Глава 6. Оптимизация моторных функций у спортсменов высокого класса различных специализаций с помощью гипербарической оксигенации

Новые перспективные медико-биологические средства оптимизации моторных функций слабо внедряются в практику спорта. Все это в полной мере относится к гипербарической оксигенации (ГБО).

Увеличение потребления кислорода сопровождает, без исключения, любую физическую работу. Поэтому такие понятия как кислородный дефицит и кислородный долг в физиологии спорта имеют основополагающий характер для определения как характера выполняемой работы, так и ее мощности. Количество кислорода, необходимое для различных нагрузок носит название кислородный запрос (Давиденко Д.Н., 1996; Солодков А.С., 1999).

Различают суммарный или общий кислородный запрос, т.е. количество кислорода, потребляемое для всей работы, и минутный кислородный запрос, т.е. количество кислорода, потребляемое при данной работе в течение 1 мин. Суммарный кислородный запрос вычисляется путем арифметического сложения потребления кислорода во время работы и в восстановительном периоде, за вычетом всего количества кислорода, необходимого для поддержания уровня оперативного покоя. Поскольку не весь запрос удовлетворяется во время работы развивается кислородный долг.

Кислородный долг – это то количество кислорода, которое человек поглощает после окончания работы, превышающее потребление кислорода в покое.

Аксиомой физической нагрузки различной мощности является количество и степень переносимости кислородного долга (Давиденко Д.Н., 1996; Солодков А.С., 1998).

Гипербарическая оксигенация компенсирует любую форму гипоксии, в том числе и гиперметаболическую гипоксию, которая развивается при физических нагрузках чрезмерного характера, значительно улучшает степень сродства кислорода с работающими органами, в частности, мышечными структурами, обеспечивая максимальное потребление кислорода тканями, и создает определенный резерв кислорода в областях наибольшего его потребления (Щуров А.Г., 1998).

Настоящее исследование динамики ЭЭГ под влиянием гипероксии проводилось с целью расширения знаний нейрофизиологических механизмов физиологического (дотоксического) действия гипероксии, обоснование оптимальных режимов ГБО для коррекции физической работоспособности спортсменов.

Исследования проводились на базе кафедры медико-биологических дисциплин Военного института физической культуры в рамках тем НИР «Кислород» и «Кислород 2». По результатам исследования подготовлены промежуточные и итоговые отчеты (Научный руководитель – Щуров А.Г., ответственный исполнитель – Родичкин П.В.).

6.1. Коррекция функционального состояния спортсменов с помощью гипербарической оксигенации

В данном разделе оценивалось влияние гипероксии на динамику ЭЭГ у спортсменов без предварительной нагрузки. В исследованиях приняло участие 23 спортсмена высокого класса.

Среди показателей, получаемых при математической обработке ЭЭГ, характеризующей состояние центрального звена СУД, важным является спектральная мощность. С помощью этой характеристики можно оценить распределение мощности по частотным составляющим (Селивра А.И., 1996; Щуров А.Г., 1999).

Полученные в результате исследований данные показали, что определяются закономерные изменения в условиях гипероксии спектральной мощности биопотенциалов различных областей коры головного мозга по отдельным диапозонам физиологических ритмов (дельта, тета, альфа, альфа-1, альфа-2, бета, бета-1, бета-2).

Наиболее значительные изменения мощности биопотенциалов во всех областях коры головного мозга происходили в дельта- и альфа-частотных диапазонах, причем направленность этих изменений была противоположной. Мощность колебаний биопатенциалов в дельта-частотном диапазоне закономерно уменьшалась, а в альфа-частотном диапазоне увеличивалась. Мощность колебаний в тета- и бета-частотном диапазоне оставалась фактически без изменений.

Распределение мощности в пределах отдельных поддиапазонов показал, что наблюдаемые сдвиги мощности в альфа-частотном диапазоне обусловлены, в большей степени, изменениями мощности в альфа-1, чем альфа-2-частотном поддиапазоне.

При анализе изменений в условиях гипероксии мощности колебаний биопотенциалов в пределах бета-1 и бета-2-частотных поддиапазонах позволил выявить некоторое уменьшение мощности колебаний биопотенциалов в бета-2-частотном поддиапазоне. В лобных и центральных областях это уменьшение мощности биопотенциалов в бета-2-частотном поддиапазоне достигло статистически достоверного уровня (р0,05) в V и VI сериях (приложение 11).

Существенное повышение общей средней частоты биопотенциалов мозга наблюдалось в центральных и лобных областях. Повышение частоты колебаний на ЭЭГ, отводимой от центральной области, определялось сначала экспозиции и сохранялось на протяжении всего сеанса, а также после декомпрессии и было статистически достоверным (р0,05) для обоих полушарий в V и VI сериях исследований.

Следует отметить также, что на ЭЭГ правого полушария достоверное увеличение (р0,05) частоты колебаний биопотенциалов центральной области головного мозга было выявлено во всех сериях исследования, начиная со II серии (приложение 12).

Однако общая средняя частота колебаний биопотенциалов в лобных областях правого и левого полушарий головного мозга в условиях гипероксии практически не изменялась.

Для того чтобы выяснить, за счет какого частотного диапозона происходили установленные изменения общей средней частоты биопотенциалов мозга, был произведен анализ изменений частоты потенциалов в рамках каждого частотного диапозона в отдельности.

Полученные результаты позволяют заключить, что наблюдаемое в ответ на физиологическое действие гипероксии увеличение общей средней частоты потенциалов центральной и теменной областей коры головного мозга обусловлено увеличением средней частоты потенциалов, главным образом, в тета- и частично дельта-частотных диапозонах. Средняя частота потенциалов в альфа- и бета-частотных диапозонах на протяжении всего исследования не изменялась или незначительно уменьшалась.

Увеличение частоты потенциалов в диапозоне тета-частот сопряжено с изменением активности лимбической системы мозга и способствует облегчению процессов обучения. Последнее относится к базисным механизмам, обеспечивающим адекватный уровень тренированности организма.

Таким образом, установленная динамика частоты биопотенциалов коры головного мозга в диапозоне тета-ритма относится к биологически благоприятным реакциям центральной нерной системы на физиологическое действие гипероксии (Щуров А.Г., Родичкин П.В., 1998) (приложение 13).

Программа математического анализа электроэнцефалограмм предусматривала оценку изменений дельта-, тета-, альфа- и бета-индексов ЭЭГ спортсменов под влиянием гипероксии.

Изменения стабильности исследуемых ритмов возникают в основном только в конце экспозиции и наиболее существенны в первые минуты после декомпрессии. При этом значения дельта-индексов в большинстве случаев в V и VI сериях статистически достоверно уменьшались, а значения альфа- и бета-индексов возрастали. Значения тета-индексов практически не изменялись (приложение 14).

Для оценки динамики пространственно-временной организации биопотенциалов коры головного мозга испытуемых в условиях гипероксии рассчитывались значения коэффициентов кросскореляции между биоэлектрической активностью лобных и теменных областей одного полушария и гомологичными участками коры головного мозга обоих полушарий.

Систематическому анализу были подвергнуты только положительные значения коэффициентов кросскорреляции. Отрицательные значения коэффициентов кросскорреляции как в исходном состоянии, так и во время экспозиции чаще всего встречались в выборках коэффициентов кросскорреляции между отдаленными (F-P) участками коры ипсилатерального полушария. Абсолютные значения коэффициентов кросскорреляции были наименьшими между лобными и теменными областями коры головного мозга.

Как в период экспозиции, так и после декомпрессии значения коэффициентов кросскорреляции между электроэнцефалограммами лобных и теменных отделов коры головного мозга справа и слева статистически достоверно не изменились. Исключением стало достоверное увеличение коэффициентов кросскорреляции для этой пары кривых в третьей серии наблюдений.

Значения коэффициентов кросскорреляции биопотенциалов центральных отделов коры правого и левого полушарий головного мозга возрастали, начиная с четвертой серии исследований, и достигли максимального значения на 30-й минуте после декомпрессии.

Коэффициенты кросскорреляции между ЭЭГ симметричных отделов коры головного мозга статистически достоверно возрастали в V серии. В VI серии исследования статистически достоверное увеличение коэффициентов кросскорреляции выявлено при сравнении колебаний биопотенциалов всех исследуемых симметричных областей мозга (лобных, центральных и теменных).

Особенность изменений коэффициентов кросскорреляции между симметричными отделами в лобных областях заключалась в уменьшении этих коэффициентов в III-IV сериях исследования. Однако, как было отмечено выше, направленность изменения коэффициентов кросс корреляции была такой же, как и в других отделах (рис. 22; приложение 15).

Анализ данных об изменениях пространственно-временной организации биопотенциалов головного мозга в условиях гипероксии был получен при оценке функции когерентности фазового спектра. Это обусловлено тем, что приведенные значения кросскорреляции энцефалограмм, представляющих два случайных процесса, равны значению корреляционной функции только в точке пересечения ею оси ординат, когда сдвиг между исследуемыми процессами равен нулю. Величина определяемой таким образом кросскорреляции обусловлена как истинным уровнем взаимосвязи исследуемых процессов, так и временными соотношениями между ними.

Функция когерентности между колебаниями биопатенциалов в лобной и теменной областях ипсилатерального полушария в исходном состоянии была низкой и не превышала значимый (0,6) уровень. Фазовые сдвиги при этом были значительными и достигали до 50°. Такая же картина прослеживалась и во всех остальных сериях исследований (рис. 23)

При анализе взаимосвязи биоэлектрической активности гомологичных участков коры правого и левого полушарий прослеживается определенная закономерная динамика в условиях гипероксии.

Обусловленные воздействием гипероксии изменения спектральных, когерентных и фазовых характеристик здесь сводятся к увеличению мощности колебаний биопотенциалов в диапозоне альфа-частот, увеличению когерентности и уменьшению фазового сдвига (рис. 24, 25).

Полученные данные дополняют описание ЭЭГ-реакций спортсменов на физиологическое воздействие гипероксии и хорошо согласуются с результатами анализа изменений, происходящих под влиянием кислорода под повышенным давлением, спектральной мощности ЭЭГ и степени взаимосвязи между электрической активностью различных центров коры головного мозга, оцениваемой по изменению коэффициента кросскорреляции.

В процессе ЭЭГ-исследований было показано, что расширение физиологических резервов сопряжено с характерными изменениями ЭЭГ: повышается устойчивость доминирующего ритма, увеличивается альфа-индекс и возрастает мощность процесса в диапазоне альфа ритма.