Определение функционального состояния спортсмена

1. Происходящее в процессе многолетней спортивной тренировки повышение аэробной производительности и ее интегрального показателя - максимального потребления кислорода (МПК) широко освещено в литературе. Известно также, хотя и в меньшей степени, о возможности повышения МПК в результате воздействия на организм спортсменов атмосферы с пониженным парциальным давлением кислорода.

Биологические механизмы повышения аэробной производительности организма и в одном и в другом случае одни и те же: развитие функциональной системы дыхания в процессе адаптации к гипоксии как в процессе разных видов спортивной тренировки, так и во время пребывания спортсменов в атмосфере с пониженным парциальным давлением кислорода в горах: барокамерах, в условиях нормобарической (прерывистой и интервальной) гипоксической тренировки.

В процессе спортивной тренировки организм спортсмена постоянно испытывает разные степени гипоксии нагрузки [1-8, 10, 11], во время дыхания воздухом с пониженным парциальным давлением кислорода на организм спортсмена оказывает действие гипоксическая гипоксия.

Адаптация к гипоксии нагрузки (гиперметаболической гипоксии) - особому, выделенному и детально описанному нами [5-10] типу гипоксических состояний, осуществляется в процессе повседневной мышечной деятельности, и особенно в процессе спортивной тренировки.

Содержание термина "гипоксия нагрузки" не тождественно тому, что подразумевается под распространенным в литературе термином "двигательная гипоксия". Двигательная гипоксия, по А. Б. Гандельсману и др., проявляется лишь при нагрузках субмаксимальной и максимальной интенсивности, когда развиваются артериальная гипоксемия и тканевая гипоксия с повышенным содержанием лактата в крови и сниженным pH. Термин же "гипоксия нагрузки" характеризует гипоксические состояния при усилении функции любых тканей и органов, повышающем их потребность в кислороде, при мышечной деятельности любой интенсивности.

Генез гипоксии нагрузки следующий. Активизация функции требует дополнительных затрат энергии, кислородный запрос клеток, органов и организма при этом повышается, скорость же доставки кислорода к работающим клеткам из-за временной задержки усиления притока крови увеличивается еще не настолько, чтобы удовлетворить повысившуюся потребность в кислороде. Работающие мышцы извлекают кислород из притекающей крови, что значительно обедняет венозную кровь: содержание кислорода в ней, ее насыщение кислородом и pO2 резко снижаются, проявляется венозная гипоксемия - первый признак гипоксии нагрузки.

После того как резерв кислорода крови исчерпывается, запасы кислорода мобилизуются из миоглобина, а когда и их недостаточно, для ресинтеза АТФ используется креатин-фосфат, энергия анаэробного гликолиза, образуются лактат, недоокисленные продукты, снижается pH, проявляются все последствия тканевой гипоксии, и лишь после того как скорость доставки кислорода начнет возрастать, включается процесс окислительного фосфорилирования, длительно обеспечивающий работающие мышцы необходимой энергией.

Степень гипоксии нагрузки, во время которой прежде всего мобилизуются кислородные резервы, а по их исчерпании используется энергия анаэробных источников, - скрытая (латентная) гипоксия нагрузки, подробно описана нами с Н. И. Волковым [4].

При продолжающейся работе в результате активизации компенсаторных механизмов, обеспечивающих усиление доставки кислорода и ее соответствие кислородному запросу работающих мышц, гипоксия нагрузки становится компенсированной. Это вторая степень гипоксии нагрузки. Основным признаком компенсированной гипоксии нагрузки служат венозная гипоксемия и снижение pO2 в тканях, однако его уровень все еще превышает критический для мышечной ткани, и поэтому возможность увеличения потребления кислорода мышечными волокнами неограниченна. Деятельность компенсаторных механизмов и кислородные режимы организма (КРО) при этой степени гипоксии нагрузки отличаются высокой эффективностью и экономичностью. Усиление легочной вентиляции обеспечивается не только учащением дыхания, но и значительным увеличением дыхательного объема (ДО), увеличивается отношение альвеолярной вентиляции к минутному объему дыхания (АВ/ МОД), снижается вентиляционный эквивалент (ВЭ - объем вентилируемого в легких воздуха, необходимый для утилизации 1л O2) и повышается кислородный эффект каждого дыхательного цикла (мл O2 потребляемые организмом за один дыхательный цикл). Увеличивается минутный объем крови (МОК), выбрасываемой сердцем в сосудистое русло в результате учащения сердечных сокращений и благодаря увеличению систолического объема (СО), увеличивается артерио-венозное различие по кислороду, снижается гемодинамический эквивалент (ГЭ - объем циркулирующей крови, обеспечивающий потребление 1л O2), растет объем потребленного О2 за один сердечный цикл (кислородный пульс - КП). Поддержание уровня pO2, превышающего критический для мышечной ткани, обеспечивается многократно возрастающей скоростью поэтапной доставки кислорода в результате увеличения МОД и МОК, перераспределения кровотока, при котором работающие мышцы могут получать около 80% объема циркулирующей крови и доставляемого кровью кислорода.

Если интенсивность мышечной работы растет и скорость поэтапной доставки кислорода не может быть увеличена так, чтобы полностью обеспечить потребность организма в кислороде, включается дополнительный источник энергии - анаэробный гликолиз (что происходит на так называемом пороге анаэробного обмена). Повышенный приток к легким венозной крови со значительно более низким, чем в покое, содержанием кислорода и повышенным количеством CO2 не успевает полностью насытиться кислородом. Кроме того, из-за шунтирования крови в легких определенная часть смешанной венозной крови с низким содержанием в ней O2 примешивается к артериализированной в легких крови; содержание O2 насыщение артериальной крови кислородом и ее pO2 снижаются, т. е. начинает проявляться артериальная гипоксемия. Все же при гипоксии нагрузки этой степени - субкомпенсированной гипоксии - основное количество энергии для выполнения работы поставляют аэробные процессы, и работа может продолжаться. При субкомпенсированной гипоксии нагрузки дальнейшее увеличение МОД обусловливается преимущественно учащением дыхания; ДО и кислородный эффект дыхательного цикла уже не увеличиваются, ВЭ начинает снижаться. Отмечаются отсутствие увеличения систолического объема и более выраженный прирост ЧСС. В крови начинает повышаться содержание лактата.

В случае большей интенсивности мышечной деятельности организм уже не может обеспечить соответствия поэтапной доставки кислорода его кислородному запросу. Проявляется четвертая степень гипоксии нагрузки - декомпенсированная гипоксия. ДО и СО уменьшаются, а ЧД и ЧСС достигают максимальных величин, кислородные режимы организма становятся менее эффективными и экономичными, вентиляционный эквивалент растет, а кислородный эффект каждого дыхательного цикла снижается, уменьшается и кислородный эффект каждого сердечного цикла. Растущий кислородный долг, накопление кислых продуктов, повреждающее действие последствий тканевой гипоксии на клеточные мембраны и органеллы клеток заставляют прекращать работу.

Таким образом, исследования гипоксических состояний при мышечной деятельности позволили различать следующие типы гипоксии нагрузки: латентную, компенсированную, субкомпенсированную и декомпенсированную [4, 6-8, 11].

Развитие гипоксической гипоксии, проявляющейся при дыхании воздухом с пониженным pO2 начинается с того, что снижается pO2 в альвеолярном воздухе и артериальной крови (рис. 1), возбуждаются хеморецепторы аортальной зоны и сонных артерий. Это приводит к компенсаторному усилению легочной вентиляции и кровотока, перераспределению кровотока - увеличению кровотока в мозге, сердечной мышце, легких и его ограничению в мышцах, коже и др., происходит рефлекторный выброс эритроцитов в кровяное русло из их депо.

Рис. 1. Степени гмпоксической гипоксии: I - скрытая; II - компенсированная; III - субкомпенсированная; IV - декомпенсированная. Штрихом обозначены каскады pO2, сплошной линией - каскады поэтапной скорости доставки O2 (qO2). I - вдыхаемый воздух, А - альвеолярный воздух, а - артериальная, V - смешанная венозная кровь

Увеличивается кислородная емкость крови, что с усилением кровотока (если pO2 не снижается далее) обеспечивает поддержание скорости доставки кислорода на уровне, близком к имеющемуся при нормальном содержании кислорода и pO2 во вдыхаемом воздухе. Ткани в этом случае еще не страдают от недостатка кислорода.

Если же напряжение кислорода в артериальной крови опускается ниже критического уровня (50 мм рт. ст. для артериальной крови), отдельные участки тканей, расположенные в условиях худшего снабжения кислородом, в которых pO2 снижается до уровней ниже критических для тканей, начинают испытывать тканевую гипоксию. При еще большем снижении напряжения кислорода в артериальной крови и тканях кислородный голод будут испытывать все большие участки тканей, проявится повреждающее действие последствий тканевой гипоксии: увеличения количества водородных ионов в тканях, резкого снижения pH, накопления молочной кислоты, продуктов перекисного окисления липидов. Повреждающее действие последствий тканевой гипоксии на клеточные мембраны, митохондрии и другие органоиды клеток, на эндотелий капилляров и прекапилляров влечет за собой нарушение функции клеток, тканей, органов и физиологических систем, особенно функции высших отделов головного мозга.

Гипоксические состояния организма при гипоксической гипоксии зависят как от уровня снижения pO2 в воздухе, длительности его воздействия на организм, так и от компенсаторных возможностей организма, зависящих от пола, возраста, состояния здоровья и степени тренированности организма, акклиматизации в горных условиях. Взаимодействие указанных факторов определяет степень гипоксической гипоксии в каждом отдельном случае. Мы [5, 8] различаем гипоксическую гипоксию 1-й степени - скрытую (латентную), 2-й - компенсированную, 3-й-субкомпенсированную, 4-й - декомпенсированную и 5-й - терминальную гипоксию. Объективные критерии для каждой из этих степеней приведены на рис. 1.

Для объективной оценки гипоксических состояний пользуются характеристикой кислородных режимов организма (КРО) - строго управляемых в организме сочетаний двух групп взаимосвязанных кислородных параметров: скорости поэтапной доставки кислорода (qO2); из окружающего воздуха в легкие (qiO2), альвеолы (qAO2), артериальной кровью к тканям (qaO2) и смешанной венозной кровью к легким (qvO2) и pO2 на важнейших этапах массопереноса кислорода в организме (см. рис. 1). Учитывают эффективность КРО (определяемую по отношению скорости доставки O2 к скорости его потребления), экономичность КРО (оцениваемую по величине функциональных затрат, необходимых для обеспечения организма одним литром O2: по величине вентиляционного и гемодинамического эквивалентов, по кислородным эффектам дыхательного и сердечного циклов) [9].

Адаптация к гипоксической гипоксии, в результате которой происходят улучшение самочувствия, повышение работоспособности, экономизация деятельности функциональной системы дыхания и кислородных режимов организма, осуществляется тогда, когда снижение pO2 во вдыхаемом воздухе вызывает усиление деятельности физиологических механизмов регуляции дыхания и кровообращения и еще не вызывает появления больших участков тканевой гипоксии, т. е. при гипоксии субкомпенсированной. Увеличение дыхательного объема и диффузионной поверхности легких в сочетании с усилением кровотока обеспечивает повышение диффузионной способности легких и поддержание скорости доставки кислорода артериальной кровью к тканям, особенно к головному мозгу и сердечной мышце.

Рис. 2. Изменения содержания: А - гемоглобина в крови волейболистов, легкоатлетов, Б - МПК велосипедистов, В - предельной мощности гребцов на байдарке, Г - ЧСС гребцов-академистов в эргометрическом тесте, Д - времени прохождения контрольной дистанции на байдарке в гребном канале (дистанция - 2 км), Е - потребление кислорода у гребцов на байдарке во время гребли, Ж - их кислородного долга, 3 - содержание лактата до курса ИГТ на предельной нагрузке и после него на такой же нагрузке и на нагрузке большей мощности, после курса ИГТ, проведенного на фоне планового тренировочного процесса спортсменов. Незаштрихованный столбец - до, заштрихованный - после курса комбинированной тренировки

При субкомпенсированной гипоксии процесс адаптации к гипоксии осуществляется на уровне как отдельных органов и физиологических систем (системы внешнего дыхания, кровообращения, дыхательной функции крови), так и на тканевом уровне - в тканях и клетках. В результате действия последствий тканевой гипоксии (снижения pH, накопления водородных ионов, лактата, повреждения клеточных мембран и ионных насосов, митохондрий и др.) нарушается функция мышечных элементов микрососудов, они расширяются, что улучшает кровоснабжение тканей и способствует поддержанию снабжения клеток и их митохондрий кислородом. Кроме того, по данным исследований последних лет, проведенных рядом авторов, при тканевой гипоксии выделяется особый индуцируемый гипоксией фактор (HIF-1), который ускоряет транскрипцию генов синтеза белков и, следовательно, обеспечивает синтез дыхательных ферментов, что повышает утилизацию кислорода в клетках.

Таким образом, компенсированная и особенно субкомпенсированная гипоксическая гипоксия способствуют развитию всей сложной, управляемой центральной нервной, симпатической и эндокринной системами, функциональной системы дыхания (ФСД). Эта система обслуживается органами внешнего дыхания, кровообращения, кроветворения, дыхательной функцией крови, тканевыми механизмами, т. е. физиологическими системами, обеспечивающими весь процесс массопереноса кислорода и углекислого газа в организме, утилизацию кислорода в тканях.

Развитие ФСД в процессе адаптации к гипоксии обеспечивает повышение ее резервов, аэробной производительности и ее интегрального показателя - МПК. Мобилизация механизмов анаэробного гликолиза при кислородной недостаточности, и при гипоксической гипоксии, и при гипоксии нагрузки приводит к повышению анаэробной производительности.

Гипоксия нагрузки - постоянный спутник человека (и животных) на протяжении всего жизненного цикла (за исключением периодов вынужденной акинезии). Роль адаптации к ней в развитии функциональной системы дыхания, аэробной и анаэробной производительности несомненна. Однако эффект адаптации к гипоксии нагрузки ощущается через длительные отрезки времени. Обследования спортсменов высокой квалификации (членов сборных команд СССР и Украины по велоспорту, гребле и другим видам спорта), проведенные нами с сотрудниками во время спортивных сборов в равнинных условиях, показали, что достоверный прирост МПК за три недели спортивной тренировки отсутствует [12].

Адаптация к гипоксической гипоксии способствует повышению аэробной производительности в более короткие сроки. Известно, что трехнедельное либо месячное пребывание в горах может повысить МПК спортсменов высокой квалификации на 3-6%. Значительно лучшие результаты дает нормобарическая интервальная гипоксическая тренировка, проводимая на фоне планового тренировочного процесса спортсменов в свободное от тренировки время [7, 11, 12]. В результате такой трехнедельной комбинированной тренировки и в подготовительном и в начале соревновательного периодов МПК и работоспособность достоверно повышаются, увеличиваются отношение альвеолярной вентиляции к минутному объему дыхания, коэффициент утилизации кислорода в легких и артерио-венозное различие по кислороду, содержание гемоглобина в крови, кислородная емкость крови и содержание кислорода в артериальной крови. При уменьшении ЧСС скорость доставки кислорода к мышцам возрастает, порог анаэробного обмена сдвигается в сторону больших нагрузок. Все это обеспечивает повышение предельных нагрузок и объема выполненной работы, что зарегистрировано во время как эргометрического тестирования, так и прохождения соревновательных дистанций (рис. 2).

Эффективность использования интервальной гипоксической тренировки (ИГТ) доказана нами в гребном спорте (с П. А. Радзиевским, А. В. Бака-нычевым, М. П. Закусило, Н. В. Полищук, Н. В. Югай, Т. В. Шпак, М. И. Слободянюк, Л. А. Тайболиной, И. Д. Дмитриевой, И. Н. Рябоконь, И. Н. Хоточкиной), в легкой атлетике (с Л. Г. Шахлиной и И. И. Макаревич), в волейболе (с М. П. Закусило), в велосипедном спорте (с Л. В. Елизаровой) [7, 11,12].

Эффективность использования ИГТ доказана Н. И. Волковым и его учениками в спорте высоких достижений - конькобежном спорте (С. Ф. Сокунова), при подготовке футболистов высокой квалификации (У. Б. М. Дардури), И. Ж. Булгаковой, Н. И. Волковым и их учениками при подготовке пловцов (С. В. Топорищев, В. В. Смирнов, Б. Хосни, Т. Фомиченко, Н. Ковалев, В. Р. Соломатин, Ю. М. Штернберг и др.) [1-3].

Как известно, принцип интервальности успешно применяется не только в гипоксической тренировке: с 60-х годов он эффективно используется в спортивной тренировке. Применяются Фрейдбургский метод, "миоглобиновая", "анаэробная" и "аэробная" интервальная спортивные тренировки [3].

Физиологические механизмы эффективности интервальной спортивной тренировки (ИСТ) и ИГТ имеют много общего. И в ИСТ и в ИГТ в качестве "тренирующего средства" используются адаптация к гипоксии, активизация компенсаторных механизмов, направленных на предотвращение развития тканевой гипоксии и ее вредных последствий.

Важно учитывать, что повышенная активность компенсаторных механизмов проявляется не только во время гипоксического воздействия, но и во время нормоксических периодов отдыха - интервалов. В интервальной спортивной тренировке рядом исследователей интервалам придавалось большое, даже ведущее, значение [3].

Мы обратили внимание на проявления активности компенсаторных воздействий во время нормоксических интервалов в сеансе интервальной гипоксической тренировки. Нами вместе с М. П. Закусило [10] во время сеанса ИГТ определялись МОД и МОК, дыхательный объем, ударный сердечный выброс, насыщение артериальной крови кислородом, потребление кислорода организмом. Полученные данные (рис. 3) позволяют заключить, что если гипоксическая тренировка проводилась с использованием газовых смесей, вдыхание которых вызывает гипоксию 3-й степени - субкомпенсирован-ную, то: 1. Во время нормоксических интервалов сохраняются еще повышенные МОД и МОК. 2. От серии к серии (до 4-й) МОД и МОК увеличиваются, хотя дальнейшего снижения насыщения артериальной крови не наблюдается. 3. Растет и потребление кислорода. 4. Повышенный МОК во время интервалов обеспечивает высокую скорость доставки не только кислорода, но и субстратов для синтеза белков при pO2 в тканях выше критического. Можно предположить, что синтезу способствует и ускорение транскрипции генов на РНК под влиянием HIF-1.

изменения мод, мок, чсс и насыщения артериальной крови кислородом (sao2) при вдыхании воздуха с 12% кислорода с интервалами дыхания комнатным воздухом

Рис. 3. Изменения МОД, МОК, ЧСС и насыщения артериальной крови кислородом (SaO2) при вдыхании воздуха с 12% кислорода с интервалами дыхания комнатным воздухом: а - заштрихованная часть - гипоксическое воздействие; б - незаштрихованная - нормокснческий интервал (дыхание воздухом с 20,9% кислорода) в серии продолжительностью 10 мин

Интервальное гипоксическое воздействие оказывается более эффективным методом адаптации к гипоксии, чем непрерывное. Адаптация к гипоксии в этом случае осуществляется в более короткие сроки. Проведенные исследования позволили нам обосновать режимы ИГТ: содержание O2 в гипоксической смеси, длительность гипоксических воздействия и интервала в каждой серии, количества серий в сеансе.

Накопленный в настоящее время опыт позволяет заключить, что интервальное гипоксическое воздействие оказывается более эффективным методом адаптации к гипоксии, чем непрерывное. Адаптация к гипоксии в этом случае осуществляется в более короткие сроки.

Нормобарическая ИГТ имеет и ряд других преимуществ перед тренировкой в горах и в барокамерах. При этом виде гипоксической тренировки не нарушается нормальный ход тренировочного процесса спортсменов, так как ИГТ проводится в свободное от спортивной тренировки время. На нее требуется не более часа в день, во время сеанса ИГТ спортсмен может полностью расслабиться, а после сеанса ИГТ не чувствуется усталости и плановая спортивная тренировка проходит без ущерба. В горах же работоспособность значительно снижается, поскольку суммируется действие гипоксической гипоксии и гипоксии нагрузки и выраженная тканевая гипоксия проявляется при меньшем снижении pO2 в воздухе и при физической нагрузке меньшей интенсивности, тренировочный процесс нарушается. Кроме того, для ряда видов спорта отсутствует возможность тренировки специальной работоспособности, технических навыков и тактики.

Барокамерная тренировка имеет свои недостатки: возможны микробаротравмы, во время декомпрессии и компрессии появляются неприятные ощущения, сеанс занимает много времени.

Примененный нами [7, 12] комбинированный метод гипоксической тренировки, сочетающий эффекты ИГТ и ИСТ, проводимых каждая в свое время, обеспечивает адаптацию к двум разделенным по времени действия типам гипоксии: к гипоксической гипоксии и к гипоксии нагрузки. Усиление кровотока в мозге и сердечной мышце во время действия гипоксической гипоксии способствует лучшей капилляризации мозга и сердца, лучшему снабжению их энергетическими субстратами, а гипоксия нагрузки, сопровождающая спортивную тренировку, обусловливает преимущественное кровоснабжение и приток строительных материалов к работающим мышцам.

Таким образом, комбинированный метод гипоксической тренировки обладает большим конструктивным эффектом, чем каждый из методов, взятый в отдельности, о чем свидетельствуют хорошие результаты использования комбинированного метода.

2. Определение биохимических показателей обмена веществ позволяет решать следующие задачи комплексного обследования: контроль за функциональным состоянием организма спортсмена, которое отражает эффективность и рациональность выполняемой индивидуальной тренировочной программы, наблюдение за адаптационными изменениями основных энергетических систем и функциональной перестройкой организма в процессе тренировки, диагностика предпатологических и патологических изменений метаболизма спортсменов. Биохимический контроль позволяет также решать такие частные задачи, как выявление реакции организма на физические нагрузки, оценка уровня тренированности, адекватности применения фармакологических и других восстанавливающих средств, роли энергетических метаболических систем в мышечной деятельности, воздействия климатических факторов и др. В связи с этим в практике спорта используется биохимический контроль на различных этапах подготовки спортсменов.

В годичном тренировочном цикле подготовки квалифицированных спортсменов выделяют разные виды биохимического контроля:

- текущие обследования (ТО), проводимые повседневно в соответствии с планом подготовки; - этапные комплексные обследования (ЭКО), проводимые 3-4 раза в год; - углубленные комплексные обследования (УКО), проводимые 2 раза в год; - обследование соревновательной деятельности (ОСД).

На основании текущих обследований определяют функциональное состояние спортсмена - одно из основных показателей тренированности, оценивают уровень срочного и отставленного тренировочного эффекта физических нагрузок, проводят коррекцию физических нагрузок в ходе тренировок.

В процессе этапных и углубленных комплексных обследований спортсменов с помощью биохимических показателей можно оценить кумулятивный тренировочный эффект, причем биохимический контроль дает тренеру, педагогу или врачу быструю и достаточно объективную информацию о росте тренированности и функциональных системах организма, а также других адаптационных изменениях.

При организации и проведении биохимического обследования особое внимание уделяется выбору тестирующих биохимических показателей: они должны быть надежными либо воспроизводимыми, повторяющимися при многократном контрольном обследовании, информативными, отражающими сущность изучаемого процесса, а также валидными либо взаимосвязанными со спортивными результатами.

В каждом конкретном случае определяются разные тестирующие биохимические показатели обмена веществ, поскольку в процессе мышечной деятельности по-разному изменяются отдельные звенья метаболизма. Первостепенное значение приобретают показатели тех звеньев обмена веществ, которые являются основными в обеспечении спортивной работоспособности в данном виде спорта.

Немаловажное значение в биохимическом обследовании имеют используемые методы определения показателей метаболизма, их точность и достоверность. В настоящее время в практике спорта широко применяются лабораторные экспресс-методы определения многих (около 60) различных биохимических показателей в плазме крови с использованием портативного прибора 1Р-400 швейцарской фирмы "Доктор Ланге" или других фирм. К экспресс-методам определения функционального состояния спортсменов относится также предложенный академиком В. Г. Шахбазовым новый метод определения энергетического состояния человека, в основу которого положены изменения биоэлектрических свойств ядер эпителиальных клеток в зависимости от физиологического состояния организма. Данный метод позволяет выявить нарушение гомеостаза организма, состояние утомления и другие изменения при мышечной деятельности.

Контроль за функциональным состоянием организма в условиях учебно-тренировочного сбора можно осуществлять с помощью специальных диагностических экспресс-наборов для биохимического анализа мочи и крови. Основаны они на способности определенного вещества (глюкозы, белка, витамина С, кетоновых тел, мочевины, гемоглобина, нитратов и др.) реагировать с нанесенными на индикаторную полоску реактивами и изменять окраску. Обычно наносится капля исследуемой мочи на индикаторную полоску "Глюкотеста", "Пентафана", "Медитеста" или других диагностических тестов и через 1 мин ее окраска сравнивается с индикаторной шкалой, прилагаемой к набору.

Одни и те же биохимические методы и показатели могут быть использованы для решения различных задач. Так, например, определение содержания лактата в крови используется при оценке уровня тренированности, направленности и эффективности применяемого упражнения, а также при отборе лиц для занятий отдельными видами спорта.

В зависимости от решаемых задач изменяются условия проведения биохимических исследований. Поскольку многие биохимические показатели у тренированного и не тренированного организма в состоянии относительного покоя существенно не различаются, для выявления их особенностей проводят обследование в состоянии покоя утром натощак (физиологическая норма), в динамике физической нагрузки либо сразу после нее, а также в разные периоды восстановления.

При обследовании спортсменов применяются различные типы тестирующих физических нагрузок, которые могут быть стандартными и максимальными (предельными).

Стандартные физические нагрузки - это нагрузки, при которых ограничиваются количество и мощность выполняемой работы, что обеспечивается с помощью специальных приборов - эргометров. Наиболее часто используют степэргометрию (восхождение в разном темпе на ступеньку или лестницу разной высоты, например Гарвардский степ-тест), велоэргометрию (фиксированную работу на велоэргометре), нагрузки на тредмиле - движущейся с фиксируемой скоростью ленте. В настоящее время существуют диагностические комплексы, позволяющие выполнять специальную дозированную физическую нагрузку: плавательный тредмил, гребные эргометры, инерционные велоэргометры и др. Стандартные физические нагрузки способствуют выявлению индивидуальных метаболических различий и используются для характеристики уровня тренированности организма.

Максимальные физические нагрузки применяются при выявлении уровня специальной тренированности спортсмена на разных этапах подготовки. В данном случае используются нагрузки, наиболее характерные для данного вида спорта. Выполняются они с максимально возможной интенсивностью для данного упражнения.

При выборе тестируемых нагрузок следует учитывать, что реакция организма человека на физическую нагрузку может зависеть от факторов, непосредственно не связанных с уровнем тренированности, в частности от вида тестируемого упражнения, специализации спортсмена, а также от окружающей обстановки, температуры среды, времени суток и др. Выполняя привычную для себя работу, спортсмен может осуществить большой ее объем и добиться значительных метаболических сдвигов в организме. Особенно отчетливо это проявляется при тестировании анаэробных возможностей, весьма специфичных и в наибольшей степени проявляющихся только при работе, к которой спортсмен адаптирован. Следовательно, для велосипедистов наиболее подходящими являются велоэргометрические тесты, для бегунов - беговые и т. д. Однако это не означает, что для легкоатлетов или спортсменов других видов спорта нельзя использовать велоэргометрические тесты, которые позволяют наиболее точно учитывать объем выполненной работы. Однако велосипедисты при велоэргометрическом тестировании будут иметь преимущество по сравнению с представителями других видов спорта той же квалификации и специализирующихся в упражнениях, относящихся к той же зоне мощности.

Используемые тестируемые нагрузки, специфические по мощности и продолжительности, должны соответствовать нагрузкам, используемым спортсменом в процессе тренировки. Так, для легкоатлетов-бегунов, специализирующихся на короткие и сверхдлинные дистанции, тестирующие нагрузки должны быть разными, способствующими проявлению их основных двигательных качеств - скорости либо выносливости. Важным условием применения тестируемых физических нагрузок является точное установление их мощности либо интенсивности и длительности.

На результаты исследования влияет также температура окружающей среды, время тестирования и состояние здоровья. Более низкая работоспособность наблюдается при повышенной температуре среды, а также в утреннее и вечернее время. К тестированию, как и к занятиям, спортом, особенно с максимальными нагрузками, должны допускаться только полностью здоровые спортсмены, поэтому врачебный осмотр должен предшествовать другим видам контроля. Контрольное биохимическое тестирование проводится утром натощак после относительного отдыха в течение суток. При этом должны соблюдаться примерно одинаковые условия внешней среды, которые влияют на результаты тестирования.

Изменение биохимических показателей под воздействием физических нагрузок зависит от степени тренированности, объема выполненных нагрузок, их интенсивности и анаэробной или аэробной направленности, а также от пола и возраста обследуемых. После стандартной физической нагрузки значительные биохимические сдвиги обнаруживаются у менее тренированных людей, а после максимальных - у высокотренированных. При этом после выполнения специфических для спортсменов нагрузок в условиях соревнования или в виде прикидок в тренированном организме возможны значительные биохимические изменения, которые не характерны для нетренированных людей.

Влияние тренировочных нагрузок анаэробной и аэробной направленности на уровень физической работоспособности и адаптационные возможности спортсменов в различные сезоны года

В. А. Колупаев, Д. А. Дятлов, А. В. Окишор, И. Ю. Мельников, Научно-исследовательский институт Олимпийского спорта Уральской государственной академии физической культуры, Екатеринбург

Закономерные, регулярно повторяющиеся изменения условий среды (суточные и сезонные колебания уровня освещенности, температуры и влажности воздуха, гравитации, геомагнитного поля и др.) обусловливают способность организма к "предупредительному реагированию" [3], или согласно концепции П. К. Анохина способность к "опережающему отражению действительности". Как известно [5, 7, 11, 14 и др.], в условиях средних широт сезонные изменения окружающей среды оказывают значимое влияние на регуляцию циркадианных и цирканнуальных биоритмов организма. Показано [1, 5 - 7, 10, 17 и др.], что цирканнуальные изменения на организменном уровне обусловлены сезонной динамикой физиологических, биохимических и иммунологических процессов в организме. Тем самым осуществляется модулирующее влияние сезонных изменений условий среды на функциональное состояние [12], уровень физической работоспособности [1, 3], состояние адаптационных возможностей и резистентности организма [1, 17], уровень заболеваемости [13, 15], эффективность лечебных [5, 7], оздоровительных [16] и тренировочных [15, 20] мероприятий.

Основными факторами, влияющими на изменение функционального состояния спортсменов, являются вид и уровень двигательной активности, и в частности ведущий механизм ее энергообеспечения: анаэробный или аэробный. Вопрос об особенностях регуляции функционального состояния организма на межсистемном уровне его интеграции в процессе адаптации к физическим нагрузкам анаэробной и аэробной направленности в настоящее время изучен недостаточно [18]. По современным представлениям, в регуляции функционального состояния организма активное участие принимает иммунная система, клетки которой способны осуществлять не только обширный спектр эффекторных функций, но и благодаря выраженной секреторной и рецепторной способности являются активными участниками межклеточных взаимодействий [8]. При этом существенное влияние на состояние иммунной системы оказывают изменения условий среды [5, 17 и др.].

Поэтому можно полагать, что способ сочетания изменений факторов среды и динамики тренировочных воздействий будет существенно влиять на степень напряженности адаптационных механизмов, определяя тем самым "цену адаптации" [18]. При этом эффективность тренировочного процесса в решающей мере будет зависеть от соответствия ритмо-динамической структуры тренировочных воздействий анаэробной или аэробной направленности закономерным изменениям состояния организма под влиянием эндогенных ритмов и условий внешней среды. Изучение доступных публикаций свидетельствует об актуальности биологического обоснования рациональной организации тренировочного процесса различной направленности в условиях закономерной динамики состояния организма спортсмена [1, 2, 16, 19 и др.].

Исходя из вышеизложенного мы поставили перед собой следующую цель: изучить динамику уровня работоспособности и адаптационных возможностей спортсменов, использующих в своей подготовке упражнения преимущественно анаэробной или аэробной направленности, при различных сочетаниях тренировочных нагрузок с сезонными изменениями условий среды. Для достижения поставленной цели необходимо было решить следующие задачи:

1) сравнить особенности динамики показателей работоспособности и адаптационных возможностей у спортсменов, использующих в своей подготовке упражнения преимущественно аэробного или анаэробного характера; 2) сравнить влияние соревновательных нагрузок в видах спорта с разным преимущественным развитием механизмов энергообеспечения двигательной активности в зависимости от их временного расположения в годичном цикле; 3) определить взаимосвязь между величиной тренировочных нагрузок, уровнем работоспособности и показателями адаптационных возможностей спортсменов в различные периоды годичнго цикла.

Организация и методы исследования. Для оценки влияния на организм различных форм двигательной активности в условиях сезонных изменений внешней среды нами были выбраны спортсмены двух видов спорта - борьбы дзюдо и лыжных гонок), различающихся по характеру энергетического метаболизма (анаэробный и аэробный). На протяжении трех лет наблюдений было обследовано в динамике 144 мужчин-спортсменов (67 борцов и 77 лыжников) в возрасте 16-24 лет. Обследованные имели спортивную квалификацию от 1-го разряда до МСМК. Наблюдения осуществлялись в различные сезоны годичного цикла в соответствии с программой подготовки спортсменов к соревнованиям.

При интерпретации показателей состояния спортсменов учитывали не только величину и характер распределения тренировочных нагрузок в макроцикле, но и ежегодную динамику условий естественного освещения. Для этого согласно сезонной динамике продолжительности светового дня и суточных изменений фотопериода в каждом годичном макроцикле подготовки было выделено восемь качественно своеобразных и различных по продолжительности периодов. Первый и пятый периоды (декабрь и июнь соответственно) характеризуются минимальными и максимальными значениями продолжительности светлой части суток при минимальных величинах их суточных изменений. Второй и шестой периоды (январь - начало февраля и июль - первая половина августа) характеризуются прогрессивным увеличением и уменьшением длительности дня соответственно. Третьему и седьмому периодам (середина февраля - конец апреля и конец августа - октябрь) свойственно стабильное увеличение или уменьшение продолжительности светлой части суток. Четвертый и восьмой периоды (май и ноябрь соответственно) характеризуются регрессивным увеличением и уменьшением длительности дня. Наши исследования охватывали семь сезонных интервалов, различающихся по уровню суточной динамики фотопериода, исключая период прогрессивного уменьшения длительности светлой части суток (июль-август). Данное обстоятельство было обусловлено традиционной подготовкой спортсменов в этот период вне города.

У каждого из обследуемых спортсменов на различных этапах подготовки помимо характеристик тренировочных нагрузок [15, 20] определяли уровень максимального потребления кислорода (МПК) при выполнении велоэргометрической нагрузки и с использованием аппарата Spyrolit-2, а также лейкоцитарную формулу крови. Валидность индивидуальных значений МПК оценивали по отношению ЧСС во время нагрузки к ЧССмакс. и дыхательному коэффициенту на последней ступени нагрузки [9]. Результаты исследования были обработаны общепринятыми методами вариационной статистики с применением методов корреляционного и дисперсионного анализов.

Результаты исследования. В 22,22% случаев у борцов в соответствии с системой оценки уровня МПК [9] наблюдались низкие и очень низкие, в 45,19% случаев - средние и 32,59% случаев - высокие и очень высокие индивидуальные значения МПК. С учетом специфики спортивной специализации лыжников-гонщиков 15,35% обследованных имели низкие, 54,36% - средние и 30,29% - высокие и очень высокие показатели МПК. Следовательно, сравниваемые группы спортсменов с учетом специфики их двигательной активности не имели явных отличий в характере распределения высоких, средних и низких индивидуальных значений МПК.

Хорошо известно [9], что уровень МПК может существенно изменяться под влиянием спортивной тренировки. Поэтому мы провели изучение корреляционных связей между параметрами тренировочной нагрузки и уровнем МПК у борцов и лыжников. Полученные результаты свидетельствовали о том, что у борцов корреляционная связь между параметрами тренировочных нагрузок и уровнем МПК проявлялась в тех случаях, когда у них объем специализированной подготовки в тренировочном процессе был относительно невелик. Вместе с тем на заключительном этапе подготовки борцов к соревнованиям корреляция между величиной нагрузок и уровнем МПК не достигала значимых величин. На наш взгляд, аэробная работоспособность организма, уровень которой отражает показатель МПК, является важным, но далеко не решающим фактором, необходимым для обеспечения эффективных двигательных действий и двигательной деятельности в целом в данном виде спорта.

Анализ тренировочных программ лыжников-гонщиков позволил установить, что между различными составляющими тренировочных нагрузок и уровнем МПК имеются статистически значимые корреляционные связи. В частности между средней величиной суточного объема циклической нагрузки и уровнем МПК наблюдалась прямая зависимость (p< 0,01). Величина и уровень значимости коэффициента корреляции варьировались с изменением временного интервала между моментом регистрации МПК и периодом, когда эти нагрузки применялись. Так, уровень МПК у лыжников в условиях регулярных тренировок коррелировал не только с параметрами нагрузки ближайших занятий, но и с величиной нагрузок, применяемых ранее чем за месяц до обследования.

У лыжников средний уровень МПК был значительно выше, чем у борцов, во время обследований, проводимых во 2, 3, 4 и 7-м сезонных периодах суточной освещенности. Характерно, что величина различий уровня МПК у борцов и лыжников максимальна во время прогрессивной и минимальна во время регрессивной динамики суточных значений фотопериода (2-й и 4-й периоды соответственно), приходящихся на соревновательный и переходный периоды макроцикла подготовки лыжников с соответственно максимальным и минимальными уровнями их физических кондиций.

У борцов уровень МПК был наиболее высоким в период минимальных и максимальных значений суточной освещенности (1-й и 5-й периоды соответственно). Необходимо отметить, что в обоих случаях обследование спортсменов осуществлялось спустя 18-36 ч после их участия в соревнованиях. Следовательно, именно соревновательный характер физических нагрузок вне зависимости от уровня суточной освещенности в период их выполнения приводил к значительному повышению уровня аэробной работоспособности борцов, достигая при этом значений показателя, аналогичного таковому у лыжников. Наиболее высокий уровень значений МПК у лыжников также наблюдался в соревновательном периоде и полностью охватывал период прогрессивного и начало периода стабильного увеличения длительности дня (2-й и 3-й периоды соответственно). Можно полагать, что соревновательная деятельность вне зависимости от вида и способа состязаний, а также периода годичнго цикла сопровождается повышением уровня МПК у спортсменов.

Во время стабильного увеличения длительности светлой части суток (3-й период) разница среднего уровня МПК у борцов и лыжников была такой же величины, что и во время стабильного уменьшения продолжительности дня (7-й период). Кроме того, средний уровень МПК у борцов во время исследований проводившихся в период с апреля по октябрь, коррелировал (r = 0,624; p< 0,01) со средними значениями уровня МПК у лыжников в сопоставимые сроки исследования (интервал между обследованиями - не более 10 суток). Корреляционная связь между уровнем МПК у лыжников и борцов не проявлялась при сопоставлении данных, полученных в период с ноября по апрель, или при анализе данных за весь годовой цикл. Неслучайный характер этой корреляционной связи обусловлен тем, что корреляционному анализу были подвергнуты данные, полученные на протяжении нескольких макроциклов. При этом, несмотря на то что система воздействий на организм, в частности система спортивной подготовки, как у борцов, так и у лыжников ежегодно претерпевала определенные изменения, корреляционная связь между средними значениями уровня МПК у борцов и лыжников в период с апреля по октябрь была статистически значимой. По нашему мнению, эта корреляция служит проявлением действия общего для обследованных групп фактора или системы условий, значимо влияющих на уровень МПК спортсменов в период с апреля по октябрь.

Обобщая вышеизложенное, можно предположить, что в условиях отсутствия напряженных соревновательных нагрузок эффективность методик тренировки относительно их воздействия на уровень МПК спортсменов в значительной мере находится под модулирующим влиянием сезонной динамики солнечного освещения. При этом соревновательная деятельность вне зависимости от вида и способа состязаний, а также периода годичного цикла сопровождается повышением уровня МПК у спортсменов. Наблюдаемые на протяжении годичного цикла колебания различий уровня МПК у спортсменов сравниваемых специализаций в основном обусловлены изменением напряженности тренировочного процесса лыжников.

В своем исследовании мы не ограничились рассмотрением динамики показателей аэробной работоспособности спортсменов и взаимосвязи ее с параметрами тренировочных нагрузок. На следующем его этапе мы попытались определить характер взаимосвязи между уровнем аэробной работоспособности, параметрами тренировочных нагрузок и уровнем адаптационных возможносте организма, одним из общепринятых и доступных критериев которых являются показатели лейкограммы. [4, 8].

Статистически значимых изменений уровня лейкоцитов крови (Лц) у лыжников в течение годичного цикла не наблюдалось. В отличие от лыжников у борцов отмечено колебание среднего уровня Лц: достоверное повышение содержания Лц отмечалось в период с ноября по февраль по сравнению с наблюдениями в период с марта по октябрь. Более выраженные флуктуации состояния спортсменов наб людались по изменению содержания отдельных субпопуляций Лц.

Изменение уровня циркулирующих нейтрофилов (Нф) у лыжников было ординарным: снижение в весенне-летний период и достоверное повышение в осенне-зимний. У борцов динамика количества Нф была несколько иной. Во-первых, у борцов снижение количества Нф отмечалось на период раньше, чем у лыжников. Во-вторых, изменение количества Нф у борцов в течение года было двухступенчатым. Сначала снижение уровня Нф в период прогрессивного увеличения длительности дня (2-й период), а затем дальнейшее снижение в период регрессивного увеличения длительности светлой части суток (4-й период). Количество Нф у борцов в течение года повышалось также в два этапа. К сожалению, отсутствие результатов наблюдений за июль и август не позволяет однозначно определить начало повышения: период прогрессивного или период стабильного уменьшения длительности дня (6-й или 7-й соответственно). Вместе с тем повторное повышение уровня Нф у борцов наблюдалось в период регрессивного уменьшения длительности дня (8-й период).

Как известно [8], в норме состав Лц периферической крови тесно связан с изменением активности нейроэндокринной системы. Изменение содержания в крови кортизола и катехоламинов оказывает выраженное влияние на уровень циркулирующих Нф. Регуляция секреции гормонов надпочечников возможна со стороны как центральной нервной системы (через гипоталамус и гипофиз), так и симпатического отдела вегетативной нервной системы. При этом активность симпатoадреналовой системы повышается в зимний период, сочетаясь с активацией щитовидной железы [1], составляя основу адаптации к холоду [18]. Вероятно, повышение уровня Нф у спортсменов в осенне-зимний период - одно из проявлений холодовой адаптации организма. В этом случае менее выраженные колебания количества Нф у лыжников отражают более совершенное функционирование механизмов холодовой адаптации.

В отличие от динамики содержания полиморфноядерных лейкоцитов изменения уровня моноцитов (Мн) у борцов и лыжников не имели существенных различий ни по среднему уровню, ни по фазе. У спортсменов сравниваемых специализаций снижение содержания и количества Мн наблюдалось в период стабильного увеличения длительности дня (3-й период) и повышалось в период стабильного уменьшения светлой части суток (7-й период). Учитывая различия в структуре, содержании и условиях тренировочного процесса борцов и лыжников, можно полагать, что отмеченные изменения количества циркулирующих Мн у спортсменов были обусловлены сезонной динамикой условий среды.

Однонаправленный характер изменений основных субпопуляций Лц у борцов и лыжников в 7-м периоде по сравнению с 5-м также позволяет отнести их полностью на счет сезонных изменений условий среды. При этом более значительное (p< 0,001) снижение количества лимфоцитов (Лф) у борцов по сравнению с лыжниками, как и в случае с динамикой количества Нф в осенне-зимний сезон, вероятно, служит проявлением лучшей адаптации организма последних к периодическим холодовым нагрузкам этого периода.

В отличие от динамики Нф и Мн изменения уровня Лф в течение годового цикла у борцов и лыжников были реципрокными, что, скорее всего, обусловлено различием механизмов нейроэндокринной регуляции деятельности органов и систем в режиме анаэробных и аэробных нагрузок, накладывающихся на сезонную динамику гормонального статуса спортсменов. Как известно [18], аэробные нагрузки большой и умеренной мощности сопровождаются повышением содержания в крови уровня катехоламинов, в то время как максимальные нагрузки анаэробного характера помимо усиленного "выброса" катехоламинов сопровождаются повышением содержания в крови глюкокортикоидов.

У борцов снижение количества Лф относительно среднего уровня отмечалось в период стабильного увеличения и уменьшения продолжительности дня (3-й и 7-й соответственно). Несмотря на внешнее сходство эти изменения имели определенные отличия, позволяющие предположить участие разных механизмов в снижении уровня Лф у борцов в весенний и осенний периоды. В первом случае снижение количества Лф сопровождалось уменьшением уровня Мн, что в сокупности обусловило статистически значимое снижение количества Лц в крови. По-видимому, это связано с повышением гипоталамо - гипофизарно-адреналовой активности под влиянием увеличивающейся продолжительности дня [5, 6]. В этом случае тренировочные воздействия, связанные с активацией коры надпочечников, накладывались на сезонное повышение активности этих эндокринных желез. В результате повышенный уровень глюкокортикоидов обусловил значительное снижение количества Лф у борцов в весенний период. Во втором случае снижение количества Лф сопровождалось повышением уровня Нф и Мн. Вероятно, это связано с ранним этапом повышения секреции катехоламинов совместно с усилением активности щитовидной железы под влиянием снижения температуры среды в этом периоде [7].

У лыжников в отличие от борцов динамика уровня Лф характеризовалась повышением количества этих клеток в период максимальной длительности дня (5-й период) и в период регрессивного снижения продолжительности светлой части суток (8-й период). Повышение количества Лф у лыжников в период максимальной продолжительности дня и в условиях относительно низкого уровня тренировочных нагрузок хорошо согласуется с сезонным снижением уровня этих клеток в соответствии с годовым минимумом секреции глюкокортикоидов [7]. Увеличение количества Лф в период с низкими значениями продолжительности дня (8-й период), видимо, связано с соответствующим увеличением продолжительности ночной секреции мелатонина [10], что посредством снижения стимулируемой секреции катехоламинов и гормонов щитовидной железы могло сопровождаться повышением уровня Лф у лыжников и борцов.

В целом представленные данные не противоречат выявленным ранее другими исследователями особенностям сезонной динамики содержания основных субпопуляций Лц у различных слоев населения [5, 7, 17]. В частности, результаты дисперсионного анализа лейкограмм борцов и лыжников свидетельствовали о статистически значимом увеличении содержания и количества Нф и Мн в осенне-зимний период и их снижении в весенне-летний период. Содержание Лф у спортсменов обеих специализаций было максимальным в период наибольшей продолжительности дня. При этом на фоне сезонных колебаний состояния организма характер двигательной активности и условия среды оказывали определенное влияние на уровень и особенности динамики показателей лейкограмм спортсменов. Можно полагать, что отмеченные изменения уровня МПК и количественного состава субпопуляций Лц являются интегральным отражением динамики адаптационных возможностей борцов и лыжников под влиянием тренировочных нагрузок, эффект которых модулируется действием на организм сезонных изменений условий среды.

Выводы

1. Соревновательная деятельность вне зависимости от сроков проведения соревнований сопровождалась повышением уровня МПК как у борцов, так и у лыжников-гонщиков, в то время как динамика этого показателя в подготовительном периоде (апрель - октябрь) в значительной мере была обусловлена модулирующим влиянием на организм сезонных изменений условий среды. 2. Динамика количества и содержания нейтрофилов и лимфоцитов в периферической крови спортсменов является отражением влияния на организм сезонных изменений условий среды и характера тренировочных нагрузок, в то время как особенности последних не оказывали существенного влияния на количество циркулирующих моноцитов. 3. У лыжников-гонщиков выявлена как непосредственная, так и опосредованная состоянием адаптационных возможностей организма прямая корреляционная связь между величиной тренировочных нагрузок и уровнем МПК. У борцов связь между параметрами тренировочных нагрузок и уровнем МПК проявлялась только опосредованно, через показатели адаптационных возможностей организма.

Список литературы

1. Агаджанян Н. А., Шабатура Н. Н. Биоритмы, спорт, здоровье. - М.: ФиС, 1989. - 208 с. 2. Бальсевич В. К. Онтокинезиология человека. - М.: Теория и практика физической культуры, 2000. - 275 с. 3. Биоритмы и труд /Под ред. А. Д. Слоним. - Л.: Наука, 1980. - 144 с.

Определение функционального состояния спортсмена

Похожие статьи