CC BY
42X О
КРОВОПОСТАЧАННЯ М’ЯЗІВ ГОМІЛОК У ПРЕДСТАВНИКІВ ЛИЖНИХ ПЕРЕГОНІВ ІЗ РІЗНИМ РІВНЕМ МАКСИМАЛЬНОГО СПОЖИВАННЯ КИСНЮ
Майданюк О.В., Павлік А.І., Колодяжна Л.В.
Державний науково-дослідний інститут фізичної культуриі спорту
Анотація. В статті наведені дані щодо кровопостачання м’язів гомілок та максимальної аеробної продуктивності у кваліфікованих спортсменів, які спеціалізуються в лижних перегонах. Виявлений вірогідний (р<0,01) взаємозв’язок між кровопостачанням м’язів гомілок та рівнем максимального споживання кисню спортсменів (r = 0,6 для правої гомілки та 0,66 - для лівої гомілки).
Ключові слова: адаптація, споживання кисню, м’язовий кровообіг, лижні перегони
Аннотация. Майданюк О.В., Павлик А.И., Колодяжная Л.В. Кровоснабжение мышц голеней у представителей лыжных гонок с разным уровнем максимального потребления кислорода. В статье представлены результаты исследований кровоснабжения мышц голени и максимальной аэробной продуктивности спортсменов, специализирующихся в лыжных гонках. Выявлена достоверная (р<0,01) взаимосвязь между кровоснабжением мышц голени и уровнем максимального потребления кислорода спортсменов (г = 0,6 для правой голени и 0,66 - для левой голени).
Ключевые слова: адаптация, потребление кислорода, мышечный кровоток, лыжные гонки.
Annotation. Maidanyuk O.V., Pavlik A.I., Kolodyazhnaya L.V. Blood supply of muscles of anticnemions at representatives of ski rapid motions with a different level of the maximum oxygen uptake. It was analysis of muscles blood supply of the lower extremities and aerobic capacity at elite skiers. Revealed relationships between muscles blood supply of the lower extremities at elite skiers and their maximal aerobic capacity (r = 0,6 for right lower extremities 0,66 - for left lower extremities).
Keywords: adaptation, oxygen consumptions, muscular hemodynamic, skiing.
Вступ.
Ефективність спортивної діяльності представників видів спорту, пов’язаних із проявом витривалості, в значні мірі лімітується функціонуванням системи транспорту кисню, яка представлена серцево-судинною дихальною системою та системою крові. Кожний з елементів даної системи може лімітувати транспорт кисню при фізичному навантаженні, коли його максимальне споживання може становити - 70 - 80 мл-кг-1-хв-1, а в окремих випадках досягати 94 мл-кг-1-хв-1, тобто перевищувати стан спокою в 20 - 27 разів. В той же час, саме система кровообігу є головним чинником, який лімітує споживання кисню при напруженій фізичній діяльності.
У переважній більшості випадків при дослідженні механізмів, що лімітують споживання кисню, основна увага приділяється насосній функції серця, оскільки, як відомо, саме величина серцевого викиду є головним детермінантом транспорту кисню під час фізичного навантаження [1, 4]. Разом із тим, кровообіг в капілярах може суттєво впливати на транспорт та утилізацію кисню [1 - 3]. Так, при значному прискоренні кровотоку в капілярному руслі віддача кисню зменшується, в наслідок чого зменшується і артеріо-венозна різниця за киснем [1, 3, 10]. Внаслідок більшої щільності м’язових капілярів збільшується дифузійна площа, що, в свою чергу, забезпечує більшу ємність капілярного кровотоку працюючих м’язів.
Слід зазначити, що прискорення капілярного кровотоку під час фізичного навантаження на рівні максимального споживання кисню (МСК, мл-кг-1-хв-1) для спортсменів, які тренуються на розвиток витривалості, значно менше ніж у нетренованої людини або у представників інших видів спорту [1, 3, 4] . Цей факт може бути обумовлений як значно більшою щільністю капілярів м’язів, так і їх більшою загальною кількістю. Зазначені факти свідчать про важливу роль, яку може відігравати відповідне кровопостачання активних м’язів в забезпеченні МСК, а отже, і резервних можливостей його збільшення при виконанні фізичних навантажень.
Робота виконана за планом НДР Державного науково-дослідного інституту фізичної культуриі спорту
Формулювання цілей роботи.
Мета роботи - дослідити кровопостачання м’язів нижніх кінцівок у спортсменів високої кваліфікації із різним рівнем максимального споживання кисню, які спеціалізуються в лижних перегонах
Методи та організація дослідження
Дослідження аеробних можливостей спортсменів провадили в лабораторних умовах на базі ДНДІФКС за допомогою комплексу діагностичної апаратури: газоаналізатор "OxyconPro" фірми "Jeager" (Німеччина), біговий ергометр LE 500 фірми "Jeager" (Німеччина), телеметричний аналізатор частоти серцевих скорочень ТР 300 "Polar" (Фінляндія).
У процесі тестування спортсменів досліджувались процеси аеробної продуктивності за вентиляторними, газообмінними та циркуляторними реакціями функціональних проявів системи дихання та кровообігу у відповідь на тестові навантаження. Використовувалисьтакі інструментальні методи досліджень: хронометрія, ергометрія, спірометрія, газоаналіз, пульсометрія, методи математичної статистики
Програма проведення досліджень спортсменів передбачала виконання комплексу бігових тестових навантажень, об'єднаних у єдиний блок:
1. Стан спокою: тривалість - 3 хвилини.
2. Ходьба: швидкість 5 кмгод-1; тривалість - 3 хвилини.
3. Робота стандартної (помірної) потужності: швидкість бігу - 10 км-год-1; тривалість роботи - 12 хвилин.
4. Відновлення: ходьба зі швидкістю 5 км-год-1; тривалість - 5 хвилин.
5. Робота, потужність якої зростає ступінчасто: швидкість бігу - 10 км-год-1; потужність навантаження підвищувалась через кожні 2 хвилини бігу шляхом збільшення кута нахилу полотна тредбану на 2 градуси; тривалість роботи: вона виконувалась до моменту, зменшення швидкості бігу спортсмена.
6. Відновлення (після закінчення тестової роботи): ходьба зі швидкістю 5 км-год-1; тривалість - 8 хвилин.
Загальний час тестування спортсмена становив від 41 до 53 хвилин. У процесі проведення тестування
спортсменів за кожним інтервалом часу з дискретністю по 10 секунд протягом усього періоду досліджень (за всіма видами виконуваних робіт і в періоди відновлення після їх закінчення) формувався зведений масив даних, що містить 14 вихідних та розрахункових показників, які відтворюють функціональні прояви системи дихання та кровообігу на задані тестові навантаження: час тестування, хв.; потужність навантаження (W), Вт; хвилинний об’єм дихання (ХОД), л-хв-1; дихальний об’єм (ДО), л; частота дихання (ЧД), подихів-хв-1; абсолютна величина споживання кисню (VO2), л-хв-1; відносна величина споживання кисню (У02-кг-1), мл-хв-1-кг-1; абсолютна величина виділення вуглекислого газу (VC02), л-хв-1; дихальний коефіцієнт (RER), у.о.; частота серцевих скорочень (ЧСС), удхв-1; кисневий пульс (02-ЧСС-1), мл-уд-1; вентиляційний еквівалент за киснем (ВЕ02) і за вуглекислим газом (ВЕС02), у.о.
Перед виконанням спортсменами тестового навантаження в стані спокою здійснювалось дослідження кровообігу м’язів гомілок з використанням методу реовазографії (ReoCom Medi: ХАІ, Україна).
Реєстрували гемодинамічні показники які характеризують основні складові кровообігу м’язів: дікротичний індекс (ДКІ), %; діастолічний індекс (ДСІ), %; тонус артерій великого діаметру (ТАВД), у.о.; тонус артерій малого та середнього діаметру (ТАСД), у.о.; пульсовий об’єм крові (ПОК), мл; хвилинний об’єм крові (ХОК), мл-хв-1; питоме кровонаповнення (ПК/Н), %, а також інші показники кровообігу м’язів.
Дослідження провадилось за участю кваліфікованих спортсменів, які спеціалізуються в лижних перегонах (n=20): 4 майстра спорту міжнародного класу, 12 майстрів спорту, 4 кандидата у майстри спорту
Отримані дані оброблялись за допомогою методів математичної статистики. Розраховувались такі статистичні параметри: середнє арифметичне (X), стандартне відхилення (с), похибка середнього (± m), коефіцієнт парної кореляції Спірмена; вірогідність відмінностей розраховувалась за критерієм Стьюдента (р<0,05).
Результати дослідження та їх обговорення
Кровообіг скелетних м’язів представників циклічних видів спорту відрізняється низкою морфо-функціональних ознак: співвідношенням кількості капілярів та м’язових волокон, більшою кількістю активних капілярів в стані спокою та більш ефективними механізмами перерозподілу артеріальної крові [1, 3-5]. Встановлено, що у представників видів спорту, пов’язаних із проявом витривалості, кількість капілярів на 10-15 % більше, ніж у нетренованої людини [1, 4, 10].
М’язи нижніх кінцівок кваліфікованих спортсменів, які спеціалізуються в лижних перегонах, містять переважно повільні волокна (волокна I типу). Гліколітичні (волокна ІІ типу) представлені, в основному волокнами типу ІІ а. Волокна типу ІІ б у елітних представників лижних перегонів, як і у інших представників видів спорту, пов’язаних із проявом витривалості, практично відсутні [4, 7 - 9].
Характерною відмінністю представників даного виду спорту від нетренованих людей того ж віку, а також від представників інших видів спорту є величини максимального споживання кисню (МСК, мл-кг-1-хв-1). Так, найбільші значення МСК зареєстровані саме у представників лижних перегонів, які становлять 65 - 95 мл-кг-1-хв-1 для чоловіків та 60 - 75 мл-кг-1-хв-1 для жінок [4]. За результатами наших досліджень найбільше МСК у чоловіків становило - 79,4 мл-кг-1-хв-1, у жінок - 76,6 мл-кг-1-хв-1.
Дослідження основних складових кровообігу м’язів нижніх кінцівок (тонус судин різного діаметру та рівень кровопостачання) у спортсменів, які спеціалізуються в лижних перегонах, виявило збільшений рівень кровопостачання м’язів гомілок Так, пульсовий об’єм крові, що надходить до м’язів гомілок у чоловіків - 10,5 ± 1,3 мл (права гомілка) та 10,4 ± 0,8 мл (ліва гомілка), у жінок, відповідно - 9,0 ± 0,9 та 9,3 ± 1,0 мл. Більше кровопостачання м’язів гомілок у чоловіків пояснюється певними статевими відмінностями м’язової системи: у чоловіків, за даними сучасних авторів [4, 7 - 9], більша як кількість повільно скорочувальнихм’язових волокон (за даними Д.Л. Костіла 79 % у чоловіків і 69 % у жінок), так і площина м’язових волокон (за даними Д.Л. Костіла більш ніж 80000 мкм2 у чоловіків і приблизно 45000 мкм2 у жінок). Як відомо [1, 10], капілярізованість повільно скорочувальних м’язових волокон (абсолютна кількість м’язових капілярів) лімітується кількістю м’язових волокон (одне м’язове волокно живиться 5 - 7 капілярами).
В результаті дослідження максимальної аеробної продуктивності встановлено, що максимальне споживання кисню у спортсменів високої кваліфікації, які спеціалізуються в лижних перегонах, в середньому дорівнює у чоловіків - 70,4 ± 1,1 мл-кг-1-хв-1, у жінок - 64,4 ± 1,1 мл-кг-1-хв-1.
За рівнем максимального споживання кисню спортсмени були умовно поділені на дві групи: до першої групи були віднесені спортсмени з більшим рівнем МСК: чоловіки - більш ніж 69,3 мл-кг-1-хв-1, жінки - більш ніж 63,3 мл-кг-1 -хв-1, до другої - чоловіки з рівнем МСК менш ніж 69,3 мл-кг-1 -хв-1, жінки - менш ніж 63,3 мл-кг-
1-хв-1.
Зіставлення величин показників, що характеризують аеробну продуктивність та кровопостачання м’язів гомілок у представників лижних перегонів, дозволило виявити відмінності кровопостачання м’язів гомілок у спортсменів із різним рівнем МСК (табл. 1).
Таблиця 1
Середні величини показників (Х±т), що характеризують аеробну продуктивність та кровопостачання м’язів гомілок у представників лижних перегонів із різним рівнем МСК (п=40).
Показники 1** (п=19) 2 (п=21)
Максимальне споживання кисню, мл-кг-1-хв-1 70,9 ± 1,0 62,9 ± 0,9
Максимальна ЧСС, удхв-1 195,0 ± 1,0 192,0 ± 2,0
Кисневий пульс, мл-уд1 22,0 ± 1,0 21,0 ± 1,0
Потужність роботи, Ват 351,3 ± 16,5 347,8 ± 18,8
Час роботи, хв 16,6 ± 0,4 15,2 ± 0,5
Питоме кровонаповнення % П* 0,142 ± 0,009 0,124 ± 0,014
Л 0,141 ± 0,01 0,127 ± 0,013
Пульсовекровонаповнення мл П 10,2 ± 0,6 9,0 ± 1,0
Л 10,1 ± 0,8 9,3 ± 0,9
Хвилинне кровонаповнення мл-хв-1 П 557,0 ± 44,6 487,2 ± 38,3
Л 550,9 ± 40,0 503,2 ± 29,3
Тонус артерій великого діаметру, у.о. П 0,7 ± 0,065 0,8 ± 0,025
Л 0,8 ± 0,06 0,8 ± 0,04
Тонус артерій середнього діаметру, у.о П 0,5 ± 0,05 0,6 ± 0,04
Л 0,6 ± 0,05 0,6 ± 0,04
Дікротичний індекс, % П 29,7 ± 2,3 22,4 ± 6,8
Л 24,0 ± 2,3 23,9 ± 5,4
Діастолічний індекс, % П 36,3 ± 4,5 35,6 ± 9,9
Л 30,3 ± 4,6 34,8 ± 5,6
*П- права-, Л - ліва гомілки;
**І - спортсмени, віднесені до першої групи за рівнем МСК (чоловіки з рівнем МСК більш ніж 69,3 мл-кг-І-хв~І, жінки - більш ніж 63,3 мл-кг-І-хв~І);
2- спортсмени, віднесені до другої групи за рівнем МСК (чоловіки з рівнем МСК менш ніж 69,3 млкг-Іхв-
І, жінки - менш ніж 63,3 мл-кг'І-хв~І).
Як видно з даних, наведених у таблиці, у представників лижних перегонів із більшим рівнем МСК вищий рівень кровопостачання м’язів гомілок Так, у спортсменів першої групи (МСК у чоловіків - 74,0 ± 1,4 мл-кг-1-хв-1, у жінок - 69,0 ± 1,2 мл-кг-1-хв-1) величини пульсового та хвилинного об’ємів крові, що надходять до м’язів гомілок, в середньому на 10 % більші ніж у спортсменів другої групи (МСК у чоловіків - 67,2 ± 0,6 мл-кг-1 -хв-1, у жінок - 60,1 ± 0,7 мл-кг-1 -хв-1).
Існує два основних механізми збільшення кровопостачання м’язів: судинний(в наслідок зменшення тонусу судиц а отже і зменшення опору судин току крові) та за рахунок збільшення кількості капілярів, що функціонують [1 - 3, 5]. Враховуючитой факт, що величини показників, що характеризують тонус судин (ТКА, ТСА, ДКІ, ДСІ,) практично не відрізнялись у спортсменів обох груп, збільшення кровопостачання м’язів гомілок у представників лижних перегонів пов’язано саме зі збільшенням кількості відкритих капілярів, а отже і збільшенням поперечного перетину м’язових капілярів.
Проведений кореляційний аналіз виявив наявність вірогідного (р < 0,01) взаємозв’язку між рівнем кровопостачання та аеробною продуктивністю у представників лижних перегонів. Так, коефіцієнт парної кореляції Спірмена (г) між питомим кровопостачанням м’язів гомілок та максимальним споживанням кисню становив 0,6 (права гомілка) та 0,66 (ліва гомілка).
Відомо, що споживання кисню залежить від двох складових: серцевий викид (л-хв-1) та артеріовенозної різниці за киснем (мл-100 мл-1). При виконанні роботи на рівні МСК одним з головних механізмів забезпечення м’язів киснем є збільшення серцевого викиду (серцевий викид збільшується до 30 - 40 л-хв-1, що перевищує в 5
- 7 разів хвилинний об’єм крові в стані спокою). Внаслідок збільшується лінійна швидкість кровотоку а отже і термінове збільшення м’язового кровообігу до 50 - 75 мл-хв-1-100 г-1 (що більше ніж в 20 разів перевищує значення кровообігу м’язів в стані спокою). Збільшення швидкості кровотоку в працюючих м’язах з одного боку призводить до збільшення об’єму крові, а з іншого - до зменшення часу находження еритроциту в м’язовому капілярі, що негативно позначається на екстракції кисню з капіляру, а отже і артеріо-венозної різниці.
За даними досліджень, проведених Карпманом В.Л. зі співавторами встановлено, що однаковий рівень максимального споживання кисню (в середньому 5,4 ± 0,5 л-хв-1) може забезпечуватись трьома режимами
кровообігу: оптимальним, екстенсивним та редукованим. Характерним для спортсменів із оптимальним та редукованим режимами кровообігу є наявність добре розвинутого капілярного ложа та відносно (в порівнянні із іншими спортсменами) більшій м’язовій масі. Роль капілярізації м’язів під час навантаження на рівні МСК відмічають і інші сучасні дослідники [2 - 3], якими встановлено, що найбільший приріст кровотоку м’язів при виконанні навантаження зростаючої потужності спостерігався саме у спортсменів з більшим рівнем кровопостачання даної судинноїділянки в стані спокою (r = 0,73, p < 0,03).
Збільшення функціонуючих капілярів у спортсменів, що тренуються на розвиток витривалості, сприяє відносному зменшенню лінійної швидкості кровотоку в капілярах під час виконання фізичного навантаження на рівні МСК. Це, в свою чергу, створює сприятливі умови для більш повної екстракції кисню з еритроциту, оскільки, як відомо [1, 3, 10], саме від часу находження еритроциту в капілярі залежить екстракція кисню м’язом, а отже і артеріо-венозна різниця за киснем.
Вище зазначені перебудови м’язового кровообігу є проявом економізації кровообігу - збільшена капілярізація м’язів зменшує вимоги до насосної функції серця як в стані спокою, так і при фізичному навантаженні на рівні МСК, в наслідок чого збільшується коефіцієнт корисної дії серцевого викиду.
Слід зазначити, що у спортсменів з більшим рівнем МСК вірогідно (р<0,03) більший час виконання роботи (табл. 1), а також час роботи на рівні МСК.
Збільшений рівень капілярізації м’язів, що працюють, дозволяє також збільшити максимальну продуктивність серцево-судинної системи. За результатами сучасних дослідників [3, 3] більші величини МСК притаманні саме спортсменам для яких характерні більші значення м’язового кровотоку В роботах В. Тхоревськогозі співавторами, присвячених дослідженню реакцій регіонарного кровообігу у спортсменів, які тренуються на розвиток витривалості, під час виконання фізичного навантаження зростаючої потужності встановлено лінійне зростання кровопостачання працюючих м’язів зі збільшенням інтенсивності навантаження та, відповідно, споживання кисню. Кровопостачання м’язів нижніх кінцівок цих спортсменів сягає максимуму (33,4 і 2,4 мл-100 см-3-хв-1) при інтенсивності фізичного навантаження на рівні МСК. В той час як у спортсменів із меншим рівнем МСК, у відповідь на фізичні навантаження зростаючої потужності максимальні значення кровопостачання працюючих м’язів (37,0 і 1,4 мл-100 см-3-хв-1) реєструються на рівні 70 % від МСК.
Висновки.
Встановлено вірогідний (р<0,01) взаємозв’язок між кровопостачанням м’язів гомілок та рівнем максимального споживання кисню у кваліфікованих спортсменів, які спеціалізуються в лижних перегонах Враховуючи той факт, що величини показників, що характеризують тонус судин спортсменів, які спеціалізуються в лижних перегонах, практично не відрізнялись від нетренованої людини, збільшення кровопостачання м’язів гомілок у представників лижних перегонів пов’язано саме зі збільшенням кількості відкритих капілярів, а отже і збільшенням поперечного перетину м’язових капілярів.
Збільшення кількості функціонуючих капілярів сприяє відносному зменшенню лінійної швидкості капілярного кровотоку під час виконання фізичного навантаження, що створює сприятливі умови для більш повної екстракції кисню з еритроциту.
Значення цих перебудов м’язового кровообігу проявляється в економізації кровообігу - збільшена капілярізація м’язів зменшує вимоги до серця як в стані спокою, так і при фізичному навантаженні на рівні МСК. З іншої сторони, збільшений рівень капілярізації м’язів, що працюють, дозволяє збільшити максимальну продуктивність серцево-судинноїсистеми, а отже - і рівень аеробної продуктивності спортсменів.
Подальші дослідження передбачається провести в напрямку вивчення інших проблем кровопостачання м’язів гомілок у представників лижних перегонів із різним рівнем максимального споживання кисню.
Література.
1. Карпман В.Л. Сердечно-сосудистая система и транспорт кислорода при мышечной работе // Клиникофизиологические характеристики сердечно-сосудистой системы у спортсменов - Юбилейный сборник. -М.: Валери. - 1994. - С. 12 - 41.
2. Тхоревский В.И., Беляев Ф.П., Шенкман Б.С. Влияние композиции трехглавой мышцы голени на изменение ее кровоснабжения и капилляризации, произошедшие в результате аэробной тренировки // Международная конференция «Физиология мышечной деятельности». - М.: - 2000. - С. 131 - 132.
3. Тхоревский В.И., Литвак А.Л. Взаимосвязь между потреблением О2 и кровоснабжением сокращающихся мышц при работе разной мощности у лиц, тренирующих аэробную выносливость // Теория и практика физической культуры - 2006. - № 4. - С. 49 - 34.
4. Дж. Х. Уилмор Д.Л. Костил. Физиология спорта и двигательной активности Пер. с англ. - К.:
Олимпийская литература. - 1997. - 302 с.
3. Bangsbo J. Muscle oxygen uptake in humans at onset of and during intense exercise // Acta Physiol. Scand. -2000. - V. 168. - P. 437 - 464.
6. Bangsbo J., Hellsten Y. Muscle blood flow and oxygen uptake in recovery from exercise // Physiol. Scand. - 1998.
- V. 162. - P. 303 - 312.
7. Gollnick P .D., Armstrong R.B and others. Effect of training on enzyme activity and fiber composition in of human skeletal muscle // J. Appl. Physiol. - 1973. - V. 34: P. 107 - 111.
8. Gonyea W .J. and other. Exercise induced increases in muscle fiber number // Europ. J. of Appl. Physiol. - 1986. -V. 33. - P. 312 - 319.
9. Gonyea W.J. Role of exercise in inducing increases in skeletal muscle fiber number // J. Appl. Physiol. - 1980. -V. 48. - P. 421 - 426.
10. Richard L. Macsh and David J. Ellerby. Partitioning locomotors energy use among and within muscles. Muscle blood flow as a measure of muscle oxygen consumption // Journal of Experimental Biology. - 2006. - V. 209. - P. 2385 - 2394.
Надійшла до редакції 29.09.2008 р.
