Возрастные изменения кардиореспираторной системы и физической работоспособности спортсменов-пловцов при нормобарической гипоксической тренировке 03. 00. 13 Физиология

Вид материала

Содержание

Научный руководитель
Ванюшин Юрий Сергеевич
I. общая характеристика работы
Научная новизна работы.
Научно–практическая значимость работы.
Апробация работы.
Структура и объём диссертации.
Ii. содержание работы
Iii. результаты исследования и их обсуждение
Cписок работ, опубликованных по теме диссертации
Условные обозначения

Подобный материал:

1 2 3

На правах рукописи

АРБУЗОВА ОЛЕСЯ ВАЛЕНТИНОВНА

ВОЗРАСТНЫЕ ИЗМЕНЕНИЯ КАРДИОРЕСПИРАТОРНОЙ СИСТЕМЫ И ФИЗИЧЕСКОЙ РАБОТОСПОСОБНОСТИ СПОРТСМЕНОВ-ПЛОВЦОВ ПРИ НОРМОБАРИЧЕСКОЙ ГИПОКСИЧЕСКОЙ ТРЕНИРОВКЕ

03.00.13 – Физиология

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени

кандидата биологических наук

Ульяновск – 2009

Работа выполнена на кафедре адаптивной физической культуры Государственного образовательного учреждения высшего профессионального образования «Ульяновский государственный университет»

Научный руководитель: доктор биологических наук, профессор

Балыкин Михаил Васильевич

Официальные оппоненты: доктор биологических наук, профессор Гондарева Людмила Николаевна

доктор биологических наук, профессор

Ванюшин Юрий Сергеевич

Ведущая организация: Российский Государственный

Университет Физической культуры,

спорта и туризма г. Москва

Защита состоится « 20 » ноября 2009 г. в 12 часов 30 минут, на заседании диссертационного совета Д 212.278.07 при ГОУ ВПО «Ульяновский государственный университет» по адресу: г.Ульяновск, ул. Набережная реки Свияги, д. 106, корпус 1, ауд.703.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Ульяновского государственного университета, а с авторефератом – на сайте ВУЗа ссылка скрыта

Отзывы на автореферат направлять по адресу: 432000, г.Ульяновск, ул. Л. Толстого, д. 42, Ульяновский государственный университет, управление научных исследований.

Автореферат разослан « ___» ___________2009 года.

Учёный секретарь

диссертационного совета

кандидат биологических наук, доцент С.В. Пантелеев

I. ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность. Современная спортивная деятельность предъявляет высокие требования к функциональной подготовке спортсмена. Тренировки в циклических видах спорта направлены на формирование специфической адаптации спортсмена к физическим нагрузкам, конечным итогом которых является спортивный результат. При этом прогрессирующее увеличение объёма и мощности физических нагрузок может привести к исчерпанию «физиологических резервов» организма, возникновению пред- и патологических состояний (Меерсон, 1975; Дембо, 1980, 1991; Гондарева, Баскаков, 2006). Исходя из вышеизложенного, актуальной проблемой спортивной физиологии и медицины является поиск дополнительных методик для расширения функциональных резервов организма, повышения специфической и неспецифической резистентности к физическим нагрузкам.

Особое место в физиологии гипоксических состояний занимают исследования тканевой гипоксии (гипоксии нагрузки), возникающей при напряженной мышечной деятельности (Филиппов, 1983; Колчинская с соавт., 1999). Установлено, что при физических нагрузках гипоксия возникает не только в скелетных мышцах, но и в висцеральных органах (Балыкин с соавт., 1994 – 2007) в результате несоответствия между кислородным запросом и возможностями систем дыхания, кровообращения и крови в доставке О₂ в ткани (Колчинская, 1991 – 2008; Филиппов, 1983 – 2007; Ванюшин, Ситдиков, 1997; Балыкин, 2007). Исходя из этого, для повышения специфической устойчивости к дефициту О₂ широкое применение в спортивной практике получили тренировки в условиях среднегорья и высокогорья, направленные на расширение функциональных резервов газотранспортных систем (Алипов с соавт., 1985; Филиппов, 1980; Колчинская, 1991 – 2008; Балыкин 1991 – 1998). В последние десятилетия для этих целей широко используется интервальная (прерывистая) нормобарическая гипоксия, которая предполагает дыхание гипоксическими смесями с различным содержанием О₂ (Колчинская, 1993 – 2008; Волков, 1989 – 2007; Кривощёков, 2000 – 2007; Платонов, 1998). Такой тип гипоксической тренировки широко используется при подготовке спортсменов в циклических видах спорта, включая спортивное плавание (Булгакова с соавт., 1984 – 2000; Волков, 1989 – 1998, Дмитриева, 1990; Мищенко, 1990;
Моногаров, 1990; Павлик, Дьяченко, Мищенко, 2008; Kato et al., 2004).

Следует отметить, что, несмотря на широкое применение интервальной нормобарической гипоксии в спортивной практике, стандартные схемы её проведения, как правило, используются без учёта физической подготовленности, индивидуальной чувствительности к гипоксии, функциональных возможностей газотранспортных систем и возрастных особенностей спортсменов. Плавание является «молодым» видом спорта, в котором спортсмены младшего и среднего школьного возраста (10 – 15 лет) способны показать высокий спортивный результат, что возможно лишь при использовании больших по объёму и интенсивности физических нагрузок (Волков, Черемисинов, 1982; Булгакова с соавт., 1984 – 2000), которые часто приводят к дизадаптации, «истощению» физиологических функций, ухудшению спортивных результатов (Меерсон, 1975 – 1993; Пшенникова, 2008). При этом в подготовке спортсменов часто используются гипоксические воздействия, различные по своей величине и продолжительности, которые в практической деятельности пловцов применяются эмпирически, что часто приводит к ухудшению не только спортивных результатов, но и функционального состояния спортсменов.

Исходя из этого была определена цель исследования: изучить влияние нормобарических гипоксических воздействий на изменения кардиореспираторной системы и физической работоспособности спортсменов-пловцов различного возраста и квалификации.

Для достижения поставленной цели были сформулированы следующие задачи:

Изучить возрастные особенности внешнего дыхания и газообмена у пловцов при различных уровнях нормобарической гипоксии.
Определить характер компенсаторно-приспособительных реакций сердечно-сосудистой системы пловцов различного возраста при разных уровнях нормобарической гипоксии.
Изучить характер метаболических изменений, реакции внешнего дыхания и гемодинамики у спортсменов-пловцов различного возраста и квалификации при стандартных физических нагрузках.
Исследовать изменения газообмена, реакции внешнего дыхания и сердечно-сосудистой системы у пловцов различного возраста и квалификации при стандартных физических нагрузках после курса прерывистой нормобарической гипоксической тренировки.
Исследовать изменения общей физической работоспособности, аэробных, анаэробных резервов организма, гипоксической и гиперкапнической устойчивости спортсменов-пловцов различного возраста и квалификации после курса прерывистой нормобарической гипоксической тренировки.

Научная новизна работы. Получены новые данные о различной чувствительности кардиореспираторной системы у пловцов 10 – 18 лет в ответ на гипоксию: высокая реактивность внешнего дыхания установлена в младшей возрастной группе (10 – 12 лет), уровень реакции гемодинамики повышен у пловцов старшего возраста (17 – 18 лет).

Впервые установлено, что двухнедельный курс прерывистой нормобарической гипоксической тренировки с 10 % О₂ в ГГС способствует экономизации деятельности кардиореспираторной системы, снижению кислородной стоимости работы при стандартных физических нагрузках независимо от возраста и квалификации спортсменов пловцов.

Получены новые данные о высокой эффективности прерывистой нормобарической гипоксической тренировки в повышении общей физической работоспособности и аэробных возможностей организма пловцов различного возраста и квалификации.

Установлено, что курс прерывистой гипоксии в сочетании с плановыми плавательными тренировками является эффективным средством повышения анаэробных возможностей, гипоксической и гиперкапнической резистентности организма пловцов высокой квалификации.

Научно–практическая значимость работы. Проведённые исследования уточняют представления о влиянии прерывистой гипоксической тренировоки на физическую работоспособность, функциональные резервы организма спортсменов-пловцов различного возраста. Результаты исследования подтверждают существование возрастной чувствительности к гипоксии у спортсменов-пловцов различных возрастных групп.

Данные, полученные в ходе исследования, используются при чтении лекций и проведении практических занятий по курсу «Технология физкультурно-спортивной деятельности», «Физиология спорта», «Спортивная медицина», «Физическая реабилитация», «Плавание» на кафедре адаптивной физической культуры факультета физической культуры и реабилитации ИМЭиФК УлГУ.

Результаты исследования внедрены в практическую деятельность Ульяновского центра спортивной подготовки пловцов.

Работа выполнена в рамках НИР Ульяновского государственного университета код: 02 0302 531 0365 код ГРНТИ: № 01.200. 211667 «Изучение механизмов адаптации и резистентность организма при гипоксии различного генеза».

Основные положения, выносимые на защиту:

При нормобаричекой гипоксии уровень реакции внешнего дыхания, газообмена и гемодинамики зависит от величины гипоксического стимула и имеет выраженные возрастные особенности.
Двухнедельный курс прерывистой нормобарической гипоксии приводит к снижению кислородной стоимости работы, реактивности внешнего дыхания и гемодинамики при стандартных физических нагрузках независимо от возраста и квалификации спортсменов-пловцов.
Прерывистая нормобарическая гипоксическая тренировка является эффективным средством повышения общей физической работоспособности, устойчивости к гипоксии и гиперкапнии, способствует расширению аэробных и анаэробных возможностей организма спортсменов-пловцов различного возраста и квалификации.

Апробация работы. Результаты исследования представлены на: Всероссийской научной конференции «Механизмы индивидуальной адаптации», посвящённой памяти и 100-летию профессора Владимира Антоновича Пегеля (Томск, 2006), Первой конференции молодых учёных медико-биологической секции Поволжской ассоциации государственных университетов (Ульяновск, 2007), 42-ой научно-практической межрегиональной конференции врачей Ульяновской области «Модернизация здравоохранения и современные вопросы практической медицины» (Ульяновск, 2007), Всероссийской конференции с международным участием «Медико-физиологические проблемы экологии человека» (Ульяновск, 2007, 2009), первом региональном форуме работников образования и здравоохранения Ульяновской области «Здоровье школьника» (Ульяновск, 2007), Всероссийской научно-практической конференции «Интеграция инновационных систем и технологий в процессе физического воспитания молодёжи» (Ульяновск, 2008), второй Всероссийской научно-практической конференции «Актуальные проблемы теории и практики физической культуры и спорта» (Ульяновск, 2008).

Публикации. По материалам диссертации было опубликовано 14 работ, из них две в журналах, рекомендованных ВАК РФ.

Структура и объём диссертации. Диссертационная работа изложена на 156 страницах машинописного текста и состоит из введения, литературного обзора, описания материалов и методов исследования, результатов собственных исследований, их обсуждения, выводов, списка литературы. Работа иллюстрирована 7 рисунками и
9 таблицами. Список литературы включает 299 источников, из них 105 зарубежных и
194 отечественных автора.

II. СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Материалы и методы исследования. В исследовании приняли участие 76 спортсменов мужского пола, в возрасте 10 – 18 лет, занимающиеся плаванием в спортивной секции при центре спортивной подготовки и имеющие спортивные разряды от первого юношеского до мастера спорта, прошедшие предварительное медицинское обследование на базе областного врачебно-физкультурного диспансера.

В ходе обследования испытуемые были разделены на три возрастные группы согласно возрастной классификации (Хрипкова, Антропова, Фарбер, 1990): 10 – 12 лет – второе детство (младшая возрастная группа); 13 – 15 лет – подростки (средняя возрастная группа) и 17 – 18 лет – юноши (старшая возрастная группа). Исследуемые в группе 10 – 12 лет имели первый юношеский и третий взрослый разряды; 13 – 15 лет – второй и первый взрослый разряды; группа испытуемых 17 – 18 лет имела разряды кандидата в мастера спорта и мастера спорта. Стаж занятий в спортивной секции исследуемых спортсменов 10 – 12 лет составил 2 – 4 года; 13 – 15 лет – от 3 до 6 лет; 17 – 18 лет – от 7 до 10 лет. Средние показатели массы тела в младшей возрастной группе составили 40,5±2,7 кг, в средней возрастной группе – 53,9±3,1 кг, в старшей группе – 68,2±3,8 кг.

Исследования проводились на базе лаборатории Ульяновского государственного университета во второй половине дня, при температуре воздуха 18 – 20º С. Изучаемые показатели измерялись в состоянии относительного мышечного покоя, после 15 – 20 минут привыкания к условиям лаборатории и получения испытуемыми методических указаний по проведению процедур и регистрации показателей.

В соответствии с задачами исследование было построено по блокам.

Первый блок включал в себя изучение реакции кардиореспираторной системы пловцов на воздействие ступенчато-возрастающей гипоксии и определение оптимального режима нормобарической гипоксии для проведения прерывистой нормобарической гипоксической тренировки (ПНГТ).

В рамках второго блока исследования проводилась двухнедельная нормобарическая гипоксическая тренировка и изучение влияния ПНГТ на кардиореспираторную систему и физическую работоспособность испытуемых.

Нормобарическая гипоксия моделировалась с помощью гипоксикатора «Тибет – 4» (Сертификат соответствия № РОСС US. ИМО4.АО4336 от 27.11 2003 г., Россия, г. Новосибирск). В рамках первого блока исследований была проведена оценка влияния ступенчато-возрастающей гипоксии (дыхание газовыми смесями с содержанием кислорода 18, 15, 13, 10, 8 %, с пребыванием на каждой ступени в течение 5-ти минут и
5-ти минутным отдыхом) на реакции внешнего дыхания, газообмена и гемодинамики.

Во время исследования фиксировались: систолическое (Рs) и диастолическое (Рd) артериальное давление, частота сердечных сокращений (HR), частота дыхания (f), минутный объём дыхания (V_Е), дыхательный объём (V_Т), жизненная ёмкость лёгких (V_с), форсированная жизненная ёмкость лёгких (FV_с), потребление кислорода (VО₂) и выделение углекислого газа (VСО₂), насыщение артериальной крови кислородом (SaО₂), систолический (Qs) и минутный (Q) объёмы сердца. Показатели регистрировались исходно и на 5-х минутах дыхания ГГС.

По результатам исследования был выбран оптимальный режим гипоксической тренировки, который предполагал использование ГГС с 10 % содержанием кислорода.

Прерывистая нормобарическая гипоксическая тренировка проводилась в течение двух недель по схеме: 5 минут дыхание гипоксической газовой смесью (ГГС) с 10 % содержанием кислорода, 5 минут дыхание атмосферным воздухом. Сеанс включал в себя 6 повторений. Гипоксическая тренировка проводилась ежедневно в течение 14 дней на фоне плановых плавательных нагрузок, которые соответствовали предсоревновательному периоду подготовки спортсменов.

Спирографические измерения проводились на спирографе СМП – 21/01 (Россия). Уровень потребления кислорода (VО₂) и выделение углекислого газа (VСО₂) определялись с использованием газоанализатора «Спиролит-2» (Германия). Тип энергообмена исследуемых определялся по значению дыхательного коэффициента (RQ), который вычислялся как соотношение VСО₂/ VО₂. Экономичность кислородных режимов определялась по значению вентиляционного эквивалента (VЕ), который рассчитывался как отношение показателей минутного объёма дыхания к потреблению кислорода.

Артериальное давление определялось общепринятым методом Рива-Рочи в модификации Н.С. Короткова с использованием тонометра МТ – 20 (США). Частота сердечных сокращений и уровень кислородного насыщения крови измерялись пульсовым оксигемометром SO 3 DX (USA) модель Mini SpО₂. Систолический и минутный объём сердца определяли в соответствии с рекомендациями Н.С. Романцевой
(Колчинская, 1973), с учётом возрастных особенностей исследуемых.

Для оценки реактивности внешнего дыхания и гемодинамики использовалась стандартная физическая нагрузка, которая включала в себя велоэргометрический тест с VО₂70 % от должного максимального потребления кислорода (Карпман, 1988, Белоцерковский, 2005). Средние показатели мощности нагрузки с70 % от должного максимального потребления кислорода составляли: в младшей возрастной группе 120 – 130 Вт, в средней 140 – 150 Вт, в старшей 200 – 210 Вт.

Уровень аэробных возможностей организма оценивался по показателям теста PWC170 в модификации В.Л. Карпмана (1988) с последующим расчётом максимального потребления кислорода (_maxVo₂). Мощность нагрузок задавалась по значению должного максимального потребления кислорода и рассчитывалась (1 Вт/1кг массы тела) в соответствии с рекомендациями В.Л. Карпмана (1988), с учётом возрастных особенностей и спортивной подготовленности испытуемых.

Уровень анаэробных возможностей оценивался по показателям 1-минутного теста (Карпман, 1988).

Для определения способности спортсменов противостоять недостатку кислорода в исследовании использовались функциональные пробы Штанге и Генчи (Геселевич, 1981). Пробы проводились в состоянии относительного мышечного покоя до и после применения двухнедельной ПНГТ.

Измерение массы тела испытуемых производилось при помощи медицинских весов (Россия), длина тела регистрировалась ростомером.

Статистическая обработка данных для расчёта средней величины показателей и критерия достоверности (t) Стьюдента проводилась с использованием компьютерной программы Statistika 5.5, МS Exel 2003, адаптированной для биологических исследований. В качестве достоверности оценки результатов использовались вероятности p < 0.05;
p < 0.01; p < 0.001, принятые в биологических исследованиях (Лакин, 1990).

III. РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЯ И ИХ ОБСУЖДЕНИЕ

Реакции внешнего дыхания и системы кровообращения на однократную ступенчато-возрастающую нормобарическую гипоксию
у спортсменов-пловцов различного возраста

Исходя из задач первого этапа, было проведено исследование по определению возрастной реактивности кардиореспираторной системы и индивидуальной устойчивости спортсменов к различным режимам гипоксического воздействия. Исследование включало в себя ступенчатое снижение содержания О₂ в ГГС (18 – 15 – 13 – 10 – 8 %) с пребыванием на каждой ступени в течение пяти минут и пятиминутным дыханием атмосферным воздухом.

Результаты исследования показали, что при дыхании гипоксическими газовыми смесями насыщение крови О₂ у спортсменов пловцов снижается в зависимости от содержания О₂ в ГГС (рис.1).

Установлено, что выраженное снижение SaО₂в средней и старшей возрастных группах происходит при дыхании ГГС с 15 – 13 % О₂(p < 0.01). При этом уровень насыщения артериальной крови О₂в младшей возрастной группе остаётся на достаточно высоком уровне (96,6 ±0,4 %). Дыхание ГГС с 10 % О₂способствует существенному снижению SaО₂во всех возрастных группах, причём в младшей возрастной группе SaО₂сохраняется на более высоком уровне, а при ГГС 8 % О₂SaО₂во всех возрастных группах выравнивается, снижаясь примерно до одинакового уровня (p < 0.01).

Эти данные свидетельствуют, что при равных условиях в младшей возрастной группе имеет место более высокое сродство гемоглобина к кислороду, поскольку при снижении РО₂во вдыхаемом воздухе и артериальной крови при ГГС 15 – 13 – 10 % О₂SaО₂падает в меньшей степени, что указывает на сдвиг кривой диссоциации оксигемоглобина влево и является эффективной реакцией компенсации гипоксической гипоксии (Балыкин, 1988,1998).

Результаты исследования показали, что наиболее высокий уровень потребления кислорода в расчёте на килограмм массы тела при нормоксии (контроль) отмечается в младшей возрастной группе, что, очевидно, связано с возрастными особенностями развития исследуемых (Колчинская, 1973). Относительно низкий уровень VО₂ в контроле установлен у 17 – 18 летних спортсменов, что, по-видимому, связано с их высокой тренированностью, которая предполагает снижение базального метаболизма и уровня VО₂в покое (Колчинская, 1973).

Рис.1. Возрастная динамика насыщения артериальной крови кислородом у пловцов при различных режимах нормобарической гипоксии

(*– достоверность различий по сравнению с контролем p < 0.05)

По мере снижения содержания О₂ во вдыхаемом воздухе потребление О₂ во всех возрастных группах увеличивается. При этом наиболее выраженное увеличение VО₂при всех уровнях ГГС отмечается в младшей возрастной группе и менее выраженное – в старшей. Дыхание гипоксическими смесями с пониженным содержанием кислорода сопровождается повышением уровня выведения углекислого газа во всех группах, что связано с гипервентиляцией в ответ на снижение О₂во вдыхаемом воздухе (табл. 1). Динамика VСО₂соответствует изменениям потребления О₂, описанным выше. При этом соотношение VСО₂/VО₂ позволяет оценить характер метаболических процессов при действии возрастающей нормобарической гипоксии (рис. 2).

Установлено, что при нормоксии дыхательный коэффициент в младшей и средней группах составляет меньше 1, что соответствует наличию смешанного жирового и белкового обмена веществ и подтверждается литературными данными, характеризующими период пре- и пубертата как этап активного использования белков при наличии положительного азотистого равновесия (Лауэр, Колчинская, 1975; Сонькин, 2007), сопряжённых с активным ростом и пластическими процессами в органах и тканях развивающегося организма. Регулярные ежедневные тренировки активизируют процессы жирового обмена у спортсменов 10 – 15 лет как резервного источника энергии. В старшей возрастной группе величина RQ близка к единице, что указывает на преобладание углеводного обмена веществ (рис. 2).

.

Таблица 1

Возрастные изменения газообмена, внешнего дыхания и гемодинамики у пловцов при различных уровнях нормобарической гипоксии

(M ± m)

Показатели

Содержание О2 в газовой смеси ( %)

20,8 (контроль)

10 - 12

лет

13 – 15 лет

17 – 18

лет

10 - 12

лет

13 – 15 лет

17 – 18

лет

10 - 12

лет

13 – 15

лет

17 – 18

лет

10 - 12

лет

13 – 15

лет

17 – 18

лет

VО₂,

мл/ мин кг

6,01

±0,25

4,34

±0,28

3,52

±0,21

18,35

±1,92***

13,86

±0,87***

7,07

±0,86**

20,57

±2,66***

16,23

±1,92***

7,11

±0,99**

25,67

±2,98***

17,73

±1,96***

8,59

±1,17**

VСО₂,

мл/ мин кг

4,8

±0,1

3,6

±0,1

3,2

±0,2

14,4

±0,3***

10,1

±0,4***

6,6

±0,9**

15,3

±1,5***

11,2

±1,2***

7,1

±0,9***

15,7

±1,1***

12,7

±1,3***

8,2

±1,2**

V_Е,

мл/мин кг

108,6

±12,7

81,6

±11,5

82,0

±9,8

323,5

±25,6***

220,1

±29,0***

177,7

±21,9**

323,5

±28,8***

248,9

±36,7***

193,6

±19,4***

330,8

±35,1***

263,4

±41,8***

195,1

±24,6***

f, в мин

18,8

±1,1

14,5

±0,7

12,5

±0,6

20,0

±1,6

16,1

±0,9

15,5

±1,1*

20,2

±1,7

16,3

±0,8

15,1

±1,7

21,2

±1,8

15,3

±0,1

16,3

±2,0

V_т, л

0,23

±0,06

0,32

±0,05

0,46

±0,1

0,64

±0,06***

0,75

±0,1**

0,82

±0,13*

0,64

±0,04***

0,83

±0,09***

0,8

±0,12*

0,62

±0,06***

0,95

±0,11**

0,84

±0,15*

HR,

уд/мин

70,3

±3,1

62,6

±2,0

58,4

±2,4

81,0

±4,5

79,6

±1,8***

78,4

±3,6***

87,4

±3,2**

83,9

±2,3***

80,8

±4,1***

93,3

±5,8**

85,4

±4,5***

82,1

±3,7***

Qs, мл

39,8

±2,2

43,4

±1,8

60,1

±1,5

45,2

±3,5

52,0

±2,1**

61,5

±2,7

43,1

±2,2

50,4

±1,5**

54,9

±2,3

44,5

±2,9

50,1

±1,3**

58,1

±3,6

Q,

мл/ мин кг

69,8

±3,6

62,9

±3,6

60,4

±2,7

80,2

±6,5

77,4

±4,3*

73,6

±4,2*

84,2

±4,1*

80,2

±5,2*

76,4

±5,2*

86,8

±7,2*

80,8

±3,8**

80,5

±7,1*

Примечание: здесь и далее * p < 0.05; ** p < 0.01; *** p < 0.001 – значимость различий с контролем

Blog

Содержание