Адаптационные изменения минеральной плотности костной ткани у спортсменов различных специализаций

УДК 611.7

АДАПТАЦИОННЫЕ ИЗМЕНЕНИЯ МИНЕРАЛЬНОЙ ПЛОТНОСТИ КОСТНОЙ ТКАНИ У СПОРТСМЕНОВ РАЗЛИЧНЫХ СПЕЦИАЛИЗАЦИЙ

Н.В.Черницына, Л. А.Столбова, С.В.Ивченко, О.Г.Герингер Курганский государственный университет

Адаптация организма спортсмена к различным видам спорта вызывает функциональное напряжение определенных анатомических структур костно-суставного аппарата [3,5,7]. Наиболее ранней реакцией кости является изменение ее микроархитектоники и минерализации [4,6].

Исследование функционального состояния костной ткани ранее осуществлялось методом рентгенографии. Погрешность метода составляла 25-30 % и не давала возможности выявить участки с критической минеральной плотностью, точно определить возрастные сроки минерализации, изменения, вызванные спортивными нагрузками.

Наряду с морфологической перестройкой ткани происходят изменения в гормональной регуляции функционального состояния костной ткани. Эндокринная регуляция минеральной и белковой фракций кости осуществляется, в основном, кальцийрегулирующими и анаболическими гормонами. Воздействие физических нагрузок на содержание в крови кальцитонина и паратиреоидного гормона, инсулина и соматот-ропина освещено в работах А.А.Виру, Н.Н.Яковлева, П.К.Кырге, И.А.Држевецкой и др. [1,2]. Сведения о роли половых гормонов в регуляции минерализации и протеиносинтеза костной ткани при адаптации организма к спортивным нагрузкам отсутствуют.

Целью настоящей работы явилось изучение воздействия гипердинамии на минеральную плотность костной ткани и уровень в крови гормонов - регуляторов функционального состояния кости.

МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ

Под наблюдением находились 84 испытуемых - мужчин в возрасте 18-22 лет. В соответствии с уровнем и характером повседневной двигательной активности испытуемые были разделены на три группы: а) спортсмены, тренирующиеся на выносливость - легкоатлеты-стайеры, б) спортсмены, тренирующиеся со

скоростно-силовым уклоном - борцы и в) лица, не адаптированные к спортивным нагрузкам -контрольная группа. Занятия различными видами спорта служили моделью гипердинамии, где интенсивность, объем и характер мышечных нагрузок поддаются учету и классификации. С этой целью учитывались специализация, квалификация и спортивный стаж испытуемых-спортсменов. Контрольную группу составили студенты естественно-географического факультета, занимавшиеся физической культурой 4 часа в неделю.

Исследования проводились между сессиями и в отсутствие соревнований. Забор крови для определения гормонального фона осуществляли утром (в 8-10 часов), натощак, 4-кратно: в покое, сразу после мышечной нагрузки, через 1 и 2 часа отдыха. Содержание тестостерона, эс-традиола, прогестерона, инсулина, кальцитони-на, паратиреоидина, соматотропина определяли в сыворотке крови радиоиммунологическим и радиоконкурентным методами. Для исследования использовали наборы, поставлявшиеся фирмой «CIS» (Франция). Все операции выполнялись автоматически на гамма-счетчике фирмы «Тракор Европа», оснащенном микропроцессором и печатающим устройством.

Для выявления функциональных резервов и реактивности эндокринных желез испытуемым предлагали дозированную мышечную нагрузку. В качестве модели мышечной нагрузки использовали работу на велоэргометре продолжительностью 1 час с частотой педалирования 75 оборотов в минуту (75% от МПК).

Минеральную плотность костной ткани определяли в позвонках, нижней трети лучевой, бедренной и пяточной костях методом абсорбционной денситометрии на дихроматическом костном денситометре фирмы «Норлэнд» (США).

РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЙ

При денситометрическом обследовании были выявлены следующие изменения минерализации костной ткани у спортсменов(таблица 1).

Минеральная плотность костной ткани различных звеньев скелета спортсменов и лиц, не занимающихся спортом, М±m

Исследуемые показатели Борцы Легкоатлеты Контр. группа

МП позвоночника 1,465±0,031* 1,31±0,02* 1,196±0,034

МП луч. кости 0,979±0,028 0,82±0,04 0,884±0,03

МП пят.кости 0,577±0,028 0,70 ±0,04* 0,515±0,040

МП бедр.п. 1,999±0,619* 1,23±0,02* 1,125±0,027

МП бедр.л. 1,374±0,026* 1,21±0,02* 1,133±0,025

Общее к-во минералов, г 3565±774* 3309±89 3273±70

Примечание: * - различия достоверны по отношению к контрольной группе

В наиболее нагружаемых звеньях скелета борцов - позвоночник, бедренные кости, пяточная кость - минеральная плотность достоверно выше по сравнению с испытуемыми, не адаптированных к физическим нагрузкам; минеральная плотность лучевой кости имеет тенденцию к увеличению по сравнению с данными контрольной группы.

У легкоатлетов выявлено повышение минеральной плотности в позвоночнике, бедренных и пяточных костях относительно значений у нетренированных испытуемых.

Вместе с тем, степень выраженности данных изменений модулируется интенсивностью физической нагрузки. Об интенсивности нагрузок мы судили по спортивной квалификации: 2-й разряд, 1-й разряд, кандидат в мастера, мастер спорта. Полученные данные позволяют утверждать, что минеральная плотность костной ткани увеличивается с повышением разряда.

Таким образом, локализация и степень выраженности денситометрических изменений опорно-двигательного аппарата определяются спецификой и интенсивностью спортивной деятельности.

Адаптация костной ткани к гипердинамии сопровождается изменением регуляции минерализации и белкового синтеза и выражается модуляцией содержания в крови кальцийрегулиру-ющих и анаболических гормонов (таблица 2).

У испытуемых, тренирующихся со скоростно-силовым уклоном содержание кальцитонина достоверно ниже (125,8 ± 1,76 пг/мл) по сравнению с неадаптированными к спортивным нагрузкам мужчинами (131,2± 1,07 пг/мл, р<0,05). Существенные различия выявлены в содержании эстрадиола. У представителей контрольной группы концентра-

ция данного гормона достоверно выше, между группами спортсменов различия незначительны (0,143±0,001 нг/мл, р<0,01 у испытуемых контрольной группы; 0,132±0,001 у легкоатлетов и 0,133±0,001 нг/мл у борцов). Содержание парати-реоидного гормона, напротив, выше у борцов и легкоатлетов (0,768±0,09 нг/мл в контрольной группе, 0,803±0,012 нг/мл у легкоатлетов, р<0,05, 0,805±0,008 нг/мл у борцов, р<0,05).

Вероятно, выявленное повышение количества минералов в костной ткани спортсменов в соответствии с механизмом отрицательной обратной связи тормозит синтез гормонов, обеспечивающих поступление кальция из крови в костную ткань.

При адаптации организма к спортивным нагрузкам происходит также изменение секреции гормонов, стимулирующих протеиносинтез в костной ткани (таблица 3).

В ходе проведенного исследования определено, что у испытуемых с низким уровнем двигательной активности (контрольная группа) содержание тестостерона в сыворотке крови достоверно выше (3,93±0,05 нг/мл), чем у спортсменов (3,19±0,11 нг/мл, р<0,01 у легкоатлетов, 3,44±0,14, р<0,01 у борцов). Имеются различия концентрации соматотропного гормона в крови между спортсменами различных специализаций: минимальный уровень гормона роста определен нами у легкоатлетов (1,32±0,01 нг/мл, р<0,05) по сравнению с борцами (1,38±0,02 нг/мл). У тренированных испытуемых выявлена большая концентрация в сыворотке крови инсулина (19,87±0,21 МкЕ/мл у легкоатлетов, р<0,01, 20,11±0,22 МкЕ/мл у борцов, р<0,01), чем у представителей контрольной группы (18,23±0,1 МкЕ/мл).

Таким образом, характер повседневной дви-

Влияние дозированной мышечной нагрузки на содержание в сыворотке крови гормонов, регулирующих минеральную фракцию костной ткани, у лиц с различным уровнем двигательной активности

Исследуемые показатели Условия эксперимента Контрольная группа

Кальцито- нин, пг/мл в покое 131,20±1,07 129,50±1,58 125,8+1,76*

при нагрузке 128,70±1,17 122,82±1,49* 120,2+1,07*

1 ч. восст. 130,1±1,20 126,5+1,48 123,1+1,75

2 ч. восст. 130,0±1,10 130,5±1,60 126,4+1,75

Пара- тиреоидный гормон, нг/мл в покое 0,77±0,01 0,80+0,01* 0,81+0,01*

при нагрузке 0,82±0,01 0,93+0,01** 0,91+0,01**

1 ч. восст. 0,79±0,01 0,86+0,01 0,85+0,01

2 ч. восст. 0,78±0,01 0,81+0,01 0,81+0,01

Эстрадиол, нг/мл в покое 0,143±0,001 0,132+0,001** 0,133+0,001**

при нагрузке 0,136±0,001 0,122+0,001** 0,121+0,001**

1 ч. восст. 0,140±0,001 0,126+0,001 0,127+0,001

2 ч. восст. 0,142±0,001 0,131+0,001 0,134+0,001

Примечание: * - различия достоверны по отношению к данным

гательной активности определяет активизацию секреции определенных анаболических гормонов: тестостерон имеет максимальную концентрацию в сыворотке крови у нетренированных испытуемых, инсулин - у спортсменов, а сома-тотропный гормон - у борцов.

Для наиболее полной характеристики реактивности эндокринных желез, функциональных резервов и чувствительности тканей к гормональным воздействиям была использована дозированная мышечная нагрузка.

Показатели содержания кальцийрегулирую-щих гормонов характеризовались синхронностью изменения и восстановления после вело-эргометрической работы. Концентрация каль-цитонина в плазме крови, взятой сразу после прекращения нагрузки, была ниже, чем в базаль-ной порции. У испытуемых контрольной группы содержание гормона снизилось незначительно - на 2%, у легкоатлетов - на 5,2% (р<0,05), у

борцов - на 4,5% (р<0,05). Динамика содержания эстрадиола в сыворотке крови под действием велоэргометрической работы аналогична изменению уровня кальцитонина. У всех групп испытуемых происходит снижение концентрации эстрадиола в сыворотке крови: в контрольной группе на 5% (р<0,01), у легкоатлетов на 7,2% (р<0,01), у борцов на 8,9% (р<0,01).

Симпатическая нервная система, активирующаяся при стрессе, оказывает стимулирующее влияние на выработку паратиреоидного гормона, поэтому дозированная нагрузка вызвала повышение содержания паратиреоидина у всех групп испытуемых: в контрольной группе на 6%, у легкоатлетов на 16,3% (р<0,05), у борцов на 13,2% (р<0,05). По прошествии 2 часов отдыха показатели содержания кальцитонина, эстрадиола и паратиреоидного гормона вернулись к исходным значениям.

При остром стрессе активизируются сроч-

Влияние дозированной мышечной нагрузки на содержание в сыворотке крови гормонов, регулирующих белковую фракцию костной ткани, у лиц с различным уровнем двигательной активности

Исследуемые показатели Условия эксперимента Контрольная группа

Тестостерон, нг/мл в покое 3,93±0,05 3,19±0,11** 3,44±0,14**

при нагрузке 3,61±0,04 2,39±0,11** 2,46±0,09**

1 ч. восст. 3,69±0,07 2,84±0,12 2,79±0,13

2 ч. восст. 3,86±0,04 3,21±0,13 3,44±0,14

Инсулин, мЕд/мл в покое 18,23±0,1 19,87±0,2 20,11±0,2

при нагрузке 17,99±0,1 18,35±0,2 18,43±0,1

1 ч. восст. 18,21±0,1 19,23±0,2 19,97±0,2

2 ч. восст. 18,20±0,1 19,97±0,2 20,3±0,2

Соматотроп-ный гормон, нг/мл в покое 1,34±0,02 1,32±0,01 1,38±0,02

при нагрузке 1,32±0,02 1,25±0,01 1,26±0,02

1 ч. восст. 1,33±0,02 1,28±0,01 1,31±0,02

2 ч. восст. 1,34±0,02 1,33±0,01 1,39±0,02

Примечание: * - различия достоверны по отношению к данным контрольной группы при р<0,05, ** - р<0,01.

ные механизмы адаптации: потенцируется секреция катаболических и ингибируется секреция анаболических гормонов. Под влиянием дозированной мышечной нагрузки происходит снижение уровня соматотропина у спортсменов: у легкоатлетов на 5,4% (р<0,01), у борцов на 8,3% (р<0,01). У представителей контрольной группы можно отметить лишь незначительную тенденцию к снижению данного показателя на 1,7%. Выявлено уменьшение концентрации инсулина. В контрольной группе содержание гормона изменилось незначительно - на 1,3%. У спортсменов изменения достоверны: у легкоатлетов на 17,7% (р<0,01), у борцов - на 8,4% (р<0,01). Снизилось содержание тестостерона в сыворотке крови: в контрольной группе на 8% (р<0,01), у легкоатлетов на 25% (р<0,01), у борцов на 28,5% (р<0,01).

Дозированная мышечная нагрузка позволила выявить максимальное торможение секреции анаболических гормонов у испытуемых,

адаптированных к гиперкинезии, по сравнению с нетренированными людьми и, следовательно, более высокий уровень реактивности эндокринных желез.

Данные изменения концентрации анаболических и кальцийрегулирующих гормонов в крови связаны с адаптацией к спортивным нагрузкам, требующим повышенной мобилизации энергетических и пластических ресурсов и описаны многими авторами (Н.Н.Яковлев, 1981; А.А.Виру, 1983; В.Э.Ээпик , 1994, и др.).

Перетренировки, стрессовые ситуации во время соревнований могут привести к срыву адаптационных механизмов и, как следствие, к гормональному дисбалансу и дистрофическим изменениям в костной ткани. Изложенные материалы дают возможность определить пороговые значения минеральной плотности у спортсменов с нагрузкой на различные звенья опорно-двигательного аппарата, разработать комплекс профилактических мероприятий, направ-

ленных на предупреждение травм при выполнении физических упражнений, определить индивидуальный оптимум тренировочной нагрузки по результатам гормонального обследования.

ВЫВОДЫ

1. При гиперкинезии происходит увеличение минеральной плотности костной ткани в участках, подвергающихся регулярным механическим нагрузкам соответственно специфике тренировок. По результатам денситометрии у борцов и легкоатлетов выявлено повышение плотности минералов в позвоночнике, бедренной, пяточной костях.

2. Плотность минералов в костях скелета увеличивается с повышением интенсивности

нагрузок (в зависимости от спортивной квалификации).

3. При адаптации организма спортсмена к мышечным нагрузкам происходит торможение синтеза гормонов, обеспечивающих поступление кальция из крови в костную ткань: повышение концентрации в сыворотке крови парати-реоидного гормона, снижение концентрации кальцитонина и эстрадиола.

5. В результате адаптации организма к ги-перкинезии происходит изменение базального уровня анаболических гормонов. В условиях относительного мышечного покоя у тренированных испытуемых выявлено снижение концентрации тестостерона и повышение уровня инсулина в крови по сравнению с испытуемыми контрольной группы.

Литература

1. Виру А.А. Гормональные механизмы адаптации и тренировки. -Л.: Наука, 1981. -155 с.

2. Виру А.А, Кырге П.К. Гормоны и спортивная работоспособность. -М.: Физкультура и спорт, 1983.

3. Кураченков А.И. Морфофизиологические и типологические изменения в костно-суставном аппарате спорт-

сменов старшего и пожилого возраста. - М.: ФиС, 1959 - С.75.

4. Миронова З.С. Перенапряжение опорно-двигательного аппарата у спортсменов. М.: ФиС, 1982- 96 с.

5. Никитюк Б.А., Коган Б.И. Адаптация скелета спортсменов. -Киев: Здоровье, 1989. -127 с.

6. Паникаровский В.В., Прохончуков А.А. Сравнительное изучение микротвердости различных костей скелета

человека //Ортопедия, травматология и протезирование. -1974. -№12. -С.45-50.

7. Привес М.Г., Алексина Л.А. Влияние различных видов спорта на рост скелета у спортсменов детского,

подросткового и юношеского возраста // Архив анатомии, гистологии и эмбриологии. -1978.- №6. -С.5-15.