CC BY
71
УДК: 612.112 + 612.017.1 + 612.014.4
Д. Н. Дроздов1, А. В. Кравцов2
1 Кандидат биологических наук, доцент, доцент кафедры зоологии, физиологии, генетики, УО ГГУ им. Ф. Скорины, г. Гомель, Республика Беларусь 2Фельдшер-лаборант, ГУЗ ГГКПБ, г. Гомель, Республика Беларусь
ДИНАМИКА СРОЧНОЙ АДАПТАЦИИ ЭРИТРОЦИТОВ К ДЕЙСТВИЮ РЕГУЛЯРНОЙ ФИЗИЧЕСКОЙ НАГРУЗКИ У МОЛОДЫХ МУЖЧИН
Ъ
В работе представлены результаты исследования влияния физической нагрузки показатели периферической крови человека. В качестве объекта исследования рассматрива периферическая кровь, взятая у обследованных мужчин в возрасте от 20 до 35 лет до и после тренировки. Целью исследования стала оценка силы влияния физической нагрузки и стажа тренировочных занятий на содержание гемоглобина и эритроцитов; изучение динамики срочной адаптации клеток красной крови к действию физической нагрузки и ее связь с физической работоспособностью группы молодых мужчин, занимающихся в спортивной секции любительского спорта и имеющих разный стаж занятий.
Ключевые слова: эритроцит, физическая нагрузка, тест РЖС170.
Введение
Реакция системы крови на физическую нагрузку предполагает существование гетерохронного включения различных механизмов, обеспечивающих адаптацию к повышенному кислородному запросу. Клетки красной крови одними из первых реагируют на воздействие фактора нагрузки, одними из первых либо возвращаются к исходному уровню, либо адаптируются к изменившимся условиям существования [1]. Под действием нагрузки на начальном этапе происходит гемоконцентрация, обусловленная выбросом в кровоток депонированных эритроцитов. При дальнейшем действии нагрузки наблюдается гемодилюция и эритродиерез (Хмелева С. Н., 1998; Бельченко Л. А., 2001; Парапара А. А., 2005; Perier C., 1999; Deitrick R. W., 2002; Minetti M., 2006). Гемодилюция обусловлена уменьшением количества эритроцитов в плазме и связана с увеличением общего объема плазмы. Отток плазмы происходит из депо крови и органов, непосредственно не принимающих прямого участия в обеспечении функционирования мышц. В результате этого происходит перераспределение общего объема циркулирующей крови, гематокрита и содержания эритроцитов. Согласно работам Merrill E., Wells R., 1961 и Snigger G., 1971, наблюдается увеличение гематокритного числа на 25%, что ведет к увеличению вязкости крови на 20%.
Таблица 1 - Предельная длительность физических нагрузок разной интенсивности (Карпман В. Л. [и др.], 1988)
Интенсивность мышечной работы, % от МПК
100
90
_75
_50
I
В услови нагрузки, наприм<
Предельное время работы
нетренированные люди
1-5 мин
10 мин
20 мин
1 ч
8,5 ч
тренированные люди
10-15 мин
50 мин
3 ч
8,5 ч
В условиях достаточного долговременного действия фактора интенсивной физической агрузки, например, во время бега более 10 мин часть плазмы уходит из сосудистого русла в межклеточную жидкость. Благодаря чему происходит увеличение концентрации элементов крови, прежде всего эритроцитов, транспортирующих кислород. Hartmann, Jokl показали, что во время бега на 3-10 км происходит увеличение числа эритроцитов на 10-20%. В таких условиях один и тот же объем крови способен перенести больше кислорода работающим мышцам. Результатом эритроцитоза является увеличение кислотной емкости крови, которая повышается на 4-10% [2].
© Дроздов Д. Н., Кравцов А. В., 2017
Эритродиерез, разрушение эритроцитов, является стимулом для эритроцитопоэза клетками красного костного мозга, селезенки и лимфатической ткани. Ведущим эндогенным фактором регуляции эритроцитоза является эритропоэтин, гормон гликопротеиновой природы, который стимулирует пролиферацию и дифференцировку эритроидных клеток. Эритропоэтин преимущественно образуется в югстагломерулярном аппарате почек (ЮГА) в ответ на понижение парциального давления кислорода в крови [3], [4].
При выполнении физической нагрузки увеличивается расход энергии и возрастает потребление кислорода (У02). Постепенное возрастание мощности ФН вызывает увеличение сердечного выброса и артериовенозной разницы по кислороду (АВ 02). Причем на начальных этапах наблюдается линейная зависимость между У02 и АВ 02, которая на определенном этапе достигает предельного уровня. Согласно [5], пределом для тренированных людей, после которого У02 стабилизируется и дальше не нарастает, несмотря на дальнейшее увеличение нагрузки, является момент времени соответствующий 15-й минуте. К этому моменту времени функциональная система крови достигает максимального потребления кислорода (МПК или VO2Max), которое определяется как наибольшее количество кислорода, потребляемого за минуту. МПК служит мерой аэробной
мощности кардио-респираторной системы и выражается в объеме кислорода на килограмм массы тела (мл/кг) за минуту. Величина МПК варьирует в широких пределах и зависит от состояния центрального кровотока и способности мышц утилизировать кислород. На величину МПК влияют возраст, пол, размер тела, уровень физической активности [5].
Таблица 2. - Аэробная мощность кардио-респираторной системы нетренированных и тренированных молодых людей [5]
Возраст, лет Максимальное потребление кислорода, мл/(кг мин)
Нетренированные Тренированные
20 45±5 60±5
30 52±7 80±4
Величина МПК тесно коррелирует с результатами определения физической работоспособности по тесту PWCl7o. В диапазоне нагрузок 1100-1800 кгм/мин корреляция носит линейный характер и используется для оценки аэробной производительности аппарата кровообращения и физического состояния организма в целом. Прямое определение МПК осуществляется в процессе сложного и довольно громоздкого эксперимента. Поэтому чаще используется метод непрямого определения МПК по результатам теста PWC170 или степ-теста. Использование линейной зависимости МПК и физической работоспособности позволяет проследить характер загруженности кардио-респираторной системы на разных этапах выполнения физической нагрузки. А также оценить механизм адаптации эритроцитарного звена как у тренированных спортсменов профессионалов, так и у непрофессионалов, которые, тем не менее, регулярно занимаются физкультурой. В данной работе изучена динамика срочной адаптации клеток красной крови к действию физической нагрузки и ее связь с физической работоспособностью группы молодых мужчин, занимающихся в спортивной секции любительского спорта и имеющих разный стаж занятий.
Материал и методика исследований. Для достижения поставленной цели на базе кафедры зоологии, физиологии и генетики УО «Гомельский государственный университете >им. Ф. Скорины», УО «Гомельская федерация Джиу-джитсу», а также ГУЗ ГГКПБ №3 в течение двух месяцев проводилось обследование группы мужчин в возрасте от 20 до 35 лет.
обследовании приняли участие 57 человек, регулярно занимающихся в секции от 1 до 3 лет и более. В режим тренировочных занятий входит 30-минутная разминка, которая включает: 15 минут ег в умеренном темпе (30 м/мин), 15 минут комплекс силовых упражнений (подтягивания 20 раз в минуту, отжимания от пола 50 раз в минуту, приседания 50 раз в минуту). После выполнения разминочных упражнений участники 30 минут выполняли элементы спарринга (броски). Начальный этап тренировки можно охарактеризовать как комплекс упражнений средней аэробной мощности, которому соответствует уровень потребления кислорода 55-65% от индивидуального максимального поглощения. Это упражнения, при выполнении которых почти вся энергия рабочих мышц обеспечивается аэробными процессами. Основным энергетическим субстратом служат жиры рабочих мышц и крови, в меньшей степени значение имеют углеводы (дыхательный
дВвуохбс
более. бег в у
[ение часа эотаны на я in vitro.
коэффициент около 0,8). Предельная продолжительность таких упражнений до нескольких часов. Заключительный этап тренировки (спарринг) сочетает скоростно-силовые упражнения со статическим напряжением мышечной системы (броски и захваты). Статическое напряжение адаптировано к работе преимущественно в анаэробном режиме. Частота дыхательных движений во время выполнения элемента увеличивается до 35-40 и более движений в минуту [6].
Проведение обследования включало забор периферической крови до начало выполнения упражнений и сразу после окончания. Методика включала стандартную процедуру взятия капиллярной крови из пальца в мини-контейнер, содержащий консервант и антикоагулянт трилон-В. В течение часа пробы были доставлены в клинико-диагностическую лабораторию ГУЗ «ГГКПБ №3» и обработаны на автоматическом гематологическом анализаторе SX10000i, предназначенном для диагностики В основе работы анализатора используется метод проточной флуоресцентной цитоме использованием полупроводникового лазера. Эритроциты анализировались с помощью эритроцитарного детектора, использовался метод гидродинамической фокусировки [7]. Для определения физической работоспособности и последующей оценки МПК использовался тест «PWC-170» (Physical Work Capacity), предложенный T. Sjostrand (1947) и модифицированный В. Л. Карпманом (1974). По классификации функциональных проб тест «PWCno» является двухмоментной пробой, где используется субмаксимальная физическая нагрузка. По определению физическая работоспособность - это величина, выражающаяся в той мощности нагрузки, при которой пульс достигает 170 ударов в минуту. Обследуемые последовательно выполняли две нагрузки в течение 5 минут с 3-минутным интервалом отдыха между ними. В последние 30 секунд пятой минуты каждой нагрузки пальпаторно подсчитывался пульс. Величина первой нагрузки составляла 1 Вт на кг массы тела, величина второй нагрузки - 1,5 Вт/кг. Мощность первой нагрузки (W1) подбиралась в зависимости от массы тела обследуемого с таким расчетом, чтобы в конце 5-й минуты пульс (f1) достигал 110-115 уд/мин. Мощность второй нагрузки определяли с помощью формулы 1:
W2 = W1 • [1 + (170 - f0 / (f - 60)], (1)
где W1 и W2 - мощность первой и второй нагрузки,
fj и f2 - частота пульса в минуту в конце первой и второй нагрузки.
Для выполнения теста использовался велоэргометр М32-В1, Беларусь. Частота педалирования поддерживалась на уровне 60 оборотов в минуту. После выполнения теста производился пересчет результирующей величины в килограммометры в 1 минуту (кгм). Расчет уровня физической работоспособсности проводился по формуле Карпмана В. Л. (1974):
PWC-170 = (W1+(W2 - WO) • ((170 - f1)/(f2 - f1)), (2)
Определение МПК производилось с помощью формулам Карпмана (1976) для лиц с невысокой степенью тренированности. Статистическая обработка результатов обследования выполнена с использованием прикладных программ MS Excel 2007 и Statistica for Windows 6.0. Оценка достоверности различий осуществлялась на основе t-критерия Стьюдента. Влияние физической нагрузки на показатели крови оценено методом однофакторного дисперсионного анализа (ANOVA).
Результаты исследований и их обсуждение
Исследование периферической крови до нагрузки показало, что содержание гемоглобина в крови составило в среднем 151,19±0,88 г/л, а содержание эритроцитов - 4,92±0,05*1012/л, т. е. данные показатели находятся в пределах нормы (p<0,05). Среднее содержание гемоглобина крови после нагрузки увеличилось вплоть до верхней границы нормы, 159,44±0,96 г/л. Среднее значение ржания эритроцитов составило 5,50±0,10*1012/л, что превышает верхнюю границу нормы на Согласно [8, 195], в условиях физической нагрузки количество эритроцитов может достигать величины 6,0*1012/л. Сравнение средних значений указанных показателей показало достоверное различие между содержанием гемоглобина и эритроцитов до и после нагрузки (р<0,01). Методом ANOVA оценено, что сила влияния фактора нагрузки на вариацию значений содержания гемоглобина составляет 26%, а эритроцитов 28% (p<0,05). Увеличение содержания гемоглобина и эритроцитов периферической крови может указывать на то, что под действием фактора физической нагрузки возникает срочная адаптация [8]. Характер развития срочной адаптации имеет индивидуальные особенности, которые могут быть обусловлены многими факторами, среди которых можно выделить стаж и регулярность тренировочной деятельности.
Из рисунка видно, что в динамике количества эритроцитов до и после нагрузки хорошо выражено смещение среднего значения, двукратное изменение вариационного размаха и дисперсии распределения, а также снижение коэффициента эксцесс. 30
л н о н
о $
28 26 24 22 20 18 16 14 12 10 8 6 4 2 0
У
.Ъ
3,5 4,0 4,5 5,0 5,5 6,0 6,5 7,0 7,5 8,0 8,5 9,0 К-во эритроцитов х1012/л
ч до нагрузки после нагрузки
Рисунок - Распределение количества эритроцитов в крови до и после физической нагрузки
молодых мужчин
В таблице 3 приведены средние значения содержания гемоглобина и количества
эритроцитов до и после физической нагрузки у
тренировочной деятельности. Таблица 3. - Реакция клеток красной крови на физическую нагрузку
;ых мужчин, имеющих разный стаж
Стаж Показатели
Гемоглобин, г/л Эритроциты, х1012/л
до физ. нагрузки после физ. нагрузки до физ. нагрузки после физ. нагрузки
1 152,64±1,51 159,55±1,54 4,76±0,10 5,36±0,08
2 137,93±1,34 145,37±1,38 4,63±0,08 5,45±0,07
3 149,08±1,30 157,20±1,98 5,08±0,09 5,73±0,25
Анализ результатов таблицы 3 показал, что средний прирост показателей в разных группах, в зависимости от стажа тренировочной деятельности, составляет 5% от исходной величины. Из чего следует, что стаж такого рода нагрузок не оказывает значимого влияния на динамику рассмотренных показателей, сила влияния фактора составила менее 1%. Под действием фактора физической нагрузки кислородная емкость крови в среднем увеличилась менее чем на 15%. Однако наблюдается некоторое пропорциональное увеличение количества эритроцитов после нагрузки, коррелирующее со стажем занятий.
Оценку физической работоспособности и последующий расчет МПК производили с етом группировки в зависимости от уровня физической работоспособности и стажа занятий в секции, полученные результаты представлены в таблице 4.
Из результатов, приведенных в таблице 4 видно, что наблюдается недостоверное увеличение МПК (р>0,05), а также некоторое увеличение вариации этого показателя в группе, имеющей стаж регулярных тренировок от трех и более лет. Прослеживается общая закономерность между увеличением количества эритроцитов и изменением МПК в зависимости от стажа тренировок. Однако оценка корреляции на выборочных данных не дает достоверного подтверждения этой зависимости, поскольку коэффициент корреляции составляет 0,39 (р<0,05).
Таблица 4. - Оценка МПК молодых мужчин, имеющих разный стаж тренировок
Стаж тренировок, лет
Уровень ФР 1 2 3
% МПК, мл/кг % МПК, мл/кг % МПК, мл/кг
Ниже среднего 4 48,05±1,36 (2,36)* 5 47,44±1,48 (2,17) - -
Средний 11 50,91±1,16 (2,84) 28 51,58±1,00 (4,02) 9 52,76±1,72 (3,84)
Выше среднего 5 51,73±0,57 (0,98) 19 59,08±0,78 (2,63) 7 58,01±1,89 (3,78)
Высокий - - 5 63,13±0,10 (0,96) 7 68,45±2,48 (4,96)
■ - стандартное отклонение
на
Выводы
В результате проведенного исследования оценена реакция клеток краен действие физической нагрузки. Установлено увеличение количества гемоглобина и эритроцитов в периферической крови, которое достоверно отличается от исходного уровня. Сила влияния фактора физической нагрузки на сдвиг показателей красной крови оценена в 26-28%. Не установлено достоверного влияния стажа на динамику показателей до и после физической нагрузки. Оценка физической работоспособности обследованной когорты показала, что наблюдается неравномерное увеличение работоспособности во времени. Среднее значение МПК в зависимости от стажа тренировок увеличивается, однако статистически достоверной корреляционной связи между показателями крови и МПК установить не удалось.
СПИСОК ОСНОВНЫХ ИСТОЧНИКОВ
1. Шаяхметов, Н. Н. Адаптивные реакции сердечно сосудистой системы юношей и девушек 20-22 лет на физическую нагрузку малой мощности / Н. Н. Шаяхметов, Р. Г. Ардеев // Вестник Башкирского университета. - 2013. - Т. 18, №2. - С. 399-402.
2. Горизонтов, П. Д. Система крови как основа резистентности и адаптации организма / П. Д. Горизонтов. - Физиологический журнал СССР, 1981. - Вып. 27 (3). - С. 317-321.
З.Земкцовский, Э. В. Спортивная кардиология / Э. В. Земкцовский. - СПб. : Гиппократ, 1995. - 448 с.
4. Афанасьев, Ю. И. Гистология: учебник / Ю. И. Афанасьев, Н. А. Юрина ; под ред. Ю. И. Афанасьева. - М. : Медицина, 1999. - 744 с.
5. Кубарко, А. И. Нормальная физиология : учебник : в 2 ч. / А. И. Кубарко, А. А. Семенович, В. А. Переверзев. - Минск : Вышэйшая школа, 2014. - Т. 2. - 604 с.
6. Волков, Н. И. Энергетический обмен и работоспособность человека в условиях напряженной мышечной деятельности : автореф. дис. ... канд. пед. наук / Н. И. Волков. - М., 1969. - 18 с.
7. Александров, Н. П. Изменения в системе красной крови человека (эритроне) при адаптации к новым условиям / Н. П. Александров // Здоровье. - 2010. - №1. - С. 16-25.
8. Солодков, А. С. Физиология человека. Общая. Спортивная. Возрастная / А. С. Солодков, Е. Б. Сологуб. - М. : Олимпия Пресс, 2005. - 528 с.
9. Дроздов, Д. Н. Влияние физической нагрузки на показатели периферической крови человека / Д. Н. Дроздов, А. В. Ковалев // Вестник Мозырьского государственного педагогического университета имени И. П. Шемякина, 2015. - № 2(46). - С. 11-16.
Поступила в редакцию 30.01.17 E-mail:: iskatelsmysla@mail.ru
#
D. N. Drozdov, A. V. Kravtsov DYNAMICS OF URGENT ACTION ADAPTATION OF ERYTHROCYTE REGULAR PHYSICAL ACTIVITY IN YOUNG MEN
The results of studies of the effect of physical activity on human peripheral blood. The object of investigation was considered peripheral blood taken from the surveyed men aged 20 to 35 years before and after training. Estimated strength of the effect of physical activity and length of training sessions on the content of hemoglobin and red blood cells. The dynamics of urgent adaptation of red blood cells to the action of physical activity and its relationship to the physical performance a group of young men involved in sports and amateur sports clubs with different length classes.
Keywords: erythrocyte, exercise, PWC170 test.
