CC BY
28УДК 612.821
КРАТКОСРОЧНЫЕ ЭФФЕКТЫ АДАПТАЦИИ НА ФИЗИЧЕСКУЮ НАГРУЗКУ В УСЛОВИЯХ НОРМОБАРИЧЕСКОЙ ГИПОКСИИ У НЕАККЛИМАТИЗИРОВАННЫХ ЛИЦ
Ф.А. Мавлиев1, А.Ф. Гизатуллина2, К.П. Романов3, Ш.Р.Еникеев1
1 ФГБОУ ВО «Поволжская государственная академия физической культуры, спорта и туризма», Казань, Россия
2 ГАУ «Центр спортивной подготовки» Министерства по делам молодежи и спорту РТ, Казань, Россия
3 ФГБОУ ВО «Казанский национальный исследовательский технический университет им. А.Н. Туполева-КАИ», Казань, Россия
Ддя связи с авторами: E-mail: fanis16rus@mail.ru; bonheur_17@bk.ru; distmed@mail.ru; enikeev-sh@yandex Аннотация
Цель: выявление изменений в ряде показателей сердечно-сосудистой системы после выполнения физических нагрузок в различных моделируемых условиях гипоксии.
Материалы и методы: неакклиматизированные атлеты выполняли дозированную физическую нагрузку на велоэргометре в обычных условиях и затем в условиях искусственной гипоксии (884 м (содержание кислорода ~19 %), 1707 м (содержание кислорода ~17,5%), 3085 м (содержание кислорода ~15%)), создаваемой гипоксическим генератором. Перед началом исследования регистрировались частота сердечных сокращений, артериальное давление и сатурация крови кислородом. Эти показатели также фиксировались сразу после нагрузочного теста, на 2-й и на 5-й минутах восстановления. Перед началом физической нагрузки во время применения гипоксического генератора испытуемые дышали гипоксической смесью в течение 5 минут.
Результаты: Учитывая то, что статистически значимые изменения сатурации крови кислородом зафиксированы с высоты 884 м., можно отметить, что кислородтранспортная функция при предъявленных нагрузках не справляется. Лимитирующим фактором в данном случае, на наш взгляд, является диффузионная способность легких по кислороду, которой явно недостаточно при данных условиях, и, как следствие, существенное понижение сатурации при повышении потребности мышц в кислороде. При повышении высоты в состоянии покоя не отмечается значимых изменений сатурации кислорода, а после выполнении нагрузки фиксируется резкое его падение, при этом 5 минут недостаточно для возврата до исходных значений.
Ключевые слова: нормобарическая гипоксия, срочная адаптация, гипоксическая тренировка, кислородтранспортная система, физическая нагрузка в условиях гипоксии, неакклиматизированные лица.
SHORT-TERM ADAPTATION EFFECTS ON PHYSICAL EXERCISES OF UNACCLIMATIZED INDIVIDUALS IN CONDITIONS OF NORMOBARIC HYPOXIA FA. Mavliev1, A.F. Gizatullina2, K.P. Romanov3, S.R.Enikeev1
1 Volga Region State Academy of Physical Culture, Sport and Tourism, Kazan, Russia
2 Centre of Sports Training of the Ministry of Youth and Sports of the Republic of Tatarstan, Kazan, Russia
3 Kazan National Research Technical University named after A.N. Tupolev-KAI», Kazan, Russia Abstract
The purpose: to identify variations in the cardiovascular system activity after performing physical exercises in various simulated conditions of hypoxia.
Materials and methods: unacclimatized athletes performed graduated physical exercises using a veloergometer under normal conditions and then under artificial hypoxia (884 meters (oxygen content of approximately 19%), 1707 meters (oxygen content of approximately 17,5%), 3085 meters (oxygen content of approximately 15%) created by a hypoxic generator. Heart rate, blood pressure and oxygen blood saturation were recorded prior to the experimental survey. The same parameters were recorded immediately after the physical effort test, at the second and fifth minutes of recovery. The test subjects breathed in hypoxic mixture for 5 minutes prior to the exercise during the application of the hypoxic generator.
Results: considering the fact that statistically significant variations in blood oxygen saturation have been recorded from a height of 884 meters, it can be noted that the oxygen transport function can not cope with
given physical efforts. In our opinion, the limiting factor in this case is the oxygen diffusive ability of the lungs, which is clearly insufficient under given conditions and, as a consequence, there is a significant decrease in saturation with an increase in muscle oxygen demand. With the altitude increase in a stable condition, no significant changes in the oxygen saturation are noted, and after physical intensification it drops dramatically, so five minutes are insufficient to return to the initial values.
Keywords: normobaric hypoxia, urgent adaptation, hypoxic training, oxygen transport system, physical activity under conditions of hypoxia, unacclimatized individuals.
ВВЕДЕНИЕ
Соревновательная деятельность атлетов часто проходит в различных условиях окружающей среды, которые могут отличаться от «стандартных», привычных для атлета. Наиболее часто встречающимися факторами, к которым должен адаптироваться атлет, являются смена часовых поясов, климатических зон, а также различия по высоте от уровня моря. Важно отметить, что в процессе адаптации следует выделять два вида — срочную, но несовершенную, и долговременную, совершенную адаптацию [1]. Во время соревновательной деятельности наиболее часто проявляются эффекты срочной адаптации, которые происходят как в покое, так и при выполнении физических нагрузок. Порой атлет находится в условиях, предполагающих ухудшение работы кислородтранспорт-ной системы, к которой могут предъявляться повышенные требования. В связи с этим интересными представляются особенности срочной физиологической адаптации сердечно-сосудистой системы организма
атлета, которая на момент возникновения возмущающих факторов не имеет сформированных компенсаторных изменений, что можно наблюдать, например, при участии в соревнованиях без достаточного времени для акклиматизации. Информация о специфике адаптации позволит иметь представление о возможной реакции организма спортсмена, оказавшегося в непривычных для него условиях. Особенно важным, на наш взгляд, будет являться наличие разного рода физических нагрузок, обусловленных содержанием соревновательной деятельности. Становится актуальной как для тренера, так и для спортивного врача оценка переносимости предъявленной физической нагрузки в неспецифических для атлета условиях. Интересным из всего спектра возможных условий, на наш взгляд, является снижение парциального давления кислорода с увеличением высоты, на которой могут проводиться соревнования, что приводит к снижению снабжения всех тканей организма кислородом, а особенно важным является снижение
Рисунок 1 - Снижение парциального давления кислорода в зависимости от высоты
адекватного транспорта кислорода для работающих мышц. Наиболее известное и масштабное событие, которое обратило на себя внимание большого количества исследователей данной тематики, — Олимпийские игры в Мехико (1968 г.), которые проводились на высоте 2250 метров над уровнем моря [2]. Ухудшение условий для транспорта кислорода в зависимости от высоты исследовано многими учеными, обнаружены почти линейные зависимости высоты и альвеолярного давления О2 (рисунок 1) [3].
Наблюдаемая в этот момент гипоксия — кислородная недостаточность, которая может быть обусловлена различными причинами. В данном случае явно выделяются две: первая — снижение содержания кислорода во вдыхаемом воздухе; вторая — активное его использование мышцами. В итоге в условиях гипоксии при выполнении физических нагрузок можно наблюдать повышенные значения частоты сердечных сокращений, уровня лактата при выполнении субмаксимальных нагрузок и т.д. [4, 5]. Данные краткосрочные механизмы адаптации являются эффективными лишь на небольших высотах и в течение короткого времени, а по сути направлены на сохранение равновесного состояния внутренней среды и всегда готовы включиться «с места» при первой необходимости [6].
Несмотря на важность данного аспекта спортивной деятельности, на сегодняшний день недостаточно данных о срочной адаптации на физическую нагрузку в условиях гипоксии у неакклиматизированных лиц. В то же время имеется много исследований долговременной адаптации при нормобарической и гипо-барической гипоксической тренировке [7, 8, 3, 9]. К примеру, они могут быть выражены в виде повышения кислородтранспортной функции крови, что достигается благодаря увеличению общей массы гемоглобина [7], но не всегда обнаруженные положительные эффекты можно оценивать как фактор повышения аэробной работоспособности атлета [8]. Можно ли ставить знак равенства между гипербарической и нормобарической гипоксией? Есть исследование, которое показало сходные реакции у неаклиматизированных
лиц к нормобарической и гипобарической гипоксии (4559 м. над уровнем моря) [10]. В связи с этим можно предположить уместность моделирования посредством нормобарической гипоксии условий, сходных с гипо-барической.
В представленной работе были моделированы условия, в которых может находиться атлет во время соревновательной деятельности. ЦЕЛЬ ИССЛЕДОВАНИЯ - определение сдвигов в деятельности сердечно-сосудистой системы после выполнения физических нагрузок в различных моделируемых условиях гипоксии, которые могут быть зафиксированы посредством регистрации общедоступных показателей: артериального давления, частоты сердечных сокращений и сатурации крови кислородом.
ОРГАНИЗАЦИЯ И МЕТОДИКА ИССЛЕДОВАНИЯ
Для оценки реакции ряда показателей сердечно-сосудистой системы нами были исследованы неакклиматизированные атлеты-хоккеисты (3-1-й разряды), которым было предложено выполнить дозированную физическую нагрузку на велоэргометре из расчета 2 Вт/кг. Исследование проводилось в 4 этапа: на первом этапе атлеты выполняли физическую нагрузку без гипоксии; на втором этапе гипоксический генератор моделировал условия 884 метров над уровнем моря; на третьем этапе — 1750 метров; на четвертом — 3085 метров над уровнем моря. Временной промежуток между этапами — неделя. Перед началом физической нагрузки во время применения гипоксического генератора испытуемые дышали гипоксической смесью в течение 5 минут. Длительность нагрузки и время восстановления после нее — по 5 минут. В течение всего теста фиксировались показатели частоты сердечных сокращений, артериального давления, двойного произведения, пульсового давления и сатурации крови кислородом. Для создания условий нормобарической гипоксии был использован гипоксикатор EVEREST SUMMIT II, способный понижать уровень кислорода до 13% (норма — 21%). В проведенном эксперименте условия на
первом этапе считались как на высоте 128 м (высота над уровнем моря для Казани) и посредством гипоксикатора моделировались условия, отличные от него, для следующих трех этапов: 884 м, 1707 м и 3085 метров. При сопоставлении со значениями из рисунка 2 можно определить эквивалентное содержание кислорода: для высоты 128 м — ~20,9%, 884 м - ~19%, для 1707 м - ~17,5%, для 3085 м - ~15%.
РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЯ
В ходе исследования показано, что при применении нагрузки 2 вт/кг в показателях артериального давления и частоты сердечных сокращений статистически значимых отличий между группами как в ответ на нагрузку, так и в период восстановления не фиксируется. Для примера приведена реакция систолического артериального давления, которая отмечалась на всех четырех этапах исследования (рисунок 3). Во всех случаях имеется классическая реакция, выраженная в повышении систолического давления после предъявления нагрузки и его восстановлении с течением времени. Но следует отметить, что данная реакция в условиях нормобарической гипоксии, возможно, не будет воспроизводиться, к
примеру, в условиях гипобарической гипоксии. В исследованиях было показано [12], что краткосрочные условия в камере гипербарической оксигенации вызывают срочный эффект повышения систолического давления даже в условиях покоя. Вполне вероятно, что в условиях гипобарической гипоксии эффект может быть обратным, в том числе даже после физической нагрузки, где будет отмечаться пониженное систолическое и, возможно, диастолическое давление.
Как можно заметить на рисунке 4, при повышении высоты в состоянии покоя не отмечается значимых изменений сатурации кислорода, а после выполнения нагрузки фиксируется резкое падение. При этом длительности отдыха в течение 5 минут недостаточно для возврата к исходным значениям. С учетом того, что статистически значимые (а=0.05) изменения наблюдаются уже с высоты 884 м, можно отметить, что кислородтранспортная система при предъявленных нагрузках со своими функциями не справляется. Лимитирующим фактором в данном случае, на наш взгляд, является диффузионная способность легких по кислороду и, как следствие, существенное понижение сатурации при повышении потребности мышц в кислороде.
Рисунок 2 - Изменение содержания кислорода в зависимости от моделируемой высоты на ги-поксикаторе (высота в футах, 1 фут=0,348 метра)
Примечание: Очевидно, что при повышении высоты не происходит снижение процента содержания кислорода в воздухе, а снижается его парциальное давление. Поэтому единственный выход при моделировании различных высот над уровнем моря посредством применения нормобарической гипоксии - понижение в процентах содержания О2 во вдыхаемом воздухе.
300,00
180,00
100,00
80,00 , , I
СДД1 САД2 Слдз СДЛ4 №Д1 С4Д2 СЛДЗ СЛД4 СЛД1 СЛДЗ СЛДЗ СЛДЛ САД! СЛДЙ СЛДЗ САД 4 (138) (13Й) (138) (138) (88J| (884) (ВЯ4) (RK4) (1703) (1303) (1303) (1303) (308S) (3085| (3085) (JOBS]
Рисунок 3 - Изменения показателей систолического артериального давления (мм.рт.ст.) на различных этапах исследования
Примечание: этапы исследования на рисунках представлены в виде нумерации от 1 до 4. Представлены максимальные, минимальные, средние (точка), медиана и 25 и 75 перцентили регистрируемых значений.
Примечательно то, что на моделируемых высотах 1707 м и 3085 м отмечается статистически значимое снижение сатурации на четвертом этапе по сравнению с третьим этапом. Это, по всей видимости, связано с «остаточными» процессами восстановления ресурсов АТФ и креатинфосфата за счет запасов кислорода в крови, которые не успевают восстановиться в созданных условиях гипоксиии. Подобный эффект не наблюдается, к примеру, на моделируемой высоте 884 метра, где происходит более полноценное восстановление (при усло-
вии предъявления нагрузки 2 Вт/кг) за счет аэробных реакций. Это необходимо учитывать при планировании учебно-тренировочных сборов, например, увеличив интервалы отдыха при применении интервальных тренировок.
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
Срочная реакция на одноступенчатую дозированную физическую нагрузку, из расчета 2 Вт на килограмм, на различных моделируемых уровнях высоты показала, что кислородтран-спортная система не справляется со своими
Рисунок 4 - Изменение сатурации до и после нагрузки у исследуемого контингента
Примечание: Значения Бр02 представлены в %. Для удобства просмотра величины стандартных отклонений со 2-го по 4-й этапы представлены лишь в виде отрицательных значений планок погрешностей.
функциями уже на высоте 884 метра. При этом статистически значимые изменения проявляются лишь в показателях сатурации кислорода, которые не возвращаются до исходных значений в течение регистрируемого периода восстановления (5 минут), а на высотах 1707 м и 3085 м отмечается статистически значимое сни-
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК
1. Меерсон, Ф. З. Адаптация к стрессорным ситуациям. / Ф. З. Меерсон, М. Г. Пшенникова. М. : Медицина, 1988. - 256 с.
2. Платонов, В. Н. Система подготовки спортсменов в олимпийском спорте. Общая теория и ее практические приложения / В. Н. Платонов. - К. : Олимпийская литература, 2004. - 808 с.
3. http://anfiz.ru/books/item/f00/s00/z0000016/ st159.shtml
4. Fuchs, U. Trainer bibliotheK 27. / U. Fuchs, M. Reiß // Höhentraining. - Philippka-Verlag, 1990. - 127 p.
5. Арбузова, О. В. Реакции кардиореспираторной системы и изменения физической работоспособности пловцов разного возраста при действии нормобарической гипоксии / О. В. Арбузова, М. В. Балыкин, Д. В. Коптелов // Вестник новых медицинских технологий. - 2009. - Т. XVI, № 2. - 212-214 с.
6. Бельченко, Л. А. Адаптация человека и животных к гипоксии разного происхождения / Л. А. Бельченко // Соросовский образовательный журнал. - 2001. -Т. 7, № 7. - С. 33-39.
7. Robach, P. Hypoxic training: effect on mitochondrial function and aerobic performance in hypoxia / Robach P, Bonne T, Flück D, Bürgi S, Toigo M, Jacobs RA,
LIST OF REFERENCES
1. Meerson, F. Z. Adaptation to stressful situations. / F. Z. Meerson, M. G. Pshennikova. - М. : Medicine, 1988.
- 256 p.
2. Platonov, V. N. The system of training athletes in the Olympic sport. General theory and its practical applications / V. N. Platonov, - K. : Olympic literature, 2004. - 808 p.
3. http://anfiz.ru/books/item/f00/s00/z0000016/ st159.shtml
4. Fuchs, U. Trainer bibliotheK 27. / U. Fuchs, M. // Reiß Höhentraining. - Philippka-Verlag, 1990. - 127 p.
5. Arbuzova, O. V. Reactions of the cardiorespiratory system and variations in the physical performance of swimmers of different ages under the action of normobaric hypoxia / O. V. Arbuzova, M. V. Balykin, D. V. Koptelov // Bulletin of new medical technologies.
- 2009. - Vol. XVI, No 2. - P. 212-214.
6. Belchenko, L. A. Adaptation of humans and animals to hypoxia of different origin / L. A. Belchenko // Soros Educational Journal. - 2001. - Vol. 7, No 7. - P. 33-39.
7. Robach P. Hypoxic training: effect on mitochondrial function and aerobic performance in hypoxia. / Ro-
жение SpO2 на пятой минуте восстановления в сравнении со значениями сразу после нагрузки. По всей видимости, это связано с процессами восстановления, которые, несмотря на прекращение физической нагрузки, приводят к дисбалансу между восполнением (посредством дыхания) и расходом мышцами кислорода.
Lundby C. // Med Sci Sports Exerc. - 2014. - Oct; 46 (10):1936-45.
8. Набатов, А. А. Гипоксическая тренировка: внимание на отрицательные стороны для митохондрий / А. А. Набатов // Ученые записки университета им. П. Ф. Лесгафта. - 2015. - №. 8. - С. 104-110.
9. Березовский, В. Повышение резервных возможностей человека путем тренировки прерывистой нормобарической гипоксией / В. Березовский, М. Левашов // «Аэрокосмическая и экологическая медицина». - 2000, - Т. 34, № 2. - С. 39-43.
10. Beidleman BA.Validation of a shortened electronic version of the environmental symptoms questionnaire. / Beidleman BA, Muza SR, Fulco CS, Rock PB, Cymerman A. // High Alt Med Biol. - 2007 Fall. -8(3):192-9.
11. Schommer K. Health risk for athletes at moderate altitude and normobaric hypoxia. / Schommer K, Me-nold E, Subudhi AW, Bartsch P. // Br J Sports Med. -2012. - Sep; 46 (11):828-32.
12. Мавлиев, Ф. А. Гендерные особенности реакций сердечно-сосудистой системы на гипербарическую оксигенацию / Ф. А. Мавлиев, Р. Р. Альметова // Лечебная физкультура и спортивная медицина. -2015. - № 5. - С. 18-22.3
bach P, Bonne T, Flück D, Bürgi S, Toigo M, Jacobs RA, Lundby C. // Med Sci Sports Exerc. - 2014. - Oct; 46 (10):1936-45.
8. Nabatov, A. A. Hypoxic training: attention to the negative sides for mitochondria / A. A. Nabatov // Scientific Notes of P.F. Lesgaft University. - 2015. - No. 8. - P. 104-110.
9. Berezovsky, V. Enhancement of human reserve capabilities through training with intermittent normobaric hypoxia / V. Berezovsky, M. Levashov // 'Aerospace and Environmental Medicine». - 2000. - No. 2. - P. 39-43.
10. Beidleman, B. A. Validation of a shortened electronic version of the environmental symptoms questionnaire / B. A. Beidleman, S. R. Muza, C. S. Fulco, P. B. Rock, A. Cymerman // High Alt Med Biol. - 2007. - 8(3):192-9.
11. Schommer K. Health risk for athletes at moderate altitude and normobaric hypoxia. / Schommer K, Menold E, Subudhi AW, Bartsch P. // Br J Sports Med. - 2012. - Sep; 46 (11):828-32.
12. Mavliev, F. A. Gender peculiarities of cardiac-vascular system reactions on hyperbaric oxygenation / F. A. Mavliev, R. R. Almetova // Rehabilitation exercises and sport medicine. - 2015. - No 5. - P. 18-22.
