CC BY
50УДК 612.821:612.766.1
ФУНКЦИОНАЛЬНЫЕ ИЗМЕНЕНИЯ У СПОРТСМЕНОВ ПРИ УВЕЛИЧИВАЮЩИХСЯ ПРЕРЫВНЫХ ЗАДЕРЖКАХ ДЫХАНИЯ В ХОДЕ ФИЗИЧЕСКОЙ НАГРУЗКИ
Ю.Е. Вагин12, И.Е. Зеленкова3, Н.А. Фудин1
1 ФГБНУ НИИ нормальной физиологии им. П.К. Анохина РАМН, г. Москва
2 ФГАОУ ВО «Первый Московский государственный медицинский университет им. И.М. Сеченова» Минздрава РФ (Сеченовский университет), г. Москва
3 Инновационный центр Олимпийского комитета России, г. Москва Для связи с авторами: E-mail: [email protected]
Аннотация
Цель: изучить функциональные изменения сердечно-сосудистой и дыхательной систем при физической нагрузке, сочетающейся с прерывными удлиняющимися задержками дыхания, у спортсменов различных видов спорта, имеющих разную подготовку к физической выносливости и гипоксической устойчивости.
Организация и методы исследования. Легкоатлеты, баскетболисты и фридайверы вращали педали вело-эргометра в сочетании с прерывными удлиняющимися задержками дыхания до предела физических возможностей. Регистрировали длительность физической нагрузки, насыщение артериальной крови кислородом (SpO2) и частоту сердечных сокращений (ЧСС).
Результаты исследования. У начинающих легкоатлетов была низкая выносливость к физической нагрузке, сочетающейся с прерывными задержками дыхания. Выносливость баскетболистов была в 2 раза выше. У них SpO2 уменьшалось на 6%, и ЧСС увеличивалась на 20%. У фридайверов выносливость была в 2 и 4 раза больше, чем у легкоатлетов и баскетболистов соответственно. У них SpO2 уменьшалось на 7%, и ЧСС - на 10%.
Заключение. Брадикардия у фридайверов возникала из-за уменьшения кислородного запроса органов и тканей организма, что обеспечивало их большую выносливость к физической нагрузке при повторяющихся задержках дыхания.
Ключевые слова: фридайвер, задержка дыхания, физическая выносливость, гипоксия, частота сердечных сокращений, насыщение артериальной крови кислородом.
FUNCTIONAL ALTERATIONS IN ATHLETES WITH INCREASED INTERRUPTED BREATH-HOLDINGS DURING PHYSICAL EFFORTS Yu. E. Vagin1,2, ГЕ. Zelenkova3, N.A. Fudin1
1 P.K. Anokhin Research Institute of Normal Physiology, Moscow, Russia
2 I.M. Sechenov First Moscow State Medical University, Moscow, Russia
3 Innovation Center of the Russian Olympic Committee, Moscow, Russia Abstract
Goal: to study functional changes in cardiovascular and respiratory systems under physical stress, combined with interrupted prolonged breath-holdings in athletes of different sports having different levels of physical endurance and hypoxic stability.
Organization and research methods. Track-and-field athletes, basketball players and free-divers rotated velo ergometer pedals in combination with interrupted prolonged breath-holdings up to the breaking point. Physical activity duration, arterial oxygen saturation (SpO2) and heart rate (HR) were recorded. Research results. Athletes-beginners showed low physical endurance combined with interrupted breath-holdings. The endurance of basketball players was 2 times higher. Their SpO2 decreased by 6%, and the HR increased by 20%. Free-divers demonstrated 2-4 times higher endurance than those of athletes and basketball players respectively. They had decreased SpO2 by 7%, and HR - by 10%.
Conclusion. Bradycardia of free-divers can be explained by decrease in oxygen demand of body organs and tissues, which ensured greater physical endurance with interrupted breath-holdings.
Key words: free-diver, breath-holding, physical endurance, hypoxia, heart beat rate, arterial oxygen saturation.
ВВЕДЕНИЕ
Известно, что уровень профессионального мастерства спортсменов зависит не только от правильной реализации спортивных навыков. Существенное значение имеет выносливость, определяющая способность спортсменов противостоять процессам утомления при спортивной деятельности. Кроме того, важным фактором достижения высоких спортивных результатов является гипоксическая устойчивость спортсменов при длительном физическом напряжении [1, 2]. Возрастающий при спортивной деятельности кислородный запрос нервно-мышечной системы, миокарда и остальных органов организма приводит к гипоксии и гиперкапнии [3, 4]. Это вызывает нарушение функций организма, утомление и уменьшение результативности спортивной деятельности [5].
Помимо оттачивания спортивного мастерства в определенном виде спорта, тренировочный процесс всегда включает комплекс упражнений на повышение физической выносливости. Считается, что устойчивость спортсменов к гипоксии должна возникать в ходе тренировочного процесса. Однако известно, что особенно высокой гипокси-ческой устойчивостью обладают пловцы, и особенно фридайверы, которые проплывают спортивную дистанцию под водой при задержке дыхания [6, 7, 8, 9]. Предполагают, что особенности подготовки фридайве-ров обеспечивают в их организме развитие функциональных процессов, уменьшающих потребление кислорода при сочетании физической работы с задержкой дыхания [10, 11, 12, 13].
Однако сочетание воздействия на организм спортсменов физической нагрузки и задержки дыхания изучено недостаточно. Поэтому целью исследования было изучение функциональных изменений сердечно-сосудистой и дыхательной систем при физической нагрузке, сочетающейся с прерывными увеличивающимися задержками дыхания, у спортсменов различных видов спорта, имеющих разную подготовку к физической выносливости и гипоксической устойчивости.
ОРГАНИЗАЦИЯ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ
В исследовании участвовали спортсмены трех видов спорта: легкоатлеты, баскетболисты и фридайверы.
14 легкоатлетов не имели спортивных разрядов и регулярно тренировались первый год. Их средний возраст был равен 21 (20-22) году, рост - 170 (161-172) см и вес - 67 (55-82) кг.
15 баскетболистов имели от 1-го взрослого разряда до кандидата в мастера спорта. Они регулярно тренировались и участвовали в спортивных соревнованиях от 3 до 8 лет, в среднем 4 (3-5) года. Их средний возраст был равен 26 (24-28) годам, рост - 185 (181-190) см и вес - 83 (76-90) кг.
12 фридайверов были кандидатами в мастера спорта, мастерами спорта и мастерами спорта международной категории. Они занимались фридайвингом и участвовали в спортивных соревнованиях от 2 до 7 лет, в среднем 5 (3-6) лет. Их средний возраст был равен 29 (26-32) годам, рост - 175 (170-176) см и вес - 70 (6775) кг.
Все обследуемые были практически здоровы и не имели врачебных предписаний к ограничению физических нагрузок и к задержкам дыхания. Всем испытуемым давали указания не тренироваться накануне и в день проведения исследования, не есть за 3 часа до исследования и не пить напитки, содержащие кофеин.
Перед началом и в ходе физической работы у спортсменов непрерывно регистрировали насыщение артериальной крови кислородом (SpO2) и частоту сердечных сокращений (ЧСС). SpO2 измеряли пульсоксиметром «8600» фирмы «Nonin» (США). Датчик устанавливали на средний палец левой руки. ЧСС регистрировали на мониторе сердечного ритма «RC800» фирмы «Polar» (Финляндия). Для исследования влияния на спортсменов физического напряжения они вращали педали велоэргометра. Скорость вращения педалей 70-75 оборотов в минуту спортсмены поддерживали самостоятельно в соответствии с полученной инструкцией по показаниям спидометра на руле велоэргометра. Сопротивление вращению педалей велоэргометра
устанавливали перед началом исследования индивидуально для каждого спортсмена в зависимости от его веса. Для этого 1 Вт умножали на вес спортсмена в кг. Сопротивление вращению педалей сохраняли постоянным в ходе работы спортсмена. Работу на велоэргометре испытуемые сочетали с прерывными повторяющимися задержками дыхания. Начало и окончание каждой задержки дыхания происходили по команде исследователей. Время задержек дыхания увеличивалось. Первая задержка дыхания длилась 20 с, последующие — 30, 35, 40, 45, 50, 55, 60 с. Между задержками дыхания испытуемые делали 2-3 резких вдоха в течение 3-5 с. Сочетание физической нагрузки с прерывными задержками дыхания повторяло один из видов тренировок фридайверов. Спортсмены вращали педали велоэргометра в сочетании с задержками дыхания до предела физических возможностей выполнять физическую работу или задерживать дыхание. При окончании работы на велоэргометре фиксировали время физической нагрузки и якобы пройденный путь на велосипеде по показанию спидометра, укрепленного на ручке велоэргометра.
Статистический анализ полученных результатов проводили по расчету медианы и межк-вартильному разбросу параметров спортсме-
нов каждого вида спорта. Непараметрические критерии Манна-Уитни и Вилкоксона использовали для сравнения несвязанных и связанных выборок соответственно. Критерий Манна-Уитни обнаруживал различия в значении параметров между малыми выборками. Критерий Вилкоксона сопоставлял показатели, определенные в двух разных условиях на одной и той же выборке испытуемых. Уровень статистической значимости р был равен 0,05.
РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЯ
Каждый легкоатлет вращал педали велоэр-гометра до предела своих физических возможностей от 20 с до 1 мин 30 с. Физическая работа легкоатлетов продолжалась в среднем 68 (51-89) с. Если бы они ехали на велосипеде, то проехали бы от 70 до 340 м, в среднем 200 (120-230) м. Баскетболисты работали на велоэргометре до предела физической возможности дольше, чем легкоатлеты, от 50 с до 2 мин 40 с, в среднем 110 (85-172) с. За это время они проехали бы расстояние от 130 до 560 м, в среднем 260 (180-320) м. Фридайверы работали на велоэргометре дольше всех — от 1 мин 10 с до 5 мин 35 с, в среднем 180 (131-193) с. За это время они проехали бы от 210 до 650 м, в среднем 365 (300-422) м. Время работы на велоэргометре и длительность пройденного пути легкоатлетами, баскетболистами и фри-
вр02. %
100
95
90 -
80 -
Рисунок 1 - Динамика насыщения артериальной крови кислородом (5р02) у спортсменов при увеличивающихся прерывных задержках дыхания на фоне постоянной работы на велоэргометре до предела физических возможностей
Точки графиков отражают SpO2 при каждой последующей задержке дыхания; Л - легкоатлеты, Б - баскетболисты, Ф - фридайверы; ЗД - длительность задержек дыхания; t - время работы на велоэргометре;
* - статистически значимое отличие SpО2 при р<0,05 между баскетболистами и фридайверами на четвертой задержке дыхания
дайверами отличались статистически значимо при р<0,05.
Длительность пройденного спортсменами пути имела прямую зависимость от времени работы на велоэргометре. Это было обусловлено дозированным сопротивлением вращения педалей велоэргометра 1Вт/кг для каждого спортсмена. Индивидуальное для спортсмена время работы на велоэргометре и длительность пройденного пути характеризовали физическую работоспособность и гипоксиче-скую устойчивость каждого спортсмена. Перед началом работы 3р02 у всех спортсменов не имело различий и было равно 96-98%, что является нормальным для здоровых людей в состоянии покоя. При работе на вело-эргометре 3р02 у легкоатлетов не изменялось, что было обусловлено кратковременностью физического напряжения спортсменов. При более длительной работе баскетболистов 8р02 у них уменьшилось до 94 (90-96)%. Уменьшение 3р02 у баскетболистов происходило быстрее, чем у фридайверов. Через 2 мин работы в ходе четвертой задержки дыхания длительностью 40 с 3р02 у баскетболистов было статистически значимо ниже при р<0,05, чем у фридайверов. Затем баскетболисты прекратили выполнять физическую
нагрузку, истратив физические возможности. Большинство фридайверов продолжало работать в сочетании с увеличивающимися прерывными задержками дыхания, и 3р02 у них понизилось до 91 (88-98) % (рисунок 1). Перед началом работы на велоэргометре у легкоатлетов, баскетболистов и фридайверов средние значения ЧСС были 110 (99-117), 106 (97-108) и 95 (90-107) уд./мин соответственно. Однако эти отличия не были статистически значимыми при р>0,05. Увеличение ЧСС по сравнению со средними значениями ЧСС здоровых людей в состоянии покоя 75 уд./мин было обусловлено повышенным тонусом сим-патоадреналовой системы, что характерно для спортсменов в предстартовом состоянии. При работе на велоэргометре ЧСС у легкоатлетов повысилась в среднем на 13% — до 121 (112-130) уд./мин. Более длительная физическая нагрузка баскетболистов сопровождалась повышением у них ЧСС на 20% — до 121 (106140) уд./мин. У наиболее длительно работающих на велоэргометре фридайверов ЧСС понизилась в среднем на 10% — до 87 (69-122) уд./мин. Уменьшение ЧСС у фридайверов по сравнению с повышением ЧСС у легкоатлетов и баскетболистов было статистически значимым при р < 0,05 (рисунок 2).
ЧСС, уд./мин 150 п +
125
100
1 мин
Рисунок 2 - Динамика частоты сердечных сокращений (ЧСС) у спортсменов при увеличивающихся прерывных задержках дыхания на фоне постоянной работы на велоэргометре до предела физических возможностей
Точки графиков отражают ЧСС при каждой последующей задержке дыхания; Л - легкоатлеты, Б - баскетболисты, Ф - фридайверы; ЗД - длительность задержек дыхания; t - время работы на велоэргометре;
+ - статистически значимые отличия ЧСС при р<0,05 между легкоатлетами и фридайверами на второй и третьей задержках дыхания;
* - статистически значимые отличия ЧСС при р<0,05 между баскетболистами и фридайверами на второй, третьей и четвертой задержках дыхания
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
Результаты исследования позволили сравнить функциональные изменения в организме спортсменов разных видов спорта при физической работе, сочетающейся с нарастающей у них гипоксией. Функциональные изменения легкоатлетов считали исходными при их сравнительной оценке с изменениями у спортсменов других видов спорта. Динамика физиологических параметров баскетболистов была типичной для спортсменов игровых видов спорта, требующих высокой физической выносливости. Изменения функций фридай-веров характеризовали особенности их организма по сравнению со спортсменами других видов спорта.
Спортивная подготовка начинающих легкоатлетов обеспечивала работу на велоэргометре до предела физических возможностей только в течение короткого времени. Это свидетельствовало о высокой утомляемости их нервно-мышечной системы при физической нагрузке. Насыщение артериальной крови кислородом (SpO2) не успевало измениться и оставалось на уровне контроля. Частота сердечных сокращений (ЧСС) увеличивалась на 13%, что было обусловлено увеличением кислородного запроса органов и тканей организма.
Баскетболисты работали на велоэргометре в 2 раза дольше, что было связано с их лучшей подготовкой к физическим нагрузкам. За это время ЧСС увеличилась на 20%, что было направлено на усиление скорости кровотока,
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК
1. Гандельсман, А. Б. Динамика оксигенации крови и частота сердечных сокращений у спортсменов-подводников в процессе ныряния / А. Б. Гандельсман, В. Ф. Воякин, В. И. Кебкало, В. П. Пономарев // Подводный спорт в клинико-физиологическом освещении. - М., 1969. - С. 6065.
2. Ferretti, G. Extreme human breath-hold diving / G. Ferretti // Eur. J. Appl. Physiol. - 2001. - № 84. - P. 254-271.
3. Кебкало, В. И. Адаптация дыхательной и сердечнососудистой систем человека к нырянию в длину / В. И. Кебкало // Вопросы совершенствования техники плавания и методики спортивной тренировки пловца. - Л. : ГДОИФК им. П.Ф.Лесгафта, 1972. - С. 5-23.
обеспечивающего кислородный запрос работающей мускулатуры. Однако более длительная по сравнению с легкоатлетами работа, сочетающаяся с удлиняющимися задержками дыхания, приводила к гипоксии с уменьшением SpO2 на 6%.
Физическая работа на велоэргометре фри-дайверов была в 2 и 4 раза больше, чем у баскетболистов и легкоатлетов соответственно. SpO2 уменьшалась на 7%, то есть на большую величину, чем у баскетболистов. Однако, несмотря на гипоксию, ЧСС не увеличивалась, а уменьшалась на 10%. Брадикардия происходила из-за уменьшения потребления кислорода миокардом. Это обеспечивало выживание фридайверов при длительных задержках дыхания в условиях физической нагрузки [8, 11, 12, 13].
Можно полагать, что изменение ЧСС спортсменов при физической работе, сочетающейся с задержками дыхания, обусловлено двумя функциональными процессами. Первый из них обусловлен увеличивающимся кислородным запросом интенсивно сокращающейся скелетной мускулатуры, что рефлек-торно приводит к увеличению ЧСС. Второй процесс связан с врожденным рефлексом Геринга при задержках дыхания, что приводит к уменьшению ЧСС.
Таким образом, спортивная подготовка фри-дайверов обеспечивает развитие у них адаптивных механизмов устойчивости к гипоксии, чего не происходит у спортсменов других видов спорта.
4. Joulia, F. Circulatory effects of apnea in elite breath-hold divers / F. Joulia, F. Lemaître, P. Fontanari et al. // Acta. Physiol. (Oxf.). - 2009. - № 197. - P. 75-82.
5. Фудин, Н. А. Анализ спортивной деятельности с позиции теории функциональных систем / Н. А. Фудин. Ю. Е. Вагин // Сеченовский вестник. - 2016.
- № 3(25). - С. 34-45.
6. Аруцев, А. А. Исследование деятельности сердца с помощью непрерывной регистрации частоты сердцебиений при плавании и нырянии / А. А. Аруцев // Теория и практика физ. культуры. - 1962.
- № 10. - С. 36-41.
7. Воякин, В. Ф. К механизму брадикардии при нырянии / В. Ф. Воякин, В. И. Кебкало, В. П. Пономарев // Матер. итог. научн. конф. ф-та за 1970 г. - Л. : ВДКФФКиС при ГДОИФК им. П. Ф. Лесгафта. - 1971. - С. 160-163.
8. Eisner, R. Arterial blood gas changes and the diving response in man / R. Eisner, B. A. Gooden, S. M. Robinson // Aust. J. Exp. Biol. Med. Sci. - 1971. - № 49. - P. 435-444.
9. Потапов, Ф. В. Динамика частоты сердечных сокращений в процессе ныряния на дистанцию 50 м / Ф. В. Потапов // Кардиология. - 1994. - № 7. - С. 75-76.
10. Manley, L. Apnoetic heart rate responses in humans / L. Manley // A review Sports. Med. - 1990. - № 9. - P. 286-310.
11. Wolf, S. Further studies on the circulatory and metaLIST OF REFERENCES
1. Gandelsman, A. B. Dynamics of the blood oxygenation and heart rate in submariner-athletes in the diving process / A. B. Gandelsman, V. F. Voyakin, V. I. Kebkalo, V. P. Ponomarev // Underwater sports in clinical and physiological overview. - M., 1969. - P. 60-65.
2. Ferretti, G. Extreme human breath-hold diving / G. Ferretti // Eur. J. Appl. Physiol. - 2001. - № 84. - P. 254-271.
3. Kebkalo, V. I. Adaptation of human respiratory and cardiovascular systems to horizontal diving / V. I. Kebkalo // Issues of refinement of swimming techniques and methods of sport training for a swimmer. - L. : P. F. Lesgaft GDOIFK. - 1972. - P. 5-23.
4. Joulia, F. Circulatory effects of apnea in elite breath-hold divers / F. Joulia, F. Lemaitre, P. Fontanari et al. // Acta. Physiol. (Oxf.). - 2009. - № 197. - P. 75-82.
5. Fudin, N. A. Analysis of sport activity through functional systems theory / N. A. Fudin, Yu. E. Vagin // Sechenovskiy vestnik [Sechenov bulletin]. - 2016. -№ 3(25). - P. 34-45.
6. Arutsev, A. A. The study of heart activity through continuous recording of heart rate during swimming and diving / A. A. Arutsev // Theory and practice of phys. culture. - 1962. - № 10. - P. 36-41.
7. Voyakin, V. F. On the bradycardia mechanism at div-
bolic alterations of the oxygen-conserving (diving) reflex in man / S. Wolf, R. A. Schneider, M. E. Groover // Trans. Assoc. Am. Physicians. - 1965. - № 78. - P. 242-254.
12. Ovist, J. Arterial blood gas tensions during breath-hold diving in the Korean ama / J. Ovist, W. E. Hurford, Y. S. Park et al. // J. Appl. Physiol. - 1993. - № 75. - P.
285-293.
13. Gold. D. The indigenous fisherman divers of Thailand: diving practices / D. Gold, S. Aiyarak, S. Wong-charoenyong et al. // Int. J. Occup. Saf. Ergon. - 2000.
- № 6. - P. 89-112.
ing / V. F. Voyakin, V. I. Kebkalo, V. P. Ponomarev // Proceed. of fin. scientific. conf. of facul., 1970. - L. : P. F. Lesgaft VDKFFKiS under GDOIFK. - 1971. - C 160-163.
8. Elsner, R. Arterial blood gas changes and the diving response in man / R. Elsner, B. A. Gooden, S. M. Robinson // Aust. J. Exp. Biol. Med. Sci. - 1971. - № 49. - P. 435-444.
9. Potapov, F. V. The dynamics of heart rate in the process of diving at 50 m distance / F. V. Potapov // Cardiology. - 1994. - № 7. - P. 75-76.
10. Manley, L. Apnoetic heart rate responses in humans / L. Manley // A review Sports. Med. - 1990. - № 9. - P.
286-310.
11. Wolf, S. Further studies on the circulatory and metabolic alterations of the oxygen-conserving (diving) reflex in man / S. Wolf, R. A. Schneider, M. E. Groover // Trans. Assoc. Am. Physicians. - 1965. - № 78. - P. 242-254.
12. Ovist, J. Arterial blood gas tensions during breath-hold diving in the Korean ama / J. Ovist, W. E. Hurford, Y. S. Park et al. // J. Appl. Physiol. - 1993. - № 75. - P. 285-293.
13. Gold, D. The indigenous fisherman divers of Thailand: diving practices / D. Gold, S. Aiyarak, S. Wong-charoenyong et al. // Int. J. Occup. Saf. Ergon. - 2000.
- № 6. - P. 89-112.
