Искусственная гипоксия как дополнительное средство воздействияна организм спортсмена в целях повышения уровня функциональной подготовленности

МЕДИКО-БИОЛОГИЧЕСКИЕ ПРОБЛЕМЫ СПОРТА

ИСКУССТВЕННАЯ ГИПОКСИЯ КАК ДОПОЛНИТЕЛЬНОЕ СРЕДСТВО ВОЗДЕЙСТВИЯНА ОРГАНИЗМ СПОРТСМЕНА В ЦЕЛЯХ ПОВЫШЕНИЯ УРОВНЯ ФУНКЦИОНАЛЬНОЙ ПОДГОТОВЛЕННОСТИ

А.А. ГРУШИН, Олимпийский комитет России;

А.А. АНТОНОВ, Академия МЧС, г. Иваново;

С.В. НАГЕЙКИНА,

ФГБОУ ВПО «Государственный университет по землеустройству»;

В.Л. РОСТОВЦЕВ, ООО НПО «Спортмедтех»

Аннотация

Данная статья затрагивает недостаточно изученный и противоречивый аспект спортивной подготовки - влияние искусственного гипоксического фактора, создаваемого специальными техническими устройствами на повышение физической работоспособности спортсменов. В проведенных исследованиях рассматривается возможность применения гипоксических палаток для имитации «горных» условий и нахождения в них атлетов в течение большей части суток в сочетании с тренировками, проводимыми как на равнине, так и в условиях среднегорья. Используя результаты исследований, были предложены и апробированы две методики искусственного гипоксического воздействия: ступенчато-возрастающая (стандартная) и индивидуальная, учитывающая реакцию организма спортсмена на высоту и выполняемую физическую работу.

Abstract

This article touches on insufficiently studied and controversial aspect of athletic training -the impact of artificial hypoxic factors create special technical devices to improve the physical performance of athletes. In the study the possibility of using hypoxic tents to simulate a "mountain" terms and in finding their athletes for most of the day in conjunction with the training conducted as in the plains and in the conditions of middle. Using the results of research it has been proposed and tested two methods of artificial hypoxia: stepwise increasing (standard), and the individual, taking into account the reaction of an athlete on the pitch and perform physical work.

Ключевые слова: гипоксия, среднегорье, искусственное гипоксическое воздействие, гемоглобин, гемоглобиновая масса, максимальное потребление кислорода, порог анаэробного обеспечения.

Keywords: hypoxia, midlands, artificial hypoxic effects, hemoglobin, hemoglobin mass, maximum oxygen consumption, anaerobic threshold provision.

Введение

Комбинированная методика использования проживания в условиях искусственной гипоксии в сочетании с тренировками на равнине или в среднегорье впервые стала применяться в спортивной подготовке сильнейших

спортсменов ГДР циклических видов спорта еще с конца 1970 г. Последователями развития этого направления гипоксической подготовки являются представители скандинавских стран. Женская сборная команда России по лыжным гонкам искусственное гипоксическое

воздействие («высотные» дома) применяла в спортивной подготовке в 1995-1997 гг. («Вуокатти», Финляндия; «Трисиль», Норвегия; «Галливаре», Швеция).

Анализ отечественного и зарубежного опыта подготовки высококвалифицированных спортсменов предполагает, что искусственная гипоксия способствует повышению возможностей кислородтранспортной системы и не нарушает процесса совершенствования других сторон подготовленности [1, 2, 3, 7].

К настоящему времени накоплен большой объем исследовательской информации по проблеме гипокси-ческой подготовки спортсменов, при которой они находятся в условиях искусственной гипоксии большую часть суток, а тренируется в условиях равнины или среднегорья. Тем не менее многие вопросы, связанные с применением гипоксического фактора, до сих пор остаются не полностью раскрытыми. Это связано с наличием большого количества переменных величин, влияющих на результат гипоксического воздействия. К главным из них относятся: количество времени проводимого спортсменом в условиях искусственной гипоксии, уровень и характер изменения используемых высот, спортивный стаж, состояние атлета и многие другие составляющие.

Основные методы исследования

• Библиографический поиск, теоретический анализ и обобщение материалов данных информационных источников.

• Комплекс методов наблюдения, опроса, экспертных оценок и анализа документальных материалов.

• Методы расчета алгоритмов предлагаемых для использования вариантов искусственного гипоксического воздействия.

• Комплекс методов анализа функционального состояния организма спортсменов: тестирование, газоанализ, пульсометрия, биохимический анализ.

• Математико-статистические методы обработки результатов исследования.

Изменение уровня функциональной подготовленности определялось по результатам лабораторных тестирований в ступенчато-возрастающем тесте «до отказа», проводимым на беговой дорожке с использованием вышеперечисленных методик. Из большого перечня доступных показателей физической работоспособности были выбраны наиболее информативные: МПК (VO2 max) - максимальное потребление кислорода и ПАНО (VO2) - потребление кислорода на уровне порога анаэробного обеспечения.

Дополнительно применялась стандартная методика определения концентрации гемоглобина в крови (Hb), а также производилось измерение показателя «общей гемоглобиновой массы» (t-Hbmass), в основе которого лежит использование методики возвратного дыхания монооксида углерода (СО).

Параметры физической нагрузки для обеих групп были идентичные, контроль осуществлялся мониторами сердечного ритма производства "Polar", Финляндия.

Теоретическое и методологическое обоснование

Гипоксический фактор, в своей сущности, - интегральный показатель воздействия различных типов гипоксии на «гипоксическое» состояние организма человека. В конкретном случае мы рассматриваем данное явление в свете использования «среднегорья» или «высокогорья», а точнее сказать - условий пониженного содержания кислорода в атмосферном воздухе как дополнительного средства тренировочного процесса.

Опираясь на результаты исследований зарубежных и отечественных специалистов [2, 4, 5, 6, 8], были предложены два варианта использования искусственного гипоксического воздействия: ступенчато-возрастающая (стандартная) и индивидуальная, учитывающая особенности переносимости спортсменом «высотных» условий и выполняемых предлагаемых физических нагрузок.

Оба варианта предполагают проведение двух предварительных тестов по определению начальной высоты над уровнем моря (в случае тренировок на равнине), на которой спортсмену целесообразно находиться в данный период времени.

Первым выполняется тест по определению индекса гипоксической восприимчивости (1-ИурВ6000) с имитацией высоты 6000 м. над уровнем моря [1].

1-Иур В6ооо = Тс / Тв

где:

Тс - время снижения Бр02 до 80% насыщения артериальной крови кислородом.

Тв - время восстановления Бр02 до 96% или исходного уровня насыщения артериальной крови кислородом.

Значения индекса в диапазоне от 0 до 1,9 у.е. оцениваются в 0 баллов; от 2 до 3 у.е. получают - 1 балл; свыше 3 у.е. - 2 балла.

Второй тест - определение индекса гипоксической переносимости (1-Иур П3000) с имитацией высоты в 3000 м над уровнем моря и регистрацией показателя 5р02 (в %) после 10-ти минутного пребывания на ней.

Значения этого показателя: менее 87% - оценивались в 0 баллов, диапазон 88-93% имел 1 балл и более 94% -2 балла.

По результатам двух вышеперечисленных тестов (по сумме баллов) определялась начальная высота, в условия которой необходимо поместить спортсмена (табл. 1).

В качестве основы ступенчато-возрастающей методики была использована процедура повышения высоты нахождения в палатках на постоянную величину, равную 300 м, через каждые 3 дня. Например, начальная высота определена в 1500 м над уровнем моря, через 3 дня -1800 м и так далее, до 3000 м над уровнем моря. Протокол использования ступенчато-возрастающего (стандартного) гипоксического воздействия нашел отражение в табл. 2.

Для реализации индивидуальной методики использования искусственного гипоксического воздействия требуется проведение трех тестов в ежедневном режиме.

Таблица 1

Алгоритм подбора начальной высоты для спортсмена

I-Hyp В6000 I-Hyp Пзооо Сумма баллов в двух тестах Предлагаемая начальная высота (м) над уровнем моря

Значение, у.е. Балл Значение, % Балл

0-1,9 0 < 87 0 0 1500

0-1,9 0 88-93 1 1 1500

0-1,9 0 > 94 2 2 1800

2-3 1 < 87 0 1 1500

2-3 1 88-93 1 2 1800

2-3 1 > 94 2 3 2100

> 3 2 < 87 0 2 1800

> 3 2 88-93 1 3 2100

> 3 2 > 94 2 4 2100

К двум вышеуказанным: по определению индекса ги-поксической восприимчивости (I-Hyp В6000) и гипокси-ческой переносимости (I-Hyp П3000), добавляется необходимость определения индекса восстановления (ИВ). ИВ - показатель, определяемый на основе частного анализа вариабельности сердечного ритма (HR), регистрируемого в период всего ночного сна портативным кардиомонитором "Bodyguard". Данный показатель автоматически вычисляется компьютерной программой "First beat Sport" (Финляндия), значения которого переводятся в баллы: диапазон от 0 до 39% оцениваются в 0 баллов; 40-69% - 1 балл и от 70 до 100% - 2 балла.

Алгоритм изменения «высотных» условий, используемых спортсменом на основании суммы баллов, набранных на трех вышеописанных тестах, представлен в табл. 3.

Таблица 3

№ I-Hyp В6000 I-Hyp П3000 ИВ Сумма баллов Рекомендуемое действие Изменение высоты

Значение, у-е Балл Значение, % Балл Значение, % Балл

1 0-1,9 0 < 87 0 0-39 0 0 * -300

2 0-1,9 0 88-93 1 0-39 0 1 * -300

3 0-1,9 0 > 94 2 0-39 0 2 Ф 0

4 0-1,9 0 < 87 0 40-69 1 1 * -300

5 0-1,9 0 88-93 1 40-69 1 2 Ф 0

6 0-1,9 0 > 94 2 40-69 1 3 Ф 0

7 0-1,9 0 < 87 0 70-100 2 2 Ф 0

8 0-1,9 0 88-93 1 70-100 2 3 Ф 0

9 0-1,9 0 > 94 2 70-100 2 4 Ф +300

10 2-3 1 < 87 0 0-39 0 1 * -300

11 2-3 1 88-93 1 0-39 0 2 Ф 0

12 2-3 1 > 94 2 0-39 0 3 Ф 0

13 2-3 1 < 87 0 40-69 1 2 Ф 0

14 2-3 1 88-93 1 40-69 1 3 Ф 0

Таблица 2

Сутки Высота (м) над уровнем моря Сутки Высота (м) над уровнем моря

чН 1 1500 10 2400

Е- ч 2 1500 11 2400

3 1500 12 2400

сч 4 1800 13 2700

h а Э 5 1800 а э 14 2700

6 1800 15 2700

со 7 2100 «О 16 3000

^ а э 8 2100 h а э 17 3000

9 2100 18 3000

Окончание табл. 3

№ 1-Нур Вбооо 1-Нур П3000 ИВ Сумма баллов Рекомендуемое действие Изменение высоты

Значение, У-е Балл Значение, % Балл Значение, % Балл

15 2-3 1 > 94 2 40-69 1 4 * +300

16 2-3 1 < 87 0 70-100 2 3 Ф 0

17 2-3 1 88-93 1 70-100 2 4 * +300

18 2-3 1 > 94 2 70-100 2 5 * +300

19 >3 2 < 87 0 0-39 0 2 Ф 0

20 >3 2 88-93 1 0-39 0 3 Ф 0

21 >3 2 > 94 2 0-39 0 4 * +300

22 >3 2 < 87 0 40-69 1 2 Ф 0

23 >3 2 88-93 1 40-69 1 4 * +300

24 >3 2 > 94 2 40-69 1 5 * +300

25 >3 2 < 87 0 70-100 2 4 * +300

26 >3 2 88-93 1 70-100 2 5 * +300

27 >3 2 > 94 2 70-100 2 6 * +300

Примечание. Индекс восстановления:

низкий средний высокий

Организация и методы исследований

Исследования были осуществлены Олимпийским комитетом России совместно с АНО «Инновационный центр ОКР» и коллективом «Центр лыжного спорта» г. Иваново. Уникальность данной работы заключается в том, что три запланированных этапа исследований были встроены в тренировочный план полугодового периода подготовки спортсменов с 27 июля по 18 декабря 2012 г. В исследованиях приняли участие 12 спортсменов со стажем спортивной подготовки не менее 5 лет, прошедших отбор в сборную команду Ивановской области по лыжным гонкам и постоянно участвующих в различных всероссийских соревнованиях.

Первый этап (29.07.2012-03.10.2012) включал в себя шесть лабораторных исследований функциональной подготовленности, проводимых в условиях «нормоксии» и «гипоксии», и двух учебно-тренировочных сборов: с/б «Бельмекен», Болгария (08.08-29.08) и с/б «Рауби-чи», Белоруссия (08.09-25.09).

На данном этапе решались следующие задачи:

1. Формирование экспериментальной и контрольной групп тестовой команды по результатам лабораторных тестирований.

2. Оценка воздействия естественной гипоксии на организм спортсменов тестовой команды.

3. Отработка процедуры проведения тестов, необходимых для реализации предлагаемых методик (УТС на с/б «Раубичи», Белоруссия).

4. Апробация разработанных алгоритмов предлагаемых вариантов искусственного гипоксического воздействия.

Второй этап (04.10-05.11) включал в себя два лабораторных тестирования и тренировочное мероприятие на с/б «Вуокатти» (Финляндия) (0 м над уровнем моря). На данном этапе определялось влияние ступенчато-возрастающей методики использования искусственного гипоксического воздействия на повышение функционального уровня подготовленности. Вышеуказанная методика предполагала проживание спортсменов экспериментальной группы в гипоксических палатках, «высотные» условия в которых изменялись в соответствии с разработанным алгоритмом (плюс 300 м каждые последующие 3 дня). Начальная высота была определена в 1500 метров над уровнем моря.

Спортсмены контрольной группы не подвергались искусственному гипоксическому воздействию.

Тренировочная работа проводилась в условиях равнины и была единой для спортсменов обеих групп.

Третий этап (06.11-18.12), проводимый в «Обер-тауне» (Австрия) (1500 м над уровнем моря), включал в себя спортивно-тестовое мероприятие и два лабораторных тестирования функционального состояния спортсменов. На данном этапе определялась эффективность использования экспериментальной группой дополнительного искусственного гипоксического воздействия с учетом индивидуальных особенностей спортсмена. Реализация вышеуказанной методики предполагала проживание в гипоксических палатках по разработанному алгоритму процедуры установления в них «высотных» параметров и тренировками в естественных «горных» условиях. Спортсмены контрольной группы не применяли дополнительного искусственного гипоксического воздействия.

Обсуждение результатов

По результатам проведенных тестирующих процедур в условиях нормоксии и гипоксии (1500 м над уровнем моря) квалифицированные спортсмены, специализирующиеся в лыжных гонках, были разбиты на экспериментальную и контрольную группы по 6 человек в каждой.

Средние значения показателей аэробной производительности для членов экспериментальной группы составили: МПК = 4,48 м/мин, ПАНО = 3,21 л/мин для условий нормоксии и МПК = 4,05 л/мин, ПАНО = 3,15 л/мин для условий гипоксии (1500 м над уровнем моря). В контрольной группе данные показатели имели следующие значения: МПК = 4,21 л/мин, ПАНО = 2,97 л/мин (нормоксия) и, соответственно, МПК = 3,86 л/мин, ПАНО = 2,91 л/мин в условиях гипоксии.

Показатели, от которых в основном зависит перенос кислорода от легких к органам и тканям имели следующие средние значения: по экспериментальной группе: НЬ = 153,3; ^-НЬпа^8 = 921; по контрольной группе: НЬ = 150,2; ШЬта55 = 851,4.

Анализ результатов ЭКО-1 и ЭКО-2, проводимых до и после УТС на с/б «Бельмекен» (Болгария), говорит об адекватной реакции организма спортсменов обеих групп на естественную «горную» подготовку. Так, в экспериментальной группе прирост значений показателя МПК составил 4,7%, а НЬ - 9,9%; в контрольной - 4,5% и 9,4%, соответственно.

В последующий период времени, на учебно-тренировочном сборе в «Вуокатти» (Финляндия), производилась отработка тестовых процедур и апробация разработанных алгоритмов двух вариантов использования искусственного гипоксического воздействия. Для экспериментальной группы был определен вариант «индивидуального» гипоксического воздействия, для контрольной - «стандартный», с начальной высотой 1500 м над уровнем моря. В итоге более эффективным оказался «стандартный» вариант - прирост МПК составил 7,2% против 2,5%, в то время как показатели НЬ и t-HЬmass остались практически без изменений (НЬ = 162,5 и 162,7 в экспериментальной группе; 152,5 и 152,8 - в контрольной). Дополнительно можно конста-

тировать факты большей простоты исполнения и более длительного сохранения эффекта «высотной» подготовки (до 1,5 месяца).

На заключительном III этапе исследований предполагалось выявить влияние дополнительного искусственного гипоксического воздействия с учетом индивидуальных возможностей, в сочетании с тренировками в условиях «среднегорья» на высоте 1500 м над уровнем моря на физическую работоспособность спортсменов. Лабораторные обследования (ЭКО-4 и ЭКО-5), результаты которых были положены в основу определения эффективности использования вышеуказанной методики, зафиксировали следующие изменения в значениях изучаемых показателей:

• В экспериментальной группе, использующей дополнительный гипоксический фактор: МПК = -1,6%, ПАНО = +3,0%, НЬ = -3,12%, ^НЬташ$ = -1,7%.

• В контрольной группе: МПК = +1,8%, ПАНО = +0,8%, НЬ = +2,6%, ^НЬта^ = -1,1%.

Разнонаправленность изменений изучаемых показателей в экспериментальной группе, с одной стороны, предположительно говорит о не эффективности используемой методики, но, с другой стороны, можно предположить, что ежедневные процедуры необходимых тестирований по определению «высотных» условий для проживания в гипоксических палатках негативно повлияли на общее состояние спортсменов. Таким образом, фактор проведения тренировочных занятий в условиях гипоксии (1500 м над уровнем моря), является основным, влияющим на повышение физической работоспособности.

Выводы

1. Искусственная гипоксия сохраняет эффект «горной» подготовки, в течение более длительного периода времени нахождения спортсмена в условиях равнины (замедление деадаптации).

2. Ступенчато-прогрессирующая (стандартная) методика искусственного гипоксического воздействия наиболее проста и доступна для реализации.

3. Тренировка в условиях гипоксии является основным фактором, влияющим на повышение физической работоспособности спортсменов.

Литература

1. Волков Н.И. Биоэнергетика напряженной мышечной деятельности человека и способы повышения работоспособности спортсменов / автореф. дис. ... д-ра биол. наук. - М., 1990. - 101 с.

2. Иорданская Ф.А. Гипоксия в тренировке спортсменов и факторы, повышающие ее эффективность. -М.: Советский спорт, 2015. - 160 с.

3. Платонов В.Н. Система подготовки спортсменов в олимпийском спорте. - К.; Олимп. лит., 2015. -Кн. 2. - 752 с.

4. Суслов Ф.П., Гиппенрейтер Е.Б. Подготовка спортсменов в горных условиях. - М., СпортАкадемПресс, 2001. - 175 с.

5. Heinicke K, Heinicke I., Schmidt W, Wolfarth B. Three-week traditional altitude training increases hemoglobin mass

and red cell volume in elite biathlon athletes // Int i Sports Med. 2005 June; 26 (5). - Pp. 5-350.

6. Levine B.D., Stray-Gundersen J., Chapman R.F. "Living high-training low" altitude training improves sea level performance in male and female elite runners // Journal of Applied Physiology, 2001, 83 (1). - Pp. 12-102.

7. Millet G.P., Roels B., Schmitt L. et al. Combining hypoxic methods for peak performance // Sports Med. -2010. - Vol. 40. - Pp. 1-25.

8. Wehrlin J., Zuest P., Hallen J., Marti B. Live high-train low for 24 days increases hemoglobin mass and red cell volume in elite endurance athletes // J. Appl Physiol, 2006; 100 (6):1938-45.

References

1. Volkov N.I. Bioenergetics of intense muscular activity in man and the ways to improve the performance of athletes / author. dis. ... Dr. biol. Sciences. - M., 1990. -101 p.

2. Iordanskaya F.A. Hypoxia in training athletes and the factors that increase its efficiency. - M.: Soviet Sport, 2015. - 160 p.

3. Platonov V.N. The system of training athletes in Olympic sports. - K.; Olympus. Lit, 2015. - B. 2. - 752 p.

4. Suslov F.P., Gippenreiter E.B. Training athletes in the mountains. - M., SportAkademPress, 2001. - 175 p.

5. Heinicke K, Heinicke I., Schmidt W, Wolfarth B. Three-week traditional altitude training increases hemoglobin

mass and red cell volume in elite biathlon athletes // Int i Sports Med. 2005 June; 26 (5). - Pp. 5-350.

6. Levine B.D., Stray-Gundersen J., Chapman R.F. "Living high-training low" altitude training improves sea level performance in male and female elite runners // Journal of Applied Physiology, 2001, 83 (1). - Pp. 12-102.

7. Millet G.P., Roels B., Schmitt L. et al. Combining hypoxic methods for peak performance // Sports Med. -2010. - Vol. 40. - Pp. 1-25.

8. Wehrlin J., Zuest P., Hallen J., Marti B. Live hightrain low for 24 days increases hemoglobin mass and red cell volume in elite endurance athletes // J. Appl Physiol, 2006; 100 (6):1938-45.