Features of endocrine, autonomic and cardiovascular hemodynamic components of stress reactivity in the body of elite athletes of different sex and age groups

Введение. В основе долговременной адаптации функциональных систем организма к физическим нагрузкам лежит оптимальное для развития функциональных возможностей изменение их реактивности к факторам утомления метаболического происхождения [8, 9]. Наиболее часто применяемым методологическим подходом в изучении проблемы оптимизации физиологической реактивности систем при адаптации к физическим нагрузкам являлось ее представление на этапах прогрессивного развития спортсменов [3, 9]. Коммерциализация спорта высших достижений явилась причиной значительного расширения возрастных границ этапов спортивной подготовки, что привело к появлению возрастных категорий спортсменов регрессивных периодов онтогенеза. Целенаправленного изучения физиологической реактивности систем высококвалифицированных спортсменов на фоне инволюционных процессов в организме высококвалифицированных спортсменов не проводилось [2].Особенно актуальными и наименее изученными в этом направлении являются вопросы, касающиеся аспекта гендерной специфики, как доминирующего физиологического фактора, формирующего различные уровни функциональных состояний и адаптационной реактивности [1, 10, 12]. В связи с этим остается не решенной научная и практическая проблема управления тренировочным процессом высококвалифицированных спортсменов на основе учета половозрастных особенностей адаптационной реактивности организма. Не достаточно определены также изменения физиологической реактивности при ее интегративной характеристике [1] с учетом вегетативных [6], гормональных [10], кардио-гемодинамических сдвигов [2, 4, 13], которые могут отобразить функциональный потенциал и характер реализации энергетических возможностей организма спортсменов в условиях специфики физических нагрузок [7], характерных для избранного вида спорта. В связи с этим целью работы явилось изучение особенностей эндокринного, вегетативного и кардио-гемодинамического компонентов стресс-реакции в организме высококвалифицированных спортсменов различных половозрастных групп в условиях срочной адаптации к физическим нагрузкам.

Методы исследований. В исследованиях приняли участие высококвалифицированные спортсмены мужского пола юношеского возраста 16-18 лет (n=123), первого периода зрелого возраста 22-26 лет (n=82) и второго периода зрелого возраста – 40-46 лет (n=86). Контингент мужчин был сформирован из числа спортсменов, представителей видов спорта с преимущественным характером циклической тренировочной нагрузки, направленной на развитие аэробной выносливости (условно обозначены группа «выносливость») и силы (условно обозначены группа «сила»). Также обследованы относительно здоровые нетренированные мужчины (n=195). Спортсменки, представительницы группы «выносливость» были разделены по характеру менструального цикла (МЦ). Группы с овуляторным МЦ составили спортсменки 16-26 лет (n=32), с ановуля-торным МЦ спортсменки 40-45 лет (n=18). Показатели спортсменок изучались в динамике менструального цикла. Концентрацию кортизола и эстрадиола в сыворотке крови определяли методом твердофазного иммунноферментного анализа с использованием наборов СтериодИФА-кортизол-01 (ЗАО «АлкорБио», Россия) и Estradiol ELISA Kit (TheCalbiotech, Inc (CBI), США). Референсные значения для эстрадиола 10-370 пг/мл, кортизола 150-760 нмоль/л. Иммунохроматографический тест на овуляцию OVUPLAN LUX использовался для ее определения. Исследование кардио-гемодинамических реакций проводили реографическим методом при помощи прибора ReoComStandart. Изучали: частоту сердечных сокращений (ЧСС, уд/мин), ударный объём крови (УОК, мл), минутный объём крови (МОК, л/мин), работоспособность левого желудочка (РЛЖ, кгм), систолическое и диастолическое артериальное давление (АД, мм рт.ст.). Вариабельность сердечного ритма (ВСР) изучали путем записи 5-минутных фрагментов ЭКГ. Анализировали статистические, спектральные и геометрические показатели: частоту сердечных сокращений (ЧСС, уд/мин); стандартное отклонение средних значений NN интервалов (SDNNi), соотношение (%) трех видов волн различной частотной характеристики: с высокочастотными колебаниями (HF), низкочастотными колебаниями (LF) и колебаниями очень низкой частоты (VLF), коэффициент вагосимпатического равновесия (LF/HF, %), моду (Мо), амплитуду моды (АМо), индекс напряжения регуляторных систем (ИН) [6]. Содержание гормонов в венозной крови, показатели кардиогемодинамики и ВСР определяли в исходном состоянии и в различных зонах интенсивности физической нагрузки по ЧСС от 130-180 уд/мин. Для достижения необходимой интенсивности ЧСС применяли велоэргометрический тест ступенчато-повышающейся мощности. Первоначальная ступень нагрузки (W1) составляла 50-80 Вт при скорости педалирования 60 об/мин в течение 4-5 минут, интенсивность по ЧСС 130-140 уд/мин. Последующие ступени нагрузки (W1, W2) увеличивали до 150-220 Вт, соответственно интенсивность по ЧСС 150-160 и 170-180 уд/мин, продолжительность работы на каждой последующей ступени до 4-5 минут [3]. Изучаемые в работе показатели регистрировались в течение 30 секунд в конце последней минуты каждой ступени нагрузки. Результаты обработаны параметрическими и непараметрическими методами математической статистики в программе “OriginPro 8.5.1”. Для определения статистически значимых различий использовали t-критерий Стьюдента и U-критерий Манна-Уитни. Статистически значимые различия считались при р<0,05. Обследованы спортсмены, не принимающие анаболические и противозачаточные препараты. Наблюдения проводились во втягивающих мезоциклах подготовительного периода при условии добровольного информированного согласия.

Результаты исследований. Определена различная амплитуда эндокринного компонента стресс реакций при интенсивности нагрузки 170-180 уд/мин у высококвалифицированных спортсменов мужского пола юношеского и зрелого возраста. Повышение содержания кортизола выявлено у спортсменов групп «выносливость» и «сила» второго периода зрелости. При этом в группе «сила» содержание кортизола значимо выше (824,7±67,23 нмоль/л против 544,34±40,00 нмоль/л, р<0,01). Отсутствие изменений в содержании кортизола выявлено у спортсменов групп «выносливость» и «сила» юношеского возраста и первого периода зрелости. Снижение содержания кортизола выявлено у нетренированных мужчин в широком возрастном диапазоне от 17-46 лет (17-18 лет покой - 334,92±39,00, нагрузка - 260,76±42,86, р<0,05; 22-26 лет покой -477,9±31,86 нмоль/л, нагрузка - 310,6±48,14, t=2,20, р<0,05; 40-46 лет покой -507,1±40,91 нмоль/л, нагрузка - 386,2±40,79, t=2,16, р<0,05).

Установлены исходный и посленагрузочный профили вариабельности (SDNNi), симпатоадреналовой активности (ИН) ваго-симпатического равновесия (LF/HF) (рис. 1). Наибольшая вариабельность ритма сердца при низких величинах симпатоадреналовой активности в покое, и при высоких величинах после нагрузки характерно для спортсменов первого периода зрелости. При этом симпато-адреналовая активность в группе «выносливость» значимо ниже относительно группы «сила». У спортсменов юношеского возраста и второго периода зрелости относительно высокий уровень сим-пато-адреналовой активности зарегистрирован в исходном состоянии и значимо не изменяется после нагрузки. При этом для спортсменов второго периода зрелости характерным является усиление вагосимпатического индекса, что особенно выражено после высокоинтенсивной нагрузки в группе «выносливость», а в исходном состоянии в группе «сила».

□ покой ■ нагрузка

Примечание: 1- группа «выносливость», 2 – группа «сила», 3 – группа «нетренированные».

Рис. 1. Динамика показателей вариабельности ритма сердца у спортсменов и нетренированных лиц мужского пола 17-46 лет, (M±m)

У нетренированных мужчин повышение симпатической активности в исходном состоянии и после интенсивной физической нагрузки наблюдается уже в первом периоде зрелости, что сопровождается повышением ИН и снижением вариабельности ритма сердца. Отмеченные тенденции усиливаются в группе «нетренированных» мужчин во втором периоде зрелости. Выявленные особенности эндокринного и вегетативного компонента стресс-реакции отражают общее функциональное состояние сердечно-сосудистой системы спортсменов. Установлено, что увеличение МОК во время выполнения дозированной физической нагрузки у спортсменов юношей групп «выносливость» и «сила» приводило к значимому повышению работы левого желудочка до 7182%, (p˂0,001). Та же тенденция отмечена у нетренированных юношей.

У спортсменов первого периода зрелости группы «выносливость» наблюдалось значимое снижение работы левого желудочка до 38%, (p˂0,01), тогда как в группе «сила» работа левого желудочка была наибольшей. В группе «нетренированных» мужчин первого периода зрелости зарегистрировано значимое увеличение работы левого желудочка до 119%, (p˂0,001), что свидетельствует о чрезмерной активации миокарда.

У спортсменов второго периода зрелости группы «выносливость» отмечено незначительное повышение РЛЖ и МОК соответственно до 7 и 27%, (p˂0,05), тогда как в группе «сила» РЛЖ увеличивалась в 5 раз меньше (до 21%, p˂0,05), чем МОК (до 108%, p˂0,001), что может свидетельствовать о низкой степени удовлетворения метаболического запроса. В группе нетренированных лиц второго периода зрелости значительное увеличение МОК сопровождалось снижением РЛЖ на 9%, (p˂0,05).У спорт- сменов юношей и первого периода зрелости в группе «выносливость» отмечены нормотонические реакции, у представителей этой группы второго периода зрелости выражен гипокинетический тип реакции. В группе «сила» в возрастном диапазоне от юношеского возраста до периода второй зрелости отмечены преимущественно гиперкинетические реакции. В группе «нетренированных» юношей преобладает нормотонический тип реакции, тогда как у нетренированных мужчин первого периода зрелости отмечены преимущественно гиперкинетические реакции. У «нетренированных» мужчин второго периода зрелости выполнение интенсивной физической нагрузки способствует повышению систолического АД до 178,9±8,45 мм.рт.ст., p<0,01 и значимому снижению диастолического АД до 59,8±4,03,p<0,05.

На уровне эндокринного компонента стресс-реакции в организме спортсменок отмечено наличие устойчивых и реактивных периодов, характеризующихся различным уровнем интенсивности стероидогенеза в динамике МЦ при выполнении дозированных по интенсивности физических нагрузок (табл. 1). У спортсменок 16-26 лет, имеющих овуляторный характер МЦ, отмечено большее количество реактивных периодов в отношении изменений продукции эстрадиола. У спортсменок 40-45 лет, имеющих анову-ляторный характер МЦ, большее количество реактивных периодов отмечено в отношении продукции кортизола. У спортсменок 16-26 лет устойчивость эндокринного компонента выражена в период с 8-9 и 26-27 день от начала МЦ, тогда как у 40-45 летних спортсменок в период с 1-3 и с 20-27 день. Уровень стресс реактивности у спортсменок 16-26 и 40-45 лет не имеет значимых возрастных различий. Эндокринная система реагирует во всех зонах интенсивности физической нагрузки.

Таблица 1

Значимые изменения (↑ повышение, ↓ снижение) в содержании эстрадиола и кортизола в организме спортсменок 16-26 и 40-45 лет в динамике МЦ при выполнении дозированных физических нагрузок различной интенсивности

Дни МЦ

17-26лет

40-45 лет

эстрадиол

кортизол

эстрадиол

кортизол

W 1

W 2

W 3

W 1

W 2

W 3

W 1

W 2

W 3

W 1

W 2

W 3

1-3

↓

↓

↓

↑

↑

↓

8-9

↓

↓

↓

↓

13-16

↑

↑

↓

↓

↓

20-22

↑

↓

↑

↓

↓

↓

26-27

↑

↓

↓

↓

↓

Примечание: W 1 - ЧСС =130-140 уд/мин; W 2 - ЧСС =150-160 уд/мин; W 3 - ЧСС =170-180 уд/мин

У спортсменок 16-26 лет показатели вариабельности ритма сердца оптимизированы в первой половине МЦ, во второй половине вариабельность снижается и, особенно, перед менструацией (рис. 2). Увеличение вагосимпатического индекса у спортсменок 16-26 лет наблюдается перед менструацией, что сопровождается значимым увеличением индекса напряжения регуляторных систем. У спортсменок 40-45 лет вариабельность, индекс ваго-симпатического равновесия в динамике МЦ значимо ниже, тогда как ИН значимо выше, в сравнении со спортсменками 16-26 лет.

Рис. 2. Особенности показателей вариабельности ритма сердца и степени напряжения миокарда в состоянии покоя (1) и после выполнения интенсивной дозированной физической нагрузки (2) у спортсменок 16-26 и 40-45 лет в динамике менструального цикла, (M±m)

Спортсменки 16-26 лет характеризуются самым низким приростом МОК и РЛЖ в предменструальный период (30 и 21%, p<0,05). У спортсменок 40-45 лет снижение в приросте МОК и РЛЖ наблюдается в период с 20-22 день от начала МЦ (соответственно 30 и 42%, p<0,05). Суммарная доля прироста работоспособности левого желудочка и минутного объема кровообращения в динамике МЦ спортсменок 16-26 лет выше относительно спортсменок 40-45 лет (соответственно 308 и 278 против 300 и 242 единиц). Это свидетельствует о снижении энергетических трат миокарда и в большей степени снижении интенсивности кровообращения у спортсменок 40-45 лет. В динамике МЦ спортсменок 16-26 и 40-45 лет отмечены нормокинетические реакции АД на интенсивную дозированную физическую нагрузку. В предменструальном периоде спортсменок 16-26 лет наблюдается значимое понижение диастолического АД до 49,4±4,30 мм. рт. ст. В группе спортсменок 40-45 лет уровень пульсового давления значимо ниже относительно спортсменок 16-26 лет.

Спортсмены высокого класса представлены в спорте высших достижений в широком возрастном диапазоне от юношеского возраста и до завершения второго периода зрелости [9]. Физиологические особенности организма в данном возрастном диапазоне характеризуются различной активностью нервного [6] и гормонального [10] контуров регуляции функций, играющих решающую роль в процессах приспособления [8]. Также доминирующим фактором, оказывающим влияние на уровень активности гормонального и нервного звеньев регуляции функций в организме, является пол человека, определяющий диморфизм адаптации [12]. В связи с этим, на разных возрастных этапах удержание высокого уровня адаптации, необходимого для высококвалифицированных спортсменов, будет достигаться за счет различных модификаций компенсаторноприспособительных реакций, в основе которых лежит оптимальное для условий среды, пола и возраста, изменение физиологической реактивности систем составляющих основу стресс-реакции. Так, у спортсменов мужского пола второго периода зрелости актив- ность эндокринного и симпато-адреналового компонентов стресс-реакции выше в сравнении с юношами и спортсменами первого периода зрелости. Усиление центрального контура регуляции стресс-реакции необходимо для увеличения гормонального стимула (значительного выброса кортизола корой надпочечников) в связи с повышенной в нем потребностью организма, особенно при нагрузках силового характера [16, 18], что, очевидно, связано с возрастным снижением уровня гликолитических и белковых источников энергии и быстрым их расходованием во время интенсивной нагрузки [5].

При многолетней тренировке стресс-реакция модифицируется в пределах известных фенотипов стайера, спринтера, микста, что связано с особенностями мышечной деятельности при работе аэробного, силового и др. характера [7]. Нами показано, что для спортсменов группы «выносливость» первого периода зрелости характерным является выраженное уменьшение мобилизации адренэргического звена регуляции адаптационной реакции к интенсивной физической нагрузке, что обусловливает эффект истинной экономизации функций [8]. Для спортсменов группы «сила» характерным является высокая амплитуда стресс-реакции, что, очевидно, связано с закрепленной на условно-рефлекторном уровне в течение длительного времени тренировок необходимостью быстрой мобилизации всех звеньев стресс-реакции при выполнении напряженных силовых нагрузок [15]. Однако во втором периоде зрелости значительное повышение интенсивности кровотока и АД сопровождается снижением ударного объема крови, что может быть вызвано утомлением миокарда [11]. Фенотип стресс-реакции группы «нетренированных» мужчин во втором периоде зрелости характеризуется падением активности эндокринного компонента стресс-реакции (снижение продукции глюкокрти-коидов), что может ограничивать резервы гликолитических источников энергии и ее потребление скелетными мышцами и миокардом [5] и обусловливать повышение напряжения центральных механизмов регуляции сердечно-сосудистой системы, падение сократительной способности миокарда [13].

Цикличность изменения активности симпатического канала регуляции, характерная для женского организма определяет степень выраженности сердечнососудистых компонентов реакций в динамике МЦ. Ослабление симпатической активности в первой половине МЦ у спортсменок 16-26 лет обусловливает оптимальные показатели вариабельности в данный период времени. Усиление симпатической активности во второй половине МЦ способствует повышению индекса напряжения регуляторных систем, снижению эффективности функций кардио-гемодинамики, что особенно выражено перед менструацией [12].

Большая активность функций стероидогенеза в отношении изменений продукции эстрадиола, обусловлена высоким уровнем активности половой функции, что подтверждается овуляторным характером МЦ [10]. При ановуляторном МЦ, что характерно для спортсменок 40-45 лет, цикличность изменений активности симпатического и парасимпатического звеньев вегетативной регуляции не обнаруживается в связи с возрастным снижением половой функции [14]. В динамике МЦ выявлено ослабление симпатической активности и усиление центрального звена регуляции сердечно-сосудистой системы в сравнении со спортсменками 26-26 лет. Очевидно, что в связи с ослаблением симпатической активности в динамике МЦ снижена и суммарная доля прироста МОК и РЛЖ. Значимое снижение величины УО во время нагрузки в период с 20-22 день от начала МЦ можно связать с гормональным дисбалансом (эстроген-прогестероновым), характерным для второй половины МЦ женщин 40-45 летнего возраста [17]. Снижение глюкокортикоидной активности у спортсменок 40-45 лет может быть обусловлено как возрастным падением уровня эстрогенов, так и ослаблением симпатической активности [10].

Выводы:

• 1.    У высококвалифицированных спортсменов-юношей первого периода зрелости установлена высокая активность вегетативного и кардио-гемодинамического компонентов стресс-реакции. Уменьшение мобилизации эндокринного, симпатоадреналового звена регуляции стресс-реакции характерно для спортсменов группы «выносливость» первого периода зрелости.

• 2.    Усиление эндокринного компонента стресс-реакции, повышение ваго-симпатического индекса и симпато-адреналовой активности, снижение эффективности и экономичности функций кардио-гемодинамики характерно для высококвалифицированных спортсменов второго периода зрелости, что в большей степени проявляется в группе «сила». Основные различия стресс-реакции высококвалифицированных спортсменов и нетренированных мужчин проявляются на уровне эндокринного компонента стресс-реакции, угнетение которого характерно для последних.

• 3.    У спортсменок 16-26 лет высокая активность функции половых желез обусловливает повышение продукции эстрадиола и кортизола во время нагрузки Усиление симпатической выражено во второй половине МЦ сопровождается повышением степени напряжения центрального звена регуляции функций сердечно-сосудистой системы снижением сократительной способности миокарда. Периодом выраженного усиления симпатической активности у спортсменок 16-26 лет является предменструальный период.

• 4.    В динамике ановуляторного МЦ у спортсменок 40-45 лет установлено снижение продукции кортизола и эстрадиола во время нагрузки, ослабление симпатической активности и интенсивности кровообращения, усиление центрального звена регуляции функций сердечно-сосудистой системы.