Максимальное потребление кислорода и развитие функции внешнего дыхания юных велосипедистов

Введение. Проблема сохранения оптимального состояния функциональных систем организма спортсмена в условиях возрастающих физических нагрузок остается одной из самых актуальных, особенно когда речь идет о юных спортсменах, которые в отличие от взрослых вынуждены затрачивать серьезные ресурсы организма на рост и развитие, в результате резервные возможности организма оказываются ограниченными. В этих условиях процесс спортивной подготовки должен быть адекватен функционально адаптивному статусу спортсмена и способствовать укреплению функциональных резервов организма [4].

При исследовании общей работоспособности детей и подростков, занимающихся спортом, необходимо учитывать возрастные особенности становления органов и систем, энергетические потребности организма [7]. Несомненно, что ведущую роль в энергообеспечении организма играет респираторная система. При этом в научной литературе ее функциональное состояние, как правило, оценивается по показателям спирометрии в спокойном состоянии. Недостаточно внимания уделяется оценке функции внешнего дыхания юных спортсменов при пробах до отказа, особенно с прямым газо-анализом. Без подобных исследований становится затруднительно точно определить потребление кислорода организмом, то есть его энергетический баланс. Особенно это актуально для максимальных нагрузок, при которых значения ЧСС больше 170 уд/мин, и потребление кислорода перестает линейно зависеть от пульса, что делает расчет потребления кислорода затруднительным.

Таким образом, вопрос возвратных изменений функции внешнего дыхания и потребления кислорода у юных спортсменов является своевременным и актуальным, особенно для циклических видов спорта.

Цель работы: сравнительно-физиологическое исследование особенностей возрастной динамики развития респираторной системы юных спортсменов.

Материалы и методы исследования.

Исследование было проведено с участием 36 юных велосипедистов двух возрастных групп: 13–14 лет (9 мальчиков, 10 девочек) и 15–16 лет (9 юношей, 8 девушек). Принявшие участие в исследовании спортсмены занимались велоспортом с 10 лет и имели спортивный стаж соответственно 3 и 5 лет. Квалификация – от 1-го взрослого разряда до кандидатов и мастеров спорта.

Обследование проводилось на базе лаборатории физиологии развития ребенка Адыгейского государственного университета. Показатели кардиореспираторной системы фиксировались в ходе многоступенчатой нагрузочной пробы на велоэргометре под контролем ЭКГ и АД. Параметры эргоспирометрии снимались с прямым газоанализом вдыхаемого и выдыхаемого воздуха по О 2 и СО 2 . Оценивались следующие показатели: VO 2max , л/мин (мл/мин/кг) – максимальное потребление кислорода (МПК), VE, л/мин – минутная вентиляция на высоте нагрузки, VT, л – дыхательный объем на высоте нагрузки, Rf, циклов/мин – частота дыхания. В начале исследования у всех обследуемых были определены антропометрические показатели (длина и масса тела).

Статистический анализ проводился с использованием программы Statistica, достоверность различий определяли с помощью t-критерия Стьюдента.

Результаты исследования и их обсуждение.

Средние показатели длины и массы тела велосипедисток 13–14 лет составили соответственно 162±2,98 см и 56,5±4,64 кг, что согласуется с нормами, установленными Всемирной организацией здравоохранения (ВОЗ). Следовательно, можно говорить о гармоничности физического развития спортсменок рассматриваемой возрастной группы и его соответствии возрасту.

Среднее значение абсолютных показателей VO 2max 13–14-летних велосипедисток составило 2995,45±388,95 мл/мин, относительных – 49,94±7,39 мл/мин. Полученные результаты сравнивались с литературными данными. Так, по данным Рыловой Н.В. с соавт. (2014), относительная величина VO 2max в расчете на килограмм веса детей и подростков составляет 43–52 мл/мин/кг [7]. Тогда как Коц Я.М. (1998) и Фероян Э.В. (2016) отмечают, что показатели спортсменок циклических видов спорта составляют 50 мл/кг/мин, для ведущих спортсменок – 60–70 мл/кг/мин [2, 9].

Таким образом, можно утверждать, что показатели VO 2max обследованных девочек 13–14 лет превышают нормативные показатели для подростков, и сопоставимы с нормативными показателями для взрослых спортсменок циклических видов спорта. Это объясняется, по нашему мнению, тем, что у девочек наибольший прирост относительного VO 2max наблюдается в возрасте 12–13 лет. Аэробная работоспособность достигает максимума к 15 годам [7, 8].

Согласно полученным данным показатели минутной вентиляции легких (VE) у девочек 13–14 лет на пике нагрузки составили в среднем 90,83±17,70 л/мин. По данным литературы на пике спортивной физической нагрузки у тренированных лиц VE увели- чивается в несколько десятков раз и достигает максимальных значений в 120–150 л/мин и более [1]. При этом показатели дыхательного объема (VT) у спортсменок 13–14 лет находились в пределах 1,843±0,290 л, а показатели частоты дыхания (Rf) составили 49,46±8,33 циклов/мин. Это согласуется с данными литературы, согласно которым во время интенсивной работы частота дыхания может возрасти с 12–15 до 45–60 циклов в минуту, а объем воздуха, вдыхаемого и выдыхаемого в каждом из циклов, с 0,4–0,5 до 3–3,5 л и более [2, 3].

При этом общепринято считать, что специфическим ответом на физическую нагрузку является в большей мере увеличение дыхательного объема, за счет которого происходит рост легочной вентиляции, что обеспечивается большей силой и выносливостью дыхательных мышц, адаптивным увеличением проходимости дыхательных путей, увеличением растяжимости легких.

Однако из-за ограничения объема вдохов при высоких уровнях нагрузки вслед за возрастанием VT повышается и Rf [6].

Анализ полученных показателей спортсменок следующего возрастного периода 15–16 лет показал, что средние показатели длины и массы тела спортсменок составили 166±2,38 см и 53,2±3,1 кг. Таким образом, рассматриваемые антропометрические параметры соответствуют друг другу, а также возрасту обследованных, то есть физическое развитие велосипедисток данной возрастной группы является гармоничным. Следует подчеркнуть, что в этом возрастном периоде отмечается снижение массы тела относительно девочек 13–14 лет.

Абсолютные значения VO 2max велосипедисток 15–16 лет составили 2731,33±151,42 мл/мин, относительные – 49,71±3,59 мл/мин/кг. Таким образом, значения VO 2max обследованных спортсменок данной возрастной группы также согласуются с нормативными данными из литературы [1]. Необходимо отметить, что при этом абсолютные значения VO 2max спортсменок 15–16 лет ниже, чем у 13–14-летних (p<0,05), при этом относительные показатели VO 2max не имели достоверных различий, что обусловлено изменением антропометрических показателей, а именно снижением массы тела велосипедисток рассматриваемой группы.

Показатели минутной вентиляции находились в пределах 81,13±8,31 л/мин, а показатели дыхательного объема (VT) составили 1,69±0,20 л, что достоверно ниже, чем у девушек 13–14 лет (p<0,05). Показатели частоты дыхания (Rf) составили в среднем 49,02±9,69, что не отличается от показателей велосипедисток 13–14 лет. Это позволяет сделать предположение о экономизации функции внешнего дыхания и совершенствовании систем утилизации кислорода у спортсменок с возрастом.

Велосипедистки в возрасте 13–14 лет по показателям, характеризующим систему внешнего дыхания, минутной вентиляции легких, дыхательного объема, частоты дыхания и максимального потребления кислорода превосходят спортсменок 15–16 лет. Полученные результаты свидетельствует о высоком функциональном потенциале их респираторной системы. Однако более низкие спортивные результаты (по результатам соревнований и тестовых заездов) и меньшие нагрузки, достигнутые в ходе нагрузочного тестирования (у велосипедисток 13–14 лет средняя нагрузка при отказе составляла 199±3 вт, тогда как у спортсменок 15–16 лет аналогичный показатель составлял 228,7±2,5 вт (p<0,05)), позволяют сделать предположение о несовершенстве систем утилизации кислорода у спортсменок 13–14 лет, которое компенсируется за счет наращивания функций внешнего дыхания.

Необходимо подчеркнуть, что у обследованных спортсменок обеих возрастных групп имеется достаточно тесная связь между показателями физического развития и внешнего дыхания. В ходе возрастного развития вместе с морфологической перестройкой организма меняется функциональное состояние органов внешнего дыхания.

Анализ результатов исследования мальчиков-велосипедистов показал, что средние значения длины и массы тела в группе мальчиков 13–14 лет составили 168,5±5,05 см и 60,4±2,9 кг. Полученные результаты соответствуют нормам, спортсмены рассматриваемой группы физически развиты гармонично.

Абсолютные показатели VO 2max находились в пределах 3988±312,125 л /мин, относительные – 63,13±5,89 мл/мин/кг. Литературные данные утверждают, что максимальный прирост потребления кислорода и работоспособности происходит у мальчиков в 13–14 лет, что связано с прибавкой массы тела и общим интенсивным ростом [6, 7].

Показатели минутной вентиляции составили 122,60±17,28 л/мин. Значения дыхательного объема у мальчиков 13–14 лет соответствовали 2,172±0,210 л. Показатели частоты дыхания велосипедистов 13–14 лет составили 56,575±8,225 циклов/мин. При сравнении полученных данных с нормативными данными литературных источников видно, что юные спортсмены 13–14 лет практически достигают высоких показателей взрослых спортсменов.

Средние значения длины и массы тела 15–16-летних спортсменов составили 178,7±5,1 см и 63,8±3,1 кг, что укладывается в нормативные показатели и достоверно превышает показатели младшей группы.

В рассматриваемой группе получены следующие значения VO 2max : абсолютные – 4054,57±304,82 мл/мин, относительные – 63,63±4,51 мл/мин/кг. По литературным данным максимальный прирост абсолютной величины VO 2max у мальчиков происходит в 15–16 лет, а аэробная работоспособность достигает максимума к 18 годам [6,7], однако наши данные показывают, что показатели VO 2max у юных спортсменов достоверно не отличаются с возрастного периода 13–14 лет, т.е. данные показатели достигают максимальных значений на более раннем этапе онтогенеза, что также справедливо и для девочек-велосипедисток.

Показатели минутной вентиляции у 15–16-летних велосипедистов составили 130,44±27,99 л/мин. Показатели дыхательного объема находились в пределах 2,35±0,20 л. Значения частоты дыхания составили 55,757±12,550 циклов/мин. Следовательно, отмечается увеличение дыхательного объема у спортсменов 15–16 лет, по сравнению с 13-летними, при сохранении такой же частоты дыхания. Увеличение вклада дыхательного объема в общий объем легочной вентиляции является специфически адаптивным ответом организма на возрастающую физическую нагрузку, что указывает на высокий адаптивный статус и экономизацию работы респираторной системы.

Заключение . Подводя итоги проведенного исследования, можно заключить, что обнаружены значительные различия показателей внешнего дыхания между половыми группами: во всех возрастных группах данные показатели у юношей значительно превышали аналогичные показатели девушек, очевидно, это связано с большим процентом мышечной ткани на единицу массы тела у юношей.

Интересная особенность отмечена среди обследованных девушек: абсолютные показатели VO 2max , VE и VT у девушек 13–14 лет выше, чем аналогичные показатели старшей группы, что связано, по нашему мнению, со снижением массы тела у 15–16-летних спортсменок. В группе юношей масса тела с возрастом только нарастала.

В обследованных группах с возрастом отмечается изменение показателей системы внешнего дыхания, увеличение которых указывает на положительные сдвиги функционального состояния системы дыхания. Зафиксировано возрастание дыхательного объема, что является специфически адаптивным ответом организма на возрас- тающую физическую нагрузку в 15–16 лет по сравнению с 13–14-летними. Это, на фоне практически не изменяющихся с возрастом показателей VO2max, указывает на экономизацию работы респираторной системы юных спортсменов с возрастом не зависимо от пола.