HYPEROXIA AS A MEANS OF RECOVERY OF SWIMMERS AFTER TRAINING SESSIONS IN VARIOUS TYPES OF SPORTS

ГИПЕРОКСИЯ КАК СРЕДСТВО ВОССТАНОВЛЕНИЯ ПЛОВЦОВ ПОСЛЕ ТРЕНИРОВОЧНЫХ ЗАНЯТИЙ РАЗНОЙ НАПРАВЛЕННОСТИ

Научная статья

Алиев Д.Ф.¹, Кудря О.Н.^2, *

¹ ORCID: 0000-0001-9850-4538;

² ORCID: 0000-0002-8681-5870;

^{1, 2} Сибирский государственный университет физической культуры и спорта, Омск, Россия

* Корреспондирующий автор (olga27ku[at]mail.ru)

Аннотация

Актуальность исследования обусловлена необходимостью поиска доступных внетренировчных средств повышения работоспособности и ускорения процессов восстановления в практике спорта. Изучали влияние гипероксической газовой смеси на скорость восстановления показателей углеводного обмена у пловцов после тренировочных занятий разной направленности. Спортсменам (n=30) было предложено выполнить три вида нагрузок разной направленности. Тестирование проводили дважды: первое - восстановление в обычном режиме, второе – восстановление с использованием гипероксии в течение 10 мин. Установлено, что дыхание смесью с повышенным содержанием кислорода оказывает наибольший эффект на восстановление показателей лактата и глюкозы после тренировочных занятий, направленных на развитие анаэробно-алактатного и анаэробно-гликолитического механизма энергообразования.

Ключевые слова: гипероксия, спортсмены, восстановление, глюкоза, лактат. тренировочные занятия.

HYPEROXIA AS A MEANS OF RECOVERY OF SWIMMERS AFTER TRAINING SESSIONS IN VARIOUS TYPES OF SPORTS

Research article

Aliev D.F.¹, Kudrya O.N.^2, *

¹ ORCID: 0000-0001-9850-4538;

² ORCID: 0000-0002-8681-5870;

^{1, 2} Siberian Academy of Physical Culture, Omsk, Russia

* Corresponding author (olga27ku[at]mail.ru)

Abstract

The relevance of the current study lies in the need to search for available out-of-training means to improve performance and accelerate recovery processes in sports. The study examines the influence of a hyperoxic gas mixture on the rate of recovery of carbohydrate metabolism indicators in swimmers after training sessions in various types of sports. Athletes (n=30) were asked to perform three types of loads of different types. The test was performed twice: traditional recovery and recovery using hyperoxia for 10 minutes. It was found that breathing with a mixture of high oxygen content has a greater effect on the recovery of lactate and glucose levels after training sessions aimed at the development of anaerobic alactate and anaerobic glycolytic mechanisms of energy production.

Keywords: hyperoxia, athletes, recovery, glucose, lactate, training sessions.

Введение

Восстановление организма после тренировочной и соревновательной деятельности в спорте высших достижений является неотъемлемой частью подготовки спортсменов. Поскольку ежедневные физические нагрузки связаны с околопредельными объемами и интенсивностью, возникает необходимость поиска эффективных внетренировочных средств оптимизации адаптационных процессов и ускорения процессов восстановления. Использование дополнительных средств, ускоряющих процессы восстановления, необходимо как в ходе тренировочного процесса при 2-3 разовых тренировках в день, так и в соревновательном периоде в видах спорта, связанных с многократным выступлением в короткий промежуток времени.

Одним из таких средств является дыхание в условиях повышенного содержания кислорода [1], [2], [3]. Кислородная поддержка может проводиться как в нормобарическом (НБО), так и в гипербарическом (ГБО) режимах. При использовании данного метода осуществляется доставка кислорода к органам и тканям за счет растворения его в жидких средах организма [4], что позволяет снизить степень гипоксии в тканях за счет увеличения парциального давления кислорода (рО₂), активизировать процесс окислительного фосфорилирования, стимулируя тем самым процесс наработки энергии [5]. Однако, кислород способен оказывать как положительное (терапевтическое), так и отрицательное (токсическое) действие на организм [6], [7].

В исследованиях, направленных на изучение эффектов ГБО в спорте, было установлено повышение скорости восстановления организма, расширение физиологических резервов, увеличение максимальной работоспособности и накопление энергетических ресурсов [2], [8]. Несмотря на ряд положительных эффектов, доступность данного метода ограничена в связи с большой стоимостью оборудования и присутствием квалифицированного персонала, а также доступностью лишь в небольшом количестве центров. Аналогом данного метода может служить ингаляции газовыми смесями с повышенным содержанием кислорода, не превышающем давления атмосферного воздуха. Использование нормобарической гипероксии (под нормальным давлением – 1 атм.) имеет ряд преимуществ перед ГБО: большая доступность, экономичность, широкое распространение, мобильность при использовании (что особенно ценно в практике спорта). По мнению A. Stirban et al. (2009), нормобарическая гипероксия оказывает схожие с гипербарической эффекты на организм, но менее выраженные [9]. Несмотря на исследования, в которых получены положительные эффекты использования смесей с повышенным содержанием кислорода, их широкого применения в спортивной практике не происходит, поскольку нет единого мнения о физиологических эффектах и механизмах гипероксического воздействия. Спорные суждения могут быть связаны с выполнением тренировочных нагрузок разной направленности, индивидуальной реакцией организма на гипероксию, разным процентным содержанием кислорода во вдыхаемом воздухе и разной продолжительностью экспозиции [10].

По мнению Платонова В.Н. (2019), средства, направленные на стимуляцию восстановительных реакций, должны находится в строгом соответствие с величиной и направленностью нагрузок тренировочных занятий [11]. Устранение метаболических нарушений гомеостаза после тренировочных занятий является более сложной задачей для организма, чем восстановление показателей сердечно-сосудистой и дыхательной систем, поскольку затрагивает восстановление клеточных и молекулярных структур.

Цель исследования – изучить динамику показателей углеводного обмена в процессе срочного восстановления у пловцов при использовании дыхательной смеси с повышенным содержанием кислорода после тренировочных занятий разной направленности.

Методы и принципы исследования

В исследовании принимали участие спортсмены мужского пола в возрасте 16,8±0,3 лет, занимающиеся плаванием (n=30). Спортивная квалификация испытуемых 1взрослый разряд, КМС. Все спортсмены дали добровольное письменное согласие участвовать в исследовании. Исследование строилось по схеме линейного эксперимента.

Спортсменам было предложено выполнить 3 вида тренировочных заданий на развитие различных систем энергообеспечения. Тренировочные задания разной направленности включали в основную часть тренировочного занятия, разминка и заключительная часть имели одинаковое содержание. Каждый вид тренировочных занятий спортсмены выполняли по два раза. В первом тренировочном занятии гипероксическая газовая смесь не применялась, во втором применялась после нагрузки. Тренировочные занятия одинаковой направленности планировались с интервалом в одну неделю, чтобы минимизировать последствия утомления, в течение этого времени спортсмены тренировались в поддерживающем режиме. При построении тренировочных программ нами был использован подход, включающий в себя дифференцированное применение специальных нагрузок с преимущественной направленностью. В основу тренировочного задания на развитие анаэробно-алактатной системы энергообеспечения легла нагрузка, характерная для пловцов-спринтеров, на развитие анаэробной лактатной системы была положена нагрузка характерная для пловцов-средневиков, для развития аэробной системы энергообеспечения была использована нагрузка характерная для пловцов-стайеров. Контроль выполнения нагрузки осуществляли с помощью мониторов сердечного ритма Polar RCX 5.

Для создания дыхательной смеси с содержанием кислорода 93±3 %, использовали портативный кислородный концентратор Life Style (производство США). Длительность сеанса составила 10 мин. Для определения концентрации глюкозы и лактата использовали автоматический анализатор SUPER GL compact (производство Германия).

Статистическая обработка данных проводили при помощи программы Statistica 6. Достоверность различий между первым (без гипероксии) и вторым (с гипероксией) тестированием рассчитывалась с помощью непараметрического критерия Вилкоксона для связанных выборок при уровне значимости р≤0,05. Данные представлены в виде среднего (M) и ошибки среднего (m).

Основные результаты и их обсуждение

Известно, что работа различной мощности и продолжительности обеспечивается различными механизмами энергообразования, при этом углеводы являются универсальными источниками энергии как в аэробных, так и в анаэробных условиях.

Нагрузки высокой интенсивности приводят к значительным метаболическим нарушениям гомеостаза. Максимальная концентрация молочной кислоты отмечалась у спортсменов после тренировочных занятий, направленных на развитие гликолитического (11,15±0,41 мМ/л) механизма энергообразования. Уровень глюкозы в ходе тренировочного занятия увеличивается, достигая 5,35±0,12 мМ/л, что свидетельствует о мобилизации запасов гликогена и выбросе глюкозы в кровь (рис.1.1, 1.2).

Задания на развитие анаэробно-алактатного механизма направлены на исчерпание запасов креатинфосфата, однако многократные повторения таких упражнений в ходе тренировочного занятия приводят к активации гликолитического механизма энергообразования, что ведет к увеличению продукции молочной кислоты (10,68±0,36 мМ/л). Концентрация глюкозы достигает 5,71±0,09 мМ/л, что значительно выше, чем при выполнении анаэробно-гликолитических нагрузок (рис.1.1, 1.2).

 Нагрузки аэробной направленности приводят к незначительному увеличению уровня лактата (4,31±0,21 мМ/л), однако, участие углеводов в энергообеспечении таких нагрузок наиболее значимо, т.к. они остаются основными источниками энергии. Основные метаболические нарушения после выполнения нагрузок аэробного характера связаны с исчерпанием запасов внутримышечного гликогена и гликогена печени и снижением уровня глюкозы крови до 4,45±0,15 мМ/л (рис.1.1, 1.2).

Рис. 1.1 – Динамика глюкозы при выполнении тренировочных заданий разной направленности:

 

Рис. 1.2 – Динамика лактата при выполнении тренировочных заданий разной направленности:

В плавании соревновательная деятельность характеризуется большим количеством стартов, необходимостью участвовать в заплывах несколько раз в день (предварительные, полуфинальные, финальные заплывы). После выполнения нагрузок высокой интенсивности метаболические нарушения гомеостаза могут сохраняться достаточно долгое время (от 60-90 мин и более). Молочная кислота вызывает смещение рН внутренних сред организма в кислую сторон, снижение активности ферментов дыхательной цепи, нарушение целостности цитоплазматической мембран митохондрий, что ограничивает скорость восстановления организма. Если концентрация показателей углеводного обмена (глюкоза, лактат) не достигнет дорабочего уровня, то это негативно повлияет на результат следующего старта (в условиях соревнований) или эффективность тренировочного занятия, и будет сопровождаться снижением работоспособности.

Мы предположили, что дыхание воздушной смесью с повышенным содержанием кислорода будет способствовать ускорению утилизации лактата и нормализации уровня глюкозы в крови.

После тренировочного занятия аэробной направленности концентрация молочной кислоты соответствует уровню порога анаэробного обмена (4,3±0,21 мМ/л). Поскольку закисления практически не происходит, то возвращение к дорабочему уровню показателей углеводного обмена отмечается как при первом тестировании (без гипероксии), так и во втором тестировании после 10-мин ингаляции смесью с повышенным содержанием кислорода. Таким образом, использование гипероксии не приводит к существенным изменениям скорости утилизации лактата после тренировочного занятия аэробной направленности. Ускорения восстановления уровня глюкозы под воздействием гипероксии также не было выявлено.

Активация процессов утилизации молочной кислоты под воздействием гипероксии была отмечена после нагрузок анаэробно-гликолитической направленности: к 10-й мин снижение концентрации лактата составило 5%, а к 20-й мин более 10% по сравнению с первым тестированием (без гипероксии) (рис.2.1).

Ускорение процессов восстановления уровня лактата под воздействием гипероксии наблюдалось и после анаэробно-алактатных нагрузок. Однако, степень выраженности этих воздействий была ниже: снижение концентрации лактата составило 5% на 10-й мин и 6% на 20-й мин восстановления по сравнению с первым тестированием (без гипероксии) (рис.2.2).

Рис. 2.1 – Изменение концентрации лактата в период срочного восстановления после тренировочных занятий гликолитической направленности

Рис. 2.2 – Изменение концентрации лактата в период срочного восстановления после тренировочных занятий анаэробно-алактатной направленности

 

Активация процесса утилизации молочной кислоты под воздействием нормобарической гипероксии происходит, на наш взгляд, за счет увеличения содержания кислорода в артериальной крови, что способствует оксигенации клеток. Повышение рО₂ в тканях позволяет восстановить целостность структуру митохондриальных мембран, нормализовать активность ферментов дыхательной цепи, увеличить образование энергии в процессе окислительного фосфорилирования.

Использование гипероксической смеси вызвало статистически значимое изменение уровня глюкозы на 10-й и 20-й мин срочного восстановления после тренировочного занятия анаэробно-алактатной направленности, когда изменение уровня глюкозы по отношению к фоновым показателям было максимальным. После анаэробно-гликолитической тренировки показатели глюкозы имели аналогичную динамику, но изменения не достигли уровня статистической значимости по отношению к показателям первого тестирования (без гипероксического воздействия).

Заключение

Результаты исследования показали, что эффективность использования нормобарической гипероксии в тренировочном процессе пловцов зависит от характера выполненной тренировочной нагрузки: наиболее значимое ускорение утилизации лактата и нормализация уровня глюкозы наблюдалось после тренировочных нагрузок анаэробной направленности (алактатной и гликолитической). Можно предположить, что чем выше степень гипоксии организма при выполнении высокоинтенсивной работы, тем ощутимее воздействие гипероксии. Использования гипероксических смесей в качестве восстановительного средства после тренировочных занятий, которые проходят в аэробном режиме, малоэффективно.

Конфликт интересов Не указан.

Conflict of Interest None declared.

Список литературы / References

1. Левшин И. В. Устойчивость и чувствительность организма человека к дефициту и избытку кислорода / И.В. Левшин // Лечебная физкультура и спортивная медицина. – 2012. – №. 7. – С. 35–
2. Щуров А.Г. Динамика восстановления функционального состояния спортсменов после физической нагрузки в условиях гипербарической оксигенации / А.Г. Щуров, Г.Г. Дмитриев, Б.В. Ендальцев // Теория и практика физической культуры. – 2016 - №2. – С. – 37–
3. Sperlich B. The Impact of Hyperoxia on Human Performance and Recovery / B. Sperlich, C. Zinner, A. Hauser // Sports Med. – 2017. – 47(3). –Р.429 –438. doi: 10.1007/s40279-016-0590-1
4. Qiang Xiao G. Effects of inhalation of oxygen on free radical metabolism and oxidative, antioxidative capabilities of the erythrocyte after intensive exercise / Qiang Xiao G., Chun Li H. // Research in Sports Medicine. – 2006. – V. 14. – №. – P. 107-115.
5. Гипербарическая оксигенация в трансплантологии / О.А. Левина, и др. // Трансплантология. – – №12(1). – С.28–41.
6. Ладария Е.Г. Анализ вариабельности сердечности ритма как оптимальный метод исследования механизмов регуляции сердечно-сосудистой системы пациентов с острым отравлением монооксидом углерода в условиях гипебарической оксигенации / Е.Г. Ладария, А.В. Николенко, А.А. Гринцова //Вопросы гипербарической медицины. – 2014(23). – С.43–
7. Митрохин А.А. Лечение больных с декомпрессионной болезнью в одноместной барокамере: проблема и возможности / А.А.Митрохин, М.В. Воднева, Л.Н. Третьякова // Вопросы гипербарической медицины. – М.: 2014(23). – С.29–
8. Черняк О.П. Анализ использования и влияние гипербарической оксигенации на работоспособность спортсменов / О.П. Черняк, О.А. Ткач, Д.С. Проценко // Научный журнал «Дискурс». – 2016. – 2 (2). – С.204-211.
9. Stirban Functional changes in microcirculation during hyperbaric and normobaric oxygen therapy / A. Stirban, S. Lentrodt, S. Nandrean // Undersea Hyperb. Med. – 2009. - № 36 (5). – P.381-390.
10. Cardinale D. A. Hyperoxia for performance and training / A. Cardinale, B. Ekblom //Journal of sports sciences. – 2018. – V. 36. – №. 13. – P. 1515–1522.
11. Платонов В.Н. Двигательные качества и физическая подготовка спортсменов / В.Н. Платонов. – М.: Спорт, 2019. – 656 с.

Список литературы на английском языке / References in English

1. Levshin I.V. Ustojchivost' i chuvstvitel'nost' organizma cheloveka k deficitu i izbytku kisloroda [Stability and sensitivity of the human body to oxygen deficiency and excess] / I.V. Levshin // Lechebnaja fizkul'tura i sportivnaja medicina [Therapeutic physical education and sports medicine]. – 2012. – №. 7. – P. 35-39. [in Russian]
2. Shchurov A.G. Dinamika vosstanovlenija funkcional'nogo sostojanija sportsmenov posle fizicheskoj nagruzki v uslovijah giperbaricheskoj oksigenacii [Dynamics of recovery of functional state of athletes after physical exertion in conditions of hyperbaric oxygenation] / A.G. Shchurov, G.G. Dmitriyev, B.V. Endaltsev // Teorija i praktika fizicheskoj kul'tury [Theory and practice of physical culture]. – 2016 - №2. – P. 37–39. [in Russian]
3. Sperlich B. The Impact of Hyperoxia on Human Performance and Recovery / B. Sperlich, C. Zinner, A. Hauser // Sports Med. – 2017. – 47(3). –pp.429 –438. doi: 10.1007/s40279-016-0590-1
4. Qiang Xiao G. Effects of inhalation of oxygen on free radical metabolism and oxidative, antioxidative capabilities of the erythrocyte after intensive exercise / Qiang Xiao G., Chun Li H. // Research in Sports Medicine. – 2006. – V. 14. – №. 2. – P. 107-115.
5. Giperbaricheskaja oksigenacija v transplantologii [Hyperbaric oxygenation in transplantology] / O.A. Levina, A.K. Evseev, M.Sh. Khubutia et al. // Transplantology. – 2020. – No. 12 (1). – Р.28–41. [in Russian]
6. Ladaria E.G. Analiz variabel'nosti serdechnosti ritma kak optimal'nyj metod issledovanija mehanizmov reguljacii serdechno-sosudistoj sistemy pacientov s ostrym otravleniem monooksidom ugleroda v uslovijah gipebaricheskoj oksigenacii [Analysis of heart rate variability as an optimal method of studying the mechanisms of cardiovascular system regulation of patients with acute carbon monoxide poisoning under conditions of hypebaric oxygenation] / E.G. Ladaria, A.V. Nikolenko, A.A. Grintsova // Voprosy giperbaricheskoj mediciny [Issues of hyperbaric medicine]. – 2014(23). – P. 43–44. [in Russian]
7. Mitrokhin A.A. Lechenie bol'nyh s dekompressionnoj bolezn'ju v odnomestnoj barokamere: problema i vozmozhnosti [Treatment of patients with decompression disease in a single chamber: a problem and possibilities] / A.A. Mitrokhin, M.V. Vodneva, L.N. Tretyakova // Voprosy giperbaricheskoj mediciny [Issues of hyperbaric medicine]. – M.: 2014(23). – P. 29-30. [in Russian]
8. Chernyak O.P. Analiz ispol'zovanija i vlijanie giperbaricheskoj oksigenacii na rabotosposobnost' sportsmenov [Analysis of the use and influence of hyperbaric oxygenation on the performance of athletes] / O.P. Chernyak, O.A. Tkach, D.S. Protsenko // Nauchnyj zhurnal «Diskurs» [Scientific journal "Discourse."] – 2016. – 2 (2). – P. 204–211. [in Russian]
9. Stirban Functional changes in microcirculation during hyperbaric and normobaric oxygen therapy / A. Stirban, S. Lentrodt, S. Nandrean // Undersea Hyperb. Med. – 2009. - № 36 (5). – pp.381-390.
10. Cardinale D. A. Hyperoxia for performance and training / A. Cardinale, B. Ekblom //Journal of sports sciences. – 2018. – V. 36. – №. 13. – P. 1515–1522.
11. Platonov V.N. Dvigatel'nye kachestva i fizicheskaja podgotovka sportsmenov [Motor qualities and physical training of athletes] / V.N. Platonov. - M.: Sports, 2019. – 656 p. [in Russian]