CC BY
19
JOURNAL OF NEW MEDICAL TECHNOLOGIES - 2022 - Vol. 29, № 2 - P. 53-56
Раздел II
МЕДИКО-БИОЛОГИЧЕСКИЕ НАУКИ Section II
MEDICAL AND BIOLOGICAL SCIENCES
УДК: 612.821:612.766.1 DOI: 10.24412/1609-2163-2022-2-53-56 EDN RSFJAB ^ЦЦ
ПРОЦЕССЫ, ОПРЕДЕЛЯЮЩИЕ УВЕЛИЧЕНИЕ РАБОТОСПОСОБНОСТИ СПОРТСМЕНОВ ПОСЛЕ
ГИПОВЕНТИЛЯЦИОННОГО ДЫХАНИЯ
Ю.Е. ВАГИН, Н.А. ФУДИН, С.Я. КЛАССИНА
ФГБНУ «Научно-исследовательский институт нормальной физиологии им. П. К. Анохина», ул. Балтийская, д. 8, г. Москва, 125315, Россия, e-mail: nphys@nphys.ru, yuvaguine@yandex.ru
Аннотация. Механизмы положительного влияния гиповентиляционного дыхания на спортивную деятельность недостаточно изучены. Цель исследования - изучение функциональных процессов, определяющих увеличение устойчивости спортсменов к вентиляторной и двигательной гипоксии и повышение их физической выносливости после гиповентиляционной тренировки. Материалы и методы исследования. 13 спортсменов обучали гиповентиляционному ритму дыхания в течение 14 дней. До и после гиповентиляционой тренировки регистрировали физиологические параметры, длительность максимальной произвольной задержки дыхания в покое и при скоростно-силовой нагрузке. Результаты и их обсуждение. После гипо-вентиляционной тренировки у спортсменов количество силовых движений на фоне максимальной произвольной задержки дыхания увеличилось на 31±12%. Увеличение количества движений зависело от количества этих движений до тренировки (r=0,73) и от изменения частоты этих движений. Каждый предыдущий этап максимальной произвольной задержки дыхания до и после тренировки спортсменов имел прямую корреляционную связь (r=0,71, 0,75, 0,78) с последующим этапом, способствуя увеличению количества силовых движений при нагрузке. В состоянии покоя величина стандартного отклонения длительности смежных сердечных циклов увеличилась с 45±5 до 52±4 мс, а при нагрузке уменьшилась до 39±4 мс. При нагрузке минутный объем кровотока увеличился, общее периферическое сопротивление току крови уменьшилось и увеличилась возбудимость мотонейронов спинного мозга. Заключение. Гиповентиляционная тренировка привела к увеличению работоспособности спортсменов за счет повышения устойчивости к вентиляторной и двигательной гипоксии. Увеличению результата при нагрузке способствовало адекватное изменение вегетативного тонуса, скорости кровотока, сопротивления току крови и возбуждения спинальных мотонейронов.
Ключевые слова: задержка дыхания, гиповентиляционные тренировки, скоростно-силовая нагрузка.
PROCESSES DETERMINING AN INCREASE IN ATHLETES' WORKING CAPABILITY AFTER HYPOVENTILATION
BREATHING
Yu.E. VAGIN, N.A. FUDIN, S.YA. KLASSINA P. K. Anokhin Research Institute of Normal Physiology, Baltiyskaya Str., 8, Moscow, 125315, Russia, e-mail: mail@nphys.ru
Abstract. The mechanisms of the positive effects of hypoventilation breathing on sports activities are not well understood. The research purpose was to study the functional processes that determine the increase in the resistance of athletes to ventilatory and motor hypoxia and the increase in their physical endurance after hypoventilation training. Materials and methods. 13 athletes were trained in hypoventilatory breathing rhythm for 14 days. Before and after hypoventilation training, physiological parameters, the duration of the maximum voluntary breath holding at rest and during speed-strength load were recorded. Results and its discussion. After hypoventilation training in athletes, the number of power movements against the background of maximum voluntary breath holding increased by 31±12%. The increase in the number of movements depended on the number of these movements before training (r= 0.73) and on changes in the frequency of these movements. Each previous stage of maximum voluntary breath holding before and after training of athletes had a direct correlation (r=0.71, 0.75, 0.78) with the next stage, contributing to an increase in the number of power movements during exercise. At rest, the standard deviation of the duration of adjacent cardiac cycles increased from 45±5 to 52±4 ms and decreased to 39±4 ms during exercise. Under load, the minute volume of blood flow increased; the total peripheral resistance to blood flow decreased, and the excitability of the motor neurons of the spinal cord increased. Conclusion. Hypoventilation training led to an increase in the performance of athletes by increasing resistance to ventilatory and motor hypoxia. An adequate change in auto-nomic tone, blood flow velocity, resistance to blood flow and excitation of spinal motor neurons contributed to an increase in the result during exercise.
Keywords: breath holding, hypoventilation training, speed-strength load.
ВЕСТНИК НОВЫХ МЕДИЦИНСКИХ ТЕХНОЛОГИЙ - 2022 - Т. 29, № 2 - С. 53-56 JOURNAL OF NEW MEDICAL TECHNOLOGIES - 2022 - Vol. 29, № 2 - P. 53-56
Введение. Методика гиповентиляционной тренировки являются одни из способов подготовки спортсменов к соревнованиям [2,5]. Однако, недостаточно изучены физиологические механизмы увеличения работоспособности спортсменов с помощью гиповентиляционного дыхания.
Цель исследования - изучение функциональных процессов, определяющих увеличение устойчивости спортсменов к вентиляторной и двигательной гипоксии и повышение их физической выносливости после гиповентиляционной тренировки.
Материалы и методы исследования. Протокол исследования был одобрен комитетом по биомедицинской этике ФГБНУ НИИ нормальной физиологии им. П.К. Анохина и выполнен в соответствии с рекомендациями Хельсинкской декларации Всемирной медицинской ассоциации [9].
Контингент обследуемых спортсменов. Было обследовано 13 спортсменов, занимающихся физической культурой и спортом в рамках вузовской программы, в возрасте 18-22 лет. Все спортсмены не имели врачебных противопоказаний к физическим упражнениям и произвольным задержкам дыхания. Все спортсмены были проинформированы о последовательности действий при исследовании и дали письменное согласие на участие в исследовании.
Дизайн исследования. Исследование состояло из нескольких этапов. Перед началом исследования у спортсменов в положении сидя регистрировали артериальное давление, уровень сатурации артериальной крови кислородом и субъективное самочувствие по вопроснику Sam. Электрокардиограмму (ЭКГ) регистрировали во II-м стандартном отведении в течение 5 минут на компьютерном электрокардиографе «Поли-Спектр-8» фирмы «Нейрософт» с последующим анализом вариабельности сердечного ритма. Для определения исходной гипоксической устойчивости у спортсменов измеряли длительность максимальной произвольной задержки дыхания (ЗД).
Далее спортсмены выполняли силовые упражнения на многофункциональном силовом тренажере SportEliteSE-3000-45 на фоне максимальной произвольной задержки дыхания (ЗД). Спортсмены в положении сидя брали руками рукоятки тренажера и с усилием сводили эти рукоятки перед собой, сгибая руки в локтевых суставах и вытягивая груз 7,5 кг. Затем они пассивно разводили согнутые в локтях руки в стороны. Такие движения руками используют в спорте для увеличения силы больших грудных мышц, трапециевидных мышц спины и дельтовидные мышц плеч. Спортсмены должны были выполнить максимальное количество движений руками за время максимальной произвольной ЗД. Предел физиологической возможности спортсменов выполнять физическую нагрузку зависел от их способности длительно задерживать дыхание и времени утомления мышц при работе руками.
Силовые движения руками на фоне максимальной произвольной ЗД выполняли троекратно с десятиминутными перерывами. Длительность максимальной произвольной ЗД и количество силовых движений
руками регистрировали суммарно за три раза физической нагрузки на фоне максимальной произвольной ЗД. Во время выполнения движений руками регистрировали электромиограмму (ЭМГ) передней части правой дельтовидной мышцы при помощи компьютерного электромиографа «Синапс» фирмы «Нейротех» с последующим измерением амплитуды и частоты колебаний суммарной ЭМГ за последнюю минуту движений рук спортсменов [8]. После окончания силовой нагрузки повторно регистрировали и вычисляли исследуемые физиологические параметры.
Затем спортсменов обучали гиповентиляцион-ному ритму дыхания в покое в положении сидя. Дыхание было спокойным и ритмичным с длительностью вдоха 1,2 с, выдоха 1,5 с и удлиненной паузой после выдоха в течение 5-10 с. Затем спортсмены самостоятельно проводили такую тренировку по 30 минут три раза в день. Длительность гиповентиляционной тренировки была от 7 до 28 дней, в среднем 13,9±1,8 дней. После каждой тренировки спортсмены самостоятельно измеряли длительность максимальной произвольной ЗД и фиксировали результат в дневнике, обращая внимание на увеличение длительности ЗД. Исследователи проверяли длительность ЗД один раз в неделю, оценивая эффективность гиповентиляционной тренировки, и в случае необходимости давали дополнительные указания обследуемым. Гиповентиляционные тренировки спортсменов сочетали с занятиями физической культурой и спортом в течение двух часов два раза в неделю в рамках вузовской программы.
После окончания гиповентиляционной тренировки у спортсменов регистрировали и вычисляли исследуемые физиологические параметры до и после троекратной физической нагрузки и количество силовых движений руками на фоне максимальной произвольной ЗД при нагрузке, а также длительность этой ЗД.
Анализ вариабельности сердечного ритма. После окончания исследования с помощью компьютерной программы «Нейрософт» вычисляли величину стандартного отклонения длительности смежных сердечных циклов (SDNN), которая характеризует меру разброса длительностей смежных сердечных циклов [7]. Величина SDNN отражает весь спектр циклических компонентов, ответственных за вариабельность сердечного ритма и позволяли оценить вагосимпатиче-ский баланс в организме [4]. SDNN прямо зависит от тонуса парасимпатической нервной системы и обратно - от тонуса симпатической нервной системы [1,6].
Статистический анализ. Полученные результаты обрабатывали с помощью параметрического пакета программы Statistica 10 компании «Microsoft». В каждой группе спортсменов вычисляли средние арифметические величины и среднее квадратичное отклонение (M±o) для каждого исследуемого параметра. Различия между средними величинами параметров оценивали по t-критерию Стьюдента, и они были при статистической значимости p<0,05. Наличие корреляционной связи между параметрами двух вариационных рядов определяли по значению ко-
10иККЛЬ ОБ ЖШ МЕБТСЛЬ ТЕСЫК0ШЫЕ8 - 2022 - Уо1. 29, № 2 - P. 53-56
эффициента линейной корреляции (г). Статистически значимая корреляционная связь была при значениях г больше вычисляемой критической величины г, зависящей от количества пар величин двух вариационных рядов.
Результаты и их обсуждение. Длительность ЗД и работоспособность. После гиповентиляционной тренировки у спортсменов в состоянии покоя длительности максимальной произвольной ЗД увеличилась на 88±21%. Увеличение максимальной произвольной длительности ЗД после гиповентиляцион-ной тренировки имело прямую корреляционную зависимость (г=0,71) от величины ЗД до тренировки при статистически значимых величинах коэффициенте корреляции г>0,55. Следовательно, исходная гипоксическая устойчивость спортсменов определяла увеличение максимальной произвольной ЗД после гиповентиляционной тренировки.
После гиповентиляционной тренировки у спортсменов при физической нагрузке длительности максимальной произвольной ЗД увеличилась на 27±8%. При нагрузке спортсменов на фоне максимальной произвольной ЗД к вентиляторной гипер-капнии добавляется двигательная гиперкапния. Поэтому длительность максимальной произвольной ЗД у спортсменов при нагрузке на фоне этой ЗД меньше, чем в состоянии покоя.
После гиповентиляционной тренировки у спортсменов также статистически значимо увеличилось количества силовых движений на фоне максимальной произвольной ЗД на 31±12%. У всех спортсменов увеличение количества силовых движений на фоне максимальной произвольной ЗД прямо зависело (г=0,66) от удлинения этой ЗД при статистически значимых величинах коэффициента корреляции г>0,55.
Кроме того, увеличение количества силовых движений на фоне максимальной произвольной ЗД зависело у спортсменов от изменения частоты этих движений. Спортсмены непроизвольно разделились на три группы с разной тактикой увеличения количества силовых движений. Одни спортсмены увеличивали частоту движений на фоне небольшого удлинения ЗД. Вторые не изменяли частоту движений, но за счет увеличения длительности ЗД добивались увеличения количества силовых движений. Третьи уменьшали частоту движений, экономя силы, но существенно удлиняли ЗД (рис. 1).
Увеличение количества силовых движений у спортсменов также зависело (г=0,73) от количества этих движений до тренировки при статистически значимых величинах коэффициента корреляции г>0,55. Следовательно, исходные показатели врожденной и приобретенной гипоксической устойчивости и работоспособности спортсменов прямо влияли на количество силовых движений при максимальной произвольной ЗД после гиповентиляционной тренировки.
Физиологические параметры. После гиповентиля-ционной тренировки спортсменов в состоянии покоя величина SDNN увеличилась с 45±5 до 52±4 мс, что указывало на увеличения парасимпатических влияний на сердечный ритм [7,8] спортсменов в покое в
результате гиповентиляционной тренировки. После гиповентиляционной тренировки спортсменов физическая нагрузка на фоне максимальной произвольной ЗД привела к статистически значимому уменьшению величины SDNN до 39±4 мс. При этом симпатические воздействия на сердечный ритм усилились [1,6], что способствовало увеличению количества силовых движений у спортсменов [2,3].
Рис. 1. Изменение частоты движений рук спортсменов в зависимости от изменения длительности максимальной произвольной ЗД после гиповентиляционной тренировки
Была зарегистрирована положительная динамика кровоснабжения работающих мышц. Минутный объем кровотока увеличился с 6,1±0,2 до 6,9±0,4 л/мин и общее периферическое сопротивление току крови уменьшалось с 1083±43 до 960±43 дин*с*см5. Отношение количества колебаний ЭМГ к амплитуде ЭМГ уменьшилось с 4263±343 до 4037±288 условных единиц, что связано с преобладанием увеличения количества возбужденных мотонейронов над увеличением частоты возбуждения мотонейронов спинного мозга, управляющих работающими мышцами [8,10].
Остальные регистрируемые параметры (ударный объем крови, артериальное давление, сатурация артериальной крови кислородом, субъективное самочувствие) статистически не изменились. Это указывало на отсутствие существенных изменений общего состояния спортсменов в покое после гиповен-тиляционной тренировки и увеличения их гипокси-ческой устойчивости и работоспособности при физической нагрузке.
Заключение. Гиповентиляционная тренировка привела к увеличению работоспособности спортсменов при скоростно-силовой нагрузке на фоне максимальной произвольной ЗД. Увеличение количества силовых движений на фоне максимальной произвольной ЗД зависело у спортсменов от количества этих движений до тренировки и от изменения частоты этих движений, то есть от исходной подготовки локомоторного аппарата спортсменов к физической нагрузке.
Также конечный результат спортсменов зависел от их устойчивости к вентиляторной и двигательной гипоксии. Каждый предыдущий этап максимальной произвольной ЗД до и после тренировки спортсменов имел прямую корреляционную связь с последующим этапом, способствуя увеличению количества
JOURNAL OF NEW MEDICAL TECHNOLOGIES - 2022 - Vol. 29, № 2 - P. 53-56
силовых движений при нагрузке (рис. 2). Исходная подготовка спортсменов определяла конечный результат спортсменов после тренировки.
Рис. 2. Физиологические процессы, определяющие увеличение работоспособности спортсменов при скоростно-силовой нагрузке на фоне максимальной произвольной ЗД с помощью гиповентиляционной тренировки (ГВТ) Примечание: СНС и ПСНС - тонус симпатической и пара-симптической нервной системы. Цифры - статистически значимые корреляционные связи (r>0,55) между процессами. t, I - увеличение и уменьшение процессов
Тренировка привела к увеличению парасимпатических влияний на сердечный ритм в состоянии покоя, что снизило у спортсменов предстартовый стресс. После тренировки спортсменов физическая нагрузка на фоне максимальной произвольной ЗД проходила при увеличенном тонусе симпатической нервной системы, что способствовало увеличению количества силовых движений у спортсменов. Минутный объем кровотока увеличился, а общее периферическое сопротивлению току крови уменьшилось, что улучшало кровообращение в работающей скелетной мускулатуре. Тренировка увеличивала возбудимость мотонейронов спинного мозга, увеличивая работоспособности сокращающейся при нагрузке скелетной мускулатуры (рис. 2).
Несколько физиологических параметров не изменились, что указывало на сохранение основных физиологических функций спортсменов на прежнем уровне в состоянии покоя, но при физической нагрузке у спортсменов увеличилась гипоксическая устойчивость и работоспособность.
Литература / References
1. Бокерия Л.А., Бокерия О.Л., Волковская И.В. Вариабельность сердечного ритма: методы измерения, интерпретация, клиническое использование // Анналы аритмологии. 2009. № 4. С. 2132 / Bockeria LA, Bockeria OL, Volkovskaya IV. Variabel'nost' ser-dechnogo ritma: metody izmereniya, interpretatsiya, klinicheskoye ispol'zovaniye [Heart rate variability: measurement methods, interpretation, clinical use]. Annaly aritmologii. 2009;(4):21-32. Russian.
2. Вагин Ю.Е., Зеленкова И.Е., Фудин Н.А. Функциональные изменения спортсменов при увеличивающихся прерывных задержках дыхания в ходе физической нагрузки // Наука и спорт: современные тенденции. 2018. № 3(20). С. 6-11 / Vagin YuE, Zelenkova IE,
Fudin NA. Funktsional'nyye izmeneniya sportsmenov pri uvelichivay-ushchikhsya preryvnykh zaderzhkakh dykhaniya v khode fizicheskoy nagruzki [Functional alterations in athletes with increased interrupted breath-holdings during physical efforts]. Nauka i sport: sovremennyye tendentsii. 2018;20(3):6-11. Russian.
3. Вагин Ю.Е., Фудин Н.А. Динамика напряжения организма у спортсменов различного уровня квалификации // Вестник новых медицинских технологий. Электронное издание. 2021. № 3. С. 6469. DOI: 10.24412/2075-4094-2021-3-3-3 / Vagin YuE, Fudin NA. Dina-mika napryazheniya organizma u sportsmenov razlichnogo urovnya kvalifikatsii [Dynamics the body tension in sportsmen of various levels of qualification]. Vestnik novykh meditsinskikh tekhnologiy. Elektron-noye izdaniye. 2021;(3):64-9. DOI: 10.24412/2075-4094-2021-3-3-3. Russian.
4. Ковалева А.В., Панова Е.Н., Горбачева А.К. Анализ вариабельности ритма сердца и возможности его применения в психологии и психофизиологии // Современная зарубежная психология. 2013. № 1. С. 35-50 / Kovaleva AV, Panova EN, Gorbatchova AK. Analiz variabel'nosti ritma serdtsa i vozmozhnosti yego primeneniya v psikhologii i psikhofiziologii [Analysis of heart rate variability and possibility of its utilization in psychology and psychophysiology]. Sov-remennaya zarubezhnaya psikhologiya. 2013;(1):35-50. Russian.
5. Фудин Н.А., Классина С.Я., Пигарева С.Н., Вагин Ю.Е. Гипо-вентиляционные тренировки в сочетании с физическими упражнениями и их влияние на функциональное состояние человека при физической работе до отказа // Спортивная медицина: наука и практика. 2018. № 1(8). С. 32-38. DOI: 10.17238/ISSN2223-2524.2018.1.32 / Fudin NA, Klassina SYa, Pigareva SN, Vagin YuE. Gi-poventilyatsionnyye trenirovki v sochetanii s fizicheskimi uprazhneni-yami i ikh vliyaniye na funktsional'noye sostoyaniye cheloveka pri fizicheskoy rabote do otkaza [Hypoventilation trainings combined with medicine: science and practice]. Sportivnaya meditsina: nauka i praktika. 2018;8(1):32-8. DOI: 10.17238/ISSN2223-2524.2018.1.32. Russian.
6. Ходырев Г.Н., Хлыбова С.В., Циркин В.И., Дмитриева С.Л. Методические аспекты анализа временных и спектральных показателей вариабельности сердечного ритма (обзор литературы) // Вятский медицинский вестник. 2011. № 3-4. С. 60-70 / Khodyrev GN, Khlibova SV, Tsirkin VI. Dmitrieva SL. Metodicheskiye aspekty analiza vremennykh i spektral'nykh pokazateley variabel'nosti serdechnogo ritma (obzor literatury) [Methodological aspect of analysis of temporal and spectral parameters of heat rate variability (literature review)]. Vyatskiy meditsinskiy vestnik. 2011;(3-4):60-70. Russian.
7. Task force of the European society of cardiology and the North American society of pacing and electrophysiology. Heart rate variability. standards of measurements, physiological interpretation, and clinical use. Circulation. 1996. Vol. 87. P. 1043-1047 / Task force of the European society of cardiology and the North American society of pacing and electrophysiology. Heart rate variability. standards of measurements, physiological interpretation, and clinical use. Circulation. 1996;(87):1043-7.
8. Fudin N.A., Klassina S.Ya., Pigareva S N., Vagin Yu.E. Relationship between the parameters of muscular and cardiovascular systems in graded exercise testing in subjects doing regular exercises and sports // Human physiology. 2015. Vol. 4. P. 412-419. DOI: 10.1134/S0362119715040088 / Fudin NA, Klassina SYa, Pigareva SN, Vagin YuE. Relationship between the parameters of muscular and cardiovascular systems in graded exercise testing in subjects doing regular exercises and sports. Human physiology. 2015;4:412-419. DOI: 10.1134/S0362119715040088.
9. World Medical Association Declaration of Helsinki: Ethical Principles for medical research involving human subjects // JAMA. 2013. Vol. 20. P. 2191-2194. PMID 24141714. DOI: 10.1001/jama.2013.281053 / World Medical Association Declaration of Helsinki: Ethical Principles for medical research involving human subjects. JAMA. 2013;20:2191-4. PMID 24141714. DOI: 10.1001/jama.2013.281053.
10. Xiaogang X., Rymer W.Z., Suresh N.L. Motor unit pool organization examined via spike-triggered averaging of the surface electromy-ogram // J. Neurophysiology. 2013. Vol. 110. P. 1205-1220 / Xiaogang X, Rymer WZ, Suresh NL. Motor unit pool organization examined via spike-triggered averaging of the surface electromyogram J. Neurophysiology. 2013;110:1205-20.
Библиографическая ссылка:
Вагин Ю.Е., Фудин Н.А., Классина С.Я. Процессы, определяющие увеличение работоспособности спортсменов после гиповен-тиляционного дыхания // Вестник новых медицинских технологий. 2022. №2. С. 53-56. Б01: 10.24412/1609-2163-2022-2-53-56. ББМ КБРУЛБ.
Bibliographic reference:
Vagin YuE, Fudin NA, Klassina SYa. Protsessy, opredelyayushchie uvelichenie rabotosposobnosti sportsmenov posle gipoventi-lyatsionnogo dykhaniya [Processes determining an increase in athletes' working capability after hypoventilation breathing Journal of New Medical Technologies. 2022;2:53-56. DOI: 10.24412/1609-2163-2022-2-53-56. EDN RSFJAB. Russian.
