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.
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.
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: https://fundamental-research.ru/ru/article/view?id=36353 (дата обращения: 28.03.2024).