Типы физиологическом реактивности кардиореспираторной системы спортсменов различной специализации в условиях гипоксии нагрузки

Размещено на http://www.allbest.ru/

Типы физиологическом реактивности кардиореспираторной системы спортсменов различной специализации в условиях гипоксии нагрузки

Лысенко Е.Н.

У спортсменов (бегунов на 100, 800 и 5000 м) проанализированы особенности физиологической реактивности на сдвиги дыхательного гомеостазиса, отражающие различную направленность долговременной адаптации (спортивной тренировки) и особенности мобилизации аэробных и анаэробных механизмов энергообеспечения при физических нагрузках.

Ключевые слова: физиологическая реактивность, кардиореспираторная система, спортсмены, гиперкапния, физическая работоспособность. спортсмен физиологический реактивность адаптация

Постановка проблемы и ее связь с важными научными и практическими заданиями. Известно, что способность человека противостоять экстремальным факторам в значительной мере зависит от индивидуальной особенностей физиологической реактивности организма, скорости вовлечения и эффективности механизмов срочной адаптации [1-6]. Механизмы адаптации при различных влияниях среды и физических нагрузках имеют как общие, так и индивидуальные черты. Напряженная физическая нагрузка характеризуется выраженными гипоксическими явлениями в организме. Их регулярная повторяемость в процессе ряда лет спортивной тренировки определенным образом изменяет реакцию организма на действие различных факторов [7-10]. Такие изменения имеют индивидуальный характер. Вероятной основой возникающих индивидуальных отличий в адаптации лежат наследственные особенности реактивности на гуморальные стимулы и характер метаболизма, которые находятся под генетическим контролем и взаимосвязаны с развитием и спецификой нервно-мышечного аппарата, его афферентации [11, 12]. Такие отличия связаны с особенностями вегетативного баланса, а также с личностно-типологическими характеристиками высшей нервной деятельности. В самом общем виде, на основе оценки уровня и кинетических характеристик реакции функциональных систем организма на внешние раздражители и сдвиги гомеостазиса всех людей условно можно разделить на гиперреактивных, гипореактивных и нормореактивных [2, 3, 6, 13, 14].

Гиперкапническая стимуляция системы дыхания, опосредствованная хеморецепторами, как известно, является основным механизмом, устанавливающим соответствие легочной вентиляции интенсивности метаболических процессов в организме. Чувствительность человека к гиперкапническим и гипоксическим сдвигам дыхательного гомеостазиса в значительной мере отображает общую физиологическую реактивность организма, скорость и уровень соответствующей реакции функциональных систем на действие раздражителей различного характера. Степень реактивности различных функциональных систем независимо от типа раздражителя тесно связанна с величиной вентиляторного ответа на гиперкапнический стимул и, в меньшей мере, - с вентиляторным ответом на действие гипоксического стимула [3, 7, 15, 16]. Причем, одним из основных регуляторов дыхательной системы выступает СО₂-Н+-стимул и потому влияние многих факторов, которые стимулируют дыхание у человека, может быть описано изменением соответствующей реакции кардиореспираторной системы (КРС) на СО₂-Н+-стимул [17-20].

В процессе адаптации, связанной с длительной спортивной тренировкой особую актуальность приобретают индивидуальные особенности реализации энергетических возможностей организма при напряженной физической нагрузке. Они предположительно связаны с индивидуальными особенностями физиологической реактивности КРС. Характер оптимизации физиологической реактивности в процессе адаптации должен быть связан с видом (типом) тренировки. Можно думать, что, используя различные дисциплины спорта как модель определенного вида деятельности человека, можно определить диапазон отличий физиологической реактивности организма и в дальнейшем проанализировать связанные с такими отличиями особенности реализации энергетических и функциональных возможностей человека в условиях физических нагрузок. Работа выполнялась согласно госбюджетной научно-исследовательской темы "Критерії оцінки функціонального потенціалу спортсменів високого класу" (номер госрегистрации темы: №0114U001482) Министерства образования и науки Украины.

Целью исследования было выделение особенностей реакции кардиореспираторной системы на гиперкапнические сдвиги дыхательного гомеостазиса у квалифицированных спортсменов, длительно специализировавшихся в легкоатлетическом беге на дистанции различной продолжительности, а также выявить взаимосвязь этих особенностей с характером реализации энергетического и функционального потенциала в условиях физических нагрузок.

Методы исследования и их организация. Исследование проводили в соревновательном периоде с участием 54 высококвалифицированных спортсменов-мужчин в возрасте 19-24 лет, которые на протяжении 5-8 лет специализировались в беге на 100 м (19 спортсменов), на 800 м (15 спортсменов) и на 5000 м (16 спортсменов). Использовались методы комплексного тестирования характеристик физиологической реактивности КРС (чувствительности, устойчивости реакций) на гиперкапнические (СО₂-Н+) сдвиги дыхательного гомеостазиса в состоянии покоя и при выполнении физических нагрузок.

Прогрессирующую гиперкапническую стимуляцию на фоне повышенного содержания О₂ (50-60%) в газовой смеси создавали методом возвратного дыхания [21]. Наклон линии зависимости VE-PACO₂ отражает прирост легочной вентиляции на 1 мм рт.ст. увеличения PACO2 и характеризует чувствительность вентиляторной реакции к гиперкапнии. Экстраполированная точка пересечения линии VE-PACO₂ с осью абсцисс (точка "апноэ"), характеризовала порог вентиляторной реакции на СО₂. Структуру вентиляторного ответа оценивали по соотношению Хью-Ейлера (60К/М), которая описывает зависимость между легочной вентиляцией и дыхательным объемом с помощью двух параметров: наклоном линии VE-VT (М или AVE/AVT) и точки ее пересечения с осью абсцисс (К - порог реакции рецепторов растяжения легких). Обработка данных проводилась по специально разработанному алгоритму [7, 15].

Для анализа реакции КРС на физические нагрузки максимальной аэробной мощности использовалась тестирующая нагрузка ступенчатовозростающей мощности продолжительностью 12-18 минут до момента достижения индивидуальных границ потребления О₂ (уровень "критической" мощности - W^). Такая модель нагрузки позволяет определить максимальный уровень аэробной мощности организма (по VO₂max), аэробную эффективность. Тестирующие нагрузки выполнялись на тредмиле LE-200 (Германия).

Показатели реакции КРС на тестирующие воздействия регистрировали с помощью эргоспирометрического комплекса "Oxycon Pro" ("Jaeger", Германия). Определяли легочную вентиляцию (VE), частоту дыхания (fT), дыхательный объем (VT), концентрацию О₂ и СО₂ в выдыхаемом (FEO₂, FECO₂) и в альвеолярном (FAO₂, FACO₂) воздухе, потребление О₂ (VO₂), выделение СО2 (VCO₂), парциальное напряжение углекислого газа (РАСО₂) и кислорода (РАО2) в альвеолярном воздухе, газообменное отношение (VCO2/VO2), вентиляционные эквиваленты для О2 (VE/VO₂) и для СО₂ (VE/VCO₂), кислородный пульс (O2-пульс=VO₂/HR), частоту сердечных сокращений (HR). Учитывая, что измерения проводились в открытой системе, показатели внешнего дыхания приведены к условиям BTPS, а газообмена к условиям STPD.

Статистическую обработку результатов проводили с использованием компьютерной программы "Microsoft Excel" с определением основных статистических показателей. Для систематизации индивидуальных реакций организма на прогрессирующий СО₂-Н+-стимул использовали метод таксономического анализа [22].

Результаты исследований и их обсуждение. Анализ реакции КРС в условиях действия прогрессирующей гиперкапнической (СО2-Н+) стимуляции позволил выявить индивидуальные различия среди обследованных спортсменов. Применение алгоритма таксономии позволило выделить три типа реагирования КРС на СО2-Н+-стимул, путем объединения в один таксон (группу) лиц, которые наиболее подобно реагировали на указанный стимул (по величине и интенсивности функциональных реакций). Наиболее выраженная реакция КРС на СО2-Н+-стимул отмечалась в группе спортсменов с I типом реагирования, у которых "коэффициент усиления" реакции, т.е. ее увеличение по приросту легочной вен-тиляции при увеличении РАС0₂ на 1 мм рт.ст. (AVE/APAC02), составлял 2,27±0,16 л-мин-1мм рт.ст.-1. У спортсменов с III типом реагирования относительно других групп отмечался сниженный "коэффициент усиления" вентиляторной реакции (АУЕ/АРАС0₂=1,09±0,14 л-мин-1мм рт.ст.-1), а у спортсменов с II типом - средний уровень этого показателя (AVE/APACO₂=l,59±0,l 1 л-мин-1мм рт.ст.-1, р<0,05).

Достоверные отличия между группами отмечались не только по "коэффициенту усиления" реакции вентиляции, но и по порогу реакции (точка "апноэ"). Так, для спортсменов с первым типом реагирования отмечалась достоверно более низкая величина РАС0₂ точки "апноэ" - 31,3±0,9 мм рт.ст. по сравнению со спортсменами второго (35,4±0,9 мм рт.ст.) и третьего (36,6±0.8 мм рт.ст.) типов реагирования (р<0,05). При этом, снижение "коэффициента усиления" реакции (АУЕ/АРАС0₂) сопровождалось повышением порога вентиляторной реакции на С0₂, что особенно отчетливо видно при сравнении спортсменов I и III типов реагирования. Эго свидетельствовало о расширении зоны нечувствительности дыхательного центра (медуляторных хеморецепторов) к С0₂-Н+-стимулу [7, 15, 19, 20].

Имеются данные, что к смещению линии зависимости VE-PAC02 "вправо" приводит продолжительная адаптация организма спортсменов к высокоинтенсивным тренировочным нагрузкам анаэробного гликолитического характера [5, 7, 16]. Такие изменения связываются с увеличением способности задержки С0₂ в организме и накоплением недоокисленных продуктов обмена, что является одним из механизмов приспособления регуляции дыхания к повышенному содержанию эндогенной углекислоты, ионов водорода в процессе напряженной физической тренировки. Полученные в данном исследовании данные показывают, что сниженный уровень чувствительности КРС в сочетании с высоким порогом вентиляторной реакции на СО₂ отличал спортсменов-бегунов на дистанции 5000 м, предъявляющей высокие требования к выносливости организма на основе максимальной реализации аэробных возможностей в сочетании с анаэробными гликолитическими.

По характеру отличий структуры дыхательной реакции (определяемой механизмами саморегуляции дыхания) отмечалась в целом такая же закономерность. Так, для спортсменов с I типом реагирования уровень легочной вентиляции при стандартной величине дыхательного объема 2 литра (УЕ2л) составлял 507,3±37,1 мл-кг-Тмин-1, что достоверно выше, чем у спортсменов с II и III типом реагирования (р<0,05). Для I типа реагирования был характерен и более высокий прирост легочной вентиляции на единицу увеличения дыхательного объема (AVE/AVT), что свидетельствовало о повышенной чувствительности рефлекса Геринг-Брейера. Относительно более низкий уровень чувствительности рефлекса Геринг-Брейера отмечался у квалифицированных спортсменов с III типом реагирования.

Анализ показал, что с увеличением продолжительности основной соревновательной дистанции отмечается снижение чувствительности реакций (по AV_e/^_aTO₂ r=-0,87; по ДНИ/ДР_АСО₂ r=-0,82), а также величины общей реакции КРС на СО₂-Н+-стимул (по V_E50 r=-0,64; по HR₅₀ r=-0,46, p<0,05). В процессе дальнейшего анализа группу лиц с высоким уровнем физиологической реактивности (I тип реагирования) в основном (93,7%) составили спортсмены, которые длительно и успешно специализировались в беге на короткие соревновательные дистанции (100 м). В группу квалифицированных спортсменов со средним уровнем физиологической реактивности (II тип) входили, главным образом (89,4%), бегуны на средние дистанции (800 м), а группу лиц со сниженным уровнем (III тип) составили (94,8%) спортсмены-бегуны на длинные дистанции (5000 м).

Можно думать, что особенности физиологической реактивности КРС спортсменов, которые специализируются в беге на дистанции различной продолжительности, являются одновременно следствием как долговременной адаптации к напряженной мышечной деятельности различной направленности, так и многолетнего отбора спортсменов с различиями врожденного уровня чувствительности КРС к СО₂-Н+- стимулу.

Полученные данные свидетельствуют, что особенности физиологической реактивности организма определенным образом влияют на специфичность физической работоспособности и характер мобилизации аэробных и анаэробных факторов энергообеспечения нагрузки. В условиях продолжительной нагрузки ступенчатовозростающей мощности, выполняемой до "отказа", снижение чувствительности КРС на СО₂-Н+- стимул в покое сопровождается увеличением уровня физической работоспособности по W^ и VO₂max.

В данном исследовании не выявлены достоверные отличия величины выделенного СО₂ (VСO₂) на уровне мощности нагрузки максимального потребления О₂ у квалифицированных спортсменов с различным уровнем физиологической реактивности. Вместе с тем, важно отметить, что спортсмены различных групп реактивности в условиях данного теста достигают различных уровней W^ и VO_2max (p<0,05). Это вызывало необходимость дополнительного анализа этого вопроса. Для этого была сопоставлена динамика VCO₂ при выполнении нагрузки ступенчатовозростающей мощности у спортсменов различных групп (рис.1). Это позволило сравнить эффективность легочной вентиляции при одинаковых уровнях механической мощности нагрузки у квалифицированных спортсменов с различным уровнем чувствительности КРС на СО₂-Н+- стимул и различной направленностью процесса долговременной адаптации к тренировочным нагрузкам.

Примечание: * - достоверные отличия между всеми группами (р<0,05);

# - достоверные отличия I группы относительно II и III групп (р<0,05).

Самый большой уровень выделения VСО₂ при одинаковой величине мощности нагрузки отмечался у лиц, которые имели относительно сниженный уровень физической работоспособности и высокой уровень чувствительности КРС на С0₂-Н⁺-стимул. Так, у спортсменов данной группы при нагрузке 245,9 W имел место достоверно более высокий уровень выделения С0₂ (VC0₂ 56,9±3,7 мл-кг"¹ мин"¹) и газообменного отношения (VC0₂/V0₂ 1,17±0,14), чем у спортсменов со средним (VC0₂ 38,2±2,5 мл-кг'¹ мин"¹, VC0₂/V0₂ 0,91±0,13) и сниженным (VC0₂ 34,5±3,3 мл-кг"¹ мин"¹, VC0₂/V0₂ 0,79±0,17) уровнем физиологической реактивности на этом же уровне механической мощности нагрузки. Полученные данные свидетельствуют о более высоком уровне активности анаэробных гликолитических процессов в энергообеспечении при одинаковой мощности нагрузки у спортсменов с высоким уровнем чувствительности КРС на СО₂-Н+-стимул (бег на 100 м). Кроме того, степень относительного преобладания выделения СО2 над потреблением О2 связана с развитием двигательной гипокапнии, которая может являться одним из лимитирующих факторовфизической работоспособности, фактором снижения эффективности функций КРС [15]. У спортсменов с высоким уровнем физической работоспособности и со сниженной чувствительностью КРС на СО₂-Н+- стимул, которые специализировались в беге на 5000 м отмечалась относительно сниженная продукция СО₂ на всех уровнях мощности нагрузки. Динамика газообменного отношения (см. рис. 1) и концентрация лактата в крови свидетельствовала о преобладании в энергообеспечении физической нагрузки спортсменов данного типа реактивности аэробных факторов энергообеспечения работы при меньшей роли анаэробных факторов и меньшей выраженности дыхательной компенсации метаболического ацидоза.

Отличия спортсменов разных типов реактивности по уровню выделения СО₂ можно объяснить тем, что при выполнении одинаковой механической работы квалифицированные спортсмены со сниженным уровнем чувствительности КРС на СО₂-Н+-стимул (которые долговременно выполняли тренировочные нагрузки, требующих проявления выносливости - бег на 5000 м), по сравнению со спортсменами других групп, потребляли меньше О₂ (более низкая "О₂-стоимость" работы) и, следовательно, меньше выделяли СО₂, как метаболического, так и "неметаболического" происхождения, связанного с буферированием ацидемических сдвигов.

Приведенные данные могут свидетельствовать о большой роли в указанных особенностях реакции КРС на продолжительную нагрузку постепенно возрастающей мощности не только уровня активности анаэробных гликолитических процессов, но и чувствительности и устойчивости КРС к СО₂-Н+-стимулу. Корреляционный анализ выявил положительную взаимосвязь между уровнем чувствительности КРС на СО₂-Н+-стимул в состоянии покоя и уровнем активности анаэробных гликолитических процессов в энергообеспечении в условиях продолжительной нагрузки. Прирост VСO₂ и его соотношение с VO₂ (VCO₂/VCO₂) прямо соотносилось с уровнем чувствительности вентиляторной (r= 0,81 для ДVE/ЛРAСО₂) и циркуляторной (г = 0,78 для ДНР/ДР_АСО₂) реакции на сдвиги дыхательного гомеостазиса. Таким образом, специфическая адаптация к определенному виду физических нагрузок характеризуется направленной модификацией физиологической реактивности КРС (чувствительности и устойчивости) к сдвигам дыхательного гомеостазиса, которая может выступать как механизм формирования мощности дыхательной компенсации метаболического ацидоза. Это позволяет использовать показатели чувствительности и устойчивости реакций КРС на СО₂-Н+-стимул для прогнозирования эффектов напряженной тренировки и оценки характера адаптации.

Направленность связей между характеристиками физиологической реактивности КРС на гиперкапнические сдвиги дыхательного гомеостазиса и физической работоспособности позволяет предположить наличие общей закономерности, заключающейся в том, что повышение уровня чувствительности и общей реактивности КРС на СО₂-Н+-стимул взаимообусловлены преобладанием в тренировочном процессе скоростно-силовых тренировочных нагрузок преимущественно анаэробного характера, а снижение чувствительности преобладающим использованием способов тренировок, направленных на развитие аэробных возможностей организма и повышение уровня выносливости спортсменов. Это указывает на то, что изменения физиологических факторов, которые определяют уровень чувствительности реакций кардиореспираторной системы на сдвиги дыхательного гомеостазиса, с одной стороны, отображают продолжительную кумуляцию однотипных тренировочных влияний на характер энергетического метаболизма, а с другой - тесно связанны с особенностями (специфичностью) реакции КРС в условиях физических нагрузок различного характера.

Использованные источники

1. Агаджанян Н.А. Функции организма в условиях гипоксии и гиперкапнии / Н.А. Агаджанян,

A. И. Елфимов. - М.: Медицина, 1986. - 272 с.

2. Березовський В.А. Екологічні питання фізіології дихання та спадкові варіації реактивності /

B. А. Березовський // Фізіологічний журнал. - 1977. - Т.23, №4. - С.435-445.

3. Березовский В.А. Вентиляторный ответ на гиперкапнический стимул как показатель реактивности системы дыхания человека / В.А. Березовский, Т.В. Серебровская // Физиологический журнал. - 1987. - Т.33, №3. - С.12-18.

4. Меерсон Ф.З. Адаптация к стрессорным ситуациям и физическим нагрузкам / Ф.З. Меерсон, М.Г. Пшенникова. - М.: Медицина, 1988. - 256 с.

5. Мищенко В.С. Реактивные свойства кардиореспираторной системы как отражение адаптации к напряженной физической тренировке в спорте / В.С. Мищенко, Е.Н. Лисенко, В.Е. Виноградов. - К.: Наук. світ, 2007. - 351 c.

6. Сиротинин H.H. Эволюция резистентности и реактивности организма / H.H. Сиротинин. - М.: Медицина. - 1981. - 235 с.

7. Мищенко В.С. Функциональные возможности спортсменов / В.С.Мищенко. - Киев: Здоровья, 1990. - 200 с.

8. Keul J. Adaptation to training and performance in elite athletes / J.Keul, D.Konig, M.Huonker [at all.]. // Research Quarterly for Exercise and Sport. - 1996. - Vol.67, №3. - P.29-36.

9. Roecker K. Relative functional buffering capacity in 400-meter runners, long-distance runners and untrained individuals / K.Roecker, H.Striegel, T.Freund [at all.]. // Europ. J. of Appl. Physiol., Berlin. - 1994. -Vol.68, №5. -P.430-434.

10. Viru A. Adaptation in Sport Training / A.Viru // Times Mirror International Publishers. - London. - 1995. - 320

p.

11. Харитонов Л.Г. Теоретические и экспериментальное обоснование типов адаптации в спорте / Л.Г. Харитонов // Теория и практика физической культуры. - 1991. - №7. - С.21-24.

12. Mero A. Relationships between muscle fibre characteristics and physical performance capacity in trained athletic boys / A. Mero, L. Jaakkola, P.V. Komi // J. of Sports Sci., London. - 1991. - Vol. 9, №2. - P.161-171.

13. Адо А.Д. Вопросы общей нозологии / А.Д. Адо. - М.: Медицина, 1985. - 239 с.

14. Цибенко В.О. Аналіз варіабельності показників центральної гемодинаміки у людей / В.О.Цибенко // Вісник Черкаського державного університету: Актуальні проблеми фізіології. - Черкаси, 1996. - Вип.1. -

С. 92-96.

15. Мищенко В.С. Физиологические механизмы оптимизации реактивности системы дыхания человека при развитии ее функциональных возможностей в условиях напряженной спортивной тренировки / В.С. Мищенко // Медико-биологические основы подготовки квалифицированных спортсменов. - Киев: КГИФК, 1986. - С.67-82.

16. Ohyabu Y. Ventilatory and heart rate chemosensitivity in track-and-field athletes / Y.Ohyabu, A.Usami, I.Ohyabu [at all.]. // Eur. J. Appl. Physiol. - 1990. - Vol.59. - P.460-464.

17. Серебровская Т.В. Чувствительность к гипоксическому и гиперкапническому стимулу как отражение индивидуальной реактивности человека / Т.В.Серебровская // Патологическая физиология и экспериментальная терапия. - 1985. - Т.29, №5. - С.65-69.

18. Агаджанян Н.А. Человек в условиях гипокапнии и гиперкапнии / Н.А.Агаджанян, И.Н.Полунин, В.К. Степанов, В.Н. Поляков. - Астрахань-Москва, 2001. - 340 с.

19. Бреслав И.С. Паттерны дыхания / И.С.Бреслав // Физиология, экстремальные состояния, патология / Под ред. Л.Л.Шик. - Л.: Наука. Ленинград. отд-ние, 1984. - С. 169-200.

20. Исаев Г.Г. Регуляция дыхания при мышечной работе / Г.Г.Исаев. - Л.: Наука, 1990. - 120 с.

21. Cunningham D. The control system regulation breathing in man / D. Cunningham // Quart. Rev. of Biophysics. - 1974. - Vol.6, №6. - P.433 - 483.

22. Rebuck A.S. Measurement of ventilatory response to CO₂ by rebreathing / A.S.Rebuck // Chest. - 1976. - Vol.70, Suppl. - P.118-121.

Размещено на Allbest.ru