CC BY
24
УДК 796.01:612
технология интегральной оценки функциональных возможностей высококвалифицированных спортсменов разного возраста на основе моделирования адаптационных процессов
С.В. Погодина, доктор биологических наук, доцент, заведующая кафедрой спорта и физического воспитания,
Крымский федеральный университет имени В.И. Вернадского, Республика Крым, г. Симферополь. Контактная информация для переписки: 295007, Россия, Республика Крым, г. Симферополь, ул. Проспект академика Вернадского, 4, e-mail: sveta_pogodina@mail.ru. Г.Д. Алексанянц, доктор медицинских наук, профессор, профессор кафедры анатомии и спортивной медицины,
Кубанский государственный университет физической культуры, спорта и туризма, г. Краснодар. Контактная информация для переписки: 350015, Россия, г. Краснодар, ул. Буденного, д. 161, кафедра анатомии и спортивной медицины, e-mail:alexanyanc@mail.ru.
В статье представлена технология интегральной оценки функциональных возможностей высококвалифицированных спортсменов мужского пола возрастных диапазонов 17-18, 22-26 и 40-46 лет на основе моделирования адаптационных процессов. Для оценки функциональных возможностей на уровне основных адаптационных механизмов (неспецифического, гормонального, метаболического, гемоди-намического, вентиляторного) применялись биохимический, гематологический, иммунологический, реографический, спирометрический, эргометрический методы, а также метод газового анализа выдыхаемого воздуха и статистический анализ данных.
Для моделирования адаптационных процессов в условиях пороговых нагрузок предложен алгоритм, включающий в себя классификацию типов адаптационных реакций на уровне функциональных профилей основных систем и условную визуализацию данных профилей в цветовом разрешении. При воспроизведении спектральной цветности функциональных моделей было установлено, что в инволютивно-возрастном векторе цветовое пространство моделей в синем спектре (отвечающем за ослабление адаптационных реакций)
уменьшается, тогда как в красном спектре (отвечающем за усиление адаптационных реакций) - увеличивается. Это говорит об усилении и большей выраженности реагирования адаптационных систем на пороговые режимы физических нагрузок при достижении высококвалифицированными спортсменами «поздних» возрастных диапазонов.
Представленная в статье технология интегральной оценки функциональных возможностей на основе моделирования и визуализации функциональных моделей в условном цветовом разрешении позволяет регистрировать возрастные изменения у высококвалифицированных спортсменов в диапазоне 17-46 лет, выражающиеся в принципе смещения (усиления или ослабления) в ряду сопряженных адаптационных функций в условиях пороговых нагрузок. Воспроизведение моделей дает возможность прогнозировать функциональные возможности спортсменов на этапе сохранения спортивных достижений.
Ключевые слова: высококвалифицированные спортсмены, инволютивно-возрастной вектор адаптации, интегральная оценка, функциональные возможности, моделирование.
Для цитирования: Погодина С.В., Алексанянц Г.Д. Технология интегральной оценки функциональных возможностей высококвалифицированных спортсменов разного возраста на основе моделирования адаптационных процессов // Физическая культура, спорт -наука и практика. - 2018. - № 3. - С. 68-73.
For citation: Pogodina S.V., Aleksanyants G.D. Technology of integrated assessment of functionality of highly qualified athletes of different ages on the basis of simulation of adaptation processes. Fizicheskaja kul'tura, sport - nauka i praktika [Physical Education, Sport -Science and Practice.], 2018, no 2, pp. 68-73 (in Russian).
Введение. В последнее время в специальной литературе все чаще отмечается расширение от 16 и до 40+ лет возрастных границ спортсменов, демонстрирующих высокий уровень достижений и тренированности [1, 2, 8]. Принято считать, что рост тренированности обеспечивается за счет интегрального повышения активности адаптационных механизмов и усиления реагирования организма на высокоинтенсивную пороговую нагрузку. Период высокой результативности с позиций функциональных изменений воспринимается как стационарный период [7]. Однако ряд специалистов отмечают у спортсменов, длительно занимающихся спортом, возрастные эффекты привыкания к нагрузке, и напротив, отставания адаптационного уровня от предлагаемой величины воздействия, а также ослабления, избыточности и напряжения приспособительных функций [6]. В связи с этим особую актуальность представляет получение объективной информации об изменениях адаптационных функций высокотренированного организма в направлении его возрастной ин-волютивной динамики [3, 5]. Развитие этого нового для спортивной физиологии инволютивно-возрастного вектора исследований резервных возможностей спортсменов представляется важным дополнением парадигмы адаптации, так как позволяет сформировать информационно-аналитическую базу о регуляторно-адаптивных факторах спортивного долголетия и прогнозировать функциональное состояние элитных атлетов в долгосрочной перспективе [4]. Целью явилась разработка технологии интегральной оценки функциональных возможностей высококвалифицирован-ных спортсменов разных возрастных групп в диапазоне от 17 до 46 лет на основе моделирования адаптационных процессов.
Методы. Работа выполнена на высококвалифицированных спортсменах мужского пола диапазонов юношеского (17-18 лет, n=123), первого (22-26 лет, n=82) и второго (40-46 лет, n=156) зрелого возраста, представителей популярных видов спорта, предусматривающих воздействие на организм специфических физических нагрузок, направленных на тренировку аэробной и скоростно-силовой выносливости (соответственно пловцы, бегуны, велосипедисты, специализирующиеся на длинные дистанции, - группа «выносливость» и гиревики - группа «сила»). Проведены 4 эм-
пирические серии исследований. В первой серии изучали уровень биоэнергетических возможностей и неспецифических адаптационных функций путем анализа лакто- и лейкограмм. Применяли биохимические и гематологические методы (автоматические гематологические и биохимические анализаторы крови, Россия). Во второй серии исследовались гормонально-адаптивные функции методом твердофазного имму-ноферментного анализа (иммуноферментный полуавтоматический планшетный фотометр Stat Fax 2100, термостат (инкубатор) - шейкер для планшетов (на 2 планшета) Stat Fax 2200, Awareness Technology, США) содержания кортизола (набор реагентов СтериодИФА-кортизол-01, ЗАО «Алкор Био» Россия, референсные значения кортизола 150-760 нмоль/л). В третьей серии исследовали вегетативную регуляцию и функцию гемодинамики. Применяли реографический метод (вось-миканальный тетраполярный реограф РЕОКОМ Стандарт, Украина) с технологиями анализа вариабельности сердечного ритма (ВСР) и центральной гемодинамики. В четвертой серии исследовали вентиляторную и газообменную функции. Применяли спиропневмота-хометрию (спирометр пневмотахометрического типа SPIROBANK G, Италия), газовый анализ выдыхаемого воздуха (оптико-акустический газоанализатор двуокиси углерода Кедр-1А, Россия и термохимический газосигнализатор кислорода Щит-3, Украина). Во всех сериях предлагались условия велоэргометрического теста ступенчато-возрастающей нагрузки (велоэргометр Kettler, Германия) и специфического нагрузочного тестирования (дистанционное плавание для пловцов и упражнение «рывок гири» для гиревиков), в которых по параметрам мощности, интенсивности и продолжительности воздействия моделировались поровые режимы нагрузки - аэробный, аэробно-анаэробный, анаэробно-аэробный. Результаты исследований обработаны с применением параметрических и непараметрических методов статистики (программное обеспечение STATISTICA 10.0). Аналитическая база исследований представлена классификацией адаптационных реакций, моделированием и систематизацией возрастных изменений в адаптационных функциях основных систем.
Результаты. Применение методологии интегральной оценки функциональных возможностей организма, основанной на классификации общих адаптационных изменений и срочных ответов основных систем на специфические и стандартные пороговые режимы работы, позволило определить спектр типов неспецифических, метаболических, гормональных, вегетативных, гемодинамических и вентиляторных реакций у высококвалифицированных спортсменов разных возрастных диапазонов. Представленная классификация (таблица 1) послужила основой для моделирования структуры функциональных возможностей по критерию ти-пирования выраженности адаптационных реакций в функциональных профилях основных систем. При этом типы реакций отражены в стандартном цветовом раз-
решении С!БХУ7, где условно красной цветовой гамме спектра соответствует усиление реакций, синей - ослабление, белой - отсутствие выраженности реакции.
Использование условных спектров цвета в моделировании функциональных возможностей у спортсменов в диапазоне 17-46 лет позволило раскрыть физиологические закономерности инволютивно-возрастных изменений в доминирующих механизмах адаптации с учетом специфики нагрузочного фактора. Так, при воспроизведении спектральной цветности моделей было отмечено, что в инволютивно-возрастном векторе цветовое пространство моделей в синем спектре уменьшается, тогда как в красном увеличивается. Это говорит об усилении и большей выраженности реагирования адаптационных систем на пороговые режимы физических нагрузок при достижении высококвалифицированными спортсменами «поздних» возрастных диапазонов.
В свою очередь цветовая детализация спектра адаптационных реакций функциональных профилей в условиях высокоинтенсивного анаэробно-аэробного режима работы демонстрировала у спортсменов юношеского возраста малую долю цветового пространства в красном спектре (соответствует усилению реакций), что отмечено избирательно в гормональном и метаболическом профилях. При этом в группе «выносливость» определено доминирование глюкокортикоидного профиля, а в группе «сила» метаболического. Извест-
но, что усиление реакций данных звеньев адаптации с целью мобилизации энергии происходит при участии симпатоадреналовой и гипоталамо-гипофизарно-надпочечниковой систем, активация которых способствует выбросу в кровь адреналина и кортизола [9]. Адреналин относится к гормону короткого действия и осуществляет быструю мобилизацию энергетических возможностей организма, выход в кровь глюкозы из депо, что очень важно при кратковременных и интенсивных нагрузках. В свою очередь глюкокортикои-ды способны поддерживать выход в кровь гликолити-ческих и белковых источников энергии в течение длительного времени. Поэтому в ответ на стрессор секреция катехоламинов начинается раньше, чем кортизола. При особенно длительных и тяжелых нагрузках хорошим прогностическим признаком является активация гипоталамо-гипофизарно-адреналовой системы по показателю кортизола. В связи с этим у юношей группы «выносливость» доминирование глюкокортикоидного звена отражает способность к длительному поддержанию работоспособности, что связано со спецификой адаптации. В группе «сила» доминирование метаболического звена реакции говорит о необходимости быстрого выхода энергетических ресурсов, и в частности, глюкозы в кровь, что важно при специфических нагрузках скоростно-силового характера. Это подтверждается усилением у юношей группы «сила» метаболического механизма и повышением его сенситивно-
Таблица 1
Классификации адаптационных реакций по типологическим характеристикам в условном цветовом
разрешении
Цветовой спектр реакции Функциональные профили
вегетативный нервный гормональный гемо-динамический вентиляторный метаболический
типы адаптационных реакций
красный (цветовая детализация бордовый) гипер-симпатико-тонический гипер-ергический-избыточный анаэробный (тип спринтер)
красный (цветовая детализация розовый) симпатико-тонический гипер-ергический гиперкинетический гиперсенситивный анаэробный (тип микст-спринтер)
синий (цветовая детализация зеленый) нормо-тонический нормо-кинетический мезо-сенситивный анаэробно-аэробный (тип микст)
синий (цветовая детализация голубой) асимпатико-тонический гипер-ергический гипокинетический гипо-сенситивный аэробный (тип стайер)
белый изо-реактивный
сти на сравнительно низком пороговом уровне специфической работы. Также у юношей группы «сила» при специфической работе и в частности на ее сравнительно низком пороговом уровне отмечается усиление реакции в глюкокортикоидном звене, что свидетельствует о необходимости энергетической поддержки в связи с быстрым расходованием гликолитических источников энергии.
В диапазоне первого зрелого возраста (22-26 лет) цветовое пространство функциональных профилей в красном спектре в условиях анаэробно-аэробного режима работы сравнительно широкое, что свидетельствует о сопряжении и большей выраженности усиления механизмов адаптации в связи с повышением реагирования организма на высокоинтенсивную пороговую нагрузку. Так, в группе «выносливость» усиление адаптационных реакций отмечено в гормональном, метаболическом и вентиляторном профилях. При этом основным фактором, оказывающим влияние на усиление вентиляции, являются гуморальные стимулы, обусловленные более выраженными эндокринно-обменными сдвигами [10]. Свидетельством тому является усиление метаболической и вентиляторной реакций уже на сравнительно низком пороговом режиме работы (аэробно-анаэробном), что говорит о повышении чувствительности организма к гуморальным стимулам. В группе «сила» показано сопряженное усиление адаптационных реакций во всех функциональных профилях, что сопровождается, прежде всего, напряжением на уровне вегетативной нервной регуляции.
В возрастном диапазоне второго зрелого возраста (40-46 лет) при высокоинтенсивной пороговой работе в группе «выносливость» в цветовом пространстве функциональных профилей отмечено избирательное появление сегментов синего спектра в гормональном и вентиляторном профилях, что говорит об ослаблении ответов относительно низкоинтенсивных пороговых нагрузок. Наряду с этим отмечено избыточное усиление метаболических реакций, и особенно при стандартной работе. Падение активности гормональных и вентиляторных факторов при высокоинтенсивной работе относительно низкоинтенсивной связано с понижением порога нагрузки, что говорит о снижении тренированности и формирует большую выраженность метаболического напряжения, и особенно, на высоком пороговом уровне стандартной нагрузки. Необходимо отметить, что в условиях специфической высокоинтенсивной нагрузки отмечается ослабление в напряжении метаболических реакций. То есть можно полагать, что специфические условия нагрузки для высококвалифицированных спортсменов второго зрелого возраста, тренирующих аэробную выносливость, являются наиболее оптимальными.
В группе «сила» 40-46 лет при работе в высокоинтенсивном режиме нагрузки также отмечали ослабление вентиляторной реакции при сопряженном избыточном усилении метаболической реакции. При этом имело место и значительное усиление глюкокортико-идной реакции, что может дополнительно влиять на снижение центрального вентиляторн ого посыла. Так-
{ юношески возраст
:ШСк
Вегетативный й
ч> и к " л « =
Гемодинамический ? § и - о О
о *§ в т е 5
Вентиляторный
Рисунок 1. Схема доминирования адаптацио нных механизмов при выполнении работы в анаэробно-аэробном режиме у высококвалифицированных спортсменов мужского пола разного возраста (в - группа «выносливость»; с - группа «сила»)
же отмечали избыточное усиление вегетативных нервных реакций, что обусловливало усиление гемодина-мического ответа по выраженному гиперкинетическому типу [9]. То есть в данной возрастной группе гиревиков сопряженное избыточное усиление адаптационных реакций формировало условия для напряжения адаптационных функций основных систем на уровне высокоинтенсивной стандартной нагрузки. В свою очередь, на уровне работы сравнительно низкой интенсивности совокупное избыточное усиление адаптационных реакций основных систем не обнаружено (в профилях преобладает синий спектр реакций), что говорит в пользу применения данных нагрузок для оптимизации адаптации гиревиков 40-46 лет.
Таким образом, условно воспроизведенные в цветовом разрешении функциональные модели продемонстрировали как особенности организации функций при срочной адаптации к пороговым нагрузкам, так и доминирующие при этом адаптационные механизмы. На рисунке 1 сконцентрировано внимание на доминировании адаптационных функций при высокоинтенсивном анаэробно-аэробном режиме работы, что определяет особенности максимальных функциональных возможностей для высококвалифицированных спортсменов разных возрастных диапазонов. На схеме показано, что в юношеском возрастном диапазоне 17-18 лет: у спортсменов, тренирующих аэробную выносливость, выражено усиление гормонального механизма адаптации; у спортсменов, тренирующих скоростно-силовую выносливость, - метаболического механизма.
В диапазоне первого зрелого возраста 22-26 лет: у спортсменов, тренирующих аэробную выносливость, отмечается усиление гормонального, метаболического и вентиляторного механизмов; у спортсменов, тренирующих скоростно-силовую выносливость, выражен совокупный ответ, связанный с усилением основных физиологических механизмов адаптации. В диапазоне второго зрелого возраста 40-46 лет: у спортсменов, тренирующих аэробную выносливость, выражено ослабление вентиляторного механизма при усилении метаболического; у спортсменов, тренирующих скоростно-силовую выносливость, имеет место совокупное избыточное усиление гормонального, метаболического, вегетативного нервного и гемодинамиче-ского механизмов адаптации при ослаблении вентиляторного механизма.
Выводы.
1. Технология интегральной оценки функциональных возможностей, проведенная на основе моделирования и визуализации функциональных моделей в условном цветовом разрешении, позволила установить возрастные изменения у высококвалифицированных спортсменов в диапазоне 17-46 лет, выражающиеся в принципе смещения (усиления или ослабления) в ряду сопряженных адаптационных функций в условиях пороговых нагрузок.
2. Воспроизведение моделей обеспечивает возможность прогнозирования функциональных возможностей основных систем организма высококвалифицированных спортсменов в инволютивно-возрастном векторе адаптации и разрабатывать мероприятия, направленные на профилактику перетренированности при продолжительных занятиях спортом.
ЛИТЕРАТУРА:
1. Алексанянц Г.Д. Принципы оценки функционального состояния организма спортсменов в системе медицинского обеспечения детского и юношеского спорта: автореф. дис. ... докт. мед. наук / Г.Д. Алексанянц. - Краснодар. - 2000. - 47 с.
2. Воронков Ю.И. Медико-биологические и психолого-педагогические проблемы здоровья и долголетия в спорте / Ю.И. Воронков, А.Я. Тизул. - М.: Советский спорт, 2011. - 228 с.
3. Друшевская В.Л., Алексанянц Г.Д. Особенности «чувства пространства» и вестибулярная устойчивость у акробатов разной квалификации / В.Л. Друшевская, Г.Д. Алексанянц // Вестник Адыгейского государственного университета. Серия 4: Естественно-математические и технические науки. 2010. - № 3. -С. 57-62.
4. Погодина С.В. Адаптация и функциональное состояние высококвалифицированных спортсменов в возрастном и половом аспектах / С.В. Погодина, Г.Д. Алексанянц // Теория и практика физической культуры. - № 10. - 2017. - С. 72-74.
5. Стаценко М.Е. Гендерные и возрастные особенности адаптации организма к завершению спортивной деятельности: монография / М.Е. Стаценко, И.В. Федотова // Волгоградский государственный медицинский университет. Волгоград, 2011. - 176 с.
6. Талибов А.Х. Функциональные возможности сердечно-сосудистой системы ветеранов спорта в зависимости от состояния тренированности / А.Х. Талибов, Д.Д. Дальский, Э.В. Науменко // Вестник новых медицинских технологий. - 2013. - № 3. - С. 74-76.
7. Уйба В.В. Организация медико-биологического и медико-санитарного обеспечения сборных команд России в 2011 году / В.В. Уйба // Спортивный врач. -2012. - №1-2. - С.3-8.
8. Якимович В.С. Возраст спортсменов и олимпийский спорт: миф и реальность / В.С. Якимович // Научно-методический электронный журнал «Концепт». -2014. - Т. 20. - С. 3011-3015.
9. Eckberg D.L. Sympathovagal balance: a critical appraisal / D.L.. Eckberg // Circulation. - 1997. - №96. - Р. 32243232.
10. Grishin O.V. The variability of pulmonary gas exchange and respiratory pattern / O.V. Grishin, Y.V. Kovalenko, V.G. Grishin. // Human Physiology. - 2012. - Vol.38. -№ 2. - С. 194-199.
technology of integrated assessment of functionality of highly qualified athletes of different ages on the basis of simulation of adaptation processes
S. Pogodina, Doctor of Biological Sciences, Professor, Head of the Sports and Physical Education Department,
V.I. Vernadsky Crimean Federal University,
Contact information for correspondence: 295007, Simferopol, Republic of Crimea, Russia, Prospekt Vernadskogo, 4, e-mail: sveta_pogodina@mail.ru.
G. Aleksanyants, Doctor of Medical Sciences, Professor, Professor of the Anatomy and Sport Medicine Department, Vice-Rector for Research Work,
Kuban State University of Physical Education, Sports and Tourism, Krasnodar.
Contact information for correspondence: 350015, Russia, Krasnodar, Budennogo str., 161;
e-mail: alexanyanc@mail.ru.
The article presents the technology of integrated assessment of the functionality of highly qualified male athletes in the age ranges of 17-18, 22-26 and 40-46 years on the basis of simulation of adaptation processes.
Biochemical, hematological, immunological, rheo-graphic, spirometric, ergometric methods, as well as the method of gas analysis of exhaled air and statistical data analysis have been used to assess the functionality at the level of the main adaptive mechanisms (nonspecific, hormonal, metabolic, hemodynamic, ventilatory).
For modeling of adaptive processes in terms of the threshold loads the algorithm including classification of types of adaptive reactions at the level of functional profiles of the key systems and conditional visualization of profile data in the color resolution has been proposed.
When reproducing the spectral chromaticity of functional models, it was found that in the involutive and age vector the color space of models in the blue spectrum (responsible for the weakening of adaptive reactions) decreases, whereas in the red spectrum (responsible for the strengthening of adaptive reactions) increases.
This indicates the strengthening and greater severity of the response of adaptive systems to the threshold modes of physical activity when highly qualified athletes reach the «late» age ranges.
The technology of integrated assessment of functional capabilities on the basis of modeling and visualization of functional models in conditional color resolution, presented in the article, allows to register age changes among highly qualified athletes in the range of 17-46 years old, expressed in the principle of displacement (strengthening or weakening) in a number of conjugate adaptive functions under threshold loads.
The reproduction of models makes it possible to predict the functionality of athletes at the stage of preservation of sports achievements.
Keywords: highly qualified athletes, involutive and age vector of adaptation, integral assessment, functionality, modeling.
References:
1. Aleksanyants G.D. Principles of evaluation of the functional state of the organism of athletes in the system of medical support of children and youth sports. Extended abstract of Doctor's thesis. Krasnodar, 2000, 47 p. (in Russian).
2. Voronkov Y.I., Tizul A.YA. Mediko-biologicheskie i psihologo-pedagogicheskie problemy zdorov'ya i dolgoletiya v sporte [Medical and biological and educational problems of health and longevity in sport], Moscow, Soviet sport, 2011, 228 p. (in Russian).
3. Drushevskaya V.L., Aleksanyants G.D. Features of the "Sense of space" and vestibular stability in acrobats of different qualifications. Vestnik Adygejskogo gosudarstvennogo universiteta. Seriya 4: Estestvenno-matematicheskie i tekh-nicheskienauki [Bulletin of the Adyghe state University. Series 4: Natural-mathematical and technical Sciences], 2010, no. 3, pp. 57-62. (in Russian).
4. Pogodina S.V., Aleksanyants G.D. Adaptation and functional state of highly qualified athletes in age and sexual aspects. Teoriya i praktika fizicheskoj kul'tury. [Theory and practice of physical culture], no. 10, 2017, pp. 72-74. (in Russian).
5. Stacenko M.E., Fedotova I.V. Gendernye i vozrastnye oso-bennosti adaptacii organizma k zaversheniyu sportivnoj deyatel'nosti [Gender and age peculiarities of organism adaptation to sports activity completion] Volgograd state medical University. Volgograd, 2011, 176 p. (in Russian).
6. Taliban A.H., Dali D.D., Naumenko E.V. Functional possibilities of cardiovascular system of sports veterans, depending on the state of fitness. Vestniknovyh medicinskih tekhnologij [Bulletin of new medical technologies], 2013, no. 3, pp. 7476. (in Russian).
7. Uiba V.V. Organization of medical-biological and medical-sanitary support of national teams of Russia in 2011. Sport-ivnyj vrach [Sports doctor], 2012, no. 1-2, pp. 3-8. (in Russian).
8. Yakimovich V.S. Age of athletes and Olympic sports: myth and reality. Nauchno-metodicheskij elektronnyjzhurnal «Kon-cept» [Scientific and methodical electronic journal "Concept"], 2014, vol. 20, pp. 3011 -3015. (in Russian).
9. Eckberg D.L. Sympathovagal balance: a critical appraisal / D.L.. Eckberg // Circulation. - 1997. - №96. - P. 3224-3232.
10. Grishin O.V. The variability of pulmonary gas exchange and respiratory pattern / O.V. Grishin, Y.V. Kovalenko, V.G. Grishin. // Human Physiology. - 2012. - Vol.38. -№ 2. - C. 194-199.
Поступила / Received 15.06.2018 Принята в печать / Accepted 13.09.2018
