3. Сучасні інструментальні та лабораторні дослідження в спорті
М е т о д м а г н і т о р е з о н а н с н о ї т о м о г р а ф і ї ґрунтується на отриманні дистанційних візуальних зображень в дослідженнях фізіологічних процесів, обумовлених руховою активністю. Аналіз зображень анатомічних структур, які можуть бути отримані з високою точністю за допомогою методу магніторезонансної томографії (МРТ), використовується для вивчення змін вмісту води в м’язовій тканині, а також інших фізіологічних процесів, які відбуваються за нетривалих фізичних навантаженнях.
Зміни на Т2 – томограмах, які спостерігаються після рухової активності можуть бути результатом двох процесів: переміщення води в м’язах, яке обумовлене виникненням осмосу і призводить до збільшення внутрішньоклітинного простору, викликане накопиченням кінцевих продуктів метаболізму.
Метод дистанційного біохімічного аналізу (31 Р магніторезонансна спектроскопія) вперше був використаний Бриттоном Чансом з колегами в 1994 р., також дозволяє проводити в реальному часі визначення високоенергетичних фосфоровмісних сполук під час виконання фізичного навантаження. Зокрема, це дає змогу дослідження енергетики серцевого і скелетних м’язів, тобто, визначити співвідношення креатинфосфат /аденозинтрифосфат (КрФ/АТФ) в стані спокою і під час фізичного навантаження.
Значний успіх в розумінні реакції організму на фізичне навантаження був досягнутий завдяки плідному співробітництву медиків і розробників технічного обладнання, зокрема вимірюванню складу видихуваного повітря в реальному часі.
Основоположники фізіології спорту і рухової активності прекрасно розуміли, що вивчення біологічної реакції організму на фізичне навантаження може бути використане для поглибленого розуміння фундаментальних процесів, які відбуваються на клітинному і субклітинному рівнях. Спрощена схема зчеплених шестірнів, що зображує взаємозв’язок клітинних процесів з оцінками газообміну на основі видихуваного повітря, запропонована Вассерманом в 1975 р. (мал.7. 3), як неможливо краще ілюструє цю концепцію.
М’язове Транспорт Газообмін в легенях
скорочення Периферичний О2 і СО2 Легеневий (VА+VО=VЕ)
кровообіг кровообіг
Мітохондрія
Мал. 7.3. Метаболічні „шестерні”, які зв’язують процеси газообміну під час виконання фізичної роботи з процесами на клітинному і субклітинному рівнях (за: Вассерманом і співавт., 1987)
Однак, не дивлячись на те, що тестування фізичного навантаження і тепер продовжують використовувати головним чином для оцінки функціональних показників серцево-судинної системи, тоді як на думку того ж Вассермана (1987) „... Неможливо піддати навантаженню тільки серце або тільки легені. Виконання фізичного навантаження вимагає скоординованої роботи серця, легенів, периферичної і легеневої систем кровообігу, спрямованої на задоволення вищих потреб клітин організму в кисні”.
До цього слід добавити, що „така скоординована діяльність” включає адаптивні механізми нейром’язової і внутрішньоклітинної передачі сигналу.
О к с и д а з о т у у в и д и х у в а н о м у п о в і т р і і р у х о в а активність. Досить часто для оцінки функціонального стану органів дихання використовують традиційний тест-величина максимального видихуваного об’єму за 1 с. (forced expiratory volume in 1 s, FEVI) останнім часом почали використовувати вміст NО у видихуваному повітрі. Однак, динаміка виділення організмом оксиду азоту в значній мірі відрізняється від газообміну дихальних газів (кисень і вуглекислий газ), який відбувається переважно в альвеолах. На відміну від них, виділення NО відбувається як в альвеолах, так і в решти відділах дихальних шляхів і через це сильно залежить від швидкості видиху. Ця особливість газообміну NО дуже часто призводить до плутанини під час інтерпретації результатів дослідження. Зокрема, за одними повідомленнями, концентрація NО у видихуваному повітрі після заняття фізичними вправами зростає, за іншими – залишається незмінною. Приймаючи до уваги динамічний характер газообміну NО і багатоплановість фізіологічної відповіді на фізичне навантаження, немає нічого дивного в протиріччях, які виявляються в повідомленнях присвячених дослідженням впливу рухової активності на вміст NО у видихуваному повітрі.
Нещодавно групою дослідників була розроблена принципова модель, яка дозволяє розрізняти вклад альвеол і дихальних шляхів у вміст NО у вдихуваному повітрі (мал. 7.4). Цей підхід забезпечить значно більш високу специфічність оцінки порівняно із звичним визначенням концентрації NО у видихуваному повітрі і, завдяки цьому, може допомогти у пошуку відповіді на низку невирішених питань відносно впливу рухової активності на газообмін NО.
Мал.7.4. Схематичне зображення моделі і двох відділів, що використовується для опису газообміну оксиду азоту (NO).
Вияснилось, що не дивлячись на відсутність суттєвих змін в концентрації NО у видихуваному повітрі (С NО plat), через 3 хв. після використання фізичного навантаження спостерігали суттєві зміни в J′aw NО, Daw NО, Caw NО. Значення Daw NО (середнє ± стандартне відхилення) збільшилось (37,4 ± 44,4 %), в той час J′aw NО і Caw NО знижались ( - 7,27± 11,1% і - 26,1± 24,6 % відповідно). На основі цих даних було зроблено висновок про те, що незалежні від швидкості проходження повітря параметри оцінки NО представляють можливість для детального аналізу газообміну цієї сполуки. Створюється враження, що фізичне навантаження призводить до значного росту виділення NО, який міститься в тканинах дихальних шляхів. Цей ефект може бути обумовлений посиленням вентиляції або збільшенням дифузійної здатності переходу NО із тканин дихальних шляхів в газоподібну фазу. Останнє припускає, що ендогенний NО може бути використаний для оцінки функціональних і структурних особливостей дихальних шляхів під час впливу фізичного навантаження.
Концентрація NО у вдихуваному повітрі (СЕ NО) представляє собою суму вкладів альвеолярного відділу і відділу дихальних шляхів незалежними від швидкості проходження повітря параметрами: максимальним загальним об’ємним потоком NО із стінок дихальних (J′aw NО, pls), дифузійною здатністю NО в дихальних шляхах (Daw NО, pls, р.р.в *) і альвеолярною концентрацією NО в стаціонарному стані (САNО, р.р.в); J′aw NО - загальний потік (pls) NО між тканинами і газоподібним середовищем повітря буде обернено пропорційним швидкості видоху (VЕ) і концентрації NО в газовій фазі у відділі дихальних шляхів (за: Георге і співавт., 2004).
Останні технологічні дослідження в сфері геноміки, протеоміки і проточної цитометрії відкривають нові перспективи для досліджень у фізіології спорту і рухової активності. Нещодавні відкриття впливу рухової активності на стресові, загальні та імунні процеси дали поштовх змін наших поглядів на взаємозв’язок між руховою активністю і здоров’ям, наприклад, Ференбах і співавт. в 2003 р. дослідили вплив рухової активності на експресію в лейкоцитах ключових імуномодуляторів – білків теплового шоку (БТШ) (мал. 7.5). Виявлено суттєве збільшення вмісту деяких БТШ в лейкоцитах після рухової активності. Білки теплового шоку інгібують ядерний фактор кВ і це може пояснити кардіопротекторний ефект БТШ.
Мал. 7.5. Описове уявлення експресії маяк БТШ 27 (а) і БТШ (б) в лейкоцитах спортсменів в стані спокою і через відповідні проміжки часу (0,3 і 24 год.) після напівмарафону (n = 12).
Таким чином, дослідники розробляють постійно зростаючу потребу в підходах до вивчення функціональних показників людського організму в умовах фізичного навантаження, які можуть бути використані для тих популяцій, для яких не придатні традиційні методи оцінки з використанням фізичних вправ, зокрема: діти, люди похилого віку і особи з різними порушеннями здоров’я. На основі досягнень в сфері фізіології спорту і рухової активності створюються нові підходи, які дозволяли б зрозуміти взаємозв’язок з фундаментальними процесами, які лежать в основі розвитку різних захворювань. Більше того, ці нові підходи і технології повинні бути використані в поєднанні з фізичними навантаженнями в міждисциплінарних галузях біологічного спрямування.