Физиологические основы мышечной тренировки юных спортсменов

Доктор медицинских наук, профессор Р.А. Абзалов
Кандидат педагогических наук О.И. Павлова, М.С. Мифтахов,
Р.Р. Шурыгина, М.П. Кузнецов

Казанский государственный педагогический университет, Казань

Ключевые слова : юные спортсмены, систематические мышечные тренировки, насосная функция сердца, сократимость миокарда.

Изучение насосной функции сердца развивающегося организма, а также механизмов его регуляции в условиях воздействия на организм мышечных тренировок различного диапазона мощности представляет значительный интерес при определении функциональных возможностей всего организма (Б.С. Кулаев, 1985; Р.А. Абзалов, Ф.Г. Ситдиков, 1999).

В процессе многолетних исследований в лаборатории физиологии физических упражнений Казанского государственного педагогического университета было обследовано более 1600 спортсменов различной квалификации, специализации и возраста, занимающихся легкой атлетикой, лыжами, хоккеем с мячом, плаванием, дзюдо, бодибилдингом, футболом. Данный контингент обследовали по такой методике: для регистрации реограммы пользовались методом тетраполярной грудной реографии, точечные электроды закрепляли на эластичной резиновой ленте и накладывали на область шеи и грудной клетки. Для регистрации электрокардиограммы использовали отведения по Небу в модификации Бутченко. Осуществляли синхронную регистрацию объемной, дифференцированной реограмм и электрокардиограммы с использованием АЦП Mac Lab/ 4e фирмы ADinstruments, компьютера Power Macintosh, реоплетизмографа 4РГ-2М, ЭКГ-усилителя фирмы ADinstruments. Рассчитывали показатели сердечного выброса, ЧСС, объемной скорости изгнания крови и объемного кровотока, определяли артериальное давление в покое и в процессе выполнения мышечных нагрузок на велоэргометре. Полученные результаты статистически обработаны с использованием критерия Стьюдента.

Для изучения показателей насосной функции сердца растущего организма в условиях воздействия систематических мышечных тренировок широкое применение получил реографический метод исследования (Р.А. Абзалов, 1985, 1986; Р.И. Гильмутдинова, 1991; И.Х. Вахитов, 1993; И.Б. Ишмухаметов, 1993; А.И. Зиятдинова, 1994; Н.В. Васенков, 1995; Р.А. Абзалов, О.И. Павлова,1997; О.И. Павлова, 1997; Ю.С. Ванюшин, Ф.Г. Ситдиков, 1997; Р.А. Абзалов, 1998; Р.Р. Нигматуллина, 1999; Т.Г. Кириллова, 2000).

Реография - метод исследования общего и органного кровообращения, основанный на регистрации колебаний электрического сопротивления тканей, связанных с изменением их кровенаполнения (Т.С. Виноградова, 1986). Неинвазивный характер метода, его простота и доступность для практического применения делают его одним из наиболее перспективных методов определения УОК в спортивной физиологии. Среди реографических методов определения ударного объема крови наибольшее распространение получил метод тетраполярной грудной реографии по Кубичеку (Kubicek W. et al., 1996, 1970) в различных модификациях, в частности в модификации Ю.Т. Пушкаря с соавт. (1977). Синхронно с основной реограммой, отражающей объемные пульсовые колебания исследуемого участка тела, регистрируют дифференцированную реограмму - первую производную объемной реограммы. Дифференцированная реограмма характеризует скорость изменения кровенаполнения исследуемой области и позволяет получить сведения о сосудистом тонусе и сократимости миокарда.

Известно, что отношение амплитуды реограммы ко времени быстрого изгнания крови из желудочков сердца позволяет судить о сократительной способности миокарда (Ф.Д. Акулова, 1986). Уменьшение длительности восходящей части реограммы свидетельствует о повышении сократительной способности миокарда (Т.С. Виноградова и др., 1986; Ф.Д. Акулова, 1986). Вместе с тем с ростом сократительной способности миокарда происходит увеличение показателей ударного объема крови (УОК). Этот подход к анализу реографических показателей может быть использован для дифференцированной оценки состояния артериального и венозного кровотока (Е.И. Аникин, 1970).

Показано, что в условиях развивающегося снижения симпатических влияний, которое возникает при химической десимпатизации растущих крыс гуанетидином, происходит закономерное уменьшение длительности восходящей части ДРГ и увеличение длительности нисходящей части ДРГ (Р.Р. Нигматуллина и др., 1996). Авторы делают вывод, что уменьшение длительности восходящей и увеличение длительности нисходящей части времени изгнания крови из желудочков сердца свидетельствует о снижении симпатических влияний на показатели сердечного выброса.

Для анализа механизмов регуляции сердечного выброса у спортсменов данный методический подход был применен в исследовании О.И. Павловой (1997). Автором показано, что самая большая длительность восходящей части ДРГ - 44,3% - наблюдается у школьников, а у бегунов на средние и длинные дистанции она ниже, чем у бегунов массовых разрядов и школьников. Одновременно наблюдается повышение амплитуды дифференцированной реограммы (Р.А. Абзалов, Р.Р. Нигматуллина, Р.Р. Абзалов, 1998). Значения амплитуды дифференцированной реограммы зависят от объема желудочков сердца, а также от толщины стенок желудочков сердца. Это, по сути дела, сопротивление камер сердца, включая и саму толщу мышц миокарда току, проводимому через них, и состав (качество) самой крови. Величина амплитуды дифференцированной реограммы тем выше, чем меньше сопротивление и объем. Показатели амплитуды дифференцированной реограммы различаются в покое в зависимости от спортивной квалификации, возраста и пола испытуемых.

В исследовании Р.Р. Абзалова (1998) приводятся данные о том, что показатели амплитуды дифференцированной реограммы лыжников КМС и МС почти в 2 раза выше, чем легкоатлетов КМС и МС. Автор объясняет это тем, что УОК у лыжников КМС и МС, а также выраженность гипертрофии миокарда (то есть мышечная толщина миокарда) значительно больше у лыжников КМС и МС, чем у легкоатлетов. Однако в самом деле величины амплитуды дифференцированной реограммы должны иметь обратный характер. Автор делает вывод, что в данном случае основополагающее значение имеют качественный состав самой крови и зависящее от него сопротивление току. При этом показано, что у девушек-неспортсменок 15 лет значения амплитуды дифференцированной реограммы находятся на уровне данных лыжников КМС и МС. Во время выполнения первой мышечной нагрузки самые высокие показатели амплитуды дифференцированной реограммы установлены у девушек-неспортсменок 15 лет - 1, 74 Ом/с. Во время выполнения второй мышечной нагрузки высокие показатели выявлены у лыжников КМС и МС - 1,87 Ом/с, а самые низкие - у легкоатлетов КМС и МС - 1,13 Ом/с.

Известно, что максимальная скорость быстрого изгнания крови определяется как отношение амплитуды дифференцированной реограммы ко времени максимального систолического изгнания крови. Максимальная скорость быстрого изгнания крови во многом зависит от сократительной способности миокарда. Значения максимальной скорости быстрого изгнания крови в покое у лыжников КМС и МС значительно выше, чем у легкоатлетов КМС и МС (соответственно 500,38 Ом/с кв. и 290, 77 Ом/с кв.). Однако данные, полученные у неспортсменов 15 и 17-18 лет, совпадают с показателями максимальной скорости и быстрого изгнания крови у лыжников КМС и МС. Во время выполнения первой мышечной нагрузки этот показатель самый высокий у девушек-неспортменок 15 лет - 974,26 Ом/с кв. В то же время показатели лыжников и легкоатлетов КМС и МС значительно уступают вышеуказанным величинам. Вместе с тем у всех исследуемых происходит увеличение максимальной скорости быстрого изгнания крови по сравнению с данными в покое. Во время выполнения второй мышечной нагрузки показатели у лыжников КМС и МС самые высокие - 1031,83 Ом/с кв. Автор делает вывод, что сдвиги максимальной скорости быстрого изгнания крови из желудочков сердца у лыжников и легкоатлетов КМС и МС изменяются более закономерно, чем у неспортсменов 15 лет. На изменение этого показателя у подростков в условиях различных физиологических ситуаций оказывают влияние еще и другие факторы, возможно, связанные с гормональными сдвигами в их организме. Получены данные, что время изгнания крови из желудочков сердца у лыжников и легкоатлетов КМС и МС составляет 0,344 с. Наименьшие показатели времени изгнания крови из желудочков сердца выявлены у неспортсменов 15 лет - 0,290 с. Установлено, что время изгнания крови из желудочков сердца у спортсменов и неспортсменов во время выполнения нагрузки умеренной мощности по сравнению с нахождением в покое (лежа) уменьшается и что эти сдвиги более выражены во время выполнения нагрузки, приближающейся к максимальной. Автор делает вывод о значительном влиянии возраста испытуемых на время изгнания крови из желудочков сердца. Аналогичные изменения были получены Р.Р. Нигматуллиной (1999). Установлено, что с возрастом происходит увеличение периода изгнания крови из левого желудочка сердца и уменьшение максимальной скорости изгнания крови.

Реография аорты и легочной артерии используется для фазового анализа систолы правого и левого желудочков сердца, позволяющего оценить сократительную функцию миокарда. Фазовый анализ проводится по методу Блюмбергера в модификации В.Л. Карпмана (1965).

Период, в течение которого фактически происходит изгнание крови из желудочков, делится на фазы максимального и редуцированного изгнания (В.Л. Карпман, 1965). В период изгнания сердце совершает механическую работу по перемещению систолического объема крови. Во время фазы максимального или быстрого изгнания совершается наибольший объем полезной работы сердца, выбрасывается большая часть систолического объема крови. Гемодинамическая эффективность фазы редуцированного изгнания относительно невелика. Длительность периода изгнания крови из сердца - важный показатель функционального состояния миокарда.

Длительность периода изгнания тесно связана с сердечным ритмом: уменьшается при его учащении и увеличивается при замедлении. Имеется также зависимость между продолжительностью периода изгнания и систолическим выбросом: чем больше УОК, тем продолжительнее его изгнание (В.Л. Карпман, Г.М. Куколевский, 1968). Kenth H. (1961) подтвердил наличие взаимосвязи между периодом изгнания и УОК у детей.

У тренированных спортсменов разного возраста в состоянии покоя была выявлена меньшая продолжительность периода изгнания, чем у лиц, менее физически подготовленных или не занимающихся спортом (Р.Е. Мотылянская, 1969; Н.М. Валеев, 1972). Другие же авторы указывают на некоторое увеличение периода изгнания у спортсменов по сравнению с незанимающимися (В.Н. Зубков, 1969). Вместе с тем у первых более продолжительной оказалась фаза быстрого изгнания. Это обстоятельство, по-видимому, можно объяснить увеличением у них УОК по сравнению с незанимающимися. Увеличение УОК у спортсменов и выброс большей его части в фазу быстрого изгнания, очевидно, требуют увеличения времени последней. По данным Р.Н. Меркуловой и др. (1989), продолжительность периода изгнания у юных спортсменов 13-16 лет составляет 0,210-0,220 с. И авторы делают вывод о том, что продолжительность периода изгнания изменяется лишь под воздействием систематических занятий, направленных на развитие выносливости, а такие факторы, как рост, возраст (до 15 лет) и степень полового созревания, не вызывают достоверных сдвигов. Однако другими исследователями установлено, что с возрастом у юных спортсменов увеличивается продолжительность сердечного цикла в целом и периода изгнания (Р.Е. Мотылянская, 1969; В.И. Ильницкий, 1969; Н.М. Валеев, 1972). Д.А. Фарбер (1988) считает, что с возрастом существенным образом изменяется продолжительность общей систолы и периода изгнания - показателей насосной функции сердца. В целом от 10 к 17 годам величина периода изгнания удлинялась с 0,280±0,008 до 0,355±0,005. Динамика продолжительности периода изгнания и общей систолы в возрасте от 14 до 17 лет характеризовалась удлинением времени изгнания крови и общей систолы до величин, характерных для взрослых людей. Во время выполнения мышечных нагрузок укорочение времени изгнания крови сочетается с увеличением скорости изгнания крови из сердца. Благодаря этому УОК не только не уменьшается, но даже несколько увеличивается (В.Л. Карпман, Г.М. Куколевский, 1968; Р.Е. Мотылянская, 1969).

Анализ амплитудно-временных характеристик реограмм был проведен в работе Р.Р. Нигматуллиной (1999). Установлено, что время максимального изгнания крови из левого желудочка сердца в покое составляет 18-19% от длительности кардиоциклов и данный показатель не зависит от возраста и физической работоспособности испытуемых, то есть время максимального изгнания крови из левого желудочка сердца составляет строго определенную часть длительности кардиоциклов. При этом мышечная нагрузка повышающейся мощности приводит к увеличению времени максимального изгнания крови из левого желудочка сердца. Наиболее выраженная реакция времени максимального изгнания крови выявлена у подростков 15 лет, спортсменов и неспортсменов, и этот показатель составляет 33-37% от длительности кардиоциклов. У лыжников и легкоатлетов КМС и МС время максимального изгнания крови увеличивается в меньшей степени и составляет 26-28% от длительности кардиоциклов. Диастолический индекс, характеризующий диастолическую емкость левого желудочка, увеличивается с возрастом и ростом физической работоспособности, что свидетельствует о росте диастолического объема крови в тренированном сердце. Наиболее низкие величины диастолического индекса выявлены у неспортсменов 15 лет - 59,4%. У лыжников 1-го разряда диастолической индекс составляет 63,4%. Самые высокие величины диастолического индекса характерны для лыжников и легкоатлетов КМС и МС - 73,9 и 74,2%. При выполнении интенсивной мышечной нагрузки существенно уменьшается диастолическое наполнение левого желудочка, о чем свидетельствует снижение диастолического индекса. В большей мере этот процесс негативно отражается на не тренированном к мышечным нагрузкам сердце. В тренированном сердце происходит более быстрое расслабление миокарда, что способствует повышению диастолической емкости левого желудочка. Это свидетельствует о постоянном высоком венозном возврате, и увеличение УОК достигается уменьшением конечно-систолического объема крови. У МС и КМС лыжников и легкоатлетов диастолическое наполнение желудочков при выполнении мышечных нагрузок выше, чем у неспортсменов и лыжников 1-го разряда. Индекс периферического сопротивления сосудов увеличивается с возрастом и ростом физической работоспособности. Величина индекса периферического сопротивления сосудов составляет у неспортсменов 15 лет 45,3%, у неспортсменов 17 - 18 лет - 56,8%, у лыжников 1-го разряда - 51,9%, у лыжников КМС и МС - 62,5%. При выполнении мышечных нагрузок происходит снижение индекса периферического сопротивления сосудов. О снижении периферического сопротивления сосудов на 13% во время циклической работы говорится в работе А.С. Nobrega и др. (1994). Дальнейшее снижение диастолического индекса и индекса периферического сопротивления сосудов происходит в восстановительном периоде.

Установлено, что параметры насосной функции сердца спортсменов различной квалификации, специализации и возраста в процессе мышечных тренировок изменяются разнонаправленно: увеличивается УОК, уменьшается ЧСС. Так, занятия легкой атлетикой на начальных этапах тренировок юных спортсменов в возрасте от 16 до 17 лет приводят к существенному повышению сократительной функции сердца. Под влиянием систематических мышечных тренировок, направленных на развитие выносливости, увеличиваются показатели сердечного выброса и гемодинамической производительности сердца, отмечаются большие величины продолжительности сердечного цикла и периода изгнания крови. Это свидетельствует об особенностях адаптации насосной функции сердца подростков к мышечным тренировкам.

Изучение длительности восходящей и нисходящей частей реограммы позволило предположить, что изменяются показатели быстрого и медленного кровенаполнения. Так, максимальная скорость изгнания крови у лыжников 16 лет ниже, чем у неспортсменов этого же возраста (р<0,05). Данный показатель у лыжников 16 лет выше, чем у лыжников 17 лет (р<0,05), что подтверждает наше предположение о том, что с возрастом и под влиянием систематических мышечных тренировок происходит снижение максимальной скорости изгнания крови. Наименьший ее показатель зарегистрирован у лыжников 17 лет, выступающих на средних дистанциях, что косвенно свидетельствует об улучшении сократительной способности миокарда.

Блокадой М-холинорецепторов, а также блокадой бета-адренорецепторов нами было установлено, что систематические мышечные тренировки стимулируют как симпатические, так и парасимпатические влияния на регуляцию насосной функции сердца, при этом наблюдается гетерохронность. Мышечные нагрузки оптимальной мощности способствуют развитию показателей УОК и снижению ЧСС. В то же время большие нагрузки, как правило, вызывают задержку в росте показателей УОК и развитии брадикардии тренированности. Следовательно, уменьшаются темпы развития гипертрофии миокарда и как следствие сократительной способности сердечной мышцы. Однако продолжение выполнения даже этих больших мышечных нагрузок вызывает мобилизацию адаптационных возможностей развивающегося сердца - начинаются поступательные движения в развитии составляющих насосной функции сердца. Мышечные нагрузки средней мощности вызывают значительное увеличение функциональной активности симпатической системы, накопление катехоламинов в миокарде, надпочечниках. При этом систематическое выполнение этих нагрузок вызывают снижение симпатического влияния на сердце в покое, одновременно усиливая парасимпатическое. Это создает оптимальные условия для развития насосной функции сердца развивающегося организма и главное является важным условием подготовки организма к выполнению предстоящей мышечной нагрузки. Следовательно, систематические мышечные тренировки приводят к уменьшению зависимости насосной функции сердца от экстракардиальных нервных и гуморальных влияний в покое, т.е. моделирующие влияния экстракардиальных механизмов регуляции насосной функции сердца уменьшаются.