На чем же основан принцип гипоксии?

 

Научный сотрудник Инновационного центра спортивных технологий Evgeny Pischalov, мастер спорта России в полумарафоне и на дистанции 10 000м, неоднократный победитель и призер чемпионатов и первенств страны по легкой атлетике, на данный момент работающий над написанием кандидатской диссертации на тему "Эффективность применения модернизированной интервальной гипоксической тренировки при подготовке бегунов на средние дистанции", в статье "На чем же основан принцип гипоксии?" рассказывает о том, как изменяется аэробная работоспособность спортсмена (в частности, анаэробный порог) под воздействием гипоксических тренировок.

Содержание статьи "На чем же основан принцип гипоксии?":

"Спортсмены и тренеры, выезжающие в горы зачастую не понимают механизмы работы гипоксии и о том, какие физиологические сдвиги происходят в организме человека при недостатке кислорода. В данной статье описывается эффект гипоксии на организм человека с научной точки зрения.

Тренировка и проживание в условиях недостатка кислорода все чаще воспринимается как необходимое условие для успешной подготовки к соревнованиям в видах спорта на выносливость. Интерес к эффекту гипоксии возникает не только у тренеров и спортсменов, но и у научно-исследовательского сообщества. Этот интерес породил множество научных исследований и работ, подтвердивших положительный эффект гипоксии (Wilber et al. 2007). 

Однако, в связи с проблемой поиска идеального места в условиях среднегорья, многие исследователи переключили свое внимание на искусственно созданную гипоксию, которая давала бы тот же эффект, что и проживание в горах. На данный момент доказан эффект трех различных вариантов применения гипоксии в тренировочном процессе:
- долговременное проживание и тренировки в горах с последующим блоком тренировок в равнинных условиях;
- сон в гипоксических палатках или в специальных комнатах с пониженным содержанием кислорода, а также тренировка в них;
- прерывистая гипоксия – метод интервальной гипоксической тренировки (ИГТ), когда кратковременное воздействие экстремальной гипоксии (моделируемая высота – до 7000м над уровнем моря) чередуется с периодами нормоксии.
Во всех трех вариантах происходит гипоксическое влияние на организм и вызывает в нем адаптационные сдвиги. Таким образом, задача данной статьи будет заключаться в том, чтобы выявить, как изменяется аэробная работоспособность (в частности анаэробный порог) под воздействием гипоксических тренировок.

Попадание в гипоксическую среду, искусственную или естественную, вызывает стимулирующий эффект на организм, вызывающий адаптационные приспособительные реакции различных систем в организме. Когда спортсмен тренируется на уровне моря, под воздействием тренировок возникают адаптационные сдвиги, называемые иначе повышением тренированности. Поэтому, тренируясь в условиях гипоксии, тело должно приспосабливаться не только к тренировочному стимулу, но и к воздействию на организм гипоксии. Когда два стимулирующих эффекта объединяются, главной приспособительной реакцией становится повышение кислородотранспортной функции крови. Эта адаптация достигается через множество механизмов.

Взглянем на наиболее значительные сдвиги, которые происходят при тренировке в гипоксической среде. Два основных фактора определяют физиологический и метаболический ответ: интенсивность нагрузки и уровень гипоксии. Оба этих фактора влияют на количество кислорода, поступающего в работающие мышцы. Для начала уровень гипоксии повлияет на насыщение гемоглобина кислородом (сатурация) из-за уменьшения градиента давления, который происходит вследствие сокращения парциального давления кислорода (Rusko 2004). Это значительно влияет на максимальное потребление кислорода (далее по тексту - МПК), так как снижение сатурации на 1% при сатурации ниже 95% приводит к снижению МПК на 1-2% (Dempsey and Wagner, 1999). Снижение сатурации происходит даже при низкоинтенсивной тренировке, что было продемонстрировано на элитных триатлонистах. Значительное снижение сатурации наблюдалось при интенсивности бега на уровне 60-85% от МПК (Peltonen 1999). Падение сатурации линейно связано с понижением максимального сердечного ритма, который происходит на высоте (Rusko 2004). В связи с этим, в условиях гипоксии уменьшается максимальная ЧСС и сердечный выброс.

Нервная система также принимает участие в контроле адаптационных реакций при гипоксии. В связи с уменьшением концентрации кислорода во вдыхаемом воздухе снижается мышечная активность (Peltonen 1997). Замедление процесса включения дополнительных мышечных волокон во время упражнения и есть влияние ЦНС на работоспособность в условиях гипоксии. Существует предположение, что снижение МПК при гипоксии есть результат торможения ЦНС на включение всех мышечных волокон в работу (Noakes et al. 2001). Точный механизм влияния ЦНС на работоспособность при гипоксии остается неизвестным, но нервная система действительно играет роль в реакции организма на гипоксию.

Все эти изменения, которые происходят во время тренировки в условиях гипоксии, приводят к снижению сатурации SpO2. Снижение сатурации является стимулом для увеличения количества красных кровяных телец, или эритроцитов. Основной эффект при снижении сатурации – активация гипоксия-индуцибельного фактора (HIF-1), который дает сигнал для синтеза эритропоэтина в почках и печени (Stockmann et al. 2006). HIF-1 является основным регулятором кислородного гомеостаза в организме. HIF-1 состоит из двух субъединиц - HIF-1а и HIF-1b. В нормальных условиях HIF-1а всегда неактивен, а HIF-1b постоянно подавляется протеасомой (Dery 2005). При снижении концентрации кислорода в крови HIF-1а активизируется, это позволяет HIF-1а привязаться ктранскрипции коактиваторов и проникнуть в ядро клетки. Здесь, HIF-1α связывается с HIF-1b, образуя HIF-1 транскрипционный комплекс (Marzo et al. 2008). Далее HIF-1 связывается с Гипоксия-Активирующим Элементом. Это в свою очередь приводит к стимуляции синтеза эритропоэтина (ЭПО) (Stockmann et al. 2006).

ЭПО после этого должен быть доставлен к ЭПО-рецепторам и связан с ними. Эти рецепторы располагаются на эритроидных стволовых клетках в костном мозге (Marzo et al. 2008). Связывание с рецепторами на клеточных мембранах провоцирует сигнальный каскад, который приводит к активации фактора транскрипции STAT-5 и двух ферментов, PI3K и MAPK. Они проникают в ядро клетки и провоцируют транскрипцию специфических генов, которые приводят к подавлению апоптоза, который запрограммирован на разрушение эритроцитов (Marzo et al. 2008, Jelkmann 2004). Конечным результатом является не только увеличение продолжительности жизни эритроцитов, но и к дополнительному синтезу ретикулоцитов – молодых эритроцитов.

Увеличение гемоглобиновой массы означает повышение кислородотранспортной функции крови, что, в итоге, приводит к увеличению доставки кислорода к мышцам. Как уже было отмечено, доставка кислорода к мышцам является одним из основных ограничителей МПК (Bassett & Howley 2000). В исследованиях, где производилось переливание дополнительной крови спортсменам, повышение работоспособности и прирост МПК были значительными (Calbet et al. 2006). В одном конкретном исследовании, проведенном с участием элитных спортсменов (средний МПК 80 мл/мин/кг) после тренировок в гипоксических условиях МПК в среднем вырос на 10% и время теста на велоэргометре до изнеможения увеличилось на 15% (Buick et al. 1980).

Таким образом, гипоксические тренировки приводят к увеличению доставки кислорода к мышцам, что обеспечивает прирост аэробной мощности и емкости, то есть, выражаясь простым языком, растет выносливость".

PS: По предварительной договоренности Евгений Пищалов дал добро на то, что будет регулярно публиковать статьи на сайте Runnersclub.ru, касающиеся методических аспектов тренировки бегунов на средние и длинные дистанции!

Личные рекорды Евгения Пищалова: 800м - 1:52.1, 1500м - 3:47.14, 5000м - 14:19, 10 000м - 29:05, полумарафон - 1:03:59!