Научный журнал
Фундаментальные исследования
ISSN 1812-7339
"Перечень" ВАК
ИФ РИНЦ = 1,074

ПАРАМЕТРЫ ЭРГОСПИРОМЕТРИИ ПРИ БРОНХОСПАЗМЕ ФИЗИЧЕСКОЙ НАГРУЗКИ, ВЗАИМОСВЯЗЬ ПОКАЗАТЕЛЕЙ КАРДИОРЕСПИРАТОРНОГО ТЕСТИРОВАНИЯ С ФРАКЦИЕЙ NO В ВЫДЫХАЕМОМ ВОЗДУХЕ У ЛЫЖНИКОВ И БИАТЛОНИСТОВ

Никитина Л.Ю. 1 Петровский Ф.И. 1 Соодаева С.К. 2
1 БУ ВО ХМАО-Югры «Ханты-Мансийская государственная медицинская академия»
2 ФГБУ «НИИ пульмонологии» ФМБА России
Изучены параметры эргоспирометрии у лыжников и биатлонистов с бронхоспазмом, вызванным физической нагрузкой, а также исследована взаимосвязь между данными показателями и интенсивностью респираторной продукции NO в данных видах спорта. Обследовано 52 лыжника и биатлониста в возрасте 18,8 ± 0,6 лет. Эргоспирометрическое исследование выполнялось на аппарате Oxycon Mobile (Jaeger, Германия) с использованием тредмил-теста. Для выявления БФН исходно и через 1, 5 и 10 минут после нагрузочного теста проводилась форсированная спирометрия. Определение фракции NO в выдыхаемом воздухе (NOвыд) также выполнялось до и после нагрузки. В группе спортсменов мужского пола выявлены достоверно большие эргоспирометрические показатели (VE, VO2). Определена взаимосвязь некоторых показателей, характеризующих аэробную емкость, с NOвыд у спортсменов (VO2, мл/мин/кг & NOвыд, rs = 0,4; p < 0,05; VO2/ЧСС, абс & ΔNOвыд, rs = –0,5; p < 0,05). Спортсмены с БФН продемонстрировали достоверно большие показатели VE на уровне анаэробного порога и VO2/ЧСС, %. Установлено пороговое значение VE (АП) = 110 л/мин, превышение которого может рассматриваться в качестве дополнительного параметра скрининга БФН при прогностической ценности отрицательного результата 71,4 %. Заключение. Спортсмены с уровнем минутной вентиляции на уровне анаэробного порога 110 л/мин и более формируют группу риска по развитию БФН. Определена положительная взаимосвязь между параметрами аэробной производительности и фракцией NO в выдыхаемом воздухе.
спортсмены
бронхоспазм физической нагрузки
фракция NO в выдыхаемом воздухе
эргоспирометрия
1. An Official American Thoracic Society clinical practice guideline: exercise-induced bronchoconstriction. Am J Respir Crit Care Med 2013; 187(9): 1016–1027.
2. Weiler J.M., Anderson S.D., Randolph C. Pathogenesis, prevalence, diagnosis, and management of exercise-induced bronchoconstriction: a practice parameter. Joint Task Force of the American Academy of Allergy, Asthma and Immunology; the American College of Allergy, Asthma and Immunology and the Joint Council of Allergy, Asthma and Immunology. Ann Allergy Asthma Immunol 2010; 105(6): 1–47.
3. Anderson S.D., Kippelen P. Assessment and prevention of exercise-induced bronchoconstriction. Br J Sports Med 2012; 46(6): 391–396.
4. Riccardolo F.L.M., Sterk P.J., Gaston B., Folkerts G. Nitric Oxide in health and disease of the respiratory system. Physiol Rev. 2004; 84: 731–765.
5. Ricciardolo F.L.M. Multiple roles of nitric oxide in the airways. Thorax 2003; 58: 175–182.
6. ATS/ACCP Statement on Cardiopulmonary Exercise Testing. Am J Respir Crit Care Med 2003; 167: 211–277.
7. ATS/ERS Recommendations for Standardized Procedures for the Online and Offline Measurement of Exhaled Lower Respiratory Nitric Oxide and Nasal Nitric Oxide. 2005. Am J Respir Crit Care Med 2005; 171: 912–930.
8. Wasserman K. Hansen J., Sue D., Stringer W., Whipp B. Principles of exercise testing and interpretation including pathophysiology and clinical applications. 4th edn. Lippincott Williams & Wilkins, Philadelphia. 2005; 585 p.
9. Verges S. Flore P., Favre-Juvin A., Lévy P., Wuyam B. Exhaled nitric oxide during normoxic and hypoxic exercise in endurance athletes. Acta Physiol Scand 2005; 185(2): 123–131.
10. Anderson S.D. Kippelen P. Exercise-induced bronchoconstriction: Pathogenesis. Curr Allergy Asthma Rep 2005; 5: 116–122.

Проблема бронхоспазма, вызванного физической нагрузкой, (БФН) является наиболее актуальной у лиц, занимающихся спортом [1]. Распространенность астмы и БФН среди спортсменов значительно выше, чем в популяции в целом (3–5 %) и составляет порядка 25 % [2]. Объективным критерием БФН служит снижение объема форсированного выдоха за секунду (ОФВ1) на 10 % и более во время или после нагрузки [1–3].

Согласно полученным ранее результатам исследования метаболизма NO у лыжников и биатлонистов, установлено достоверное повышение его продукции в респираторном тракте спортсменов в сравнении с индивидами, не занимающимися профессиональным спортом [1]. Вероятной причиной данных изменений служит активизация адаптивных NO-зависимых механизмов защиты от внешних воздействий. Так, NO-опосредованная бронходилатация, активация мукоциллиарного клиренса, бронхопротективные свойства соединения в отношении БГР [4, 5] приобретают решающее значение в условиях повторяющейся гипервентиляции с иссушением и охлаждением поверхности респираторного тракта спортсменов, в особенности представителей аэробных зимних видов спорта. Спортсмены с диагностированным БФН характеризовались достоверно меньшими исходными значениями фракции NO в выдыхаемом воздухе (NOвыд), что, вероятно, является одной из причин развития БФН, вследствие недостаточной реализации вышеописанной NO-зависимой бронхопротекции.

С практической точки зрения важное значение для оптимизации тренировочного процесса в аэробных циклических видах спорта имеет мониторирование кардиореспираторной выносливости с определением ключевых параметров аэробной мощности и емкости. В этой связи интерес представляет исследование особенностей параметров эргоспирометрии у представителей данных видов спорта с бронхоспазмом, вызванным физической нагрузкой, а также поиск взаимосвязи между данными показателями и интенсивностью респираторной продукции NO.

Материалы и методы исследования

Обследование лыжников и биатлонистов, воспитанников детско-юношеских спортивных школ олимпийского резерва со стажем занятий спортом ≥ 3 лет, проводилось в условиях лаборатории при комнатной температуре (n = 52). Средний возраст обследованных спортсменов составил 18,8 ± 0,6 лет, количество юношей и девушек, включенных в исследование, было сопоставимо.

Все спортсмены проходили эргоспирометрическое исследование («Oxycon Mobile», Jaeger, Германия) с оценкой следующих показателей: максимальная минутная вентиляция (VE max), максимальное потребление кислорода (VO2 max), в том числе на уровне анаэробного порога (VO2 (AT)), максимальный кислородный пульс (VO2/HR max). Определение анаэробного порога (АТ) выполняли методом V-slope [6]. Тестирование проводили в соответствии с рекомендациями Американского торакального общества с использованием тредмила [1]. Продолжительность стандартного теста составляла 8 мин, на протяжении 2 минут спортсмен достигал субмаксимальной частоты сердечных сокращений (ЧСС), рассчитанной по формуле: 220 – возраст (лет). Далее в течение 6 мин нагрузку поддерживали на уровне, необходимом для сохранения достигнутого уровня ЧСС [1, 3].

Показатели функции внешнего дыхания (ФВД, MasterScreen Pneumo, Jaeger) оценивались исходно, на 1, 5-й, 10-й минуте после физической нагрузки. БФН регистрировался при снижении показателя ОФВ1 после нагрузки на 10 % и более [1, 2].

Исходно и после теста с нагрузкой определялась фракция оксида азота в выдыхаемом воздухе (NOвыд), ppb (анализатор CLD 88, Еco Мedics совместно с устройством, освобождающим вдыхаемый воздух от оксида азота Denox 88). Процедура проводилась согласно рекомендациям ATS/ERS, 2005 [7].

Статистическую обработку результатов проводили при помощи пакета программ «Statistica for Windows 10,0». Данные представлены в виде средних арифметических значений со стандартной ошибкой среднего и 95 % доверительными интервалами. Для оценки различия средних в попарно несвязанных выборках применяли U-критерий Манна – Уитни, в связанных выборках – критерий Вилкоксона. Степень взаимосвязи между признаками оценивали, вычисляя коэффициент ранговой корреляции Спирмена. Разницу значений считали значимой при p < 0,05.

Результаты исследования и их обсуждение

Эффективная организация тренировочного процесса в профессиональном спорте невозможна без использования объективных методик тестирования, в частности эргоспирометрии. В настоящем исследовании кардиореспираторное тестирование было применено с целью изучения показателей аэробной емкости, а также поиска взаимосвязей между данными показателями и продукцией NOвыд в дыхательных путях лыжников и биатлонистов.

В группе спортсменов мужского пола выявлены достоверно большие эргоспирометрические показатели тренированности (табл. 1). Более высокие показатели у мужчин были, безусловно, ожидаемы вследствием половых различий по антропометрическим параметрам.

Определена взаимосвязь некоторых показателей, характеризующих аэробную емкость, с NOвыд у спортсменов (табл. 2).

Также имели место положительные корреляции вышеуказанных эргоспирометрических маркеров аэробной емкости с основными параметрами функции внешнего дыхания (ФЖЕЛ, ОФВ1, ПСВ; rs = 0,6 p < 0,01).

При сравнении эргоспирометрических показателей спортсменов с наличием и отсутствие БФН выявлены значимые отличия по параметрам максимальной вентиляции и кислородного пульса (табл. 3).

Наряду с вышеуказанными различиями важным результатом анализа параметров эргоспирометрии у лыжников и биатлонистов в зависимости от наличия/отсутствия синдрома БФН служит установленное пороговое значение VE (АП) = 110 л/мин, превышение которого может рассматриваться в качестве дополнительного параметра скрининга БФН при прогностической ценности отрицательного результата 71,4 %.

Таблица 1

Сравнительная характеристика эргоспирометрических параметров спортсменов и спортсменок по результатам лабораторного тредмил-тестирования

Показатель

Общее значение

Спортсмены m ± Se

Спортсменки m ± Se

р

VE, л

115,4 ± 4,0

134 ± 4,2

94,0 ± 2,8

p < 0,001

VE (АП), л

103,5 ± 5,1

120,1 ± 4,2

82,7 ± 6,0

p < 0,001

ЧД, в мин

45,7 ± 0,8

46,8 ± 1,3

44,5 ± 0,9

p = 0,064

ЧД, %

110,5 ± 2,0

112,6 ± 3,1

108,0 ± 2,4

p = 0,142

РД, абс

26,6 ± 2,0

24,2 ± 2,4

29,3 ± 3,1

p = 0,151

РД, %

84,9 ± 8,2

76,3 ± 10,4

94,8 ± 12,9

p = 0,142

VO2max, мл/мин

3189,4 ± 112,4

3702,0 ± 131,6

2603,7 ± 67,8

p < 0,001

VO2 (АП), мл/мин

3018,9 ± 157,9

3470,4 ± 192,3

2454,4 ± 146,8

p < 0,001

VO2, мл/мин/кг

49,8 ± 1,4

54,7 ± 1,7

44,2 ± 1,7

p < 0,001

VO2/ЧСС (АП)

25,8 ± 5,9

24,4 ± 3,2

27,9 ± 4,4

p = 0,011

VO2/ЧСС, абс.

20,4 ± 1,3

24,0 ± 1,9

15,7 ± 1,0

p < 0,001

VO2/ЧСС, %

154,6 ± 7,5

155,2 ± 10,5

153,8 ± 10,7

p = 0,988

VСO2max, мл/мин

3141,1 ± 104,3

3660,2 ± 97,8

2547,8 ± 75,7

p = 0,011

VСO2 (АП), мл/мин

2937,3 ± 138,3

3489,8 ± 127,8

2345,3 ± 120,1

p = 0,011

Примечания: m – среднее значение; Se – стандартная ошибка среднего; VE – максимальная минутная вентиляция легких; АП – анаэробный порог; ЧД – частота дыхания; РД – резерв дыхания; VO2max – максимальное потребление кислорода; VO2/ЧСС – кислородный пульс; VСO2max – максимальное содержание CO2 в выдыхаемом воздухе.

Таблица 2

Взаимосвязь показателей эргоспирометрии и фракции NOвыд у спортсменов

Показатели

Коэффициент ранговой корреляции Спирмена (Rs)

р

VO2max, мл/мин & NOвыд 2

0,4

< 0,05

VO2, мл/мин/кг & NOвыд 1

0,3

< 0,05

VO2, мл/мин/кг & NOвыд 2

0,4

< 0,05

VO2/ЧСС, абс & NOвыд 1

0,4

< 0,05

VO2/ЧСС, абс & Δ NOвыд

–0,5

< 0,05

VO2/ЧСС, % & Δ NOвыд

–0,5

< 0,01

Примечания: Rs – коэффициент корреляции Спирмена; 1 – до нагрузки; 2 – после нагрузки.

Эргоспирометрия, или кардиореспираторное нагрузочное тестирование, позволяет одновременно оценивать основную функцию сердечно-сосудистой и дыхательной систем, заключающуюся в газообмене между клетками и окружающей средой (или аэробную работоспособность) [6, 8]. Исследование газообмена – определяющий подход для понимания механизмов, лимитирующих работоспособность, поскольку нагрузка требует совместной реакции сердечной и лёгочной систем для поддержания мышечного дыхания, необходимого для ее выполнения.

Основной функцией сердечно-сосудистой и дыхательной систем является поддержание клеточного дыхания. Слаженность взаимодействия функционирования этих систем отражена в потреблении кислорода (О2) и выделении углекислоты (СО2) в ответ на определенный уровень работы и их отношение к частоте сердечных сокращений, вентиляции и друг к другу (рис. 1).

Таблица 3

Сравнительная характеристика эргоспирометрических параметров спортсменов в зависимости от наличия БФН по результатам лабораторного тредмил-тестирования

Показатель

БФН (+)

m ± Se

БФН (–)

m ± Se

р

VE, л

124,4 ± 8,2

113,1 ± 4,5

p = 0,18

VE (АП), л

104,9 ± 5,8

98,4 ± 5,5

p < 0,05

ЧДmax, в мин

44,4 ± 1,5

46,1 ± 1,0

p = 0,46

ЧДmax, %

109,1 ± 4,3

110,8 ± 2,3

p = 0,75

РД, абс.

33,2 ± 4,9

24,8 ± 2,0

p = 0,09

РД, %

118,4 ± 17,3

76,6 ± 8,9

p = 0,05

VO2max, мл/мин

3493,7 ± 231,3

3113,4 ± 126,3

p = 0,22

VO2 (АП), мл/мин

3421,4 ± 289,2

2878,0 ± 181,0

p = 0,16

VO2/ЧСС, %

129,4 ± 4,2

160,5 ± 8,8

p < 0,05

VO2/ЧСС мл/мин/кг (АП)

22,4 ± 4,0

27,1 ± 8,1

p = 0,57

Примечания: m – среднее значение; Se – стандартная ошибка среднего; VE – максимальная минутная вентиляция легких; АП – анаэробный порог; ЧД – частота дыхания; РД – резерв дыхания; VO2max – максимальное потребление кислорода; VO2/ЧСС – кислородный пульс; VСO2max – максимальное содержание CO2 в выдыхаемом воздухе.

pic_74.tif

Рис. 1. Схема зубчатых колес: взаимосвязь клеточного и внешнего дыхания (K. Wasserman) [8]

Большинство показателей, определяемых методом эргоспирометрии, являются неинвазивными и могут быть проведены в современной функционально-диагностической лаборатории, какой и является лаборатория функциональной диагностики спортсмена. Аэробная работоспособность, определяемая при кардиореспираторном тестировании спортсменов, является не только базисом для демонстрации высоких спортивных достижений, но и средством наилучшего и быстрого восстановления спортсменов после физических нагрузок.

Аэробная работоспособность особенно важна в циклических видах спорта. Высокие аэробные способности спортсмена – ключевой фактор восстановления как после длительной работы небольшой интенсивности, так и после мощных кратковременных нагрузок. В процессе анаэробных (рывковых, силовых кратковременных) нагрузок накапливаются продукты распада, для восстановления которых, а также для процессов суперкомпенсации требуется поступление достаточного количества кислорода. Успешная ликвидация «кислородного долга» – залог процессов восстановления и тренированности спортсмена. Таким образом, дыхательные (аэробные) процессы являются фундаментом для развития анаэробных систем [8].

Основными показателями аэробной выносливости являются максимальное потребление кислорода (VO2max) и анаэробный порог (AП). VO2max представляет собой самое высокое потребление кислорода, которое может быть достигнуто в процессе динамической нагрузки при задействовании больших групп мышц. Очевидно, что наивысший лимит утилизации О2 является одним из показателей физической формы или тренированности [8]. Он определяется максимальным сердечным выбросом, PО2 крови, фракцией распределения сердечного выброса в работающие мышцы и возможностью экстракции мышцами О2 [8]. У тренированных спортсменов для обеспечения должным количеством кислорода требуется легочная вентиляции, достигающая на пике физической нагрузки до 200 мл/мин и выше. Но тем не менее, фактором, лимитирующим аэробную работоспособность, наиболее часто является сердечно-сосудистая система.

Анаэробный порог – наивысшая интенсивность нагрузки, ЧСС или потребления кислорода при работе большой группы мышц, в течение которой производство лактата равно его утилизации [6, 8]. Он представляет собой уровень потребления кислорода (VO2) во время физической нагрузки, при которой аэробное производство энергии дополняется анаэробным энергопроизводством, что является отражением повышения уровня лактата и соотношения лактат/пируват в мышце и артериальной крови [6, 8]. Для оценки производительности сердечной мышцы применяют такой показатель, как кислородный пульс нагрузки, представляющий собой потребление кислорода на одно сердечное сокращение (VO2/ЧСС), тренд которого в значительной мере отражает ударный объем сердца [8].

В настоящем исследовании кардиореспираторное тестирование было проведено в условиях лаборатории с целью изучения показателей аэробной емкости, а также с целью поиска взаимосвязей между данными показателями и продукцией NO в дыхательных путях лыжников и биатлонистов. В группе спортсменов мужского пола выявлены большие эргоспирометрические показатели тренированности. Полученные достоверные различия связаны с разницей в антропометрических параметрах у спортсменов, представителей различного пола, имеющих определяющее значение для показателей газообмена на фоне нагрузки.

pic_75.tif

Рис. 2. Последовательность событий, приводящих к БФН, и механизмы развития БФН у атлетов (справа). (Anderson S.D., Kippelen P., 2005) [10]: ЖВДП – жидкость, выстилающая дыхательные пути; БГР – бронхиальная гиперреактивность; ПГ – простагландины; ЛТ – лейкотриены

При сопоставлении параметров, характеризующих аэробную работоспособность, с фракцией NOвыд у спортсменов определены положительные корреляции VO2max, мл/мин/кг с исходным и постнагрузочным NOвыд. Следовательно, уровень фракции NOвыд находится в прямой взаимосвязи с основным критерием аэробной работоспособности атлета. Эти результаты являются приоритетными и не представлены в ранее опубликованных работах. В данном контексте следует обратиться к исследованию Verges S. и соавт., свидетельствующему об участии NO в процессе газообмена [9]. Определена отрицательная взаимосвязь между показателем динамики ΔNO % и значениями кислородного пульса спортсменов.

Заключение

Таким образом, лучшие функциональные параметры сердечно-сосудистой системы, отражающие эффективность доставки кислорода в ткани, ассоциированы с более выраженным постнагрузочным снижением фракции NO выдоха. Эти результаты настоящего исследования также получены впервые. При сравнении эргоспирометрических показателей спортсменов с наличием и отсутствием БФН выявлена достоверно большая минутная вентиляция легких VE на уровне анаэробного порога. Это важный и приоритетный результат работы, подтверждающий главенствующую роль механизма повышения осмолярности жидкости, выстилающей дыхательные пути в патогенезе БФН (рис. 2).

В свою очередь, повышение параметра VE определяет выраженность и скорость этих изменений. Выполненный анализ позволил сформулировать пороговое значение VE (АП) = 110 л/мин, превышение которого может рассматриваться в качестве дополнительного параметра скрининга БФН при прогностической ценности отрицательного результата 71,4 %. Значимо меньший уровень кислородного пульса у спортсменов с БФН, вероятно, характеризует менее эффективную доставку кислорода на периферию в условиях повышенной нагрузки на сердечно-сосудистую систему при бронхообструкции.

Рецензенты:

Корчин В.И., д.м.н., профессор, заведующий кафедрой нормальной и патологической физиологии БУ ВО ХМАО-Югры, ХМГМА, г. Ханты-Мансийск;

Коркин А.Л., д.м.н., доцент, заведующий кафедрой госпитальной терапии с курсом скорой и неотложной медицинской помощи БУ ВО ХМАО-Югры, ХМГМА, г. Ханты-Мансийск.

Работа поступила в редакцию 16.12.2014.


Библиографическая ссылка

Никитина Л.Ю., Петровский Ф.И., Соодаева С.К. ПАРАМЕТРЫ ЭРГОСПИРОМЕТРИИ ПРИ БРОНХОСПАЗМЕ ФИЗИЧЕСКОЙ НАГРУЗКИ, ВЗАИМОСВЯЗЬ ПОКАЗАТЕЛЕЙ КАРДИОРЕСПИРАТОРНОГО ТЕСТИРОВАНИЯ С ФРАКЦИЕЙ NO В ВЫДЫХАЕМОМ ВОЗДУХЕ У ЛЫЖНИКОВ И БИАТЛОНИСТОВ // Фундаментальные исследования. – 2014. – № 10-8. – С. 1540-1545;
URL: http://www.fundamental-research.ru/ru/article/view?id=36353 (дата обращения: 08.12.2019).

Предлагаем вашему вниманию журналы, издающиеся в издательстве «Академия Естествознания»
(Высокий импакт-фактор РИНЦ, тематика журналов охватывает все научные направления)

«Фундаментальные исследования» список ВАК ИФ РИНЦ = 1.074