Особенности реакции сердечно-сосудистой системы организма человека на погружение в холодную воду

Зимнее плавание отличается экстремальной холодовой нагрузкой, которая может вызывать нарушение дыхания, аритмии, повышение АД (артериального давления) даже у почти здоровых людей. Спортсменам зимнего плавания необходимы дополнительные критерии допуска к тренировкам, оценивающие реакцию сердечно-сосудистой системы (ССС) на холодную воду. Целью исследования было определить риск патологических отклонений у обследованных с различной реактивностью ССС на погружение в холодную воду. Реактивность ССС оценивали посредством пробы холодо-гипоксического воздействия (ХГВ) по разработанному ранее алгоритму. Проанализированы реакция ССС на пробу ХГВ и данные после заплывов в холодной воде. В лаборатории обследованы практически здоровые 255 женщины и 205 мужчин 18–25 лет. ЭКГ регистрировали на кардиоанализаторе «Поли-Спектр-8/Е». Для статистического анализа использовали пакет GraphPad Prism 8 для Windows 10. Установлено: при ХГВ у высокореактивных и реактивных обследованных удлиняется PQ-интервал: в исходном состоянии (ИС) 158 ± 7,2, при ХГВ — 178 ± 9,1(p < 0,01); у испытуемых парадоксального типа при ХГВ на фоне увеличения ЧСС наблюдали увеличение QTc — в ИС 405 ± 7,1, при ХГВ — 420 ± 7,5 (p < 0,05). При ХГВ относительно ИС в среднем АД повышалось — САД на 17,4 ± 4,3 мм рт. ст., ДАД на 12,9 ± 3,1 мм рт. ст. (p < 0,05). При заплывах в холодной воде у адаптированных к холоду пловцов в 50% случаев QTc превышал норму, например, в ИС QTc — 434 ± 24, после заплыва — 492 ± 25 с. После заплыва на 200 м при t = 1,5–2 °C в среднем по группе АД повышалось по сравнению с ИС САД на 16,9 ± 3,1 мм рт. ст., ДАД на 12,3 ± 2,3 мм рт. ст. (p < 0,05). Проанализировав данные, пришли к выводу — на основе пробы ХГВ можно разработать специфические критерии допуска к занятиям холодовым плаванием.

1. Huttunen P, Rintamäki H. Effect of regular winter swimming on the activity of the sympathoadrenal system before and after a single cold water immersion. Int J Circumpolar Health. 2001; 60 (3): 400–6. PMID: 11590880.

2. Vybíral S, Lesná I, Jansky L, Zeman V. Thermoregulation in winter swimmers and physiological significance of human catecholamine thermogenesis. Exp Physiol. 2000; 85 (3): 321– 6. PMID: 10825419.

3. Blondin DP, Tingelstad HC, Mantha OL, Gosselin C, Haman F. Maintaining thermogenesis in cold exposed humans: relying on multiple metabolic pathways. Compr Physiol. 2014; 4 (4): 1383– 402. DOI: 10.1002/cphy.c130043. PMID: 25428848.

4. Søberg S, Löfgren J, Philipsen FE, Jensen M, Hansen AE, Ahrens E, et al. Altered brown fat thermoregulation and enhanced cold-induced thermogenesis in young, healthy, winter-swimming men. Cell Rep Med. 2021; 2 (10): 100408. DOI: 10.1016/j.xcrm.2021.100408. PMID: 34755128. PMCID: PMC8561167.

5. Londin DP, Frisch F, Phoenix S, Guérin B, Turcotte ÉE, Haman F, et al. Inhibition of Intracellular Triglyceride Lipolysis Suppresses Cold-Induced Brown Adipose Tissue Metabolism and Increases Shivering in Humans. Cell Metab. 2017; 25 (2): 438–47. DOI: 10.1016/j.cmet.2016.12.005. Epub 2017 Jan 12. PMID: 28089568.

6. Lundell RV, Räisänen-Sokolowski AK, Wuorimaa TK, Ojanen T, Parkkola KI. Diving in the Arctic: Cold Water Immersion's Effects on Heart Rate Variability in Navy Divers. Front Physiol. 2020; 10: 1600. DOI: 10.3389/fphys.2019.01600. PMID: 32082177. PMCID: PMC7005786.

7. Shattock MJ, Tipton MJ. ‘Autonomic conflict’: A different way to die during cold water immersion? J Physiol. 2012; 590: 32193230. DOI: 10.1113/jphysiol.2012.229864.

8. Tipton MJ, Kelleher PC, Golden FS. Supraventricular arrhythmias following breath-hold submersions in cold water. Undersea Hyperb. Med J Undersea Hyperb Med Soc. 1994; 21: 305–13.

9. Datta A, Tipton M. Respiratory responses to cold water immersion: neural pathways, interactions, and clinical consequences awake and asleep. J Appl Physiol (1985). 2006; 100 (6): 2057–64. DOI: 10.1152/japplphysiol.01201.2005. PMID: 16714416.

10. Knechtle B, Waśkiewicz Z, Sousa CV, Hill L, Nikolaidis PT. Cold water swimming-benefits and risks: a narrative review. Int J Environ Res Public Health. 2020; 17 (23): 8984. DOI: 10.3390/ ijerph17238984. PMID: 33276648. PMCID: PMC7730683.

11. Lundell RV, Ojanen T. A systematic review of HRV during diving in very cold water. Int J Circumpolar Health. 2023; 82 (1): 2203369. DOI: 10.1080/22423982.2023.2203369. PMID: 37079282. PMCID: PMC10120448.

12. Baranova TI, Berlov DN, Glotov AS, Glotov OS, Zavarina LB, Kachanova TA, et al. Some genetic determinants of vascular responses in simulated human diving. Journal of evolutionary biochemistry and physiology. 2019; 55 (3): 231–4. DOI: 10.1134/S0022093019030086.

13. Baranova TI, Podyacheva EYu, Zemlyanukhina TA, Berlov DN, Danilova MM, Glotov OS, et al. Vascular reactions of the diving reflex in men and women carrying different ADRA1A Genotypes. Int J Mol Sci. 2022; 23 (16): 9433. DOI: 10.3390/ijms23169433. PMID: 36012699. PMCID: PMC9409260.

14. Baranova TI, Berlov DN, Glotov OS, Korf EA, Minigalin AD, Mitrofanova AV, et al. Genetic determination of the vascular reactions in humans in response to the diving reflex. Am J Physiol Heart Circ Physiol. 2017; 312: 622–31. DOI: 10.1152/ ajpheart.00080.2016.

15. Haman F, Souza SCS, Castellani JW, Dupuis MP, Friedl KE, Sullivan- Kwantes W, et al. Human vulnerability and variability in the cold: Establishing individual risks for cold weather injuries. Temperature (Austin).2022;9(2):158–95.DOI:10.1080/23328940.2022.2044740. PMID: 36106152. PMCID: PMC9467591.

16. Баранова Т. И., Ноздрачев А. Д., Январева И. Н. Формализация критериев оценки нырятельной реакции и адаптации к холодо-гипокси-гиперкапническому воздействию у человека. Biological Communications. 2005; 2: 107–14.

17. Gooden BA. Why some people do not drown. Hypothermia versus the diving response. Med J Aust. 1992; 157 (9): 629–32. DOI: 10.5694/j.1326-5377.1992.tb137408.x. PMID: 1406426.

18. Malinowski KS, Wierzba TH, Neary JP, Winklewski PJ, Wszędybył- Winklewska M. Resting heart rate affects heart response to cold- water face immersion associated with apnea. Biology (Basel). 2023; 12 (6): 869. DOI: 10.3390/biology12060869. PMID: 37372152. PMCID: PMC10295257.

19. Nordine M, Schwarz A, Bruckstein R, Gunga HC, Opatz O. The human dive reflex during consecutive apnoeas in dry and immersive environments: magnitude and synchronicity. Front Physiol. 2022; 12: 725361. DOI: 10.3389/fphys.2021.725361. PMID: 35058791. PMCID: PMC8764278.

20. Batra AS, Silka MJ. Mechanism of sudden cardiac arrest while swimming in a child with the prolonged QT syndrome. J Pediatr. 2002; 141 (2): 283–4. DOI: 10.1067/mpd.2002.126924. PMID: 12183730.

21. Choi G, Kopplin LJ, Tester DJ, Will ML, Haglund CM, Ackerman MJ. Spectrum and frequency of cardiac channel defects in swimming- triggered arrhythmia syndromes. Circulation. 2004 Oct 12; 110 (15): 2119–24. DOI: 10.1161/01.CIR.0000144471.98080.CA. Epub 2004. PMID: 15466642.

22. McKnight JC, Mulder E, Ruesch A, Kainerstorfer JM, Wu J, Hakimi N, et al. When the human brain goes diving: using near-infrared spectroscopy to measure cerebral and systemic cardiovascular responses to deep, breath-hold diving in elite freedivers. Philos Trans R Soc Lond B Biol Sci. 2021; 376 (1831): 20200349. DOI: 10.1098/rstb.2020.0349. Epub 2021 Jun 28. PMID: 34176327. PMCID: PMC8237162.

23. Bain AR, Drvis I, Dujic Z, MacLeod DB, Ainslie PN. Physiology of static breath holding in elite apneists. Exp Physiol. 2018; 103 (5): 635–51. DOI: 10.1113/EP086269. PMID: 29512224.

24. Godek D, Freeman AM. Physiology, Diving Reflex. StatPearls [Internet]. 2022. Available from: https://www.statpearls.com/point-of-care/20629. PMID: 30855833.

25. Malinowski KS, Wierzba TH, Neary JP, Winklewski PJ, Wszędybył- Winklewska M. Resting heart rate affects heart response to cold- water face immersion associated with apnea. Biology (Basel). 2023; 12 (6): 869. DOI: 10.3390/biology12060869. PMID: 37372152. PMCID: PMC10295257.