней части левой стороны меню отмечаем форму представ-
ления выходных числовых результатов анализа (Append to Work area on Exit): - “Период” (Period) и “Спектральную плотность” (Spectral density estinates). -
В нижней части меню справа (панель “Plot by”) отмечаем форму
представления графических результатов - Period. -
В средней части правой половины панели меню выделяем кла-
вишу построения графика спектральной плотности (Spectral density) появляется график спектральной плотности. По оси абсцисс – период колебаний, по оси ординат – спектральная мощность. Визуально оцениваем выраженность колебаний в быстром и медленном диапазонах и определяем период центральных частот обоих диапазонов. При попадании маркера мыши на интересующую точку графика – в левом верхнем углу появляются ее координаты (период и мощность). -
Закрываем график.
-
На панели меню в верхнем левом углу отмечаем кнопку итоговой
таблицы результатов (Summary). -
Ориентируясь на период центральных частот двух диапазонов,
определяем их плотности.
# Оценка результатов Спектральная плотность быстрых колебаний кардиоритма (HF) отражает выраженность дыхательной аритмии в кардиоритме. Выраженные колебания в этом диапазоне свидетельствует о низком напряжении высших регуляторных (активирующих) систем, высокой согласованности деятельности дыхательной и сердечнососудистой систем. Редукция колебаний этого диапазона считается неблагоприятным признаком, особенно если она наблюдается в состоянии покоя (запись “Фон”). Спектральная плотность медленного диапазона (LF) отражает степень вклада сим64
патического отдела вегетативной нервной системы в регуляцию сердечного ритма. Признаком оптимального спокойного состояния обследуемого считается доминирование в спектре мощности кардиоритма быстрых колебаний – волн HF диапазона Признаки оптимального реагирования систем кислородообеспечения на функциональную нагрузку: -
снижение абсолютной суммарной мощности обоих диапазонов (Рис.9);
-
у тренированных к физическим нагрузкам людей отмечается преобладание колебаний быстрого диапазона;
-
у тренированных к физическим нагрузкам людей, с нормальным вегетативным балансом, соотношение LF/HF не превышает 3-4;
-
большее преобладание медленных волн в кардиоритме свидетельствует о напряженности систем регуляции и неоптимальной реакции систем на нагрузку.
Фиксируем пиковые значения спектральной мощности диапазонов и рассчитываем их соотношения в исходном состоянии и при выполнении велонагрузки. Делаем вывод о степени неравномерности сердечных сокращений, и вкладе в нее со стороны отделов вегетативной нервной системы и перестройках в вегетативном балансе, связанных с обеспечением физической работы. Спектральная плотность 8000
70000
7000
60000
6000
50000
5000
40000
4000
30000
3000
20000
2000
10000
1000
0 88,0 8,8
4,6
3,1
2,4
1,9
1,6
1,4
1,2
0 88,0 8,8
1,1
А
В
4,6
3,1
2,4
1,9
1,6
1,4
1,2
Период (с)
Рис.9. Образцы графиков спектров мощности кардиоритма обсл.НН в состояниях: фон (А) и велонагрузка (В)
65
1,1
Пример: Обследуемый НН, мужчина, 25 лет, студент. Нагрузка велоэргометрия, 35%МПК. Спектр мощности кардиоритма исходного фонового состояния: • выраженный пик в области высоких частот (HF, дыхательные волны): период 4,9 с, пиковая спектральная плотность 63912; пик в области низких частот (LF): период 9,8 с, пиковая спектральная плотность 57520. Спектр мощности кардиоритма при выполнении нагрузки: • общее снижение спектральной плотности (на порядок); • смещение пика в области высоких частот вправо, что связано с ростом частоты дыхания (период уменьшается - 3,3 с, пиковая спектральная плотность 4876); • пик в области низких частот: период 11,0 с, пиковая спектральная плотность 7137. • отмечается рост относительного вклада симпатического контроля частоты сердечных сокращений. Выводы: 1) Частотные характеристики кардиоритма фонового состояния обследуемого в норме. 2) Оптимальная реакция систем регуляции сердечно-сосудистой системы на умеренную физическую нагрузку.
66
4. МЕТОДИКИ ИССЛЕДОВАНИЯ СОСТОЯНИЯ ДЫХАТЕЛЬНОЙ СИСТЕМЫ Дыхательная система — совокупность органов, обеспечивающих в первую очередь функции внешнего дыхания и т. о. снабжение организма кислородом и выведение углекислого газа. Функцию дыхания у человека реализуют: -
внешнее (легочное) дыхание, осуществляющее газообмен между наружной и внутренней средой организма (между воздухом и кровью);
-
кровообращение, обеспечивающее транспорт газов к тканям и от них;
-
кровь как специфическая газотранспортная среда;
-
внутреннее (тканевое) дыхание, осуществляющее непосредственный процесс клеточного окисления;
-
средства нейрогуморальной регуляции дыхания.
Как видно из этого определения, система крови, сердечно-сосудистая и дыхательная системы объединены на уровне функции обеспечения газообмена. Последнее позволяет еще раз отметить, что системы выступают как единое функциональное объединение — речь идет о системе кислородообеспечения. В настоящем разделе будут рассмотрены особенности внешнего дыхания человека. При анализе будут использованы параметры дыхательных объемов, особенности экскурсий грудной клетки человека.
4.1 Исследование индивидуальных параметров внешнего дыхания человека Цель работы: - Оценить соответствие индивидуальных параметров внешнего дыхания человека теоретически рассчитанным (нормальным). Оборудование: 1. Спирометр СП-01 (или спирометр сухой). 2. Весы медицинские. 3. Ростомер. 4. Кушетка. 67
Методика: 1. Подготовка спирометра к работе. Снимите крышку отсека питания, вставьте элементы А332 в отсек питания с соблюдением указанной полярности, закройте отсек крышкой и заверните винт. При использовании внешнего источника питания – подсоедините его к спирометру и питающей электрической сети. 2. Заблаговременно проводится дезинфекция мундштука – кипячение в воде в течение 10 минут или протирка ватным тампоном, смоченным медицинским спиртом. Подсоедините мундштук к спирометру. # Определение максимальной вентиляции легких. Переключатель спирометра находится в нижнем положении – измерение ЖЕЛ. Для определения МВЛ осуществляют спирометрическое измерение у человека, производящего форсированную гипервентиляцию с ЧДД порядка 40-60 в минуту. Продолжительность исследования должна составлять примерно 10 секунд, в противном случае может развиться гипервентиляция. Производятся выдохи воздуха через спирометр до ощущения “отсутствие воздуха”. Объем дыхания, измеренный таким образом, пересчитывают так, чтобы получить значение объема в мл за 1 минуту. # Определение жизненной емкость легких. -
Переключатель режимов измерения спирометра установить в положение “ЖЕЛ”;
-
нажать кнопку “СБРОС”
-
после обычного выдоха произвести максимально возможный вдох
-
плотно охватить губами мундштук и плавно (в течение 5 с) произвести полный выдох в мундштук.
-
записать значение ЖЕЛ, появившееся на цифровом индикаторе. Для оценки полученного значения ЖЕЛ используют специальные таблицы
(Табл.15), содержащие должные значения ЖЕЛ в зависимости от пола и возраста человека. Для более старшего возраста используется метод “грубой” оценки соответствия ЖЕЛ возрасту и росту обследуемого по номограмме (рис. 10). Измерение производится следующим образом: провести вертикальную линию от значения рос68
та испытуемого до пересечения с наклонной линией, соответствующей возрасту пациента в верхней части соответствующей номограммы, провести влево горизонтальную линию до шкалы ЖЕЛ и записать полученное значение должного ЖЕЛ Кроме того, существует непрямой метод определения должной, "нормальной" жизненной емкости легких, который заключается в следующем. Измерьте свой рост без обуви и массу без одежды (если масса измерена в одежде, то ее следует уменьшить на 2 кг для мужчин и 1,5 кг для женщин, летом эта величина уменьшается примерно в два раза). А затем, подставив полученные значения в формулу, рассчитайте теоретический объем — жизненную емкость легких. Сравните с измеренными значениями. Оцените уровень соответствия ЖЕЛ и объема форсированного выдоха нормальным значениям. Расчетные формулы: Мальчики 8–12 лет ДЖЕЛ ( л) = Рост(см) × 0,052 − Возраст( лет) × 0,022 − 4,6 ;
(20)
Мальчики 13–16 лет ДЖЕЛ ( л) = Рост(см) × 0,052 − Возраст( лет) × 0,022 − 4,2 ;
(21)
Девочки 8–16 лет ДЖЕЛ ( л) = Рост(см) × 0,041 − Возраст( лет) × 0,018 − 3,7 ;
(22)
Взрослые мужчины
ДЖЕЛ ( л) = Рост(см) × 0,052 − Возраст( лет) × 0,022 − 3,6 ;
(23)
Взрослые женщины
ДЖЕЛ ( л) = Рост(см) × 0,041 − Возраст( лет) × 0,018 − 2,68
(24) # Определение форсированной жизненной емкости (ФЖЕЛ) и объема форси-
рованного выдоха (ОФВ1) -Установить переключатель режимов измерения в положение “ФЖЕЛ, ОФВ1”; - нажать кнопку “СБРОС”; - сделать максимально глубокий вдох, охватить мундштук губами и произвести максимально быстрый и глубокий выдох; - записать показания величин ФЖЕЛ и ОФВ1; - вынуть мундштук и обработать его спиртом. Величина показателя ФЖЕЛ должна быть больше или равна ОФВ1. При несоблюдении этого условия повторить измерение до получения правильных результатов.
69
Таблица 15
Средние величины жизненной емкости легких у детей школьного возраста [Гуминский, Леонтьева, Маринова, 1990] Возраст (в годах) 7 8 9 10 11
Жизненная емкость легких (л) мальчики девочки 1.4 1.3 1.5 1.3 1.7 1.5 2.0 1.7 2.1 1.8
Возраст (в годах) 12 13 14 15 16
Жизненная емкость легких (л) мальчики 2.2 2.3 2.8 3.3 3.8
девочки 2.0 2.2 2.5 2.7 2.8
Рис.10. Номограмма функция легких (по паспорту к спирометру СП-01) Для получения более точных результатов целесообразно 3 раза повторить измерения и записать максимальные из полученных цифр. Оценка результатов измерений. Оценка соответствия измеренных параметров их должным величинам проводится с помощью номограмм. 70
Определение должного значения ОФВ1 по номограмме (рис.14) производится аналогично определению ЖЕЛ, по нижней части номограммы. Сравнивая значения показателей,
полученных в результате измерений с
должными значениями, делают вывод о состоянии дыхательной системы. Если измеренные значения ЖЕЛ и ОФВ1 составляют меньше 60 % должных значений, то имеет место первая степень дыхательной недостаточности. Если менее 50 % - вторая степень дыхательной недостаточности, и при менее 40 % - третья степень. Сравнивая измеренные ЖЕЛ и ОФВ1 делаем заключение о состоянии воздухоносных путей. При нормальном их состоянии ОФВ1 должен составлять не менее 80 % от ЖЕЛ. Если объем форсированного выдоха составляет меньший процент делаем вывод о сужении воздухоносных путей.
4.2 Исследование влияния положения тела на функциональную остаточную емкость легких Цель работы: Исследовать индивидуальную зависимость жизненной емкости легких от положения тела человека. Оборудование: 1. Спирометр СП-01 (или спирометр сухой). 2. Кушетка. Методика 1. Испытуемый располагается на кушетке, отдыхает 5-10 минут. После этого его просят сделать максимальный, глубокий вдох и полный, усиленный выдох в спирометр. Нос при этом зажимается специальным зажимом или пальцами руки. Измеренный таким образом объем выдоха составляет жизненную емкость легких лежа - ЖЕЛл. 2. Испытуемый встает — замер повторяется стоя - ЖЕЛс. 3. Рассчитываем функциональную остаточную емкость легких: ФОЛ= ЖЕЛс-ЖЕЛл
(25)
Должно быть отмечено увеличение жизненной емкости легких в вертикальном положении, что обусловлено увеличением резервного объема выдоха за счет опускания органов брюшной полости и диафрагмы под действием силы тяжести. 71
4.3 Исследование особенностей устойчивости организма к смешанной гиперкапнии и гипоксии. Пробы Штанге и Генчи Цель работы: Исследовать индивидуальную устойчивость человека к смешанной гиперкапнии и гипоксии, которая вызывается произвольной задержкой дыхания. Оценить соответствие полученных характеристик известным статистическим нормам, выявить индивидуальные особенности обследуемого. Оборудование: 1. Секундомер. 2. Пульсоксиметр "ЭЛОКС" (Самарская аэро-космическая академия). Методика: Внешнее дыхание может быть охарактеризовано рядом параметров, которые могут быть качественными или иметь конкретное цифровое наполнение: частота, ритмичность, амплитуда дыхательных движений (глубина или объем дыхательных движений). На рисунке 11 представлены образцы “паттернов” дыхательных движений, все из которых кроме первого могут быть признаны показателями серьезных нарушений в системе кислородообеспечения человека, в том числе, в системе центральной регуляции. Проба Штанге позволяет оценить устойчивость организма человека к смешанной гиперкапнии и гипоксии, отражающую общее состояние кислородообеспечивающих систем организма при выполнении задержки дыхания на фоне глубокого вдоха, проба Генчи – на фоне глубоко выдоха. Устанавливаем датчик фотоплетизмограммы (Пульсоксиметр "Элокс") на пальце руки. Контролируя плотность контакта по индикатору прибора, добиваемся хорошо видимой кривой плетизмограммы ("пульсовая волна"). Без предварительной гипервентиляции человека просят задержать дыхание на глубоком вдохе (около 80 % ЖЕЛ), на максимально возможное для него время.
72
Ритмичное нормальное дыхание
Дыхание Биота
Дыхание Чейн-Стокса
Дыхание “большое токсическое Куссмауля”
Рис.11. Образцы патернов дыхательных движений После 7-10 минут отдыха проводится проба Генчи - человека просят задержать дыхание на глубоком выдохе. Оценка результатов тестирования проводится на основании таблиц 16 и 17. На экране пульсоксиметра индицируется относительный уровень насыщенности гемоглобина крови кислородом. Фиксируем содержание кислорода в крови в конце пробы. Степень снижения процентного насыщения гемоглобина крови кислородом позволяет оценить уровень напряжения адаптации системы кислородообеспечения к функциональной нагрузке.
73
Таблица 16
Ориентировочные показатели пробы Штанге (1) и Генчи (2) [по Приказу Министерства образования и Министерства здравоохранения РФ № 186/272 от 30.06.92] Возраст 5 6 7 8 9 10
Мальчики 1 2 24 12 30 14 36 14 40 18 44 19 50 22
Девочки 1 2 22 12 26 14 30 15 36 17 40 18 50 21
Возраст 11 12 13 14 15 16
Мальчики 1 2 51 24 60 22 61 24 64 25 68 27 71 29
Девочки 1 2 44 20 48 22 50 19 54 24 60 26 64 28
Таблица 17
Оценка общего состояния обследуемого по параметру пробы Штанге Оценка состояния испытуемого Отличное Хорошее Среднее Плохое
Время задержки вдоха (с) больше 60 40 — 60 30 — 40 меньше 30
5. ИССЛЕДОВАНИЕ ОСОБЕННОСТЕЙ СОСТОЯНИЯ СЕРДЕЧНО-СОСУДИСТОЙ И ДЫХАТЕЛЬНОЙ СИСТЕМ И ИХ ВЗАИМОДЕЙСТВИЯ 5.1 Исследование особенностей адаптации сердечно-сосудистой и дыхательной систем к гипоксической нагрузке Цель работы: Зарегистрировать
динамику
основных
показателей
работы
сердечно-
сосудистой и дыхательной систем при гипоксической нагрузке (задержка дыхания на вдохе, дыхание газовой смесью с пониженной концентрацией кислорода — 10 % 74
- нормобарическая гипоксигенация). Оценить индивидуальные особенности адаптации системы кислородообеспечения человека к гипоксической нагрузке. Оборудование: 1. Персональный компьютер (ПК) типа IBM AT 386, 486 и т.д. 2. Специализированное АРМ для исследования сердечно-сосудистой и дыхательной систем. 3. Гипоксикатор " ЭВЕРЕСТ-1". 4. Электроды для регистрации стандартных и грудных отведений ЭКГ. 5. Марля или фильтровальная бумага, электродная паста. 6. Датчик для регистрации дыхательных движений. 7. Пульсоксиметр "ЭЛОКС-01М". 8. Аппарат для измерения давления. 9. Секундомер Методика: # Подготовка обследуемого. Испытуемый располагается на стуле в удобной для него позе. ЭКГ регистрируется следующим образом: референтный электрод устанавливается на лоб, активные электроды — на запястья рук (первое стандартное отведение), на левую лодыжку (второе стандартное отведение) и на грудную клетку, в позиции V4 или V5. Внешнее дыхание исследуется с помощью компьютерного анализа электрографический кривой, полученной при помощи тензометрического преобразования динамики грудной клетки. Тензометрический датчик располагается в зоне максимальной экскурсии грудной клетки - на верхней (у женщин) или нижней (у мужчин) части грудной клетки. Параллельно регистрируется относительная величина содержания оксигемоглобина в крови при помощи пульсоксиметра "ЭЛОКС-01М" (разработка Самарской аэрокосмической академии). Включается персональный компьютер. В течение всего эксперимента осуществляется контроль состояния испытуемого (Раздел 2.2.), поскольку иногда наблюдается индивидуальная непереносимость кислородной недостаточности. Перед началом подачи газовой смеси испытуемый должен быть проинструк75
тирован, что в случае плохого самочувствия или нежелания продолжать исследование, он может снять маску. Необходимо проверить правильность установки всех электродов, качество регистрации сигналов. Контроль качества регистрируемых сигналов осуществляется визуально при их проекции на экран монитора компьютера. Добиваемся отсутствия артефактов (помех, не связанных с исследуемыми сигналами: движения, плохого контакта электродов, наличия сетевой помехи). Измеряем артериальное давление у испытуемого. Программные средства АРМа позволяют получить цифровую запись двух каналов ЭКГ и периметрии грудной клетки. Регистрируются электрограммы при нахождении обследуемого в состоянии спокойного бодрствования – «Фон». Проводится проба Штанге аналогично разделу 4.3. Результат пробы Штанге позволяет определить время проведения гипоксической пробы, соответствующее индивидуальным особенностям и состоянию обследуемого (Табл.18). Просим испытуемого после условного сигнала задержать дыхание на вдохе максимально возможное время, и производим запись биоэлектрической информации. Осуществляется регистрация ЭКГ и кривой дыхания.
Таблица 18 Время инспираторной Время, рекомендуемое для задержки (с) гипоксич. пробы (мин) больше 30 5 20 — 30 4 10 — 20 3 меньше 10 2 # Выполнение нагрузочной пробы. Включаем гипоксикатор. Для этого сначала включаем кнопку "Сеть", а затем кнопку "Вкл". По верхнему срезу поплавка устанавливаем процентное содержание кислорода в смеси — 10 %, используя вентиль ратометра. Предварительно протертую спиртом маску гипоксикатора испытуемый держит сам, плотно прижимая к лицу. В зависимости от результатов пробы Штанге даем гипоксическую нагрузку, 76
например — 5 минут. Испытуемый дышит гипоксической смесью. Последние 90 секунд ведем запись всех отведений ЭКГ и дыхательных движений. Сразу после окончания нагрузки производим измерение артериального давления и отмечаем содержание кислорода в крови, заносим эти данные в соответствующие поля бланка. Выключаем гипоксикатор, выключая сначала кнопку "Вкл" и только через несколько секунд — кнопку "Сеть".
5.1.1 Анализ результатов измерения параметров системы кислородообеспечения при гипоксии По электрограммам, зарегистрированным в фоне и во время гипоксической нагрузки, АРМ позволяет производить автоматический расчет параметров кардиоритма и дыхания. Вычисляем базовые константы. Частота дыхательных движений (ЧДД) — количество дыхательных циклов "вдох-выдох" за одну минуту. Частота сердечных сокращений (ЧСС, частота пульса) — число сокращений сердца в минуту. Систолический (ударный) объем крови (УОК) — объем крови, поступающий в аорту при одном сокращении сердца (систоле). УОК показывает величину сердечного выброса и является характеристикой производительности сердца как насоса. Вычислительный способ определения УОК: УОКп=90.97+(0.54*(САДп-ДАДп))-(0.57*ДАДп)-(0.61 * возр), или — несколько упрощенным способом, дающим большую погрешность: УОКп=100.0+(0.55*(САДп-ДАДп))-(0.5*ДАДп)-(0.6 * возр); модифицированная для детей 8-14 лет формула: УОКп=80.0+(0.5*(САДп-ДАДп))-(0.6*ДАДп)-(2*возр) где
п — стадия обследования, в данном случае фоновое, спокойное состоя-
ние; САД, ДАД — артериальное давление; возр — возраст обследуемого, в годах. Дыхательный объем (ДО) — объем воздуха, вдыхаемый при обычном, спокойном (не усиленном) вдохе и выдыхаемый при обычном, спокойном (не усилен77
ном) выдохе. Для расчетов относительных изменений вместо ДО используется показатель амплитуды дыхания (АД), в свою очередь, рассчитываемый из электрограммы экскурсии грудной клетки. Амплитуда дыхания равняется разности между максимумом вдоха и минимумом выдоха Минутный объем крови (МОК) — количество крови, перекачиваемое сердцем за одну минуту. МОК вычисляется как произведение УОК на ЧСС. Минутный объем легких (МОЛ) — объем воздуха, проходящий через легкие в течение 1 минуты. Рассчитывается как произведение ЧДД и АД.
5.1.2 Получение вывода о характере реакции системы кислородообеспечения на гипоксическую нагрузку На основе приведенного ниже алгоритма, при помощи АРМа автоматически формулируется вывод об особенностях адаптации системы кислородообеспечения человека к гипоксической нагрузке. Алгоритм формулировки вывода об адаптации системы кислородообеспечения к гипоксической нагрузке: - Если во время выполнения нагрузки отсутствовали объективные признаки резкого ухудшения функционального состояния человека и отказ от выполнения работы, то можно признать работу систем кислородообеспечения удовлетворительной, иначе исследование прерывается и формулируется вывод — №4. - Анализируется динамика МОЛ:МОК при переходе обследуемого от фонового состояния к функциональному состоянию при выполнении гипоксической нагрузки. Если этот показатель падает, то реакция организма обследуемого на нагрузку относится к первому типу (смотрите ниже); если отношение МОЛ:МОК возрастает, то ко второму типу; если не изменяется (в пределах 10 %), то к третьему типу. - Затем, в пределах каждого типа реагирования, анализируются особенности участия каждой из подсистем кислородообеспечивающей системы в обеспечении реакции организма. Анализируются отношения: %УОК:%ЧСС и %АД:%ЧДД. Если частота работы системы нарастает больше чем объем, то испытуемый относится к группе "а" в пределах данного типа реакции, если частота растет меньше, чем объем, то к группе "б", и если и то и другое возрастает в равной степени (в пределах 10 %), то к группе "в". 78
Варианты возможных выводов о состоянии кардио-респираторной систем и их взаимодействия: 1 — Удовлетворительное обеспечение гомеостаза при гипоксической нагрузке с преобладанием вклада сердечно-сосудистой системы преимущественно за счет: а) увеличения частоты сердечных сокращений; б) увеличения систолического объема сердца; в) совместного увеличения частоты сердечных сокращений и систолического объема. 2 — Удовлетворительное обеспечение гомеостаза при гипоксической нагрузке с преобладанием вклада респираторной системы преимущественно за счет: а) увеличения частоты дыхания; б) увеличения объема дыхания; в) увеличения частоты и объема дыхания. 3 — Удовлетворительное обеспечение гомеостаза при гипоксической нагрузке с равным вкладом сердечно-сосудистой и респираторной систем организма. 4 — Неудовлетворительное обеспечение кардио-респираторного гомеостаза при гипоксической нагрузке.
5.2 Исследование особенностей адаптации сердечно-сосудистой и дыхательной систем к велоэргометрической нагрузке Цель работы: Зарегистрировать
динамику
основных
показателей
работы
сердечно-
сосудистой и дыхательной систем при выполнении физической работы 35 % и 70 % МПК (низкая и высокая нагрузка). Оценить индивидуальные особенности адаптации системы кислородообеспечения человека к физической нагрузке. Оборудование: 1. Персональный компьютер (ПК) типа IBM AT 386, 486 и т.д. 2. Специализированное АРМ для исследования сердечно-сосудистой и дыхательной систем. 3. Велоэргометр "Kettler". 4. Электроды для регистрации ЭКГ. 79
5. Марля или фильтровальная бумага, электродная паста. 6. Датчик для регистрации дыхательных движений. 7. Пульсоксиметр "ЭЛОКС-01М". 8. Аппарат для измерения давления. 9. Секундомер Методика # Подготовка обследуемого. Обследуемый располагается в седле велоэргометра. Высота последнего подгоняется таким образом, чтобы при положении педали в нижней точке траектории, нога обследуемого была выпрямлена. Регулируется угол наклона руля. Испытуемый сидит в седле велоэргометра, максимально расслаблен, дыхание ровное, спокойное. Отдыхает 10 минут. ЭКГ регистрируется следующим образом: референтный электрод устанавливается на лоб, активные электроды — на запястья рук (первое стандартное отведение) и на грудную клетку, в позиции V4 или V5. Внешнее дыхание исследуется с помощью компьютерного анализа электрографический кривой, полученной при помощи тензометрического преобразования динамики грудной клетки. Тензометрический датчик располагается в зоне максимальной экскурсии грудной клетки - на верхней (у женщин) или нижней (у мужчин) части грудной клетки. Параллельно регистрируется относительная величина содержания оксигемоглобина в крови при помощи пульсоксиметра "ЭЛОКС-01М" (разработка Самарской аэрокосмической академии). Включается персональный компьютер. В течение всего эксперимента осуществляется контроль состояния испытуемого (Раздел 2.2.). Необходимо проверить правильность установки всех электродов, качество регистрации сигналов. Контроль качества регистрируемых сигналов осуществляется визуально при их проекции на экран монитора компьютера. Добиваемся отсутствия артефактов (помех, не связанных с исследуемыми сигналами: движения, плохого контакта электродов, наличия сетевой помехи). У испытуемого измеряем артериальное давление. Программные средства АРМа позволяют получить цифровую запись двух ка80
налов ЭКГ, периметрии грудной клетки и качества выполнения нагрузки. Регистрируются электрограммы при нахождении обследуемого в состоянии спокойного бодрствования – «Фон» (90 секунд). Переходим к выполнению первой нагрузочной пробы – 35% МПК. Мощность выполняемой нагрузки рассчитывается автоматически, исходя из антропометрических данных испытуемого и сопротивления, формируемого системой велоэргометра и соответствует 35% уровню МПК. Сопротивление задается исследователем (для данной нагрузки рекомендуется "2" у.е.). Во время выполнения работы испытуемому подается звуковой сигнал, если он выходит за пределы заданной нагрузки. Низкий звук — в случае недобора мощности, высокий в случае превышения ее. Длительность выполнения нагрузки — 3 мин. Последние 90 секунд производится запись данных в файл. Сразу после прекращения нагрузки регистрируется систолическое и диастолическое артериальное давление, эти данные заносятся в соответствующие поля бланка. Аналогично проводим исследование при второй нагрузке – 70% МПК. Особое внимание уделяем правилам проведения нагрузочных проб и контролю за индивидуальной переносимостью нагрузки (раздел 2.2).
5.2.1 Анализ результатов измерения параметров системы кислородообеспечения при велоэргометрии По электрограммам, зарегистрированным в фоне и при физической нагрузке производится автоматический расчет параметров кардиоритма и дыхания, аналогично разделу 5.1.1.
5.2.2 Получение вывода о характере адаптации системы кислородообеспечения к физической нагрузке На основе приведенного ниже алгоритма автоматически формулируется вывод об особенностях адаптации системы кислородообеспечения человека к велонагрузке. Алгоритм формулировки вывода об адаптации системы кислородообеспечения к велонагрузке: 81
- Если во время выполнения нагрузки отмечаются объективные признаки резкого ухудшения функционального состояния человека или имеет место отказ от выполнения работы, или насыщение гемоглобина крови кислородом снижается ниже 90%, то исследование прерывается, и работа систем кислородообеспечения признается неудовлетворительной (4 тип реакции на нагрузку). В ином случае, продолжается анализ состояния системы кислородообеспечения. Первый этап — оценка изменений параметров системы кислородообеспечения при переходе от фона к первой ступени физической нагрузки (трехминутная работа на велоэргометре, средняя нагрузка – 35 %МПК): ● Анализируется динамика МОЛ:МОК при переходе обследуемого от фонового состояния к состоянию при выполнении нагрузки. Если этот показатель падает, то реакция организма обследуемого на нагрузку относится к первому типу (смотрите ниже); если отношение МОЛ:МОК возрастает, то ко второму типу; если не изменяется (в пределах 10 %), то к третьему типу. ● Затем, в пределах каждого типа реагирования, анализируются особенности участия каждой из подсистем кислородообеспечивающей системы в обеспечении реакции организма. Анализируются отношения: %УОК:%ЧСС и %АД:%ЧДД, при первой нагрузке по отношению к фону. Если частота работы системы нарастает больше чем объем, то испытуемый относится к группе «А» в пределах данного типа реакции, если частота растет меньше, чем объем, то к группе «Б», и если и то и другое возрастает в равной степени (в пределах 10 %), то к группе «В». Варианты возможных выводов о состоянии кардио-респираторной систем и их взаимодействия при анализе выполнения физической нагрузки средней интенсивности, 35 % МПК: 1 тип реакции. Удовлетворительное обеспечение гомеостаза при средней нагрузке с преобладанием вклада сердечно-сосудистой системы преимущественно за счет: увеличения частоты сердечных сокращений (1.1.А.); увеличения систолического объема сердца (1.1.Б.); совместного увеличения частоты сердечных сокращений и систолического объема (1.1.В.). 82
2 тип реакции. Удовлетворительное обеспечение гомеостаза при средней нагрузке с преобладанием вклада респираторной системы преимущественно за счет: увеличения частоты дыхания (1.2.А.); увеличения объема дыхания (1.2.Б.); совместного увеличения частоты и объема дыхания (1.2.В.). 3 тип реакции. Удовлетворительное обеспечение гомеостаза при средней нагрузке с равным вкладом сердечно-сосудистой и респираторной систем организма (1.3.). 4 тип реакции. Неудовлетворительное обеспечение кардио-респираторного гомеостаза на первой ступени физической нагрузки (1.4.). Второй этап — оценка изменений параметров системы кислородообеспечения при переходе от первой ступени физической нагрузки ко второй (трехминутная работа на велоэргометре, средняя нагрузка – 35 %МПК и высокая нагрузка – 70% МПК): ● Аналогично первому этапу, анализируется динамика МОЛ:МОК. В качестве исходного функционального состояния принимается состояние реакции на нагрузку первого этапа (35%МПК). Если этот показатель падает, то реакция организма обследуемого на нагрузку относится к первому типу; если отношение МОЛ:МОК возрастает, то — ко второму типу; если не изменяется (в пределах 10 %), то к третьему типу. ● Затем, в пределах каждого типа реагирования, анализируются особенности участия каждой из подсистем кислородообеспечивающей системы в обеспечении реакции организма. Анализируются отношения: %УОК:%ЧСС и %АД:%ЧДД, при второй нагрузке по отношению к первой. Если частота работы системы нарастает больше чем объем, то испытуемый относится к группе «А» в пределах данного типа реакции, если частота растет меньше, чем объем, то к группе «Б», и если и то и другое возрастает в равной степени (в пределах 10 %), то к группе «В». При сопоставлении параметров реагирования системы кислородообеспечения на физические нагрузки анализируем характер реагирования и уровень функционального резерва сердечно-сосудистой и дыхательной систем. Дыхательная система: - если %АД:%ЧДД от первой ко второй нагрузке растет или не изменяется, то 83
— "Дыхательная система реагирует на рост нагрузки оптимально, имеет хороший функциональный резерв, и обеспечивает потребность в кислороде за счет роста объема дыхания " (Д.а.). - если %АД:%ЧДД от первой ко второй нагрузке падает, то — "Дыхательная система имеет признаки слабой тренированности к физической нагрузке" (Д.б.). Сердечно-сосудистая система: - если %УОК:%ЧСС от первой ко второй нагрузке растет или не изменяется, то — "Сердечно-сосудистая система реагирует на рост нагрузки оптимально, имеет хороший функциональный резерв, адаптируется за счет роста ударного объема крови" (С.а.); - если %УОК:%ЧСС от первой ко второй нагрузке падает, то — "Сердечнососудистая система не тренирована к росту физической нагрузки" (С.б.). На третьем этапе анализируются только пункты «Д.б.» и «С.б.» предыдущего этапа анализа. Дыхательная система: - если АД растет от фона к первой нагрузке и от нее ко второй нагрузке, то — "Дыхательная система имеет признаки слабой тренированности к физическим нагрузкам, но имеет достаточный функциональный резерв" (Д.б.а.); - если АД практически не изменяется (в пределах 10 %) от фона ко 2 нагрузке, то — "Дыхательная система имеет признаки слабой тренированности к физическим нагрузкам и имеет небольшой функциональный резерв" (Д.б.б.); - если АД падает при выполнении функциональной нагрузки (первой и/или второй), то — "Дыхательная система имеет признаки слабой тренированности к физическим нагрузкам и не имеет функционального резерва, его недостаток компенсирует сердечно-сосудистая система" (Д.б.в.). Сердечно-сосудистая система: - если УОК неуклонно растет от фона ко второй нагрузке, то — "Сердечнососудистая система не тренирована к физическим нагрузкам, но имеет достаточный функциональный резерв" (С.б.а.); - если УОК не изменяется, то — "Сердечно-сосудистая система не тренирована к физическим нагрузкам и имеет небольшой функциональный резерв" (С.б.б.); - если УОК снижается монотонно, или падает на второй физической нагрузке, то — "Сердечно-сосудистая система не тренирована к физическим нагрузкам и не 84
имеет функционального резерва, его недостаток компенсируется дыхательной системой" (С.б.в.). Вариант возможных выводов о состоянии кардио-респираторных систем обследуемого А.Н. и их взаимодействия при сопоставлении реакции систем кислородообеспечения на высокую и среднюю интенсивность физической нагрузки: Средняя нагрузка. Удовлетворительное обеспечение гомеостаза с преобладанием вклада респираторной системы преимущественно за счет увеличения объема дыхания (1.2.Б.). Высокая нагрузка Удовлетворительное обеспечение гомеостаза с преобладанием вклада сердечно-сосудистой системы преимущественно за счет увеличения частоты сердечных сокращений (2.1.А.). Сердечно-сосудистая система не тренирована к физическим нагрузкам, но имеет достаточный функциональный резерв" (С.б.а.). Дыхательная система имеет признаки слабой тренированности к росту физической нагрузки и не имеет функционального резерва, его недостаток компенсирует сердечно-сосудистая система (Д.б.в.).
85
6. СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ 1. Баевский Р.М. Прогнозирование состояний на гране нормы и патологии., М.:Медицина, 1979. — 295 с. 2. Баевский Р.М., Берсенева А.П., Максимов А.Л. Валеология и проблема самокнтроля здоровья в экологии человека. Магадан:СВНЦ ДВО РАН, 1996. — 55 с. 3. Баевский Р.М., Никулина Г.А. Холтеровское в космической медицине: анализ вариабельности сердечного ритма// Вестник аритмологии. 2000. - № 16. http://www.cor.neva.ru/vestnic/index_en.html 4. Брин В.Б., Зонис Б.Я. Физиология системного кровообращения. - Ростов: Издво РГУ, 1984. — 88 с. 5. Дехтярь Г.Я. Электрокардиография. М.: Медгиз, 1955. — 470 с. 6. Гуминский А.А., Леонтьева Н.Н., Маринова К.В. Руководство к лабораторным занятиям по общей и возрастной физиологии. М.:Просвещение, 1990. — 239 с. 7. Инструментальные методы исследования сердечно-сосудистой системы. Справочник. / под ред.Т.С.Виноградовой. – М.:Медицина, 1986. – 416 с. 8. Кардиоинтервалография в оценке реактивности и тяжести состояния больных детей. (Методические рекомендации). М.:Московский НИИ педиатрии и детской хирургии МЗ РСФР.1985. 9. Карпман В.Л., Белоцерковский З.Б., Гудков И.А. Тестирование в спортивной медицине., М.:Физкультура и спорт, 1988. — 208 с. 10. Куколевский Г.М. Врачебные наблюдения за спортсменами. - М.:ФиС, 1975. 11. Основы физиологии человека. Учебник для высших учебных заведений, в 2-х томах, под ред.Б.И.Ткаченко. СПб.,1994. Т.1. — 567 с. 12. Поляков В.П., Мовшович Б.Л., Савельева Г.Г. Кардиологическая практика: Руководство для врачей в 2-х томах. – Самара, 1993. т.2. – 228 с. 13. Практикум по физиологии труда (под редакцией А.С.Батуева). - Л.:Изд-во ЛГУ, 1986. — 136 с. 14. Приказ Министерства образования и Министерства здравоохранения РФ № 186/272 от 30.06.92 - “О совершенствовании системы медицинского обеспечения детей в образовательных учреждениях”. 86
15. Фельдман Г.Л., Воронова Н.В. Физиологические аспекты валеологии (на примере исследования систем обеспечения тканей кислородом). //Валеология, 1996.- N2.- С.45-50 16. ЭКГ.ru. Изменчивость частоты сокращений сердца. Стандарты для измерения, физиологического толкования и применения в клинике/Task Force of the European Society of Cardiology and the North American Society of Pacing and Electrophysiology. Heart Rate Variability. Standards of Measurements, Physiological Interpretation, and Clinical Use, 1996//http://ecg.ru/standarts/hrv/contents.html 17. Экспериментальная физиология. М.:Мир, 1974. — 350 с. 18. 12-lead ECG library homepage //http://homepages.enterprise.net/djenkins/ecghome.html
87
Приложение 1
Автоматизированное рабочее место студента-валеолога (АРМ валеолога) для исследования параметров систем кислородообеспечения
АРМ предназначен для проведения лабораторных занятий и самостоятельных исследований студентами широкого круга задач, связанных с измерением параметров систем кислородообеспечения человека и оценкой эффективности выполнения тестовых нагрузок (велоэргометрия; усилие, приложенное к педалям и скорость вращения педалей). Устройство обеспечивает согласование, усиление, преобразование и передачу параметров живых объектов в компьютер через последовательный порт (RS232) со скоростью 11520 байт/с. Усилительные каналы устройства позволяют нормировать исследуемые сигналы с коэффициентом 1…100000, преобразовать двуполярные аналоговые сигналы в цифровую форму. АРМ формирует 12 битный код в режимах фиксации уровня и выделения максимального и минимального значения на заданном интервале времени. Наличие дифференциальных входов обеспечивает возможность подключения мостовых измерительных схем (датчики температуры, тензометрические устройства и т.п.). Программно-аппаратный комплекс реализуется в среде DOS (эмуляция DOS) на персональных компьютерах AT386 и выше. Программно-аппаратный комплекс должен обеспечивать: - регистрацию, преобразование и усиление биоэлектрических сигналов и информации о поведении обследуемого; - анализ первичной информации исследователем в диалоговом режиме (визуализация сигналов, средства первичного анализа исследуемых сигналов; измерение латентных периодов, амплитуд, автоматическая корректируемая характерных точек; средства конвертирования и экспорта для вторичного анализа числовых рядов стандартными средствами персонального компьютера); - выполнение следующих лабораторных работ: оценку фоновых и реактивных параметров системы кислородообеспечения (электрокардиограмма и пара88
метры внешнего дыхания); расчет параметров вариационной пульсометрии и амплитудно-частотных характеристик сердечно-сосудистой и дыхательной систем (ритмограммы, индекс напряжения Баевского, показатели интервалов и длительностей фаз дыхания). Состав аппаратной части: - датчик для периметрии грудной клетки. - 3 стандартных канала ЭКГ, 4 ЭКГ-датчика; - 1 канал фотоплетизмограммы, 1 датчик фотоплетизмограммы. Программное обеспечение стенда, реализованное в среде Ms DOS, реализует: - управление Базами данных с использованием бланкового интерфейса; - формирование записей первичной информации, соответствующих этапов обследования (фон, функциональная нагрузка, последействие) с наследованием обязательной информации об испытуемом (бланк регистрации); - расчет амплитудно-временных характеристик кардиокомплекса и пульсовой волны (автоматическая расстановка характерных точек на кривых ЭКГ и дыхания с их возможной коррекцией); - расчет показателей функционирования сердечно-сосудистой и дыхательной систем (первичных показателей и их соотношение); - экспорт файлов (преобразование результатов исследования в текстовый формат Ms DOS для анализа стандартными пакетами программ ( STATISTICA for Windows, Ms Eхсell и др)); - формирование и управление Help-ом с эталонными кривыми, нормативными таблицами, заготовками заключений. Исследователь имеет возможность формировать "сценарий" проведения исследований, включающий: - расчет необходимой нагрузки в соответствии с возрастом, полом и весом обследуемого; - определение параметров и очередности этапов обследования (функциональных проб). Заказы на изготовление – 344006, г.Ростов-на-Дону, ул.Б.Садовая, 105, УНИИ валеологии РГУ, Войнову Виктору Борисовичу, т.(8632) 65-95-75, e-mail: [email protected]
89
Приложение 2
Общие методические принципы работы с автоматизированным рабочим местом (АРМ-ом) для исследования параметров работы сердечно-сосудистой и дыхательной систем Автоматизированное рабочее место валеолога (АРМ валеолога) представляет собой исследовательский стенд, функционирующий на базе персонального компьютера (IBM 386 и выше) и позволяющий изучать функции сердечно-сосудистой и дыхательной систем (Приложение 1). Основу усилительно-измерительной части стенда составляет Базовый блок, подключаемый к COM-порту IBM-PC (RS232). Усилительная часть блока включают в себя 3 входных активных канала регистрации электрокардиограммы, канал фотоплетизмограммы, канал пневмограммы, канал регистрации скорости вращения педалей велоэргометра и канал регистрации усилия, прилагаемого к педалям. Скорость вращения педалей определяется по сигналу магнитоуправляемого контакта датчика поворота зубчатой передачи велоэргометра, а усилия, прилагаемые обследуемым к педалям, определяются тензометрическим устройством оригинальной конструкции, встроенным в систему сопротивления вращению, обеспечивающую дозированную нагрузку велоэргометра. Усиленные сигналы поступают на аналогово-цифровой преобразователь и регистр ввода дискретной информации. Цифровые данные с помощью микроконтроллера передаются в ПЭВМ для хранения и обработки. В результате обследования формируется оригинальная "база данных", описание объектов в которой осуществляется с применением ключевых слов ("фамилия", "имя", "пол", "возраст", "проба", "посещение" и т.д.),. По завершении эксперимента встроенными программами АРМа рассчитываются показатели функционирования сердечно-сосудистой и дыхательной систем для каждого этапа исследования, и на основании их сравнения, автоматически делается вывод о состоянии сердечно-сосудистой и дыхательной систем, их функциональных резервах и способе взаимодействия при вегетативном обеспечении выполнения нагрузки; вся необходимая рассчитываемая информация в случае необходимости предоставляется исследователю. Как информация, полученная в процессе эксперимента, так и все вычислен90
ные показатели и коэффициенты могут быть экспортированы в текстовом формате для анализа внешними
программными средствами, в частности пакетами
STATISTICA for Windows, Microsoft Eхсell и др. Комплект программ, аппаратных узлов и датчиков стенда позволяет реализовать все описываемые ниже методики без применения дополнительных измерительных и регистрирующих средств. Оборудование: 1. Персональный компьютер (ПК) типа IBM AT 386, 486 и др. 2.Специализированное АРМ для исследования сердечно-сосудистой и дыхательной систем с комплектом электродов и датчиков. Методика: Включается персональный компьютер. # Запуск программы «Start.bat» Появляется рабочий экран (рис.2). # Заполнение паспортных данных и фоновых значений параметров: Для выбора соответствующего бланка — нажать клавишу <Р> - "БЛАНК"; из списка бланков выбрать "Регистрация", нажать <Enter>. Если бланк для регистрации был ранее определен, указанные выше два пункта пропускаются. для ввода данных о новом обследуемом — внесения новой записи
на-
жать клавишу — "новый"; !!!!! перевод клавиатуры на русский регистр определяется программой преобразования символов, установленной на вашей ПЭВМ и ее настройкой. На пример, для cyrillik.com — одновременное нажатие двух клавиш <Shift>; заполнить известные данные об обследуемом; - перемещение между полями бланка - <стрелка вверх>, <стрелка вниз>; - в поле "База данных" представлено название базы, в которой предлагается работать, в случае согласия — оставляем имя без изменения, внесение изменений (новое имя) приводит к созданию новой базы данных, выбор из списка имеющихся баз осуществляется на последующих шагах в случае очистки поля; нажатие <Enter> — завершение заполнения бланка;
- в случае незаполненного поля "База данных" — предлагается список существующих баз, выделяем нужное имя курсором и нажимаем <Enter>; нажатие <Enter> — формирование новой записи (заполненного бланка) в 91
базе данных, на этом этапе предусмотрен отказ от записи нажатием клавиши <Esc>. # Выполнение методики В нижней части экрана предлагается список реализованных в АРМ-е методик "OРTO" — "Исследование системы кислородообеспечения при орто-пробе"; "ГИПО" — "Исследование системы кислородообеспечения при гипоксической нагрузке"; "ВЕЛО" — "Исследование системы кислородообеспечения при велоэргометрии"; “СЕЛИ-ВСТАЛИ” — “Исследование системы кислородообеспечения при применении степ-теста и нагрузки в виде приседаний”
выбор методики - стрелками <влево>, <вправо> — перемещение области выделения, выход на интересующее название;
нажатие клавиши <Enter> — запуск конкретной методики.
92
Справочная текстовая информация по методике может быть представлена на экране после нажатия . Нажатием клавиши <Esc> очищаем экран и продолжаем работу. На экране появляются электрограммы регистрируемых сигналов, в нижней части экрана — кнопки управления экспериментом (Рис.3). Необходимо проверить правильность установки всех электродов, качество регистрации сигналов. Контроль качества регистрируемых сигналов осуществляется визуально по их отображению на экране монитора. Добиваемся отсутствия артефактов (помех, не связанных с исследуемыми сигналами: движения, плохой контакт электродов с поверхностью тела, наличие помехи электрической сети). Запись экспериментальных данных: - при помощи стрелок <влево>, <вправо> выбираем название этапа исследования, например, - "Фон". - запуск функциональной пробы производится нажатием клавиши <S>; повторное нажатие клавиши <S> останавливает проведение пробы без сохранения данных обследования в базе данных, запись информации производится автоматически по истечению времени отведенного на функциональную пробу и принудительно, с завершением пробы, после нажатия клавиши . Переход к следующему этапу исследования, например, — "Вело 1". # Анализ результатов измерения параметров сердечно-сосудистой системы Зарегистрированные электрограммы могут быть подвергнуты дальнейшей обработке и анализу: Нажатием клавиши <Esc> возвращаемся к главному меню (Рис.2); Поиск зарегистрированных электрограмм по признакам: ФИО обследуемого, “Дата обследования”, “Проба”. - В нижней части экрана выбираем функциональную клавишу "поиск" — <S>. На экране появляется бланк поиска (если ранее бланк поиска не был определен, его следует выбрать из предложенного на экране списка). Клавишей отмечаем нужные поля бланка поиска (ключевые слова): "Фамилия", "Проба", "Дата обследования" и т.д., для вызова списка баз данных очищаем поле "База данных", нажимаем <Enter>. Устанавливаем указатель на требуемое имя базы и нажимаем <Enter>. Выбираем нужную запись, сначала — "Фон". 93
Просмотр записей электрограмм, “вырезка” участков записи. Запуск программы “ПРОСМОТР”.
94
Прежде чем перейти к расчету характеристик деятельности систем, целесообразно осуществить просмотр и, если это понадобится, выбор фрагмента, свободного от артефактов. В данном случае под артефактами понимаются участки записи с выраженной сетевой помехой ("50 Гц"), с помехами от движений обследуемого и от наложения на регистрируемый сигнал биоэлектрической активности мышц. На появившемся экране (Рис.4) пользуясь клавишами навигации и подсказками можно просмотреть в записи необходимые каналы. При этом возможно изменение усиления ( по оси "Y") и скорости развертки (по оси "Х") записи. Работа с клавишами - “начало” и - “конец” позволяет выделить участок записи в качестве фрагмента. Нажатие клавиши <W> — "запись" позволяет записать фрагмент между двумя маркерами ("начало" – "конец") в базу данных под одним из имен предложенного списка. Для дальнейшей работы с выделенным фрагментом необходимо произвести его поиск в базе данных. # Расчет основных характеристик ЭКГ и пневмограммы, расчет интегральных показателей. Программа “РАСЧЕТ”. 95
Производим поиск необходимой записи (см. выше). После появления на экране бланка с информацией из нужной нам записи, выбираем пункт меню "РАСЧЕТ"; после проведения расчета и вывода на экран ритмограммы работы сердца (временной ряд текущей частоты сердечных сокращений) — нажимаем кнопку "W" (запись), на экране появляется гистограмма распределения RR-интервалов (Рис.5).
После нажатия <Esc> на экран выводится бланк с содержащий значения характеристик кардиоритма и пневмограммы (см. раздел 1): - значение модального RR интервала - мс; - амплитуда моды - %; - размах RR интервалов - мс; - минимальный RR интервал - мс; - максимальный RR интервал - мс; - число проанализированных RR интервалов; - частота сердечных сокращений (ЧСС) — уд/мин; 96
- частота дыхательных движений (ЧДД) — дых. дв/мин; - амплитуда дыхания - у.е.; - индекс напряжения (ИН) — у.е.; # Получение вывода о реакции системы кислородообеспечения на нагрузку. В АРМ-е реализованы два подхода к формированию вывода о реактивных свойствах системы кислородообеспечения: Программа "СРАВН1" – сопоставление двух этапов исследования, например - фонового состояния и состояния во время или после одной из нагрузок. Программа "СРАВН2" – сопоставление трех этапов исследования, например фонового состояния, состояния при выполнении первой велоэргометрической нагрузки (35 % МПК) и состояния при выполнении второго этапа велоэргометрической пробы (70 % МПК). Выбираем пункт меню — "СРАВН1". - Выполняем действия, согласно представляемой в виде бланка инструкции, выбираем соответствующие названия состояний для сравнения, в данном случае "ФОН" и "Гип.10". Расчеты производятся для обследуемого, выбранного из базы данных, фамилия которого выводится в бланк. После автоматического анализа на экране появляется бланк с результатами сравнения параметров деятельности сердечно-сосудистой и дыхательной систем в фоне и при нагрузке: -
МОЛ П МОК П ; МОЛ Н МОК Н ; %ЧСС = (ЧСС Н − ЧСС П ) ЧСС П × 100% ; %ЧДД = (ЧДД Н − ЧДД П ) ЧДД П × 100% ; %УОК = (УОК Н − УОК П ) УОК П × 100% ; % ДО = ( ДОН − ДО П ) ДО П × 100% ;
%УОК/ %ЧСС; %ДО/ %ЧДД где "п" — является состоянием покоя, фоновым состоянием, "н" — состояние нагрузки .
Автоматически сформулированный вывод об особенностях адаптации системы кислородообеспечения человека к гипоксической нагрузке (подробнее - см. раздел 6.1) записывается в текстовый файл oxigen.dgs и выводится на экран.
97
Выбираем пункт меню — "СРАВН2". - Выполняем действия согласно представляемой в виде бланка инструкции, выбираем соответствующие названия состояний для сравнения, в данном случае "ФОН", "Вело.35%" и "Вело.70%". Расчеты производятся для обследуемого, выбранного в базе данных, фамилия которого выводится в бланк. Результатом работы является автоматически сформулированный вывод об особенностях адаптации системы кислородообеспечения человека к велонагрузке двух уровней (подробнее - см. раздел 6.2), текст которого записывается в файл oxipwr.dgs и выводится на экран. # Расчет параметров ЭКГ и пульсовой волны производится программами “PQRST” и “ПУЛЬС”. Программы работают однотипно. Выбираем интересующую нас пробу или ее 98
фрагмент и вызываем соответствующую программу. Все комплексы (или пульсовые волны) в пробе суммируются, и на экране появляется изображение среднего по пробе комплекса. Элементы комплекса необходимо отметить маркерами. Каждому элементу соответствует свой маркер. Последовательно активируя маркеры, корректируем их положение на кривой. На экран выводится таблица, в которой перечислены все измеряемые точки и внесены результаты измерения - время и амплитуда положения точки (подробнее - см. раздел 4.3.2).
99
