Потенциальные возможности организма детей, подростков и юношей при адаптации к физическим нагрузкам в спортивном плавании

Введение. Изучение адаптационного потенциала организма юных спортсменов с целью повышения спортивного мастерства, расширения функциональных резервов и сохранения здоровья является актуальной проблемой спортивной тренировки [7]. Особенно важным следует считать исследование особенностей адаптации организма к тренировочным нагрузкам в разных периодах онтогенеза, которые детерминированы уровнем энергетического обмена [1, 5, 6]. Известно, что у спортсменов в результате долговременной адаптации формируется функциональная система оптимального энергообеспечения организма и ее специфической особенностью является сопряженность разных компонентов, физиологическое значение которых на этапах возрастного развития полностью не выяснено [3]. Также недостаточно изучены многие аспекты возрастной динамики метаболических, гемодинамических и вентиляторных функций, поддерживающих оптимальный уровень аэробной производительности, особенно в условиях физических нагрузок, в которых усилено воздействие на кислородобеспечи-вающие системы [4]. Такие условия присутст- вуют в спортивном плавании, что проявляется в дополнительном сопротивлении воды на грудную клетку, задержками дыхания и изменением дыхательных режимов при плавании разными способами [11]. Поэтому адаптация к плавательным нагрузкам может быть связана с кислородным дефицитом, напряжением гомеостаза, наиболее продолжительным формированием функциональных резервов, что требует углубленного изучения приспособительных возможностей пловцов на этапах возрастного развития. В связи с этим целью работы явилось исследование функциональных возможностей основных систем организма детей, подростков и юношей при адаптации к физическим нагрузкам в спортивном плавании.

Материалы и методы. Исследование проводилось в два этапа. На первом этапе проведено лонгитудинальное исследование физического развития, работоспособности, неспецифических адаптационных реакций, где под наблюдением находились пловцы мужского пола 9–18 лет (n = 603). Далее было проведено исследование приспособительных функций основных систем, в которых приняли участие пловцы мужского пола (n = 75) этапов начальной (9–10 лет, юношеские разряды, n = 25), предварительной базовой (11–13 лет, взрослые разряды, n = 25) и специализированной базовой (14–16 лет, взрослые разряды и КМС, n = 25) подготовки. На этапах исследования применялись методы антропометрии (сантиметровая лента), динамометрии (динамометр ручной ДРП-120, Россия), спирометрии (спирометр сухой портативный ССП, Россия), велоэргометрии (велоэргометр Kettler, Германия). Определяли длину тела (ДТ), массу тела (МТ), силу мышц кисти (СМК), длину окружности грудной клетки на вдохе и выдохе (ДОКГ, см), жизненную емкость легких (ЖЕЛ), жизненный индекс (ЖИ, мл/кг = ЖЕЛ/МТ), силовой индекс (СИ, % = СМК/МТ), индекс массы тела (ИМТ, г/см = МТ/ДТ). Максимальное потребление кислорода (МПК, л/мин) и его относительные (МПК/кг, мл·мин·кг^–1) и должные величины (ДМПК, %) косвенно оценивали в тесте физической работоспособности PWC 170 [1]. При определении уровня лактата (La) и порога анаэробного обмена (ПАНО) использовали анализатор лактата LACTATEPLUS Sports (США), тест полоски на лактат Lactate Plus – Test Strips. Заборы капиллярной крови 46

из пальца проводили с использованием одноразовых ланцетов Safety. Гематологические методы включали в себя определение: лейкоцитарной формулы унифицированным методом морфологического исследования форменных элементов крови с дифференцированным подсчетом лейкоцитов, нейтрофилов сегментоядерных и палочкоядерных, эозинофилов, лимфоцитов, моноцитов (%); содержания гемоглобина в крови (г/л) унифицированным гемоглобинцианидным методом с помощью биохимического анализатора. Гемодинамическую функцию сердечно-сосудистой системы (ССС) исследовали реогра-фическим методом на реоанализаторе РА5-01 (СНГ) и регистрировали: частоту сердечных сокращений (ЧСС, уд./мин), ударный объем крови (УО, мл), минутный объем крови (МОК, л/мин), работу левого желудочка (Рбт, кгм), критерий эффективности миокарда (КЭМ, усл. ед.). Вентиляторную функцию системы дыхания (СД) исследовали спиропневмотахо-метрическим методом с помощью прибора Спиро-тест-РС (Украина) и регистрировали: частоту дыхания (ЧД, цикл/мин); жизненную емкость легких (ЖЕЛ, л); минутный объем дыхания (МОД, л/мин); дыхательный объем (ДО, мл); резервный объем вдоха (РОвд, мл); резервный объем выдоха (РОвыд, мл); пиковую объемную скорость форсированного выдоха (ПОС, л/с). Изучение газообменной функции легких проводили с помощью ра-диоизмерительного газоанализатора типа ПГА-КМ (для анализа кислорода). Определяли парциальное давление кислорода в выдыхаемом воздухе (РЕО2, мм рт. ст.), потребление кислорода (VO2, мл/мин), кислородную стоимость дыхательного цикла (VO2/f, мл/мин/цикл), уровень метаболических трат (VO2/W, мл/Вт). Все объемные показатели приведены к условиям BTPS, а показатели газов – к условиям STPD. Исследования проводили в исходном состоянии и при выполнении функциональных нагрузочных проб. В качестве стандартной пробы предлагался велоэргометрический тест ступенчато-воз-растающей нагрузки, где предусматривалось выполнение не менее 3 минут работы в следующих режимах (W): аэробный W1, ЧСС – 130–140 уд/мин), аэробно-анаэробный W2, ЧСС – 150–160 уд./мин), анаэробно-аэробный (W3, ЧСС – 170–180 уд./мин), анаэробный гликолитический (W4, ЧСС – выше 180 уд./мин). Режимы работы моделировались путем под- бора мощности нагрузки (Вт) с учетом возраста и массы тела испытуемых. В качестве специфической пробы использовали тест «дистанционное плавание» [11], в котором режимы плавания моделировали посредством дистанций разной интенсивности и продолжительности: аэробный режим – ЧСС 130–140 уд./мин, продолжительность 1 час 30 мин; аэробноанаэробный режим – ЧСС 150–156 уд./мин, продолжительность 21–23 мин; анаэробноаэробный режим – ЧСС 170–180 уд./мин, продолжительность 11–12 мин. Полученный цифровой материал обрабатывался на персональном компьютере с использованием пакета программ STATISTICA 10.0. Проверка соответствия статистических данных закону нормального распределения проводилась с помощью критерия Шапиро–Уилка. Далее вычисляли среднее значение исследуемых величин (x) и ошибку среднего арифметического (Sx). Статистически значимые различия определялись с помощью t-критерия Стьюдента, значимые различия считались при р < 0,05. Для определения коэффициента корреляции (r) проводили корреляционный анализ Спирмена. Исследование проведено на подготовительном этапе круглогодичного тренировочного процесса при добровольном информированном согласии.

Результаты исследования и обсуждение. При адаптации к физическим нагрузкам первостепенным является выявление предпосылок к изменению параметров, напрямую взаимосвязанных с активностью обменных функций. В первую очередь это касается аэробных биоэнергетических процессов, так как чем выше их активность, тем организм жизнеспособнее. В этой связи большое практическое значение, и особенно в периодах интенсивного развития организма, имеет определение индивидуального уровня МПК. Из таблицы видно, что величины МПК, рассчитанные на 1 кг массы тела пловцов и являющиеся интегральной характеристикой интенсивности окислительных процессов, возрастали в экспоненциальной зависимости от объема активно функционирующей мышечной массы и уровня обменных процессов в организме (см. таблицу). Скачки в приросте МТ и СИ наблюдались в диапазонах 12–13 и 14–15 лет (рис. 1), что оказывало существенное влияние на прирост МПК/кг. Корреляционный анализ показателей физического развития и МПК позволил определить их вклад в формирование уровня потребления кислорода на этапах онтогенеза пловцов.

Было установлено, что по мере роста и развития расширение аэробных возможностей сопровождалось уменьшением влияния антропометрических и усилением влияния функциональных показателей. В возрасте 9–10 лет выявлены статистически значимые корреляционные взаимосвязи между показателем МПК и МТ (r = 0,66), ДОКГ на вдохе и на выдохе (соответственно r = 0,88; r = 0,76), ЖИ (r = 0,49) и ЖЕЛ (r = 0,47). В 11–13 лет показатель МПК был взаимосвязан с МТ (r = 0,73), а в 14–18 лет с показателями ЖИ (r = 0,88) и СИ (r = 0,48), характеризующими резервы легких и силовые возможности мышечной ткани.

Исследования энергообеспечения мышечной работы пловцов, а именно направленности метаболических реакций в разных режимах дистанционного плавания, показали, что в высокоинтенсивном режиме W 4 сравнительно высокое значение величины La определено в группах 9–10 и 11–13 лет (соответственно 8,42 ± 0,15 и 8,83 ± 0,12 мМоль/л, р < 0,01), что говорит об усилении анаэробного звена энергообмена. Наиболее низкие темпы продукции La отмечены в группе 14–16 лет (6,18 ± 0,13 мМоль/л, р < 0,01), что свидетельствует о расширении аэробных резервов мышечной ткани и повышении возможности переносить высокоинтенсивные нагрузки [10]. Также у 14–16-летних пловцов регистрировали увеличение скорости плавания, которая при достижении ПАНО была равной 1,62 ± ± 0,02 м/с (р < 0,01), тогда как в диапазоне 9–13 лет достигала от 1,24 ± 0,03 до 1,42 ± ± 0,08 м/с. Очевидно, что одной из причин увеличения продукции La и ПАНО у 9–13летних пловцов явился ацидотический сдвиг в результате высокого циклового темпа при плавании.

Важнейшая роль в формировании условий, повышающих адаптационный потенциал организма, принадлежит системе крови и ее неспецифической резистентности к сдвигам внутренней и внешней среды. Оценка эффективности неспецифических адаптационных реакций к плавательным физическим нагрузкам показала, что для юных пловцов в возрасте 9–10 лет характерным явилась эозинофилия на фоне реакции спокойной активации, что указывает на наличие элементов напряженности в регуляции гомеостаза [2]. В более старших возрастных группах определяли формирование гармоничной реакции повышенной активации, что говорит о переходе организма на более эффективный уровень функционирования. В свою очередь было установлено, что повышение неспецифической активности организма пловцов 14–16 лет определялось усилением корреляционной зависимости между МПК и показателями системы крови – гемоглобина (r = 0,56), эозинофилов (r = –0,86), палочкоядерных нейтрофилов (r = –0,74). Установленный факт свидетельствует о тесной взаимосвязи высоких уровней неспецифической резистентности и энергетического потенциала организма.

Функциональные возможности кислород-обеспечивающих систем (ССС и СД) у пловцов разного возраста наиболее ярко проявлялись при выполнении стандартной велоэрго-метрической нагрузки в высокоинтенсивном режиме работыW4. В данных условиях наибольшая величина прироста МОК была зафиксирована у пловцов 14–16 лет при равной пульсовой стоимости работы во всех возрастных группах. Также в группе 14–16-летних пловцов определяли и наибольший «вклад» УО (41,3 ± 2,34 %, р < 0,05) в прирост МОК (рис. 2). То есть формирование наиболее экономичного (емкостного) типа гемодинамической реакции, являющегося базовой основой расширения функциональных возможностей ССС и характеризующегося увеличением доли УО, а также значительным ростом скорости кровотока, имело место в старшей возрастной группе пловцов.

В свою очередь в группе пловцов 14–16 лет повышение функциональных возможностей ССС сопровождалось увеличением с одной стороны величины РБТ, а с другой – повышением коэффициента экономичности

Показатели аэробных возможностей и пороговой мощности нагрузки у пловцов разного возраста Indicators of aerobic capacity and threshold power in swimmers of different age

Возраст Age	Показатели / Indicators (x ± Sx)
	ЧСС, уд./мин HR, bpm	Нагрузка, кг·м·мин–1 W, kg·m·min–1	МПК/кг, мл·мин–1 MOC/kg, ml·min–1	ТМПК/кг, мл·мин–1 NMOC/kg, ml·min–1	ТМПК/кг, % NMOC/kg, %
9 лет/years, n = 83	170,53 ± 0,80	461,56 ± 9,88	44,79 ± 0,78	55,25 ± 0,17	77,10 ± 1,96
10 лет/years n = 79	171,59 ± 0,44	514,46 ± 6,19	45,83 ± 0,47	57,20 ± 0,13	78,47 ± 1,06
11 лет/years n = 74	170,87 ± 0,49	570,150 ± 7,63	45,30 ± 0,39	60,020 ± 0,17	74,12 ± 0,96
12 лет/years n = 72	170,61 ± 0,42	679,19 ± 7,90	46,37 ± 0,38	59,73 ± 0,14	77,60 ± 0,82
13 лет/years n = 66	169,93 ± 0,44	825,28 ± 15,47	48,80 ± 0,57	58,69 ± 0,15	85,52 ± 1,15
14 лет/years n = 66	168,86 ± 0,50	1018,32 ± 16,44	51,50 ± 0,70	55,50 ± 0,37	93,08 ± 1,32
15 лет/years n = 60	169,56 ± 0,61	1096,09 ± 0,61	51,35 ± 0,99	53,18 ± 0,39	96,49 ± 1,92
16 лет/years n = 53	169,67 ± 0,92	1264,33 ± 27,34	54,43 ± 0,95	51,64 ± 0,42	104,20 ± 2,07
17 лет/years n = 33	168,30 ± 1,00	1423,63 ± 27,13	58,66 ± 1,33	50,54 ± 0,38	114,57 ± 2,46
18 лет/years n = 17	166,94 ± 1,28	1454,70 ± 22,32	59,33 ± 1,28	50,00 ± 0,28	117,66 ± 2,39

Примечание. ЧСС, уд./мин – частота сердечных сокращений; Нагрузка, кг·м·мин–1 – нагрузка на велоэргометре; МПК/ кг, мл·мин–1 – фактическое значение максимального потребления кислорода в зависимости от массы тела; ТМПК/кг, мл·мин–1 – требуемое значение максимального потребления кислорода в зависимости от массы тела.

Note. HR, bpm – heart rate; W, kg·m·min–1 – workload on the bicycle ergometer; MOC/kg, ml·min–1 – actual value of maximal oxygen consumption related to body weight; NMOC/kg, ml·min–1 – needed value of maximal oxygen consumption related to body weight.

200%

180%

160%

140%

120%

100%

80%

60%

40%

20%

0%

Рис. 1. Возрастная динамика прироста ИМТ (А) и СИ (Б) Fig. 1. Age dynamics of the BMI (А) and PI (Б) growth (BMI – body mass index; PI – power index)

a доля ЧСС в прирос т е МОК □ доля УО в прирост е МОК

возраст, лет

Рис. 2. Доля ЧСС и УО в приросте МОК при работе в анаэробно-аэробном режиме в исследуемых группах пловцов: 1 – 9–10 лет; 2 – 11–13 лет; 3 – 14–16 лет Fig. 2. HR (heart rate) and SV (stroke volume) contribution to BFVM (blood flow volume per minute) during the anaerobic–aerobic mode in the groups of swimmers: 1 – 9–10 years; 2 – 11–13 years; 3 – 14–16 years миокарда. Усиление нагнетательной способности сердца обеспечивалось у пловцов 14–16 лет приростом РБТ более чем в 3 раза, тогда как в группе пловцов 11–13 лет прирост этого показателя составил 33,4 ± 2,81 % (р < 0,001), а в группе 9–10 лет был равен 18,5 ± 0,94 % (р < 0,01) (рис. 3).

Исследование функций СД показало, что высокоинтенсивный режим работы оказывал воздействие на мобилизацию вентиляторной функции легких во всех возрастных группах пловцов. Так, в 9–10 лет величина МОД прогрессирующе увеличивалась с 19,30 ± 1,11 л/мин в состоянии покоя до 46,97 ± 4,19 л/мин (p < 0,01) в режиме W 4 (то есть на предельной мощности работы).

Прирост вентиляции в данных условиях осуществлялся как за счет роста величины ДО, которая снизилась до 400,0 ± 30,2 мл (p < 0,001), так и за счет увеличения ЧД, которая достигла значений 41,44 ± 4,16 цикл/мин (p < 0,01), что говорит о резистивном типе вентиляторной реакции [12]. Для пловцов в возрасте 11–13 лет также характерным явилось значительное увеличение ЧД до 40,9 ± ± 3,07 цикл/мин (p < 0,05) и снижение величины РОвыд до 70,3 ± 12,5 мл (p < 0,05). Однако величина ДО при этом увеличилась с 640,3 ± 63,6 мл в исходном состоянии до 1240,1 ± 89,6 мл (p < 0,001) в режиме W 4 . Вентиляторные реакции спортсменов старшей возрастной группы отличались значительным увеличением объемных характеристик в приросте МОД. Величина ДО возросла с 900,0 ± ± 1,0 мл в состоянии покоя до 2690,0 ± 41,0 мл

(p < 0,001) на предельной мощности нагрузки, тогда как ЧД повысилась в среднем только на 8 цикл/мин (p < 0,05). Показатели РОвд и РОвыд уменьшались пропорционально росту дыхательного объема и составили соответственно 1160,54 ± 23,41 и 830,74 ± 16,98 мл. Очевидно, что под влиянием регулярных тренировочных занятий плаванием увеличение функциональных резервов СД сопровождалось совершенствованием механизмов регуляции дыхания [8].

Также на выраженность вентиляторных реакций пловцов разных возрастных групп оказывала влияние проходимость дыхательных путей. С повышением объема воздушного потока, проходящего через легкие, увеличивалась бронхиальная проходимость, что определялось силой дыхательной мускулатуры. Сравнительно высокими возможностями для реализации метаболического запроса организма обладали пловцы 14–16 лет. ПОС, характеризующая максимальную интенсивность воздушного потока во время форсированного выдоха, в 14–16 лет была значительно выше в сравнении с 9–13 годами и возрастала по мере повышения мощности работы до 7,69 ± 0,41 л/с, p < 0,01 (рис. 4). Однако при предельной мощности работы отмечали снижение ПОС до 6,16 ± 0,5 л/с (p < 0,05), что можно связать с развивающимся утомлением дыхательных мышц. У детей 9–13 лет наблюдалась относительная стабилизация ПОС в течение всей тестовой нагрузки. Очевидно, увеличение ЧД способствовало снижению радиальнонаправленного давления, сдержи-

покой нагрузка Линейный (нагрузка)       Линейный (покой)                                           возраст, лет

Рис. 3. Показатели работоспособности левого желудочка и критерия эффективности миокарда у пловцов разного возраста в исходном состоянии покоя и в анаэробно-аэробном режиме нагрузки Fig. 3. Indicators of left ventricular performance (LVP) and myocardial performance (MP) in swimmers of different age in the initial resting state and in the anaerobic-aerobic mode

Рис. 4. Возрастная динамика максимальной объемной скорости потока воздуха при форсированном выдохе в состоянии покоя и при работе разной предельной мощности: ось абсцисс: 0 – покой, 1 – W 1 , 2 – W 2 , 3 – W 3 , 4 – W 4 ; ось ординат: 1 – 9–10 лет, 2 – 11–13 лет, 3 – 14–16 лет

Fig. 4. Age dynamics of forced expiratory flow (FEF, l/min) at rest and at work of different threshold power: X axis: 0 – rest, 1 – W1, 2 – W2, 3 – W3, 4 – W4; Y axis: 1 – 9–10 years, 2 – 11–13 years, 3 – 14–16 years

вающего спадание бронхов, следствием чего может быть уменьшение бронхиальной проходимости при форсированном дыхании [9]. Следовательно, увеличение метаболических трат в процессе выполнения ступенчато-повышающейся нагрузки не сопровождалось адекватным усилением активности респираторной мускулатуры. В этом случае можно предположить, что для спортсменов в возрасте 9–13 лет лимитирующим фактором усиления вентиляторной функции являются ограниченные функциональные возможности дыхательных мышц.

В свою очередь повышение мощности СД пловцов 14–16 лет сопровождалось ростом ее эффективности. Показатель VO2/f в этой возрастной группе при предельной мощности нагрузки составил 122,6 ± 5,1 мл/мин/цикл (р < 0,01) и значительно превышал аналогичный параметр у 9–10 и 11–13-летних пловцов (соответственно 53,9 ± 3,5 и 56,8 ± 4,8 мл/мин/цикл). Эффективность вентиляторных реакций, которую оценивали и по отношению энергетической стоимости к единице мощности выполняемой работы, в старшей возрастной группе также была выше. Наибольшие энергетические траты были зафиксированы у пловцов 9–10 лет, то есть при мощности нагрузки в 50 Вт показатель VO2/W составил у последних 45,6 ± 2,7 мл/мин/Вт. В дальнейшем, по мере взросления спортсменов и расширения функциональных резервов СД, отмечалось снижение энерготрат у спортсменов 11–13 лет до значений 26,6 ± 1,8 мл/мин (p < 0,01), а у 14–16-летних пловцов – до 20,4 ± ± 1,4 мл/мин (p < 0,01). При этом значения энерготрат у пловцов 14–16 лет не зависели от величины нагрузки и находились в диапазоне 18–20 мл/мин/Вт. Таким образом, потенциальные возможности ССС и СД в детском и подростковом возрасте в условиях физических нагрузок предельной мощности были детерминированы приспособительными реакциями, которые имели неэкономичный и малоэффективный характер.

Выводы

• 1.    Формирование аэробного потенциала пловцов в процессе спортивного совершенствования осуществляется при тесном взаимодействии с ростовыми процессами. В возрасте 9–13 лет аэробные возможности формируются при усилении взаимосвязи с антропометрическими, а в 14–18 лет – с функциональными и гомеостатическими параметрами.

• 2.    Приспособительные возможности организма пловцов 9–10 лет характеризуются наличием гомеостатического фактора напряжения, а возможности пловцов 9–13 лет при нагрузках, приводящих к увеличению ЧСС более 160 уд./мин – несовершенством механизмов регуляции метаболических, гемодинамических и вентиляторных функций. В 14–16 лет отмечается расширение функциональных возможностей кислородобеспечи-

• вающих систем, что формирует эффективные типы адаптационных реакций к высокоинтенсивным нагрузкам.