Влияние температурных условий среды на адаптацию функциональных систем организма пловцов на открытой воде

ВЛИЯНИЕ ТЕМПЕРАТУРНЫХ УСЛОВИЙ СРЕДЫ НА АДАПТАЦИЮ ФУНКЦИОНАЛЬНЫХ СИСТЕМ ОРГАНИЗМА ПЛОВЦОВ

НА ОТКРЫТОЙ ВОДЕ

А.В. ПЕТРЯЕВ, НГУ им. П.Ф. Лесгафта; Е.А. ШИРКОВЕЦ, ФГБУ ФНЦ ВНИИФК

Аннотация

В работе рассматриваются вопросы адаптации спортсменов в открытой воде к пониженным и повышенным температурам воды. Определено, что температурные адаптации у разных испытуемых в значительной мере зависят от индивидуальной реакции организма на внешние условия. Этот фактор должен учитываться при подготовке к соревновательной деятельности пловцов на открытой воде. Исследования показали, что адаптивные возможности при приспособлении к длительному плаванию в воде с пониженной и повышенной температурой разнообразны. Физиологическое значение специфики адаптивных изменений выражалось в целенаправленных изменениях характера биоэнергетических реакций. Они обусловлены особенностями метаболизма в системах органов и мышцах в соответствии с условиями функционирования спортсмена.

Ключевые слова: плавание на открытой воде, температурная адаптация.

Abstract

This work studies questions of open water swimmers adaptation to the conditions of lower or higher water temperature. It is determined that temperature adaptations of different sportsmen depend highly on individual reaction of organism to external factors, so the preparation of open water swimmers to competitions must consider this aspect. Studies have shown that adaptive capabilities in the adaptation to prolonged swimming in water with low and high temperature are varied. Physiological significance of the specificity of adaptive changes was reflected in focused changes in the nature of bioenergetics reactions. They are caused by the peculiarities of metabolism in organ systems and muscles in accordance with the conditions of functioning of the athlete.

Keywords: open water swimming, temperature adaptations.

Введение

Среди специфических факторов соревновательной деятельности в плавании на открытой воде наименее изученным и наиболее уязвимым звеном в системе подготовки является адаптация к температуре внешней среды, существенно влияющей не только на результативность выступления, но в равной мере и на саму безопасность жизнедеятельности спортсмена [1, 2].

Процесс температурной адаптации отражает изменения метаболических терморегуляторных реакций, которые в конечном итоге приводят к ослаблению неблагоприятного влияния высокой или низкой температуры на организм. Благодаря этим приспособительным изменениям метаболизма обеспечивается возможность выполнения напряженной соревновательной деятельности пловцами на открытой воде при различных температурных условиях среды.

Для выявления особенностей адаптации пловцов на открытой воде к экстремальным условиям деятельности в водной среде было проведено сравнительное исследование с выполнением работы в различных температурных режимах. При этом за «пониженную» температуру воды

принималась температура, равная 19оС, за «повышенную» - 30оС. Указанный диапазон температур соответствует реальным условиям соревнований в различных акваториях мира.

Методы

Одним из методов комплексного определения функциональных показателей спортсменов в лабораторных условиях является метод ступенчатого увеличения дозированных физических нагрузок, выполняемых до отказа вследствие утомления [3]. Лабораторное изучение функциональных возможностей пловцов проводилось в условиях, близких к специфике вида спорта. Для этих целей использовался бассейн обращенного типа (гидроканал).

Процедура тестирования с использованием гидроканала включала выполнение работы постепенно повышающейся мощности, выполняемой до отказа. Тест состоял из пяти 5-минутных ступеней с интервалом отдыха 60-80 с в условиях «пониженной» и «повышенной» температуры воды. Мощность нагрузки подбиралась индивидуально исходя из уровня функциональных возможностей спортсменов. В представленной серии исследований

сравниваются результаты тестирования двух пловцов с квалификацией международного уровня, которые специализировались в плавании на открытой воде.

В исследовании использовалась система кардиорес-пираторной диагностики "MetaMax 3B" фирмы Cortex. Данная аппаратура позволяет производить анализ функциональных данных спортсменов при выполнении физических нагрузок. При этом определяются показатели респираторной производительности, уровня утилизации кислорода, регуляции частоты сердечной деятельности. При анализе этих данных расчетным путем определяется уровень работоспособности спортсмена, потребление кислорода при нагрузках разной мощности, порог аэробного и анаэробного обмена. След-

ствие перманентного анализа перечисленных данных -эффективный контроль состояния и оптимизация управления тренировочным процессом.

Результаты

Исследование реакции различных функциональных систем организма на выполнение работы при разной температуре воды было проведено с использованием гидроканала. Изучение метаболизма во время интенсивной мышечной деятельности позволяет адекватно оценить состояние организма, поскольку в данных условиях комплексно анализировались показатели кинетики кислорода, двуокиси углерода, легочной вентиляции, ЧСС и ряда биохимических показателей.

у (1) = -0,408 х2 + 12,52 х+ 12,67 ©_ R2 = 0,892

у(2) = -1,741 х2 + 16,32 х+ 11,80 R2= 0,858

-1-1-1-Г"

12 3 4

у( 1) = -1,977 х2+ 19,79 х+ 8,348 Я2= 0,933

у (2) = -0,835 х2+ 12,23 х+ 8,025 R2= 0,960

1

-Г"

4

Б

Рис. 1. Сравнение динамики О2-потребления при различной температуре воды во время проведения теста

в гидроканале при ступенчатом увеличении нагрузки. По оси абсцисс - номер ступени нагрузки, по оси ординат - уровень О2-потребления (мл/кг/мин). Рис. 1, А - испытуемый № 1, рис. 1, Б - испытуемый № 2.

А

При выполнении работы на каждой ступени мощности регистрировалась легочная вентиляция (Уе), уровни потребления кислорода (Уо2) и двуокиси углерода в выдыхаемом воздухе (УСо2), ЧСС.

Сравнение величины О2-потребления при разной температуре воды дано на графиках рис. 1. Здесь и на следующих графиках ряд 1 показывает реакцию организма при работе в воде с температурой 19оС, а ряд 2 - при температуре 30оС. При невысокой интенсивности работы различия недостоверны. Только при работе субмаксимальной и максимальной мощности работы начинают проявляться различия в уровне потребления кислорода. Здесь достоверно выше показатель при работе в воде с более низкой температурой. Очевидно, повышенный температурный фон ограничивает проявление специальной работоспособности пловцов, соревнующихся в данных условиях.

У другого испытуемого (рис. 1, Б) различия в уровне О2-потребления начали проявляться уже при невысокой мощности выполняемых нагрузок, и эти различия сохранялись далее при предельной мощности работы. Так, на четвертой ступени работы уровень О2-потребления в прохладной воде составил около 60 мл/кг/мин, тогда как в более теплой воде он был на 20 мл/кг/мин меньше. Это связано с различием метаболических реакций организма на интенсивную мышечную деятельность в предлагаемых условиях внешней среды.

Сравнение приведенных данных показывает, что температурные адаптации у разных испытуемых в значительной мере зависят от индивидуальной реакции организма на внешние условия. Этот фактор должен учитываться при подготовке к соревновательной деятельности пловцов на открытой воде, поскольку диапазон температуры воды, согласно правилам соревнований, в разных акваториях может колебаться от 16 до 31оС.

Теория и методика спорта высших достижений

На графиках рис. 2 дано сравнение величины пульса при плавании в воде различной температуры у тех же испытуемых.

В отличие от интегрального показателя функционирования организма, каковым является уровень О2-потребления, различия в частоте пульса не столь выражены. Отсюда можно сделать вывод, что планировать

интенсивность нагрузок в различных условиях внешней среды, опираясь только на показания ЧСС, следует с известной осторожностью. Вместе с тем следует отметить, что при интенсивных нагрузках частота пульса несколько выше при работе в воде более низкой температуры, и эти различия сохраняются до конца работы в выполняемом тесте.

у (1) = -2,928х2+31,61 х + 69,14 Я2 = 0,981

у (2) = -2,696 х2 + 29,22 х + 65,82 Я2 = 0,960

т 4

А

у (1) = -4,607 х2 + 37,03 х + 81,64 ф Я2 = 0,801

у (2) = -2,303 х2 + 26,17 х + 79,17 Я2 = 0,970

-Г 4

Б

Рис. 2. Сравнение реакции ЧСС на различную температуру воды во время проведения теста в гидроканале

при ступенчатом увеличении нагрузки.

По оси абсцисс - номер ступени нагрузки, по оси ординат - ЧСС (уд./мин). Рис. 2, А - испытуемый № 1, рис. 2, Б - испытуемый № 2.

На следующих двух графиках (рис. 3) показано различие величины легочной вентиляции у двух испытуемых в тех же условиях тестирования пловцов в гидроканале в воде с температурой 19 и 30оС.

Сравнение динамики этого показателя показывает, что при невысокой мощности работы не выявляется значительных различий респираторной реакции на нагрузку у испытуемых. Эти различия начинают проявляться

012345 012345

А Б

Рис. 3. Сравнение динамики легочной вентиляции при различной температуре воды во время проведения теста

в гидроканале при ступенчатом увеличении нагрузки.

По оси абсцисс - номер ступени нагрузки, по оси ординат - величина легочной вентиляции (л/мин). Рис. 3, А - испытуемый № 1, рис. 3, Б - испытуемый № 2.

только при субмаксимальной и максимальной мощности работы, где разница в уровне вентиляции превышает 30 л/мин, она выше в более холодной воде.

В то же время у второго испытуемого различия в показателях легочной вентиляции при тестировании в воде с различной температурой не были столь выражены, что опять свидетельствует о значительных индивидуальных различиях реакции респираторной системы на условия окружающей среды.

Обсуждение

Изменения температуры окружающей среды сопровождаются биохимическими эффектами двух типов. К эффектам первого типа относятся изменения кинетической энергии атомов и молекул организма. Следствие этого - изменение скорости биохимических реакций, которое приводит к соответствующему изменению энергопродукции. Во-вторых, изменение температуры тела приводит к изменениям биохимических структур [4]. Повышение или понижение температуры сверх пределов переносимости для организма приводит к дезорганизации и снижению эффективности функционирования рассматриваемых структур. Компенсация температурных эффектов в организме происходит путем изменения концентрации ферментов, обеспечивающих необходимую скорость протекания биохимических реакций [4, 5].

Температура оказывает на метаболические системы влияние двоякого рода. При изменении температуры изменяется общая интенсивность обмена веществ. Поскольку основные метаболические функции организма должны поддерживаться на уровне, который может колебаться в достаточно узких пределах, то изменения температуры тела могут представить серьезную угрозу для здоровья и даже жизни спортсмена.

Снижение работоспособности спортсменов в условиях повышенной температуры и влажности воздуха может быть обусловлено снижением кислородтранс-портных возможностей сердечно-сосудистой системы, дегидратацией организма и развитием его перегревания. В организме уменьшаются запасы углеводов и увеличиваются запасы липидов. Концентрация глюкозы в крови без всяких признаков патологии уменьшается вдвое -до 45-50 мг%. С уменьшением температуры тела основной обмен увеличивается, возрастает активность щитовидной железы.

На основе механизмов саморегуляции предупреждение перегревания организма осуществляется физиологическими процессами. Первый состоит в усилении кожного кровотока, что увеличивает перенос тепла от ядра к поверхности тела и обеспечивает снабжение потовых желез водой. Кожный кровоток при физической

работе в условиях высокой температуры может увеличиваться в 10-15 раз, составляя около 20% минутного объема крови. В комфортных условиях при такой же работе эта величина не превышает 5%. При повышенной температуре окружающей среды уменьшается скорость О2-потребления и, соответственно, энергетические расходы. Это приводит к снижению общей теплопродукции.

В условиях пониженной температуры воздуха энергия АТФ расходуется главным образом на теплопродукцию и меньше ее остается на обеспечение мышечной работы. Для сохранения тепла в ядре тела теплоизолирующая оболочка увеличивается путем уменьшения кожного кровотока.

Результаты исследований показывают, что снижение температуры возникает после плавания в открытой воде в диапазоне температур 12-19оС. Поскольку это сопровождается гипотермией (то есть снижением температуры ядра тела ниже 36оС), то участникам таких мероприятий рекомендуется обязательно мерять температуру. Выявлено, что гипотермия - достаточно частое явление при массовых заплывах в открытой воде, причем с увеличением дистанции увеличивается риск гипотермии [5].

В специальном исследовании, посвященном выявлению риска гипотермии во время участия в заплыве на длинную дистанцию в открытой воде, были получены следующие результаты:

В специальном исследовании, посвященном выявлению риска гипотермии во время участия в заплыве на длинную дистанцию в открытой воде, были получены следующие результаты:

• Возрастание риска гипотермии зависит от продолжительности плавания в открытой воде.

• На снижение такого риска влияет индекс массы тела, с его увеличением снижается вероятность гипотермии в результате преодоления соревновательной дистанции [6].

Выводы

1. Результаты исследований показывают, что адаптивные возможности при приспособлении к пониженной и повышенной температуре среды не только разнообразны, но и обусловлены особенностями биохимических реакций, направляющих метаболизм в системах органов и мышцах адекватно термическим условиям функционирования спортсмена.

2. Физиологическое значение специфики адаптивных изменений выражается в изменениях структуры биоэнергетических реакций и оптимизации работы организма пловцов на открытой воде.

е*)

Литература

1. Brannigan, D, Rogers, I.R., Jacobs, I., Montgomery, A., Williams, A. and Khangure, N. Hypothermia is a Significant Medical Risk of Mass Participation Long-Distance Open Water Swimming // Wilderness and Environmental Medicine, 20: 2009. - Pp. 14-18.

2. Renata, R, Nobrega, A. Risk of Hypothermia in a New Olympic Event: the 10-km Marathon // Swim Clinics (Sao Paulo), 64 (4), 2009. - Pp. 351-356.

3. Ширковец, Е.А. Соотношение функциональных показателей при стандартном тестировании спортсменов / Е.А. Ширковец // Вестник спортивной науки. -2012. - № 5. - С. 50-54.

4. Хочачка, П., Сомеро, Д. Стратегия биохимической адаптации // London, W. Sand. Comp., 1973. - 398 с.

5. Nuckton, T.J., Claman, D.M, Goldreich, D., Wendt, F.C., Nuckton, J.G. Hypothermia and after drop following open water swimming: the Alcatraz/San Francisco Swim Study // Am. J. Emerg. Med., 18 (6). - 2000. - Pp. 703-707.

6. Kerr, C.G., Trappe, T.A., Starling, R.D., Trappe, S.W. Hyperthermia during Olympic triathlon: influence of body heat storage during the swimming stage // Med. Sci. Sports Exerc., 1998 Jan.; 30 (1): 99-104.

References

1. Brannigan, D, Rogers, I.R., Jacobs, I., Montgomery, A., Williams, A. and Khangure, N. Hypothermia is a Significant Medical Risk of Mass Participation Long-Distance Open Water Swimming // Wilderness and Environmental Medicine, 20: 2009. - Pp. 14-18.

2. Renata, R, Nobrega, A. Risk of Hypothermia in a New Olympic Event: the 10-km Marathon // Swim Clinics (Sao Paulo), 64 (4), 2009 - Pp. 351-356.

3. Shirkovets, E.A. The ratio of the functional parameters for standard testing of athletes / E.A. Shirkovets // Vestnik sportivnoy nauki. - 2012. - No. 5. - Pp. 50-54.

4. Hochachka, P., Somero, G. Strategies of biochemical adaptation // London, W. Sand. Comp., 1973. - 398 p.

5. Nuckton, T.J., Claman, D.M, Goldreich, D., Wendt, F.C., Nuckton, J.G. Hypothermia and after drop following open water swimming: the Alcatraz/San Francisco Swim Study // Am. J. Emerg. Med., 18 (6). - 2000. - Pp. 703-707.

6. Kerr, C.G., Trappe, T.A., Starling, R.D., Trappe, S.W. Hyperthermia during Olympic triathlon: influence of body heat storage during the swimming stage // Med. Sci. Sports Exerc., 1998 Jan.; 30 (1): 99-104.