Ulyanovsk Medico-biological Journal

Физиология

Скачать статью

DOI 10.23648/UMBJ.2018.31.17224

УДК 612.285-897+797.212

 

ОСОБЕННОСТИ МЕЖСИСТЕМНОЙ ИНТЕГРАЦИИ И ХЕМОРЕАКТИВНОСТИ КАРДИОРЕСПИРАТОРНОЙ СИСТЕМЫ СПОРТСМЕНОВ В ЗАВИСИМОСТИ ОТ УРОВНЯ СПОРТИВНОЙ КВАЛИФИКАЦИИ

 

Н.В. Балиоз, В.И. Баранов, Ю.В. Боброва, В.Э. Диверт, С.Г. Кривощеков

Научно-исследовательский институт физиологии и фундаментальной медицины,
г. Новосибирск, Россия

e-mail: This email address is being protected from spambots. You need JavaScript enabled to view it.

Понимание адаптивных изменений в механизмах регуляции газообмена и кислородного обеспечения организма в зависимости от уровня спортивного мастерства актуально для управления тренировочным процессом.

Цель исследования – изучить особенности адаптивных реакций спортсменов циклических видов спорта разного уровня подготовки в ответ на гипоксическую и гиперкапническую нагрузку.

Материалы и методы. Обследованы пловцы и легкоатлеты-бегуны (все мужчины) высокого и среднего уровня спортивной квалификации в возрасте от 18 до 23 лет. Регистрация кардиореспираторных показателей проводилась на эргоспирометрической системе OxyconPro@ (Erich Jaeger). Спортсмены-пловцы подвергались раздельным воздействиям: а) плавно нарастающей (с 20,9 до 10 % О2) гипоксии в течение 25 мин; б) плавно нарастающей гиперкапнии (дыхание в замкнутое пространство) в течение 25 мин. Спортсмены-бегуны испытывали воздействие острой (10 % О2) гипоксии в течение 10 мин.

Результаты. Для высококвалифицированных спортсменов-пловцов характерно снижение ответных реакций сердца на гипоксию и меньшая чувствительность к изменениям парциального давления кислорода в альвеолярном газе. При этом у пловцов высокой спортивной квалификации происходит совершенствование механизмов межсистемной интеграции, что обеспечивает повышение «точности» физиологической настройки в изменениях вентиляторных и сердечных ответов на гипоксическое и гиперкапническое воздействие. Для высококлассных спортсменов-легкоатлетов (бегунов на средние дистанции) различий в абсолютных значениях кордиореспираторных показателей в ответ на дыхание гипоксической смесью по сравнению со спортсменами более низкой квалификации не наблюдается, но, так же как и у пловцов, отмечается совершенствование механизмов межсистемной интеграции – повышение «точности» настройки газообменной регуляции ответа на внутреннюю гипоксическую гиперкапнию, проявляющееся в усилении тесноты обратной связи прироста легочной вентиляции и прироста давления СО2 в артериальной крови.

Выводы. Усиление межсистемной интеграции обеспечивает оптимальность хемореактивных ответов на гипоксические и гиперкапнические возмущения газового гомеостаза организма и отражает «точность» адаптивных настроек кардиореспираторной системы у спортсменов высокого класса при интенсивных аэробных нагрузках.

Ключевые слова: спортсмены высокого класса, хемореактивность, гипоксия, гиперкапния, кардиореспираторная система.

Литература

  1. Балыкин М.В., Сагидова С.А., Жарков А.В. Изменения газового состава крови и процессы свободнорадикального окисления липидов в миокарде при адаптации к физическим нагрузкам. Российский физиологический журнал им. И.М. Сеченова. 2015; 101 (9): 1007–1012.

  2. Бурых Э.А., Сороко С.И. Различия в стратегиях и возможностях адаптации человека к гипоксическому воздействию. Физиология человека. 2007; 33 (3): 63–74.

  3. Ainslie P.N., Duffin J. Integration of cerebrovascular CO2 reactivity and chemoreflex control of breathing: mechanisms of regulation, measurement and interpretation. Am. J. Physiol. Regul. Integr. Comp. Physiol. 2009; 296: R1473–R1495.

  4. Stewart J.M., Rivera E., Clarke D.A. Ventilatory baroreflex sensitivity in humans is not modulated by chemoreflex activation. Am. J. Physiol. Heart. Circ. Physiol. 2011; 300: H1492.

  5. Gilmartin G.S., Lynch M., Tamisier R., Weiss J.W. Chronic intermittent hypoxia in humans during

    28 nights results in blood pressure elevation and increased muscle sympathetic nerve activity. Am. J. Physiol. Heart. Circ. Physiol. 2010; 299: H925.

  6. Steinback C.D., Salzer D., Medeiros P.J. Hypercapnic vs. hypoxic control of cardiovascular, cardiovagal, and sympathetic function. Am. J. Physiol. Regul. Integr. Comp. Physiol. 2009; 296: R402.

  7. Leissner K.B., Mahmood F.U. Physiology and pathophysiology at high altitude: considerations for the anesthesiologist. J. Anesth. 2009; 23: 543.

  8. Wilson M.H., Edsell M.E., Davagnanam I. Cerebral artery dilatation maintains cerebral oxygenation at extreme altitude and in acute hypoxia – an ultrasound and MRI study. J. Cereb. Blood Flow Metab. 2011; 31 (10): 2019.

  9. Shoemaker J.K., Vovk A., Cunningham D.A. Peripheral chemoreceptor contributions to sympathetic and cardiovascular responses during hypercapnia. Can. J. Physiol. Pharmacol. 2002; 80: 1136–1143.

  10. Guyenet P.G. Regulation of Breathing and Autonomic Outflows by Chemoreceptors. Compr. Physiol. 2014; 4 (4): 1511–1562.

  11. Пупырева Е.Д., Балыкин М.В. Механизмы кислородного обеспечения организма спортсменов в покое и при нагрузках максимальной мощности. Ульяновский медико-биологический журнал. 2013; 1: 124–130.

  12. Диверт В.Э., Кривощеков С.Г., Водяницкий С.Н. Индивидуально-типологическая оценка реакций кардиореспираторной системы на гипоксию и гиперкапнию у здоровых молодых мужчин. Физиология человека. 2015; 40 (2): 63–74.

 

Download  article

DOI 10.23648/UMBJ.2018.31.17224

INTERSYSTEM INTEGRATION AND CHEMORESPONSIVENESS OF CARDIORESPIRATORY SYSTEM IN ATHLETES ACCORDING TO THEIR SPORTS QUALIFICATION

 

N.V. Balioz, V.I. Baranov, Yu.V. Bobrova, V.E. Divert, S.G. Krivoshchekov

State Scientific-Research Institute of Physiology and Basic Medicine, Novosibirsk, Russia

e-mail: This email address is being protected from spambots. You need JavaScript enabled to view it.

It is very important to understanding adaptive changes in the mechanisms of gas exchange regulation and oxygen supply of the organism, depending on sports mastery, to manage the training activity.

The purpose of the paper is to study the peculiarities of adaptive reactions in cyclic sports athletes of different fitness levels in response to hypoxic and hypercapnic load.

Materials and Methods. Swimmers and track-athletes (only men), aged 18–23), high and medium levels of sports qualification, were examined. The cardiorespiratory parameters were registered by the ergospirometric system OxyconPro @ (Erich Jaeger). Swimmers were subjected to: a) gradually increasing (from 20.9 to 10 % O2) 25-minute hypoxia; b) smoothly increasing 25-minute hypercapnia (breathing into a confined space). Track-athletes experienced 10-minute acute (10 % O2) hypoxia.

Results. It is typical that highly qualified swimmers demonstrate the reduction of heart response to hypoxia and less sensitivity to changes in the partial oxygen pressure in the alveolar gas. At the same time, high-qualified swimmers improve the mechanisms of inter-system integration, which provides an increase in the “accuracy” of physiological adjustment in changes in ventilator and cardiac responses to hypoxic and hypercapnic effects. For high-qualified track-athletes (middle-distance runners), there are no differences in absolute values of cordiorespiratory parameters in response to respiration with a hypoxic mixture in comparison with low-qualified athletes, but, like swimmers, they demonstrate perfection of inter-system integration mechanisms: adjustment of gas exchange regulation to internal hypoxic hypercapnia, manifested in increased pulmonary ventilation and CO2 pressure in arterial blood.

Conclusion. Intensification of inter-system integration optimizes chemoreactive responses to hypoxic and hypercapnic perturbations of the body’s gas homeostasis and reflects the “accuracy” of cardiorespiratory system adaptation in high-qualified athletes under intensive aerobic load.

Keywords: high-qualified athletes, chemoreactivity, hypoxia, hypercapnia, cardiorespiratory system.

References

  1. Balykin M.V., Sagidova S.A., Zharkov A.V. Izmeneniya gazovogo sostava krovi i protsessy svobodnoradikal'nogo okisleniya lipidov v miokarde pri adaptatsii k fizicheskim nagruzkam [Changes in blood gas and free radical lipid oxidation in the myocardium during adaptation to physical stress]. Rossiyskiy fiziologicheskiy zhurnal im. I.M. Sechenova. 2015; 101 (9): 1007–1012 (in Russian).

  2. Burykh E.A., Soroko S.I. Razlichiya v strategiyakh i vozmozhnostyakh adaptatsii cheloveka k gipoksicheskomu vozdeystviyu [Differences in the strategies and potentials of human adaptation to hypoxia]. Fiziologiya cheloveka. 2007; 33 (3): 63–74 (in Russian).

  3. Ainslie P.N., Duffin J. Integration of cerebrovascular CO2 reactivity and chemoreflex control of breathing: mechanisms of regulation, measurement and interpretation. Am. J. Physiol. Regul. Integr. Comp. Physiol. 2009; 296: R1473–R1495.

  4. Stewart J.M., Rivera E., Clarke D.A. Ventilatory baroreflex sensitivity in humans is not modulated by chemoreflex activation. Am. J. Physiol. Heart. Circ. Physiol. 2011; 300: H1492.

  5. Gilmartin G.S., Lynch M., Tamisier R., Weiss J.W. Chronic intermittent hypoxia in humans during 28 nights results in blood pressure elevation and increased muscle sympathetic nerve activity. Am. J. Physiol. Heart. Circ. Physiol. 2010; 299: H925.

  6. Steinback C.D., Salzer D., Medeiros P.J. Hypercapnic vs. hypoxic control of cardiovascular, cardiovagal, and sympathetic function. Am. J. Physiol. Regul. Integr. Comp. Physiol. 2009; 296: R402.

  7. Leissner K.B., Mahmood F.U. Physiology and pathophysiology at high altitude: considerations for the anesthesiologist. J. Anesth. 2009; 23: 543.

  8. Wilson M.H., Edsell M.E., Davagnanam I. Cerebral artery dilatation maintains cerebral oxygenation at extreme altitude and in acute hypoxia – an ultrasound and MRI study. J. Cereb. Blood Flow Metab. 2011; 31 (10): 2019.

  9. Shoemaker J.K., Vovk A., Cunningham D.A. Peripheral chemoreceptor contributions to sympathetic and cardiovascular responses during hypercapnia. Can. J. Physiol. Pharmacol. 2002; 80: 1136–1143.

  10. Guyenet P.G. Regulation of Breathing and Autonomic Outflows by Chemoreceptors. Compr. Physiol. 2014; 4 (4): 1511–1562.

  11. Pupyreva E.D., Balykin M.V. Mekhanizmy kislorodnogo obespecheniya organizma sportsmenov v pokoe i pri nagruzkakh maksimal'noy moshchnosti [Mechanisms of oxygen supply of athletes at rest and under maximal loads]. Ul'yanovskiy mediko-biologicheskiy zhurnal. 2013; 1: 124–130 (in Russian).

  12. Divert V.E., Krivoshchekov S.G., Vodyanitskiy S.N. Individual'no-tipologicheskaya otsenka reaktsiy kardiorespiratornoy sistemy na gipoksiyu i giperkapniyu u zdorovykh molodykh muzhchin [Individual and typological assessment of cardiorespiratory responses to hypoxia and hypercapnia in young healthy men]. Fiziologiya cheloveka. 2015; 40 (2): 63–74 (in Russian).