Age restruction of micro-circulator-tissue relations in young athletes

Введение. Исследования микроциркуляции находятся в центре научного интереса к сердечно-сосудистой системе, поскольку для специалистов важно понять механизмы регулирования кровотока, обмен пластическим и энергетическим материалом между кровью и тканевой жидкостью. Система микроциркуляции выступает базовой платформой для исследований в спортивной физиологии. В спорте изучение состояния микроциркуляции позволяет выявить нарушения в работе органа еще до наступления органических повреждений [10]. Современные направления в микроциркуляторных исследованиях заключаются в раскрытии молекулярных основ пластического и энергетического обмена, в исследовании сложных взаимодействий между многочисленными регуляторными механизмами, что поможет обеспечить связь между фундаментальными исследованиями, спортивной физиологией и спортивной медициной [3, 4, 7]. Конечный объект влияния физической нагрузки на организм спортсмена – русло микроциркуляции, которое во многих случаях является основной «мишенью» для разрешенных в спорте фармакологических препаратов [7]. Онтогенетическое изучение системы микроциркуляции позволяет раскрыть закономерности формирования микроциркуля- торного русла на разных этапах развития ребенка, проанализировать и установить закономерности формирования, особенности функционирования микроциркуляции, определить функциональный резерв и, следовательно, эффективную адаптацию системы микроциркуляции к современным физическим нагрузкам [1]. Причем с возрастом наблюдается перестройка механизмов регуляции микроциркуляции, что может быть связано со структурными изменениями микрососудистого русла кожи. Однако возрастные особенности регуляторных систем кожной микроциркуляции до сих пор остаются мало исследованными [4, 6]. В качестве одного из основных методов изучения состояния микроциркуляции применяется ЛДФ (лазерная допплеровская флоуметрия). Достоинством метода ЛДФ является возможность измерения микрокровотока in vivo и бесконтактно, что очень важно для тестирования микрогемодинамики в детском возрасте [2]. Данный метод позволяет оценить индивидуальную изменчивость кровотока и механизмы его регуляции.

Целью настоящего исследования явилось изучение возрастных особенностей изменения микроциркуляции у детей и подростков с разной двигательной активностью по данным ЛДФ.

Методы и организация исследования. Исследование проводилось на базе детско-юношеской спортивной школы по дзюдо и акробатике Брянской области. В исследованиях приняли участие акробаты детского возраста 8–10 лет (n=11), подросткового возраста 12–14 лет (n=12) и дзюдоисты детского возраста (n=14), подросткового возраста (n=15) мужского пола. В контрольную группу вошли мальчики в возрасте 8–10 лет (n=18) и 12–14 лет (n=16). В возрастные группы отбирались дети и подростки, посещающие секционные занятия, здоровые на момент обследования. В контрольную группу отбирались здоровые дети и подростки из тех же образовательных школ, где обучались юные спортсмены. Отбор в контрольную группу проводился с учетом весоростового индекса юных спортсменов. Состояние микроциркуляции крови оценивали посредством лазерного диагностического комплекса «ЛАЗМА МЦ» (ООО НПП «ЛАЗМА», Москва, Россия). Испытуемые в течение 10 минут находились в изолированной комнате (медицинский кабинет) ДЮСШ при температуре окружающей среды 20–23 С. Исследование проводилось в сентябре, в одно и то же время (в 15 часов), перед началом тренировочного процесса. После информирования родителей детей, участвующих в исследовании, было получено разрешение на обследование. В положении сидя после 10-минутного отдыха участок кожи ладонной поверхности 4-го пальца правой кисти подвергали зондирующему излучению гелий-неоновым лазером с длиной волны 0,638 мкм. Продолжительность записи ЛДФ-граммы составила 5 мин. Оценивали показатель микроциркуляции (ПМ, пф. ед.), уровень колебаний тканевого кровотока (флакса) - (СКО, пф. ед.), а также колебания кровотока в разных частотных диапазонах, отражающих состояние активных ((эндотелиальных (Аэ, пф.ед.), нейрогенных (Ан, пф.ед.), миогенных (Ам, пф.ед.)) и пассивных дыхательных (Ад, пф.ед.) и пульсовых (Ас, пф.ед.) механизмов регуляции микрокровотока. Методом тканевой оптической оксиметрии оценивали величину сатурации (SO2, %) гемоглобина кислородом в смешанной крови микроциркуляторного русла и показатель удельного потребления кислорода тканями (U, усл. ед.). Методом флуоресцентной спектроскопии оценивали спектральную мощность тканевых коферментов: восстановленного никотинамидадениндинукле-отида (НАДН) и окисленного флавинадениндинуклеотида (ФАД). Уровень окислительно-восстановительных реакций в митохондриях клетки оценивали по соотношению НАДН/ФАД. Переход митохондрий клетки из покоя в активное состояние сопровождается увеличением концентрации окисленных форм НАД, флавопротеинов и цитохромов (а+а3, с1,с, в) и соответствующим уменьшением концентрации их восстановленных форм [9]. Расчет всех показателей проводили с помощью специального пакета программ (версия 2.0.0.423, НПП «ЛАЗМА», Россия). Результаты представлены в виде средних величин и стандартной ошибки средней величины (M±m). Оценка достоверности различий средних величин проведена с использованием t-критерия Стьюдента. Уровень значимости считали достоверным при р<0,05.

Результаты исследования и их обсуждение. Система микроциркуляции относится к исполнительным структурам, от уровня функционирования которых зависит успешность решения организмом спортсмена профессиональных и спортивных задач. В работе проведен сравнительный анализ показателей объемного кровотока и состояния механизмов его регуляции, уровня сатурации гемоглобина крови кислородом, величины потребления кислорода рабочими органами, уровня окислительновосстановительных реакций у юных акробатов, дзюдоистов и их сверстников, не занимающихся спортом, предпубертатного и пубертатного возраста мужского пола. Как видно из таблицы, занятия спортом увеличивают у мальчиков предпубертатного возраста объемный кровоток, максимальная величина которого регистрируется у дзюдоистов (17,30±1,15 пф. ед.), что на 35% (р<0,05) достоверно выше по сравнению с юными акробатами и на 76% (р<0,05) - по сравнению с не занимающимися спортом.

Таблица

Динамика показателей микроциркуляции крови у юных спортсменов (М±m)

Примечание: * различия между спортсменами и не занимающимися спортом (р<0,05). Обозначения в таблице: перфузионная единица (пф. ед.), условная единица (усл. ед.)

В свою очередь, величина перфузии крови у акробатов на 30% (р<0,05) достоверно выше по сравнению с не занимающимися спортом. Высокая интенсивность микрокровотока у дзюдоистов, по всей видимости, обусловлена особенностями вида спорта, когда большая физическая нагрузка выпадает на мышцы верхней конечности, участвующие в захвате соперника и проведении приемов борьбы. У акробатов физическая нагрузка на верхние конечности чередуется с периодами кратковременного отдыха, что снижает потребности в выработке энергии в форме АТФ. Полученными результатами подтверждается тезис о том, что в процессе онтогенеза система микроциркуляции развивается в соответствии с растущими потребностями организма.

У мальчиков, не занимающихся спортом, показатель интенсивности микроциркуляции – минимальный, позволяющий обеспечивать рабочие органы минимумом энергетического и строительного материала, необходимого для онтогенетического развития организма. Переход от предпубертатного к пубертатному возрасту сопровожда- ется снижением интенсивности микроциркуляции по трем группам обследованных. Наиболее активное снижение на 44% (р<0,05) происходит в группе дзюдоистов. У акробатов показатель перфузии снизился на 12% и на 10% (р>0,05) - у не занимающихся спортом. С увеличением возраста и, по всей видимости, совершенствованием механизмов регуляции по трем группам происходит увеличение показателя флакса. Обращает внимание рост величины флакса в 1,9 раза (р<0,05) у подростков, занимающихся дзюдо. В группе юных акробатов показатель СКО вырос на 20%, а у не занимающихся спортом - на 3%. Рост показателей интенсивности кровотока и уровня колеблемости эритроцитов указывают на совершенствование активных механизмов регуляции микроциркуляции [3]. У дзюдоистов предпубертатного возраста максимально высокий вклад эндотелий-зависимого механизма регуляции, который на 11% выше по сравнению с акробатами и на 16% - с не занимающимися спортом.

Известно, что микроваскулярный эндотелий является ключевым модулятором вазодилатации [6, 8, 10] и вызывает изменения мышечного тонуса сосудов секрецией в кровь периодически изменяющихся концентраций путем синтеза и освобождения вазоактивных субстанций. Доминирование в вейвлет-спектре эндотелиальных осцилляций свидетельствует о дилатации артерий и крупных артериол [3], что указывает на повышение притока артериальной крови в микроциркуляторное русло. Вклад нейрогенного и миогенного механизмов регуляции практически одинаковый у испытуемых трех групп. С переходом в подростковую возрастную категорию отмечаются изменения в работе активных механизмов регуляции: у дзюдоистов-подростков вклад эндотелий-зависимого механизма не изменяется, а нейрогенного и миогенного снижается на 3% и 21% соответственно. В группе акробатов у подростков показатель Аэ понижается на 16%, нейрогенного механизма - на 30%, миогенного - на 36%. В контрольной группе Аэ колебаний повышается на 27%, Ан понижается на 24% и Ам - на 6%. Как видно из приведенных данных, независимо от вида спорта и рода деятельности в подростковом возрасте повышается активность симпатического отдела вегетативной нервной системы, что сопровождается повышением тонуса гладкомышечных клеток в стенке артериол, более мелких метартериол и прекапиллярных сфинктеров.

В результате проявления вазоконстрикторного эффекта снижается интенсивность микроциркуляции. Важными компонентами тканевой микроциркуляции являются пульсовые и дыхательные осцилляции. Ведущим механизмом движения крови по сосудам является градиент давления, который зависит от диаметра сосуда и сосудистого тонуса. При снижении тонуса микрососудов пульсовые колебания достигают вену- лярного отдела микроциркуляторного русла, а в случае его повышения осцилляции гасятся на уровне артериол и прекапиллярных сфинктеров [3, 7]. У испытуемых детского возраста, занимающихся акробатикой и дзюдо и не занимающихся спортом, величина показателя пульсовых колебаний статистически значимо не отличается. Наблюдается тенденция роста у не занимающихся спортом, при которой показатель пульсовых осцилляций на 28% выше по сравнению с акробатами и на 9% выше, чем у дзюдоистов. С переходом в подростковую группу у не занимающихся спортом величина пульсовых колебаний остается неизменной. У спортсменов амплитуда пульсовых осцилляций статистически надежно снижается: у акробатов величина снижения составляет 42%, а у дзюдоистов - 78% (р<0,05). Повышение тонуса микрососудов коррелирует с показателем микроциркуляции. Из данных таблицы хорошо видно, что у дзюдоистов выраженное снижение перфузии происходит на фоне стремительного повышения тонуса микрососудов, тогда как у акробатов незначительное снижение тонуса сопровождается малозначимым падением перфузии крови. Отрицательные корреляционные связи между пульсовыми осцилляциями и линейной скоростью капиллярного кровотока выявлены в исследованиях [3]. Осцилляции кровотока, связанные с дыханием, распространяются в микрососуды со стороны путей оттока крови и регистрируются в венулах. В их происхождении участвует присасывающее действие грудной клетки во время вдоха и центральное вегетативное взаимодействие дыхательного и сердечно-сосудистого центров [3]. Респираторные колебаний легче проникают в венулы при повышенном тонусе артериол и низком градиенте артерио-венозного давления [7]. У мальчиков предпубер-татного возраста величина дыхательных колебаний минимальная среди не занимающихся спортом. У акробатов его значение на 62%, а у дзюдоистов на 50% достоверно выше по сравнению с контрольной группой (р<0,05). В пубертатном возрасте в группе не занимающихся спортом показатель дыхательных осцилляций достоверно повышается (36%) (р<0,05), а среди спортсменов снижается на 42% (р<0,05) у акробатов и на 21% (р<0,05) у дзюдоистов. Полученные результаты свидетельствуют о том, что для общей перфузии микрососудов дыхательные колебания менее значимы по сравнению с пульсовым ритмом. Под влиянием активных и пассивных механизмов регуляции изменяется скорость потока и концентрация эритроцитов [8]. При повышении скорости эритроцитов оксигемоглобин легче диссоциирует с отсоединением молекулы кислорода с его последующей диффузией в клетки рабочих органов [10]. По данным исследования, у мальчиков предпубертатного возраста показатель сатурации кислорода в смешанной крови микроциркуляторного русла колеблется от 85,30±1,62% у не занимаю- щихся спортом до 87,8±1,69% у акробатов и 81,1±1,20% у дзюдоистов. Следовательно, при занятиях борьбой уровень насыщения крови кислородом в системе микроциркуляции минимальный и достоверно ниже на 5% (р<0,05) по сравнению с не занимающимися спортом и на 8% (р<0,05) по сравнению с акробатами, что связано с особенностями вида спорта. В борьбе дзюдо динамическая нагрузка чередуется со статической, причем она сравнительно продолжительнее нагрузки у акробатов.

С увеличением продолжительности времени занятий спортом формируется экономичность организма по использованию кислорода, тогда как у не занимающихся спортом переход к пубертатному периоду онтогенеза сопровождается достоверным снижением на 15% (р<0,05) показателя сатурации кислорода. Снижение содержания кислорода в смешанной крови связано с повышенным расходованием энергии, вызванной ростом организма в период пубертатного скачка роста. У спортсменов повышенное потребление кислорода сохраняется, но градиент снижения значимо меньше и, по всей видимости, свидетельствует о сбалансированном, гармоничном развитии организма при воздействии на него систематических физических нагрузок. Так, у акробатов-подростков показатель сатурации кислорода снижается на 5%, а у дзюдоистов – на 1% (р>0,05). У юных спортсменов в состоянии относительного покоя снижается активность окислительно-восстановительных реакций, которая оценивается по соотношению НАДН/ФАД. По данным Heikal А.А. [9], если соотношение НАДН/ФАД уменьшается, это означает, что активность митохондрий повышается в ответ на снижение содержания АТФ. По нашим данным, минимальная величина НАДН/ФАД – у детей, не занимающихся спортом. С переходом в группу акробатов величина показателя повышается на 16% и на 27% – у дзюдоистов (р<0,05). Среди подростков, не занимающихся спортом, потребление кислорода повышается, и, соответственно, усиливаются окислительно-восстановительные реакции, в результате чего величина показателя НАДН/ФАД снижается на 7%. В группе спортсменов также происходит незначительное снижение данного показателя на 4% у акробатов и на 3% у дзюдоистов. У спортсменов подросткового возраста в состоянии относительного покоя по сравнению с одногодками, не занимающимися спортом, активность окислительно-восстановительных процессов достоверно ниже на 18% у акробатов и на 32% у дзюдоистов. Выявленная закономерность согласуется с общеизвестным фактом о повышении экономичности в расходовании энергетических ресурсов у юных спортсменов под влиянием систематических физиче- ских нагрузок.

Заключение.

Таким образом, под влиянием систематических занятий дзюдо и акробатикой одновременно с расширением адаптационных границ организма юных спортсменов, что подтверждается ростом интенсивности микроциркуляции крови, в состоянии относительного покоя усиливается экономичность функционирования обменного звена. Это позволяет расширить функциональный резерв по обмену пластическим и энергетическим субстратом, необходимый в тренировочном и соревновательном процессах детей и подростков. С возрастом, по мере роста тренированности, повышается вклад аэробного источника энергообеспечения тренировочного процесса.