1Сивохин И.П., 2Марденова Г.Б., 3Андрущишин И.Ф., 3Мустафин С.К., 2Кенжегулов А.Р.
1Костанайский государственный педагогический университет, г. Костанай, Казахстан; 2Национальный олимпийский комитет, г. Нур-Султан, Казахстан; 3Казахская академия спорта и туризма, г. Алматы, Казахстан
Аннотация. В статье рассматривается актуальность применения в современном спорте биохимического контроля путем диагностики показателей креатинфосфокиназы (КФК), свидетельствующей о степени разрушения мембраны клеток мышечных волокон, и деструктивном влиянии на клеточные структуры при избыточном воздействии физических нагрузок. Исследование тяжелоатлетов (мужчин и женщин) сборной РК показало, что имеющееся в крови количество креатинфосфокиназы не у всех спортсменов соответствует норме, хотя атлеты на тот момент подготовки находились на подходе к пику своей спортивной формы, демонстрируя высокий уровень спортивных результатов. У 67% спортсменов, показатель креатинфосфокиназы у которых не превышал 483 ед./л, наблюдалась адекватная реакция организма на тренировочную нагрузку, что способствовало более успешной подготовке и последующему улучшению результатов на международных соревнованиях. Исследование показало, что биохимический маркер КФК можно рассматривать как информативный индикатор для оценки состояния скелетной мускулатуры спортсмена и организма в целом при воздействии экстремальных тренировочных нагрузок, и для назначения, в случае необходимости, терапевтических процедур по реабилитации и восстановлению организма.
Ключевые слова: элитные тяжелоатлеты, креатинфосфатный механизм энергообеспечения, показатели креатинфосфокиназы, тренировочная нагрузка.
Abstract. The article discusses the relevance of the use of biochemical control in modern sports by diagnosing creatine phosphokinase (CPK) indices, which indicates the degree of destruction of the muscle fiber cell membrane and the destructive effect on cellular structures under excessive exposure to physical stress.A study of weightlifters (men and women) of the national team of the Republic of Kazakhstan showed that the amount of creatine phosphokinase in the blood is not normal for all athletes, although at that time the athletes were on the verge of peak of their athletic form, demonstrating a high level of athletic performance. 67% of athletes whose creatine phosphokinase did not exceed 483 units / l had an adequate reaction of the body to the training load, which contributed to more successful training and subsequent improvement in results at international competitions. The study showed that the KFK biochemical marker can be considered as an informative indicator for assessing the condition of the skeletal muscles of the athlete and the body as a whole under the influence of extreme training loads, and for prescribing, if necessary, therapeutic procedures for the rehabilitation and restoration of the body.
Key words: elite weightlifters, creatine phosphate energy supply mechanism, indicators of creatine phosphokinase, training load.
Қазақстан құрамасының ауыр атлеттеріндегі креатинфосфокиназасының биохимиялық көрсеткіштері
Аңдатпа. Мақалада креатинфосфокиназа (CPK) көрсеткіштерін диагностикалау арқылы қазіргі спортта биохимиялық бақылауды қолданудың өзектілігі талқыланады, бұл бұлшықет талшығының жасуша мембранасының бұзылу дәрежесін және физикалық стресстің шамадан тыс әсерінен жасушалық құрылымдарға деструктивті әсерін көрсетеді. Қазақстан Республикасы ұлттық құрамасының ауыр атлетикасын (ерлер мен әйелдерді) зерттеу қандағы креатинфосфокиназасының мөлшері барлық спортшылар үшін қалыпты емес екенін көрсетті, дегенмен сол кезде спортшылар өздерінің спорттық деңгейінің шыңында тұрған болатын, бұл олардың жоғары спорттық көрсеткіштерін көрсетті. Креатинфосфокиназа көрсеткіші 483 бірліктен/л-ден аспайтын спортшылардың 67%-да ағзаның жаттығу жүктемесіне барабар реакциясы байқалды, бұл халықаралық жарыстарда табысты дайындық пен нәтижелердің одан әрі жақсаруына ықпал етті. Зерттеу көрсеткендей, КФК биохимиялық маркерін экстремалды жаттығу жүктемелерінің әсері кезінде спортшы мен ағзаның қаңқа бұлшық етінің жағдайын бағалау үшін және қажет болған жағдайда ағзаны оңалту және қалпына келтіру бойынша терапиялық процедураларды тағайындау үшін ақпараттық индикатор ретінде қарастыруға болады.
Түйін сөздер: элиталық ауыр атлетиктер, энергиямен қамтамасыз етудің креатинфосфаты механизмі, креатинфосфокиназасының көрсеткіштері, жаттығу жүктемесі.
Актуальность. Растущая конкуренция в современном спорте предполагает дальнейший поиск принципиально новых и эффективных технологий спортивной подготовки. Для повышения эффективности управления тренировочным процессом в спорте часто используется биохимический контроль, связанный, в частности, с измерением концентрации креатинфосфокиназы в крови спортсмена, по которой оценивают степень разрушения мембраны клеток мышечных волокон [1, с. 279]. Разрушение мембраны клетки сопряжено с чрезмерным накоплением молочной кислоты и ионов водорода. В сочетании с относительно длительным временем их действия в мышечной клетке могут произойти обширные разрушения внутриклеточных структур, которые будут элиминироваться. Повышение концентрации ионов водорода в саркоплазме активирует процессы перекисного окисления липидов (ПОЛ), что еще больше усиливает процессы разрушения внутриклеточных структур, в том числе и мембран мышечной клетки [1, 2]. Данные процессы являются причиной выхода различных ферментов из клетки, в том числе и КФК, что и отражается на биохимических показателях крови. В данном случае можно вероятно рассматривать концентрацию КФК в крови, как индикатор степени разрушения в мышечных волокнах. Учитывая, какую роль играет креатинфосфокиназа, как катализатор передачи энергии от креатинфосфата при ресинтезе миофибриллярной АТФ [3, 4, 5], можно допустить, что при обширной утечке КФК возможно снижение мощности креатинфосфатных механизмов энергообеспечения и, как следствие, сократительных способностей мышечного волокна.
Важным аспектом, который так же связан с мембраной клетки и, который практически не учитывается в спортивной науке, является тесное взаимодействие полисом (на которых идет синтез белков) с цитоплазматическими мембранами. Научные данные говорят о том, что в лизосомах клетки присутствуют высокоактивные РНК-азы, которые «сразу же после повреждения клетки начинают разрушать высокополимерную РНК. В результате от полисом остаются только фрагменты» [6, с 155]. Таким образом, синтез белков, в том числе миофибрилл, становится невозможным. В конечном итоге, взаимодействие перечисленных факторов может привести к ухудшению процесса «формирования системно-структурного следа адаптации» [7] к высокоинтенсивной тренировочной нагрузке, что будет работать на понижение суммарной эффективности спортивной подготовки. Данная информация расширяет понимание процессов, происходящих в организме человека при воздействии максимальных тренировочных нагрузок, а также дает определенные возможности для построения более эффективных тренировочных моделей подготовки, которые бы исключали наличие пограничных состояний, когда «адаптогенез может перейти в стадию патогенеза» [7], что приводит к различным травмам и заболеваниям спортсменов. В связи с этим, системный мониторинг биохимических показателей организма позволит получать объективную информацию о состоянии спортсмена и вносить своевременную коррекцию в тренировочный процесс, добиваясь более высоких темпов прироста спортивных результатов.
Цель исследования – изучить величину показателей креатинфосфокиназы в крови у тяжелоатлетов и выявить характер влияния на состояние организма.
Методы исследования. Методы биохимического контроля. Методы математико-статистического анализа.
Методы и организация исследования. В исследовании приняли участие тяжелоатлеты (мужчины (12 чел.) и женщины (12 чел.)), которые были членами национальной сборной Республики Казахстан. Большинство спортсменов в разные годы были Чемпионами и призерами Олимпийских игр, чемпионатов мира и Азии.
Обследование спортсменов по определению биохимических маркеров в крови проводилось во время учебно-тренировочного сбора, после интенсивной физической нагрузки, ночного отдыха (сна), на следующее утро, натощак. Забор крови проводился с использованием 3-компонентной одноразовой безопасной системы (игла, держатель, пробирка) «AVATUB». Венопункция проводилась из локтевой вены. Лабораторные исследования выполнялись на автоматическом биохимическом экспресс-анализаторе «SpotchemSP-4430» (компания ArkrayFactoryInc, страна-производитель Япония), методом сухой химии с использованием твердофазного реагента (многотипные тест-полоски) 2-х типов: мульти- (6 реакционных полей) и монополоски. Простая и быстрая операция позволяет при измерении 3 монополосок и 1 мультиполоски одновременно могут быть взяты 9 анализов, минимальный объем образца (6 количество тестов +38 мкл сыворотки). Для проверки достоверности измерений проводилась калибровка, данный анализатор предоставляет два вида калибровки: калибровка магнитной картой (индикаторной) и калибровка калибратором «SpotchemCalibratorKitBoxA”, контроль качества проводился с использованием контрольного материала «SpotchemCalibratorCHEK». Встроенная компактная центрифуга уменьшает предварительную обработку образцов перед измерением, время выполнения измерения 9 анализов составляет 7 минут.
Исследования выполнялись специалистами комплексной научной группы (КНГ) согласно Программе стандартного лабораторного обследования спортсменов, при содействии Национального олимпийского комитета и Федерации тяжелой атлетики Республики Казахстан.
При лабораторном анализе определялись значения креатинфосфокиназы, единица измерения U/L по системе СИ, Unit/Litre, единиц/литр, (ед./л). Для анализа рассчитывалось так же значение креатинфосфокиназы на массу тела. Для обработки данных использовалась программа математико-статистического анализа SPSS. При анализе определялись следующие статистические показатели: среднее групповое – Х, стандартное отклонение – S. Определялись значения корреляции – r (по Пирсону). Уровень спортивного результата в сумме двоеборья определялся в очках по специальной таблице Синклера, которая позволяет оценить результат на единицу массы тела. Испытуемые тренировались по традиционным программам [8]. Тренировочный процесс проходил в условиях учебно-тренировочного сбора к чемпионатам Азии и мира. Забор крови производился на пике спортивной формы за 4 недели до главного старта.
Результаты исследования и обсуждение. Значения полученных показателей, отражающих уровень концентрации креатинфосфокиназы (КФК) в крови испытуемых (абсолютные значения и на кг массы тела), а также лучшие ре- зультаты спортивного мастерства (в кг и очках) представлены в таблице 1 (мужчины) и таблице 2 (женщины).
Результаты исследования показывают, что испытуемые входили в разные весовые категории, их вес колебался от 55 до 140 кг у мужчин и от 50 до 114 кг у женщин. Среднегрупповой результат в сумме двоеборья составлял у мужчин Х= 321,6 кг; S = 47,6, у женщин соответственно Х= 216,6 кг; S = 24,8. Среднегрупповой результат в сумме двоеборья, выраженный в очках (таблица Синклера), у спортсменов-мужчины был равен Х= 384,1 очков; S = 36,4, у женщин Х= 267,9 очков; S = 22,2. Среднегрупповые биохимические показатели креатинфосфокиназы составили у мужчин Х= 677,6 ед./л; S = 507,8, у женщин Х=448,3 ед./л; S=501,9. Среднегрупповые показатели КФК на кг собственного веса были равны у мужчин Х= 8,0ед./л на кг веса; S = 5,7, у женщин Х= 6,4 ед./л на кг веса; S = 7,8. Обращает на себя внимание большой разброс значений кретинфосфокиназы у испытуемых от 2000 до 161 ед./л у мужчин и от 2000 до 131 ед./л у женщин. Из расчета на кг массы тела значения КФК составили от 23,5 до 2,6 ед./л/кг у мужчин и от 30,30 до 1,77 ед./л/кг у женщин. Высокая вариативность признака подтверждается значениями стандартных отклонений (S).
Учитывая то обстоятельство, что все испытуемые находились примерно в равных условиях по длительности и величине тренировочной нагрузки, уровню тренированности, качеству питания и фармакологической поддержке, вызывает особый интерес такой значительный разброс показателей КФК. Данный факт свидетельствует о сильных различиях индивидуальной реакции организма на воздействие максимально высоких тренировочных нагрузок. Возможно, на такое расхождение оказывает сильное влияние совокупность неучтенных факторов, которые отражают глубинные процессы на организменном, клеточном, молекулярном уровнях и которые происходят в организме спортсменов в ходе адаптации к тренировочным нагрузкам. Это требует более глубоких исследований с измерением большего набора биохимических маркеров.
Представленные данные показывают, что значения КФК у мужчин несколько выше как по абсолютным значениям, так и в пересчете на массу тела. Однако эти различия статистически не достоверны. Таким образом, мы не обнаружили гендерных различий относительно влияния тренировочных нагрузок на организм спортсменов по показаниям КФК.
Корреляционный анализ показал, что между собственным весом спортсменов, спортивным результатом в сумме двоеборья в кг и в очках и показателями КФК не обнаружено достоверных взаимосвязей. Таким образом, ни масса тела, ни гендерные различия, ни уровень спортивного результата не влияют на показания КФК. Данный факт можно расценивать как наличие в организме человека высокоинформативного и достаточно независимого биохимического маркера. В нашем исследовании это внутриклеточный фермент креатинфосфокиназа, который точечно отражает состояние всей мышечной системы человека или локальных ее участков. Высокие значения КФК могут быть сопряжены со значительным разрушением мышечной ткани в локальных участках мышечных групп и быть причиной получения тяжелых травм опорно-двигательного аппарата спортсменов. Также это может быть связано с относительно небольшими разрушениями, но у относительно большого количества мышечных волокон в тех мышечных группах, которые определяют эффективность двигательного действия в соревновательном упражнении. Это может быть свидетельством того, что в большом объеме мышечной массы ухудшаются процессы восстановления, связанные с угнетением синтеза «нуклеиновых кислот и белков» [7], и как следствие снижаются темпы прироста массы миофибрилл, что непосредственно будет влиять на суммарную эффективность тренировочного процесса по такому критерию, как прирост спортивно-технических показателей спортсменов. При более глубоких исследованиях можно определить оптимальный диапазон значений КФК, при котором спортсмены будут достигать наиболее высоких темпов прироста спортивных результатов в условиях соревновательной и тренировочной деятельности.
Анализ научной литературы показал, что, например, у высококвалифицированных атлетов (мужчины женщины) в спортивном ориентировании значения КФК составили в среднем 475,74 ед. при норме 473-483 ед. [9]. В сравнении с результатами наших исследований видно, что у женщин-тяжелоатлеток значения КФК несколько ниже (448,33), а у мужчин-тяжелоатлетов, напротив, существенно выше (677,58). Мы сравнили, какой процент спортсменов, принявших участие в нашем исследовании, имеют значения КФК, не превышающие нормативные показатели (483 ед.). Из 24 испытуемых таких спортсменов оказалось 16 человек, или 67%. Именно у такого процента спортсменов наблюдалась адекватная реакция организма на тренировочную нагрузку, и они успешно прошли всю подготовку и смогли показать лучшие результаты на международных соревнованиях. У 8 человек (33%) из выборки значения КФК превышали нормативные значения, а у 3 человек (13%) достигали величины равной 1338 и 2000 ед./л. Данные спортсмены находились в зоне риска, и была высокая вероятность срыва адаптационных систем организма, а также перенапряжения опорно-двигательного аппарата и получения тяжелых травм.
Особый интерес представляет анализ динамики подготовки трех спортсменов, у которых были выявлены самые высокие показатели КФК. Именно у этих спортсменов были выявлены различные клинические проявления в состояния здоровья.
Первый клинический случай связан с высоким значением КФК 2000 ед./л. У спортсмена наблюдалось значительное повреждение мышечных волокон скелетной мускулатуры в результате травмы верхней конечности (плечевой сустав) и усиление воспалительного процесса. Это потребовало продолжительной реабилитации и лечения. После коррекции тренировочного процесса отмечается уменьшение КФК до 814 ед./л. Однако и после уменьшения КФК отмечено снижение спортивного результата, что не позволило спортсмену выступить на уровне своих возможностей в ответственных соревнованиях.
Второй клинический случай. У спортсмена значение креатинфосфокиназы (КФК) после интенсивной нагрузки во время УТС показал 2000 ед./л. Это свидетельствовало о значительных повреждениях мышечных волокон в скелетной мускулатуре. В ходе врачебного контроля у спортсменки были выявлены серьезные отклонения в здоровье, что привело к необходимости длительной реабилитации и вынужденному прекращению спортивной карьеры.
Третий клинический случай так же связан с высокими показателями КФК (1338 ед./л) у спортсмена. В ходе тренировочного процесса не удалось выполнить коррекцию на понижении физической нагрузки. В результате, через несколько дней спортсмен получил серьезную травму, связанную с повреждением мышц и связок в паховой области и был вынужден прекратить подготовку к ответственным соревнованиям.
Необходимо отметить и такой важный факт, связанный с относительно низкими показателями КФК, как индикаторами оценки сравнительно малой тренировочной нагрузки, которая слабо влияет на внутренние процессы в мышечных клетках, определяющих интенсивность синтеза миофибрилл. Спортсмен при первом тестировании имел низкие показатели КФК (161 ед./л). По решению личного тренера спортсмену был резко увеличен объем и интенсивность тренировочной нагрузки. Перед чемпионатом мира показатели КФК возросли до 450 ед./л, но не превысили критическую величину. В период подготовки спортсмена наблюдалось существенное повышение темпов прироста спортивного результата. Это позволило спортсмену показать на чемпионате мира свой лучший результат и завоевать медаль в сумме двоеборья в своей весовой категории. Данный пример демонстрирует значимость биохимического контроля для своевременного принятия управленческих решений с целью коррекции тренировочного процесса и повышения его эффективности.
Приведенные примеры из практики подготовки тяжелоатлетов сборной РК подтверждают научные данные о том, что чрезмерно высокие показатели КФК связаны с фактором разрушения мембраны мышечной клетки [1]. Разрушение мембраны запускает внутриклеточные механизмы активации лизосом, которые выделяют специфические ферменты (РНК-за), вызывающие фрагментацию молекул информационной РНК, связанных с рибосомами на которых идет синтез структурных белков, в том числе миофибрилл. Это в свою очередь снижает плотность активных рибосом и как следствие ведет к угнетению интенсивности процесса синтеза белков и уменьшению массы миофибрилл [6]. Это естественно приводит к снижению силы сокращения мышц и снижению спортивного результата.
В ходе проведенного исследования закономерно возник вопрос, насколько возможно, при наличии средств объективного контроля, добиваться построения принципиально новых технологий и моделей тренировочного процесса, направленного на исключение чрезмерного разрушения внутриклеточных структур и мембран мышечных волокон, повышая тем самым эффективность спортивной подготовки. По некоторым данным, высокая концентрация лактата, а также длительное ее пребывание в мышечных клетках приводит к обширным разрушениям клеточных структур и мембраны клеток. Это ведет к ухудшению процессов восстановления и подавлению синтеза структурных белков, в том числе и миофибрилл [2]. Для устранения побочного эффекта, связанного с чрезмерным накоплением лактата, в тренировке тяжелоатлетов следует выполнять интенсивную нагрузку (80-100%) в пределах 20-25 мин. Упражнение должно выполняться с основными весами в объеме 4-6 под- ходов с 1-2-кратными повторениями. Затем целесообразно включать паузы пассивного отдыха в течение 15-20 мин. для утилизации молочной кислоты и восстановления креатинфосфатного механизма энергообеспечения [10].
Наибольшее значение для диагностики повреждения мышечной ткани придается изменениям внутриклеточного фермента креатинфосфокиназы в крови. КФК определяется на следующее утро после интенсивной физической нагрузки и ночного отдыха. Высокие значения КФК свидетельствуют о повреждении клеток скелетной мускулатуры миоцитов. Так КФК более 500 ед./л может говорить о недовосстановленности организма спортсмена, более 1000 ед./л о серьезных нарушениях в организме спортсмена, значительном повреждении миоцитов, что способствует снижению работоспособности.
Полученную информацию тренер может использовать для рационального построения тренировочного процесса, установления оптимальных сроков восстановления, а также для оценки соответствия физических нагрузок функциональному состоянию организма, своевременному выявлению признаков перетренированности.
Исследование показало, что биохимический маркер креатинфосфокиназа (КФК) правомерно рассматривать как информативный индикатор для оценки состояния опорно-двигательного аппарата спортсмена и организма в целом при воздействии больших тренировочных нагрузок.
Заключение.Биохимический контроль по- казателей креатинфосфокиназы является информативным индикатором реакции организма спортсменов на тренировочную нагрузку, и может использоваться для управления учебно-тренировочным процессом в тяжелой атлетике.
Исследование дало возможность получить экспериментальные количественные данные биохимических показателей креатинфосфокиназы у тяжелоатлетов сборной РК в период максимальных нагрузок в условиях учебно-тренировочного сбора. Среднегрупповые показатели КФК составили у мужчин Х= 677,6 ед./л; S = 507,8, у женщин Х = 448,3 ед./л; S = 501,9. Среднегрупповые показатели КФК на кг собственного веса были равны у мужчин Х = 8,0 ед./л на кг веса; S = 5,7, у женщин Х = 6,4 ед./л на кг веса; S = 7,8. Высокие показатели КФК можно рассматривать как информативный биомаркер ранней диагностики возникновения патологических состояний у спортсменов, а также своевременно корректировать величину тренировочной нагрузки и назначать терапевтические процедуры для реабилитации организма.
Разработанные алгоритмы обследования спортсменов позволят проводить скрининг заболеваний, формировать группы риска и их развитие, оценить характер и степень воздействия физической нагрузки на организм спортсмена. Динамика клинико-лабораторных показателей, измеренных в состоянии покоя и после выполненных тренировочных нагрузок, позволяет давать объективное заключение о состоянии систем энергообеспечения, переносимости тренировочных нагрузок, скорости и качестве восстановительных процессов.
Возможности клинической лабораторной диагностики оказывают неоценимую помощь тренеру для выявления и предотвращения синдрома перетренированности. Практическая ценность мониторинга показателей КФК в тренировочном процессе заключается в том, что, используя динамику данного фермента под влиянием физических нагрузок, можно моделировать нагрузки различной направленности, характера, объема и интенсивности, не вызывающие негативных процессов в мышечной ткани.
Литература
1 Уилмор Д.Х., Костил Д.Л. Физиология спорта. – Киев: Олимпийская литература, 2001. – 493 с.
2 Селуянов В.Н. Подготовка бегуна на средние дистанции. – М.: СпортАкадемПресс, 2001. – 104 с.
3 Спортивная биохимия: учебник для вузов и колледжей физической культуры. – 2-е изд., доп. / С.С. Михайлов. – М.: Советский спорт, 2004. – 220 с.
4 Биохимия: учеб. для ин-тов физ. культуры / Под ред. В.В. Меньшикова, Н.И. Волкова. – М.: Физкультура и спорт, 1986.– 384 с.
5 Волков Н.И. Биоэнергетика напряженной мышечной деятельности человека и способы повышения работоспособности спортсменов: автореф. дисс. … док. биол. наук / Н.И. Волков. – М.: НИИНФ, 1990. – 101 с.
6 Иванов И.И. Коровкин Б.Ф., Пинаев Г.П. Биохимия мышц. – М.: Медицина, 1977. – 343 с.
7 Меерсон Ф.З. Пшеничникова М.Г. Адаптация к стрессовым ситуациям и физическим нагрузкам. – М.: Медицина, 1988.– 256 с.
8 Сивохин И.П. Скотников В.Ф., Комаров О.Ю., Тапсир М., Федоров А.И., Калашников А.П. Эффективность тренировочной нагрузки алактатной направленности в подготовке элитных тяжелоатлетов // Теория и практика физической культуры. – 2017. – № 3. – С.26-29.
9 Исаев А.П., Маматов Э.Э., Савиных Е.Ю., Ненашева А.В. Интегративный анализ функционального и метаболического состояния спортивных ориентировщиков высокой квалификации в условиях концентрированного развития локально- региональной мышечной выносливости. // Вестник ЮУрГУ. Серия «Образование, здравоохранение, физическая куль- тура». – 2014. – Том 14. – № 2. – С. 58-66.
10 Сивохин И.П., Агеев О.В., Орехов Л.И., Хлыстов М.С., Ни А.Г. Изменение лактата на тренировочную нагрузку в микро- цикле подготовки тяжелоатлетов // Теория и методика физической культуры. – 2012. – № 2(29). – С. 68-73.
