Реакция электролитов крови на субмаксимальную нагрузку велосипедистов разного возраста

Микроэлементы играют важную роль в энергетическом обмене в процессе мышечной деятельности. Физическая нагрузка как стрессовая ситуация оказывает существенное влияние на биохимические процессы, протекающие в организме, что находит свое отражение и в изменении строгих констант внутренней среды - электролитов крови [33].

Описание исследования

Цель исследования - изучение влияния субмаксимальной нагрузки на состояние электролитов крови у велосипедистов- трековиков.

Велосипедисты-трековики соревнуются в гонке с преследованием. Продолжительность заездов составляет 4 мин 30 с - 5 мин на дистанции 4000 м, что соответствует работе субмаксимальной интенсивности. Эта скоростно-силовая нагрузка обеспечивается как анаэробными, так и аэробными энергетическими механизмами. Высокая мощность процессов энергетического обеспечения требует максимальной мобилизации метаболических функций.

Исследования проводились в подготовительном периоде во время тестирования в лабораторных условиях у 10 высококвалифицированных велосипедистов в возрасте от 16 до 22 лет, из которых двое были кмс, четверо - мс, четверо - мсмк. Спортивный стаж в группе - от 2 до 10 лет.

Спортсмены выполняли ступенеобразную работу до отказа на велоэргометре. Начальная величина нагрузки равнялась 750 кгм/мин. Каждые 2 мин нагрузка увеличивалась на 240 кгм/мин. Работа проводилась до отказа. Через 5 мин отдыха велосипедисты выполняли вторую нагрузку: в течение одной минуты они работали с максимально возможной для себя скоростью.

Забор крови проводился до начала тестирования и после второй нагрузки. Определяли pH крови, лактат, Са общ. и ионизированный, железо, магний, неорганический фосфор, калий, натрий и хлор. Натрий, калий, хлор, Са²⁺ и pH крови определяли на приборе фирмы «Вауег» (Англия) с использованием йоноселективных электродов. Фосфор, Са общ., железо, магний и лактат определяли фотометрическим методом на аппарате «Konelab» (Финляндия).

Уровни электролитов крови в покое и после нагрузки У велосипедистов в исходном состоянии почти все исследуемые параметры находились в пределах колебаний физиологической нормы [36]. Однако у одного спортсмена уровень железа был слегка выше нормы, у трех зарегистрировано повышенное содержание в крови Са общ. и Са²⁺, у двух - повышение калия. У трех человек отмечалось неполное восстановление поданным pH крови, которое сочеталось с повышением у них Са, и у двух - с повышением калия.

Продолжительность работы составила в среднем 14 мин 18 с (858 ±26,9 с). Максимальная ЧСС составила 195 ±8,5 уд./мин. После работы уровень лактата крови равнялся 10,1 ± 0,54 ммоль/л, pi I крови 7,19 ± 0,02 находился в зоне декомпенсированного ацидоза, что соответствовало работе в смешанной зоне с анаэробной направленностью.

После нагрузки у велосипедистов отмечалась неодинаковая реакция электролитов. 11аибольшие изменения касались содержания в крови неорганического фосфора, железа и калия (табл. 8).

Увеличение содержания в крови неорганического фосфора составило 47,4%. Фосфор содержится в организме в виде различных соединений фосфорной кислоты. В буферную систему крови входят фосфаты калия и натрия. Органически связанная фосфорная кислота в ряде соединений, благодаря наличию макроэргических связей, играет исключительно важную роль в обмене энергии, аккумулируя запасы ее в лабильных фосфатных связях. В мышцах фосфорные соединения являются составляющими аденозинтри- фосфорной кислоты (АТФ) и креатин фосфата (КФ). Под влиянием тренировок содержание КФ повышается. Увеличение содержания фосфора в крови после нагрузки, по-видимому, связано с распадом легких мобильных фосфорных связей и уменьшением скорости восстановления АТФ. Увеличение фосфора в ответ на нагрузку пропорционально скорости реакции гидролиза АТФ. Прирост неорганического фосфора после нагрузки косвенно отражает угнетение окислительного фосфорилирования.

Повышение уровня железа (+12,8%) занимает 2-е место по степени изменений электролитов крови. Железо в организме входит в состав порфириновых соединений, главным образом гемоглобина и миоглобина. Внутри клеток железо локализуется преимущественно в митохондриях, являясь составной частью дыхательных ферментов - цитохромов.

Костный мозг и печень депонируют железо, связывая его с белком, образуя ферритин. Ферритин способен освобождать железо для обеспечения синтеза гемоглобина и миоглобина и усиления тканевого дыхания.

Таблица 8

Электролиты и pH крови у велосипедистов до и после тестирования

(М±ш)

После нагрузки отмечено снижение уровня калия на 11,8%, что связано, по-видимому, с перераспределением калия между плазмой и клетками в пользу последних.

Калий является составляющей клетки. Он принимает участие в процессах, происходящих в мышечной и нервной тканях. Основным депо калия являются мышцы. Синтез гликогена в мышцах из глюкозы связан с потреблением клетками значительного количества калия. При распаде гликогена отмечается выход калия из клетки в межткаиевую жидкость. В клетках он содержится в виде бикарбонатного буфера, в жидкостях - в виде хлорида. В эритроцитах калий в виде калиевой соли гемоглобина увеличивает буферную емкость.

Калий способствует расширению капиллярной сети и тем самым улучшает кровоснабжение работающих мышц. Содержание калия в крови регулируется нервной и эндокринной системами. Возбуждение блуждающего нерва сопровождается повышением уровня калия в сыворотке. Уровень калия в клетке зависит от активности метаболических процессов, состояния кислотно-щелочного равновесия [47]. Часто сопутствующий алкалоз усугубляет гипокалиемию, а ацидоз уменьшает гипокалие- мию. Мышцы в период деятельности задерживают калий. Гинокалиемия вызывает тяжелые нарушения в работе сердца и может быть обнаружена но изменению ЭКГ.

Уровень кальция, магния, натрия и хлора под влиянием работы в смешанной зоне с аэробной направленностью меняется в пределах 0,8-2,5%.

Магний - внутриклеточный катион, входит в состав многих ферментов. Депонируется магний главным образом в коже и мышцах. Участвует во многих ферментативных реакциях, связанных с выделением энергии за счет фосфатных групп АТФ. Ионы магния ускоряют реакцию расщепления КФ. Активной формой АТФ является именно его комплекс с ионами магния. Магний оказывает воздействие на возбудимость нервных тканей и регуляцию деятельности сердечной мышцы. Низкий уровень магния вызывает мышечные дрожания, судороги. Высокие концентрации магния в сыворотке приводят к замене кальция на магний в костях, задержке проведения импульсов в проводящей системе сердца, замедлению нервно-мышечной проводимости. При ацидозе выделение магния увеличивается, обратные взаимоотношения наблюдаются при алкалозе.

Кальций - минерал, содержание которого в организме больше, чем других ионов. Са в организме находится в трех формах: связанный с белком, главным образом с альбумином, входит в комплекс с бикарбонатом, лактатом, фосфатом и цитратом, 50% Са в крови находится в ионизированном виде (Са²⁺). Физиологической активностью обладает не весь Са плазмы, а только его ионизированная фракция.

Ионы Са необходимы для передачи нервного импульса. Он осуществляет контроль возбудимости, контроль сокращения п расслабления мышц. Ионы Са активизируют креатинкиназу и АТФ. Концентрация Са²' поддерживается в узких пределах. При ацидозе крови концентрация Са²⁺ в крови увеличивается, так как ионы водорода связываются с альбумином и уменьшают способность альбумина связывать Са²⁺, увеличивается также всасывание Са из кишечника.

Содержание калия и кальция в крови разнонаправленно: когда уровень калия в крови понижается, то уровень кальция повышается, что указывает на наличие сопряженной регуляции уровня этих электролитов крови.

Натрий находится в организме преимущественно в виде ионизированных солей. Ацидоз, возникающий при физической нагрузке, приводит к задержке натрия в клетках. Если задержка натрия сочетается с задержкой хлора, то это влечет за собой задержку воды в тканях. Развитие гипогликемии идет параллельно с ростом содержания натрия в плазме. После работы наблюдалось увеличение Na и снижение К с увеличением Na/K. Это указывает па повышение функции Na/K-«nacoca», обеспечивающего эффективность трансмембран кого перемещения электролитов и воды.

Хлор - основной анион, компенсирующий влияние катионов, в первую очередь натрия. В физиологических условиях изменения концентрации хлора вторичны к изменениям других электролитов и направлены в первую очередь на создание электронейтралыюсти среды: когда концентрация углекислоты в плазме увеличивается, то концентрация хлора в ней уменьшается, так как хлор переходит в эритроциты. Если в плазме повышается содержание бикарбоната, то увеличивается содержание хлора. Создавший избыток натрия из NaCl соединяется с избытком НС0₃, образуя бикарбонат натрия, поддерживая тем самым постоянство pH крови. Основным депо хлора является кожа. Мышцы содержат мало хлора, который находится в них преимущественно в межтканевой жидкости. Обмен хлора связан с углеводным обменом и его регуляцией. Колебания хлора в крови противоположны колебаниям глюкозы. Содержание хлоридов в крови зависит также от кислотно-щелочного равновесия. При дыхательных алкалозах, сопровождающихся понижением С0₂ в крови, хлор из эритроцитов переходит в плазму. При дыхательных ацидозах, когда содержание С0₂ в плазме увеличивается, хлориды переходят в эритроциты.

Несмотря на то, что уровень электролитов крови у велосипедистов после нагрузки на велоэргометре меняется в большинстве случаев незначительно, имеются различия у велосипедистов с разной работоспособностью.

Влияние исходного уровня восстановления и работоспособности велосипедистов на показатели электролитов крови

С учетом показателей работоспособности спортсмены были разделены на две группы: с высоким (1-я группа) и низким (2-я группа) объемом выполненной работы (табл. 9). В 1-ю группу вошли велосипедисты в возрасте 17-22 лет со спортивным стажем от 3 до 10 лет: 4 - мемк и 1 - мс. Во 2-ю группу вошли более

Электролиты и pH крови у велосипедистов с разной работоспособностью до и после тестирования (М±т)

Таблица 9

молодые спортсмены в возрасте 16-18 лет со спортивным стажем от 2 до 6 лет: 3 человека - мс и 2 - кмс.

Спортсмены 1-й группы имели полное восстановление организма. У одного велосипедиста уровень железа был несколько выше нормы. Во 2-й группе в состоянии покоя у трех велосипедистов отмечалось неполное восстановление по показателю pH крови. У двух человек до нагрузки отмечался компенсированный ацидоз, у одного - субкомпенсированный ацидоз, что свидетельствует о неполном восстановлении организма. У всех спортсменов с неполным восстановлением в крови был повышен уровень общего Са и Са²⁺, у двоих отмечалось увеличение калия.

Сопоставление результатов исследований, полученных в обеих группах, показывает, что велосипедисты 2-й группы при меньшем объеме работы имели ЧСС 200 ± 6,7 уд./мин, уровень лактата 10,2 ± 0,5 ммоль/л; у спортсменов 1-й группы - ЧСС 189 ± 5,8 уд./мин, лактат - 9,9 ± 0,61 ммоль/л.

У спортсменов отмечался неоднозначный характер изменений показателей электролитного обмена. Минеральный обмен у представителей 2-й группы характеризовался большим приростом в крови: железа, неорганического фосфора, магния, натрия. Значительнее уменьшился уровень калия и хлора. Следует отметить разнонаправленное изменение Са²⁺ у спортсменов 1-й и 2-й групп. Если у велосипедистов, выполнивших большой объем работы, зарегистрировано увеличение Са² в крови, то у спортсменов, выполнивших меньший объем работы, уровень Са² в сыворотке крови значительно уменьшился, хотя при ацидозе уровень Са² должен увеличиваться за счет уменьшения связывания его альбумином. Увеличенное содержание неорганического фосфора сопровождалось у спортсменов 2-й группы снижением в крови ионизированной формы Са. Снижение уровня ионов Са замедляет передачу нервного импульса, что могло лимитировать их работоспособность [17].

Если учесть, что один из механизмов освобождения энергии, состоящий в передаче энергии с АТФ на актиномиозин, происходит с освобождением неорганического фосфора, то более значительный уровень повышения фосфора в крови у велосипедистов 2-й группы свидетельствует о том, что этот механизм у них задействован в большей степени. Процесс ресинтеза АТФ у них переключается в большей степени на гликолиз. Уровень адаптации минерального обмена является показателем реактивности клеток и тканей организма в ответ на мышечную нагрузку.

Реакция электролитов, отражающая степень мобилизации энергетических ресурсов организма на физическую нагрузку, у велосипедистов, выполнивших низкий объем работы, была несколько напряженнее, чем у велосипедистов с повышенной работоспособностью. Активизация энергетических систем у представителей 2-й группы носит избыточный характер. В связи с тем, что во 2-й группе из пяти велосипедистов трое имели неполное восстановление организма, решено провести анализ реакции организма на лабораторную нагрузку у спортсменов с разным уровнем восстановления.

В табл. 10 представлены данные двух велосипедистов с разным уровнем восс гаи о вл е н и я.

Спортсмен 111., 20 лет, спортивный стаж 6 лет, мсмк, имел полное восстановление и повышенный уровень железа до нагрузки. У спортсмена У., 18 лет, спортивный стаж 5 лет, мс, зарегистрирован в крови до работы субкомпенсированный ацидоз (pH 7,29), что указывало на неполное восстановление организма. Следует отметить, что уровень К, Са общ. и Са²~ у него был выше физиологической нормы.

Велосипедист Ш. выполнил на велоэргометре самую большую среди всех обследуемых работу, равную 960 с (16 мин). Спортсмен У. работал меньше на 120 с (2 мин). Велосипедист Ш. закончил работу с ЧСС 187 уд./мин в смешанной зоне с аэробной направленностью (лактат 8,1 ммоль/л) при умеренном сдвиге pH крови (7,23), а велосипедист У. - с ЧСС 203 уд./мин в смешанной зоне с анаэробной направленностью (лактат 10,1 ммоль/л) н значительном изменении pH крови (7,07). Спортсмена У. характеризовало: большая степень увеличения после нагрузки фосфора, снижения Са²⁺ и Са общ. Несколько большее увеличение натрия и хлора указывало на наличие дегидратации плазмы. Уровень железа после нагрузки у него не изменился, что может быть связано с увеличением общей связывающей способности железа или низким ферритином, который не освобождал железо, или повышенным синтезом миоглобина. Данная позиция требует дальнейшего исследования.

Можно предположить, что более низкая работоспособность, усиленный гликолиз и избыточная реакция минерального обмена у велосипедистов 2-й группы связаны в основном с неполным восстановлением организма, а также с менее высокой квалификацией н меньшим возрастом велосипедистов.

Таблица 10

Электролиты и pH крови у велосипедистов с разным уровнем восстановления до и после тестирования

Рассматривая мышечную деятельность с позиции гомеостатического состояния организма как системы в целом, можно констатировать, что работа в смешанной зоне с анаэробной направленностью протекает на фоне умеренного изменения гомеостаза. Способность организма сохранять устойчивое состояние гомеостаза в работе до отказа обусловливается положительной функциональной перестройкой организма. Это возможно за счет совершенствования компенсаторных реакций и мощности энергетических ресурсов. Сохранение электролитного баланса играет важную роль в нормальном функционировании сердечнососудистой и мышечной систем.

Характер изменений исследуемых показателей отражает функциональное состояние организма велосипедистов. Поэтому полученные данные можно использовать как дополнительные диагностические критерии, позволяющие судить об интенсивности минерального н энергетического обмена, а также о возможности выявления иредпатологических состояний. Значительное увеличение в крови Са²⁺ и уменьшение калия может приводить к изменению ЭКГ. В практическом отношении это важно, потому что позволяет рекомендовать спортсменам прием препаратов кальция и калия для профилактики перенапряжения миокарда.

Следовательно, определение уровня электролитов до н после нагрузки позволяет использовать их в комплексном врачебном контроле как для всесторонней оценки функциональной подготовленности спортсменов, так и для выявления симптомов дезадаптации к нагрузкам.

Выводы

В работе изучалось влияние лабораторной нагрузки на состояние электролитов крови у велосипедистов-трековиков, соревнующихся в гонке с преследованием на дистанции '1000 м. Группу составили 10 высококвалифицированных велосипедистов в возрасте от 16 до 22 лет со спортивным стажем от 2 до 10 лет. Продолжительность работы - в среднем 858 ± 26,9 с. Максимальная ЧСС - 195 ± 8,5 уд./мин. В исходном состоянии почти все исследуемые параметры находились в пределах колебаний физиологической нормы. После нагрузки отмечалась неодинаковая реакция электролитов. Наиболее сильно изменилось содержание в крови неорганического фосфора и железа (увеличение), а также калия (снижение). С учетом показателей работоспособности спортсмены были разделены на две группы.

Спортсмены 1-й группы имели полное восстановление организма. Во 2-й группе отмечалось неполное восстановление по показателю pH крови.

Предположено, что более низкая работоспособность, усиленный гликолиз и избыточная реакция минерального обмена у велосипедистов 2-й группы связаны в основном с неполным восстановлением организма, а также с менее высокой квалификацией и меньшим возрастом.