SEASONAL CHANGES OF EXTERNAL RESPIRATORY PARAMETERS IN SKIERS OF MASS CATEGORIES IN THE CONDITIONS OF RUSSIAN NORTH

Full Text

Климатогеографические условия северных территорий являются благоприятными для развития зимних видов спорта, особенно лыжного, который пользуется значительной популярностью среди населения благодаря своей доступности. Внимание исследователей лыжники привлекали многократно. Так, на их примере изучались процессы адаптации и дизадаптации кардиореспираторной системы к физической нагрузке [16], рассматривались вопросы формирования спортивного перенапряжения [11], изучались газообмен и 31 Экологическая физиология Экология человека 2016.07 физическая работоспособность у профессиональных лыжников [20], влияние окружающей среды и интенсивности тренировочного процесса на проходимость дыхательных путей в различные сезоны года [18], а также особенности кардиореспираторной системы у лыжников разной спортивной направленности [19]. Существенным фактором формирования функционального состояния организма человека является приспособление кардиореспираторной системы к различным сезонам года [1] и особенно дыхательной, поскольку она испытывает влияние целого комплекса неблагоприятных пульмонотропных факторов [6]. Некоторые аспекты сезонных компенсаторно-приспособительных реакций дыхательной системы в годовой динамике рассматривались у молодых мужчин - жителей Республики Коми [4], изучались особенности функции внешнего дыхания в годовом цикле у детей среднего [9] и старшего [14] школьных возрастов, у студентов - уроженцев Европейского Севера [7], а также у лиц юношеского возраста - жителей Кольского Заполярья [17]. Однако исследования, посвященные сезонным изменениям дыхательной системы у лыжников массовых спортивных разрядов на территории Европейского Севера страны, носят единичный характер [13]. Кроме того, необходимо отметить, что большинство исследований, направленных на установление сезонных особенностей функционального состояния организма лыжников, были выполнены в Сибири и центральной части России [2, 3], климатогеографические характеристики которых значительно отличаются от условий Европейского Севера, поскольку климат его давно определен многими исследователями как особенно дискомфортный и суровый [5, 10]. Все вышеизложенные факты и побудили провести настоящее исследование, так как изучение в годовой динамике адаптивных реакций дыхательной системы лыжников массовых спортивных разрядов - жителей Европейского Севера как особой и достаточно многочисленной категории населения, представляет существенный интерес. Цель работы - выявить особенности физиологических реакций респираторной системы у лыжников массовых спортивных разрядов в динамике сезонов года на Европейском Севере России. Методы Исследование функции дыхательной системы осуществлялось 4 раза в год: осенью (сентябрь), зимой (январь), весной (апрель) и летом (июль) у одной и той же группы из 38 мужчин в возрасте 18-22 лет (средний возраст 19,6 (19,2; 21,7) года), занимающихся лыжными гонками, родившихся и постоянно проживающих в г. Архангельске (64°32' с. ш., 40°32' в. д.) и г. Северодвинске (64°34' с. ш., 39°51' в. д.). Обследуемые имели стаж занятий лыжными гонками 3-5 лет и 1-2 взрослый разряд. Исследование проводилось с соблюдением этических норм, изложенных в Хельсинкской декларации и Директивах Европейского сообщества (8/609ЕС), и одобрено локальным Комитетом по этике Северного государственного медицинского университета. Обследование проводилось в первой половине дня, через 1,5-2 часа после приема пищи, после 20-минутного отдыха, в комфортных микроклиматических условиях. Показатели внешнего дыхания регистрировались в положении сидя. Для оценки функции внешнего дыхания использовался спирограф «Диамант-С» (Комплекс КМ-АР-01), обеспечивающий приведение измеренных объёмных и скоростных показателей к стандартным газовым условиям. У обследуемых оценивались легочные объемы и емкости: дыхательный объём (ДО), резервные объёмы вдоха (РОвд) и выдоха (РОвыд), емкость вдоха (Евд), жизненная емкость легких (ЖЕЛ), а также показатели интенсивности легочной вентиляции: частота дыхания (ЧД) и минутный объем дыхания (МОД). Статистическая обработка полученных результатов проводилась с использованием пакета прикладных программ IBM SPSS 19.0. Анализ измеренных переменных на нормальность распределения осуществлялся с помощью теста Шапиро - Уилка (n < 50). Полученные результаты описательной статистики не подчинялись закону нормального распределения и поэтому представлены в виде медианы (Me), первого (Q1) и третьего (Q3) квартилей. Для парных сравнений использовался непараметрический критерий Вилкоксона для зависимых выборок с поправкой Бонферонни. Для оценки связей между показателями проведен корреляционный анализ с использованием критерия Спирмена. Критический уровень значимости (p) принимался равным 0,05. Результаты Анализ полученных результатов показал, что у спортсменов-лыжников, уроженцев Европейского Севера, в динамике сезонов года происходят функциональные перестройки в системе внешнего дыхания (табл. 1). Так, величина ЖЕЛ осенью была на 16,8 % больше, чем весной (p < 0,001), и на 16,2 % больше, чем летом (p < 0,001). Зимой этот показатель был на 20,9 % больше, чем весной (p < 0,001), и на 20,2 % больше, чем летом (p < 0,001). Статистически значимой разницы между величинами этого показателя осенью и зимой, как весной и летом, не выявлено. Таким образом, максимальное значение ЖЕЛ было установлено зимой, минимальное - весной, разница составила 1,21 л. В физиологических исследованиях дыхательной системы традиционно особое внимание уделяется анализу изменений объемов, составляющих ЖЕЛ. У обследованных лыжников значение величины ДО было больше на 29,6 % зимой по сравнению с осенью (p < 0,001), на 27,4 % - по сравнению с весной (p < 0,001) и на 42,9 % - по сравнению с летом (p < 0,001). Минимальное значение величины ДО 32 Экология человека 2016.07 Экологическая физиология Показатели системы внешнего дыхания у лыжников - уроженцев Европейского Севера Таблица 1 n=38 Показатель Сезон года Значимость различий между сезонами Осень (I) Зима (II) Весна (III) Лето (IV) р I-II рып рьК рп-ш ^I-IV ^II-IV ЖЕЛ, л 5,51 (5,05; 5,76) 5,79 (5,40; 5,95) 4,58 (4,20; 4,84) 4,62 (4,20;5,04) 1,0 <0,001 <0,001 <0,001 <0,001 1,0 РОвд, л 1,75 (1,61; 2,15) 1,57 (1,34; 2,11) 1,18 (1,04; 1,58) 1,30 (1,02; 1,63) 1,0 0,001 0,006 0,001 0,003 1,0 РОвыд, л 2,63 (2,51; 2,79) 2,86 (2,42; 2,92) 2,47 (2,13; 2,52) 1,30 (1,02; 1,63) 1,0 <0,001 <0,001 <0,001 0,001 1,0 ДО, л 0,92 (0,78; 1,18) 1,35 (0,91; 1,62) 0,98 (0,71; 1,19) 0,77 (0,50; 0,98) <0,001 1,0 <0,001 <0,001 <0,001 <0,001 Евд, л 2,41 (2,32; 2,91) 2,94 (2,82; 3,03) 2,16 (1,68; 2,55) 2,52 (2,04; 2,91) <0,001 1,0 1,0 <0,001 <0,001 <0,001 ЧД, кол/мин 11,5 (9,50; 15,43) 10,56 (8,78; 12,00) 12,2 (9,00; 14,74) 13,00 (11,00; 16,93) <0,001 0,011 <0,001 <0,001 <0,001 0,001 МОД, л/мин 12,03 (7,88; 19,06) 14,76 (7,27; 18,19) 10,37 (10,04; 12,44) 10,25 (7,67; 13,59) 1,0 1,0 0,03 0,001 <0,001 0,03 Примечание. Сравнение зависимых выборок осуществлялось непараметрическим критерием T-Вилкоксона, Me (Q1, Q3). регистрировалось летом, максимальное - зимой, разница составила 0,58 л. Значимых различий между осенним и весенним результатами не выявлено. В динамике сезонов года менялись и резервные объемы легких. Так, величина РОвд имела наибольшее значение осенью - на 32,6 % выше, чем весной (p < 0,001), и на 25,7 % выше, чем летом (p = 0,006). Весной РОвд меньше, чем осенью (p = 0,001), и зимой меньше, чем летом (p = 0,003). Статистически значимой разницы между показателями, полученными осенью и зимой, не выявлено. Аналогичная ситуация наблюдается и с сезонными изменениями величины РОвыд. Осенью этот показатель был на 6 % больше, чем весной (p < 0,001), и на 50,5 % больше, чем летом (p < 0,001). Зимой данная величина была на 13,6 % больше, чем весной (p < 0,001), и на 54,5 % больше, чем летом (p < 0,001). Значимой разницы между осенним и зимним этапами исследования, как и между весенним и летним, не выявлено. Известно, что величина емкости вдоха характеризует эластическую способность легочной ткани. Анализ полученных результатов при обследовании лыжников показал, что значение Евд зимой было больше на 18,0 % по сравнению с осенью (p < 0,001), на 26,5 % по сравнению с весной (p < 0,001) и 14,2 % по сравнению с летом (p < 0,001). Также этот показатель весной меньше, чем летом, на 16,6 % (p < 0,001). Наибольшее значение этой величины зимой, возможно, указывает на использование резервных ацинусов в дыхании при снижении температуры воздуха окружающей среды. В динамике сезонов года у обследованных спор-тсменов-лыжников изменяются не только значения статических легочных объемов и емкостей, но и характер связей между ними (табл. 2). Так, осенью обнаруживается значимая средней силы связь между величинами ЖЕЛ и РОвд. Весной и летом отмечается сильная корреляционная связь (p < 0,001) между этими показателями. В зимний период года теснота связи ЖЕЛ - РОвд ослабевает. Таблица 2 Корреляционные связи между параметрами внешнего дыхания у лыжников - уроженцев Европейского Севера n=38 Связь показателей Осень Зима Весна Лето ЖЕЛ - РОвд 0,656 (0,161) 0,729 0,787 ЖЕЛ - РОвыд 0,434 0,885 0,352 0,597 РОвд - РОвыд (0,139) (0,092) (-0,197) (0,085) Примечание. Указан коэффициент корреляции Спирмена. Значения в скобках статистически незначимы. В период от осени к зиме связь между ЖЕЛ и РОвыд усиливается. Весной она характеризуется как слабая, однако отмечается увеличение тесноты связей между ЖЕЛ и РОвыд от весеннего времени года к летнему. Появление взаимосвязи между РОвыд и ЖЕЛ в зимний период имеет важное значение, поскольку указывает на возрастание роли резервного объема выдоха для обеспечения функционирования организма спортсменов в зимний соревновательный период, для которого также характерно и усиление воздействия неблагоприятных природно-климатических факторов окружающей среды в этот сезон года. Взаимосвязь между величинами РОвд и РОвыд характеризуется как статистически незначимая и слабая во все сезоны года. Большую ценность имеет анализ не только абсолютных значений РОвд, РОвыд и ДО, но и их относительных величин, в частности отношение резервных объемов вдоха и выдоха к жизненной емкости легких (рисунок). Расчет долевого соотношения ДО и ЖЕЛ выявил, что при дыхании в состоянии покоя спортсмены-лыжники - уроженцы Европейского Севера используют от 17 % осенью и летом, до 21-23,5 % ЖЕЛ зимой и весной. Следовательно, летом более 83 % и зимой 33 Экологическая физиология Экология человека 2016.07 Осень 43ііма Весна Лето Сезонная динамика показателей, составляющих жизненную емкость легких, у лыжников Примечание. За 100 % принят показатель ЖЕЛ соответствующего сезона года. более 77 % величины ЖЕЛ при спокойном дыхании у них находится в резерве. Величина РОвд в динамике сезонов года у лыжников составила от 30 % осенью и летом, до 23 % зимой и весной. Величина РОвыд у обследованных спортсменов составила от 50 % осенью и зимой, до 53 % весной и летом. В годовой динамике у лыжников величина ЧД не превышала 13 дыхательных движений, что характерно для спортсменов, развивающих выносливость, и является физиологическим состоянием. При этом величина ЧД зимой была на 8,9 % ниже, чем осенью (p < 0,001), на 15,5 % ниже, чем весной (p = 0,011), и на 23,1 % ниже, чем летом (p < 0,001). В осенний период года ЧД также на 6 % ниже, чем в весенний (p < 0,001), и на 13 % ниже, чем в летний период года (p < 0,001). Известно, что показатель МОД, тесно связанный с изменениями ДО и ЧД, наиболее точно отражает степень адаптации и выраженность приспособительных механизмов, происходящих в системе внешнего дыхания [4, 12]. При анализе результатов, полученных у лыжников, было выявлено увеличение показателя МОД на 13,8 % осенью по сравнению с весной (p = 0,001). Также значение МОД у лыжников зимой на 29,7% больше, чем весной (p = 0,001), и на 30,5 % больше, чем летом (p < 0,001). Следует заметить, что максимальное значение исследуемой величины было выявлено зимой, причем увеличение МОД происходило за счет повышения ДО, а не ЧД, что является более эффективным процессом приспособления к повышенным нагрузкам в ходе соревновательного периода. Обсуждение результатов Для выявления особенностей сезонных изменений функции внешнего дыхания, связанных со спортивнотренировочной деятельностью у лыжников массовых спортивных разрядов, представляется целесообразным сравнить их результаты с результатами обследования лиц, не занимающихся лыжными гонками. Такие исследования были выполнены Н.В. Ефимовой [8] у молодых лиц 18-22 лет - уроженцев Европейского Севера (табл. 3). При сравнении полученных показателей ЖЕЛ у лыжников с результатами исследования Н.В. Ефимовой было установлено, что сезонная кривая ЖЕЛ у лыжников и не спортсменов имеет одинаковую направленность. Однако у лыжников отмечается более значительное увеличение показателя ЖЕЛ от осени к зиме, которое составляет 16,2 %, в то время как у мужчин-северян, не занимающихся спортом, повышение этого показателя к зимнему времени года составило лишь 2,6 %. Известно, что величина ЖЕЛ является показателем, отражающим функциональные возможности системы внешнего дыхания в целом. Он хорошо отражает объем функционирующей респираторной ткани и косвенно указывает на максимальную площадь дыхательной поверхности легких. Исходя из этого можно заключить, что у спортсменов-лыжников за счет увеличения ЖЕЛ зимой создаются условия для более эффективного приспособления легочной вентиляции к удовлетворению метаболических потребностей организма, связанных с повышением объемов физических нагрузок, характерных для Таблица 3 Показатели системы внешнего дыхания у молодых лиц 18-22 лет - уроженцев г. Архангельска (данные Н.В. Ефимовой [8]) n=35 Показатель Сезон года ры! рг-ш р,-,у рп-ш рП-1У рпму Зима (I) Весна (II) Лето (III) Осень (IV) 1ЖЕЛ, л 5,75 (5,50; 6,45) 5,25 (4,60; 5,69) 5,43 (4,95; 6,22) 5,60 (5,13; 6,29) <0,001 <0,001 1,0 0,048 0,048 1,0 'РОвд, л 2,12 (1,07; 2,47) 1,49 (0,94; 2,22) 1,44 (0,80; 2,21) 2,12 (1,48; 2,44) 1,0 0,048 1,0 1,0 1,0 1,0 2РОвыд, л 3,06±0,59 2,77±0,80 2,90±0,69 3,05±0,86 1,0 1,0 1,0 1,0 0,912 1,0 2ДО, л 0,47±0,26 0,42±0,20 0,39±0,18 0,43±0,28 1,0 1,0 1,0 1,0 1,0 1,0 1Евд, л 2,76 (2,27; 3,22) 1,99 (1,46; 2,88) 2,17 (1,50; 3,29) 2,53 (1,85; 2,97) 0,139 0,537 1,0 1,0 1,0 1,0 1МОД, л/мин 10,26 (8,94;15,60) 10,03 (8,21; 12,32) 11,00 (7,84; 14,66) 12,06 (8,08; 22,93) 0,012 0,894 1,0 1,0 0,039 0,696 !ЧД, кол/мин 15 (12; 18) 16 (14; 19) 16 (13; 18) 16 (13; 18) 1,0 1,0 1,0 1,0 1,0 1,0 Примечание. Сравнение зависимых выборок осуществлялось: 1 - непараметрическим критерием Т-Вилкоксона, Ме (Qp Q3); 2 - параметрическим критерием Т-Стьюдента, (М ± s). 34 Экология человека 2016.07 Экологическая физиология соревновательного периода, и воздействием неблагоприятных природно-климатических факторов, характерных для зимнего времени года. При анализе ДО установлено, что сезонная кривая данного показателя у лиц, не занимающихся спортом, аналогична изменениям ДО у лыжников. Однако увеличение этого показателя зимой по сравнению с осенью у них составило всего 8,5 %, в то время как у лыжников - 46,7 %. Увеличение глубины дыхания в зимний период года у лыжников, вероятно, связано как с комплексным воздействием неблагоприятных факторов внешней среды, так и с возрастанием физических нагрузок в зимний соревновательный период. При сравнении статических легочных объемов у лыжников с показателями лиц, не занимающихся спортом, было установлено, что у северян не спортсменов максимальное значение РОвд регистрировалось осенью и зимой, а минимальное летом, в то время как наибольшее значение данного показателя у лыжников было выявлено осенью, а наименьшее весной. Изменение сезонной кривой РОвыд у лыжников также отличалось от сезонной динамики этого показателя у лиц, не занимающихся спортом. Так, наименьшее значение РОвыд у лыжников было выявлено летом, а наибольшее зимой, разница составила 54 %. У мужчин-северян не занимающихся спортом, наибольшее значение данного показателя было также в зимний период года, однако наименьшее значение регистрировалось весной с разницей в 9,4 %. Также стоит отметить, что у лыжников РОвыд изменялся в большей степени, чем РОвд. Известно, что РОвыд, участвуя в формировании остаточной емкости легких, играет более важную роль в стабилизации дыхания, чем РОвд[15]. Связано это с тем, что РОвыд принимает участие в механизмах регуляции и накопления метаболического СО2, так как в функциональном отношении резервный объем выдоха является буферной емкостью проводящих воздухоносных путей, снижающей возможность беспрепятственного выделения метаболического СО2 через легкие наружу. Сезонная кривая МОД у мужчин, не занимающихся спортом, отлична от таковой у спортсменов-лыж-ников. Так, у мужчин-северян минимальное значение МОД регистрировалось весной, а максимальное - осенью, и разница составила 16,6 %. У лыжников максимальное значение МОД наблюдалось в зимний период. Таким образом, у спортсменов-лыжников, уроженцев Европейского Севера, в зимний период года наблюдается увеличение ЖЕЛ, РОвыд, ДО и МОД, которое является более выраженным, чем у лиц, не занимающихся спортом.

About the authors

A B Gudkov

Northern State Medical University, Arkhangelsk; Northern (Arctic) Federal University named after М.V. Lomonosov

Email: gudkovab@nsmu.ru
Arkhangelsk

I V Manuilov

Central City Hospital named after А.М. Degonskii

Moscow Region, Zheleznodorozhny

V I Torshin

Peoples' Friendship University of Russia

Moscow, Russia

O N Popova

Northern State Medical University

Arkhangelsk

N B Lukmanova

Northern (Arctic) Federal University named after М.V. Lomonosov

Arkhangelsk

References

Supplementary files