Функционирование кардио-респираторной системы юношей – профессиональных спортсменов с учетом метаболизма мышечной ткани
На правах рукописи
Масалов Сергей Валерьевич
Функционирование кардио-респираторной системы юношей – профессиональных спортсменов с учетом метаболизма мышечной ткани
Специальность 03.00.13 – физиология
АВТОРЕФЕРАТ
диссертации на соискание ученой степени
кандидата биологических наук
Майкоп – 2009
Работа выполнена на кафедре анатомии, физиологии и гигиены человека Ставропольского государственного университета
Научный руководитель: доктор медицинских наук, профессор
Бутова Ольга Алексеевна
Официальные оппоненты: доктор биологических наук, профессор
Коновалова Галина Михайловна
доктор биологических наук, профессор
Кондратенко Елена Игоревна
Ведущая организация: Кубанский государственный университет
физической культуры, спорта и туризма
Защита диссертации состоится «10» июля 2009 г. в 10 часов на заседании диссертационного совета Д 212.001.07 в Адыгейском государственном университете по адресу: 385000, Республика Адыгея, г. Майкоп, ул. Первомайская, 208, конференц-зал.
С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Адыгейского государственного университета
Автореферат разослан «9» июня 2009 г.
Ученый секретарь
диссертационного совета
кандидат биологических наук, доцент Н. Н. Хасанова
ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ
Актуальность исследования
Одной из актуальных медико-биологических проблем является оценка функционального состояния систем жизнеобеспечения организма человека в различные периоды онтогенеза. Указанное обусловливает целесообразность теоретической и практической ее разработки, необходимость развертывания соответствующих научных исследований и выработку методических подходов к формированию и сохранению здоровья (Шаханова А.В., Хасанова Н.Н., Чермит К.Д., 2002; Бартош О.П., Соколов А.Я., 2006; Драгич О.А., 2006). Общепризнано, что ведущими критериями здоровья являются физическое развитие и адаптационные возможности организма (Энуаров С.Ф., 1994; Бутова О.А., 1999; Солодков А.С., 2000; Аганянц Е.К., Бердичевская Е.М. и соавт., 2001; Агаджанян Н.А., 2005).
Одной из сфер, в которой активно реализуются молодые люди, является спорт высших достижений. В связи с этим юношеский спорт является объектом пристального внимания биологов и медиков, так как напряженность тренировочной и соревновательной деятельности часто выступает фактором неблагоприятного развития организма (Кучкин С.Н, Бакулин С.А., 2001; Беляев Н.Г., 2002; Волков Н.И., Попов О.П. и соавт., 2005; Высочин Ю.В., Денисенко Ю.П. и соавт., 2005).
В современных условиях возможность эффективного управления подготовкой спортсменов, занимающихся спортом на профессиональном уровне определяется интеграцией различных направлений фундаментальных биологических исследований по изучению механизмов адаптации к физическим нагрузкам с учетом специфических особенностей профессионального спорта (Коновалова Г.М., 2003; Козлов И.М., Самсонова А.В.,2003, Кондратенко Е.И., 2004; Макарова Г.А., Игельник М.Л. и соавт., 2007).
Известно, что занятия различными видами спорта стимулируют адаптационные перестройки управления и функционирования кардио-респираторной системы, обусловленные текущими потребностями организма при выполнении спортивных нагрузок. Напряженная мышечная деятельность также сопровождается значительными метаболическими и гематологическими изменениями. Длительное функционирование организма в подобных условиях может явиться причиной истощения его функциональных резервов, выраженной в состояниях физического перенапряжения и перетренированности. Биохимические показатели позволяют уже на ранней стадии диагностировать признаки переутомления и вносить коррективы в тренировочный процесс, применять необходимые реабилитационные средства (Рогозкин В. А., Назаров И.Б. и соавт., 2000; Беляев Н.Г., 2002). Это вполне закономерно с позиции функциональной системы гомеостаза и достижения полезного приспособительного эффекта за счет взаимодействия совокупности систем организма (Коцарь Ю.А., 1997; Викулов А.Д., Немиров А.Д. и соавт., 2005).
Адаптация к мышечной деятельности является системным ответом организма, направленным на достижение высокой тренированности и минимизацию физиологической «цены». Поскольку, наиболее полное представление об адаптации организма к нагрузке может быть получено при комплексном сопоставлении функциональных и биохимических параметров, постольку оправданным представляется выявление закономерностей взаимодействия физиологических и биохимических параметров в обеспечении специальной подготовленности организма спортсменов, занимающихся спортом на профессиональном уровне.
Работы, раскрывающие особенности адаптации юношеского организма к физическим нагрузкам различной двигательной активности, как правило, носят фрагментарный характер, содержат немало противоречий и спорных вопросов. Появление в последнее время работ по комплексному исследованию процессов адаптации организма к физическим нагрузкам направлено в основном на изучение функциональной активности систем жизнеобеспечения без учета онтогенетических особенностей развития и активности процессов энергообразования в мышечной ткани (Ванюшин Ю.С., 2003; Жужгов А.П., 2003; Казин Э.М., Варич Л.А., 2005).
В соответствии с указанным, закономерности функционирования кардио-респираторной системы и метаболизма мышечной ткани при разнонаправленных внешне средовых воздействиях физических упражнений на юношеский организм изучены не в полной мере. Их изучение является важным условием понимания и регулирования механизмов адаптации человека.
Цель диссертационного исследования
Выявить закономерности функционирования кардио-респираторной системы и особенности метаболизма мышечной ткани у юношей, занимающихся скоростно-силовыми видами спорта и видами спорта с преимущественным проявлением выносливости.
Задачи исследования
1. Оценить механизмы регуляции кардиоритма юношей - спортсменов, занимающихся на профессиональном уровне видами спорта с различными режимами двигательной активности.
2. Выявить резервные возможности респираторной системы юношей – спортсменов высокой квалификации.
3. Установить биохимические изменения в анаэробном энергообеспечении организма профессиональных спортсменов
4. Обосновать степень и характер взаимосвязей параметров кардио-респираторной системы и биохимических показателей крови организма спортсменов с учетом спортивной специализации.
Научная новизна исследования
Доказано, что резервные возможности сердечно-сосудистой системы спортсменов, занимающихся скоростно-силовыми видами спорта, обусловлены сбалансированностью трофо- и эрготропных влияний и высокой степенью внутрисистемного и межсистемного гомеостаза.
Обнаружено, что адаптивные возможности организма спортсменов, занимающихся видами спорта с преимущественным проявлением выносливости, обусловлены трофотропным влиянием при возрастании роли рабочих структур автономного контура в регуляции ритма сердца.
Для юношей, занимающихся скоростно-силовыми видами спорта характерно увеличение значений скоростных и объемных показателей в состоянии физиологического покоя в сравнении с юношами, не занимающимися спортом, при отсутствии достоверных изменений большинства из них после нагрузки. Для юношей, занимающихся видами спорта с преимущественным проявлением выносливости, характерно увеличение резервных возможностей дыхательной системы после нагрузки на фоне максимально высоких показателей в покое.
Выявлено, что гомеостатический диапазон изменений параметров анаэробного энергообразования, при различных двигательных нагрузках, в процессе адаптации в юношеском организме, свидетельствует об изменении механизмов энергообразования. В организме спортсменов скоростно-силовых видов спорта в условиях физиологического покоя, роль гликолитического механизма энергообразования энергии минимальна, при максимальном увеличении показателей после нагрузки. У спортсменов, занимающихся видами спорта, направленными на развитие выносливости, использование этих ресурсов в состоянии физиологического покоя происходит в достоверно большем объеме, причем в ответ на нагрузку происходит усиление гликолиза.
Максимальная активность креатинфосфокиназы и возрастание концентрации креатинина выявляет резервные возможности данного механизма энергообразования у юношей, занимающихся скоростно-силовыми видами спорта, что позволяет рассматривать это как биохимический маркер адаптации в данной группе.
Впервые выявлены корреляционные связи функциональных и биохимических параметров в рамках целостности развития юношеского организма в состоянии физиологического покоя и после нагрузки. В организме спортсменов скоростно-силовых видов спорта, возрастание вагусных влияний на кардиоритм ассоциировано со снижением активности креатинфосфакиназного энергообразования. Выявленные однонаправленные заметные корреляционные связи показателей анаэробного гликолиза с параметрами, отражающими контуры управления кардиоритмом, характеризуют активность звеньев регуляторного механизма у спортсменов, с преимущественным проявлением выносливости.
Теоретическая значимость исследования
Полученные данные расширяют представления о механизмах регуляции сердечно-сосудистой системы у спортсменов разных групп видов спорта, позволяя выявить резервные возможности, тем самым углубляя представления о процессе и характере адаптации человека к внешне средовым воздействиям и воздействиям физических упражнений в частности. Выявленные закономерности взаимодействия параметров кардио-респираторной системы и биохимических показателей крови организма спортсменов позволяют уточнить представления о влиянии деятельности на изменение организма в онтогенезе, сформулировать физиологическую базу совершенствования теории и методики спортивной тренировки, спортивной медицины, спортивной физиологии. Обосновать нормы ответной реакции организма на воздействие разнонаправленных физических упражнений и тем самым приблизиться к пониманию физиологической нормы и предпатологических состояний.
В связи с тем, что процесс адаптации в определенной мере управляем, установленные нами механизмы взаимодействия центрального и эффекторного звеньев функциональной системы помогут приблизиться к решению задачи оптимизации процесса адаптации.
Практическая значимость исследования
Полученные знания, углубляя представления об индивидуальных и типологических особенностях процесса адаптации организма, могут быть эффективно использованы при спортивном отборе и управлении тренировочным процессом, прогнозировании переутомления и перетренировки, разработки мер профилактики и реабилитации в условиях срыва процесса адаптации.
Выявленные особенности взаимодействия между главными звеньями функциональной адаптивной системы в условиях воздействия различных двигательных режимов на юношеский организм открывают возможности управления адаптивным процессом путем влияния на отдельные звенья функциональной системы.
Теоретические положения и выводы настоящей работы используются в учебном процессе медико-биолого-химического факультета Ставропольского государственного университета, при преподавании базовых дисциплин, дисциплин специализации и магистерских курсов. Результаты исследования и рекомендации используются в учебно-тренировочном процессе сборных команд Ставропольского государственного университета по футболу и волейболу, применяются в работе педагогического коллектива общеобразовательной школы №6 Шпаковского района, Ставропольского края и направлены на повышение качества знаний получаемых школьниками, интересы которых связаны с углубленным изучением биологии.
Основные положения, выносимые на защиту:
1. Степень внутрисистемного и межсистемного гомеостаза обусловлена трофотропными механизмами и преобладанием роли центрального контура регуляции сердечного ритма у юношей, занимающихся скоростно-силовыми видами спорта и доминированием автономного контура регуляции у спортсменов, занимающихся видами спорта с преимущественным проявлением выносливости.
2. Различный уровень резервных возможностей респираторной системы характеризуется максимальным увеличением скоростных и объемных показателей в организме спортсменов, занимающихся видами спорта, с преимущественным проявлением выносливости и минимальным увеличением показателей у спортсменов, занимающихся скоростно-силовыми видами спорта, после нагрузки на фоне высоких значений в условиях физиологического покоя.
3. Анаэробное энергообеспечение организма, при занятиях спортом на профессиональном уровне проявляется в различной степени активности креатинфосфакиназного и гликолитического анаэробного механизмов энергообразования. В организме юношей, занимающихся скоростно-силовыми видами спорта, усилена роль и креатинфосфакиназного, и гликолитического, а в организме юношей, занимающихся видами спорта, с преимущественным проявлением выносливости - гликолитического механизмов энергообразования.
4. Характер и степень взаимосвязей параметров кардио-респираторной системы и биохимических показателей анаэробного метаболизма в юношеском организме зависит от спортивной специализации. Смещение механизмов регуляции кардиоритма в сторону автономного контура в организме спортсменов с преимущественным проявлением выносливости, сопряжено с уменьшением количества лактата, в организме спортсменов, занимающихся скоростно-силовыми видами спорта, сопряжено со снижением активности креатинфосфакиназы.
Апробация работы
Основные положения диссертационного исследования представлены на региональных научно-методических конференциях (Ставрополь, 2004-2009 гг.), международной научно–практической конференции «Управление функциональными системами организма» (Ставрополь, 2005 г.), 5-й научно-практической конференции с Международным участием «Достижения фундаментальных наук в решении актуальных проблем медицины» (Астрахань, 2006 г.), на симпозиуме ХХ Съезда физиологов России «Экология и здоровье» (Москва, 2007 г.), Всероссийской научно-практической конференции «Физиология адаптации» (Волгоград, 2008 г.), XVI Международной научной конференции «Циклы природы и общества» (Ставрополь, 2008 г.).
Публикации
По результатам исследований опубликовано 13 работ, в том числе 3 в журналах, рекомендованных ВАК РФ для опубликования результатов кандидатских и докторских диссертаций (личный вклад автора – 85 %).
Структура и объем диссертации
Диссертация изложена на 182 страницах компьютерного текста, содержит 10 таблиц, иллюстрирована 32 рисунками. Работа состоит из введения, 4-х глав, обсуждения полученных результатов, выводов, списка использованной литературы, включающего 220 отечественных и 55 иностранных источников, приложения.
МАТЕРИАЛ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ
Выполненное исследование охватывает ставропольских юношей в возрасте 17-21 год (юношеский период онтогенеза). Из которых, согласно критериям ведущего качества, по проявляемым силе и мощности мышечных сокращений и связанной с ними предельной продолжительности работы, были сформированы три группы:
I группа – юноши практически здоровые, не занимающиеся спортом.
II группа – юноши–спортсмены высокого класса, занимающиеся скоростно-силовыми видами спорта (спринт 200 м, 400 м, 800 м).
III группа – юноши–спортсмены высокого класса, занимающиеся видами спорта с преимущественным проявлением выносливости (легкоатлетический гладкий бег на длинные дистанции – 3000 м, 5000 м, 10000 м).
Выбор групп спортсменов обоснован тем, что по спортивным классификациям это спортсмены циклических видов спорта, но спортсмены второй группы имеют основной скоростно-силовую нагрузку субмаксимальной мощности, а спортсмены третьей группы нагрузку, направленную на развитие выносливости, большой мощности (Фарфель В.С., 1969; Коц Я.М., 1986).
Термин «профессиональные спортсмены» в настоящем исследовании означает - спортсмены, достигшие высокого спортивного результата, и в соответствии с Единой всероссийской спортивной классификацией (2005) являющиеся мастерами спорта международного класса, мастерами спорта и кандидатами в мастера спорта.
Характеристика контингента и методы исследования представлены в табл.1. Группы спортсменов составили юноши, профессионально занимающиеся спортом в среднем 11 лет. Все юноши приняли участие в исследовании на добровольной основе. Для стандартизации условий все исследования проводились в первой половине дня (8-11часов) в теплом помещении (20-22С), в весеннее время года, на протяжении 3-х лет (2005 – 2008 гг.), в фазу второго подготовительного периода тренировок спортсменов, на базе УНЦ «Медицинская биохимия», кафедры анатомии, физиологии и гигиены человека Ставропольского государственного университета.
При анализе ритма сердца были использованы методы вариационной пульсометрии и спектрального анализа с использованием клиноортостатической пробы на диагностическом приборе «Варикард 2.5» производства ООО «Институт Внедрения Новых Медицинских Технологий. Рамена, г. Рязань», с применением специализированного программного обеспечения «Иским-6.1», позволяющего рассчитать до 40 показателей, соответствующих стандартам по измерению (Баевский Р.М., Шлык Н.И., 1996).
Таблица 1
Характеристика контингента, методов и этапов исследования
| Методы | Контингент обследованных | ||
| I | II | III | |
| 1 этап исследования | |||
| 1. Вариационная пульсометрия | 120 | 50 | 45 |
| 2. Спектральный анализ сердечного ритма | 120 | 50 | 45 |
| 3. Измерение артериального давления | 120 | 50 | 45 |
| 2 этап исследования | |||
| 4. Спирография | 120 | 50 | 45 |
| 3 этап исследования | |||
| 5. Биохимическое определение активности КФК, креатинина, ЛДГ, молочной кислоты в сыворотке крови | 15 | 15 | 15 |
Примечание: I – юноши, не занимающиеся спортом, II – юноши-спортсмены, занимающиеся скоростно-силовыми видами спорта, III – юноши-спортсмены, с преимущественным проявлением выносливости.
Исследование респираторной системы и анаэробных механизмов энергообразования проводилось в состоянии физиологического покоя и после выполнения дозированной велоэргометрической нагрузки на велоэргометре марки UT – 7305. Работа заключалась в педалировании ногами со скоростью 60 вращений в минуту, в течение 5 минут, нагрузка при этом составляла 200 Вт и осуществлялась с целью исследования толерантности к физической нагрузке (Корниенко И.А., Сонькин В.Д. и соавт., 1991, 2006; Ванюшин Ю.С., Ситдиков Ф.Г.,1997).
Спирографический метод определения скоростно-объемных показателей дыхательной системы проводился с помощью диагностического компьютерного медицинского прибора «Спирограф СП-3000». В процессе измерения регистрировались 38 параметров, расчет должных величин и их отклонений, а также кривые поток-объем. Расчет должных и измеренных величин, а также отклонений производился по стандартам ECCS (Сильвестров В.П., Бакулин М.П. и соавт., 1990; Савельев Б.П., Ширяева И.С., 2001).
Для изучения метаболизма скелетной мускулатуры и интенсивности углеводного обмена нами использованы биохимические методы определения биологической активности креатинфосфокиназы (КФК, КФ 2.7.3.2) в сыворотке крови человека оптимизированным кинетическим методом (Szasz G., Gruber W., 1976), концентрации креатинина в сыворотке крови человека псевдокинетическим двухточечным методом, основанным на реакции Яффе (Bartels H., et al., 1972), биологической активности лактатдегидрогеназы (ЛДГ, КФ 1.1.1.27) в сыворотке крови человека оптимизированным кинетическим методом (Howell B.F., Mc Cunc S. et al., 1972), концентрации молочной кислоты в сыворотке крови человека энзиматическим колориметрическим методом (Тиц Н., 2003).
Результаты исследования подвергались вариационно-статистической обработке в соответствии с принципами, изложенными в руководстве Лакина Г.Ф. (1990). Вариационные ряды, полученные в эксперименте, были охарактеризованы по следующим показателям: средняя арифметическая величина (М), ошибка средней арифметической величины (м). Учитывая число измерений по таблице t-распределения Стьюдента, определяли вероятность различий (Р).
Таблица 2
Оценка коэффициента корреляции
| Характеристика связи | Прямая | Обратная |
| Связи нет | 0 | 0 |
| Слабая | От 0 до 0,3 | От 0 до -0,3 |
| Заметная | От 0,3 до 0,5 | От -0,3 до -0,5 |
| Выраженная | От 0,5 до 0,7 | От -0,5 до -0,7 |
| Тесная | От 0,7 до 0,9 | От -0,7 до -0,9 |
| Функциональная | +1 | -1 |
В математический анализ были включены 5590 числовых значений, характеризующих вариабельность сердечного ритма, 4300 числовых значений, характеризующих состояние респираторной системы и 360 числовых значений характеризующих анаэробный механизм энергообразования. Для обнаружения взаимозависимости между изучаемыми количественными признаками применялся параметрический корреляционный анализ по Пирсону.
Для оценки степени взаимосвязи между изучаемыми признаками вычислялся коэффициент корреляции (r). Корреляция характеризовалась по направлению и силе (табл. 2).
Неслучайность отличий коэффициента корреляций проверялась по стандартным таблицам критических величин (Мюллер П. и соавт., 1982).
Статистическая и биометрическая обработка материала осуществлена на кафедре анатомии, физиологии и гигиены человека Ставропольского государственного университета при помощи пакета анализа Microsoft Office Excel 2003 и STATISTIKA 6.0.
РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЯ И ИХ ОБСУЖДЕНИЕ
В ходе анализа данных вариабельности сердечного ритма выявлено, что в юношеском периоде онтогенеза профессиональный спорт существенно влияет на формирование адекватного испытываемым нагрузкам механизма регуляции кардиоритма.
Усиление гуморального канала и эрготропных влияний в регуляции ритма сердца, в большей степени характерно для юношеского организма, не занимающегося спортом. Это подтверждается максимальными показателями моды (Мо) при достоверно минимальных показателях среднего квадратического отклонения (СКО) и вариационного размаха (Х) в покое и максимальные Мо и амплитуды моды (АМо), при достоверно минимальных СКО и Х после клиноортостатической пробы (КОП) (табл. 3).
Сбалансированность трофо- и эрготропных влияний сопровождает скоростно-силовые нагрузки, что выражается достоверным увеличением показателей СКО и Х, при достоверно низком значении Мо и ИН, в сравнении с контрольной группой, в состоянии физиологического покоя и уменьшении величины Х и Мо после проведения КОП.
Трофотропность сопровождает нагрузки на выносливость, что подтверждается достоверно высоким показателем Х (максимальный из всех трех групп) при достоверно низких показателях Мо, АМо и ИН, в сравнении с контрольной группой, в условиях физиологического покоя и после физической нагрузки, и минимизацией влияния симпатической вегетативной нервной системы на ритм сердца после проведения КОП, что выражено в минимальном из всех групп уменьшении СКО (с 66,28±2,4 мсек до 54,05±2,3 мсек), при достоверном увеличении ИН (до 121,28±8,5 усл.ед.) и недостоверном АМо (до 36,0±0,4%).
Таблица 3
Показатели вариационных пульсограмм в клиноположении и ортостазе в исследуемых группах
| 1 группа | ||||||||
| САД(мм.рт.ст) | ДАД(мм.рт.ст) | ЧСС | ИН (усл. ед.) | Мо (мс) | АМо (%) | СКО (мс) | Х (мс) | |
| Клиноположение | 111,0 ± 1,2 | 69,0 ± 1,3 | 79,07±1,8 | 144,23±5,6 | 909,5±24,3 | 37,8±0,9 | 58,15±5,3 | 301,41±21,6 |
| Ортостаз | 121,0±2,1 | 78 ±1,6 | 110,5±2,1 | 272,19±9,3 | 787,5±18,5 | 39,8±1,2 | 43,58±4,3 | 221,73±18,6 |
| Р | <0,001 | <0,001 | <0,001 | <0,001 | <0,001 | <0,05 | <0,001 | <0,001 |
| 2 группа | ||||||||
| Клиноположение | 109,0±1,6 | 67,6 ± 1,5 | 73,43±1,9 | 123,94±4,8 | 828,2±21,3 | 38,2±0,8 | 67,17±3,3 | 361,54±23,6 |
| Ортостаз | 120,0±2,4 | 70,5±1,5 | 85,65±1,7 | 170,9±8,9 | 700,58±17,9 | 38,9±0,9 | 51,62±2,5 | 283,16±17,4 |
| Р | <0,001 | <0,001 | <0,001 | <0,001 | <0,001 | >0,10 | <0,001 | <0,001 |
| Р1 | <0,001 | <0,001 | <0,001 | <0,001 | <0,001 | >0,10 | <0,001 | <0,001 |
| Р2 | >0,10 | <0,001 | <0,001 | <0,001 | <0,001 | >0,10 | <0,001 | <0,001 |
| 3 группа | ||||||||
| Клиноположение | 107,0±1,2 | 65,6 ± 1,5 | 66,65±1,6 | 70,23±3,6 | 763,4±18,6 | 35,7±0,5 | 66,28±2,4 | 432,33±22,4 |
| Ортостаз | 115,0±2,4 | 70,5±0,9 | 81,6±1,9 | 121,28±8,5 | 647,261±15,3 | 36,0±0,4 | 54,05±2,3 | 340,26±19,2 |
| Р | <0,001 | <0,001 | <0,001 | <0,001 | <0,001 | >0,10 | <0,001 | <0,001 |
| Р3 | <0,001 | <0,001 | <0,001 | <0,001 | <0,001 | <0,05 | <0,001 | <0,001 |
| Р4 | <0,001 | <0,001 | <0,001 | <0,001 | <0,001 | <0,001 | <0,001 | <0,001 |
| Р5 | <0,001 | <0,001 | <0,001 | <0,001 | <0,001 | <0,001 | >0,10 | <0,001 |
| Р6 | <0,001 | >0,10 | <0,001 | <0,001 | <0,001 | <0,05 | >0,10 | <0,005 |
Примечание: Р - достоверность различий в клиноположении и ортостазе у юношей одной группы; Р1 - достоверность различий показателей в клиноположении 1 и 2 групп; Р2 - достоверность различий показателей в ортостазе 1 и 2 групп; Р3 - достоверность различий показателей в клиноположении 1 и 3 групп; Р4 - достоверность различий показателей в ортостазе 1 и 3 групп; Р5 - достоверность различий показателей в клиноположении 2 и 3 групп; Р6 - достоверность различий показателей в ортостазе 2 и 3 групп.
Таким образом, анализ функциональных особенностей сердечно-сосудистой системы (ССС) организма спортсменов высокой квалификации, занимающихся с различной двигательной активностью, выявил специфические черты показателей сердечного ритма, свидетельствующие о «емкости» резервных возможностей сердечно-сосудистой системы, зависящей от специфики видов спорта.
Индивидуальный анализ вегетативной реактивности, означающей немедленную перестройку периферических аппаратов сердечно-сосудистой системы, при выполнении клиноортостатической пробы, выявил, что максимально большими адаптивными возможностями характеризуется сердечно-сосудистая система спортсменов, занимающихся скоростно-силовыми видами спорта, более половины которых (52 %) выявили оптимальную степень уравновешенности симпатического и парасимпатического отделов ВНС (рис.1).
Рис.1. Варианты вегетативной реактивности юношей исследуемых групп
Примечание: С- симпатитикотонический, Г- гиперсимпатикотонический, А- асимпатикотонический.
Снижением адаптивных возможностей ССС характеризуются около трети (27 %) юношей, не занимающихся спортом. При этом юноши, занимающиеся видами спорта с преимущественным проявлением выносливости, с позиции оценки резервных возможностей ССС занимают промежуточное положение.
Можно высказать гипотезу о том, что в юношеском периоде онтогенеза профессиональный спорт существенно влияет на формирование адекватного испытываемым нагрузкам механизма регуляции кардиоритма. Трофотропность сопровождает нагрузки на выносливость, а сбалансированность трофо- и эрготропных влияний сопровождает скоростно-силовые нагрузки.
На основании спектрального анализа данных вариабельности сердечного ритма, полагаем, что в организме юношей, не занимающихся спортом, доминирует роль центрального контура регуляции, о чем свидетельствуют достоверно высокие показатели очень низкочастотных волн (Very Low Frequency - VLF) при достоверно высоких показателях волн низкой частоты (Low Frequency - LF), максимальных из всех трех групп.
В организме профессиональных спортсменов, занимающихся скоростно-силовыми видами спорта и видами спорта с преимущественным проявлением выносливости, в спектральной плотности мощности колебаний возрастает роль автономного контура регуляции, о чем свидетельствуют достоверно высокие показатели волн высокой частоты (High Frequency - HF) в обеих группах при достоверно меньших значениях величин LF и VLF, в сравнении с группой контроля (рис.2).
а б
Рис. 2. Распределение мощности волн различной частоты в клиноположении (а) и ортостазе (б), мс2
Примечание: HF – волны высокой частоты, 0,40-0,15 Гц, LF – волны низкой частоты, 0,15-0,04Гц, VLF – волны очень низкой частоты, 0,04-0,0033Гц.
В мобилизации резервных возможностей организма профессиональных спортсменов лежат принципиально различные регуляторные механизмы, что указывает на различные эффекты адаптации.
В организме спортсменов, занимающихся скоростно-силовыми видами спорта, выявлена большая степень внутрисистемного и межсистемного гомеостаза, что связано с возрастанием роли центрального контура в регуляции кардиоритма и выражено увеличением показателя Very Low Frequency.
При этом в организме спортсменов, занимающихся с преимущественным проявлением выносливости, формирование адаптивной реакции сердечно-сосудистой системы осуществляется с помощью синусового узла и ядер n. vagus, возрастает роль рабочих структур автономного контура, что выражено в уменьшении значений LF и VLF.
Одним из важнейших процессов, направленных на удовлетворение кислородного запроса организма при мышечной деятельности, является внешнее дыхание, которое можно причислить к факторам, лимитирующим возможность достижения высоких спортивных результатов. Дыхательная система приспосабливает обмен газов к широкому спектру разнообразных обстоятельств – от состояния покоя до тяжелой физической нагрузки. В условиях последней, когда требуется повышение потребления кислорода и выделение углекислого газа, необходима большая эффективность газообмена и вентиляции (Сафонов В.А., Тарасова Н.Н., 2006).
Отсутствие достоверных отличий в относительных (антропометрических) показателях, зависящих от роста, массы тела и возраста, во всех трех группах, позволяет нам проводить сравнения абсолютных полученных показателей (Бартош О.П. 2006; Шишкин Г.С., Устюжанинова Н.В., 2006).
При анализе возможностей дыхательной мускулатуры (ПОСвд, ПОСвыд) мы получили данные, свидетельствующие о том, что в группах спортсменов (2 группа- 4,36±0,39л/с и 6,41±0,32л/с, 3 группа- 5,24±0,21л/с и 7,44±0,43л/с соответственно) функциональный резерв гораздо выше, чем у юношей, не занимающихся спортом (4,0± 0,19л/с и 5,27± 0,09л/с) (рис. 3).
Если же сравнить группы спортсменов, то данные, полученные до и после физической нагрузки, свидетельствуют о большей резервной возможности респираторной системы спортсменов, занимающихся видами спорта, с преимущественным проявлением выносливости, что, как нам кажется, является результатом постоянной работы организма в условиях аэробной нагрузки.
В группах спортсменов показатели, полученные в состоянии физиологического покоя, свидетельствуют о более высокой адаптации их респираторной системы к постоянным физическим нагрузкам, что особенно выражено в группе спортсменов занимающихся видами спорта, с преимущественным проявлением выносливости. Об этом свидетельствуют увеличение показателей форсированной жизненной емкости легких (на 0,54л) и объемных скоростей на разных уровнях бронхиальной проходимости МОС 25%, МОС 50% и МОС 75% (на 1,0л/с, 1,04л/с и 0,1л/с).
Различная степень увеличения показателей после проведенной нагрузки выявила в организме спортсменов скоростно-силовых видов спорта отсутствие достоверных изменений большинства показателей после нагрузки, что, по-видимому, объяснимо высоким уровнем «кислородного долга», позволяющим восстанавливать метаболизм организма длительное время, не прибегая к гипервентиляции.
Организм спортсменов, занимающихся видами спорта с преимущественным проявлением выносливости, характеризуется увеличением резервной возможности респираторной системы, что является результатом постоянной работы в условиях аэробной нагрузки.
Основываясь на полученных данных емкостных и мощностных показателей анаэробного энергообразования, можно заключить, что организм спортсмена в процессе долговременных физических тренировок изменяет механизмы энергообразования на уровень адекватный физическим нагрузкам, причем эти изменения связаны со специализацией в различных видах спорта.
Рис. 3. Скоростно-объемные показатели состояния респираторной системы до и после велоэргометрической нагрузки
Примечание: ПОСвыд- пиковая объемная скорость выдоха, МОС 25%- максимальная объёмная скорость после выдоха 25% ФЖЕЛ, МОС 50% - максимальная объёмная скорость после выдоха 50% ФЖЕЛ, МОС 75%- максимальная объёмная скорость после выдоха 75% ФЖЕЛ, ФЖЕЛ- форсированная жизненная емкость легких, ПОСвд – пиковая объемная скорость вдоха.
С учетом данных о механизмах анаэробного энергообразования в юношеском периоде онтогенеза на модели нагрузок субмаксимальной мощности получены сведения, указывающие на различную степень активности креатинфосфакиназной реакции и анаэробного гликолиза.
Юноши 1 группы в условиях физиологического покоя характеризуются неэкономичным способом достижения адаптации и снижением функциональных резервов анаэробного механизма энергообразования, что подтверждает максимально задействованный механизм анаэробного гликолиза (ЛДГ- 436,55±9,6u/л, лактат- 1,85±0,13ммоль/л) и существенно сниженная, относительно групп спортсменов, метаболическая активность креатинфосфокиназы (121,28±5,3u/л) (рис. 4).
При выполнении дозированной нагрузки у юношей, не занимающихся спортом, активность изучаемых двух процессов энергообразования минимальна (рис. 5).
Спортсмены, занимающиеся скоростно-силовыми видами спорта, характеризуются мобильностью систем адаптации и функциональными резервами. Так, в условиях относительного покоя минимизирована активность анаэробного гликолитического энергообразования (ЛДГ- 363,74±7,9u/л, лактат- 1,09±0,08ммоль/л) и максимальна метаболическая роль КФК (159,77±6,8u/л). После выполнения нагрузки при сохранении высокой активности креатинфосфатного механизма активируется и анаэробный гликолиз. Динамика возрастания активности креатинфосфокиназы и концентрации креатинина выявляет резервные возможности данного механизма энергообразования в значительно большей степени, чем у спортсменов, занимающихся видами спорта с преимущественным проявлением выносливости, что позволяет рассматривать это как биохимический маркер адаптации в данной группе.
Рис. 4. Уровень активности креатинфосфокиназы и концентрации креатинина в покое и после нагрузки во всех трех группах
Примечание: * - достоверность различий в покое и после нагрузки у юношей одной группы Р < 0,001, Ф.Н. – диапазон физиологической нормы.
Из всех трех групп сбалансированными представляются процессы энергообразования в организме спортсменов, занимающихся видами спорта с преимущественным проявлением выносливости. Об этом свидетельствуют средние значения показателей креатинфосфакиназного (КФК- 136,65±5,1u/л, креатинин- 112,6±3,1мкмоль/л) и анаэробно-гликолитического энергообразования (ЛДГ- 401,6±6,8u/л, лактат- 1,56±0,08ммоль/л), как в покое, так и после нагрузки. А достоверное увеличение показателей лактатдегидрогеназы (до 572,2±7,4u/л) и лактата (до 5,27±0,21ммоль/л) после нагрузки указывает на усиление механизма анаэробного гликолиза при получении энергии анаэробным путем.
Определение функциональных возможностей одной из систем не дает полного представления о механизмах обеспечения оптимального уровня функционирования организма (Волков Н.И., Попов О.П., 2005). Поэтому именно комплексная оценка эффективности функций кардио-респираторной системы и метаболизма мышечной ткани, приведенная в исследованиях, дает более полную картину о физиологических механизмах адаптации организма к высоким физическим нагрузкам.
Рис. 5. Уровень активности лактатдегидрогеназы и концентрации лактата в покое и после нагрузки во всех трех группах
Примечание: * - достоверность различий в покое и после нагрузки у юношей одной группы Р < 0,001, Ф.Н. – диапазон физиологической нормы.
Одной из актуальных проблем биомедицинской науки о человеке является установление функционального смысла связей признаков различных систем в рамках целостности организма человека. По мнению Агаджаняна Н.А. (2005), характер связей и степень выраженности будут зависеть от состояния организма человека.
У юношей, не занимающихся спортом, выявлены три наиболее значимые заметные разнонаправленные связи: две отрицательные связи признаков кардиореспираторной системы и одна положительная связь между параметрами дыхательной системы и ферментом гликолиза.
С возрастанием жизненной емкости легкого снижается роль автономного контура регуляции кардиоритма и значимость вагусных влияний.
При этом увеличение энергообразования организма при помощи анаэробного гликолиза приводит к повышению вентиляции легкого, вследствие увеличения пикового потока выдоха.
У спортсменов, занимающихся скоростно-силовыми видами спорта, обнаружено пять заметных и выраженных связей: две отрицательные заметные связи признаков дыхательной и сердечно-сосудистой системы и три разнонаправленные связи параметров вариабельности сердечного ритма с показателями метаболизма мышечной ткани.
С увеличением проходимости мелких бронхов возрастает активность симпатического отдела вегетативной нервной системы в регуляции ритма сердца, а с увеличением мобилизируемого объема легкого снижается высокочастотная составляющая суммарной мощности спектра сердечного ритма, характеризующая влияние автономного контура регуляции кардиоритма. При анализе связей признаков вариабельности сердечного ритма и биохимических параметров метаболизма мышечной ткани обнаружены прямые выраженные связи величины артериального давления с уровнем креатинина и лактатдегидрогеназы.
Обратная выраженная связь установлена между высокочастотной составляющей спектрального анализа ритма сердца и уровнем креатинфосфокиназы (рис. 6).
Рис. 6. Наиболее значимые корреляционные связи по Пирсону между функциональными и биохимическими показателями у юношей
В организме спортсменов, занимающихся видами спорта с преимущественным проявлением выносливости, выявлено семь заметных и выраженных связей признаков дыхательной, сердечно-сосудистой систем и изучаемых метаболических параметров.
В рамках кардиореспираторной системы возрастание мобилизуемого объема легкого и проходимости мелких бронхов сопряжено с возрастанием активности симпатического отдела вегетативной нервной системы в регуляции кардиоритма. Однако возрастание жизненной емкости легких ассоциировано с повышением мощности креатинфосфатного процесса энергообразования.
Интересными, на наш взгляд, являются установленные связи признаков вариационной пульсометрии и метаболических параметров.
Так, смещение механизмов регуляции кардиоритма в сторону автономного контура сопряжено с уменьшением количества лактата, а при преобладании в регуляции ритма сердца церебральных эрготропных влияний снижается активность фермента углеводного обмена.
Возрастание частоты сердечных сокращений приводит к снижению интенсивности гликолитического процесса энергообразования.
Можно полагать, что в основе адаптивных перестроек на биохимическом уровне в организме спортсменов скоростно-силовых видов спорта задействованы энзимные компоненты и гликолитического, и креатинфосфатного путей энергообразования.
В организме спортсменов видов спорта, направленных на развитие выносливости, более значим в плане адаптивных возможностей субстратный компонент гликолиза.
Опираясь на существующие представления о том, что адаптивные возможности в значительной мере обусловлены взаимосвязью признаков систем жизнеобеспечения, полагаем, что более адаптирован организм профессиональных спортсменов, а при этом большими резервными возможностями характеризуются спортсмены, занимающиеся спортом, С преимущественным проявлением выносливости.
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
В ходе комплексного физиолого-биохимического исследования установлены онтогенетические особенности механизмов регуляции кардиоритма, адаптивных перестроек системы дыхания и метаболических процессов скелетной мускулатуры в организме юношей, не занимающихся спортом и юношей – профессиональных спортсменов.
Для юношей, не занимающихся спортом, характерно снижение адаптивных возможностей сердечно-сосудистой системы на фоне усиления гуморального канала и эрготропных влияний в регуляции ритма сердца в состоянии физиологического покоя и усиление централизации управления сердечным ритмом при выполнении нагрузок. Значения показателей респираторной системы укладываются в диапазон общепринятых нормальных значений, но не имеют резерва обеспечения организма кислородом при физической нагрузке. Юноши этой группы характеризуются снижением функциональных резервов анаэробного механизма энергообразования.
Юноши, занимающиеся скоростно-силовыми видами спорта, обладают максимально большими адаптивными возможностями сердечно-сосудистой системы, что выражено в сбалансированности трофо- и эрготропных влияний при высокой степени внутрисистемного и межсистемного гомеостаза. Высокие значения показателей в состоянии физиологического покоя при отсутствии достоверных изменений большинства из них после нагрузки свидетельствуют о наличии адаптивных изменений респираторной системы в данной группе. А максимальное увеличение емкости и мощности анаэробных механизмов энергообразования характеризует мобильность систем адаптации и резервы функциональных возможностей организма.
Сердечно-сосудистая система юношей, занимающихся видами спорта с преимущественным проявлением выносливости, характеризуется значительными адаптивными возможностями, трофотропным влиянием при возрастании роли рабочих структур автономного контура в регуляции ритма сердца. Для юношей этой группы свойственно увеличение резервной возможности респираторной системы и сбалансированность механизмов анаэробного энергообразования.
Научный анализ, представленный на страницах автореферата, наглядно демонстрирует, что более значимы межсистемные связи в организме профессиональных спортсменов, при этом большими резервными возможностями характеризуются юноши, занимающиеся видами спорта, с преимущественным проявлением выносливости.
Значимыми в практическом плане являются результаты, выявившие, что спортивная специализация влияет на выбор адекватного механизма анаэробного энергообразования. Так, в организме спортсменов, занимающихся скоростно-силовыми видами спорта усилена роль креатинфосфакиназного механизма энергообразования, а в организме спортсменов, занимающихся видами спорта, с преимущественным проявлением выносливости, гликолитического.
Поскольку процесс адаптации в определенной мере управляем, полагаем, что результаты настоящего исследования могут быть использованы с целью коррекции адаптивных реакций профессиональных спортсменов.
ВЫВОДЫ
1. Комплексное изучение адаптивного процесса юношей, профессионально занимающихся видами спорта с различными режимами двигательной активности, значимо с позиции выявления резервных возможностей и закономерностей взаимодействия центрального и эффекторного звеньев функциональной системы.
2. В механизме регуляции кардиоритма юношей – профессиональных спортсменов, занимающихся скоростно-силовыми видами спорта, выявлено преобладание трофотропных влияний и возрастание роли автономного контура в состоянии физиологического покоя при снижении роли вагусных влияний и возрастании роли центрального контура регуляции в ответ на проведение ортостатической пробы.
3. Установлено, что в механизме регуляции кардиоритма юношей – профессиональных спортсменов, занимающихся видами спорта с преимущественным проявлением выносливости, доминирует автономный контур регуляции. Трофотропные влияния характеризуют работу сердца в клиноположении, при выполнении ортостатической пробы выявлена симпатическая модуляция.
4. Резервные возможности респираторной системы юношей, занимающихся скоростно-силовыми видами спорта, характеризуются увеличением значений скоростных на 1,69 л/с и объемных на 0,66 л показателей в состоянии физиологического покоя в сравнении с юношами, не занимающимися спортом, при отсутствии достоверных изменений большинства из них после нагрузки.
5. Резервные возможности респираторной системы спортсменов, занимающихся видами спорта с преимущественным проявлением выносливости, выражаются в максимально высоких значениях показателей в состоянии покоя при максимальном увеличении объемных показателей после дозированной нагрузки на 0,54 л и скоростных показателей на 0,81 л/с в сравнении с юношами, занимающимися скоростно-силовыми видами спорта.
6. Установлено, что в условиях физиологического покоя в организме спортсменов, занимающихся скоростно-силовыми видами спорта, снижена активность анаэробного гликолитического механизма энергообразования при возрастании метаболической роли креатинфосфокиназы. После нагрузки на фоне сохранения высокой активности креатинфосфакиназного механизма, активируется и анаэробный гликолиз.
7. Выявлено, что в организме юношей, занимающихся видами спорта, с преимущественным проявлением выносливости, активность креатинфосфакиназного и гликолитического механизмов энергообразования как в условиях физиологического покоя, так и после физической нагрузки занимает промежуточное положение между активностью этих механизмов в организме юношей двух других групп.
8. Установлено, в организме спортсменов, занимающихся скоростно-силовыми видами спорта, что увеличение вагусных влияний на кардиоритм ассоциировано со снижением активности креатинфосфакиназного механизма энергообразования (r=-0,52). Повышение величины систолического артериального давления сопряжено с увеличением активности лактатдегидрогеназы (r= 0,55).
9. Обнаружено, в организме спортсменов видов спорта с преимущественным проявлением выносливости, что увеличение высокочастотной составляющей спектра кардиоритма приводит к снижению уровня лактата (r=-0,51), а возрастание очень низкочастотной составляющей ассоциировано со снижением активности лактатдегидрогеназы (r=-0,48).
СПИСОК РАБОТ, ОПУБЛИКОВАННЫХ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ
Статьи в журналах, рекомендованных ВАК РФ
- Масалов, С.В. Активность лактатдегидрогеназы как показатель метаболизма мышечной ткани у спортсменов высокой квалификации / О.А. Бутова, С.В. Масалов // Физиология человека. – 2009. – Т. 35. – №1. – С. 141-144. (0,25 п/л., личный вклад 50%)
- Масалов, С.В. Спектральный анализ вариабельности сердечного ритма спортсменов-профессионалов динамических видов спорта / О.А. Бутова, С.В. Масалов, А.Э. Табулов // Вестник восстановительной медицины. – 2008. – №6 (28). – С. 86-89. (0,25 п/л., личный вклад 30%)
- Масалов, С.В. Функциональное состояние респираторной системы спортсменов с различной тренировочной активностью / О.А. Бутова, С.В. Масалов // Вестник РУДН серия «Медицина». – М. – 2008. – №6. – С. 119-122. (0,25 п/л., личный вклад 50%)
Статьи, опубликованные в других изданиях
- Масалов, С.В. Особенности вариабельности ритма сердца гимнастов и легкоатлетов высокой квалификации в условиях Ставропольского региона / С.В. Масалов, Л.Д. Цатурян, О.А. Бутова // «Достижения фундаментальных наук в решении актуальных проблем медицины» Материалы 5-й научно-практической конференции с международным участием. – Астрахань-Волгоград-Москва: Изд-во АГМА, 2006. – С. 312-313. (0,15 п/л., личный вклад 30%).
- Масалов, С.В. Морфологический статус и особенности типологии девушек - спортсменок высокого класса / С.В. Масалов, О.А. Бутова, Л.В. Твердякова // «Управление функциональными системами организма»: материалы Международной научно – практической интернет-конференции.- Ставрополь: «Агрус», 2006. – С.126-129. (0,20 п/л., личный вклад 50%).
- Масалов, С.В. Количественная оценка частотной составляющей колебаний ритма сердца юношеского организма / Л.Д., Цатурян Л.В.Твердякова,С.В. Масалов, А.В. Фогель, А.А.Шевякова // Астраханский медицинский журнал.- Изд-во Астраханской государственной медицинской академии, 2007. – Т.2. –№.2. – С. 201-202. (0,15 п/л., личный вклад 20%).
- Масалов, С.В. Конституциональный и биохимический аспекты здоровья юношей Северного Кавказа / О.А.Бутова, С.В. Масалов, А.В.Фогель, А.Э. Табулов // «Экология и здоровье»: материалы сателлитного симпозиума ХХ съезда физиологов России.- М.: РУДН, 2007. – С. 24-26. (0,20 п/л., личный вклад 25%).
- Масалов, С.В. Влияние профессионального спорта на функционирование кардио-респираторной системы юношей / С.В. Масалов // «Физиологические проблемы адаптации»: Сборник научных статей. – Ставрополь: Изд-во СГУ, 2008. – С. 123-125. (0,20 п/л., личный вклад 100%).
- Масалов, С.В. Эффективность адаптации в профессиональном спорте / О.А. Бутова, А.Э. Табулов, С.В. Масалов // «Научные труды II съезда физиологов СНГ». Москва – Кишинэу: Изд-во «Медицина и здоровье», 2008. – С.275. (0,04 п/л., личный вклад 40%).
- Масалов, С.В. Степень напряжения механизмов регуляции кардиоритма профессиональных спортсменов с различной двигательной активностью / О.А.Бутова, С.В. Масалов, А.Э. Табулов // «Физиология адаптации»: материалы 1-й Всероссийской научно-практической конференции, г. Волгоград, 7-10 октября 2008. – Волгоград: Волгоградское научное издательство, 2008. – С. 339-342. (0,25 п/л., личный вклад 40%).
- Масалов, С.В. Многопараметрическая оценка кардио-респираторной системы юношей, занимающихся циклическими видами спорта / С.В. Масалов// «Циклы природы и общества» Материалы XVI Международной научной конференции. Ставрополь, 2008. – С. 166-168. (0,20 п/л., личный вклад 100%).
- Масалов, С.В. Морфологические аспекты адаптации юношей спортсменов / О.А. Бутова, А.Э. Табулов, С.В. Масалов // Физическая культура, спорт – наука и практика. – №1. – 2009. – С. 59-62. (0,25 п/л., личный вклад 30%).
- Масалов, С.В. Активность лактатдегидрогеназы и креатинфосфокиназы в сыворотке крови как показатель метаболизма мышечной ткани у спортсменов высокой квалификации / Л.А. Эльмесова, Р. И. Саламова, Т.П. Бондарь, С.В. Масалов // Фундаментальные исследования в биологии и медицине. Сборник научных трудов.- Ставрополь, 2009. – С. 186-189. (0,25п/л., личный вклад 20%).
