Специальные функциональные системы организма в циклических видах спорта

Yu.B. Korableva1, , A.S. Ushakov1, , E.A. Cherepov2, , D.M. Matyukhov2, , 0000-0002-7622-1649 E.R. Eliseeva1, , 1 South Ural State University, Chelyabinsk, Russia

Введение. Двигательная система (ДС) выполняет пусковые, рецепторные, «думающие», рефлекторные, мотонейронные, ступенчатые, транспортные функции. Аналогично нервной, выполняющей транспортную и познавательную функции, занимается переработкой информации, дифференциацией, интеграцией, что характерно для ДС, иммунологической резистентностью (ИР) [1, 2, 11]. Спорт околопредельных нагрузок вызывает нарушения в ДС, крови, метаболических, молекулярно-клеточных, психофизиологических характеристиках, состоянии соединительной ткани [10, 12].

Цель: обоснование и интерпретация звеньев специальных функциональных систем (СФС), фазового анализа, продолжительной адаптации, механизмов, параметров интегральных рейтинговых показателей, спортивной эффективности.

Материалы и методы. Исследование проводилось в олимпийских циклах в ЦОП по легкой атлетике и лыжным гонкам. Обследовались спортсмены циклических видов спорта в возрасте 18–22 лет, спортивной квалификации КМС, МС, МСМК (n = 20). Регистрация центральной и периферической гемодинамики осуществлялась на компьютерной системе «Кентавр» фирмы «Микролюкс», состав тела на аппарате Tanita BC-418, постуральный контроль – на стабилометрической системе фирмы МБН, динамика функционального состояния дыхательной и системы кровообращения – на диагностической аппаратуре SCHILLER, оценка крови, кардиопульмональной системы, газообмена, метаболического состояния – на системном анализаторе АМП. Математико-статистическая обработка материала проводилась на основе анализа данных SPSS-15.

Результаты исследования. Нами получены результаты вариабельности в лейкоцитарной формуле крови в блоке годовой спортивной подготовки в период напряженных ДД и утомления. В условиях стресса наблюдались изменения эозинофилов, повышение содержания перекисного окисления липидов (ПОЛ), кортизола, АоА, снижение концентрации IgA и повышение IgM, активация симпатоадреналовой системы.

В зависимости от реализации моторного потенциала результативность обеспечивается временными, пространственными характеристиками и ускорением, вектором силоприло-жения, СКУ, динамическим коэффициентом равновесия, скоростью ОЦД, уровнем 60%-ной мощности спектра в плоскостях, площадью

СТГ, средними положениями ОЦД в плоскостях.

В табл. 1 приведены значения компонентного состава туловища и конечностей бегунов (средние дистанции, стипль-чез), лыжников – гонщиков высшей квалификации в возрасте 18–22 лет.

В табл. 2 представлены показатели сердечного цикла у бегунов и лыжников-гонщиков.

У представителей бега на средние дистанции и стипль-чез формировались портретные характеристики СФС. Результаты постурологического контроля представлены в табл. 3.

У представителей бега звенья СКУ обусловлены особенностями бега на виражах

Таблица 1

Table 1

Компонентный состав туловища и конечностей бегунов и лыжников-гонщиков в конце базового блока подготовки (M ± m)

Segmental body composition of the trunk and limbs in runners and cross-country skiers at the end of the basic training block (M ± m)

Верхние конечности: жир, %; жир, кг; масса без жира, кг; мышцы кг Upper limbs: fat %; fat mass, kg; fat-free mass, kg; muscle mass, kg	Нижние конечности: жир, %; жир, кг; масса без жира, кг; мышцы кг Lower limbs: fat %; fat mass, kg; fat-free mass, kg; muscle mass, kg	Туловище: жир, %; жир, кг; масса без жира, кг; мышцы кг Trunk: fat %; fat mass, kg; fat-free mass, kg; muscle mass, kg
Бегуны (девушки) / Female runners
7,15 ± 0,78; 0,94 ± 0,12; 3,45 ± 0,15; 3,99 ± 0,17	9,58 ± 0,99; 1,94 ± 0,13; 9,65 ± 0,68; 9,52 ± 0,32	9,65 ± 0,96; 3,42 ± 0,31; 30,90 ± 0,82; 30,24 ± 0,80
Бегуны (юноши) / Male runners
8,22 ± 0,99; 0,24 ± 0,02; 3,00 ± 0,18; 2,80 ± 0,17	11,48 ± 1,14; 1,20 ± 0,12; 9,96 ± 0,32; 9,80 ± 0,31	10,20 ± 0,96; 3,32 ± 0,30; 32,30 ± 0,98; 28,70 ± 0,94
Лыжники (девушки) / Female cross-country skiers
12,28 ± 0,85; 0,43 ± 0,03; 2,54 ± 0,04; 2,33 ± 0,04	13,87 ± 0,87; 2,64 ± 0,15; 8,45 ± 0,10; 9,92 ± 0,12	12,30 ± 0,69; 4,65 ± 0,36; 27,38 ± 0,32; 28,95 ± 0,30
Лыжники (юноши) / Male cross-country skiers
7,55 ± 0,82; 0,33 ± 0,03; 3,88 ± 0,07; 5,96 ± 0,07	9,20 ± 0,42; 1,34 ± 0,09; 10,86 ± 0,12; 10,52 ± 0,10	8,90 ± 0,60; 3,40 ± 0,24; 34,30 ± 0,29; 32,94 ± 0,26

Таблица 2

Table 2

Показатели ЭКГ у бегунов и лыжников-гонщиков

ECG parameters in runners and cross-country skiers

Сердечный цикл Cardiac cycle	PQ	QRS	QT
Бегуны (девушки) / Female runners
0,87 ± 0,04         1	0,17 ± 0,02         1	0,07 ± 0,001        1	0,38 ± 0,002
Бегуны (юноши) / Male runners
0,88 ± 0,03         1	0,16 ± 0,01         1	0,08 ± 0,002       1	0,39 ± 0,003
Лыжники (девушки) / Female cross-country skiers
0,88 ± 0,05         1	0,17 ± 0,001        1	0,07 ± 0,001        1	0,37 ± 0,001
Лыжники (юноши) / Male cross-country skiers
1,00 ± 0,07         1	0,18 ± 0,002       1	0,09 ± 0,002       1	0,40 ± 0,002

Таблица 3

Table 3

Показатель Parameter	ОС ГО ISP EO	ПГЛ ГО HL EO	ПГП ГО HR EO	ОС ГЗ ISP EC	ПГЛ ГЗ HL EC	ПГП ГЗ HR EC
Скорость ОЦД, мм/с CoP velocity, mm/s	11,56 ± 0,42	13,94 ± 0,72	12,70 ± 0,76	18,20 ± 0,94	18,60 ± 0,99	22,00 ± 1,48
Уровень 60%-ной мощности спектра во фронтальной плоскости, Гц 60% spectral power (frontal plane), Hz	0,67 ± 0,05	0,82 ± 0,19	0,52 ± 0,04	0,48 ± 0,04	0,39 ± 0,01	0,62 ± 0,15
Уровень 60%-ной мощности спектра в сагиттальной плоскости, Гц 60% spectral power (sagittal plane), Hz	0,32 ± 0,05	0,42 ± 0,07	0,52 ± 0,10	0,59 ± 0,08	0,36 ± 0,04	0,55 ± 0,06
Площадь статокинезиограммы, мм2 Ellipse area, mm2	86,85 ± 3,98	116,22 ± 9,46	87,95 ± 6,99	142,00 ± 6,82	158,00 ± 6,92	263,00 ± 12,24
Уровень 60%-ной мощности спектра по вертикальной составляющей, Гц 60% spectral power (vertical axis), Hz	5,70 ± 0,13	5,80 ± 0,16	5,92 ± 0,14	5,80 ± 0,13	6,14 ± 0,20	6,43 ± 0,18
Показатель стабильности, % Stability parameter, %	93,80 ± 0,74	92,90 ± 0,62	93,46 ± 0,92	92,20 ± 0,50	91,96 ± 0,48	87,90 ± 1,12
Индекс устойчивости, у. е. Stability index, a.u.	35,50 ± 1,26	29,80 ± 1,26	33,64 ± 2,12	22,90 ± 1,20	23,70 ± 2,14	19,70 ± 1,12
Динамический компонент равновесия, у. е. Dynamic balance component, a.u.	64,65 ± 1,12	70,64 ± 1,40	66,42 ± 2,34	77,24 ± 1,24	76,62 ± 1,20	80,35 ± 1,24
Среднее положение ОЦД во фронтальной плоскости, мм Mean CoP position (frontal plane), mm	–3,67 ± 0,78	–3,87 ± 1,24	–0,60 ± 1,20	–3,36 ± 1,50	–3,38 ± 1,70	–2,84 ± 1,69
Среднее положение ОЦД в сагиттальной плоскости, мм Mean CoP position (sagittal plane), mm	–4,16 ± 0,40	–5,27 ± 0,98	–0,89 ± 1,39	–2,06 ± 0,70	–3,98 ± 0,76	–3,45 ± 1,36

Показатели постурологического контроля бегунов (M ± m)

Postural control parameters in trained runners (M ± m)

Примечание: ОС – основная стойка, ГО – глаза открыты, ПГП – поворот головы вправо, ПГЛ – поворот головы влево, ГЗ – глаза закрыты.

Note: ISP – initial standing position, EO – eyes open, EC – eyes closed, HR – head rotation right, HL – head rotation left.

(во фронтальной плоскости), преодолении барьеров, ямы с водой, позного бега, стипль-чеза, колебаниями центра давления в переднезаднем направлении. Позный бег в разных фазах взаимосвязан с респираторной кинетикой, фазной адаптацией и утомлением. Индекс равновесия у бегунов высшей и высокой квалификации в основной стойке существенно различался. Достоверные различия были в показателях индекса устойчивости, показателях функциональной стабильности (табл. 4).

Как следует из табл. 4, спортивная квалификация являлась определяющей при сравнении показателей СКУ: индекс равновесия, показатель функциональной стабильности, динамический компонент равновесия. В пробе Ромберга существенных различий не обнаружено, возможно, вследствие отбора по пер- спективности в группе с повышенной генетической устойчивостью. В порядке тенденции показатели пробы преобладали у МСМК.

Современные лыжные гонки обусловлены переносимостью интенсивных ДД, мощностью нагрузки в диагностическом комплексе Cardiosoft (США) с расчетом METs посредством учета потребления О 2 при заданных 10 ступенях нагрузки по 2 мин каждая и углах подъема от 2 до 11 [5]. Гипоксический тест (I-HYP) проводили на гипоксикаторе модели HIPOXICO Everest Summit II (США) с определением SPO 2 . При снижении SPO 2 до 80 % спортсмен освобождался от маски для восстановления сатурации до 95 % (время восстановления).

Получена модель связи между показателями гипоксического индекса, порогом ана-

Таблица 4

Table 4

Сравнительные данные стабилометрии у бегунов разной спортивной квалификации (M ± m) Comparative analysis of stabilometric characteristics in runners across competitive levels (M ± m)

Спортивные разряды Sports qualification categories Индекс равновесия, у. е. Balance index, a. u. Индекс устойчивости, у. е. Stability index, a. u. Динамический компонент равновесия, у. е. Dynamic balance component, a.u. Проба Ромберга, % Romberg test score, % Показатель функциональной стабильности, % Functional stability index, % МСМК MSIC 0,97 ± 0,08 32,40 ± 1,29 70,37 ± 1,80 192,70 ± 20,98 95,38 ± 0,47 КМС, МС CMS, MS 0,75 ± 0,04 35,49 ± 1,34 64,56 ± 1,44 196,22 ± 22,76 93,26 ± 0,34 Р ≤ 0,001 ≤ 0,05 ≤ 0,05 ≥ 0,05 ≤ 0,01 эробного обмена, временем работы до «отказа». Коэффициент детерминации составил 91,60 % при аккумуляции 92,40 %. Анализ уравнения свидетельствует о формировании устойчивости к гипоксии и повышении спортивной успешности. При создании гипоксии в скелетных мышцах включается процесс активации анаэробного гликолиза, ресинтеза АТФ, обусловливающего смену звеньев СФС [14, 15].

В возрасте 18–19 лет у лыжников-гонщиков завершается формирование двигательных способностей, гипоксической и статокинети-ческой устойчивости (СКУ), координации си-лоприложения конечностей, концентрированного развития локально-региональной мышечной выносливости (ЛРМВ), управления вращательными, угловыми и линейными ускорениями [6–8]. Формируются механизмы саморегуляции СКУ, ДД, пространственной, временной, динамичной структуры двигательной системы.

Факторный анализ выявил у лыжников-гонщиков рейтинговую обусловленность в следующем порядке: базовая двигательная подготовленность (43 %; r = 0,71–0,86; r = –0,80–0,93), специальная выносливость (18 %; r = 0,91–0,95), функциональная возможность кардиореспи-раторной системы (13 %; r = –0,88; r = 0,94), специальная силовая выносливость (9 %; r = 0,74–0,85), восстанавливаемость ЧСС на финише ДД и через минуту реституции (7 %; r = 0,87–0,92). Тренировочный процесс был обусловлен в специально-подготовительном блоке ДД, развивающем ЛРМВ.

Ретроспективный анализ, математические исследования вызвали необходимость на основе цифровых технологий создать интегральный рейтинговый показатель (ИРП) [3]. В во- просе прогнозирования спортивной успешности важно было представить связь параметров Дирихле и ИРП, выделить 4 группы успешности. Системная регуляция организации лыжников-гонщиков осуществляется в рейтинговом выражении в следующем порядке по величине представленных коэффициентов дискриминантных функций: УО–ЧСС–АТОЕ– RespT–RespX.

Динамичная СФС обусловливает мощность, управляющую ДД скелетных мышц, кислород- и энергообеспечение посредством механизмов центральной гемодинамики, миокарда, дыхательных мышц, периферических сосудов конечностей. Мощность при работе анаэробного обмена варьирует, составляя 70–85 % от мощности МПК, зависит от величины анаэробного порога, который достигает 5 ммоль/л и более в зависимости от фазы адаптации, интенсивности утилизации О 2 в скелетных мышцах, количества митохондрий и активности митохондриальных ферментов, эффективности аэробного обеспечения. Достижение околопредельных показателей МПК и успешной результативности может происходить за счет увеличения емкости анаэробного гликолиза.

Установлено, что увеличение мощности системы митохондрий при развитии силовой выносливости (СВ) увеличивает показатели МПК. Силовая выносливость под воздействием ДД возрастает в 3–5 раз, окислительная способность мышц – в 2 раза, МПК – не более 15 %. Силовая выносливость коррелирует с количеством митохондрий и окислительных свойств мышц, а не с МПК. Физиологические механизмы требуют пересмотра ряда показателей системы спортивной подготовки лыжников-гонщиков.

В блоке базовой подготовки применяются общефункциональные и специальные двигательные действия [9, 13]. Развивается силовая выносливость, совершенствуется техника бега на лыжероллерах, адаптация к выполнению больших объемов ДД специальной направленности, индивидуализации и персонификации позного бега, лыжных ходов. Соотношение нагрузок, развивающих ЛРМВ и специальных, составило 40 и 60 %.

Анализ звеньев СФС, в частности двигательных, нейромоторных, рецепторных, рефлекторных, молекулярно-клеточных, иммунных, показывает границы управляющих, регулирующих, распознающих, контролирующих алгоритмов, обладающих памятью, барьерными функциями, способными перерабатывать информацию, принимать адекватные решения с обратной афферентацией. При этом ЦНС не является органом, системой преобладающей, а выполняет проводниковую функцию и регулирующую, управляющую в звеньях динамичной СФС. Изучение в олимпийском цикле ИР показало ингибирование клеточного иммунитета и сдвигов центральной и периферической нервной системы, продуцирование различных цитокинов, осуществляющих иммунологический надзор.

Специально-контрольный подготовительный блок решает задачи концентрированного развития ЛРМВ, тестирующие контрольные тренировки, восстановительные мероприятия, подводящие к соревновательному блоку. В задачи соревновательного периода входит достижение пиковой фазы адаптации к главным стартам блока, максимальное развитие уровня специальной выносливости, специальной динамичной СФС.

У лыжников-гонщиков, занимающих 1-12-е места в социально значимых стартах, выявлены сильные связи между показателями кардиореспираторной системы и успешной соревновательной результативности [4]. Обследовались МС, МСМК (n = 12) и спортсмены среднего уровня рейтингового значения показателей 13-23-е места и аутсайдеры (5065-е места). Соответственно корреляции до и после соревнований в трех группах равнялись: 0,83 и 0,88; 0,72 и 0,76; 0,55 и 0,36. Аналогично коэффициент сводной корреляции составил 0,80 и 0,82; 0,66 и 0,68; 0,56 и 0,40, мощность корреляции: 1,86 и 1,88; 1,66 и 1,68; 1,36 и 1,18.

Таким образом, сильные связи сопровождались у лыжников-гонщиков успешных, средней силы в основной группе, а у аутсайдеров - слабая сила связей. У элитных спортсменов проводился спектральный анализ ЭЭГ с регистрацией биопотенциалов мозга в условиях ступенчато-возрастающей эргоспиро-метрической нагрузки на силовую выносливость. Выявлено напряжение в связи с амплитудой в-ритма с частотой 4-6 Гц.

Нагрузка 80 % максимальной мощности проводилась с частотой педалирования 70 об/мин мощностью 90, 180, 240 Вт по 2 мин каждая. Колебания ЧСС, ДД по ступеням были 186,22 ± 2,90 уд./мин; 176 мм рт. ст.; 189,86 ± 3,20 уд./мин; 175,20 мм рт. ст. и 196,24 ± 2,99 уд./мин и 174,32 мм рт. ст. На первой ступени показатели БЭА в затылочной области снизились на 22,80 %, в лобной - на 15,64 % относительно максимальной физической работоспособности. На 2-3-й ступенях показатели соответственно снизились на 27,68 и 22,34 %. Уровень БЭА коры головного мозга упал ниже фоновых на 12,60 и 9,30 % соответственно.

Результаты исследования показали, что ДД до 90 % от максимальной мощности значения ЭЭГ в затылочной и лобной областях равнялись 66,20 и 59,30 %. Сравнение компонентов БЭА в фазе 1-2 по сравнению с максимальными в затылочной и лобной зонах локализации равнялись 3,94 и 9,98 %; 19,62 и 28,94 %. В 3-й стадии снижение работоспособности в указанных областях было 44,96 и 42,78 %. Следовательно, мощные ДД с вектором силовой выносливости являются чрезмерными для динамичных звеньев СФС и могут вызвать необходимость восстановления и создания новых механизмов СФС в связи с предшествующей перегрузкой компонентов БЭА.

Заключение. Таким образом, ДД интенсивного характера вызывают во 2-й фазе снижение работоспособности, физиологически обоснованное, а в 3-й - перенапряжение БЭА, ритма и проводимости сердца. Выход за пределы референтных границ может вызвать нарушения в системе саморегуляции. Управляемый процесс воздействия на персонифицированные характеристики СФС оптимизирует мотивацию, уровень притязаний, направляе-мость психофизиологических свойств, успешность резервных возможностей.

В группе лыжников выявлены связи между показателями ИР: индекс функционального состояния и АФМн (0,65), АФНф (0,78), ИФНф (0,68); метаболизма: диастолическое давление и СМП (–0,72), ЛАННф и IgG (0,67), САД и СМП (0,67), гаммоглобулином и СМП (0,68), ретикулоцитами и СМП (0,60), гематокритом и β-клетками (0,76). Выявленные корреляции обусловили саморегуляцию звеньев СФС.

«Прицельный» характер долговременной адаптации, оценка времени достижения пиковой фазы адаптации к периоду участия в социально значимых стартах возник при использовании цифровых технологий, умения их анализировать и прогнозировать спортивную результативность.

Установлено существенное влияние вида спорта, а также психофизиологического потенциала (ПФП) и уровня здоровья спортсмена на функциональное состояние, СКУ и вестибулярного анализатора, что проявляется различной чувствительностью, реактивностью и степенью устойчивости вестибулярной системы при действии дозированных линейных, вращательных, угловых ускорений и оптокинетических возрастающих величин.

В различных блоках обследования спортсменов отмечалась определенная направленность изменений ЧСС и температуры тела. При действии угловых ускорений преобладало увеличение ЧСС, при действии оптокинетических стимуляций – снижение, действие стоп-стимулов вызывало колебания температуры тела в пределах 1–2 °С. Наибольшие изменения ЧСС и температуры тела происходили в блоках годового обследования.

Установлено, что основными критериями в оценке функционального состояния, СКУ, вестибулярного анализатора у спортсменов являются адекватность нистагмической реакции силе раздражителя, вектор связей вклада факторов, обеспечивающих референтные границы нистагма, а также степень выраженности вегетативных и сенсомоторных реакций.

Спектральные характеристики в базовом блоке подготовки в позах лежа–стоя выявили различия в показателях центральной гемодинамики лыжников – гонщиков высокой квалификации: ультранизкочастотных (УНЧ), низкочастотных (НЧ), высокочастотных (ВЧ)

(р ˂ 0,05–0,001) в начале блока и НЧ, ВЧ после блока (р ˂ 0,05–0,01). Показатели систолического артериального давления (САД) до блока в пробе ортостаза в НЧ и ВЧ снизились (р ˂ 0,05–0,001), а после существенно не изменились.

Спектральные характеристики амплитуды реоволн в начале и в конце блока достоверно повышались во всех значениях регуляции (р ˂ 0,05–0,001; р ˂ 0,05–0,01). Можно полагать, что звенья регуляции фракции выброса повышались в периферическом отделе нервной системы и гуморально-гормональных факторах, доминантно преобладающих, затем следовали корково-подкорковые и периферические.

Показатели САД обусловили активацию гуморально-гормональных звеньев при слабом участии вегетативных и барорефлекторных воздействий. При ортопробе произошло снижение НЧ-показателей (р ˂ 0,05). В регуляции периферического кровотока доминировали гуморально-гормональные факторы. Отмечался значительный вклад надсегментарных корково-подкорковых звеньев и периферических вкладов в конце блока подготовки. Сохранилось влияние НЧ-колебаний в связи с симпатическими и парасимпатическими воздействиями, барорефлекторными вкладами в регуляцию мелких сосудов при смене позы.

Итак, выявлена разнообразная мозаика регуляторных влияний кровотока при концентрированном развитии ЛРМВ, факторов верхнего среднегорья и больших тренировочных нагрузок. Обнаружен физиологический эффект сократимости миокарда, вариабельности хронотропных внутрисердечных процессов регуляции. Устойчивость хронотропной функции обусловлена факторами сравнения общей мощности спектра медленных колебаний сосудов разного калибра.

Определили положение тела в пространстве (мозжечок). Вестибулоцеребеллум управляет движениями глаз через вестибулярные ядра и контролирует позы тела через вестибулоспинальные пути. Спиноцеребеллум корректирует выполнение ДД. Понтоцеребеллум обуславливает управление ДД баллистического и целевого характера через кортико-церебелло-таламо-кортикальные СФС.