Часто для достижения рекордных показателей высококвалифицированные спортсмены работают на пределе функциональных возможностей организма, что нередко сопровождается нарушением гомеостаза. Одним из путей сохранения гомеостаза является расширение адаптационных границ органов и систем, обеспечивающих ответную реакцию организма на тренировочные и соревновательные физические нагрузки, что, в итоге, обеспечивает достижение приспособительного результата [1].
Согласно литературным данным, в результате поглощения энергии низкоинтенсивного лазерного излучения (НИЛИ) происходит ее трансформация в биологические реакции на всех уровнях организации живого организма, которые запускают процессы саморегуляции и самовосстановления нарушенного гомеостаза [2–5]. В частности, под воздействием НИЛИ происходит активация ферментов антиоксидантной защиты, усиливается метаболизм клеток, стабилизируются биомембраны. Воздействие НИЛИ на эластичность мембран эритроцитов способствует их проникновению в капилляры микроциркуляторного русла, а стимуляция аэробной фазы энергетического обмена с включением в него недоокисленных метаболитов гликолиза и продуктов окисления липидов через опосредованный мембранный механизм приводит к насыщению кислородом венозной крови и улучшению микроциркуляции [6]. При этом недостаточно изученными остаются вопросы влияния НИЛИ на микроциркуляторно-тканевые отношения [7].
Лазерная терапия является важнейшей составляющей современного медико-биологического обеспечения спорта высших достижений практически на всех этапах подготовки спортсменов. Всестороннее системное наблюдение за спортсменами с использованием комплекса информативных и легко воспроизводимых в любых условиях способов и методов оперативной оценки состояния организма (в том числе биохимических и гематологических показателей, показателей лазерной допплеровской флоуметрии (ЛДФ), а также данных вариабельности сердечного ритма (ВСР), нейроэнергокартирования (НЭК) и т. д.) позволяет своевременно и качественно осуществлять коррекцию гомеостаза для адекватного формирования не переходящих грань патологии процессов утомления и ускорения процессов восстановления.

Исследователями установлено потенцирующее воздействие НИЛИ на физическую работоспособность спортсменов различной квалификации, занимающихся разными видами спорта. При воздействии НИЛИ на биологически активные точки было выявлено повышение показателя аэробной работоспособности у 80% футболистов с последующим ростом объема произведенной механической работы [8]. Существенное увеличение абсолютных и относительных величин PWC170 после воздействия НИЛИ было получено у спортсменов циклических видов спорта. Непродолжительное воздействие НИЛИ не вызывало значимых изменений в биохимическом составе крови, но повышало активность парасимпатических влияний на сердечный ритм [9, 10]. Под влиянием НИЛИ изменялся гуморально-гормональный статус организма спортсменов. В частности, было показано увеличение концентрации бета-эндорфина, глюкокортикоидов, трийодтиронина, тироксина у спортсменов игровых видов спорта, лыжников-гонщиков [11, 12].
Описаны системные механизмы, обеспечивающие эффекты лазерной стимуляции в комплексной подготовке хоккеистов. Позитивные структурно-функциональные изменения организма хоккеистов и пловцов приводят к выраженному повышению его тренированности [13, 14].
Целью настоящего исследования было изучить физиологический ответ важнейших функциональных систем организма высококвалифицированных гребцов-академистов (женщины) на курсовое воздействие НИЛИ в специально-подготовительном периоде годичного цикла спортивной подготовки. Перед нами стояли следующие задачи: оценить влияние НИЛИ на систему микрогемоциркуляции, выявить изменения в регуляции сердечного ритма, изучить влияние на метаболическую активность нейронов коры больших полушарий, а также оценить уровень физической работоспособности высококвалифицированных спортсменов.

ПАЦИЕНТЫ И МЕТОДЫ

Исследование было проведено в октябре 2018 г., в нем приняли участие 24 высококвалифицированных гребца-академиста (женщины, учащиеся Государственного училища олимпийского резерва г. Бронницы Московской области). Исследование проходило на базе учебно-тренировочного центра.
Испытуемые были разделены на основную (ОГ) и контрольную (КГ) группы. Основную группу составили 12 спортсменок. Критерии включения: уровень квалификации — мастер спорта (МС); членство в сборной команде Московской области. Критерии исключения: низкая квалификация спортсменки, острый период заболевания. В контрольную группу вошли 12 спортсменок (МС), не прошедших квалификационный отбор в сборную команду. Представители обеих групп занимались по единой тренировочной программе.
Исследование проводили в два этапа. На первом этапе изучали функциональное состояние отдельных систем организма и физическую подготовленность спортсменок ОГ и КГ до воздействия НИЛИ. Далее спортсменки обеих групп в недельном тренировочном цикле выполняли специальную тренировочную программу по подготовке к соревновательному сезону.
Спортсменок ОГ утром до начала тренировки в течение 7 дней подвергали воздействию НИЛИ, освечивая шею симметрично с обеих сторон в области сонного треугольника с помощью двухканального лазерного терапевтического аппарата «Узор-А-2К» («Восход»; Россия). Длина волны излучения составляла 0,89 ± 0,02 мкм; режим излучения импульсный, частота повторения импульсов — 1500 Гц, время экспозиции — 10 мин. Спортсменкам КГ проводили «мнимую» процедуру воздействия НИЛИ без включения излучающих головок аппарата «Узор-А-2К». После лазерной процедуры проводили повторную регистрацию изучаемых показателей.

Оценку вариабельности сердечного ритма (ВСР) атлетов проводили с помощью аппарата «Варикард 2.51» («ИВНМТ «РАМЕНА»; Россия). Запись кардиоинтервалограмм продолжительностью 5 мин проводили по общепринятой методике в положении сидя. Оценивали следующие количественные показатели ВСР: ЧСС, показатели, характеризующие активность автономного (мощность спектра колебаний ритма сердца, ТР; мощность высокочастотных колебаний, HF) и центрального механизмов регуляции (мощность низкочастотных колебаний, LF; мощность ультранизкочастотных колебаний, VLF; амплитуда моды, АМо), показатель преобладания центральных механизмов регуляции над автономным (индекс напряжения, ИН).
В качестве регистрирующей аппаратуры для изучения микрогемоциркуляции применяли промышленный лазерный анализатор капиллярного кровотока ЛАКК-М (НПП «Лазма»; Россия), после чего анализировали параметр микроциркуляции (ПМ) в перфузионных единицах (перф. ед.). Амплитудно-частотный анализ осцилляций кровотока выполняли с помощью программы вейвлет-анализа LDF3.0.2.384 (НПП «Лазма»; Россия).

Вклад активного механизма в формирование сосудистого тонуса оценивали по величине амплитуды нейрогенных (Ан), миогенных (Ам) и эндотелийзависимых (Аэ) колебаний (перф. ед.). Вклад пассивного механизма оценивали по величине амплитуды дыхательных (Ад) и пульсовых (Ап) колебаний (перф. ед.). Применяя указанный прибор, методом оптической тканевой оксиметрии оценивали уровень насыщения крови кислородом (SO2, %) и величину удельного потребления кислорода (U, усл. ед.). По показателям уровня постоянных потенциалов (УПП) оценивали метаболическую активность ткани мозга в нижнелобной, центральной, затылочной, левой и правой височных областях.
Для топографического картирования электрической активности мозга применяли пятиканальный аппаратно-программный комплекс «НЕЙРО-КМ» (научно-медицинская фирма «СТАТОКИН»; Россия) по стандартной методике [15]. В качестве показателей специальной физической подготовленности учитывали время «прохождения» дистанции 2000 м на специальном гребном тренажере «Concept 2 Model D» (PM5; Китай). Тест выполняли в зале в условиях постоянной температуры и освещенности.
Статистическую обработку полученных результатов проводили с помощью программного обеспечения IBM SPSS Statistics 19 для Windows (StatSoft, Inc.; США). Для сравнения исследуемых показателей у спортсменок ОГ и КГ применяли U-критерий Манна–Уитни. Для сравнения показателей в ОГ и КГ с мнимым эффектом НИЛИ, а также с показателями после лазерного воздействия использовали Т-критерий Уилкоксона. Различия считали достоверными при p < 0,05.

РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЯ

Чрескожная лазерная стимуляция в условиях стандартных тренировочных нагрузок способствует расширению функциональных возможностей организма на разных уровнях организации, от клеточного до системного. Нами была изучена динамика процессов, происходивших в микрососудистом русле после курсового воздействия НИЛИ.
У спортсменок ОГ по сравнению с исходным уровнем на 38% достоверно повысился уровень перфузии (р < 0,05), у спортсменок КГ показатель микроциркуляции за это время увеличился на 5% (р > 0,05) (табл. 1). Веским доказательством биостимулирующего эффекта НИЛИ на обмен кислорода у спортсменок ОГ было снижение на 14% SO2 в микроциркуляторном русле (р < 0,05) при наличии тенденции к увеличению SO2 в КГ на 2% (р > 0,05). На диффузию кислорода из крови в ткани указывало достоверное повышение на 49% (р < 0,05 расчетного показателя утилизации кислорода тканями. У спортсменок КГ рост данного показателя фактически отсутствовал (1%, р > 0,05).

В нашем исследовании у спортсменок ОГ тонус миоцитов снижался на 53% (р < 0,05), тем самым увеличивая просвет сосудов микроциркуляторного русла. Кроме того, артериолы увеличивали свой просвет в результате снижения активности симпатических нервов вегетативной нервной системы, окончания которых иннервировали гладкомышечные клетки среднего слоя сосудов. По данным вейвлет-анализа, показатель нейрогенного тонуса снижался на 40% (р < 0,05). Под влиянием НИЛИ повышалась пропускная способность обменного звена микроциркуляторного русла, обусловленная вазодилатацией микрососудов разного диаметра.
На уровне вегетативной нервной системы (ВНС) курсовое воздействие НИЛИ снижало активность симпатического отдела, одновременно усиливая влияние на сердце парасимпатического отдела ВНС, оказывающего трофотропный восстановительный эффект (табл. 2). В процессе исследования было установлено, что ИН снизился на 174%, АМо — на 48% (р < 0,05), на 41% достоверно повысились показатели ТР и частных спектральных характеристик (на 121% LF-спектра и на 73% HF-спектра, р < 0,05). Обращает на себя внимание рост на 75% спектрального показателя VLF, который характеризует работу корково-гуморальных центров.

В отсутствие физиотерапевтического воздействия у спортсменок КГ в ходе тренировочных нагрузок сохранялась высокая активность симпатических влияний с тенденцией на снижение влияния блуждающего нерва на ритм сердца. Высокая активность симпато-адреналовой системы усиливала энергодефицитное состояние. Благодаря лазерным процедурам у спортсменок ОГ в период восстановления между тренировочными занятиями усиливался анаболизм в тканях, что обеспечивало высокую функциональную готовность организма к тренировочной деятельности. При этом у спортсменок КГ сохранялся повышенный катаболизм, что вызывало накопление утомления из-за недовосстановления организма после очередной тренировки.
Воздействие НИЛИ опосредованно стимулирует функциональные адаптационные изменения в нейронах коры больших полушарий. После курсового воздействия НИЛИ у высококвалифицированных спортсменок ОГ усиливалась метаболическая активность ткани мозга в исследуемых областях, о чем свидетельствует рост значений уровня постоянных потенциалов (УПП). По сравнению с исходным состоянием (табл. 3) наблюдалось увеличение показателя УПП на 94% в лобной области, на 109% в центральной, на 33% в затылочной и 29% в левой височной областях (во всех случаях р < 0,05).
Распределение постоянного потенциала после лазерных процедур подчиняется принципу куполообразности (табл. 3). У спортсменок КГ максимальные значения УПП зарегистрированы в затылочной (Oz) и левой височной областях (Ts). Таким образом, нарушается «куполообразность» распределения энерготрат по отделам головного мозга, т. е. происходит некая деформация.
У гребцов-академистов КГ величина показателя УПП за время исследования тенденциозно нарастала, не достигая статистически значимого уровня различий.
Таким образом, после курсового воздействия НИЛИ повышался энергетический метаболизм нейронов в изученных областях коры больших полушарий.

Корректную оценку эффективности применения НИЛИ в качестве средства восстановления целесообразно проводить по динамике уровня тренированности. В настоящем исследовании уровень тренированности оценивали с помощью специфического тестирования на гребном тренажере «Concept 2». Полученные нами показатели времени «прохождения» дистанции 2000 м высококвалифицированными гребцами-академистами представлены в табл. 4. На первом этапе (исходный уровень) не было выявлено достоверных различий между значениями времени «прохождения» дистанции спортсменками обеих групп. В частности, испытуемые КГ «преодолели» дистанцию за 456,55 ± 3,55 с, а атлеты ОГ — за 454,07 ± 2,43 с (p > 0,05).
Курсовое воздействие НИЛИ оказывает стимулирующее влияние на организм спортсменок ОГ, обеспечивая повышение скорости «прохождения» дистанции 2000 м до 435,63 ± 2,34 с, что на 3,32% меньше исходного показателя (p < 0,01). У гребцов КГ время «прохождения» дистанции почти не меняется (453,02 ± 3,34 с) (p > 0,05). Следовательно, в условиях стандартно построенного тренировочного процесса курсовое воздействие НИЛИ приводит к повышению специальной физической работоспособности женщин-гребцов на этапе специально-подготовительного периода годичного цикла спортивной тренировки.

ОБСУЖДЕНИЕ РЕЗУЛЬТАТОВ

Анализ полученных данных показал, что курсовое действие НИЛИ повышает функциональные возможности системы микрогемоциркуляции. Нами был зафиксирован достоверный рост перфузии, свидетельствующий о повышении метаболической активности на клеточном и тканевом уровнях. В основе повышения интенсивности микрокровотока лежит вазодилатация микрососудов, обусловленная работой внешних и внутренних механизмов регуляции [16–18].
Из внутренних механизмов наибольший вклад в повышение пропускной способности сосудов микроциркуляторного русла обеспечивает эндотелиальный компонент. С участием эндотелиоцитов формируется вазодилататорная реакция, при которой тонус микрососудов снижается на 62% (р < 0,05). Пусковым стимулом, возникающим в ответ на воздействие лазерным излучением, является выделение Са²⁺-зависимыми клетками эндотелия вазодилататора, оксида азота NO, предшественника эндотелиального фактора расслабления стенок сосудов (EDRF) [19]. Миогенный вазодилататорный эффект обусловлен снижением тонуса гладкомышечных клеток сосудистой стенки.
На уровне гладкомышечных клеток воздействие НИЛИ повышает уровень внутриклеточного цАМФ в цитозоле, что приводит к активации кальциевой АТФазы, снижению ионов кальция в цитоплазме и расслаблению гладкомышечных клеток сосудов [20].
Выраженный эффект лазерной гемофотостимуляции связан с влиянием низкоинтенсивного излучения на обмен веществ. Возрастает окисление энергетических материалов — глюкозы, пирувата, лактата, что ведет к улучшению микроциркуляции и утилизации кислорода в тканях [21]. Снижается показатель сатурации гемоглобина кислородом в смешанной крови микроциркуляторного русла, растет показатель удельного потребления кислорода тканями, что облегчает их метаболизм и обеспечивает энергообразование в форме АТФ в клетках [22]. Повышение функциональной активности клеток происходит, в первую очередь, вследствие кальций-зависимого повышения редокс-потенциала митохондрий, повышения их функциональной активности и синтеза АТФ [23–26]. В митохондриях под воздействием НИЛИ ускоряется перенос электронов по дыхательной цепи [26].

С позиции теории функциональных систем П. К. Анохина, для реализации организмом приспособительного эффекта привлекаются структурные и функциональные компоненты разного уровня и локализации. Локальное улучшение гомеостаза на микроциркуляторно-тканевом уровне является составной частью перестройки вегетативного баланса на системном уровне [27]. Под влиянием больших физических нагрузок нарушается оптимальное соотношение между симпатическим и парасимпатическим звеньями ВНС в пользу преобладания симпатикотонии, отражая дисбаланс реципрокных регуляторных влияний ВНС на кардиальную систему спортсмена. В таких условиях наблюдается выраженное напряжение компенсаторных механизмов сердечно-сосудистой системы, сопровождающееся дезадаптацией [28].

По результатам исследования установлено, что воздействие НИЛИ изменяет активность нервных центров, участвующих в регуляции сердечной деятельности. Исследователи отмечают, что воздействие НИЛИ активизирует работу кальций-зависимых механизмов [29]. Кальций является внутриклеточным посредником действия ряда гормонов, в первую очередь медиаторов ЦНС и ВНС [30], что предполагает участие лазер-индуцированных эффектов в нейрогуморальной регуляции. По окончании цикла процедур снижается активность симпатического отдела ВНС, повышается вклад парасимпатического отдела и снижается напряженность регуляторных процессов в целом. В целом воздействие НИЛИ способствует развертыванию трофотропных процессов, направленных на сохранение энергетических и пластических ресурсов.

Хорошо известно, что спортивная деятельность дает результаты только тогда, когда мастерство атлета отточено до автоматизма, когда минимально участие центральных регулирующих систем. Система с относительно автономными связями в силу независимости ее элементов отличается большей пластичностью, что облегчает ее приспособление к изменяющимся условиям среды, включая приспособление к условиям спортивной деятельности [31]. Увеличение числа «степеней свободы» синусового узла способствует достижению организмом функционального оптимума при выполнении нагрузки. В результате индекс напряженности (ИН) снижается на 174% (р < 0,05). Динамика спектральных показателей свидетельствует о переходе на более высокий уровень адаптационных возможностей, обеспечивающих устойчивость организма спортсмена к тренировочным нагрузкам. Так, показатель роста активности автономного контура управления сердечным ритмом (HF) повышается на 73%, центрального (LF) — на 121%. Одновременно на 75% усиливается вклад корково-гуморальных центров управления (VLF) на фоне брадикардии. Такая спектрограмма может отражать высокие функциональные возможности организма спортсмена [32].

Повышение функционального резерва организма после курсового воздействия низкоинтенсивного магнито-лазерного излучения отмечали и ранее [33, 34]. Лазерный свет выполняет регулирующую функцию по восстановлению вегетативного баланса, оказывая сдерживающее влияние на активность симпатоадреналовой системы [35]. Получены доказательства взаимосвязи между повышенной относительной мощностью спектра сердечного ритма в диапазоне VLF частоты с изменением частотных и временных параметров ритмической активности головного мозга [36]. Ритмическую активность головного мозга отмечали в фронтальной, теменной и затылочной областях мозга.
Некоторые исследователи отмечают, что основной характеристикой нормального энергообмена выступает принцип куполообразности, при котором максимальные значения потенциала регистрируются в центральном отведении (Cz) и плавно снижаются к периферии [37]. Очевидно, сдвиг УПП в затылочную и левую височную области может быть связан с усилением функциональной активности неспецифических ретикуло-лимбико-кортикальных нейронных связей [38].
Дисбаланс регуляторных влияний со стороны высшей нервной деятельности, зависящих от головного мозга и его коры, приводит к нарушению скорости условно-рефлекторных реакций, нарушению взаимодействия между первой и второй сигнальными системами, сопровождается психоэмоциональными и поведенческими отклонениями [39]. Однако механизмы адаптациогенеза корковых нейронов спортсменов под влиянием предельно высоких физических нагрузок остаются недостаточно исследованными. Результаты выполненного нами исследования по изучению метаболической активности нейронов в отдельных областях коры больших полушарий после курсового воздействия НИЛИ демонстрируют улучшение в 1,3–2 раза величины уровня постоянного потенциала.
Формирование структурно-функциональных адаптационных изменений в организме под влиянием НИЛИ способствует повышению физической работоспособности и тренированности высококвалифицированных гребцов-академистов. Взаимодействие низкоэнергетического лазерного излучения с организмом позволяет создать высокоэффективную методику использования лазерных терапевтических аппаратов в комплексе мероприятий по повышению специальной работоспособности, тренированности и спортивной результативности атлетов [40].

ВЫВОДЫ

Проведенные нами исследования показали, что воздействие НИЛИ улучшает функциональное состояние организма спортсменов и повышает эффективность спортивной подготовки на тренировочном (подготовительном) этапе. Системный ответ на воздействие НИЛИ сопровождало увеличение перфузии обменного звена микроциркуляторного русла, облегчение диффузии кислорода из крови в ткани и рост эффективности использования кислорода в клетке. В значительной степени усиление микрокровотока было обеспечено дополнительным притоком крови из магистральных сосудов. После курсового воздействия НИЛИ повышалась метаболическая активность нейронов отдельных областей коры больших полушарий. Таким образом, в результате лазерного воздействия возрастает адаптационная устойчивость организма, расширяются его функциональные возможности, что способствует повышению специальной физической работоспособности спортсменов и ускорению восстановления.