CC BY
22
ВЛИЯНИЕ ОДНОКРАТНОГО ОСТРОГО ГИПОКСИЧЕСКОГО СТИМУЛА НА РАБОТОСПОСОБНОСТЬ ЮНЫХ СПОРТСМЕНОВ - ПЛОВЦОВ РАЗНОГО ВОЗРАСТА
М.И. Малахов , Ю.Л. Войтенко , В.Д. Сонькин1 ' Российский государственный университет физической культуры, спорта, молодежи и туризма (ГЦОЛИФК) ФГБНУ «Институт возрастной физиологии Российсеой академии образования», Москва
В статье анализируются физиологические эффекты применения однократного острого гипоксического стимула на организм спортсменов-пловцов разного возраста по показателям аэробной и анаэробной производительности и реакциям кардиореспираторной системы. Установлен оптимальный возраст применения острой гипоксической экспозиции для стимуляции физической работоспособности. Высказано предположение о существовании компенсаторного механизма, основанного на активации симпатического звена регуляции, за счет чего стимулируется энергетический метаболизм с участием митохондриальных разобщающих белков, способных утилизировать лактат и другие побочные продукты обмена в процессе напряженной мышечной работы, и тем самым способствовать повышению ёмкости гликолитической системы.
Ключевые слова: гипоксия, мобилизация функциональных резервов, плавание
Influence of single acute hypoxia on the effeciency of young swimmers of different age. To analyse the physiological effects of acute hypoxic stimulus on swimmers of different ages there were measured indices of aerobic and anaerobic performance and reactions of cardiorespiratory system. The optimal age for the use of acute hypoxia to stimulate physical performance was determined. An assumption was made regarding the existence of compensatory mechanism based on the activation of sympathetic regulation. It stimulates energy metabolism using mitochondrial uncoupling proteins that are able to utilize lactate and other metabolism side products in strenuous muscular activities and thus to promote an increase of glycolytic system capacity.
Key words: hypoxia, mobilization of functional reserves, swimming
На сегодняшний день уровень спортивных результатов в плавании, как и во многих других видах спорта, приблизился к абсолютным максимумам человеческих возможностей [2; 4; 10; 14; 15; 16]. Для дальнейшего повышения спортивных результатов необходимо искать новые, не запрещенные средства повышения адаптивных возможностей [6; 13]. Одно из таких средств - гипоксическая тренировка, которая во многих видах спорта дает положительный эффект [5; 7]. Экспериментально показано позитивное воздействие интервальной гипоксической тренировки на работоспособность пловцов-спринтеров [1]. Однако, пока это применяется только для взрослых спортсменов. Важно выяснить, могут ли такие эрго-
Контакты:.1 Сонькин В.Д. - E-mail: <sonkm@maiLru>
генические методы применяться в детском и юношеском возрасте. Это могло бы позволить существенно уменьшить объем общей тренировочной нагрузки и дать юным спортсменам возможность более полноценно отдыхать между тренировками.
Целью исследования было оценить физиологические эффекты применения однократного острого гипоксического стимула на организм спортсменов-пловцов разного возраста.
ОРГАНИЗАЦИЯ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ
Опытно-экспериментальной базой исследования служил СШОР "Юность Москвы" по водным видам спорта бассейна «СКИФЫ» г. Москвы. В исследовании приняли участие 15 юных пловцов в возрасте от 10 до 18 лет, занимающихся спортивным плаванием. Стаж занятий плаванием составлял от 2 до 10 лет. Количество тренировочных занятий в неделю - 30 часов. Для анализа результатов испытуемые были разделены на 3 возрастные группы согласно возрастной периодизации: 10-12 лет - второе детство (младшая возрастная группа); 13-15 лет - подростки (средняя возрастная группа) и 17-18 лет - юноши (старшая возрастная группа).
Методы исследования. Для оценки аэробной производительности использовался тест ступенчато возрастающей нагрузки на велоэргометре. Перед проведением данного теста проводилась 5-минутная произвольная разминка. Скорость педалирования составляла 75 об/мин и поддерживалась неизменно на этом уровне, прирост сопротивления с каждой последующей ступенью составлял 5 %, длительность ступени - 1 минута. Работа выполнялась до отказа.
Уровень анаэробных возможностей оценивался с использованием Вингейт-ского анаэробного теста. После 3-минутной разминки на велоэргометре без отягощения и 3 -5 минутного активного отдыха (ходьба), выполняется тестовая работа с максимальной скоростью в течение 30 секунд и вербально сформулированной задачей полностью выложиться за это время. Сопротивление подбиралось индивидуально из расчета 7,5 % от веса испытуемого, и задавалось с первых секунд теста. Измеряли следующие показатели на каждом 10-секундном отрезке: Wmax -максимальная мощность, вт/кг; tmax - время достижения максимальной мощности, с; 1уд. - время удержания максимальной мощности, с; А/m - выполненная работа, Дж/кг
Испытуемые всех возрастных групп выполняли нагрузочные тесты для определения исходного состояния. Далее, через 72 часа, была проведена однократная острая гипоксическая экспозиция, которая моделировалась с помощью гипокси-катора «ЭВЕРЕСТ-1» и включала дыхание газовой смесью с содержанием кислорода 8-9 % O2, в течение 30 минут непрерывно. Маска удерживалась в активном положении каждым испытуемым самостоятельно, и он в любой момент мог отказаться от вдыхания гипоксической смеси или на время его прервать. Этим активно пользовались испытуемые младшей возрастной группы, для которых гипоксиче-ское воздействие оказалось функционально трудным. В течение 10 минут после гипоксического воздействия все испытуемые приступали к повторному выполнению Вингейтского, а через 30 минут - ступенчатого теста, для дальнейшего срав-
нения показателей физической работоспособности и реакции кардиореспиратор-ной системы с исходными данными.
РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЯ И ИХ ОБСУЖДЕНИЕ
На представленных рисунках показаны динамические изменения оксигенации кислородом крови (8а02) и ЧСС, а также их зависимость друг от друга, в процессе выполнения гипоксической экспозиции, у испытуемых трех возрастных групп.
Рис. 1. Влияние гипоксической экспозиции на динамику снижения Ба02 и повышения ЧСС у испытуемых младшей возрастной группы (10-12 лет)
Рис. 2. Влияние гипоксической экспозиции на динамику снижения Ба02 и повышения ЧСС у испытуемых средней возрастной группы (13-15 лет)
105 100 95 90 85
ЭаО, чсс
у = 0.019х + 70,542
у = -0,Ш2х +93,049
80
75
70 65 60
-Ср.знач.
йаОг
-Ср.знач.
ЧСС
^ л» ^ <а «а ^ л ^ л л <а л
г
ЧМ Ч4 ЧГ Ч-С- ЛУ ^Г ф ^
Рис. 3. Влияние гипоксической экспозиции на динамику снижения SaO2 и повышения ЧСС у испытуемых старшей возрастной группы (16-18 лет)
Показатель R2 (коэффициент детерминации) зависимости ЧЧС и SaO2 от длительности гипоксической экспозиции в младшей группе существенно меньше 0,5, то есть зависимость снижения рассматриваемых показателей в малой степени определяется длительностью гипоксической экспозиции. Очевидно, что это связано с тем, что дети младшей возрастной группы в процессе экспозиции не выдерживали гипоксии и неоднократно прерывали дыхание газовой смесью с пониженным содержанием кислорода. В результате, за 30 минут мы наблюдали у младших детей минимальное снижение оксигенации крови и совсем небольшое увеличение частоты пульса - менее 10 уд/мин. Эти данные говорят о низкой устойчивости организма младших школьников к гипоксии и свидетельствуют о невозможности применения острого гипоксического воздействия к детям младшей возрастной группы в качестве эргогенического средства.
У подростков 13-15 лет показатель R2 >0,5 для обоих показателей, это указывает на зависимость рассматриваемых показателей от длительности гипоксиче-ской экспозиции. К концу экспозиции насыщение крови кислородом снижается до 65%, что представляет собой критический уровень, ниже которого спускаться опасно. При этом ЧСС компенсаторно возрастает по сравнению с исходным уровнем примерно на 15 уд/мин - довольно существенно для состояния мышечного покоя. Исходя из этого можно сделать вывод о необходимости с большой осторожностью применять гипоксическое воздействие в подростковом возрасте.
У юношей показатель R2 = 0.94 в случае SaO2, что отражает почти полную зависимость данного показателя от длительности гипоксической экспозиции. При этом нижнее значение напряжения кислорода в крови не опускается ниже 65%, как и у подростков. В отличие от подростков, ЧСС в старшей возрастной группе в меньшей степени используется для компенсации недостатка кислорода - коэффициент детерминации для ЧСС составляет всего 0,27, что означает сильную корреляционную зависимость, но не наличие жесткой причинно-следственной связи. При этом прирост ЧСС за время экспозиции составляет примерно 5 уд/мин - в 3 раза меньше, чем у подростков. Такое повышение устойчивости к гипоксической
гипоксии может быть связано с возрастными особенностями организма, но может быть и следствием физической тренированности.
Далее были рассмотрены изменения показателей внешнего дыхания, газообмена и аэробной производительности у пловцов различного возраста при тестовых физических нагрузках до и после применения гипоксии (рис.4).
УОЗтах/кг \\'к (Вт/кг) А (Дж/кг)
(мп/мин/кг)
Рис. 4. Возрастные различия в величине прироста показателей максимальной аэробной мощности при выполнении рамптеста после воздействия гипоксиче-ской смесью по сравнению с исходным уровнем в (%)
Примечание: здесь и далее: р<0,05 - * р<0.01 - ** р<0,001 - ***
Из представленных данных видно, что УО2тах во всех группах достоверно увеличился, но мощность работы достоверно увеличилась только в средней и старшей группе, в младшей группе данный показатель практически не изменился. Объем выполненной работы в младшей группе практически не вырос, тогда как в средней и старшей - достоверно увеличился.
Изменения показателей анаэробной производительности под воздействием гипоксической экспозиции у спортсменов разного возраста представлены на рис. 5.
По данным Вингейтского теста, изменения показателей после гипоксической экспозиции у детей 10-12 лет не имеют статистической достоверности. Значимые приросты отмечены только в среднем (максимальная мощность и общий объем работы) и старшем (максимальная мощность, время удержания, объем работы) возрасте.
Таким образом, позитивный эффект гипоксического воздействия наблюдается только у спортсменов, достигших полового созревания. Возможно, это связанно с этапом морфофункционального развития скелетно-мышечных волокон II типа и
становлением возможностей анаэробного гликолиза в мышцах, что приходится как раз на возраст от 15 до 18 лет [8; 11].
А/т (Дж/кг)
\\Шпм III (Вт/кг)
йпах (с)
(УД (с)
1116-18
*** II13-15 ■ 10-12
-20 -10 0
10 20 30
Рис. 5. Изменения результатов Вингейтского теста у пловцов трех возрастных групп (в %) после применения острой гипоксической экспозиции
Результаты проведённых исследований свидетельствуют о высокой эффективности применения однократного острого гипоксического воздействия, которое приводит к существенному увеличению анаэробных возможностей организма у пловцов старшей возрастной группы. Можно предположить, что такой эффект достигается за счет активации симпатического звена регуляции, как результат стрессорного воздействия гипоксии. По аналогии с острым кратковременным холодовым воздействием [9], можно полагать, что такое стрессовое воздействие может активизировать энергетический метаболизм с участием митохондриальных разобщающих белков, способных участвовать в утилизации лактата и других побочных продуктов напряженного энергетического метаболизма, и тем самым способствует повышению ёмкости гликолитической системы [12].
Результаты, полученные в средней возрастной группе, свидетельствуют о неустойчивости у них энерговегетативных процессов, и в целом не позволяют выявить существенные позитивные сдвиги после применения острой гипоксической экспозиции. Младшая группа демонстрирует скорее ухудшение анаэробных возможности после гипоксической экспозиции, хотя у них процесс дыхания гипоксической газовой смесью многократно прерывался и реальная гипоксемия организма не наступала. Очевидно, что в младшем возрасте применение гипоксии для стимулирования работоспособности представляется бесперспективным.
1. Гипоксическое воздействие для детей младшей группы неэффективно; для подростков оно обладает частичной эффективностью; для пловцов старшей и средней возрастной группы налицо повышение производительности в аэробной
ВЫВОДЫ
зоне энергообеспечения. Последнее подтверждается заметным увеличением мощности нагрузки, при которой был достигнут уровень МПК, и этот прирост тем выше, чем выше возраст испытуемых.
2. Гипоксическая экспозиция оказывает стимулирующее влияние на систему анаэробно-гликолитического (лактацидного) энергообеспечения мышечной деятельности, что приводит к повышению эргометрических результатов тестирования аэробной и анаэробно-гликолитической работоспособности. Сдвиги тем выше, чем старше испытуемые, вероятно потому, что именно в юношеском возрасте происходит интенсивное формирование анаэробно-гликолитического источника энергии в скелетных мышцах.
3. У младших детей позитивного влияния гипоксической экспозиции на работоспособность практически нет, так как их организм не приспособлен к работе в условиях недостатка кислорода. В дальнейших исследованиях данного направления использовать контингент младших школьников нецелесообразно.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Афонякин И.В. Применение интервальной гипоксической тренировки для повышения анаэробной работоспособности пловцов: диссертация ... кандидата педагогических наук: 13.00.04. - М., 2003. - 213 с.
2. Булгакова Н.Ж., Попов О.И., Партыка Л.И. Плавание в XXI веке: прогнозы и перспективы // Теория и практика физ. культуры. - 2002. - № 4. - С. 29-34.
3. Быковская Т.Ю., Шатов Д.В., Иванов А.О.и др.Влияние искусственной адаптации человека к условиям периодической нормобарической гипоксии на показатели эритроцитарного звена циркулирующей крови // Медицинский вестник Юга России. - № 4. - 2014. - С. 31-34.
4. Волков Н.И., Попов О.И. Историографический анализ рекордов в плавании // Теор. и практ. физ. культ. - 1997. - № 7. - С. 31-37.
5. Волков Н.И. Прерывистая гипоксия - новый метод тренировки, реабилитации и терапии//Теория и практика Физ. культуры. - 2000. - № 7. - С. 20-23.
6. Волков Н.И., Олейников В.И. Биологически активные пищевые добавки в специализированном питании спортсменов. - М.: Спортакадемпресс, 2001. - 80 с.
7. Колчинская А.З. Интервальная гипоксическая тренировка, эффективность, механизмы действия / Под ред. А.З. Колчинской. - Киев: Елта, 2011. -159 с.
8. Корниенко И.А., Сонькин В.Д., Тамбовцева Р.В. Возрастное развитие энергетики мышечной деятельности: итоги 30 - летнего исследования. Эндогенные и экзогенные факторы, влияющие на развитие энергетики скелетных мышц// Физиология человека. - 2007. - Т. 33, № 5. - С. 118-123.
9. Левушкин С.П., Акимов Е.Б., Андреев Р.С., Якушкин А.В., Сонькин В.Д. Физиологические основания для применения гипотермических воздействии после спортивной работы субмаксимальной мощности // Медицина экстремальных ситуаций. - 2015. - № 4 (54). - С. 81-89.
10. Попов О.И., Партыка Л.И. Эволюция технологии подготовки, морфологического профиля сильнейших пловцов и мировых рекордов в спортивном пла-
вании на протяжении ХХ века // Наука в олимпийском спорте. - 2001, - № 1. -С. 43-53.
11. Сонькин В.Д. Физическая работоспособность и энергообеспечение мышечной функции в постнатальном онтогенезе человека // Физиология человека. -2007. - Т. 33, № 3. - С. 81-99.
12. Сонькин В.Д. Физиологический смысл разобщенного тканевого дыхания при мышечной работе // В сборнике: Актуальные проблемы биохимии и биоэнергетики спорта XXI века / Материалы Всероссийской научно-практической интернет-конференции с международным участием. - 2017. - С. 150-154.
13. Горчакова Н.А. Фармакология спорта / Н.А. Горчакова, Я.С. Гудивок, Л.М. Гунина [и др.], под общ. ред. С.А. Олейника, Л.М. Гуниной, Р.Д. Сейфуллы. - К.: Олимп. л-ра, 2010.
14. Bulgakova N. J., O. Popov Current status and the development of competitive swimming in Russia. Swimming - III. Research, training, gidrorehabilitation / Under the general editorship. Petryaeva A. - St. Petersburg: Plavin, 2005. - P. 20-25.
15. Platonov V. Areas of improvement of the Olympic training // Science in Olympic sports. - 2004. - № 1. - P. 3-10.
16. Suslov F. P On the strategy of competitive practices in individual sports in the Olympic years// Theory and Practice of Physical Culture. - 2002. - № 11. - P. 30-33.
REFERENCES
1. Afonjakin I.V. Primenenie interval'noj gipoksicheskoj trenirovki dlja pov-yshenija anajerobnoj rabotosposobnosti plovcov: dissertacija ... kandidata pedagog-icheskih nauk: 13.00.04. - Moskva, 2003. - 213 p.
2. Bulgakova N.Zh., Popov O.I., Partyka L.I. Plavanie v XXI veke: prognozy i perspektivy // Teorija i praktika fiz. kul'tury. - 2002. - № 4. - P. 29-34.
3. Bykovskaja T.Ju., Shatov D.V., Ivanov A.O.i dr.Vlijanie iskusstvennoj adapta-cii cheloveka k uslovijam periodicheskoj normobaricheskoj gipoksii na pokazateli jeri-trocitarnogo zvena cirkulirujushhej krovi // Medicinskij vestnik Juga Rossii. - 2014. -№ 4. - P. 31- 34.
4. Volkov N.I., Popov O.I. Istoriograficheskij analiz rekordov v plavanii // Teor. i prakt. fiz. kul't. - 1997. - № 7. - P. 31-37.
5. Volkov N.I. Preryvistaja gipoksija - novyj metod trenirovki, reabilitacii i tera-pii//Teorija i praktika Fiz. kul'tury. - 2000. - № 7. - P. 20-23.
6. Volkov N.I., Olejnikov V.I. Biologicheski aktivnye pishhevye dobavki v spe-cializirovannom pitanii sportsmenov. - M.: Sportakadempress, 2001. - 80 p
7. Kolchinskaja A.Z. Interval'naja gipoksicheskaja trenirovka, jeffektivnost', me-hanizmy dejstvija / Pod red. A.Z. Kolchinskoj. - Kiev: Elta, 2011. - 159 p.
8. Kornienko I.A., Son'kin V.D., Tambovceva R.V. Vozrastnoe razvitie jenergeti-ki myshechnoj dejatel'nosti: itogi 30 - letnego issledovanija. Jendogennye i jekzogennye faktory, vlijajushhie na razvitie jenergetiki skeletnyh myshc// Fiziologija cheloveka. -2007. - T. 33, № 5. - P. 118-123
9. Levushkin S.P., Akimov E.B., Andreev R.S., Jakushkin A.V., Son'kin V.D. Fiziologicheskie osnovanija dlja primenenija gipotermicheskih vozdejstvii posle spor-
tivnoj raboty submaksimal'noj moshhnosti // Medicina jekstremal'nyh situacij. 2015. № 4 (54). P. 81-89.
10. Popov O.I., Partyka L.I. Jevoljucija tehnologii podgotovki, morfologicheskogo profilja sil'nejshih plovcov i mirovyh rekordov v sportivnom plavanii na protjazhenii HH veka//Nauka v olimpijskom sporte. - 2001. - № 1. - P. 43-53.
11. Son'kin V.D. Fizicheskaja rabotosposobnost' i jenergoobespechenie myshechnoj funkcii v postnatal'nom ontogeneze cheloveka//Fiziologija cheloveka. -2007. - T. 33, № 3. - P. 81 - 99.
12. Son'kin V.D. Fiziologicheskij smysl razobshhennogo tkanevogo dyhanija pri myshechnoj rabote // V sbornike: Aktual'nye problemy biohimii i biojenergetiki sporta XXI veka/ Materialy Vserossijskoj nauchno-prakticheskoj internet-konferencii s mezhdunarodnym uchastiem. - 2017. - P. 150-154.
13. Gorchakova N.A. Farmakologija sporta / Gorchakova N.A. Gudivok Ja.S., Gunina L.M. [i dr.], pod obshh. red. S.A. Olejnika, L.M. Guninoj, R.D. Sejfully. - K.: Olimp. l-ra, 2010.
