Устойчивость организма спортсменов к гипоксии и ее коррекция низкоинтенсивным лазерным воздействием

На правах рукописи

Устойчивость организма спортсменов

к гипоксии и ее коррекция низкоинтенсивным лазерным воздействием

(на примере циклических видов спорта)

03.03.01 - физиология

Автореферат

диссертации на соискание ученой степени

кандидата биологических наук

Смоленск

2010

Работа выполнена на кафедре биологических дисциплин ФГОУ ВПО «Смоленская государственная академия физической культуры, спорта и туризма»

Научный руководитель: доктор биологических наук, профессор

Официальные оппоненты: доктор биологических наук, профессор

доктор биологических наук, доцент

Ведущая организация: ФГОУ ВПО «Национальный государственный университет физической культуры, спорта и здоровья имени »

Защита диссертации состоится «23 » декабря 2010 г. в 15.30 часов

на заседании объединенного диссертационного совета ДМ 311.008.01 в Смоленской государственной академии физической культуры, спорта и туризма г. Смоленск, пр. Гагарина, 21

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Смоленской государственной академии физической культуры, спорта и туризма г. Смоленск, пр. Гагарина, 23

Автореферат размещен на сайте академии www. *****

Автореферат разослан « 20 » ноября 2010 г.

Ученый секретарь диссертационного совета

Кандидат педагогических наук, доцент

Общая характеристика работы

Актуальность исследования. Одним из основных направлений в физиологии спорта является выявление различных способов коррекции работоспособности. Эта проблема становится наиболее актуальной, так как без использования средств повышения работоспособности невозможно достичь высоких спортивных результатов (, , 2009).

С каждым годом происходит прогрессирующее увеличение объема и интенсивности тренировочных нагрузок, дальнейший рост которых лимитируется физиологическими возможностями организма спортсмена. Как указывает (1981): «Как ни огромны функциональные возможности организма, но они не бесконечны». Всегда необходимо учитывать тот факт, что никакие, даже самые тщательно разработанные программы тренировки, не могут учесть всего многообразия функциональных особенностей организма человека.

В этой связи весьма остро встает задача поиска высокоэффективных средств и методов процесса подготовки спортсменов к напряженной мышечной деятельности, позволяющей существенно расширить диапазон адаптационных перестроек организма (, , 2010). С этих позиций поиск современных экологически чистых средств повышения спортивных результатов без дальнейшего увеличения объема и интенсивности тренировочных нагрузок с учетом функциональных возможностей организма спортсменов является актуальным.

При выполнении физических упражнений часто возникают различные по своей напряженности гипоксические состояния, как результат несоответствия между резко возросшими энергетическими потребностями организма и возможностями их удовлетворения (, 2000; , 2001; , 2002; , 2004; , 2009).

Периодически возникающая гипоксия в той или иной степени обычна для многих форм спортивной деятельности (, 1988; 1998; , 2003; , 2004 и ряд др.). При этом величина физиологических изменений в организме зависит от интенсивности и продолжительности нагрузки (, 2002; , 2009).

Способность организма преодолевать гипоксемические и гиперкапнические сдвиги определяются целостной реакцией организма, в которую вовлекаются основные газотранспортные системы, обеспечивающие снабжение организма кислородом. Поэтому оценка изменений в организме, возникающих при действии гипоксии-гиперкапнии должна носить комплексный характер. Наиболее высокие требования предъявляют к организму нагрузки максимальной и субмаксимальной мощности, во время которых накапливается значительный кислородный долг, возникает выраженная артериальная гипоксемия, и тканевая гипоксия (гипоксия нагрузки). При этом возникает гипоксия мышечной ткани, приводящая не только к снижению работоспособности и возникновению утомления, но и к различным функциональным расстройствам (, , 2009).

Медико-биологические исследования последних лет подтверждают значимость показателей устойчивости к гипоксии в достижении высоких спортивных результатов, особенно в циклических видах спорта, связанных с необходимостью преодолевать дефицит кислорода (, 1998; H. Hoppeler, М. Vogt, Е. R.Weibel, М. Fluck М. Vogt M., 2001; , 2002; , 2002; , 2003; , 2009 и др.).

Вместе с тем, целый ряд вопросов, касающихся особенностей функционирования организма в условиях гипоксии, остается малоизученным. Более того, практически нет работ, посвященных изучению влияния низкоинтенсивного лазерного излучения на показатели устойчивости к гипоксии спортсменов циклических видов спорта, а ведь известно, что НИЛИ в условиях гипофункции оказывает положительный эффект (, 1989; , , 2006; , 2007; с соавт., 1997, 2007, 2009, 2010). В то же время, анализ доступной литературы показывает немногочисленные сведения о стимулирующем эффекте НИЛИ на уровень физической работоспособности спортсменов, что делает актуальным изучение влияния лазерного воздействия как на функциональную устойчивость к гипоксии-гиперкапнии, так и физическую работоспособность спортсменов циклических видов спорта.

Цель исследования. Оценка устойчивости организма спортсменов к гипоксии-гиперкапнии и изучение влияния низкоинтенсивного лазерного воздействия в этих условиях.

Объект исследования: влияние гипоксии и низкоинтенсивного лазерного излучения на функциональное состояние организма спортсменов циклических видов спорта.

Предмет исследования: устойчивость организма к гипоксии и общая физическая работоспособность спортсменов при целенаправленном применении низкоинтенсивного лазерного излучения.

Гипотеза исследования. Было выдвинуто предположение, что эффективность тренировочного процесса и отбор наиболее перспективных спортсменов для участия в ответственных соревнованиях существенно зависит от устойчивости их организма к условиям гипоксии-гиперкапнии, возникающей в отдельных видах спорта при напряженной мышечной деятельности. Разработка комплексной оценки потенциальных возможностей спортсменов по неодинаковой реакции на кислородный дефицит и применение НИЛИ в условиях гипоксии даст возможность предложить эффективное безмедикаментозное средство повышения физической работоспособности спортсменов.

Задачи исследования:

1. Изучить особенности развития гипоксии у спортсменов, характеризующихся неодинаковой функциональной устойчивостью к дефициту кислорода.

2. Провести сравнительный анализ адаптивных реакций основных систем вегетативного обеспечения организма спортсменов в зависимости от устойчивости к гипоксии-гиперкапнии.

3. Исследовать взаимосвязь гипоксии с интегративными показателями аэробной (МПК) и анаэробной (МКД) производительности организма.

4. Оценить влияние низкоинтенсивного лазерного излучения на длительность гипоксемических проб и работоспособность спортсменов с неодинаковой устойчивостью к гипоксии-гиперкапнии.

Методы исследования: Принимая во внимание задачи исследования, в работе использованы следующие методы: анализ специальной научно-методической литературы; оксигемометрия в сочетании с гипоксемическими пробами; исследование газового состава альвеолярного воздуха; спирография; исследование основных показателей КОС крови; тестирование МПК и МКД; тестирование общей физической работоспособности по тесту PWC170; воздействие низкоинтенсивным лазерным излучением (НИЛИ); статистическая обработка полученных результатов.

Организация исследования: В исследовании приняли участие 30 спортсменов циклических видов спорта академии физической культуры, спорта и туризма г. Смоленска (лыжники-гонщики и велосипедисты-шоссейники) в возрасте 18-22 лет, имеющие одинаковый уровень физической подготовленности (I спортивный разряд) и не имеющие отклонений в состоянии здоровья. В качестве гипоксически-гиперкапнических тестов использовали инспиративное апноэ – задержку дыхания (ЗД) на вдохе на уровне ЖЕЛ и возвратное дыхание (ВД) в замкнутом пространстве, объемом в одну ЖЕЛ.

По степени устойчивости к гипоксии-гиперкапнии спортсмены разделены на две равные группы (по 15 человек в каждой) с градацией показателей ЗД свыше 90 с (I-я группа) и до 90 с (II-я группа).

Эксперимент проводился в 3 этапа:

1 этап: с целью оценки адаптивных реакций к гипоксии-гиперкапнии у всех испытуемых спортсменов циклических видов спорта в состоянии относительного покоя проведен сравнительный анализ оксигенации крови, спирографических показателей, газового состава альвеолярного воздуха и кислотно-основного состояния крови.

2 этап: для оценки влияния физической нагрузки исследовали аэробную и анаэробную работоспособность (по МПК и МКД).

3 этап: применено низкоэнергетическое импульсное лазерное излучение ближней инфракрасной области спектра со следующими параметрами: длина волны излучения – 0,89±0,02 мкм, мощность на выходе 3,7 Вт, частота следования импульсов 80 и 1500 Гц. Время экспозиции – 9 мин. (,1997, 2006).

Все испытуемые (n=30) прошли однократное воздействие лазерного излучения чрезкожным методом на сосуды трех областей:

- проекция сонных артерий (2 излучателя) – 1500 Гц, 2 мин;

- проекция верхушечного толчка сердца (1 излучатель) – 80 Гц, 5 мин.

- проекция лучевых артерий (2 излучателя) – 1500 Гц – 2 мин.

Причем, как до воздействия НИЛИ, так и после однократного лазерного воздействия у всех спортсменов исследовали длительность гипоксемических проб, степень снижения оксигенации крови, уровень физической работоспособности и ряд показателей кардиореспираторной системы.

Научная новизна. В результате исследований впервые установлено и экспериментально обосновано, что:

- приспособительные реакции и устойчивость к условиям гипоксии-гиперкапнии у спортсменов различны и зависят от возможностей их организма;

- способность преодолевать дефицит кислорода в условиях гипоксемических проб тесно взаимосвязана с изменениями показателей внешнего дыхания и кислотно-основного состояния крови;

- высокая значимость гипоксического и гиперкапнического факторов в работоспособности спортсменов циклических видов спорта;

- устойчивость к гипоксии при определенных условиях имеет сигнальное значение, критерием прогнозирования спортивных результатов может служить длительность гипоксемических проб;

- у спортсменов циклических видов спорта, обладающих неодинаковой переносимостью гипоксемических состояний, воздействие НИЛИ повышает устойчивость к гипоксии-гиперкапнии и способность противостоять нарастающему утомлению;

- однократное лазерное облучение сосудов в области лучезапястных суставов, сонных артерий и сердца стимулирует экстренные приспособительные реакции к гипоксии, приводит к экономизации работы кардиореспираторной системы и повышению общей физической работоспособности спортсменов циклических видов спорта.

Теоретическая значимость.

Полученные данные расширяют и углубляют существующие представления в обосновании приоритетных путей повышения спортивной работоспособности и роста спортивного мастерства спортсменов с учетом переносимости гипоксических состояний. Установлено, что спортсмены с невысокой устойчивостью к гипоксическому фактору, не способны к выполнению больших объемов физических нагрузок.

Практическая значимость. Материалы исследования имеют практическое значение при комплексной оценке особенностей адаптации кардиореспираторной системы к условиям гипоксии-гиперкапнии. Адаптивные реакции, возникающие при напряженной мышечной деятельности, позволяют учитывать потенциальные возможности спортсменов и результативно повышать их физическую работоспособность. Результаты диссертационного исследования могут быть использованы для повышения эффективности учебно-тренировочного процесса и повышения спортивных результатов, полезны преподавателям-тренерам в разработке оптимальных режимов двигательной деятельности для оптимизации тренировочного процесса.

Результаты работы позволяют рекомендовать простые и информативные тесты, связанные с произвольным апноэ в различных модификациях, как объективные, специальные тесты для диагностики потенциальных возможностей спортсменов в видах спорта, где сдвиги в газовом гомеостазе являются одним из факторов, лимитирующих физическую работоспособность.

В результате проведенных исследований предложены средства повышения устойчивости к гипоксическому фактору. Установлено, что однократное воздействие НИЛИ может быть использовано в тренировочном процессе как эффективное экстренное средство повышения устойчивости к возникающей гипоксии при напряженной мышечной деятельности для поддержания работоспособности спортсменов.

Основные положения, выносимые за защиту:

- Устойчивость к гипоксии-гиперкапнии в значительной степени определяется, как способностью организма временно компенсировать изменения газового гомеостаза в устойчивой фазе (УФ), так и переносить возрастающий сдвиг в газовом гомеостазе и противостоять увеличивающемуся хеморецепторному драйву в гипоксемической фазе (ГФ).

- Спортсмены с более высокой устойчивостью к гипоксическому фактору более длительное время переносят дефицит кислорода и в момент максимального усилия способны к оптимальной мобилизации дыхательной функции. Лица, имеющие низкие показатели ЗД и ВД, представляют собой группу спортсменов с высокой врожденной хеморецепторной чувствительностью к основным дыхательным стимулам, что не позволяет им при усугублении сдвигов в газовом гомеостазе переносить данные сдвиги в организме.

- Однократным воздействием НИЛИ на области сосудов лучезапястных суставов, сонных артерий и сердца обеспечивается повышение устойчивости к гипоксии-гиперкапнии и физической работоспособности.

Апробация работы.

Основные положения диссертационного исследования докладывались и обсуждались: А. - На международных и всероссийских научно-практических конференциях:

1. «Повышение функциональной устойчивости к недостатку кислорода как средство повышения работоспособности». Всесоюзный научный симпозиум. – М., 1982.

2. «Изучение адаптации к мышечной деятельности у спортсменов с различной устойчивостью к гипоксии. Физиологические механизмы адаптации к мышечной деятельности». Всесоюзная XVII научная конференция. – М., 1985.

3. «Оценка функциональных возможностей высококвалифицированных спортсменов по кислотно-щелочному статусу». Всесоюзная научная конференция. – М., 1990.

4. «Анализ механизмов различной степени адаптации к гипоксии-гиперкапнии». Межфункциональные взаимоотношения при адаптации организма к спортивной деятельности: Межвуз. науч. конференция – Л., 1991.

5. «Взаимосвязь спортивной работоспособности и дыхательных возможностей спортсменов с различной степенью устойчивости к гипоксии-гиперкапнии в зависимости от спортивной специализации». Всероссийская научно-практическая конференция. – Малаховка, 1992.

6. «Механизмы адаптации и мобилизации кардиореспираторной системы у спортсменов с различной устойчивостью к гипоксии-гиперкапнии». Межвузовская конференция. – Смоленск: СГМА, 1996.

7. «Гипоксия как фактор, лимитирующий работоспособность спортсменов». Межвуз. научно-практическая конференция. – Смоленск, 2009.

8. «Анализ влияния низкоинтенсивного лазерного излучения на устойчивость к гипоксии-гиперкапнии». Научно-практическая конференция проф.-препод. состава СГАФКСТ. - Смоленск, 2009.

9. «Анализ влияния низкоинтенсивного лазерного излучения на устойчивость к гипоксии-гиперкапнии и работоспособность лыжников». Международный семинар. - Смоленск, 2009.

Б. На расширенном заседании кафедр биологических дисциплин, спортивной медицины и адаптивной физической культуры, оздоровительных технологий СГАФКСТ; физиологии СмолГУ, патофизиологии СГМА.- Смоленск, 2010.

Публикации: По теме диссертации имеется 13 публикаций, из них 2 статьи в журналах, рецензируемых ВАК.

Объем и структура диссертации.

Диссертация изложена на 164 страницах машинописного текста, содержит 27 таблиц и 3 рисунка, 8 приложений. Состоит из введения, обзора литературы, описания материала и методов исследования, глав с результатами собственного исследования, обсуждения полученных результатов, выводов и практических рекомендаций. Список литературы содержит 375 источников, в том числе - 288 отечественных и 87 иностранных авторов. Весь материал диссертации получен, обработан и проанализирован лично автором.

Результаты исследования и их обсуждение

Принимая во внимание важную роль гипоксии в мышечной деятельности была изучена устойчивость организма спортсменов циклических

Установлено, что спортсмены I-й группы обладают большей продолжительностью произвольного апноэ и гипоксемической фазы оксигенации (соответственно на 61,6с и 50,6 с (в обоих случаях - Р<0,001), по сравнению со спортсменами II-й группы.

Увеличение ЗД у испытуемых с большей устойчивостью к дефициту кислорода (I-я группа) происходило, в основном, за счет значительного удлинения периода стремительного снижения оксигенации крови (72,4±4,2%), против аналогичного показателя испытуемых II-й группы (81,7±1,9%), что характеризует более высокую способность спортсменов I-й группы преодолевать значительные гипоксемические сдвиги в условиях гипоксемических проб (табл.1).

Таблица 1. Показатели оксигемометрии при задержке дыхания у испытуемых I и II экспериментальных групп (M±m)

Определенные различия отмечались и по данным периода ликвидации гипоксемических сдвигов. Так, у обследуемых, I-й группы время фазы быстрого восстановления составило 10,1±0,6 с, у представителей с меньшей продолжительностью проб (II-я группа) это время составило – 18,6±0,5 с (Р<0,001), то есть в 1,8 раза больше.

При исследовании возвратного дыхании (ВД) у всех обследуемых было более длительное время ВД по сравнению с длительностью ЗД (табл. 2).

Таблица 2. Показатели оксигемометрии при дыхании в замкнутом пространстве (ВД) у испытуемых спортсменов (M±m)

У спортсменов I-й группы оно составило 54,7с (Р<0,001). У обследуемых с меньшей продолжительностью гипоксемических проб (II-я группа) - 39,4 с (Р<0,01). Увеличение времени ВД происходило в основном за счет удлинения ГФ в обеих группах: в I-й группе – на 47,9 с (Р<0,001); во II-й – на 24,8 с (Р<0,01). Межгрупповое сопоставление показателей выявило достоверное увеличение времени возвратного дыхания на 76,9с (Р<0,001). Различия по времени ГФвд у спортсменов I-й и II-й групп составили 73,7 с, что почти в 2 раза превышает аналогичный показатель II-й группы (<0,001).

Большая продолжительность дыхания в замкнутом пространстве, по сравнению с ЗД, указывает на то, что длительность ЗД определяется не только гипоксемией и гиперкапнией. Большое значение в этом случае имеет способность к волевому торможению дыхательного акта. При дыхании в замкнутом пространстве отмечено значительное увеличение данной пробы, в основном, за счет удлинения ГФ. Длительность УФ после ВД у всех испытуемых изменилась в меньшей степени. Процент снижения оксигенации крови у испытуемых 1 группы при ВД меньше аналогичного снижения у испытуемых II группы. Эти факты указывают на большую устойчивость испытуемых 1 группы к снижению насыщения крови кислородом при больших гипоксемических сдвигах и при значительном увеличении времени ВД.

Более того, анализ корреляционных взаимосвязей (рис.1,2) между показателями ЗД и ВД и их компонентами, отдельно в каждой экспериментальной группе (1 – I-я группа; 2 – II-я группа) выявил большие различия высоких корреляций по показателям гипоксемических проб и их компонентами между первой и второй группами.

Рис. 1. Графы корреляционных связей между показателями ЗД и ВД

и их компонентами в 1 группе.

В I-й группе испытуемых выявлены высокие корреляционные взаимосвязи между продолжительностью ЗД и ВД: (r=0,857; P<0,001), между гипоксемическими фазами: ГФзд и ГФвд (r=0,868; P<0,001). Также отмечены высокие корреляции между продолжительностью ЗД и ВД и их гипоксемическими фазами ЗД:ГФзд (r=0,802; P<0,001) и ВД:ГФвд (r=0,914; P<0,001). Указанные корреляции свидетельствуют о развитии значительной гипоксии-гиперкапнии, проявляющейся в гипоксемических фазах, устойчивость к которым обеспечивает увеличение общей продолжительности гипоксемических проб.

В группе спортсменов с меньшей продолжительностью гипоксемических проб (II-я группа) отмечены высокие корреляционные взаимосвязи лишь между ВД-ГФвд (r=0,876; P<0,001), ВД-SрО2вд (r=0,644; P<0,01) и между УФзд-ГФзд (r=-0,730; P<0,01), между УФзд-УФвд (r=0,608; P<0,05).

Отсутствие корреляции ЗД с другими параметрами свидетельствует о том, что ЗД у представителей II-й группы прекращается в том момент, когда сдвиги в газовом гомеостазе еще несущественны, то есть испытуемые этой группы имеют низкую устойчивость к гипоксии-гиперкапнии, что, возможно, связано с их высокой индивидуальной хеморецепторной чувствительностью.

Рис.2. Графы корреляционных связей между показателями ЗД и ВД

и их компонентами во I1 группе.

Изучение состава альвеолярного воздуха показало, что большая продолжительность гипоксемических проб сочеталась и с большим снижением О2, в альвеолярном воздухе у всех обследованных спортсменов. Однако, у спортсменов I-й группы отмечен факт более выраженного снижения данного показателя (табл. 3).

Таблица 3. Содержание О2 и СО2 (%) в конце ЗД и в конечной порции воздуха замкнутого пространства (M ±m).

Различия по составу альвеолярного воздуха между показателями экспериментальных групп в конце ЗД составили: по содержанию О2 - 2,51 %, (Р<0,001); по содержанию СО2 –1,2 % (Р<0,05). После ВД - по содержанию О2 в конечной порции воздуха замкнутого пространства различия составили 2,2%, (Р<0,001); по содержанию СО2 различия незначительны (0,3%).

Результаты анализа состава альвеолярного воздуха подтверждают большую выраженность гипоксемических и гиперкапнических сдвигов при возвратном дыхании, по сравнению с задержкой дыхания. Причем, при возвратном дыхании различия в большей мере выражены по содержанию О2 (Р<0,001), чем по СО2 (Р>0,05). Факт большего снижения кислорода в альвеолярном воздухе при дыхании в замкнутом пространстве у обследуемых с большей продолжительностью проб при сходных изменениях содержания СО2, свидетельствует о большем значении кислорода для продолжительного дыхания в замкнутом пространстве.

В ходе работы установлена определенная зависимость ряда важнейших показателей внешнего дыхания от уровня продолжительности осуществляемых гипоксемических проб до предела (рис. 3).

Рис. 3. Объемы и емкости легких (мл) у спортсменов I и II групп.

Анализ результатов легочных объемов показал: резервный объем вдоха (РОвд.) у спортсменов I-й группы превышал аналогичный показатель спортсменов II-й группы на 274 мл (Р<0,05), что позволяло спортсменам этой группы получить дополнительно большее количество кислорода при вдохе.

Более того, и дыхательный объем (ДО) у спортсменов I-й группы превышал аналогичный показатель спортсменов, обладающих меньшей продолжительностью гипоксемических проб (II-я группа) на 226,3 мл (Р<0,01), что свидетельствует о возможности спортсменов первой группы больше вдохнуть воздуха при каждом дыхательном цикле.

Изучение основных показателей кислотно-основного состояния (КОС) крови, как важного критерия оценки устойчивости к гипоксии-гиперкапнии, выявило значительные различия по реакции организма спортсменов на гипоксию. Так после ЗД как у первых, так и у вторых отмечен респираторный ацидоз, проявляющийся в снижении показателя рН и рО2, увеличении рСО2, но эти изменения находились в зоне полной компенсации (табл. 4).

После ВД изменения более значительны (табл. 5): у спортсменов I-й группы отмечены метаболические изменения по снижению величины рН; рСО2; рО2, СБ; БО, по СБО отмечен дефицит оснований. У спортсменов 2 гр. –выявлены лишь респираторные изменения.

Таблица 4. Основные показатели КОС капиллярной крови обследуемых спортсменов I-й и II-й групп после ЗД (M±m)

Таблица 5. Основные показатели КОС капиллярной крови обследуемых спортсменов I-й и II-й групп после ВД (M±m)

Таким образом, и по показателям КОС установлены достоверные различия между группами по устойчивости к недостатку кислорода.

Следовательно, насыщение крови кислородом, являясь интегральным показателем, отражает взаимную деятельность многих функций и систем организма. Длительность используемых нами гипоксемических проб (ЗД, ВД без поглощения СО2) определяется соучастием ряда факторов изменения напряжения СО2 и О2 в альвеолярном воздухе и в артериальной крови, буферной емкости крови, возбудимости дыхательного центра, а также торможением дыхательного центра высшими отделами ЦНС.

Оценивая показатели аэробной и анаэробной производительности установлено, что для обследуемых, отличающихся большей продолжительностью гипоксемических проб, характерны и большие величины МОД и ПО2 (Рис.4,5).

Как указано в методике исследования, МПК определяли прямым методом в условиях 4-х кратных одноминутных ускорений на велоэргометре с постепенно сокращающимися интервалами отдыха (3,2,1 мин) (, , 1973). Определяли минутный объем дыхания (МОД) и потребление кислорода (ПО2), как во время всех 4-х ускорений, так и в периоде восстановления.

Межгрупповые различия после первого ускорения по МОД составили 9,5 л (Р<0,01), а по ПО 2– 550 мл (Р<0,01).

Рис. 4. Изменение МОД (л) у спортсменов I и II групп.

Рис. 5. Изменение ПО2 (л) у спортсменов I и II групп.

После второго ускорения по показателям МОД и ПО2 отмечалась подобная зависимость между предельным уровнем усиления функций дыхания от неодинаковой устойчивости спортсменов к недостатку кислорода.

Наибольшие изменения исследуемых функций имели место у обследуемых I-й группы после третьего ускорения. Различия между группами по величине МОД составили 13,3 л (Р<0,01); по ПО2 – 849 мл (Р<0,001), в то время, как у спортсменов II-й группы наибольшие величины МОД и ПО2 отмечены уже после второго ускорения. Таким образом, во всех 4-х попытках достаточно отчетливо прослеживается возможность большего увеличения функции дыхания у обследуемых I-й группы. Одновременно данная категория спортсменов характеризовалась и более высокой способностью использовать О2 из вдыхаемого воздуха. На это указывает рассчитанный коэффициент использованного кислорода при 4-х кратном выполнении напряженных циклических упражнений: у всех испытуемых отмечалась тенденция к понижению величины О2, извлекаемого из 1 л вентилируемого воздуха. Вместе с тем, у испытуемых I-й группы рассматриваемый показатель был выше при всех 4-х ускорениях и составлял соответственно 38,86 мл; 36,87 мл; 37,03 мл и 35,74 мл, в то время как у спортсменов II-й группы эти показатели составляли: 36,88 мл; 35,99мл; 33,40 мл и 34,08 мл. Наибольшая величина кислородного долга, как общего, так и отдельных фракций, имеет место у обследуемых с большей устойчивостью к гипоксии-гиперкапнии. Эта группа спортсменов характеризуется и более высокими темпами ликвидации кислородной задолженности. У обследуемых этой же группы отмечена и большая величина кислородного долга (8,875±0,06 л), которая на 1,62 л (Р<0,001) превышала аналогичный показатель спортсменов с меньшей продолжительностью гипоксемических проб, равный 7,256±0,06 л. Более высокий уровень ликвидации кислородной задолженности у испытуемых I-й группы, по сравнению со спортсменами II-й группы, по-видимому, результат их наибольшей анаэробной производительности, и более высокой способностью преодолевать возникающие гипоксемические и гиперкапнические сдвиги.

Изучение фракций кислородного долга (алактатной и лактатной) показало более высокий уровень алактатного потребления у представителей I-й группы на 0,320 л/мин, по сравнению с испытуемыми II-й группы (Р<0,05). Лактатная фракция МКД также у испытуемых I-й группы на 2,4 л (Р <0,01) превышала аналогичный показатель представителей II-й группы.

Таким образом, результаты данного этапа исследований показывают, что неодинаковая способность обследуемых спортсменов преодолевать недостаток кислорода при гипоксемических пробах проявлялась в условиях напряженной мышечной деятельности, при которой предъявляются высокие требования к анаэробной производительности организма.

В результате воздействия НИЛИ отмечен его положительный эффект на показатели оксигемометрии и работоспособность всех спортсменов. Сравнительный анализ внутригрупповых результатов оксигемометрии показал, что воздействие НИЛИ способствовало увеличению длительности произвольного апноэ у всех испытуемых (рис. 6).

Так, у обследованных спортсменов I-й группы продолжительность ЗД после воздействия НИЛИ увеличилась на 23,5 с (Р<0,01); у обследованных II-й группы – 10,7 с (Р<0,05), ЗД они прекращали в тот момент, когда сдвиги в газовом гомеостазе еще несущественны, что, возможно, связано с повышенной индивидуальной хеморецепторной чувствительностью к главным дыхательным стимулам. У всех спортсменов достоверно увеличивается время УФ, что свидетельствует о способности организма всех спортсменов временно компенсировать изменения газового гомеостаза, что отражается в УФ. Процент SрО2 у спортсменов обеих групп изменяется недостоверно (Р>0,05), несмотря на увеличение продолжительности проб, что, несомненно, свидетельствует об эффекте влияния НИЛИ на функциональную устойчивость к гипоксии.

Рис. 6. Сравнение внутригрупповых показателей оксигемометрии до и после воздействия НИЛИ

Межгрупповые различия (рис. 7) по продолжительности ЗД и ГФ до НИЛИ составили соответственно 61,6с и 50,6 (в обоих случаях Р<0,001), после воздействия НИЛИ составили 74,4 с и 49,4 с (Р<0,001); различия по изменению УФ до и после воздействия НИЛИ - 11,0 с и 17,3с (Р>0,05).

Рис. 7. Сравнение межгрупповых показателей оксигемометрии до и после воздействия НИЛИ

Таким образом, можно констатировать, что однократное воздействие НИЛИ на сосуды изучаемых областей отражает кратковременный антигипоксический эффект, что выражается в изменения времени УФ. Факт достоверного увеличения времени устойчивой фазы и свидетельствует и об увеличении способности всех испытуемых временно компенсировать изменения газового гомеостаза,

Антигипоксический эффект НИЛИ, на наш взгляд, возможно обусловлен активацией процессов микроциркуляции, восстановлением кислородтранспортной функции крови, а именно повышение в эритроцитах фермента 2,3 дифосфоглицеразы, под влиянием которого ускоряется отдача кислорода гемоглобином тканям, снижается уровень ПОЛ (повышается активность каталазы и пероксидазы), увеличивается количество эритроцитов, рО2 и рН, и снижается рСО2 (, 1985; , , 1989; , 1989; , 1997; 2006 и др.).

Учитывая установленный нами антигипоксический эффект НИЛИ и значение гипоксии в мышечной деятельности далее было определено его влияние на уровень общей физической работоспособности (ОФР) и отдельные показатели кардиореспираторной системы (КРС) спортсменов циклических видов спорта. Установлено, что ОФР (табл. 6) спортсменов I-й группы до воздействия НИЛИ и после лазерного воздействия превышает аналогичные показатели спортсменов II-й группы - соответственно на 243,4 и на 273,3 кгм/мин (Р<0,05; Р<0,01).

Таблица 6. Сравнительный анализ показателей работоспособности и

КРС I-й и II-й групп до и после воздействия НИЛИ (M±m)

По отдельным показателям кардиореспираторной системы (табл. 7) также установлены определенные различия.

Таблица 7. Сравнение межгрупповых показателей легочных объемов и емкостей легких (мл) у спортсменов I-й и II-й групп до и после воздействия НИЛИ (M ± m)

Так, после воздействия НИЛИ отмечены достоверные различия по величинам ДО, ЕВ, ФЖЕЛ.

Межгрупповые различия по величине ДО после воздействия НИЛИ составили 422,3 мл (Р<0,001), по показателям ЕВ - 571,1 мл (Р<0,01) и ФЖЕЛ - 445,3 мл (Р<0,05). Величина МПК под воздействием НИЛИ увеличивается у всех спортсменов, причем в большей степени у спортсменов I-й группы. По данному показателю различия после лазерного воздействия составили 0,60 л/мин (Р<0,001). Отмечены также различия по величине ЧСС после 2-й нагрузки большей мощности (Р<0,01).

Следовательно, НИЛИ способствует повышению ОФР спортсменов циклических видов спорта, причем в большей степени его эффект проявляется у испытуемых с более высокой устойчивостью к недостатку кислорода.

Таким образом, на основании собственных исследований, полученных ранее результатов в научной лаборатории СГАФКСТ, а также данных литературы, потенцирующее воздействие низкоинтенсивного лазера на физическую работоспособность, очевидно, связано с выявленным нами антигипоксическим эффектом, с повышением активности нейро-эндокринного статуса, а именно с увеличением выброса эндорфинов, определяющих многие процессы в организме, в том числе, связанных с мышечной деятельностью. (Г. Л..Шрейнберг, , 1990; , 2008; , 2009; [и др.], 2010).

Высока вероятность положительной роли тиреоидных и глюкокортикоидных гормонов и катехоламинов, выброс которых активируется на лазерное воздействие. Так, известно, что эффект тиреоидных гормонов на физическую работоспособность связан с активацией клеточных ферментативных систем (повышением активности Na-K, Ca-АТФазы, увеличением количества α-изомера миозина, обладающего высокой сократительной активностью, повышением клеточной энергетики, как скелетной мускулатуры, так и мышцы сердца). Глюкокортикоиды же могут оказывать опосредованный эффект, активируя глюконеогенез, усиливая липолиз, повышая тем самым энергетические субстраты сердца и скелетной мускулатуры.

ВЫВОДЫ

1. С помощью применения оксигемометрии в сочетании с гипоксемическими пробами установлены различия чувствительности спортсменов циклических видов спорта к гипоксии-гиперкапнии. У спортсменов, характеризующихся разной продолжительностью гипоксемических проб, отмечались различия в развитии гипоксемии и ее ликвидации. Способность испытуемых I-й группы, по сравнению со спортсменами II-й группы, к более продолжительной задержке дыхания (на 61,6 с) и возвратному дыханию в замкнутом пространстве (на 76,9с) проявляется в менее стремительном развитии гипоксемии, большей длительности гипоксемических фаз оксигенации (ГФвд - 50,6 с и ГФвд - 73,7 с), в увеличении градиента падения оксигенации крови и в более значительном снижении кислорода в альвеолярном воздухе.

2. Сопоставление результатов исследований в системе внешнего дыхания, сердечно-сосудистой системы, кислотно-основного состояния крови у спортсменов, обладающих различной способностью к продолжительности гипоксемических проб, свидетельствует о сложном комплексе адаптивных реакций, возникающих в организме в связи с кислородной недостаточностью.

3. Основу приспособления организма к гипоксии составляет структурно обеспеченная гиперфункция систем транспорта и утилизации кислорода. Так, большая способность преодолевать кислородный дефицит в условиях гипоксе мических проб сочетается с большими резервными возможностями системы внешнего дыхания, выражающимися в увеличении ЖЕЛ, ДО, ЕВ, ФЖЕЛ, а также в изменении структуры ОЕЛ. При этом реакция сердечно-сосудистой системы менее выражена, что является признаком адаптации к гипоксическим условиям. Так, ЧСС после нагрузки субмаксимальной мощности у испытуемых первой группы изменялась в меньшей степени, по сравнению с испытуемыми второй группы, что свидетельствует о большей экономизации работы сердечно-сосудистой системы спортсменов I-й группы.

4. Аэробная производительность, выражающаяся в показателях МПК, находилась в зависимости от особенностей развития гипоксемии. Так, наибольшая величина МПК, как критерия устойчивости человека к гипоксии, зарегистрирована у лиц, характеризующихся большей продолжительностью гипоксемических проб (4,129±0,10 л/мин), по сравнению с испытуемыми, характеризующимися меньшей продолжительностью проб (3,542±0,13 л/мин).

Анаэробная производительность, определяемая по изменениям МКД, взаимосвязана со способностью преодолевать кислородный дефицит в условиях гипоксемических проб. Наибольшая величина кислородного долга обнаружена у спортсменов (8,875±0,06 л), характеризующихся более медленным развитием гипоксемии и большим порогом снижения оксигенации крови, по сравнению со спортсменами первой группы, величина МКД которых составила 7,256±0,05 л.

5. Установлен антигипоксический эффект воздействия НИЛИ на организм всех спортсменов циклических видов спорта, обладающих различной устойчивостью к гипоксическому фактору. Так, однократное воздействие НИЛИ в применяемом нами режиме приводит к увеличению УФ на 19,2с у спортсменов I-й группы и на 12,9 с у спортсменов II-й группы; продолжительности ЗД соответственно на 23,5 с и на 10,7с, во всех случаях (Р<0,01).

6. Низкоинтенсивное лазерное излучение, обладая антинипоксическим эффектом, приводит к повышению уровня физической работоспособности спортсменов двух групп: на 1,80 кгм/мин/кг в I-й группе и на 1,35 кгм/мин/кг – во II-й группе (в обоих случаях (Р<0,05), а также к повышению МПК: на 3,91 мл/мин/кг (Р<0,01) в I-й группе и на 2,93 мл/мин/кг во II-й группе (Р<0,05).

Практические рекомендации

1. Оксигемометрия в сочетании с гипоксемическими пробами может быть использована, как доступный тест определения функциональной устойчивости к недостатку кислорода, что целесообразно учитывать при спортивном отборе. Критерием прогнозирования спортивных результатов может служить длительность гипоксемических проб и степень снижения оксигенации крови.

2. Контроль уровня насыщения артериальной крови кислородом и МПК, во время подготовки к ответственным соревнованиям должен быть неотъемлемой частью обследования для выявления наиболее перспективных спортсменов циклических видов спорта, способных в момент максимальных усилий к максимальной мобилизации функций кардиореспираторной системы.

3. Для оценки эффективности тренировочных занятий целесообразно систематически (не менее двух раз в год: в начале и в конце годичного тренировочного цикла спортивной подготовки) проводить тестирование физической работоспособности спортсменов циклических видов спорта с последующим расчетом МПК.

4. Однократное чрезкожное воздействие НИЛИ с длиной волны 0,89±0,02 мкм, мощностью импульса на выходе 3,7 Вт, частотой следования импульсов 80 и 1500 Гц, при экспозиции – 9 мин целесообразно использовать непосредственно перед ответственными соревнованиями, как средство повышения устойчивости к гипоксии, так и физической работоспособности. Для повышения уровня физической работоспособности применение лазеротерапии в терапевтических дозах может дополнить традиционные методы тренировки.

5. Для повышения уровня физической работоспособности применение лазеротерапии в терапевтических дозах может дополнить традиционные методы тренировки.

СПИСОК работ, опубликованных по теме диссертации

1. Повышение функциональной устойчивости к недостатку кислорода как средство повышения работоспособности / //Современные средства и методы восстановления работоспособности высококвалифицированных спортсменов: матер. Всес. симпозиума. – М.,1982. – С.177-178.

2. Изучение адаптации к мышечной деятельности у спортсменов с различной устойчивостью к гипоксии/ / //Физиологические механизмы адаптации к мышечной деятельности: сб. Всес. XVII научной конференции. – М., 1984. – С. 193-194.

3. Оценка функциональных возможностей высококвалифицированных спортсменов по кислотно-щелочному статусу /, . //Комплексная диагностика и оценка функциональных возможностей организма и механизмы адаптации к напряженной мышечной деятельности высококвалифицированных спортсменов: сб. докл. Всес. науч. конф. – М., 1990. – С. 207-208.

4. Анализ механизмов различной степени адаптации к гипоксии-гиперкапнии /, // Межфункциональные взаимоотношения при адаптации организма к спортивной деятельности: межинст. сб. науч. тр. – Л., 1991. – С. 28-34.

5. Взаимосвязь спортивной работоспособности и дыхательных возможностей лиц с различной степенью устойчивости к гипоксии-гиперкапнии в зависимости от спортивной специализации /, //Восстановление и повышение спортивной работоспособности: сб. Всерос. науч.-практ. конф. – Малаховка, 1992. – С. 108-109

6. Гипоксическая устойчивость организма как индивидуальная характеристика дыхательной системы и ее роль в работоспособности спортсменов / // Юбилейный сб., посв. 45-летию СГИФК. – Смоленск, 1995. – С.232-236.

7. Механизмы адаптации и мобилизации кардиореспираторной системы у спортсменов с различной устойчивостью к гипоксии-гиперкапнии. / //Актуальные вопросы современной биологии и медицины. – Смоленск: СГМА, 1996. – С. 184-185.

8. Исследование влияния гипоксического фактора на работоспособность велосипедистов СГИФК /, // Труды Смоленского Государственного института физической культуры, посвящ. 50-летию образования института. – Смоленск: СГИФК, 2000.–С. 248–252.

9. Гипоксия как фактор, лимитирующий работоспособность спортсменов /, //Межвуз. сб. науч. тр. (8 выпуск) «Спорт. Олимпизм. Гуманизм». – Смоленск, 2009. – С.188-191.

10. Анализ влияния низкоинтенсивного лазерного излучения на устойчивость к гипоксии-гиперкапнии / //Сб. науч. ст. и тез. 59 науч.-прак. конф. проф—препод. состава СГАФКСТ.- Смоленск: СГАФКСТ, 2009. – С.42-44.

11. Оценка функционального состояния спортсменов и использование НИЛИ для его оптимизации: монография. /, , [и др.] – Смоленск: СГАФКСТ, 2009. – С.164-168.

12. Оценка индивидуальных различий адаптивных реакций к гипоксии-гиперкапнии в условиях низкоинтенсивного лазерного излучения /, // Научно-практический журнал: Лазерная медицина.– М., 2010. - Т.14. - Вып. 3. – С.26-29.

13. Низкоинтенсивное лазерное излучение как нетрадиционное средство повышения общей и специальной физической работоспособности спортсменов /, , [и др.] //Теория и практика физической культуры, 2010. - №12.- С. 25-29.

Перечень сокращений и условных обозначений

ЗД – задержка дыхания

ВД – возвратное дыхание (дыхание в замкнутом пространстве)

УФ – устойчивая фаза

ГФ – гипоксемическая фаза

SрО2 – оксигенация крови

МПК – максимальное потребление кислорода

МКД – максимальный кислородный долг

ОФР – общая физическая работоспособность

КОС – кислотно-основное состояние

рН – водородный показатель

pO2 – парциальное давление (напряжение) кислорода в крови

pCO2 – парциальное давление (напряжение) углекислого газа в крови

БО – буферные основания

СБ – стандартный бикарбонат

ДО – дыхательный объем

РОвд. – резервный объем вдоха

РОвыд - резервный объем выдоха

ЕВ – емкость вдоха

ФОЕ – функциональная остаточная емкость

ЖЕЛ – жизненная емкость лёгких

ОЕЛ – общая емкость легких

НИЛИ – низкоинтенсивное лазерное излучение

HV – абсолютный объем сердца

RHV – относительный объем сердца

MaxQs - максимальный ударный объем крови

ПО2 – потребление кислорода

ПОЛ – перекисное окисление липидов

ЭОС – эндокринная опиоидная система

PWC170 –тест для определения общей физической работоспособности

КРС – кардиореспираторная система.