Реакция кардиореспираторной системы юных спортсменов и нетренированных подростков г. Сыктывкара на субмаксимальную физическую нагрузку Текст научной статьи по специальности «Науки о здоровье»

УДК 612.176.4:612.216.2

РЕАКЦИЯ КАРДИОРЕСПИРАТОРНОЙ СИСТЕМЫ ЮНЫХ СПОРТСМЕНОВ И НЕТРЕНИРОВАННЫХ ПОДРОСТКОВ г. СЫКТЫВКАРА НА СУБМАКСИМАЛЬНУЮ ФИЗИЧЕСКУЮ НАГРУЗКУ*

© 2010 г. С. В. Стрельникова, Н. И. Пантелеева, *Т. В. Яцечко, И. М. Рощевская, М. П. Рощевский

Коми научный центр Уральского отделения Российской академии наук, *Республиканская детская больница, г. Сыктывкар

Природно-климатические условия Севера приводят к мобилизации функциональных систем организма человека. Для организма спортсменов, проживающих и тренирующихся в условиях Севера, дополнительным фактором нагрузки являются систематические тренировки. Выполнение физической нагрузки определяется эффективностью деятельности дыхательной и сердечно-сосудистой систем, слаженность и координированность которых позволяет рассматривать их как единую функциональную кардиореспираторную систему [2, 3].

Плавание относится к циклическим видам спорта, тренировки спортсменов направлены на формирование физического качества выносливость. Пик интенсивности физических нагрузок в годовом тренировочном цикле приходится на соревновательный период, во время которого возникает проблема предупреждения развития состояния перетренированности и переутомления спортсмена [10]. Для определения функциональных резервов организма широко используют пробу с физической нагрузкой, которая является естественной провокацией, позволяющей оценить функцию кардиореспираторной системы в условиях интенсивной физической работы [1], у спортсменов определить функциональное состояние сердечно-сосудистой системы следует только при использовании физической нагрузки [13]. Оценку функции всех звеньев респираторной системы можно провести по изменению параметров внешнего дыхания. По изменению частоты сердечных сокращений и системного артериального давления выделяют пять типов реакции системы кровообращения на физическую нагрузку: нормотоническую, гипотоническую, гипертоническую, дистоническую и ступенчатую [4].

Целью работы было исследование функции сердечно-сосудистой и дыхательной систем спортсменов-пловцов и нетренированных подростков после выполнения физической нагрузки субмаксимальной мощности.

Методы

Обследованы 27 спортсменов-пловцов ДЮСШ № 3 г. Сыктывкара в возрасте от 13 до 18 лет (17 юношей и 10 девушек) со спортивным стажем (9 ± 2) года в соревновательный период спортивной подготовки, т. е. на «пике» спортивной формы. Пловцы имели I (п = 12) и II (п = 3) взрослый разряды по плаванию и квалификацию кандидата в мастера спорта (п = 12). Нетренированных подростков (20 юношей и 3 девушки) той же возрастной группы (группа контроля, п=23) обследовали в это же время года при аналогичных условиях.

Антропометрические измерения роста и массы тела людей проводили при помощи электронного весо-ростомера (ТВЭС, Россия).

*Работа поддержана Программой Президиума РАН «Фундаментальные науки — медицине»; РФФИ № 09-0498814-а, Научной школой академика М. П. Рощевского.

Проведено исследование функционального состояния сердечнососудистой и дыхательной систем у юных спортсменов-пловцов и нетренированных подростков. Показано снижение функциональных резервов кардиореспираторной системы у нетренированных подростков в ответ на субмаксимальную физическую нагрузку. В результате систематических физических тренировок, количество и мощность которых достигают максимума на соревновательном этапе годового тренировочного цикла, у спортсменов выявлена интенсификация функции внешнего дыхания и высокая напряженность сердечнососудистой системы, что в целом обеспечивает адекватную реакцию на нагрузку функциональной кардиореспираторной системы тренированного организма.

Ключевые слова: кардиореспира-торная система, спортсмены-пловцы, функция внешнего дыхания, субмаксимальная физическая нагрузка, соревновательный этап тренировочного цикла.

Для изучения реакции кардиореспираторной системы на физическую нагрузку использовали тест PWC170. Каждый обследуемый на велоэргометре (KETTLER, Германия) выполнял две нагрузки разной мощности продолжительностью по пять минут, в конце каждой минуты регистрировали частоту сердечных сокращений (ЧСС). Первую (разминочную) нагрузку рассчитывали исходя из массы тела, вторую (субмаксимальную) — относительно ЧСС в конце первой нагрузки. После каждой нагрузки был трехминутный период восстановления, на каждой минуте которого регистрировали ЧСС и системное артериальное давление - АД систолическое (АДс), АД диастолическое (АДд). Реакцию сердечно-сосудистой системы оценивали по изменениям на первой минуте второго восстановления по сравнению с покоем. Измерение ЧСС проводили электрокардиографическим методом, АД — методом Короткова.

Параметры функции внешнего дыхания (ФВД) измеряли портативным спирометром (Spirobank G, MIR, Италия). Расчет должных величин ФВД производился автоматически по антропометрическим и возрастным данным обследованных людей согласно рекомендациям Европейского пульмонологического общества (ERS, European Respiratory Society). До и после нагрузочного тестирования регистрировали объемные показатели ФВД — жизненную емкость легких (ЖЕЛ), форсированную жизненную емкость легких (ФЖЕЛ), скоростные показатели — объемную форсированную скорость выдоха за первую секунду экспирации (ОФВ1), мгновенную объемную скорость (МОС), максимальную вентиляцию легких (МВЛ). Производили расчет жизненного индекса (ЖЕЛ/масса тела).

Нормальность распределения значений определяли по критерию Шапиро — Уилка. При нормальном распределении результаты представлены в виде средней арифметической ± стандартное отклонение (M ± SD), анализ производили при помощи параметрических тестов — t-теста для независимых выборок и парного t-теста для различий до — после. При непараметрическом распределении данные представлены в виде тройки цифр : нижний квартиль (25 % персентиль) — медиана — верхний квартиль (75 % персентиль), дающих представление о центральной тенденции, ширине и асимметрии распределения результатов (Р25 — Ме

— Р75). Сравнение проводили по непараметрическому тесту Манна — Уитни для независимых выборок, для зависимых выборок — по Вилкоксону. Различия между выборками считались достоверными при р < 0,05.

Результаты

Показатели массы тела и роста обследованных составили (60,4 + 10,4) кг и (172 + 9) см для пловцов и (55,7 + 8,7) кг и (168 + 10) см для нетренированных подростков соответственно.

Жизненный индекс у спортсменов 79, что достоверно больше, чем у подростков контрольной группы, — 69,5 (р = 0,006), продолжительность задержки дыхания на вдохе у пловцов (62 + 28) с, у лиц контрольной группы (47 + 22) с, на выдохе (34 + 13) и (29 ± 16) с соответственно.

Величина субмаксимальной физической нагрузки у спортсменов — (175 ± 37) Вт, (1 057 + 220) кгм/мин достоверно (р = 0,021) выше, чем у нетренированных людей - (153 ± 32) Вт, (917 ± 177) кгм/мин.

У обследованных нами подростков по изменению ЧСС и АД в ответ на физическую нагрузку выявлены четыре типа реакции системы кровообращения.

Нормотонический тип реакции (увеличение АДс до 160-180 мм рт. ст. при неизменном АДд либо его понижении до 60 мм рт. ст., ЧСС увеличивается более чем на 50 %) выявили у четырех нетренированных подростков и семи пловцов (табл. 1, 2).

После выполнения физической нагрузки у пловцов наблюдали значимое увеличение ЧСС (р = 0,005), АДс (р = 0,0001), АДд практически не изменилось. У нетренированных подростков наряду с существенным увеличением ЧСС (р = 0,0001) и АДс (р = 0,017), наблюдали снижение АДд (р = 0,019).

Гипотонический тип реакции на нагрузку (АДс повышается не более чем на 30 мм, АДд неизменное либо незначительно повышается, ЧСС увеличивается существенно до 170-190 уд./мин) был отмечен у двух подростков контрольной группы, у пловцов выявлен не был.

Гипертонический тип реакции на нагрузку (АДд и ЧСС повышаются, АДс резко увеличивается до 180-220 мм рт. ст.) отметили у 11 пловцов и трех подростков из группы контроля. После нагрузки у

Типы реакции системы кровообращения на субмаксимальную нагрузку у спортсменов (M ± SD)

Таблица 1

Тип реакции Показатель Покой После выполнения субмаксимальной нагрузки Значимость различий р

Нормотонический (n=7) ЧСС, уд./мин 68±11 124 + 19 0,005

АДс, мм рт. ст. 129±10 154 + 12 0,0001

АДд, мм рт. ст. 81±16 75 + 12 >0,05

Гипертонический (n = 11) ЧСС, уд./мин 75±10 127 + 17 0,034

АДс, мм рт. ст. 131±19 181 + 19 0,0001

АДд, мм рт. ст. 69±14 80 + 12 0,002

ЧСС, уд./мин 65±12 121 + 18 0,0001

Ступенчатый (n=7) АДс, мм рт. ст. 124±16 143 + 15 на 1 мин 149+14 на 2 мин 0,011

АДд, мм рт. ст. 72±10 75 + 12 на 1 мин 78 + 12 на 2 мин >0,05

спортсменов увеличились ЧСС (р = 0,034), АДс (р = 0,0001), АДд (р = 0,002). У нетренированных подростков наблюдали увеличение ЧСС (р = 0,0001), АДс (р = 0,024) и несущественное увеличение АДд в покое и после выполнения нагрузки соответственно.

Ступенчатый тип реакции (АД и ЧСС увеличивается аналогично нормотоническому типу, но на второй и третьей минуте восстановления после выполнения физической нагрузки появляется повторный подъем артериального давления) выявили у 14 подростков из контрольной группы и восьми спортсменов.

После выполнения субмаксимальной нагрузки на первой минуте второго восстановления отметили увеличение ЧСС (р = 0,0001), АДс (р = 0,011) и АДд. На второй минуте отметили дальнейший подъем АДс (р = 0,013 по сравнению с 1-й мин), АДд практически не изменилось. У нетренированных подростков после нагрузки на первой минуте восстановления повысилось ЧСС (р = 0,001), АДс (р = 0,0001), АДд существенно не изменилось. На второй минуте восстановления происходил подъем АДс (р = 0,001 по сравнению с 1-й мин), и АДд (р = 0,004 по сравнению с 1-й мин).

После выполнения субмаксимальной физической нагрузки параметры внешнего дыхания ЖЕЛ, ФЖЕЛ, ОФВ1, МВЛ у спортсменов значимо превышали таковые у нетренированных людей (табл. 3). По отношению к покою после велоэргометрии у пловцов существенно уменьшились ЖЕЛ (р = 0,008), ФЖЕЛ (р = 0,002) и увеличилась МВЛ (р = 0,001), у нетренированных подростков снизились ЖЕЛ (р = 0,0001), ФЖЕЛ (р = 0,006) и возрос ОФВ1 (р = 0,0001).

На уровне крупных и средних бронхов мгновенная объемная скорость (МОС) выдоха (МОС25 и МОС50 соответственно) до и после выполнения физической нагрузки была выше должных величин у спортсменов и нетренированных подростков, на уровне мелких бронхов (МОС75) — ниже должных у всех обследованных.

Объемные и скоростные параметры ФВД у спортсменов до и после физической нагрузки значимо превышали должные величины для данной возрастной группы, тогда как у нетренированных людей были меньше должных.

Таблица 2

Типы реакции системы кровообращения на субмаксимальную нагрузку у нетренированных подростков (М ± SD)

Тип реакции Показатель Покой После выполнения субмаксимальной нагрузки Значимость различий р

Нормотонический (п=4) ЧСС, уд./мин 75±1 139±7 0,0001

АДс, мм рт. ст. 116±14 143±18 0,017

АДд, мм рт. ст. 80±12 62±9 0,019

Гипотонический (п=2) ЧСС, уд./мин 91±11 135±4 0,0001

АДс, мм рт. ст. 105±15 114±19 >0,05

АДд, мм рт. ст. 73±12 65±27 >0,05

Гипертонический (п=3) ЧСС, уд./мин 74±10 145±5 0,0001

АДс, мм рт. ст. 125±13 156±16 0,024

АДд, мм рт. ст. 80±9 92±18 >0,05

ЧСС, уд./мин 74±9 146±17 0,001

Ступенчатый (п = 14) АДс, мм рт. ст. 117±19 137±18 на 1 мин 147±22 на 2 мин 0,0001

АДд, мм рт. ст. 77±7 76±8 на 1 мин 81±8 на 2 мин >0,05

Таблица 3

Показатели функции внешнего дыхания спортсменов и нетренированных подростков до и после выполнения физической нагрузки (Р25 — Ме — Р75)

Показатель Покой После выполнения субмаксимальной нагрузки Значимость различий после нагрузки по отношению к покою р Значимость различий между группами в покое р Значимость различий между группами после нагрузки р

Пловцы

ЖЕЛ, л 3,75-4,60-5,61 3,71-4,43-5,40 >0,05 >0,05 >0,05

ФЖЕЛ, л 3,68-4,35-5,25 3,38-4,33-5,60 >0,05 >0,05 >0,05

ОФВ1, л/с 3,48-4,21-4,52 3,35-4,20-4,90 >0,05 >0,05 >0,05

МВЛ, л/мин 79,02-101,65-156,35 99,4-129,3-166,8 0,001 >0,05 >0,05

Нетренированные подростки

ЖЕЛ, л 3,21-3,88-4,25 3,10-3,66-4,32 >0,05 0,05 >0,05

ФЖЕЛ, л 2,60-3,54-4,41 3,20-3,53-4,25 >0,05 0,012 0,013

ОФВ1, л/с 2,60-3,43-4,03 2,78-3,41-3,98 >0,05 0,005 0,026

МВЛ, л/мин 78,6-103,4-145,2 85,6-108,5-138,9 >0,05 0,019 >0,05

Обсуждение результатов

По антропометрическим показателям пловцы и нетренированные подростки достоверно не различались. Жизненный индекс, характеризующий функциональные возможности дыхательного аппарата, был достоверно выше у спортсменов по сравнению с неспортсменами, что указывает на большую интенсивность дыхательной функции у обследованных пловцов.

Продолжительность задержки дыхания на вдохе для спортсменов составляет 90—120 с, для нетренированных людей 40 — 60 с, на выдохе 40 — 60 с для спортсменов, 20—40 с для нетренированных [7]. У обследованных нами спортсменов-пловцов и нетренированных подростков продолжительность задержки дыхания на вдохе и выдохе находилась в пределах нормы, характерной для здорового нетренированного человека.

Адекватным и благоприятным типом реакции кровообращения на физическую нагрузку является нормотонический, т. к. приспособление к нагрузке происходит за счет повышения пульсового давления, остальные типы реакции могут быть признаком функциональной неполноценности сердечно-сосудистой системы. Гипотонический тип реакции является нерациональным для деятельности сердца, поскольку характеризуется выраженным хронотропным эффектом и увеличением ударного объема в слабой степени. Гипертонический тип реакции, при котором происходит малый прирост ударного объема, характерен для гипертоников и людей с вегетососудистой дистонией. Дистонический тип характеризуется появлением феномена «бесконечного тона» после выполнения физической нагрузки. Ступенчатый тип реакции отражает функциональную неполноценность регуляторной системы кровообращения и оценивается как наиболее неблагоприятный [4].

По реакции системы кровообращения на субмаксимальную физическую нагрузку у обследованных нами людей нормотонический тип был выявлен у 29,0 % пловцов и 17,4 % нетренированных подростков. У 8,7 % неспортсменов отметили гипотонический тип, гипертонический — у 41,0 % пловцов и 13,0 % нетренированных подростков. Ступенчатый тип реакции был выявлен у 30,0 % спортсменов и 61,0 % лиц контрольной группы. Ни у спортсменов, ни у подростков контрольной группы не был выявлен дистонический тип реакции на физическую нагрузку.

Реакция системы кровообращения на физическую нагрузку у всех обследованных подростков была преимущественно неудовлетворительной. У большинства нетренированных подростков выявлен ступенчатый тип реакции системы кровообращения, что указывает на значительное напряжение механизмов адаптации. Реакция сердечно-сосудистой системы большинства спортсменов на нагрузку была преимущественно гипертонической, что обусловлено интенсивными физическими нагрузками на соревновательном этапе. Ранее считали, что у спортсменов

гипертоническая реакция свидетельствует о состоянии перетренированности [4]. Однако впоследствии было показано, что в современном спорте на фоне непрерывного возрастания требований, предъявляемых спортсмену, достижение наивысшего результата возможно только при значительном напряжении адаптационно-приспособительных механизмов [8, 11]. Следовательно, гипертоническая реакция системы кровообращения на нагрузку у обследованных пловцов является показателем крайней степени напряжения адаптационных возможностей организма на соревновательном этапе тренировочного цикла. Выявленная у 30 % пловцов ступенчатая реакция свидетельствует об исчерпании функциональных резервов и состоянии перетренированности в период соревнований.

В ответ на физическую нагрузку у всех обследованных подростков наблюдали изменение объемных и скоростных показателей ФВД, у пловцов объемные показатели ФВД — ФЖЕЛ и ЖЕЛ в покое и после физической нагрузки достоверно превышали показатели нетренированных подростков. Легочные объемы, отражающие функциональные возможности дыхательной системы, у спортсменов больше, чем у нетренированных людей, что отображает большую площадь газообмена дыхательных путей у тренированного человека [9].

Для жителей севера характерно снижение морфофункционального резерва легких [3], а в зимне-весенний период года отмечено напряжение адаптационно-приспособительных механизмов кар-диореспираторной системы [5, 6, 12]. Показатели ЖЕЛ в покое у обследованных нами нетренированных подростков были существенно ниже, чем у спортсменов, и меньше должных величин, что является характерным признаком для людей, проживающих в условиях Севера.

Показатель вентиляционной способности легких и бронхиальной проходимости в крупных бронхах, ОФВ1, достоверно больше у обследованных пловцов по сравнению с нетренированными людьми до и после физической нагрузки, что является проявлением адаптивных изменений системы внешнего дыхания у спортсменов и указывает на большую силу и выносливость дыхательных мышц.

Эффективность деятельности респираторной системы определяется проходимостью воздухоносных путей, которая зависит от эластичности дыхательных путей различного калибра [9]. У нетренированных подростков наблюдали достоверное снижение МОС75 после выполнения физической нагрузки, что свидетельствует об уменьшении проходимости на уровне мелких бронхов. Показатель МВЛ, отражающий проходимость бронхиального древа, значимо увеличился у пловцов после функциональной пробы.

После выполнения велоэргометрии у обследованных людей отметили различные варианты изменений основных параметров ФВД. Уменьшение ЖЕЛ наблюдали у 67 %, а увеличение у 33; увеличение МВЛ у 78 % спортсменов, а уменьшение у 22. Среди нетрениро-

ванных подростков в ответ на физическую нагрузку уменьшением ЖЕЛ отреагировали 52 %, увеличением 48; увеличением МВЛ ответили 68 %, а уменьшением 32. Субмаксимальная физическая нагрузка у обследованных нами подростков вызывала снижение эластичности и проходимости дыхательных путей.

Интенсивная легочная вентиляция во время мышечной работы у спортсменов обеспечивается хорошим развитием дыхательной мускулатуры и снижением сопротивления движению воздуха в дыхательных путях [9]. Снижение МВЛ и МОС на уровне мелких бронхов у подростков контрольной группы является реакцией нетренированного организма на гипервентиляцию и следствием адаптации, направленной на экономизацию дыхания в холодных климатических условиях [5]. Уменьшение ЖЕЛ у спортсменов связано со снижением эластичности сурфактанта вследствие гипоксической активации перекисного окисления липидов [11]. Выявленная адекватная реакция функции внешнего дыхания на нагрузку у пловцов свидетельствует о формировании компенсаторно-приспособительных механизмов к систематическим физическим нагрузкам.

Таким образом, показана неудовлетворительная реакция кардиореспираторной системы на физическую нагрузку у нетренированных подростков, свидетельствующая о напряженности механизмов адаптации. В результате увеличения количества и мощности физических тренировок к соревновательному этапу тренировочного цикла у спортсменов происходит интенсификация функции внешнего дыхания и развитие высокой напряженности сердечно-сосудистой системы, что в целом обеспечивает адекватную реакцию на нагрузку функциональной кардиореспираторной системы тренированного организма. Систематические физические нагрузки способствуют развитию функциональной устойчивости кардиореспираторной системы спортсменов и нивелируют неблагоприятное влияние условий Севера на тренированный организм.

Список литературы

1. Аронов Д. М. Функциональные пробы в кардиологии / Д. М. Аронов, В. П. Лупанов. — М. : МЕДпресс-информ, 2007. - 327 с.

2. Герасимов И. Г. Взаимосвязь между показателями гемодинамики и дыхания у человека / И. Г. Герасимов, Е. В. Самохина // Физиология человека. — 2003. — Т. 29, № 4. — С. 72—75.

3. Евдокимов В. Г. Модулирующее влияние Севера на кардиореспираторную систему человека в онтогенезе / В. Г. Евдокимов, О. В. Рогачевская, Н. Г. Варламова. — Екатеринбург : УрО РАН, 2007. — 258 с.

4. Земцовский Э. В. Спортивная кардиология / Э. В. Земцовский. — СПб. : Гиппократ, 1995. — 445 с.

5. Копытова Н. С. Сезонные изменения функционального состояния системы внешнего дыхания у жителей Европейского севера России / Н. С. Копытова, А. Б. Гудков // Экология человека. — 2007. — № 10. — С. 41—43.

6. Лебедева О. П. Динамика функционального состояния кардиореспираторной системы у подростков 11 — 12 лет на

Крайнем Севере в различные сезоны года / О. П. Лебедева // Физическая культура. - 2002. - № 3. - С. 12-18.

7. Макарова Г. А. Спортивная медицина / Г. А. Макарова. - М. : Советский спорт, 2003. - 480 с.

8. Приходько В. И. Особенности функционального состояния сердечно-сосудистой системы юных пловцов, достигших высоких спортивных результатов / В. И. Приходько // Теория и практика физической культуры. - 1996.

- № 9. - С. 11-17.

9. Смирнов В. М. Физиология физического воспитания и спорта / В. М. Смирнов, В. И. Дубровский. -М. : ВЛАДОС-ПРЕСС, 2002. - 600 с.

10. Соломина Т. В. Планирование тренировочного процесса на основе непрерывного контроля сердечного ритма / Т. В. Соломина, Л. И. Вовченко // Теория и практика физической культуры. - 2000. - № 4. - С. 28-31.

11. Уилмор Дж. Х. Физиология спорта / Дж. Х. Уилмор, Д. Л. Костил. - М. : Советский спорт, 2001. - 504 с.

12. Perini R. Seasonal training and heart rate and blood pressure variabilities in young swimmers / R. Perini, A. Tironi, M. Cautero, et al. // Eur. J. Physiol. - 2006. - Vol. 97.

- P. 395-403.

13. Recommendations and considerations related to preparticipation screening for cardiovascular abnormalities in competitive athletes. 2007 update // Circulation. - 2007. -Vol. 115. - P. 1643-1655.

THE RESPONSE OF CARDIOVASCULAR SYSTEM OF SPORTSMEN-SWIMMERS AND NONTRAINED TEENAGERS OF SYKTYVKAR TO SUBMAXIMAL WORKLOAD

S. V. Strelnikova, N. I. Panteleeva, *T. V. Yacechko, I. M. Roshchevskaуa, M. P. Roshchevsky

Komi Science Center, Ural Division, Russian Academy of Sciences,

*Komi Republican Children's Hospital, Syktyvkar

The functional condition of cardiovascular and respiratory systems of young sportsmen-swimmers and nontrained teenagers has been investigated. The reduction of functional reserves of cardiorespiratory system of nontrained teenagers is shown. In the competition stage of an annual training process the quantity and capacity of physical activity achieve their maximum. In this period in sportsmen the intensification of respiratory function and high intensity of cardiovascular system are revealed, that provide an adequate response of functional cardiovascular system of a trained organism to workloads.

Key words: cardiorespiratory system, sportsmen-swimmers, respiratory function, submaximal workload, competition stage of annual training process.

Контактная информация:

Рощевская Ирина Михайловна - доктор биологических наук, зав. лабораторией сравнительной кардиологии Коми научного центра УрО РАН

Адрес: 167000, г. Сыктывкар, ул. Коммунистическая, д. 24

Тел. (88212) 39-14-51

E-mail: compcard@mail.ru

Статья поступила 16.12.2009 г.