Физиологические механизмы повышения физической работоспособности спортсменов при использовании транскраниальной электростимуляции

O.N. Kudrja, ,

E.A. Rul, ,

Введение. Повышение физической работоспособности с использованием медикобиологических средств является одним из актуальных вопросов современной спортивной медицины. Метод транскраниальной электростимуляции импульсным током (ТЭС) представляет собой непроникающее, бескровное электрическое воздействие, которое способствует активации и стимуляции защитных механизмов мозга с последующим выделением нейромодуляторов серотонина и β-эндорфина [1, 5]. Действие данных веществ вызывает улучшение вегетативной регуляции [3], повышение физической и умственной работоспособности [8], повышение устойчивости к стрессовым ситуациям [4, 6], улучшение восстановительных и реабилитационных процессов [12].

Ряд авторов связывают эффекты ТЭС с прямым воздействием на мембранные потенциалы нейронов [12, 15], в то время как другие – с действием β-эндорфина, концентрация которого повышается под влиянием данного средства [7]. Основные противоречия возникают при обсуждении вопроса о возможности попадания β-эндорфина в кровь и спинномозговую жидкость, поскольку некоторые исследователи считают, что данный нейромедиатор не может проникать через гематоэнцефалический барьер и, соответственно, попадать в центральную нервную систему и активировать необходимые рецепторы [2, 7, 17, 20]. Вместе с тем авторы отмечают положительное действие ТЭС на организм человека [11, 19].

На сегодняшний день существует необходимость обоснования физиологических эффектов ТЭС для эффективного внедрения в спортивную практику в качестве дополнительного средства восстановления и повышения работоспособности.

Цель исследования – изучение физиологических механизмов повышения физической работоспособности спортсменов при использовании однократного сеанса транскраниальной электростимуляции.

Материалы и методы. Контингент исследования составили 28 спортсменов циклических видов спорта (лыжники-гонщики и бегуны-стайеры) мужского пола. Средний возраст 19,3 ± 2 года. Спортивная квалификация 1-й разряд (n = 22) и КМС (n = 6). Организация исследования включала в себя проведение линейного эксперимента (сравнение результатов на одной группе испытуемых): 1-е исследование – без применения сеанса ТЭС, 2-е исследование – проведение сеанса ТЭС. Интервал времени между исследованиями составил 3–5 дней.

Исследование функционального состояния спортсменов в покое включало в себя: проведение электроэнцефалографии («Ней-рон-Спектр-3», ООО «Нейрософт», Россия) с целью отбора испытуемых (критерий отбора – отсутствие эпилептической активности на ЭЭГ); обследование вегетативной регуляции (запись в положении лежа длительностью 5 минут) (АПК «Поли-Спектр», ООО «Нейрософт», Россия). Изучение состояния сердечно-сосудистой системы осуществлялось с помощью регистрации частоты сердечных сокращений и артериального давления в состоянии покоя, во время физической нагрузки и в процессе восстановления. Оценка физической работоспособности осуществлялась с использованием стандартной функциональной пробы PWC170 с дополнительной ступенью нагрузки в субмаксимальной зоне мощности (Wсуб). Сеанс ТЭС (длительность 20 минут, сила тока до 3 м/А) спортсмены проходили во второй день перед выполнением нагрузочной пробы. Данное воздействие проводилось на полипрограммном аппарате «ТРАНСАИР-5» (ООО «Центр ТЭС», Россия) в покое. Обработка результатов осуществлялась при использовании пакетов программ Statistica 6.0 и Microsoft Excel 2007. Статистический анализ проводился с использованием непараметрического метода – метода по критерию Вилкок-сона. Пороговый уровень значимости (p) при проверке достоверности результатов брался равным 0,05. Данные представлены в виде средней арифметической (М) и ее ошибки (m). Обработка результатов включала проведение факторного анализа методом главных компонент.

Результаты. Физическая работоспособность является интегральным показателем, который отражает деятельность всех систем организма и выражается в величине объема и интенсивности выполненной работы.

Оценивали работоспособность в большой (PWC 170 ) и субмаксимальной (W суб ) зонах мощности. Показатели работоспособности при ЧСС 160–170 уд./мин (PWC 170 ) отражают возможность организма выполнять физическую нагрузку в аэробных условиях, а при ЧСС > 180 уд./мин (W суб ) – в анаэробных условиях. После однократного применения сеанса ТЭС у спортсменов наблюдалось увеличение как абсолютных, так и относительных показателей физической работоспособности в разных зонах мощности (см. таблицу).

Известно, что основными системами, лимитирующими рост физической работоспособности, являются кардиореспираторная система и система энергообеспечения мышечной деятельности [9], поэтому можно предположить, что при воздействии ТЭС происходят изменения в работе именно этих систем. По мнению исследователей, механизм действия ТЭС связан с активацией защитных стресс-лимитирующих систем головного мозга и выбросом опиоидного пептида β-эндорфина [7]. В литературе представлены сведения о влиянии опиоидных пептидов на сердечную деятельность. Отмечают антиаритмический эффект опиоидов, причину появления которого исследователи связывают с изменениями функционального состояния вегетативной нервной системы [13, 18]. Действительно, после проведения сеанса ТЭС при выполнении первой и второй ступени нагрузки отмечены признаки экономизации сердечной деятельности: снижение частоты сердечных сокращений (ЧСС) на 1-й и 2-й ступенях нагрузки 111,9 ± 1,5 уд./мин → 106,5 ± 1,7 уд./мин; 155,4 ± 1,6 уд./мин → 149,5 ± 1,8 уд./мин, p < 0,01 соответственно, снижение показателя двойного произведения (ДП), косвенно отражающего потребления миокардом кислорода 155,4 ± 3,5 у. е. → 143,8 ± 3,1 у. е., 250,6 ± ± 6,7 у.е. → 239,6 ± 5,6 у.е., p < 0,01 соответственно.

Электрическая стабильность сердца при выполнении дозированной физической нагрузки может быть связана со стресс-протек-торным эффектом ТЭС, который, по мнению С.А. Радзиевского (2016), реализуется через повышение чувствительности периферических сосудов к действию нейромедиаторов (норадреналина и ацетилхолина) и увеличение дилятаторных реакций резистентных сосудов [10]. Кроме того, снижение ЧСС и САД (систолическое артериальное давление) при выполнении физической нагрузки может быть связано с прямым стимулирующим влиянием слабого электрического тока при проведении сеанса ТЭС на периферические рецепторы вегетативной нервной системы, расположенные на поверхности ушной раковины.

При выполнении третьей ступени нагрузки (W суб ) наблюдается незначительное снижение показателей ЧСС и ДП (ЧСС – 180,1 ± ± 1,7 уд./мин → 174,2 ± 2,1 уд./мин; ДП – 313,1 ± 7,1 у. е. → 303,2 ± 6,16 у. е., p < 0,05),

Показатели физической работоспособности спортсменов циклических видов спорта (M ± m) (n = 28)

Physical Performance of Cyclic Sport Athletes (M ± m) (n = 28)

Показатели / Parameter	Без ТЭС / Without TES	После ТЭС / With TES
PWC 170 (абсолютный), кгм/мин PWC 170 (absolute), kgm/min	1457,53 ± 21,62	1556,07 ± 20,32**
PWC 170 (относительный), кгм/мин/кг PWC 170 (relative), kgm/min/kg	20,57 ± 0,64	21,85 ± 0,63**
W суб. (абсолютный), кгм/мин W sub. (absolute), kgm/min	2627,5 ± 24,12	2763,0 ± 26,62*
W суб. (относительный), кгм/мин/кг W sub. (relative), kgm/min/kg	38,12 ± 0,74	39,30 ± 0,83**

Примечание. * – данные статистически значимо различаются ( p < 0,05) между показателями тестирования без проведения сеанса ТЭС и с воздействием ТЭС; ** – данные статистически значимо различаются ( p < 0,01) между показателями тестирования без проведения сеанса ТЭС и с воздействием ТЭС.

Note. * – changes between test scores with and without TES are statistically significant at p < 0.05;

** – changes between test scores with and without TES are statistically significant at p < 0.01.

что косвенно отражает тенденцию к повышению экономичности работы. Данное утверждение подтверждается значимым повышением работоспособности в анаэробных условиях после проведения сеанса ТЭС. Вероятно, проведение ТЭС влияет не только на состояние вегетативной нервной системы, но и на работу самого сердца, изменяя энергообеспечение кардиомиоцитов.

В литературе представлены данные о влиянии опиоидов на митохондриальные К АТФ -каналы [16]. В работах Grover (2000) на изолированном сердце показано, что активация К АТФ -каналов способствует сохранению более высокого уровня креатинфосфата и АТФ во время стрессорного воздействия и обеспечивает более низкую концентрацию ионов Na⁺ и Ca²⁺ в саркоплазме. Ослабление Ca²⁺-перегруз-ки может способствовать повышению электрической стабильности сердца [14].

Можно предположить, что за счет увеличения производительности дыхательной цепи митохондрий повышается эффективность использования кислорода кардиомиоцитами при выполнении физической нагрузки после проведения сеанса ТЭС, что способствует росту окислительных возможностей всего организма. Энергообеспечение мышечной деятельности при выполнении третьей ступени нагрузки в анаэробном режиме происходит за счет гликолиза. При образовании молочной кислоты происходит снижение внутриклеточного рН и активности ключевых ферментов гликолитической цепи, что приводит к снижению скорости энергопродукции и, соответственно, к снижению работоспособности в анаэробных условиях. Как известно, сердце является органом, который использует лактат в качестве основного субстрата окисления при выполнении физической нагрузки. Повышение окислительных возможностей кардиомиоцитов при использовании ТЭС способствует нормализации кислотно-щелочного равновесия, снижая концентрацию молочной кислоты, что позволяет сохранять высокий уровень физической работоспособности в условиях недостатка кислорода.

Проведение сеанса ТЭС способствовало повышению окислительных возможностей организма спортсменов, о чем свидетельствует увеличение показателя максимального потребления кислорода (МПК) на 2,7 мл/мин/кг.

Положительные эффекты применения ТЭС были отмечены в период срочного восстановления. У спортсменов после воздействия сеанса ТЭС наблюдалось ускоренное вос- становление сердечно-сосудистой системы на 5-й минуте по показателям ЧСС, ДП, САД. К 10-й минуте различия сохраняются только по показателям ЧСС, а к 20-й минуте срочного восстановления влияние ТЭС на гемодинамические показатели нивелируется.

Мы предположили, что повышение работоспособности спортсменов после воздействия ТЭС может быть связано с интеграцией деятельности физиологических систем при выполнении дозированной нагрузки. Для проверки гипотезы был проведен факторный анализ методом главных компонент. При анализе исходных показателей основная доля дисперсии выпала на показатели центральной гемодинамики (3,65 % от общей доли дисперсии), показатели периферической гемодинамики (11,87 %), показатели вариабельности ритма сердца (5,47 %). Использование ТЭС способствовало повышению вклада первого (14,08 %) и третьего (7,96 %) компонентов. Результаты факторного анализа подтверждают мнение исследователей [8] о ключевой роли эндогенной опиоидной системы (ЭОС) в реализации адаптационных процессов.

Заключение. Таким образом, мы выявили, что под влиянием ТЭС происходит активация ЭОС, которая способствует согласованной реакции различных отделов сердечнососудистой системы в ответ на физическую нагрузку, что ведет к повышению физической работоспособности и в целом адаптивных возможностей организма за счет:

• –    изменения состояния вегетативной нервной системы: снижение адренергической активности и повышение тонуса блуждающего нерва;

• –    стресс-протекторного действия ТЭС, которое реализуется через повышение чувствительности периферических сосудов к действию нейромедиаторов норадреналина и ацетилхолина и увеличение дилятаторных реакций резистентных сосудов;

• –    изменения энергообеспечения кардиомиоцитов: усиление производительности дыхательной цепи митохондрий кардиомиоцитов, что способствует использованию сердечной мышцей лактата в качестве источника энергии, нормализация кислотно-щелочного равновесия в работающих мышцах и в целом повышение окислительных возможностей организма;

• –    согласованной реакции центрального и периферического отдела кровообращения в ответ на физическую нагрузку благодаря усилению контроля со стороны вегетативной нервной системы.