Сучасні інструментальні та лабораторні дослідження в спорті

Метод магніторезонансної томографії ґрунтується на отриманні дис­танційних візуальних зображень у 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 навантажень.

Зміни на Т₂-томограмах, які спостерігаються після рухової активності, можуть бути результатом переміщення води в м’язах, яке обумовлене ви­никненням осмосу і призводить до збільшення внутрішньоклітинного про­стору та накопичення кінцевих продуктів метаболізму.

Метод дистанційного біохімічного аналізу (^8ІР магніторезонанс- на спектроскопія) вперше використав Бриттон Чане з колегами в 1994 р. Він дозволяє проводити в реальному часі визначення високоенергетичних фосфоровмісних сполук під час виконання фізичного на­вантаження. Зокрема, це дає змогу дослідити енергетику серцевого і скелетних м’язів, тобто визначити співвідношення креатинфосфат/аде- нозннтрнфосфат (КрФ/АТФ) у стані спокою і під час фізичного наванта- ження.

Значного успіху в розумінні реакції організму на фізичне навантажен­ня було досягнуто завдяки вимірюванню складу видихуваного повітря в реальному часі.

Основоположники фізіології спорту і рухової активності 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 шестерень, що зображує взаємозв’язок клітинних процесів з оцінками газообміну на основі видихуваного повітря, запропонована Вас- серманом у 1975 р. (рис. 33), ілюструє цю концепцію.

▼ Осо» ' 0о> '

М'язове

скорочення

Периферичний 0, і С0_г Легеневий кровообіг кровообіг

Газообмін в легенях

(V₄+V₀ = V_t)

Транспорт

Мітохондрія

Фізіологічна відповідь: TQcoj -розслаблення TSV - скорочення t V_T,

tQp, -скорочення tЧСС - розслаблення tf

Рисунок 33 — Метаболічні “шестерні", які зв’язують процеси газообміну під час виконан­ня фізичної роботи з процесами на клітинному і субклітинному рівнях (за: Вассерман і співавт., 1987)

Однак незважаючи на те що тестування фізичного навантаження і сьо­годні використовують переважно для оцінювання функціональних показ­ників серцево-судинної системи, на думку Вассермана (1987), неможливо піддати навантаженню тільки серце або тільки легені. Виконання фізич­ного навантаження вимагає скоординованої роботи серця, легенів, перифе­ричної нервової системи, системи кровообігу, спрямованої на задоволення вищих потреб клітин організму в кисні. Така скоординована діяльність включає адаптивні механізми нервово-м’язової і внутрішньоклітинної пе­редачі сигналу.

Оксид азоту у видихуваному повітрі і рухова активність. Досить часто для оцінки функціонального стану органів дихання використовують тра* диційний тест — максимальний видихуваний об’єм за 1 с (ГЕУІ). Останнім часом почали визначати вміст N0 у видихуваному повітрі. Однак динамі­ка виділення організмом оксиду азоту значною мірою відрізняється від газообміну дихальних газів (кисень.і оксид вуглецю), який відбувається переважно в альвеолах. На відміну від них, виділення N0 відбувається як в альвеолах, так і в інших відділах дихальних шляхів і через це сильно за­лежить від швидкості видиху. Ця особливість газообміну N0 дуже часто призводить до плутанини під час інтерпретації результатів дослідження. Зокрема, за одними повідомленнями, концентрація N0 у видихуваному повітрі після заняття фізичними вправами зростає, за іншими — залиша­ється незмінною. Беручи до уваги динамічний характер газообміну N0 і багатоплановість фізіологічної відповіді на фізичне навантаження, немає нічого дивного в протиріччях, які виявляються в повідомленнях, присвя­чених дослідженням впливу рухової активності на вміст N0 у видихувано­му повітрі.

Групою дослідників було розроблено принципову модель, яка дозволяє розрізняти внесок альвеол і дихальних шляхів у вміст N0 у вдихуваному повітрі (рис. 34).

Цей підхід забезпечить більш високу специфічність оцінки порівняно зі звичним визначенням концентрації N0 у видихуваному повітрі і завдяки цьому допоможе у пошуку відповіді на низку невирішених питань щодо впливу рухової активності на газообмін N0.

Не дивлячись на від-

С„, = О.,

Альвеолярний відділ Відділ дихальних шляхів

Рисунок 34 — Схематичне зображення моделі і двох від­ділів, що використовується для опису газообміну оксиду азоту (N0)

сутність суттєвих змін у концентрації N0 у видихуваному повітрі

(^СКОрІа^’ ^чеР^{ез 3 хв після} використання фізично­го навантаження спо­стерігали суттєві зміни

^В ^ «*N0* ^**N0' Зна­

чення О_ажМО (середнє ± ± стандартне відхилен­ня) збільшилось (37,4 ±. ± 44,4 %), водночас <ї' і С _ знизи-

вшІЧО а«гМО

лось (-7,27 ± 11,1 % і -26,1 ± ± 24,6 % від­повідно). На основі цих даних було зроблено ви*

еновок. що незалежні від швидкості проходження повітря параметри оцін­ки N0 дають можливість для детального аналізу газообміну цієї сполуки. Створюється враження, що фізичне навантаження призводить до значного росту виділення N0, який міститься в тканинах дихальних шляхів. Цей ефект може бути обумовлений посиленням вентиляції або збільшенням ди­фузійної здатності переходу N0 із тканин дихальних шляхів у газоподібну фазу. Останнє припускає, що ендогенний N0 може бути використаний для оцінки функціональних і структурних особливостей дихальних шляхів під час впливу фізичного навантаження.

Концентрація N0 у вдихуваному повітрі (CE_NO) являє собою суму внесків альвеолярного відділу і відділу дихальних шляхів незалежними від швидко­сті проходження повітря параметрами: максимальним загальним об’ємним потоком N0 зі стінок дихальних шляхів (J'_awN0, pis), дифузійною здатністю N0 в дихальних шляхах (О_яж{до, pis, р.р.в) і альвеолярною концентрацією N0 в стаціонарному стані (СА^, р.р.в); J'_ewNO — загальний потік (pis) N0 між ткани­нами і газоподібним середовищем повітря буде обернено пропорційним швид­кості видиху ( VE) і концентрації N0 в газовій фазі у відділі дихальних шляхів.

Стан спокою

Час. год

Останні технологічні дослідження в сфері геноміки, протеоміки і про­точної цитометрії відкривають нові перспективи для досліджень у фізіо­логії спорту і рухової активності. Вплив рухової активності на стресові, загартувальні та імунні процеси дав поштовх до зміни наших поглядів на взаємозв’язок між руховою активністю і здоров’ям. Наприклад, Ферен- бах і співавт. у 2003 р. дослідили вплив рухової активності на експресію в лейкоцитах ключових імуномодуляторів — білків теплового шоку (БТШ) (рис. 35). Виявлено суттєве збільшення вмісту деяких БТШ у лейкоцитах

Стан спокою

Час. год

Рисунок 35 — Експресія мРИК БТШ27 (а) і БТШ70 (б) у лейкоцитах спортсменів у ста­ні спокою і через відповідні проміжки часу (0.3 і 24 год) після напівмарафону (п- 12)

після рухової активності. Білки теплового шоку інгібують ядерний фактор кВ, і це може пояснити їх кардіопротекторний ефект.

Таким чином, дослідники вивчають функціональні показників люд­ського організму в умовах фізичного навантаження, які можуть бути вико­ристані для тих популяцій, для яких непридатні традиційні методи оцінки з використанням фізичних вправ, це, зокрема діти, люди похилого віку і особи з різними порушеннями здоров’я. На основі досягнень у сфері фізіо­логії спорту і рухової активності створюються нові підходи, які дозволяли б зрозуміти взаємозв’язок із фундаментальними процесами, які лежать в основі розвитку різних захворювань. Більше того, ці підходи і технології повинні бути використані в поєднанні з фізичними навантаженнями в між­дисциплінарних галузях біологічного спрямування.