Особенности энергообеспечения физической деятельности юных атлетов

Н.В. Рылова, А.А. Биктимирова

Казанский государственный медицинский университет

Главной особенностью детско-юношеского спорта является его медико-биологическое обеспечение. Так как процесс интенсивной физической нагрузки оказывает существенное влияние на развивающийся организм атлета, особое значение должно придаваться анализу динамики физического развития, особенностям функционирования ведущих систем организма, в том числе опорно-двигательной. В этом должны принимать участие тренеры, врачи-педиатры, спортивные врачи. Врач совместно с тренером должен участвовать в медико-биологическом отборе в конкретные виды спорта, а также в организации тренировочного и восстановительного процессов с учетом специфики выполняемых упражнений. Медико-биологическая подготовка спортсмена является неотъемлемой частью как тренировочного, так и соревновательного процесса. Поэтому важным разделом спортивной медицины, как клинической дисциплины, является оценка функционального состояния спортсмена – тренированности и профилактика состояний, которые могут привести к перетренированности и срывам адаптации. Решение этой задачи помогает врачу, тренеру и самому атлету наметить наиболее рациональные пути совершенствования спортивного мастерства. Своевременное выявление факторов, отрицательно сказывающихся и ограничивающих физическую деятельность, умение устранять эти факторы и адекватное применение средств коррекции помогают достичь высоких результатов в спорте и сохранить здоровье спортсмена.

Для построения адекватного тренировочного процесса необходимо учитывать особенности становления энергообеспечения организма спортсмена и его работоспособности. Физическая работоспособность – это многофакторное явление, определяется как способность человека выполнять заданную работу с наименьшими физиологическими затратами с наивысшими результатами. Работоспособность подразделяют на общую и специальную. Общая физическая работоспособность  – это уровень развития всех систем организма и физических качеств. Чем быстрее спортсмен выходит на необходимый уровень подготовленности, тем легче ему удержать уровень работоспособности. Специальная физическая работоспособность – это уровень развития определенных физических качеств и тех функциональных систем, которые непосредственно влияют на результат в избранном виде спорта. Единицы измерения, нормы и факторы в каждом виде спорта индивидуальны. Существует множество факторов, определяющих физическую работоспособность: соматическое благополучие органов и систем, скоростно-силовые и тактико-технические качества спортсмена, вид и уровень двигательной активности, степень развития его биоэнергетических возможностей (аэробных и анаэробных), а также психолого-педагогическая подготовка. При исследовании работоспособности в детской спортивной медицине у юных атлетов необходимо учитывать возрастные особенности становления органов и систем и энергетические потребности организма.

При воздействии на организм спортсмена интенсивной физической нагрузки течение метаболических процессов претерпевает определенные изменения. Процесс энергообмена определяется как последовательность реакций, происходящих в клетке, которые протекают с распадом органических соединений до конечных продуктов, идущих с выделением энергии. Становление системы энергообеспечения начинается с 6-летнего возраста, когда увеличиваются окислительные возможности митохондрий, а также повышается интенсивность кровоснабжения мышц. В дальнейшем (в возрасте 7-10 лет) происходит увеличение аэробных возможностей. Имеются данные, что в младшем школьном возрасте дети обладают выносливостью при интенсивных и длительных физических нагрузках. В последующем наступает период пубертата, когда прирост показателей энергообеспечения остается незначительным. Процессы энергообмена осуществляются за счет универсальных органелл — митохондрий. Основным путем ресинтеза АТФ является окислительное фосфорилирование с использованием углеводов и липидов в качестве энергетического субстрата. Несмотря на то, что окислительная способность мышц определяется количеством митохондрий и активностью окислительных ферментов в них (при определенных условиях митохондрии способны образовывать конгломераты или претерпевать процесс деления, сохраняя при этом общую наружную мембрану), клеточный метаболизм, в конечном счете, зависит от адекватности снабжения клеток в тканях кислородом. Выраженность изменения клеточной энергетики зависит от степени дефицита кислорода. В результате гипоксии в клетках в процессе цикла Кребса происходит накопление промежуточных продуктов обмена свободных жирных кислот – ацилкарнитина, ацил–КоА, НАД•Н, угнетение пируватдегидрогеназы, что способствует его превращению в лактат. Этот процесс сопряжен со снижением внутриклеточного уровня карнитина. Повышенная концентрация ацил-КоА подавляет транспорт адениннуклеотидов в митохондриях, уменьшает активность ацил-КоА-синтетазы. При дефиците ферментов, осуществляющих транспорт карнитина и его соединений через митохондриальные мембраны, возникает нарушение транспорта карнитина. Дефицит карнитинпальмитоилтрансфераз нарушает транспортировку длинноцепочечных жирных кислот в комплексе с карнитином через митохондриальные мембраны, возникает дефицит ацетил-КоА, что уменьшает активность цикла Кребса. Таким образом, промежуточные продукты обмена жирных кислот содействуют усугублению энергодефицита, это способствует возникновению тяжелого ацидоза, что сначала приводит к функциональным нарушениям, повреждению мембран, а в итоге и к гибели клетки. Зачастую митохондриальная дисфункция у спортсменов клинически проявляется в виде наступления утомления и снижения аэробной работоспособности.

Для своевременной диагностики данных изменений даже на клеточном уровне необходим комплексный подход с применением различных методик. Одной из них является определение содержания свободного внутриклеточного карнитина, связанного карнитина (ацилкарнитинов) методом тандемной хромато-масс-спектрометрии с ионизацией в электроспрее. Удобство применения этой методики заключается в том, что имеется возможность использовать сухие пятна крови с длительным сроком хранения после высушивания. Данный метод реализуется на тандемных хромато-масс-спектрометрах фирмы «Agilent 6410». Жидкостные хромато-масс-спектрометры предназначены для высокочувствительного количественного анализа следовых концентраций вещества. Для исследования необходим образец капиллярной крови из пальца исследуемого отбирается на специальную фильтровальную бумагу Watman 903, высушивается на воздухе при комнатной температуре и отсутствии прямых солнечных лучей и отправляется в лабораторию. В лаборатории для проведения анализа образец подвергается стандартной преаналитической процедуре, а затем проводится непосредственно хромато-масс-спектрометрия, результат автоматически обрабатывается ЭВМ и выводится в виде индивидуального отчёта. Преимуществом данной методики является максимальная автоматизированность анализа. Программное обеспечение выполняет количественный расчет анализируемых соединений по соотношению их откликов с откликом соответствующего внутреннего стандарта и автоматически генерирует индивидуальный отчет, в котором содержатся концентрации компонентов и их необходимые соотношения. Полученные результаты сравниваются с разработанными нормами концентраций биомаркеров для каждой возрастной группы. С помощью данного метода исследования возможно определение содержания более 40 различных веществ (мкмоль/л), в том числе аминокислот, свободного карнитина (С0), связанного карнитина и его составляющих, а также подсчет индекса соотношения свободного и связанного карнитина.

Ранее было отмечено, что эффективность клеточной энергетики зависит от адекватности поступления кислорода. Для усвоения организмом спортсмена большего количества кислорода во время интенсивной физической нагрузки, в свою очередь, необходимо правильное течение цикла Кребса. Этот процесс отражает аэробную мощность организма. Она преобладает тогда, когда выполняются упражнения, энергетическая стоимость которых не превышает аэробного (окислительного) производства энергии. Аэробная выносливость организма характеризуется, как способность человека длительно выполнять глобальную мышечную работу преимущественно аэробным путем преобразования энергии. Мерой аэробной мощности и интегральным показателем состояния транспортной системы организма является максимальное потребление кислорода (МПК). Аэробная работоспособность находится в прямой связи с уровнем МПК, так, при усиленных аэробных тренировках, данный показатель увеличивается и наоборот: чем выше уровень МПК, тем выше аэробная работоспособность атлета. МПК – это то количество кислорода, которое организм способен усваивать за единицу времени (минуту), оно характеризует высшую границу доступного организму уровня окислительных процессов, предельно усиленных мышечной работой. Для определения данного показателя в спортивной медицине широко используются нагрузочные тесты. Проведение теста с физической нагрузкой является универсальным методом выявления процессов нарушения толерантности к интенсивной физической нагрузке, в частности, у спортсменов, а также дает возможность оценить уровень физической работоспособности независимо от внешних факторов. При помощи этого теста производится оценка функции сердечно-сосудистой и бронхо-легочной систем, которая заключается в поддержке клеточного дыхания. МПК является одним из наиболее информативных показателей функционального состояния кардиореспираторной системы, её резервов, системы энергетического метаболизма, аэробного потенциала организма и уровня здоровья.

Наиболее надежным и информативным вариантом дозирования нагрузки и определения выносливости спортсмена является велоэргометрия со ступенчато повышающейся нагрузкой, применение которой обоснованно и физиологически корректно у детей старше 10-12 лет. При велоэргометрии необходимо обеспечить максимальную интенсификацию физиологических систем и вовлечение в процесс 60-70% мышц. Кардиореспираторное нагрузочное тестирование является одним из видов нагрузочных проб с велоэргометрией. Это метод, который широко используется в современной спортивной медицине. Для велоэргометрии рекомендовано использование нагрузок возрастающей мощности «до отказа». При этом в происходит ступенчатое увеличение нагрузки со второй минуты с периодичностью 2 - 4 минуты на 25-50 Вт. Мощность повышается до тех пор, пока испытуемый в состоянии продолжать педалирование, то есть «до отказа». Вращение педалей должно происходить с постоянной скоростью – около 60-80 оборотов в минуту. В процессе выполнения теста регистрировался показатель максимального потребления кислорода с помощью автоматического газоанализатора. Данная проба позволяет оценить функцию сердечно-сосудистой и бронхо-легочной систем, которая заключается в поддержании клеточного дыхания. Эти две системы являются ведущими в процессах аэробного энергообеспечения, то по их показателям можно судить о физической работоспособности организма в целом. Данный функциональный тест также называют эргоспирометрией, и его преимуществом является неинвазивность и простота получения показателей. Таким образом, у спортсмена, прошедшего эргоспирометрию можно определить систему органов, которая ограничивает работоспособность; уровень нагрузки, при которой организм атлета обеспечивает адекватное потребление кислорода; установить количественное значение максимального потребления кислорода (МПК).

Для определения максимального потребления кислорода используют прямой и непрямой (прогностический) методы. Преимуществом данной методики является стандартизированность, возможность ее повторного воспроизведения, а также получение результата непосредственно после выполнения теста. При обследования высококвалифицированных спортсменов рекомендуется измерение МПK прямым методом. Основным принципом тестирования является использование нагрузок, вызывающих максимальную мобилизацию системы кислородного обеспечения организма, например, с помощью велоэргометра. Спортсменам, принимающим участие в исследовании, рекомендуется избегать тренировок в день проведения кардиореспираторного нагрузочного тестирования и интенсивных физических нагрузок накануне. Тест рекомендуется проводить через 2-3 часа после приема пищи, преимущественно в первой половине дня [18].

При исследовании определяют абсолютные и относительные показатели МПК. Абсолютные показатели МПК (л/мин) находятся в прямой связи с массой тела. Поэтому в плавании, гребле, конькобежном спорте наибольшее значение имеет именно этот показатель. Относительные же показатели МПК (мл/кг*мин) у высококвалифицированных спортсменов находятся в обратной зависимости от содержания жира в организме. Поэтому, например, бегуны на длинные дистанции или лыжники-марафонцы, как правило, имеют минимальное количество жировой ткани и относительно небольшой вес тела, соответственно у этих спортсменов описываются наибольшие относительные показатели МПК. Таким образом, в видах спорта, требующих большие аэробные затраты возможности спортсмена правильнее оценивать по относительному МПК.