Динамика функциональных возможностей респираторной мускулатуры спортсменов под влиянием увеличенных нагрузок на дыхание

Неуклонный рост достижений в современном спорте предопределяет крайнюю степень напряженности тренировочной деятельности, параметры которой достигли критических величин, дальнейший рост которых существенно превышает ресурсы физиологических возможностей организма человека и лимитируется социальными факторами [ 4, 6 ]. В связи с этим весьма остро встает задача разработки новых технологий повышения функциональной подготовленности, поиска альтернативных подходов к использованию эффективных дополнительных средств, позволяющих существенно расширить диапазон адаптационных перестроек при достигнутом уровне объемов и интенсивности тренировочных нагрузок и повысить эффективность специфической мышечной деятельности в спорте [ 5, 6 ].

Как известно, одним из определяющих и лимитирующих интенсивную мышечную работу, факторов, является производительность системы кислородного снабжения организма. Несомненно, ведущим лимитирующим фактором являются возможности сердечно-сосудистой системы. Однако в определенной мере, таковым фактором может выступать и производительность дыхательной системы [ 3 ], а во многих случаях именно лимитирующая роль дыхательной функции выступает решающим фактором, влияющим на эффективность мышечной деятельности. Особенно это заметно при напряженной длительной работе со значительным увеличением легочной вентиляции. При этом наблюдаются два негативных момента: 1) Резкое снижение эффективности работы дыхания, за счет прогрессирующего потребления кислорода самой дыхательной мускулатурой [ 2 ] и 2) Прогрессирующее утомление дыхательных мышц [ 1 ].

Выше обозначенные обстоятельства заставляет мобилизовывать еще не использованные резервы, искать новые средства повышения функциональной подготовки спортсменов. Одним из таких резервов является оптимизация работы дыхательной мускулатуры, посредством специальной тренировки с целью развития силы и выносливости, повышения эффективности и экономичности ее работы.

Вследствие выше изложенного нами проведены физиологические эксперименты, целью которых явилось выяснение влияния специальной тренировки спортсменов в условиях повышенного резистивного и эластического сопротивления дыханию на функциональные возможности, прежде всего дыхательной мускулатуры, физическую работоспособность и функциональное состояние организма в целом.

Влияние применения увеличенного аэродинамического сопротивления на функциональное состояние дыхательных мышц и физическую работоспособность спортсменов

В настоящем разделе исследований основной задачей явилось выяснение эффекта влияния на функциональное состояние дыхательной мускулатуры тренировки в беге с ограничением дыхания.

С целью экспериментальной проверки эффективности систематического использования воздействий на дыхательную функцию в виде введения дополнительного повышенного резистивного сопротивления дыханию, влияния их на физическую работоспособность и функциональное состояние дыхательной мускулатуры была организована экспериментальная тренировка с участием юных спортсменов. Были сформированы две группы спортсменов-футболистов (12—13 лет): контрольная (5 человек) и экспериментальная (6 человек).

В нашем исследовании создание резистивного сопротивления дыханию осуществлялось посредством введения диафрагмы на пути дыхательных потоков. Для этого спортсмены дышали в масках от промышленных респираторов, в дыхательные патрубки которых устанавливалась диафрагма (узкое отверстие), которая создавала сопротивление усредненным скоростям воздушного потока в пределах 15 - 20 мм вд. ст.

Такая специальная тренировка продолжалась в течение двух недель в подготовительном периоде. Ограниченное дыхание использовалось во время разминки и при пробегании кроссовых и длинных дистанций с умеренной и большой интенсивностью, но не более чем в 25 % объема этой работы.

До и после экспериментальной тренировки в обеих группах проводилось контрольное тестирование функционального состояния дыхательной мускулатуры. Для этого измерялись показатели максимальной силы инспираторных и экспираторных мышц методом пневмоманометрии (ПМ вдох и ПM выдох), объемной скорости вдоха и выдоха методом пневмотахометрии (ПТ вдох и ПТ выдох), показатели времени двигательной реакции инспираторных и экспираторных мышц (ВДР вдох и ВДР выдох).

Кроме того, определялся уровень физической работоспособности в тесте PWC 170 и показатель аэробной производительности расчетным способом.

В таблице 1. представлены результаты контрольных измерений показателей ско-ростно силовых возможностей дыхательной мускулатуры спортсменов экспериментальной и контрольной групп, осуществленных в начале и в конце экспериментальной мышечной тренировки в условиях увеличенного резистивного сопротивления дыханию.

Из представленных данных можно видеть, что в результате систематического использования в процессе физических нагрузок дозированного увеличенного резистивного сопротивления дыханию у спортсменов экспериментальной группы достоверно возросли показатели силы и скоростно-силовых возможностей дыхательных мышц.

Так показатели максимальной статической силы как инспираторных, так и экспираторных мышц статистически существенно возросли соответственно на 19,8 и 15,2 % (P < 0,05), против исходного уровня. Средние величины показателей скоростно-силовых возможностей, определяемых методом пневмотахометрии (ПТ вд. И ПТ выд.), также достоверно увеличились на 14,5 и 13,8 % (P < 0,05).

Таблица 1

Динамика скоростно-силовых показателей дыхательной мускулатуры под воздействием тренировки с увеличенным резистивным сопротивлением дыханию у юных спортсменов (x ± m)

Показатели	Экспериментальная группа (п = 6)		Контрольная группа (п = 5)
	В начале эксперимента	В конце эксперимента	В начале эксперимента	В конце эксперимента
ПМ вдох, мм рт. ст.	101,2 ± 10,3	121,3 ± 14,0*	92,0 ± 6,4	98,6 ± 9,3
ПМ выдох, мм рт. ст.	133,7 ± 5,7	154,0 ± 11,3*	132,0 ± 26,5	141,0 ± 25,1
ПТ вдох, л/с	3,93 ± 0,43	4,50 ± 0,35*	3,74 ± 0,29	3,72 ± 0,19
ПТ выдох, л/с	3,78 ± 0,32	4,30 ± 0,38*	3,92 ± 0,29	3,66 ± 0,25

Примечание: Здесь и далее различия между показателями, зарегистрированными в начале с показателями, зарегистрированными в конце экспериментальной тренировки достоверны: * - при P < 0,05; ** - при P < 0,01 (критерий знаков - Z).

Возросший уровень функционального состояния дыхательной мускулатуры у спортсменов экспериментальной группы подтверждают и результаты измерения показателей двигательной реакции инспираторных и экспираторных дыхательных мышц, которые весьма существенно укоротились в результате специальной тренировки.

Следует отметить, что ВДР экспираторных мышц укоротилось в большей мере, чем инспираторов, в ответ как на световой, так и на звуковой раздражители, соответственно (на 8,3 и 10,8% у инспираторов и 15,0 и 22,1% у экспираторов). Вероятно, это связано с тем, что существуют определенные различия между инспираторными и экспираторными мышцами. Инспираторы изначально имеют более высокий уровень функциональных возможностей. Они быстрее восстанавливаются, менее утомляемы, имеют специфическую структуру волокон, и отличаются определенными особенностями центральной организации их мотонейронов [ 7 ]. Вследствие этого увеличение функциональных возможностей у инспираторов и было в несколько меньшей степени.

В целом же, значительное уменьшение величин показателей времени двигательной реакции, по-видимому, отражает совершенствование нервной регуляции дыхательной мускулатуры (табл. 2.).

Следует особо отметить, что результаты эксперимента показали еще один важнейший эффект мышечной тренировки сочетанной с дыханием в условиях увеличенного резистивного сопротивления дыханию - существенное увеличение физической работоспособности.

В таблице 3 представлены результаты контрольного тестирования общей физической работоспособности и аэробной производительности у спортсменов обеих групп.

Средние величины физической работоспособности и аэробной производительности организма, как в абсолютных, так и в относительных величинах в экспериментальной группе статистически достоверно возросли в пределах 6,4 - 16,9 % (P < 0,05).

В тоже время, в контрольной группе, тренировавшихся в условиях свободного дыхания, изучаемые показатели не изменились или увеличились статистически не значимо.

Таблица 2

Динамика показателей времени двигательной реакции дыхательной мускулатуры под воздействием тренировки с увеличенным резистивным сопротивлением дыха- нию у юных спортсменов (x ± m)

Показатели	Экспериментальная группа (n = 6)		Контрольная группа (n = 5)
	В начале эксперимента	В конце эксперимента	В начале эксперимента	В конце эксперимента
Инспирация – свет, мс	0,303 ± 0,018	0,278 ± 0,023	0,308 ± 0,011	0,290 ± 0,013
Инспирация – звук, мс	0,280 ± 0,017	0,250 ± 0,012	0,232 ± 0,014	0,218 ± 0,015
Экспирация – свет, мс	0,340 ± 0,024	0,289 ± 0,010	0,316 ± 0,022	0,297 ± 0,016
Экспирация – звук, мс	0,318 ± 0,025	0,248 ± 0,008	0,267 ± 0,018	0,249 ± 0,017

Таблица 3

Динамика показателей физической работоспособности и аэробной производительности под воздействием тренировки с увеличенным резистивным сопротивлением дыханию у юных спортсменов (x ± m)

Показатели	Экспериментальная группа (n = 6)		Контрольная группа (n = 5)
	В начале эксперимента	В конце эксперимента	В начале эксперимента	В конце эксперимента
PWC 170 , кГм/мин	787,5 ± 104,2	921,0 ± 94,2	742,6 ± 86,6	788,8 ± 105,0
PWC 170 /вес, кГм/кг/мин	16,4 ± 1,4	18,8 ± 1,1	15,8 ± 1,0	16,3 ± 0,9
МПК, л/мин	2,58 ± 0,18	2,81 ± 0,16	2,53 ± 0,14	2,58 ± 0,18
МПК/вес, мл/кГ/мин	54,5 ± 2,2	58,0 ± 1,9	52,6 ± 2,3	54,4 ± 2,1

Эффект систематического использования дыхания с повышенным эластическим сопротивлением в тренировке спортсменов

Для выяснения эффективности использования в тренировочном процессе дыхания с повышенным эластическим сопротивлением, был организован физиологический эксперимент с участием 20 юных футболистов (13 - 14 лет). Были сформированы контрольная (9 человек) и экспериментальная (11 человек) группы практически одинаковой физической подготовленности. Тренировка продолжалась шесть недель, в течение которых обе группы тренировались по одинаковой тренировочной программе. В отличие от контрольной группы, участники экспериментальной в 10 - 25 % всего объема тренировочной работы выполняли в условиях дыхания с дополнительным эластическим сопротивлением дыхательным движениям. Для этого спортсмены опытной группы тренировались в специальных жилетах, создававших дополнительное эластическое сопротивление, степень которого подбиралась индивидуально и контролировалась уменьшением величины ЖЕЛ на 10 %.

До и после экспериментальных тренировок в контрольной и экспериментальной группах проводилось контрольное тестирование функциональных возможностей дыха- тельной мускулатуры и определение физической работоспособности юных спортсменов.

В таблице 4 представлены средние величины показателей силы и выносливости респираторной мускулатуры и внешнего дыхания у юных спортсменов экспериментальной и контрольной групп, зарегистрированные в начале и в конце экспериментальной тренировки с дополнительным эластическим сопротивлением дыханию.

Следует отметить, что систематическая тренировка при повышенном эластическом сопротивлении дыхательным движениям оказывает мощное воздействие, прежде всего на показатели силы и выносливости дыхательных мышц. В экспериментальной группе максимальная статическая сила инспираторной и экспираторной мускулатуры возросла соответственно на 28,2 и 48,8 % (P < 0,01).

Таблица 4

Динамика показателей внешнего дыхания, силы и выносливости респираторной мускулатуры у юных спортсменов экспериментальной и контрольной групп до и после тренировки с дополнительным эластическим сопротивлением дыханию (x ± m)

Показатели	Экспериментальная группа (n = 11)		Контрольная группа (n = 9)
	В начале эксперимента	В конце эксперимента	В начале эксперимента	В конце эксперимента
ПМ вд., мм рт.ст.	101,0 ± 4,3	129,5 ± 5,8**	99,4 ± 5,3	117,8 ± 8,7
ПМ выд., мм рт.ст.	128,0 ± 6,7	190,5 ± 12,5**	127,8 ± 12,4	148,3 ± 11,4
TПМ вд., с	17,6 ± 1,6	28,3 ± 2,3**	18,4 ± 1,8	19,1 ± 1,1
TПМвыд., с	20,2 ± 0,9	32,3 ± 2,8*	21,0 ± 1,9	25,0 ± 2,3
50% МВЛ, с	86,2 ± 13,3	181,3 ± 22,8**	95,2 ± 9,1	147,8 ± 27,5
ЖЕЛ, л	3,84 ± 0,16	3,97 ± 0,21	3,79 ± 0,14	3,87 ± 0,20
МВЛ, л/мин	115,3 ± 4,4	126,1 ± 4,9	116,1 ± 4,5	119,9 ± 7,1

Еще в большей степени увеличились показатели статической выносливости инспираторных (на 60,8 %, P < 0,01) и экспираторных (на 59,9%, P < 0,05) мышц. Показатель динамической выносливости респираторной мускулатуры в опытной группе возрос еще в большей мере - в среднем на 110,3 % (P < 0,01).

Вместе с тем, объемные показатели дыхательной системы (ЖЕЛ, МВЛ) изменились незначительно. Величина фактической ЖЕЛ в экспериментальной группе увеличилась в среднем на 3,4 % (P > 0,05), а величина фактической МВЛ возросла на 9,4 % (P > 0,05). Это вполне закономерно, так как ограничение дыхательных движений посредством специального жилета, создающего дополнительное эластическое сопротивление, не способствовало увеличению дыхательного объема даже при интенсивных мышечных нагрузках. В контрольной группе эти показатели менялись разнонаправленно и незначительно.

В таблице 5 представлена динамика средних величин показателей общей физической работоспособности, аэробной производительности и мышечной выносливости у юных спортсменов в экспериментальной и контрольной группах.

Как можно видеть, все показатели, отражающие уровень физической работоспособности в экспериментальной группе возросли весьма существенно. Увеличение показателя PWC 170 , рассматриваемого нами в качестве интегрального показателя физической подготовленности, произошло в среднем на 12,8 % (Р < 0,01). В контрольной группе это увеличение составило в среднем 6,3 % (см. табл. 5).

Весьма существенно в экспериментальной группе возрос показатель общей выносливости, определяемой в модифицированном тесте Купера – 6-минутный гладкий бег. Этот показатель в экспериментальной группе возрос более значительно, чем в контрольной, соответственно на 15,9 % (Р < 0,01) и 6,7 % (Р > 0,05).

Таблица 5

Динамика показателей аэробной производительности и физической работоспособности у юных спортсменов в результате тренировки c дополнительным эла- стическим сопротивлением дыханию (x ± m)

Показатели	Экспериментальная группа (n = 11)		Контрольная группа (n = 9)
	В начале эксперимента	В конце эксперимента	В начале эксперимента	В конце эксперимента
PWC 170 , кГм/мин	901,7 ± 45,3	1017,0 ± 56,5**	904,0 ± 90,5	917,0 ± 97,9
PWC 170 /вес, кГм/кг/мин	18,3 ± 0,9	18,9 ± 0,7	17,3 ± 1,0	18,1 ± 1,6
МПК, л/мин	2,85 ± 0,16	3,15 ± 0,18*	2,88 ± 0,21	3,06 ± 0,26
МПК/вес, мл/кГ/мин	55,4 ± 1,7	57,7 ± 2,0	59,8 ± 2,8	61,3 ± 3,8
6-мин бег, м	1488,4 ± 26,2	1725,6 ± 4,5**	1439,9 ± 33,2	1537,3 ± 36,9

Основой роста физической работоспособности, на наш взгляд, явилось существенное увеличение аэробной производительности у юных спортсменов экспериментальной группы. Показатели абсолютной величины максимального потребления кислорода, в экспериментальной группе возросли в среднем на 10,5 % (P < 0,05), тогда как в контрольной – на 6,2% (P > 0,05). Такой высокий прирост характеризует срочный резерв повышения аэробных возможностей организма.

Выше обозначенные положительные изменения в физической подготовленности юных спортсменов, на наш взгляд, явились следствием систематического использования в тренировке дозированного дыхания при повышенном эластическом сопротивлении, которое выступало в качестве дополнительного, к основным физическим нагрузкам, тренирующего средства.

Результаты, полученные в ходе проведения физиологических экспериментов по выяснению эффекта влияния на функциональные возможности дыхательной мускулатуры и физическую работоспособность спортсменов систематического использования дыхания с увеличенным резистивным и эластическим сопротивлением показали следующее.

При использовании в тренировке повышенного резистивного сопротивления у спортсменов экспериментальной группы достоверно возросли показатели силы и скоростно-силовых возможностей дыхательных мышц. Показатели максимальной статической силы как инспираторных, так и экспираторных мышц статистически существенно возросли соответственно на 19,8 и 15,2 % (P < 0,05), против исходного уровня. Средние величины показателей скоростно-силовых возможностей, определяемых методом пневмотахометрии, также достоверно увеличились на 14,5 и 13,8 % (P < 0,05). В результате специальной тренировки достоверно укоротились и показатели двигательной реакции инспираторных и экспираторных дыхательных мышц. Обнаружилось существенное увеличение физической работоспособности.

В результате использования в тренировочном процессе спортсменов дыхания с повышенным эластическим сопротивлением наблюдалось существенное увеличение си- лы и выносливости дыхательных мышц. В экспериментальной группе максимальная статическая сила инспираторной и экспираторной мускулатуры возросла соответственно на 28,2 и 48,8 % (P < 0,01). Еще в большей степени увеличились показатели статической выносливости инспираторных (на 60,8 %, P < 0,01) и экспираторных (на 59,9%, P < 0,05) мышц. Показатель динамической выносливости респираторной мускулатуры в опытной группе возрос еще в большей мере - в среднем на 110,3 % (P < 0,01).

Параллельно возросли показатели, отражающие уровень физической работоспособности. В экспериментальной группе увеличение показателя PWC 170 , рассматриваемого нами в качестве интегрального показателя физической подготовленности, произошло в среднем на 12,8 % (Р < 0,01). Весьма существенно в экспериментальной группе возрос показатель общей выносливости, определяемой в модифицированном тесте Купера – 6-минутный гладкий бег (в среднем на 15,9 % , Р < 0,01).

Заключение.

Таким образом, показано, что систематическая мышечная тренировка на фоне использования увеличенного аэродинамического и эластического сопротивления дыхательным потокам и дыхательным движениям, в первую очередь обеспечивает существенный рост функциональных возможностей дыхательной мускулатуры, выражающейся в достоверном увеличении силовых и скоростно-силовых показателей, укорочении времени двигательной реакции респираторных мышц. Улучшение функционального состояния дыхательной мускулатуры обусловливает значительный рост физической работоспособности и физической подготовленности спортсменов.