Характер изменения кортизола у юношей с различным уровнем тренированности в условиях восстановления после субмаксимальной мышечной нагрузки

Введение. Изучение особенностей адаптации человека к различным факторам внешней среды является чрезвычайно важным направлением в современной физиологии в связи с необходимостью выявления механизмов, определения критериев оценки и поиска оптимальных методов повышения резервных возможностей организма.

В современном мире значительная часть человеческой популяции может быть подвержена физическому стрессу. К ней относят с одной стороны ведущих малоподвижный образ жизни легко утомляемых людей с ограниченными компенсаторно-приспособительными возможностями. С другой – людей активного образа жизни и профессиональных спортсменов. В условиях физической нагруз- ки, неадекватной функциональным возможностям организма, данные категории лиц могут быть подвержены повреждающим эффектам стресса и срыву адаптации [4, 6, 7, 12].

В формировании подобных эффектов большое значение отводится гормонам, принимающим участие в реализации стрессорных адаптационных изменений, в том числе стероидному гормону пучковой зоны коры надпочечников кортизолу [11, 15].

Кортизол является основным глюкокортикоидом: на него приходится 95 % активности всех гормонов данного ряда [14, 19]. С точки зрения оказываемого на организм биологического эффекта, кортизол является «обоюдоострым мечом», который с одной стороны является необходимым компонентом адаптации к любому виду стресса, а с другой становится причиной серьезных проблем со здоровьем при своем избытке. Концепция ал-лостатической нагрузки подразумевает, что в эффектах стероидов существует парадокс: в краткосрочной перспективе они осуществляют защиту, но в долгосрочной могут нанести ущерб, если аллостатическая, то есть способствующая адаптации реакция, оказалась неэффективной [13].

С позиции физиологии спорта, во время интенсивной физической работы необходимо повышение уровня кортизола, так как запасы углеводов при мышечной деятельности быстро истощаются. Для дальнейшего образования энергии используются свободные жирные кислоты, ускорению окисления которых способствует кортизол [ 9, 11]. Кроме того, кортизол усиливает катаболизм белков, освобождая аминокислоты для глюконеогенеза, который реализуется в печени [9, 14, 18]. Также кортизол стимулирует активность симпато-адрена-ловой системы, что может прямо или опосредованно отразиться на состоянии органов и функциональных систем организма [4, 10]. Таким образом, кортизол выполняет мобилизационную функцию, направленную на использование ресурсов для энергетического обеспечения работающих мышц при интенсивной работе [2, 14, 19]. Вместе с тем, при перетренированности спортсменов, которая сопровождается стойким повышением уровня кортикостероидов, возникает дисбаланс нейроэндокринной системы, что может привести к повреждению мышечных волокон, снижению запаса гликогена, замедлению процессов восстановления и регенерации, снижению иммунной защиты, ухудшению психологического статуса, что неизбежно ведет к ухудшению спортивных результатов [1].

Накопленный к настоящему времени материал об изменении уровня глюкокортикоидов в ответ на физическую нагрузку является во многом противоречивым. Исходя из этого, сформулирована цель настоящего исследования, заключающаяся в изучении изменений кортизола в крови в ответ на мышечную нагрузку и в процессе восстановления после нее у юношей с различным уровнем тренированности. Знание гормональных механизмов адаптации открывает путь к выявлению эффективных мер укрепления здоровья и профилактики патологических состояний.

Материал и методы. В исследовании приняли участие мужчины в возрасте от 17 до 23 лет. По условиям работы все обследуемые разделены на три группы.

Первую группу составили спортсмены высокой квалификации (кандидаты в мастера спорта, мастера спорта), развивающие скоростно-силовые качества, тренирующиеся преимущественно в анаэробном энергетическом режиме – единоборцы (18 человек). Во вторую группу вошли спортсмены высокой квалификации (1 взрослый разряд, кандидаты в мастера спорта, мастера спорта), развивающие качество выносливости, тренирующиеся преимущественно в условиях аэробного энергообеспечения – лыжники, биатлонисты и легкоатлеты (18 человек). Третья группа, являющаяся контрольной, представлена относительно здоровыми мужчинами, уровень повседневной двигательной активности которых определялся занятиями физической культурой в объеме вузовской программы (16 человек).

В качестве модели острого мышечного напряжения на разных этапах исследования предлагалась 30-минутная и 60-минутная ве-лоэргометрическая нагрузка из расчета 2 Вт на килограмм массы тела для групп спортсменов и 1,5–2 Вт для представителей группы контроля ввиду их нетренированности. В состоянии покоя, а также в условиях реституции после воздействия субмаксимальной мышечной нагрузки (сразу после нагрузки, после часа восстановления) производился забор крови из вены. Полученная кровь центрифугировалась для отделения сыворотки и определения в ней концентрации кортизола методами иммуно-ферментного анализа. Все исследования проводились в утреннее время натощак. За двое суток до проведения исследования спортсмены освобождались от тренировок. Использованное оборудование: велоэргометр Aerofit MaxFit B7, биохимический анализатор BIO-RAD 550, набор для определения гормонов Кортизол-ИФА-БЕСТ.

Все исследования проводились при наличии письменного согласия обследуемых и с учетом биоэтических норм. Статистический анализ проводили с использованием t-критерия Стьюдента. Взаимосвязь параметров оценивали путем расчета коэффициента корреляции (r) Пирсона при уровне безошибочного прогноза более 95 % (p < 0,05).

Результаты. Значения содержания кортизола в сыворотке крови обследуемых в среднем по группам представлены в табл. 1.

Развивающиеся в организме адаптационные реакции, независимо от уровня тренированности, возраста и параметров физической нагрузки, могут иметь и выраженные индивидуальные особенности [4, 17]. В связи с этим, нами изучены индивидуальные особенности изменения содержания кортизола в сыворотке крови при выполнении физической работы (табл. 2).

Для всех групп обследуемых этапа 30минутной велоэргометрической нагрузки отмечено достоверное снижение (р < 0,05) кортизола спустя час восстановительного периода. То же справедливо для спортсменов группы скоростно-силовых качеств, получивших велоэргометрическую нагрузку продолжительностью в 60 минут. В остальных группах этапа часовой мышечной нагрузки (качество выносливости, контроль) отмечен достоверный рост (р < 0,05) уровня кортизола.

Физиологической нормой содержания кортизола в крови принято считать концентрацию 190–690 нмоль/л. Рассматривая полу- ченные результаты с этой позиции, отмечено, что у большинства обследуемых, получивших 30-минутную велоэргометрическую нагрузку, и у всех обследуемых группы скоростносиловых качеств этапа 60-минутной нагрузки, в состоянии покоя установлено значительное превышение нормы (табл. 3).

Примечательно, что у обследуемых с фоновым превышением нормы кортизола сразу после нагрузки отмечено снижение его уровня в 77 % случаев (24 из 31), в 94 % (29 из 31) случаев наблюдали уменьшение концентрации кортизола спустя час процесса реституции.

Обсуждение. В нормальном состоянии кортизол высвобождается характерным пульсирующим образом согласно циркадному ритму в тесной зависимости от АКТГ. В норме ранним утром и днем выявляются некоторые межличностные различия, которые зависят от количества сна, любых изменений освещения, режима питания, а также физического и нервно-психического напряжения или болезней [14, 16].

В настоящее время известно, что физический стресс принадлежит к ряду наиболее мощных и распространенных природных стимулов,

Таблица 1

Table 1

Средняя концентрация кортизола в крови обследуемых, нмоль/л

(n = 190–690 нмоль/л)

Average concentration of blood cortisol, nmol/L (n = 190–690 nmol/L)

Мышечная нагрузка продолжительностью 30 мин 30-minute muscular load
Показатель Indicator	Скоростно-силовые качества Speed-strength qualities (n = 10)	Качество выносливости Endurance (n = 10)	Контроль Control group (n = 8)
Фоновые значения Baseline values	894,9 ± 54,2	870,3 ± 60,8	844,0 ± 89,0
Мышечная нагрузка Muscular load	890,9 ± 73,3	744,4 ± 61,0	776,6 ± 63,1
Восстановление 60 мин Recovery 60 min	640,7 ± 54,8**	601,2 ± 53,8*	585,9 ± 77,8*
Мышечная нагрузка продолжительностью 60 мин 60-minue muscular load
Показатель Indicator	Скоростно-силовые качества Speed-strength qualities (n = 8)	Качество выносливости Endurance (n = 8)	Контроль Control group (n = 8)
Фоновые значения Baseline values	1068,0 ± 118,2	536,1 ± 31,7	543,0 ± 6,9
Мышечная нагрузка Muscular load	581,3 ± 45,9*	784,4 ± 69,0*	813,1 ± 139,1
Восстановление 60 мин Recovery 60 min	616,7 ± 71,2*	1080,5 ± 58,1**	866,5 ± 113,0*

Примечание. **р < 0,05 относительно фона и мышечной нагрузки, *р < 0,05 относительно фона.

Note. **р < 0.05 relative to baseline values and muscular load, *p < 0.05 relative to baseline values.

Таблица 2

Table 2

Показатель Indicator	Мышечная нагрузка Muscular load		Восстановление 60 мин Recovery 60 min
	Увеличение (кол-во случаев, %) Increase (number of cases, %)	Уменьшение (кол-во случаев, %) Decrease (number of cases, %)	Увеличение (кол-во случаев, %) Increase (number of cases, %)	Уменьшение (кол-во случаев, %) Reduction (number of cases, %)
Мышечная нагрузка продолжительностью 30 мин 30-minute muscular load
Качество выносливости Endurance (n = 10)	10	90	0	100
Скоростно-силовые качества Speed-strength qualities (n = 10)	50	50	10	90
Контроль Control group (n = 8)	38	62	13	87
Мышечная нагрузка продолжительностью 60 мин 60-minute muscular load
Качество выносливости Endurance (n = 8)	87	13	100	0
Скоростно-силовые качества Speed-strength qualities (n = 8)	13	87	0	100
Контроль Control group (n = 8)	63	37	87	13

Таблица 3

Table 3

Мышечная нагрузка продолжительностью 30 мин 30-minute muscular load
Показатель Indicator	Скоростно-силовые качества Speed-strength qualities (n = 10)	Качество выносливости Endurance (n = 10)	Контроль Control group (n =8)
Фоновые значения Baseline values	9	8	6
Мышечная нагрузка Muscular load	8	5	4
Восстановление 60 мин Recovery 60 min	3	4	1
Мышечная нагрузка продолжительностью 60 мин 60-minue muscular load
Показатель Indicator	Скоростно-силовые качества Speed-strength qualities (n = 8)	Качество выносливости Endurance (n = 8)	Контроль Control group (n =8)
Фоновые значения Baseline values	8	0	0
Мышечная нагрузка Muscular load	1	6	5
Восстановление 60 мин Recovery 60 min	1	8	6

Индивидуальные изменения содержания кортизола относительно фона в процессе восстановления

Individual changes of cortisol content relative to baseline values during recovery

Количество обследуемых, у которых зафиксировано превышение нормы содержания кортизола в сыворотке крови Number of participants with excessive baseline cortisol levels

влияющих на все функции организма [10]. Причем нейроэндокринная система первой реагирует на физические воздействия проявлением адаптационных реакций (особенно во время срочной адаптации и, в частности, на ее повреждающей стадии) [6, 17]. Такой реакцией является гиперактивация стресс-реализующих систем (гипоталамо-гипофизарно-надпочеч-никовой и адренергической), вызывающей значительное по величине и длительности высвобождение соответствующих гормонов, в том числе глюкокортикоидов, обладающих прессорным и катаболическим эффектами [4, 18].

Однако наши исследования показали, что при фоновом превышении нормы кортизола, как в нетренированном, так и в тренированном организме, наблюдается преимущественное снижение глюкокортикоидной активности коры надпочечников. Данное снижение на применяемые физические воздействия может быть обусловлено повышенной реактивностью ЦНС, сопровождающейся запредельным торможением. Так, при обсуждении основных положений теории адаптивного реагирования было отмечено: «Нельзя себе представить реактивную возбудимость, которая не была бы ограничена торможением. До определенного момента возрастание силы внешнего агента ведет к возбуждению реактивных структур. Однако реактивные возможности живых систем не беспредельны. Поэтому чрезмерно сильное или чрезмерно длительное раздражение вызывает запредельное торможение, которое спасает реактивные структуры от истощения и гибели» [4, 17]. Также А.А. Виру [3], А.П. Исаев [5] указывали на снижение продукции глюкокортикоидов в связи с физической нагрузкой, вызывающей переутомление.

Рассмотрим с этих позиций полученные нами результаты. Исследование проводилось в утренние часы (с 8 до 10 ч). Уровень кортизола в соответствии с суточным ритмом колебаний в это время близок к максимальному. Следовательно, повышенный уровень кортизола в крови может быть обусловлен комплексом факторов, таким как: биоритм, недостаток сна, нарушение режима питания (проведение исследований натощак), физическое и нервно-психическое напряжение, осеннее уменьшение продолжительности светового дня. Для групп спортсменов может быть справедлива условнорефлекторная готовность организма к предстоящей физической нагрузке, так как данное время суток в тренировоч- ном режиме соответствует началу утренней тренировки [8]. Кроме того, нельзя исключать вероятность наличия у обследуемых явлений перетренированности и срыва адаптации, при которых наблюдается стойкое повышение активности гипоталамо-гипофизарно-надпочеч-никовой оси. Снижение уровня кортизола после физической нагрузки следует, вероятно, считать положительной реакцией, поскольку длительное и стойкое повышение его в крови по прекращению нагрузки препятствует восстановлению организма [8].

Адекватная реакция на физическую нагрузку, обусловленная повышением содержания кортизола в крови и «переключением» метаболизма на катаболические процессы в связи с увеличением энерготрат [4], отмечена у представителей групп контроля и выносливости этапа 60-минутной нагрузки. Эффект от субмаксимальной велоэргометрической нагрузки продолжительностью 60 минут оказался достаточно серьезным для роста уровня кортизола даже спустя один час процесса восстановления.

Таким образом, характер изменения кортизола в крови спортсменов в ответ на дозированную физическую нагрузку может быть использован для оценки адаптационных резервов и готовности к соревновательной деятельности. По динамике этого показателя можно судить о риске формирования переутомления, что позволит вовремя провести профилактические мероприятия и не только повысить результативность спортивной деятельности, но и сохранить здоровье спортсменов [8].

Заключение. При анализе индивидуальных реакций организмов обследуемых различного уровня тренированности удалось установить неоднозначность ожидания увеличения уровня кортизола в ответ на субмаксимальную мышечную нагрузку. При повышенной фоновой концентрации гормона в результате мышечной работы наблюдали снижение его уровня независимо от специфики тренированности и продолжительности выполнения упражнения.

Мы предполагаем возможность наличия максимально переносимого уровня кортизола, при достижении которого запускаются процессы протективного торможения, предотвращающие чрезмерную нагрузку, а также повреждение органов и тканей организма. При повышенном фоновом уровне глюкокортикоида, данный порог быстро достигался в процессе выполнения упражнения, после чего, в результате торможения активности гипоталамо-гипофизарно-надпочечниковой оси, происходило уменьшение концентрации кортизола в крови. В связи с этим регистрировалось снижение уровня гормона относительно фона сразу после нагрузки и спустя час процесса реституции.

Вызывает опасения зарегистрированный уровень кортизола представителей группы скоростно-силовых качеств этапа исследования 60-минутной нагрузки. В данной группе отмечено значительное превышение фоновой активности глюкокортикоидной функции (1068 ± 118,2 при верхней границе нормы 690 нмоль/л) и резкое ее снижение после выполнения упражнения (581,3 ± 45,9, р < 0,05). Это может быть связано с напряжением функций стресс-реализующих систем организма в условиях регулярного применения силовых нагрузок, вызывающих значительное увеличение энерготрат [4], состояниями пере-тренированности и срыва адаптации.

У большинства представителей групп контроля и выносливости, получивших 60минутную велоэргометрическую нагрузку, чей уровень кортизола в покое был в пределах нормы, отмечено увеличение его уровня, что является адекватной реакцией на мышечный стресс, вызывающий «переключение» метаболизма на катаболические процессы. Однако одного часа процесса восстановления оказалось недостаточно для возвращения гормона к фоновому уровню. Увеличение отмечено, в том числе, для группы выносливости, представители которой адаптированы к нагрузкам циклического характера.

Исходя из вышесказанного, можно сделать вывод, что величина и направленность изменений функциональной активности пучковой зоны коры надпочечников (и, соответственно, содержания продуцируемого ею кортизола) демонстрирует определенную зависимость от фонового уровня гормона, наличия адаптационных резервов, а также интенсивности физической нагрузки.

Дальнейшее исследование гормональной реакции организма на мышечный стресс может лечь в основу универсального метода, позволяющего в полной мере оценить состояние здоровья, функциональные резервы и адаптированность к действию стресс-фактора в зависимости от индивидуальных особенностей организма, а также давать рекомендации по проведению оздоровительных процедур и построению тренировочного процесса.

Исследование проведено при финансовой поддержке Фонда содействия развитию малых форм предприятий в научно-технической сфере по программе «УМНИК».