Исследование влияния низкоинтенсивного лазерного излучения на устойчивость организма к гипоксии

д.б.н. Брук Т.М., к.б.н. Прокопюк З.Н.

Смоленская академия физической культуры спорта и туризма

Ключевые слова: гипоксия, оксигенация, кислотно-основное состояние крови, низкоинтенсивное лазерное излучение, работоспособность.

Одним из основных направлений в физиологии спорта является выявление различных способов коррекции работоспособности [3].

Физические нагрузки предъявляют повышенные требования к кислородному обеспечению организма и метаболизму. При выполнении физических упражнений часто возникают различные по своей напряженности гипоксические состояния, как результат несоответствия между резко возросшими энергетическими потребностями организма и возможностями их удовлетворения за счет потребления кислорода. Гипоксия оказывает выраженное влияние на протекание метаболических и физиологических процессов в организме независимо от причин ее вызывающих [1, 11].

I. Введение. Устойчивость к гипоксии варьирует в зависимости от индивидуальных возможностей организма и степени его адаптации к ней [6]. Одним из возможных факторов, индивидуальных различий чувствительности к гипоксии, является ключевой фермент антиокислительной защиты эритроцитов – супероксиддисмутаза, обладающая неодинаковой активностью у лиц с различным уровнем устойчивости к гипоксии. У индивидуумов с пониженной устойчивостью к гипоксии наблюдается снижение фонда этого эндогенного антиоксиданта и высокий уровень перекисного метаболизма [1].

В настоящее время не вызывает сомнений негативное влияние гипоксии на спортивную работоспособность. [6]. В связи с этим представляется целесообразным использование средств и методов повышения переносимости гипоксических состояний, возникающих при мышечной деятельности. Адаптация к гипоксии представляет собой приспособление не только к самой гипоксии, но и к «включению» и «выключению» регулирующих систем [10].

II. Постановка задачи. Количество исследований, посвященных изучению влияния низкоинтенсивного лазерного излучения (НИЛИ) на устойчивость организма к гипоксии ограничено. Основной целью настоящей работы явилось изучение устойчивости организма спортсменов к гипоксии и оценка влияния низкоинтенсивного лазерного воздействия в этих условиях. Разработка комплексной оценки потенциальных возможностей спортсменов по неодинаковой реакции на кислородный дефицит и применение НИЛИ в условиях гипоксии явится косвенным критерием использования эффективного безмедикаментозного средства для повышения физической работоспособности спортсменов.

III. Методы исследования: Обследовано 30 спортсменов циклических видов спорта (лыжники-гонщики и велосипедисты–шоссейники) в возрасте 18-22 лет, имеющих одинаковый уровень физической подготовленности (I спортивный разряд). Для оценки устойчивости к гипоксии в качестве гипоксически-гиперкапнических тестов использовали инспиративное апноэ – задержку дыхания (ЗД) на вдохе на уровне ЖЕЛ и возвратное дыхание (ВД) в замкнутом пространстве (без поглощения СО₂) объемом в одну ЖЕЛ [6]. По степени устойчивости к гипоксии-гиперкапнии спортсмены разделены на две равные группы (по 15 человек в каждой) с градацией показателей ЗД свыше 90с (I-я группа) и до 90 с (II-я группа).

Для оценки индивидуальных различий устойчивости к гипоксии все испытуемые проходили в полном объеме комплекс медико-биологических методов: оксигемометрию в сочетании с функциональными гипоксическими пробами [4,6] с регистрацией времени ЗД, длительности устойчивой (УФ) и гипоксемической (ГФ) фаз оксигемограммы, снижения оксигенации крови (SрО₂); основных показателей кислотно-щелочного статуса (pH, парциального напряжения CO_2. и O₂ (рCO₂ и рО₂), буферных оснований (БО), стандартного бикарбоната (СБ), сдвига буферных оснований (СБО), характеризующих как дыхательные, так и метаболические процессы в организме [2,9]. Кислотно-основное состояние определялось микрометодом П.Аструпа в модификации Зиггаарда-Андерсена [2].

2. Для оценки влияния низкоинтенсивного лазерного излучения (НИЛИ) на организм спортсменов с неодинаковой устойчивостью к гипоксии использовали полупроводниковый терапевтический лазерный аппарат LMC «Узор – 3КС». Нами применено низкоэнергетическое импульсное лазерное излучение ближней инфракрасной области спектра со следующими параметрами: длина волны излучения – 0,89±0,02 мкм, мощность импульса 3,7 Вт, частота следования импульсов 80 и 1500 Гц. Время экспозиции – 9 мин. Однократное воздействие осуществляли танскутанно (чрезкожным методом) последовательно на сосуды трех областей: - проекция сонных артерий (2 излучателя) – 1500 Гц, 2 мин; проекция верхушечного толчка сердца (1 излучатель) – 80 Гц, 5 мин; проекция лучевой артерии (2 излучателя) – 1500 Гц – 2 мин по общепринятой методике, рекомендованной О.К.Скобелкиным [7]. Воздействие на данные зоны обусловлено тем, что общая физическая работоспособность в значительной мере зависит от функционального состояния кардиореспираторной системы (КРС). Облучение сердца и близко расположенных к поверхности кожи крупных артерий может обеспечивать быстрый эффект лазерного воздействия на организм через кровь, принимая во внимание его глубину проникновения [8].

3. Спустя 20 мин после лазерного воздействия осуществляли оксигемометрический контроль, уровень ОФР и МПК [5, 6].

IV. Результаты исследования: Показатели гипоксических проб в состоянии физиологического покоя и показатели КОС крови при проведении данных проб до воздействия НИЛИ представлены в таблицах 1-4.

Таблица 1. Показатели оксигемометрии при задержке дыхания (ЗД) у спортсменов I-й и II-й экспериментальных групп (M±m)

Группы	ЗД,с	УФ,с	ГФ,с	SрО2, %	Фаза быстр. восст.,с
I (n=15)	135,9±6,6	42,9±4,6	93,0 ±6,2	72,4±4,2	10,1±0,6
II (n=15)	74,3±2,8	31,9±2,7	42,4±2,9	81,7±3,9	18,6±0,5
Р	<0,001	>0,05	<0,001	>0,05	<0,001

Различия по длительности произвольного апноэ между экспериментальными группами составили 61,6 с (Р<0,001).

Длительность устойчивой фазы (УФ) у спортсменов первой группы при ЗД превышала аналогичный показатель испытуемых 2-й группы на 11с. По времени гипоксемической фазы (ГФ) различия между группами более значительны (50,6 с) (Р<0,001). Увеличение ЗД у испытуемых с большей устойчивостью к дефициту кислорода (I-я группа) происходило, в основном, за счет значительного удлинения периода стремительного снижения оксигенации крови (72,4±4,2%), в отличие от аналогичного показателя испытуемых II-й группы (81,7±1,9%), что характеризует более высокую способность испытуемых первой группы преодолевать значительные гипоксемические сдвиги в условиях гипоксических проб. Определенные различия отмечались и по данным периода ликвидации гипоксемических сдвигов. Установлено, что у обследуемых, I-ой группы, время фазы быстрого восстановления происходило значительно быстрее (на 8,5с; Р<0,001), чем у представителей II-ой группы.

У всех обследуемых заметно увеличились показатели оксигемометрии при ВД (таблица 2).

Таблица 2. Показатели оксигемометрии при возвратном дыхании (ВД) (M±m)

Группы	ВД,с	УФ,с	ГФ,с	SрО2, %	Фаза быстр. восстан,с
I (n=15)	190,6±10,0	49,7±3,3	140,9±8,5	60,9±4,2	12,4±1,0
II (n=15)	113,7±12,3	46,5±3,9	67,2±7,0	68,8±2,9	15,9 ±0,7
Р	<0,001	>0,05	<0,001	>0,05	<0,01

Анализ показателей КОС крови при ЗД и ВД показал значительные различия по реакции организма обследуемых спортсменов.Д (таблица 3), как у первых, так и у вторых отмечен респираторный ацидоз, проявляющийся в показателях рН, рСО₂, но эти изменения находились в зоне полной компенсации. После ВД (таблица 4) изменения более значительны: у обследованных спортсменов I-й группы отмечены метаболические изменения по снижению величины рН; снижению рСО₂; СБ; БО; СБО. У спортсменов II-й группы по данным параметрам отмечены лишь респираторные изменения.

Таблица 3. Основные показатели КОС капиллярной крови обследуемых спортсменов I-й и II-й групп после ЗД (M±m)

Группы	рН, ед	рСО2 mmHg	рО2 mmHg	СБ ммоль/л	БО ммоль/л
I (n=15)	7,34±0,013	47,50±1,43	58,90±2,60	24,00±0,20	46,10± 0,43
II (n=15)	7,38±0,007	46,30±1,13	70,70±2,27	25,85±0,30	46,80±0,70
Р	<0,05	<0,05	<0,01	>0,05	>0,05

Таблица 4. Основные показатели КОС капиллярной крови обследуемых спортсменов I-й и II-й групп после ВД (M±m)

Группы	рН, ед	рСО2 mmHg	рО2 mmHg	СБ ммоль/л	БО ммоль/л
I (n=15)	7,31±0,014	32,40±1,97	40,70±2,45	20,15±0,20	40,90± 0,32
II (n=15)	7,35±0,009	45,40±1,53	44,80±3,36	26,60±0,40	47,00±0,97
Р	<0,05	<0,001	<0,05	<0,001	<0,001

Таким образом, как по показателям оксигемометрии, так и по показателям КОС отмечаются достоверные различия по ряду функциональных показателей между спортсменами с неодинаковой способностью преодолевать дефицит кислорода.

В результате воздействия НИЛИ отмечен положительный эффект воздействия НИЛИ на дыхательную функцию и работоспособность спортсменов в каждой экспериментальной группе. Сравнительный анализ внутригрупповых результатов оксигемометрии (таблицы 5,6) показал, что воздействие НИЛИ способствовало увеличению длительности произвольного апноэ у всех испытуемых, достоверно увеличивается время УФ, что свидетельствует об увеличении способности испытуемых как I-й, так и II-й групп, компенсировать изменения газового гомеостаза, что отражается в УФ. Увеличение времени УФ при однократном воздействии НИЛИ на проекции сосудов изучаемых областей отражает антигипоксический эффект. Процент SрО₂ у спортсменов обеих групп изменяется недостоверно (Р>0,05), несмотря на увеличение продолжительности проб, что, несомненно, свидетельствует об эффекте влияния НИЛИ на функциональную устойчивость к гипоксии.

Таблица 5. Сравнение внутригрупповых показателей оксигемометрии до и после воздействия НИЛИ (M ± m)

Этапы	Показатели
	I группа (n=15)				II группа (n=15)
До НИЛИ	ЗД,с	УФ,с	ГФ,с	SрО2%	ЗД,с	УФ,с	ГФ,с	SрО2%
	135,9 ±6,6	42,9 ±4,6	93,0 ±6,2	72,4 ±4,2	74,3 ±2,8	31,9 ±2,7	42,4 ±2,9	81,7 ±3,9
После НИЛИ	159,4 ±8,5	62,1 ±4,4	89,6 ±3,3	70,2 ±1,1	85,0 ±3,6	44,8 ±2,1	40,2 ±2,5	78,4 ±1,5
Р	<0,01	<0,01	>0,05	>0,05	<0,05	<0,01	>0,05	>0,05

Межгрупповые различия после воздействия НИЛИ по показателям ЗД и ВД и фазам оксигенации крови спортсменов с более высокой переносимостью гипоксических состояний значительно превышают аналогичные показатели лиц с более низкой устойчивостью к гипоксии (таблица 6).

Таблица 6. Сравнение межгрупповых показателей оксигемометрии

I-й и II-й групп до и после воздействия НИЛИ (M ± m)

Группы	Показатели
	До воздействия НИЛИ				После воздействия НИЛИ
I (n=15)	ЗД,с	УФ,с	ГФ,с	SрО2%	ЗД,с	УФ,с	ГФ,с	SрО2%
	135,9 ±6,6	42,9 ±4,6	93,0 ±6,2	72,4 ±4,2	159,4 ±8,5	62,1 ±4,4	89,6 ±3,3	70,2 ±1,1
II n=15)	74,3 ±2,8	31,9 ±2,7	42,4 ±2,9	81,7 ±3,9	85,0 ±3,6	44,8 ±2,1	40,2 ±3,2	78,4 ±1,5
Р	<0,001	>0,05	<0,001	>0,05	<0,001	<0,01	<0,001	<0,01

У обследованных спортсменов I-й группы продолжительность ЗД после воздействия НИЛИ увеличилась на 23,5 с (Р<0,01); у обследованных II-й группы – на 10,7 с (Р<0,05), ЗД они прекращали в тот момент, когда сдвиги в газовом гомеостазе еще несущественны, что, возможно, связано с повышенной индивидуальной хеморецепторной чувствительностью к главным дыхательным стимулам. Процент SрО₂ у спортсменов обеих групп изменяется недостоверно (Р>0,05), несмотря на увеличение продолжительности проб, что, свидетельствует об эффекте влияния НИЛИ на функциональную устойчивость к гипоксии. По реакции на физическую нагрузку по изучаемым показателям между группами имеются существенные различия, что проявлялось в большей реактивности систем вегетативного обеспечения организма испытуемых первой группы.

Исходя из полученных результатов можно констатировать, что однократное воздействие НИЛИ на проекции крупных сосудов характеризует кратковременный антигипоксический эффект, о чем свидетельствует изменения времени УФ в каждой группе испытуемых. Факт достоверного увеличения времени устойчивой фазы свидетельствует об увеличении способности испытуемых компенсировать изменения газового гомеостаза; НИЛИ стимулирует экстренные приспособительные реакции дыхательной функции.

Антигипоксический эффект НИЛИ, на наш взгляд, обусловлен активацией процессов микроциркуляции, восстановлением кислородтранспортной функции крови, а именно повышение в эритроцитах фермента 2,3 дифосфоглицеразы, под влиянием которого ускоряется отдача гемоглобином кислорода тканям, снижается уровень ПОЛ (повышается активность каталазы и пероксидазы), увеличивается количество эритроцитов, рО₂ и рН, и снижается рСО₂ [3, 8].

Использование НИЛИ в применяемой дозе способствует экономизации функций кардиореспираторной системы (КРС) при выполнении физической нагрузки. До воздействия НИЛИ спортсмены двух групп имели достоверные различия по величинам ОФР и МПК (Р<0,05), однако после воздействия НИЛИ отмечено увеличение ОФР и МПК, что указывает на положительный эффект лазерного воздействия на работоспособность спортсменов (таблица 9).

Таблица 9. Сравнительный анализ показателей работоспособности и ряда показателей КРС I-й и II-й групп до и после воздействия НИЛИ (M±m)

Показатели	Группы	До воздействия НИЛИ	Р	После воздействия НИЛИ	Р
PWC170, кгм/мин	I II	1450,8 ±77,2 1307,4±62,0	<0,05	1680,1±70,3 1396,8±43,5	<0,01
PWC170, кгм/кг/мин	I II	21,82±0,41 19,45±0,52	<0,001	25,27±0,56 20,80±0,29	<0,001
МПК, л/мин	I II	4,26±0,08 3,73±0,04	<0,001	4,52±0,05 3,92±0,07	<0,001
МПК, мл/кг/мин	I II	64,08±0,91 55,45±0,76	<0,001	67,99±0,85 58,38±0,80	<0,001
HV, см^3	I II	972,0±88,5 852,85±63,0	>0,05	1020,0±73,0 899,43±54,2	>0,05
HV/Р, см^3/кг	I II	14,61±1,29 12,69±0,90	>0,05	15,34±0,62 13,39±0,51	>0,05
МaxQs, мл	I II	141,1±21,6 121,6±22,0	>0,05	150,6±30,0 128,7±23,6	>0,05
ЧСС1 после нагр., уд/мин	I II	105,2±1,99 113,9±2,56	<0,05	102,0±1,76 110,0±1,61	<0,01
ЧСС2 после нагр., уд/мин	I II	169,0±1,83 168,9±1,70	>0,05	162,0±1,45 170,0±1,66	<0,01

Максимальный ударный объем крови (MaxQs) после лазерного воздействия у спортсменов I-й группы превышал аналогичный показатель спортсменов II-й группы. ЧСС у испытуемых II-й группы при велоэргометрическом тестировании физической работоспособности увеличивается достоверно после двух вариантов нагрузок, в то время, как у испытуемых с большей устойчивостью к гипоксии, ЧСС увеличивается достоверно лишь после второй субмаксимальной нагрузки, что свидетельствуют о большей экономизации работы КРС данной категории спортсменов.

Заключение. Таким образом, в комплексном исследовании показано, что особенности адаптивных реакций при гипоксических пробах, выражающихся в неодинаковых изменениях насыщения крови кислородом и продолжительности рассматриваемых проб, являются отражением более общих функциональных особенностей организма и проявляются в характере параметров кислотно-основного состояния, в показателях аэробной работоспособности.

Положительный эффект воздействия НИЛИ на уровень физической работоспособности может быть связан с повышением реактивности гипоталамо-гипофизарно-тиреоидной системы, увеличением клеточного альфа-изомера миозина, обладающего высокой сократительной способностью, повышением клеточной энергетики как скелетной мускулатуры, так и мышцы сердца [3].

Выводы:

1. Установлено, что однократное воздействие НИЛИ на проекции сосудов биологически активных областей вызывает антигипоксический эффект. Факт увеличения времени УФ свидетельствует о повышении способности организма всех испытуемых временно компенсировать изменения газового гомеостаза, который отражается в УФ; однократное воздействие НИЛИ при этом стимулирует экстренные приспособительные реакции.

2. Эффект влияния НИЛИ на устойчивость организма к гипоксии-гиперкапнии у спортсменов с неодинаковой продолжительностью гипоксических проб различен. У спортсменов с более высокой устойчивостью к гипоксии изменения под влиянием НИЛИ более существенны: у них достоверно увеличивается время ЗД и ВД и их фаз, при этом менее значителен порог снижения оксигенации крови при большем времени инспиративного апноэ.

3. Сопоставление результатов исследований кислотно-основного состояния крови у спортсменов с различной устойчивостью к гипоксии, свидетельствует о сложном комплексе адаптивных реакций, возникающих в организме в связи с кислородной недостаточностью. После рассматриваемых гипоксических проб по данным исследования КОС у спортсменов с большей продолжительностью проб отмечен компенсированный метаболический ацидоз, в то время, как у спортсменов, обладающих меньшей способностью преодолевать кислородный дефицит, отмечен респираторный ацидоз. Возможно, КОС крови играет существенную роль в компенсаторных реакциях, направленных на поддержание гомеостаза, обеспечение парциального давления кислородного режима организма.

5. Однократное воздействие НИЛИ в большинстве случаев способствует увеличению общей физической работоспособности спортсменов обеих групп, возникшая при физической нагрузке, гипоксия в результате влияния НИЛИ попадает в новую качественную градацию, что обеспечивает более высокую работоспособность. НИЛИ приводит к повышению уровня ОФР спортсменов обеих групп. Показано, что однократное воздействие НИЛИ в терапевтических дозах стимулирует общую специфическую резистентность организма, способствует развитию адаптации к гипоксии.

Литература

1. Агаджанян Н.А. Гипоксические, гипокапнические и гиперкапнические состояния: Учебное пособие /Н.А.Агаджанян, А.Я.Чижов. – М.: Медицина, 2003. - 96 с.

2. Агапов Ю.Я. Кислотно-щелочной баланс /Ю.Я.Агапов. - М.: Медицина, 1968. - 181с.

3. Брук Т.М. Оценка функционального состояния спортсменов и использование НИЛИ для его оптимизации: Монография /Т.М.Брук, О.В.Молотков, А.А.Николаев [и др.] – Смоленск: СГАФКСТ, 2009. – 214 с.

4. Илюшин А.Е. Оксигемометрия как метод оперативного контроля за функциональным состоянием футболистов 16-18 лет /А.Е.Илюшин // Теория и практика физической культуры. - 2008. - №6. – С. 15.

5. Карпман, В.Л. Тестирование в спортивной медицине / В.Л.Карпман, З.Б. Белоцерковский, И.А. Гудков. – М.: Физкультура и спорт, 1988. – 208с.

6. Прокопюк Е.А. Исследование влияния гипоксического фактора на работоспособность велосипедистов СГИФК / Е.А.Прокопюк, З.Н.Прокопюк // В Юбилейном сборнике, посвященном 50-летию СГИФК. – Смоленск: СГИФК, 2000. – С. 248 – 252

7. Скобелкин О.К. Применение низкоинтенсивных лазеров в клинической практике: Монография / О.К.Скобелкин. – М., 2006. – 296 с.

8. Свиридкина Л.П. Действие низкоэнергетического лазерного излучения на кровь / Л.П.Свиридкина //Казанский медицинский журнал – Казань,1989. – Т.1. - №1. – С.73.

9. Hills A.J. Acid–base balance: chemistry, physiology, pathophysiology. – Baltimore: Williams and Wilkens, 1973. – 473p.

10. Hoppeler H., Vogt M. Muscle tissue adaptations to hypoxia.- J. Exp. Biol., Sep 2001; 204.

11. Van Lier E.J. Anoxia. Its effect on the body. - 1947. – 341s.