Контроль фізичного стану спортсменів за компонентами респіраторної вологовтрати та експірату

ДРОЗДОВСЬКА СВІТЛАНА БОГДАНІВНА

УДК : 796. 072. 2

КОНТРОЛЬ ФІЗІЧНОГО СТАНУ СПОРТСМЕНІВ ЗА КОМПОНЕНТАМИ РЕСПІРАТОРНОЇ ВОЛОГОВТРАТИ ТА ЕКСПІРАТУ

24.00.01- Олімпійський і професійний спорт

АВТОРЕФЕРАТ

дисертації на здобуття наукового ступеня кандидата наук

з фізичного виховання і спорту

Київ -- 1999

Дисертацією є рукопис

Роботу виконано у Національному університеті фізичного виховання і спорту України, Державний комітет України з фізичної культури і спорту.

Науковий керівник: доктор біологічних наук, професор ЦИРУЛЬНИКОВ ВОЛОДИМИР АНАТОЛІЙОВИЧ, професор кафедри валеології і спортивної медицини Національного університету фізичного виховання і спорту України.

Офіційні опоненти: доктор медичних наук, професор ЗАМОСТЯН ВІТАЛІЙ ПАВЛОВИЧ, завідувач кафедри екології Національного університету “Києво-Могилянська академія”;

доктор медичних наук, професор ВЕРИЧ ГЕОРГІЙ ЄВГЕНОВИЧ, завідувач кафедри фізичної реабілітації Національного університету фізичного виховання і спорту України.

Провідна установа: Інститут фізіології ім. Богомольця Національної Академії Наук України, м. Київ.

Захист відбудеться “21“ жовтня 1999р. о 14 год. 30 хв. на засіданні спеціалізованої вченої ради Д 26.829.01 у Національному університеті фізичного виховання і спорту України (252150, м. Київ-150, вул. Фізкультури, 1).

З дисертацією можна ознайомитися у бібліотеці Національного університету фізичного виховання і спорту України (252150, м. Київ-150, вул. Фізкультури,1).

Автореферат розіслано “17“ вересня 1999 р.

Вчений секретар спеціалізованої вченої ради, доктор педагогічних наукё, професор Л.Я. Іващенко

ЗАГАЛЬНА ХАРАКТЕРИСТИКА РОБОТИ

Актуальність. Сучасна система підготовки спортсменів високого класу характеризується складною побудовою спортивного тренувального процесу, який заснований на чіткій періодизації, використанні варіабельних навантажень, різноманітних засобів і тому потребує постійного контролю функціонального стану спортсменів (В.М. Платонов, 1980, 1984, 1997; В.В.Іванов, 1987). Без оптимального збалансованого контролю за функціональною підготовкою досягти високих результатів, виконавши великі обсяги роботи без втрат для здоров'я неможливо (А.З. Колчинська, 1990, М. Годик ,1993, В.С. Міщенко 1990,1997).

Найчастіше для біохімічного контролю використовують аналіз крові. Але метод отримання зразку крові є травматичним і пов'язаний з можливістю інфікування, що за умов катастрофічно швидкого поширення СНІДу є небезпечним. Тому зростають зацікавленість і потреба у розробці неінвазивних методів діагностики, за допомогою яких можливе отримання інформації про найважливіші показники, не руйнуючи природних барєрів (В.А. Рогозкін,1990; Ю.М. Лопухін,1997). Одним з двох основних шляхів пошуку реалізації цих методів є вибір альтернативного біологічного зразку.

В останні роки почали широко вивчати, в основному у клінічних умовах, якісні та кількісні характеристики експірату - конденсату видихуваного повітря (КВП). Зацікавленість ним пов'язана, перш за все, з його діагностичними можливостями, тому що склад експірату та особливості змін у його складі несуть інформацію про стан альвеолярної поверхні легень, про рівень обмінних процесів в організмі (Н.В. Сиром`ятнікова, В.А. Гончаров, 1987; В.А. Березовський, В.Ю. Горчаков, 1989; В.А. Цирульников, В.Г. Ткачук, 1990; О.М. Поспелов, 1994). З іншого боку, об'єм експірату може бути використаний як прогностичний критерій для оцінки адаптаційних можливостей організму під час фізичних навантажень. Встановлення кількісних характеристик експірату дозволить виявити передпатологічні та патологічні стани серцево- судинної та дихальної систем, оскільки відомо, що систематична робота спортсменів з навантаженнями на межі функціональних можливостей підвищує ймовірність їх розвитку.

Вирішення поставленої задачі пошуку і розробки неінвазивного методу оцінки фізичного стану організму за складом експірату, концентрації в ньому лактату, ЛДГ (лактатдегідрогеназа), глюкози, сечовини повинно сприяти удосконаленню методів контролю у фізичній культурі та спорті.

Зв'язок роботи з науковими програмами, планами, темами. Дисертаційна робота виконана згідно зі зведеним планом НДР Міністерства у справах молоді та спорту на 1991 - 1995 р.р. за темою “Взаємодія сенсорних та вегетативних систем організму спортсмена під час управління тренувальним процесом” (2.3.1.06, № реєстрації 910026119); та за темою “Критерії перенесення фізичних навантажень за даними компонентів експірату і стану сурфактантної системи легень” (2.3.12) зведеного плану НДР у галузі фізичного виховання та спорту на 1998- 2000 р.р.

Метою нашого дослідження було шляхом встановлення особливостей складу експірату у кваліфікованих спортсменів різних видів спорту як показника їх функціонального стану і фізичної активності, обгрунтувати метод визначення величини компонентів загальної фізичної працездатності організму.

Завдання дослідження.

1. Вивчити особливості термінової та кумулятивної адаптації респіраторної вологовтрати до фізичних навантажень різної інтенсивності.

2. Встановити характер змін біохімічного складу КВП (конденсат видихуваного повітря) у спокої та під час фізичних навантажень у осіб, які займаються різними видами спорту.

3. Виявити особливості співвідношення основних показників, функціонального стану організму, зовнішнього дихання, гемодинаміки, респіраторної вологовтрати і складу експірату (вмісту лактату, загальних ліпідів, фосфоліпідів, білків, пірувату) у осіб з різною руховою активністю.

4. На підгрунті отриманих даних розробити неінвазивний метод контролю функціонального стану спортсменів за складом конденсату видихуваного повітря з врахуванням показників дихання.

Наукова новизна одержаних результатів

Вперше встановлена можливість використання кількісних та якісних характеристик респіраторної вологовтрати як критеріїв функціональної підготовки спортсменів. На підставі вивчення їх взаємозв'язків з іншими функціональними показниками розроблено метод неінвазивного контролю за перебігом фізичної підготовки спортсменів та станом їх респіраторної системи.

Вперше в конденсаті видихуваного повітря був досліджений комплекс біохімічних показників, які дозволяють оцінити метаболічні реакції організму на фізичні навантаження (молочна та піровиноградна кислоти, ЛДГ, глюкоза, сечовина, загальний білок, загальні ліпіди). З допомогою математичних методів було встановлено тісний зв'язок нереспіраторних функцій легень з адаптивними реакціями цілого організму на фізичні навантаження.

Перевагами запропонованого методу є атравматичність, можливість отримання інформації про основні біохімічні зміни в організмі без пошкодження шкірних покривів, простота і доступність використання за будь-яких умов та можливість залучення для обстеження будь-якого контингенту.

Практичне значення одержаних результатів. Запропонований метод неінвазивної діагностики стану легень та визначення функціонального стану спортсменів за допомогою вимірювання компонентів респіраторної вологовтрати включає методику збору експірату, аналіз його компонентів та експрес - метод визначення концентрації молочної кислоти у експіраті, з одночасною реєстрацією основних показників серцево-судинної системи.

Аналіз хімічних показників КВП дозволяє на ранніх доклінічних формах виявляти порушення у респіраторних функціях легень у спортсменів.

Розроблено метод контролю загальної фізичної працездатності спортсменів за компонентами респіраторної вологовтрати і впроваджено його в роботу дитячого футбольного клубу “АТЕК” (акт впровадження від 14 липня 1998 р.)

Даний метод впроваджено у навчальний процес у вигляді теоретичних і практичних занять для студентів V курсу Національного університету фізичного виховання і спорту України за фахом “Фізіологія спорту” з метою розширення уявлень студентів про неінвазивні методи діагностики фізичного стану спортсменів (акт впровадження від 4 листопада 1998 р.).

Особистий внесок здобувача. Автор самостійно проводив моделювання навантажень, визначав параметри зовнішнього дихання та гемодинаміки, величину загальної працездатності, здійснював збір експірату та біохімічний аналіз його компонентів в усіх групах обстежуваних спортсменів. В аналізі та інтерпретації результатів обстеження всіх груп провідна роль належить автору. В роботах, виконаних разом з іншими науковцями дисертанту належать результати дослідження респіраторної вологовтрати та складу експірату всіх груп обстежуваних крім контрольної.

Апробація результатів дисертації. Результати досліджень доповідалися та обговорювалися на міжнародному науковому конгресі “ Сучасний олімпійський спорт”, Київ, 1997; на засіданнях та науково - методичних конференціях кафедри медико - біологічних дисциплін НУФВіСУ, на засіданнях відділу патофізіології інституту фізіології ім Богомольця НАН України

Публікації. Результати досліджень викладені у брошурі, матеріалах міжнародного наукового конгресу “Сучасний олімпійський спорт”,1997 р.; у журналі “Теорія і методика фізичного виховання і спорту”; у матеріалах першої та другої всеукраїнських наукових конференцій аспірантів “Молода спортивна наука України”, у збірниках “Педагогіка, психологія та медико-біологічні проблеми фізичного виховання і спорту”. Всього за темою роботи опубліковано 8 робіт, з них 6 самостійних.

Структура та обсяг роботи. Дисертаційну роботу виконано на 160 сторінках друкованого тексту; вона складається з вступу, п'яти розділів, висновків, переліку використаних джерел та 22 додатків. Бібліографія складається з 207 джерел, 61 з яких іноземне. Дисертацію ілюстровано 21 рисунком, результати досліджень представлені у 19 таблицях.

ОСНОВНІ РЕЗУЛЬТАТИ ДОСЛІДЖЕНЬ

Рис.2. Вплив на величину респіраторної вологовтрати в різних умовах кінематичних особливостей виду спорту та величини ХОД

Оцінка фізичної підготовленості спортсменів різних видів спорту за компонентами експірату у стані відносного м`язового спокою та після фізичного навантаження

З метою дослідження вмісту в експіраті чинників, які є показниками стану енергозабезпечуючої функції організму, було вивчено біохімічний склад зразків КВП у осіб, які займаються різними видами спорту та не займаються спортом, у стані спокою. Результати дослідження занесено до таблиці 2.

Наші дослідження підтвердили наявність у конденсаті видихуваного повітря продуктів вуглеводного обміну, які є маркерами анаеробного шляху енергоутворення.

Серед вимірюваних показників переважають показники концентрації молочної кислоти та глюкози. Найбільшим вмістом молочної кислоти у експіраті у стані спокою характеризуються спортсмени циклічних видів спорту. Ця величина на 25% (р 0,05) перевищує аналогічну у осіб, які не займаються спортом. Цій же групі осіб характерна найвища концентрація глюкози та ЛДГ. Очевидно, підвищена концентрація МК у експіраті цих осіб пов'язана з підвищеним рівнем вуглеводного обміну в їх тканинах.

Таблиця 2. Біохімічні складові експірату спортсменів різних видів спорту в стані відносного м'язового спокою (M mt)

* - статистично вірогідна відмінність від контролю

Загального білку у експіраті не знайдено, хоча концентрація такого продукту білкового обміну, як сечовина, достатньо велика. За вмістом у експіраті сечовини групи відрізняються не вірогідно. Концентрація піровиноградної кислоти у зразках дуже мала, тому її визначати не зручно. Вміст у КВП в стані спокою ферменту креатинінфосфокінази нашими дослідами не підтвердився.

З метою встановлення рівня залежності концентрації молочної кислоти у експіраті в стані спокою від виду спорту та концентрації МК в крові було побудовано регресивну модель з високою інформативністю.

Аналіз складових елементів моделі дозволяє стверджувати, що величина МК у експіраті у стані спокою залежить на 60 % від виду спорту і на 25% від вмісту МК у крові. Графічно вплив цих факторів зображено на рис. 3

- особи, які не займаються спортом;

- спортсмени циклічних видів спорту;

- спортсмени ациклічних видів спорту.

Рис.3 Статистичні зв`язки концентрації молочної кислоти у експіраті спортсменів у стані спокою з її вмістом у крові та видом спорту

За деяких умов, зокрема у стані спокою, у всіх обстежуваних спостерігається пряма залежність концентрації МК від її вмісту в крові.

Тенденція зростання рівня молочної кислоти з підвищенням кваліфікації спостерігається у всіх видах спорту, представники яких були обстежені. 30 % ( р 005) становить різниця між концентраціями лактату у спортсменів різних спортивних кваліфікацій циклічних видів спорту анаеробного забезпечення енергією. У ігровиків різниця між групами з різним ступенем кваліфікації становила 7 % (р 0,05).

Вміст глюкози у крові пояснює 48 % розсіювання цього показника у експіраті. Коефіцієнт кореляції між ними дорівнює 0,69. При більшому рівні глюкози у крові обстежувані характеризуються його меншим рівнем у експіраті.

Концентрація молочної кислоти в експіраті після фізичних навантажень в різних групах обстежуваних змінювалася по різному в порівнянні з станом спокою. Після анаеробного навантаження у групі спортсменів циклічних видів спорту вона вірогідно зросла на 43 % (р 0,05), у спортсменів ациклічних видів вона зросла на 4 %, в групі осіб, які не займаються спортом, вона зменшилася на 11 % (р 0,05).У періоді відновлення рівень молочної кислоти прагнув досягнути значень спокою і компенсувати їх, тому величина МК у групі спортсменів циклічних видів лише на 27 % переважала величину у стані спокою, в групі ациклічних видів - на 23 % була нижчою, у контрольній групі - зменшена на 7%.

Після аеробного навантаження лактат у першій групі переважав величину спокою на 27 % (р 0,05), у другій лише на 3 %, у третій був зменшився на 14% (р 0,05).

Після аеробного навантаження у групі спортсменів циклічних видів спорту активність ЛДГ у експіраті зросла на 195 %, в групі спортсменів ациклічних видів спорту на 115 %, у осіб, які не займаються спортом, вона зменшилася на 40%.

Розгляд моделей дозволив припустити, що у стані спокою молочна кислота, яку визначають у експіраті, не пов'язана з тканинними процесами легень, але після фізичного навантаження зв'язок МК з активністю тканинних ферментів ущільнюється, концентрація МК у експіраті стає прямою функцією активності ЛДГ, а, отже, й продуктом гліколізу легеневої тканини.

Це дозволяє стверджувати, що фізичне навантаження поглиблює гіпоксію легеневої тканини, активізує роботу анаеробних систем енергозабезпечення.

До складу всіх моделей входить фактор Х1 (характеристика виду спорту). Очевидно цей фактор обумовлює, або значно впливає на рівень метаболітів у експіраті спортсмена після навантаження. Найбільшу роль він відіграє у моделі, яка описує рівень МК після аеробного навантаження. На концентрацію МК після анаеробного навантаження впливає поєднана дія факторів: вид спорту та кваліфікація спортсмена. Зміна концентрації МК у експіраті буде більшою, якщо спортсмен має більш високий спортивний розряд та займається циклічними видами спорту. Цей регресор пояснює 33 % розсіювання показника.

13 % розсіювання обумовлює величина ХОД після навантаження, що цілком логічно пояснюється, враховуючи, що зі збільшенням ХОД збільшується захоплення та виведення речовин з поверхні альвеол.

Порівняння вмісту молочної кислоти у експіраті та у крові після навантаження дозволило побудувати регресивну модель, яка пояснює їх взаємозв'язок. Кінематична характеристика виду спорту пояснює 23 % розсіювання показника. Концентрація МК у крові обумовлює 7 % розсіювання, а взаємодія обох цих факторів пояснює 14 % розсіювання результатів.

Це свідчить, що у обстежуваних не має прямої кореляції між вмістом МК у крові та експіраті, зв'язок між ними не прямий. Отже збільшення лактату у експіраті після навантаження це не просто результат підвищеної дифузії МК з крові, а результат складної реакції на навантаження нереспіраторних функцій легень.. У спортсменів циклічних видів спорту при збільшенні молочної кислоти у крові до величини 9,96 ммоль/л вона поглинається легенями, а при її значеннях більших за дану величину починається видалення її організму з видихуваним повітрям, тому її концентрація у експіраті зростає.. У контрольній групі зі зростанням лактату у крові до 9.96 ммоль/л рівень його у КВП збільшується, а потім, з подальшим його зростанням у крові, у експіраті він зменшується (рис. 4).

Важливі факти встановлені під час вивчення вмісту у експіраті після аеробного навантаження таких метаболітів, як сечовина та глюкоза (рис.5, 6).

- особи, які не займаються спортом;

- спортсмени циклічних видів спорту;

- спортсмени ациклічних видів спорту

Рис.4. Зв`язок концентрації МК у експіраті після аеробного навантаження з її вмістом у крові та особливостями виду спорту.

Рис.5 Рівень сечовини в експіраті до та після аеробного навантаження.

Рис. 6 Рівень глюкози до та після аеробного навантаження

Регресивні моделі залежності вмісту сечовини у конденсаті видихуваного повітря після аеробного навантаження від їх вмісту у крові та виду спорту свідчать, що рівень сечовини в експіраті на 58 % обумовлений впливом кінематичних особливостей виду спорту (r = 0,77), і на 12 % - вмістом її у крові.. За великих навантажень, коли зростає деструкція білка і збільшується концентрація сечовини у крові в легенях осіб, які адаптовані до тривалих аеробних навантажень, включаються механізми її споживання і перетворення в інші азотовмісні сполуки.

Аналіз моделі, яка описує взаємозв'язок глюкози у крові та експіраті, дозволяє говорити що при зменшенні вмісту глюкози у крові після навантаження її рівень у експіраті збільшується.

Обговорення результатів

Отримані в результаті досліджень дані дозволяють розглядати респіраторну вологовтрату як інтегральний вияв системних та організмових процесів.

Підтверджуючи нашу гіпотезу про те, що респіраторна вологовтрата є виявом адаптаційних можливостей організму, ми отримали дані, які свідчать, що у осіб з підвищеним руховим режимом, які адаптовані до систематичних фізичних навантажень, об'єм конденсату видихуваного повітря та питома вологовтрата у стані спокою є вірогідно більшими, ніж у осіб, які не займаються спортом. Відмінності у величині респіраторної вологовтрати зустрічаються серед спортсменів, які займаються різними видами спорту. Виявилося, що кінематичні характеристики виду спорту впливають на кількісні характеристики вологовидільної функції легень.

У наших дослідженнях було доведено, що адаптація респіраторної вологовтрати до постійних фізичних навантажень виявляється у збільшенні об'єму конденсату після навантаження за рахунок збільшення показників зовнішнього дихання та вентиляції і одночасному зменшенні питомої кількості вологи у видихуваному повітрі.

Встановлена наявність у експіраті метаболітів, які використовуються у спортивній фізіології як маркери визначення певних сторін функціональної підготовленості спортсменів. До них належать молочна кислота, визначення якої займає домінуюче положення у біохімії спорту протягом багатьох років, ПВК, ЛДГ, сечовина та глюкоза.

Фізичне навантаження, яке використовувалось з метою порівняння біохімічних показників у стані спокою та після навантаження, дозволило отримати уявлення про характер метаболічних процесів в організмі. Виявилося, що біохімічний склад конденсату видихуваного повітря після велоергометричного тестування у осіб з різною руховою активністю змінюється по різному.

Отримані нами результати підтверджують теорію Ливчака М.Я., Сімбірцева С.А. (1980) про регуляторну роль легенів у регуляції рівня лактату.