RESULTS OF A FIVE-YEARS FOLLOW-UP OF THE PHYSICAL PERFORMANCE OF YOUNG MALE SKIERS

Full Text

Проспективные физиологические исследования различных групп спортсменов и населения в прошлом веке всегда приносили ценные результаты при оценке возрастных изменений и сдвигов в физической тренированности человека [10, 15] и не потеряли своей актуальности в XXI веке [13, 14]. В литературе чаще встречаются сведения об изменениях в организме людей в широком возрастом диапазоне - от подросткового до зрелого и пожилого возраста [11, 19]. Лишь единичные работы посвящены проспективному изучению функционального состояния растущего организма обычных подростков [17] и молодых хоккеистов [9]. В связи с этим нам представлялось интересным посмотреть, насколько и в какую сторону изменяются антропометрические данные и показатели кровообращения, дыхания, энергетики и физической работоспособности за 5 лет спортивной деятельности у молодых лыжников-северян, принимающих ежегодное активное участие в тренировках и соревнованиях. Целью работы является оценка влияния 5-летних занятий лыжными гонками на физическую работоспособность молодых мужчин-северян. Задачами исследований было изучить у них изменения за 5 лет антропометрических данных и показателей кровообращения, дыхания и энергетики в покое, при стандартной нагрузке и при максимальной нагрузке на велоэргометре. Методы В базе данных Института физиологии ФИЦ Коми НЦ УрО РАН, содержащей материалы более 200 протестированных велоэргометрическими нагрузками спортсменов, были проанализированы протоколы исследований наиболее многочисленной группы лыжников-гонщиков, занимающихся спортом на открытом воздухе и подвергающихся прямому воздействию суровых природно-климатических условий Севера. Критериями включения спортсменов в выборку для решения поставленных задач служили следующие ограничения: вид спорта (лыжные гонки), пол (мужской), возраст (подростковый и юношеский, 15-20 лет), спортивная квалификация (не ниже 1-го взрослого разряда), сезон обследования (осень), интервал обследования (5 лет). Таких спортсменов в базе оказалось 20 человек. Все они взяты в разработку. На начало обследования это были восемь перворазрядников (ПР), восемь кандидатов в мастера спорта (КМС) и четыре мастера спорта (МС). Обследование было организовано осенью в период начала годичного тренировочного цикла (сентябрь - октябрь) и проводилось обычно через день после отдыха от тренировок, в первой половине рабочего дня в лаборатории Института физиологии в Сыктывкаре. От каждого спортсмена получено письменное согласие на добровольное участие в обследовании и тестировании на велоэргометре. Протокол обследования был одобрен локальным комитетом по биоэтике при Институте физиологии (заключение от 01.11.2013 г.) Обследование тех же 20 спортсменов было повторено через 5 лет с привлечением той же бригады исследователей-физиологов. Таким образом, исследование носит экспериментальный характер и является продольным (проспективным) с повторением наблюдения за одними и теми же людьми (связанные выборки). В обоих случаях в помещении лаборатории поддерживались оптимальные условия микроклимата. У спортсменов определяли рост и массу тела, а показатели кровообращения - частоту сердечных сокращений (ЧСС) и артериальное давление систолическое (АДс) и диастолическое (АДд) в покое измеряли с помощью автоматического прибора модели UA-767 (A&D Company, Limited, Япония). При нагрузках показатели артериального давления определяли по Короткову. Рассчитывали показатели: пульсовое давление (ПД), среднединамическое давление по Хикему (СДД), двойное произведение по Робинсону (ДП), вегетативный индекс Кердо (ВИК). Спортсмены были протестированы нагрузками до отказа на велоэргометре с применением диагностической системы Oxycon Pro (CareFusion, Erich Jaeger, Германия) с регистрацией и расчетом кардиореспи-раторных показателей: ЧСС, АДс, АДд, СДД, ДП, частоты дыхания (ЧД), дыхательного объема (ДО), минутного объема дыхания (МОД), потребления кислорода (ПК), дыхательного коэффициента (ДК), энерготрат (ЭТ), кислородного пульса (КП), дыхательного эквивалента (ДЭ), коэффициента использования кислорода (КИО2), максимального потребления кислорода (МПК), коэффициента полезного действия (КПД), порога анаэробного обмена (ПАНО). После 5-минутного сидения на велоэргометре лыжники выполняли 2-минутную работу мощностью 120 Вт с последующим ступенчатым приростом нагрузки на 40 Вт каждые две минуты при частоте педалирования 60 об/мин. Тест продолжался до отказа. Для сравнительной оценки реакций организма спортсменов на последней минуте нагрузки, которая различалась у разных лыжников, мы ввели понятие «удельная физиологическая стоимость единицы работы» (пульсовая, прессорная, сердечная, респираторная, вентиляционная, кислородная, энергетическая), значения которой образуются путем деления абсолютных величин соответствующих физиологических показателей при максимальной нагрузке на мощность механической работы в ваттах (к примеру, пульсовая - ЧСС/Вт или уд/Вт, прессорная - АДс/ Вт или мм/Вт, сердечная - ДП/Вт или усл. ед./Вт, респираторная - ЧД/Вт или цикл/Вт, вентиляционная - МОД/Вт или л/Вт, кислородная - ПК/Вт или мл/Вт, энергетическая - ЭТ/Вт или кал/Вт). По нашему мнению, они позволяют судить о том, во что обходится организму спортсмена единица мощности работы, и обоснованно сравнивать разных индивидуумов или их данные при проспективном наблюдении. Математическую обработку полученных результатов проводили с помощью программ Statistica 6.0 27 Экологическая физиология Экология человека 2020.04 и Biostat (версия 4.03) с проверкой вариационных рядов на характер распределения с помощью критерия Шапиро-Уилка. Статистическую значимость различий по анализируемым показателям между первым и вторым обследованием оценивали с помощью парного критерия Стьюдента [2]. Различия принимали значимыми при р < 0,05 [7]. Результаты исследования в табл. 1-3 представлены в виде среднего арифметического значения показателя и стандартного отклонения (M + SD). В табл. 4 представлено число лиц с увеличением, уменьшением или отсутствием изменений значений физиологических параметров через 5 лет после первого обследования. В группу «Нет изменений» попадали спортсмены, у которых во время второго обследования показатели колебались в пределах +3 % от значений первого исследования. Результаты За 5 лет наблюдения у большинства лыжников (13 спортсменов) возросла спортивная квалификация: четверо ПР стали КМС, четверо ПР стали МС, пятеро КМС стали МС. И лишь семеро остались в прежнем спортивном звании. За этот период по большинству показателей в покое не установлено статистически значимых сдвигов (см. табл. 1). Лишь по ряду показателей выявлены существенные изменения. Статистически значимо увеличились масса тела (в среднем на 4 кг), индекс Таблица 1 Антропометрические и физиологические показатели в покое у 20 лыжников в разные годы (M + SD) Параметр Первое обследование Второе обследование через 5 лет Уровень различий, р Возраст, лет 17,40+2,31 22,40+2,39 0,000 Рост, см 174,80+4,01 176,70+4,54 0,308 Масса тела, кг 67,40+3,57 71,40+4,50 0,006 ИМТ, кг/м2 22,00 + 1,06 22,80 + 1,08 0,019 ЧСС, уд/мин 59,0 + 1,0 52,0+0,6 0,037 АДс, мм рт. ст. 120,0+9,5 113,0+12,8 0,027 АДд, мм рт. ст. 74,0 + 10,2 77,0+8,8 0,264 ПД, мм рт. ст. 46,0 + 10,4 36,0 + 10,2 0,007 ДП, усл. ед. 71,0 + 14,5 59,0 + 10,0 0,006 СДД, мм рт. ст. 90,0+8,7 89,0+9,0 0,607 ВИК, % -29,0+30,9 -50,0+25,2 0,048 ЧД, цикл/мин 15,10+3,77 15,20+4,46 0,957 ДО, мл 703 + 137 681 + 146 0,646 МОД, л 10,50+2,04 10,00 + 1,85 0,408 ДК, усл. ед. 0,76+0,05 0,80+0,05 0,010 ПК, мл/мин 366,0+42,5 354,0+62,6 0,588 ЭТ, кал/мин 1739+204 1702+312 0,725 КП, мл/уд 7,60+2,26 7,40 + 1,25 0,665 ДЭ, усл. ед. 28,80+5,34 28,30+3,80 0,808 КИО2, мл/л 35,80+6,91 35,90+4,74 0,797 массы тела - ИМТ (в среднем на 0,8 кг/м2), снизились ЧСС (в среднем на 7 уд/мин), АДс (в среднем на 7 мм рт. ст.), ПД (в среднем на 10 мм рт. ст.), ДП (в среднем на 12 усл. ед.) и ВИК (в среднем на 21 %). При нагрузке 200 Вт (см. табл. 2) через 5 лет статистически значимо снизились ЧСС (в среднем на 10 уд/мин) и ее рабочий прирост (в среднем на 4 уд/ мин, р = 0,049), ДП (в среднем на 20 усл. ед.), ПК (в среднем на 156 мл/мин), ЭТ (в среднем на 672 кал/ мин) и увеличился КПД (в среднем на 1,1 %). Таблица 2 Показатели кровообращения, дыхания и энергетики у 20 лыжников на последней минуте нагрузки 200 Вт (M + SD) Показатель Первое наблюдение Второе наблюдение Уровень различий, р ЧСС, уд/мин 143,0+13,5 133,0+11,6 0,022 АДс, мм рт. ст. 167,0+12,6 165,0 + 13,8 0,550 АДд, мм рт. ст. 70,0 + 15,9 71,0+11,0 0,989 ДП, усл. ед. 239,0+33,8 219,0+26,7 0,050 СДД, мм рт. ст. 102,0 + 11,2 102,0+7,9 0,849 ЧД, цикл/мин 29,20+6,00 26,50+5,20 0,154 ДО, мл 2334+340 2386+408 0,695 МОД, л 66,80 + 10,10 61,90+8,70 0,085 ДК, усл. ед. 0,89+0,06 0,92+0,05 0,112 ПК, мл/мин 2870 + 132 2714 + 146 0,002 ЭТ, кал/мин 14105+722 13433+765 0,009 КП, мл/уд 20,00 + 1,88 20,60+2,01 0,424 ДЭ, усл. ед. 23,10+3,38 22,70+2,61 0,871 КИО2, мл/л 43,70+6,50 44,50+5,29 0,695 кпд, % 20,30 + 1,01 21,40 + 1,24 0,009 При максимальной нагрузке (см. табл. 3) через 5 лет статистически значимо увеличились АДс (в среднем на 10 мм рт. ст.), ДК (в среднем на 0,06) и уменьшились МПК/кг (в среднем на 6 мл/мин х кг), ПК (в среднем на 413 мл/мин) на ПАНО и ЧСС (в среднем на 14 уд/мин) на ПАНО. Большинство показателей, включая удельную физиологическую стоимость физической нагрузки, не имели значимых изменений (р = 0,082-0,935). Индивидуальный анализ данных показал, что через 5 лет после первого обследования далеко не у всех спортсменов отмечаются однонаправленные сдвиги параметров (табл. 4). Например, у пяти лыжников при сохранении спортивного мастерства, а у десяти даже на фоне повышения спортивной квалификации наблюдалось снижение значений показателя МПК/кг. Этот факт лишний раз подчеркивает необходимость учитывать индивидуальные особенности организма у элитных спортсменов. Следует отметить, что направленность изменений аэробного порога не зависела от возраста лыжников. Средний возраст пяти спортсменов с приростом МПК/кг составил 17 лет, а средний возраст 15 лыжников со снижением МПК/ кг составил около 18 лет (р = 0,613). 28 Экология человека 2020.04 Экологическая физиология Таблица 3 Показатели кровообращения, дыхания и энергетики у 20 лыжников на последней минуте нагрузки до отказа (M ± SD) Показатель Первое наблюдение Второе наблюдение Уровень различий, р Длительность нагрузки, мин 12,00±1,71 12,70±1,76 0,315 Нагрузка, Вт 352,0±40,2 354,0±37,3 0,787 ЧСС, уд/мин 183,0±9,4 176,0±15,4 0,226 АДс, мм рт. ст. 185,0+15,2 195,0±11,6 0,038 АДд, мм рт. ст. 74,0±19,8 72,0±17,2 0,567 ДП, усл. ед. 339,0±34,4 344,0±34,4 0,665 ЧД, цикл/мин 51,6±13,1 46,6±12,4 0,223 ДО, мл 2880±352 3042±446 0,267 МОД, л 146,5±33,8 141,4±42,4 0,558 ДК, усл. ед. 1,06±0,06 1,12±0,08 0,026 ПК, мл/мин 4475±538 4291±499 0,317 МПК, мл/мин 4552±489 4377±481 0,234 МПК, мл/минхкг 67,40±6,20 61,40±7,21 0,012 ЭТ, кал/мин 22937±2893 22318±2810 0,482 КП, мл/уд 24,40±2,61 24,40±2,08 0,882 ДЭ, усл. ед. 31,30±5,39 32,50±7,57 0,808 /л л/ м О 5 К 31,70±6,55 32,30±7,95 0,860 кпд, % 22,10±2,18 22,80±1,63 0,449 ЧСС/Вт, уд/Вт 0,520±0,052 0,500±0,044 0,082 АДс/Вт, мм/Вт 0,530±0,077 0,550±0,062 0,309 ДП/Вт, усл. ед./Вт 0,970±0,133 0,970±0,091 0,935 ЧД/Вт, цикл/Вт 0,140±0,032 0,130±0,031 0,108 МОД/Вт, л/Вт 0,420±0,081 0,390±0,093 0,350 ПК/Вт, мл/Вт 12,70±1,30 12,10±0,83 0,218 ЭТ/Вт, кал/Вт 65,30±6,64 63,00±4,65 0,343 ПАНО: Нагрузка, Вт ПК, мл/мин ЧСС, уд/мин 308,0±40,5 4036±594 171,0±11,6 °,сО 096 ±±± 030 о s ^ 0,313 0,040 0,005 Таблица 4 Изменения показавших статистически значимые сдвиги антропометрических и физиологических параметров через 5 лет у 20 лыжников (число лиц) Параметр Увеличение Уменьшение Нет изменений Масса тела 18 2 0 ИМТ 16 0 4 В покое: АДс 7 12 1 ПД 5 14 1 ЧСС 3 15 2 ДП 3 16 1 ДК 15 5 0 При нагрузке 200 Вт: ЧСС 3 16 1 ДП 5 15 0 пк 2 18 0 КПД 16 4 0 При нагрузке до отказа: АДс 16 3 1 ДК 14 6 0 МПК/кг 5 15 0 Обсуждение результатов В результате 5-летних занятий лыжными гонками у молодых мужчин-северян статистически значимо возросли показатели физического развития (масса тела и ИМТ) и снизились параметры центральной гемодинамики (ЧСС, АДс, ПД, ДП и ВИК) в покое, свидетельствующие о повышении степени тренированности. При нагрузке 200 Вт на велоэргометре также обнаружено снижение ЧСС и её рабочего прироста, ДП, а также ПК, ЭТ и КПД, что говорит об экономизации реакций гемодинамики и энергетики при стандартной нагрузке и подтверждает рост физической тренированности. Сопоставление изменений как ЧСС, так и прироста ЧСС свидетельствует о важной роли учета исходного состояния физиологических показателей в реакциях на физическую нагрузку [6]. При велоэргометрической нагрузке до отказа выявляется значимое увеличение АДс и уменьшение аэробного (по МПК/кг) и анаэробного порогов (по ЧСС и ПК на ПАНО), что указывает на снижение предельных функциональных возможностей организма лыжников-северян за 5 лет интенсивных тренировок. Таким образом, физиологические исследования в покое и при умеренных стандартных нагрузках выявляют рост тренированности у лыжников, а максимальная велоэргометрическая нагрузка выявляет начинающееся снижение физической работоспособности. Следует обратить внимание на тот факт, что не у всех спортсменов происходили однозначные изменения в организме при проспективном наблюдении. Физическая работоспособность (по МПК/кг) увеличилась всего у пяти спортсменов: у двух оставшихся КМС, у двух ПР при переходе в МС и у одного ПР при переходе в МС. У большинства (15 лыжников), несмотря на стабильность или рост спортивного мастерства, этот показатель уменьшился: у одного оставшегося КМС, у четырех оставшихся МС, у двух ПР при переходе в КМС, у трех ПР при переходе в МС, у пяти КМС при переходе в МС. В целом для группы максимальные функциональные возможности уменьшились и по одному из анаэробных порогов: начальное значение ПК при ПАНО в среднем было на уровне 88,7 % от МПК, а через 5 лет стало на уровне 82,8 % от МПК. Полученные результаты во многом согласуются с данными других проспективных исследований как спортсменов, так и обычных жителей разного возраста. В ряде работ [11, 12] также было показано, что с возрастом увеличиваются масса тела и ИМТ, но уменьшается МПК. Классические проспективные исследования шведских физиологов показали, что функции кровообращения и дыхания неуклонно ухудшаются за 13 лет [15] и уменьшается МПК за 20 лет в среднем на 20 % [10] в результате детренированности. При 5-летнем наблюдении за активными лицами в возрасте 20-80 лет было установлено, что снижение массы тела уменьшает артериальное давление и риск развития сердечно-сосудистой патологии [16]. 29 Экологическая физиология Экология человека 2020.04 Что касается изменений физической работоспособности по данным МПК, то у молодых людей в диапазоне от 12 до 19 лет в США было найдено увеличение этого показателя [17]. Не обнаружено значимых сдвигов МПК у обычных жителей Голландии в диапазоне от 7-17 до 40-50 лет [18]. Выявлена стабилизация физической работоспособности в Швеции в возрасте от 16 до 34 лет и снижение ее на 24 % к 52 годам [19]. По данным Eriksen L. et al. [13], в Дании у жителей в диапазоне от 20 до 80 лет МПК заметно уменьшается. Проспективные исследования лыжников в Норвегии [14] показали, что за 30 лет от 26 к 56 годам МПК существенно снижается. Авторами сделан вывод, что продолжение активной жизни высокотренированных лыжников не останавливает снижения МПК с возрастом, но усиленная двигательная активность замедляет это снижение. Шайхелисламова М. В. с соавторами [9] изучили состояние гемодинамики у юных хоккеистов и в контроле в возрасте 11-15 лет и нашли снижение с возрастом ЧСС и АДс и увеличение периферического сопротивления сосудов при нагрузке только у тренированных хоккеистов; в контрольной группе подростков наблюдали снижение сопротивления сосудов. В ряде работ приводятся конкретные цифровые данные об изменениях МПК на единицу массы тела в год, позволяющие сопоставить темпы сдвигов показателя МПК/кг у жителей разных стран. Pate R. R. et al. [17] в США у молодых людей от 12 к 19 годам нашли увеличение МПК/кг на 0,55 мл/мин x кг в год. Проспективное исследование населения Швеции [19] выявило рост МПК/кг от 16 к 34 годам (с 40 до 41 мл/мин x кг) и его снижение к 52 годам. В Дании [13] изучали физическую работоспособность у жителей в возрасте от 18 к 90 годам и обнаружили, что МПК падает в среднем у мужчин на 0,26 мл/мин x кг за каждый год жизни. Проспективное исследование за 30 лет у лыжников Норвегии [14] показало, что с возрастом МПК/кг падает в среднем на 0,58 мл/ мин x кг в год. Интересно, что у наших молодых лыжников-севе-рян (Республика Коми) выявлен наиболее высокий по сравнению с данными литературы темп снижения физической работоспособности по МПК/кг - 1,2 мл/ мин x кг в год. Этот факт можно объяснить негативным влиянием суровых природно-климатических условий. Климат в Республике Коми более холодный, чем, например, в Швеции и даже Норвегии. Что касается жителей Севера, то по ним имеются противоречивые данные. С одной стороны, не обнаружено значительных различий в гемодинамике в возрастном диапазоне 25-55 лет у мужчин в Тюменской области [5]. С другой стороны, у молодых мужчин, длительно находящихся на открытом воздухе, выявлено напряжение антиоксидантной системы [1], увеличение скорости старения пришлого населения Севера по сравнению с жителями средних широт по данным смертности и заболеваемости сердечно сосудистыми заболеваниями [4, 8] и ускорение процессов старения функций внешнего дыхания как по возрастам, так и по северному стажу в диапазоне 5-10 лет [3]. Наши данные по изменениям МПК/ кг за 5 лет подтверждают выводы последних авторов об ускоренном старении организма северян. К недостаткам нашего исследования можно отнести дефектность выборки - наличие в ней лыжников разного возраста (от 15 до 20 лет) и степени спортивного мастерства (от ПР до МС). В перспективе при продолжении работы и увеличении банка данных появится возможность получить репрезентативные выборки из спортсменов одного возраста и степени мастерства и тем самым уменьшить влияние на результат ошибок выборки. Другим недостатком данного исследования является не вполне контролируемый объем тренировочных и соревновательных нагрузок в течение 5 лет у каждого спортсмена. Хотя объем таких нагрузок задается тренером сборной команды республики, у каждого лыжника тренировочные и особенно соревновательные нагрузки имеют большие индивидуальные особенности. И наконец, при интерпретации результатов нашего исследования надо иметь в виду так называемый конфаундинг-эффект. За 5 лет проспективного наблюдения параллельно идут как минимум два процесса, влияющие на организм спортсмена и его физическую работоспособность: физические тренировки, способствующие совершенствованию физиологических функций организма и повышению его спортивной тренированности, и взросление, а также начавшееся старение, ослабляющее организм человека. Практически невозможно вычленить степень или долю влияния каждого фактора. При продолжении подобных исследований планируется использование контрольной выборки из неспортсменов. Примером таких корректных исследований влияния спортивной тренировки и возраста в пубертатном периоде является сопоставление показателей гемодинамики у юных хоккеистов и контрольной группы [9]. Ускоренное снижение уровня физической работоспособности у молодых лыжников-северян по аэробному и анаэробному порогам за 5 лет наблюдений, обнаруживаемое при предельных физических нагрузках, свидетельствует не только о начинающихся возрастных изменениях в организме спортсменов-северян, но и о возможном негативном влиянии на этот процесс суровых природно-климатических условий Севера. Авторство Солонин Ю. Г. предложил концепцию исследования, выбрал и обработал первичные данные, анализировал полученные результаты, подготовил первый вариант статьи; Гарнов И. О. внес существенный вклад в дизайн исследования, участвовал в эксперименте, получил материалы исследований, дорабатывал статью; Логинова Т. П. внесла существенный вклад в дизайн исследования, участвовала в эксперименте, получила материалы исследований, дорабатывала статью; Марков А. Л. провел статистическую 30 Экология человека 2020.04 Экологическая физиология обработку данных, анализировал полученные результаты, дорабатывал и оформлял статью; Черных А. А. участвовал в эксперименте, получил материалы исследований, дорабатывал статью, переводил резюме на английский язык; Бойко Е. Р. работал с тренерами и спортсменами по организации эксперимента, внес существенный вклад в дизайн исследования, окончательно утвердил рукопись статьи.

About the authors

Iu. G. Solonin

Institute of Physiology of Komi Science Centre of the Ural Branch of the Russian Academy of Sciences; Pitirim Sorokin Syktyvkar State University

I. O. Garnov

Institute of Physiology of Komi Science Centre of the Ural Branch of the Russian Academy of Sciences

T. P. Loginova

Institute of Physiology of Komi Science Centre of the Ural Branch of the Russian Academy of Sciences

A. L. Markov

Institute of Physiology of Komi Science Centre of the Ural Branch of the Russian Academy of Sciences; Pitirim Sorokin Syktyvkar State University

A. A. Chernykh

Institute of Physiology of Komi Science Centre of the Ural Branch of the Russian Academy of Sciences; Pitirim Sorokin Syktyvkar State University

E. R. Bojko

Institute of Physiology of Komi Science Centre of the Ural Branch of the Russian Academy of Sciences; Pitirim Sorokin Syktyvkar State University

References

Supplementary files