студент ФГБОУ ВО «ОГУ им. »
БИОТЕХНИЧЕСКАЯ СИСТЕМА ЭЛЕКТРОКАРДИОЛОГИЧЕСКОЙ
ОЦЕНКИ ФУНКЦИОНАЛЬНОГО СОСТОЯНИЯ ПЛОВЦОВ
Актуальность
На сегодняшний день количество людей с малыми патологиями сердца увеличилось в разы, но единого стандарта по делению тех или иных отклонений сердечно-сосудистой системы до сих пор не существует. При этом выявленная патология, как правило, не подлежит лечению, а человек, у которого диагностирован один из видов малых патологий, относится к группе условно здоровых. Однако наличие указанных изменений в сердце может привести и к развитию более серьезных нарушений, а что будет в каждом конкретном случае, у каждого конкретного пациента спрогнозировать не может ни один специалист.
Все вышесказанное не могло не коснуться людей связанных со спортом, так как основным звеном, лимитирующим физическую работоспособность спортсмена, является сердечно-сосудистая система (ССС), которая наиболее интегрально отражает функциональные возможности организма. Несмотря на положительное влияние спорта, физические тренировки могут и отрицательно влиять на аппарат кровообращения. Это значит, что адаптационные изменения, возникающие в сердечно-сосудистой системе в процессе физических тренировок, должны находиться под постоянным врачебным контролем, а отклонения в состоянии здоровья и заболевания, возникающие в процессе таких тренировок, должны становиться объектом пристального внимания специалистов для разработки методов ранней диагностики, а так же правильной клинической оценки тех или иных отклонений, выбора рациональных и эффективных мер профилактики и лечения патологического спортивного сердца.
Трудности изучения поражений сердца у спортсменов вызваны тем, что проблемам патофизиологии спорта в течение длительного времени уделялось мало внимания. Даже случаи внезапной смерти спортсменов, к сожалению, не являющиеся редкостью, у нас в стране не подвергались систематическому анализу. На сегодняшний день обязательную диспансеризацию спортсмены должны проходить как минимум 2 раза в год, а профессионалы находятся под постоянным наблюдением врачей.
В спортивной медицине среди методов исследования электрической активности сердечной мышцы электрокардиографии по праву принадлежит центральное место. Число методов, нашедших применение в спортивной кардиологии, чрезвычайно велико и включает в себя практически весь методический арсенал, которым располагает современная кардиология. Но наука не стоит на месте, и существуют специальные электрокардиографы, которые могут вести диагностику во время нагрузки, среди них велоэргометр и специальная беговая дорожка, оборудованная ЭКГ. Данные исследования позволяют не только измерить переносимость физической нагрузки, но и выявить вызванные нагрузкой изменения в работе сердца, которые не проявляются в состоянии покоя. Более того, на сегодняшний день существуют портативные методы снятия ЭКГ, которые позволяют вести наблюдение за спортсменом за пределами диагностических центров и, в частности, во время тренировочных процессов.
К сожалению, такие методы диагностики проблематичны для спортсменов-пловцов с учетом сложности снятия ЭКГ из-за специфического положения тела пловца в водном пространстве, температура которого значительно ниже температуры тела человека. Для решения этой проблемы предлагается разработка биотехнической системы электрокардиологической оценки функционального состояния пловцов с помощью портативного водонепроницаемого кардиографа, связанного с персональным компьютером тренера или врача по беспроводному каналу данных.
Анализ параметров ЭКГ сердца в спокойном состоянии и в состоянии нагрузки
На рисунке 1 представлены кардиограммы спортсменов пловцов Орловской области с синдромом ранней реполяризации желудочков. На данных кардиограммах можно наблюдать отсутствие выраженного зубца S и плавный переход сегмента ST, что в спортивной медицине считается отклонением, но не патологией. В рекомендациях у спортивных врачей нет определенных запретов на допуск спортсмена к соревнованиям, а так же путей лечения данных отклонений.
Рисунок 1 – Кардиограммы спортсменов пловцов Орловской области с синдромом ранней реполяризации желудочков
Признаки ранней реполяризации желудочков, основным наглядным проявлением которых является волна J, представленная на рисунке 2. Данное отклонение не служит причиной отстранения спортсмена от тренировок и соревнований, но граничит по своим показателям с рядом серьезных заболеваний, на что, в свою очередь, следует обратить особое внимание.
Рисунок 2 – ЭКГ-признак ранней реполяризации желудочков
В спортивной медицине признак ранней реполяризации желудочков считается отклонением, но не патологией. В рекомендациях у спортивных врачей нет определенных запретов на допуск спортсмена к соревнованиям, а так же нет путей лечения данного отклонения. При этом оценка изменений, проявляющихся на электрокардиограмме, основана на визуальной оценке положения ST-сегмента, а в качестве критерия выступает его поднятие над уровнем нулевой оси. Трактовка отклонений ориентирована на фиксацию изменения положения S зубца на уровне 0.5 мм, что глазами увидеть практически невозможно. В связи с этим возникла необходимость поиска критериев более точной оценки зафиксированных изменений.
Был проведён математический анализ ЭКГ человека, находящегося в спокойном состоянии и при нагрузке, заключавшийся в построении спектральной характеристики плотности мощности электрокардиографического сигнала и его гистограммы, примеры которых представлены на рисунке 3.
На рисунке 3 а) наблюдается минимальный разброс параметров электрокардиограммы, что связано идентичностью каждого последующего цикла ЭКГ, при этом на гистограмме частость имеет максимальное значение, а количество интервалов минимально, что приводит к визуальному сужению гистограммы. На частотной характеристике преобладают значения низких частот.
На рисунке 3 б) наблюдается существенная вариабельность параметров ЭКГ при этом каждый следующий цикл имеет определённую индивидуальность и не похож на предыдущий, при этом сердце работает на достаточном нагружении. На гистограмме наблюдаются минимальные значения частот при значительном увеличении количества интервалов, визуально такая гистограмма выглядит широкой.
Данный анализ в дальнейшем позволит увидеть изменения на гистограмме, которые связаны со специфическим положением тела, окружающей средой, а так же определенной температуры водной среды. Более того, станет возможным наблюдение за проявлением синдрома ранней реполяризации желудочков во время спортивной тренировки, и вследствие чего предотвращение развития многих патологий на ранних стадиях.
а) б)
Рисунок 3 – Результаты математической обработки ЭКГ, снятых у человека в спокойном состоянии а) и при физическом нагружении б)
Исходя из этого была предложена разработка специализированного технического средства для мониторинга сердечно-сосудистой системы, позволяющего снимать электрокардиограмму в режиме реального времени во время тренировочного процесса, результатом которой является биотехническая система электрокардиологической оценки функционального состояния пловцов (рисунок 4).
1 – блок обработки и передачи информации; 2 – персональный компьютер;
3 – план тренировочных занятий; Т/В – тренер, врач
Рисунок 4 – Структурная схема биотехнической системы электрокардиологической оценки функционального состояния пловцов
В данной БТС представлен блок обработки и передачи информации 1, который представляет собой мобильный электрокардиограф, который отвечает за непосредственное снятия данных и беспроводной канал их передачи, связывающий устройство и персональный компьютер 2 врача или тренера (Т/В). После последующей обработки данных тренер или врач может вносить изменения в план тренировочных занятий 3, что в свою очередь позволяет регулировать нагрузки, предоставлять спортсмену (биологическому объекту) дополнительный отдых, или при наличии существенных изменений, направлять на дополнительную диагностику.
Выводы
Собран статистический материал, показывающий взаимосвязь между рядом патологий сердца и видом физической нагрузки, испытываемой спортсменом, который может быть использован для разработки рекомендаций спортивным врачам по допуску спортсменов к тренировочной и соревновательной деятельности.
Предложенная биотехническая система позволяет тренеру своевременно регламентировать нагрузку во время тренировочного процесса и реализовывать индивидуальный подход к спортсменам с учетом их физиологических особенностей, учитывая приспособленность организмов к факторам окружающей среды, а так же позволяет спортивным врачам своевременно фиксировать изменения в работе сердечно-сосудистой системы, способные привести к развитию различных патологий.
Список используемых источников
Бондарева, медицинских приборов, аппаратов и систем (в курсовом и дипломном проектировании) [Текст]: учебно-методическое пособие для вузов / . – Орел: ОрелГТУ, 2009. – 139 4 Оптическая биомедицинская диагностика [Текст]. В 2 т. Т. 2 / Пер. с англ. под ред. . – М., Физматлит, 2007. – 368 с. Практическая электрокардиография. — 2-е изд., перераб. и доп. — М.: Медицина, 1987. — 336 с.5. ГОСТ 30324.0-95. Изделия медицинские электрические. Часть 1. Общие требования безопасности [Текст]. / М.: Изд-во стандартов, 1995. – 143 с. роектирование устройств первичной обработки электрокардиосигнала для дистанционного мониторинга [Текст] / , . М.: Радио и связь, 1985. – 280 с. Пушкарева, математического моделирования [Текст]. Учебное пособие. СПб: СПбГУ ИТМО, 2008. – 103 с.