Вступление
Было широко продемонстрировано, что дети препубертатного возраста устают меньше, чем нетренированные взрослые, при выполнении динамичных упражнений для всего тела, таких как максимальная езда на велосипеде (Ратель и др., 2002), короткие пробежки (Ратель и др., 2004) и вертикальные прыжки (Лазаридис и др., 2018) или максимальные нагрузки на все тело. произвольные сокращения в изометрических (Hatzikotoulas et al., 2014; Ratel et al., 2015) или изокинетических условиях (De Ste Croix et al., 2009). Более низкая утомляемость у детей препубертатного возраста в основном объясняется меньшей периферической (т.е. мышечной) утомляемостью по сравнению с нетренированными взрослыми, что объясняется их большей относительной зависимостью от источников окислительной энергии (Ратель и др., 2008; Тонсон и др., 2010) и потенциально большей долей устойчивых к утомлению медленных детей.- подергивание мышечных волокон (Lexell et al., 1992). Этот специфический метаболический профиль у детей препубертатного возраста может привести к меньшему накоплению побочных продуктов метаболизма (например, ионов H+ и неорганического фосфата) и меньшему расходу фосфокреатина во время высокоинтенсивных физических нагрузок у детей препубертатного возраста по сравнению с нетренированными взрослыми (Kappenstein et al., 2013). Поскольку эти побочные продукты метаболизма способствуют развитию периферической усталости за счет изменения сократительных свойств и уменьшения связи между возбуждением и сокращением (Allen et al., 2008), меньшее накопление метаболитов может привести к снижению утомляемости на периферии, что обычно наблюдается у детей препубертатного возраста (Hatzikotoulas et al., 2008)., 2014; Ратель и др., 2015).Помимо мышечных факторов, дети препубертатного возраста также демонстрируют более быстрое усвоение кислорода и кинетику восстановления частоты сердечных сокращений (ЧСС) после высокоинтенсивных физических упражнений, чем нетренированные взрослые (Armon et al., 1991; Hebestreit et al., 1993). Это может быть связано с их более низкой анаэробной способностью и, следовательно, с меньшим дефицитом О2, возникающим в начале тренировки, что требует меньшего избыточного потребления О2 после тренировки. Кроме того, дети препубертатного возраста могут характеризоваться большей парасимпатической реактивацией вегетативной нервной системы в начале восстановительного периода после физической нагрузки, чем нетренированные взрослые (Ohuchi et al., 2000). В совокупности это может объяснить, почему дети препубертатного возраста легче выполняют повторяющиеся высокоинтенсивные упражнения по сравнению с их старшими нетренированными сверстниками (Ратель и др., 2002, 2004).
Однако в настоящее время известно, что метаболические профили демонстрируют значительную межиндивидуальную вариабельность у молодых людей и, в частности, связаны с их уровнем подготовки. В то время как взрослые, имеющие большой опыт спринтерских тренировок, в основном полагаются на анаэробную энергетическую поддержку во время физических упражнений, спортсмены на выносливость в большей степени зависят от окислительных энергетических путей, чем нетренированные взрослые или спортсмены, прошедшие спринтерскую подготовку (Pesta et al., 2013). Этот более высокий уровень окисления у спортсменов, занимающихся выносливостью, приводит, в частности, к (i) более быстрому восстановлению силы (Богданис и др., 1995) и сердечно-дыхательных параметров после высокоинтенсивных упражнений (Шорт и Седлок, 1997) и (ii) снижению периферической усталости при повторных максимальных произвольных сокращениях (Гаррандес и др., 1997). и др., 2007). Следовательно, возможно, что метаболические показатели и показатели утомления у хорошо тренированных взрослых спортсменов на выносливость могут быть аналогичны тем, которые наблюдаются у детей препубертатного возраста во время высокоинтенсивных упражнений, как ранее заявляли Ратель и Блазевич (2017). Однако соглашение не было достигнуто из-за отсутствия научных данных, касающихся этого вопроса.
Таким образом, цель настоящего исследования состояла в том, чтобы определить, сопоставимы ли дети препубертатного возраста по метаболизму, в отличие от нетренированных взрослых, с хорошо тренированными взрослыми спортсменами на выносливость, и приводит ли это к одинаковым показателям утомления во время высокоинтенсивных упражнений в обеих популяциях. Мы предположили, что относительный энергетический вклад, получаемый в результате окислительного метаболизма во время высокоинтенсивных физических упражнений, будет одинаковым у детей препубертатного возраста и взрослых спортсменов, тренирующихся на выносливость, и это может привести к сопоставимым показателям утомления в обеих популяциях. Кроме того, предполагается, что нетренированные взрослые в меньшей степени зависят от окислительного метаболизма и, следовательно, быстрее устают при выполнении упражнений высокой интенсивности, чем дети препубертатного возраста и хорошо тренированные взрослые спортсмены на выносливость.
Материалы и методы
Участники
Двенадцать здоровых мальчиков (возраст: 8-12 лет), 12 нетренированных мужчин (19-23 года) и 13 выносливых мужчин-спортсменов (19-27 лет) добровольно приняли участие в исследовании. Для участия в исследовании мальчики и нетренированные мужчины должны были заниматься оздоровительной физической активностью не более 4 часов в неделю и не иметь каких-либо медицинских противопоказаний к физической активности. Мальчики были в препубертатном возрасте на основании оценки их соматической зрелости (см. ниже). Никто из них не занимался какой-либо интенсивной физической активностью и не занимался по специальной программе аэробных тренировок. Мальчиков набирали из начальных и средних школ, в то время как неподготовленные мужчины были студентами университетов. В качестве активного отдыха они занимались горными лыжами, сноубордом, парусным спортом, скейтбордингом, скалолазанием и т.д. Напротив, взрослые, тренированные на выносливость, занимались физическими упражнениями на длинные дистанции более 6 раз в неделю в течение как минимум 2 лет и были спортсменами национального уровня (например, бегунами на длинные дистанции, велосипедистами и триатлонистами). Они были набраны из местных спортивных клубов (легкая атлетика, триатлон и велоспорт). Это исследование было одобрено местным институциональным советом по этике. Исследование проводилось в соответствии с Хельсинкской декларацией о политике в отношении использования подопытных людей. Все процедуры эксперимента были четко объяснены участникам, которые затем дали письменное согласие перед началом тестирования. Также было получено письменное согласие родителей/опекунов, прежде чем дети были допущены к участию в исследовании.
Экспериментальная процедура (дизайн)
Все участники были протестированы в ходе двух экспериментальных сессий с интервалом не менее 48 часов. Во время первой экспериментальной сессии были оценены антропометрические характеристики, состав тела, степень созревания и мощность при максимальном потреблении O2 (PVO2max). Кроме того, участники должны были выполнить два спринта (~7 с) на велоэргометре (Cyclus model II, MSE Electronic Medical, Лейпциг, Германия), разделенных 1 мин восстановления, с сопротивлением, соответствующим 7,5% массы тела (BM). Эти спринты служили для ознакомления добровольцев с экспериментальными процедурами второго сеанса. Во время второго визита участников попросили выполнить тест по циклу Вингейта, чтобы определить максимальную анаэробную мощность (Pmax), уровень утомления (т.е. относительное снижение выходной мощности), относительный (чистый) энергетический вклад, обусловленный окислительным метаболизмом, и скорость восстановления лактата в крови после тренировки концентрация, ЧСС и усвоение О2. Циклический тест Уингейта был выбран потому, что он позволяет одновременно исследовать кардиореспираторные, метаболические и мышечные компоненты усталости во время динамической активности всего тела и является распространенным и хорошо изученным видом деятельности среди населения. Кроме того, было установлено, что циклический тест Уингейта является высоконадежным методом для оценки показателей эффективности упражнений высокой интенсивности у детей и взрослых (Хебестрейт и др., 1993).
Антропометрические измерения и анализ состава тела
Массу тела измеряли с точностью до 0,1 кг с помощью цифровых весовых весов (TANITA, BC-545N, Япония), а рост в положении стоя оценивали с помощью портативного стадиометра, когда участники были босиком (TANITA, HR001, Япония). Рост в сидячем положении также измерялся с помощью стадиометра, в то время как участники сидели на полу, прислонившись спиной к стене. Затем индекс массы тела (ИМТ) был рассчитан по формуле BM (кг)/height2 (м2). Толщину кожных складок измеряли в двух экземплярах в области трицепса и подлопаточной области с помощью штангенциркуля Harpenden (Baty International, Burgess Hill, Великобритания). Измерения проводились тем же исследователем на правой стороне тела, чтобы уменьшить вариабельность результатов. Содержание жира в организме (BF, %) оценивали с использованием уравнений Слотера (Slaughter et al., 1988). Содержание жира в организме (кг) рассчитывали путем умножения массы тела (%) на массу тела (кг). Обезжиренную массу (FFM, кг) определяли путем вычитания массы тела (кг) из массы тела (кг).
Оценка созревания
Для оценки соматической зрелости использовали возраст, рассчитанный по показателю максимальной скорости роста (APHV), и определяли его с помощью роста, высоты сидения и BM. Его расчет проводился только для детей и основывался на уравнениях регрессии, зависящих от пола, в соответствии с методом, предложенным Мирвальдом и соавторами (2002).
Оценка максимальной аэробной мощности
PVO2max оценивали с помощью субмаксимального градуированного теста на велоэргометре (Cyclus model II, MSE Electronic Medical, Лейпциг, Германия). Первоначально рабочие нагрузки были установлены на уровне 30, 100 и 130 Вт, а затем увеличивались на 15, 30 и 30 Вт каждые 3 минуты у детей препубертатного возраста, нетренированных взрослых и хорошо тренированных взрослых спортсменов на выносливость, соответственно. Частота вращения педалей была постоянной и выбиралась участниками самостоятельно в диапазоне от 50 до 90 оборотов в минуту. Тест был рассчитан на один этап разминки и три-четыре дополнительных субмаксимальных этапа, при которых частота вращения педалей увеличивалась как минимум до 160 ударов в минуту. ЧСС измерялась в течение последней минуты каждого этапа с помощью регистратора Polar, подключенного к велоэргометру (Polar Electro, Кемпеле, Финляндия). Если ЧСС участника не достигала оптимального уровня или участник не сохранял ритмичность, измерение считалось недействительным. Затем PVO2max оценивали на основе индивидуальных линейных регрессий между выходной мощностью и ЧСС и путем расчета выходной мощности при максимальной ЧСС, прогнозируемой с учетом возраста (HRmax). Квадратичные коэффициенты корреляции Браве-Пирсона этих линейных зависимостей варьировались от 0,91 до 0,99 (среднее значение ± SD: 0,98 ± 0,02). HRmax оценивали с использованием уравнения, сформулированного Шаргалом и соавторами (2015), которое было подтверждено на примере большой группы здоровых мужчин в возрасте от 10 до 80 лет
Кроме того, VO2max был рассчитан с использованием следующего уравнения: где E − калорийный эквивалент кислорода при коэффициенте респираторного обмена выше 1,0, т.е. 21131 Дж·Л-1, а R - эффективность циркуляции (%). Для всех добровольцев была выбрана дельта-эффективность в 23%, поскольку в литературе не сообщается об очевидной разнице во время езды на велосипеде между 10,5-летними мальчиками (23,2%), 21,3-летними нетренированными мужчинами (22,5%) и 25,6-летними хорошо тренированными триатлонистами и велосипедистами на выносливость (22,7%) (Роуленд и др., 1990; Луис и др., 2012).
Протокол об усталости
Сеанс тестирования начался с 10-минутного отдыха в сидячем положении на велоэргометре. Высота седла была установлена на уровне 107% от длины вертлужной впадины, чтобы обеспечить оптимальный комфорт для каждого участника (Хэмли и Томас, 1967). После этого участникам было предложено выполнить стандартную разминку продолжительностью 4 минуты на велосипеде с сопротивлением, которое было скорректировано на 2% от их массы тела. В конце второй, третьей и четвертой минут они также должны были выполнить один спринт продолжительностью 5 секунд при сопротивлении, соответствующем 7,5% BM. После последующего 5-минутного отдыха участникам было предложено выполнить тест Уингейта, который состоял в том, чтобы крутить педали как можно быстрее в течение 30 секунд при сопротивлении, соответствующем 0,075 г·кг−1 мкм (Bar-Or, 1987). Эта тормозная нагрузка была выбрана потому, что она, по-видимому, не влияет на Pmax или уровень утомления во время теста Wingate по сравнению с более тяжелыми нагрузками (например, 11% BM) как у нетренированных взрослых, так и у менее сильных спортсменов, таких как спортсмены на выносливость (Jaafar et al., 2016). Кроме того, это соответствует оптимальной тормозной нагрузке для получения Pmax и средней выходной мощности (Pmean) во время теста Уингейта у детей в возрасте от 6 до 12 лет (Carlson and Naughton, 1994). Перед каждым забегом экспериментатор объявлял обратный отсчет “5-4-3-2-1-ВПЕРЕД”, во время которого участникам предлагалось повернуть правый рычаг на 45° выше верхнего положения. После окончания теста испытуемые находились под наблюдением в течение 20-минутного периода восстановления в сидячем положении. Участников проинструктировали не заниматься какой-либо напряженной деятельностью в день, предшествующий тесту с физической нагрузкой.
Оценки воспринимаемого напряжения
Оценки воспринимаемого напряжения (RPE) были отмечены сразу после завершения теста Уингейта с использованием таблицы оценки усилий детей (Williams et al., 1994). В таблице оценки усилий детей (CERT) участникам предлагается оценить свои усилия по шкале от 1 до 10 баллов, где 1 означает, что упражнение очень и очень легкое, а 10 - что усилие настолько тяжелое, что участнику приходится остановиться. Перед тестированием каждому участнику был четко объяснен диапазон ощущений, соответствующих категориям усилий в рамках шкалы.
Забор крови и анализ
Образцы капиллярной крови (0,2 мкл) брали с кончиков пальцев перед разминкой ([La]отдых), перед тестом Уингейта, сразу после завершения теста ([La](0)) и в 1, 3, 5, 7, 9, 15, и 20 минут на восстановление. Концентрацию лактата в крови определяли с помощью анализатора Lactate Scout+ (EKF Diagnostic, Лейпциг, Германия). Прибор систематически калибров-лировался перед каждой экспериментальной сессией.
Измерение газообмена и ЧСС
Во время второго экспериментального сеанса ЧСС непрерывно контролировалась с помощью регистратора Polar, подключенного к эргометру Cyclus Model II (Polar Electro, Кемпеле, Финляндия). Уровень VO2 также непрерывно измерялся при каждом вдохе с помощью мобильной системы спироэргометрии (METAMAX®3B, CORTEX Biophysik GmbH, Лейпциг, Германия).
Обработка данных
Показатели силы и утомления
Максимальная анаэробная мощность (Pmax) и минимальная мощность (Pmin), достигнутые в ходе теста Уингейта, были определены как наибольшая и наименьшая механические мощности соответственно, зарегистрированные в течение 0,5 секунд. Средняя мощность рассматривалась как средняя выходная мощность (Pmean), сохранявшаяся в течение всего 30-секундного испытания. Индекс усталости (FI) рассчитывался как разница между Pmax и Pmin, выраженная в процентах от Pmax (Bar-Or, 1987). Максимальное соотношение анаэробной и аэробной механической мощности было рассчитано путем нормирования Pmax, полученного по тесту Уингейта, к расчетной максимальной аэробной мощности (отношение Pmax к PVO2max). Соотношение анаэробной и аэробной мощности было введено Бар-Ором (1986) в качестве простого метаболического показателя для оценки физиологических функций. Более высокое соотношение мощности указывает на более высокую анаэробную способность по сравнению с аэробной. Несколько исследований взрослых элитных спортсменов (велосипедистов и пловцов) также продемонстрировали полезность этого соотношения механической мощности для физиологической оценки этих спортсменов, поскольку соотношение мощности дает рекомендации относительно того, следует ли уделять особое внимание тренировкам на выносливость или специальной силовой подготовке (Mercier et al., 1993; Baron, 2001).
Относительный энергетический вклад
Аэробная энергия (в Дж), используемая во время теста Уингейта, рассчитывалась с интервалом в 5 секунд на основе чистого поглощения кислорода (VO2-VO2rest) и калорийного эквивалента кислорода для коэффициента респираторного обмена выше 1,0, т.е. 21131 Дж·мл−1. Общая энергия, потребляемая во время теста Уингейта, оценивалась по механической работе, выполняемой с интервалом в 5 секунд, и с учетом эффективности циклирования, равной 23% для всех добровольцев (Rowland et al., 1990; Louis et al., 2012). Затем с интервалом в 5 секунд на протяжении всего теста Уингейта рассчитывали относительный энергетический вклад (%), полученный в результате аэробного метаболизма.
Кинетика восстановления HR и VO2
Значения VO2 и ЧСС в состоянии покоя (VO2rest и HRrest соответственно) определяли в положении сидя в течение первых 10 минут второго экспериментального сеанса. Кроме того, пиковые значения VO2 и HR (VO2pk и HRpk, соответственно) считались самыми высокими значениями, достигнутыми в конце теста Вингейта. Поскольку в состоянии покоя и пиковые значения VO2 и/или ЧСС отличались в разных группах, кинетику восстановления VO2 и ЧСС после тренировки определяли с учетом чистых изменений (пиковая нагрузка-исходный уровень), выраженных в процентах от пиковых значений. Последующие сравнения проводились на основе значений, взятых с интервалом в 15 секунд в течение первых 2 минут и с интервалом в 60 секунд в течение последних 8 минут. Сначала значения брались чаще, учитывая начальную быструю фазу восстановления VO2 и ЧСС, при последующих сравнениях между группами.
Кривые восстановления [La]
Индивидуальные кривые восстановления лактата в крови были приведены в соответствие с биэкспоненциальной функцией времени:
где [La](0) и [La](t) (ммоль·л−1) − концентрации лактата в капиллярной крови, измеренные в начале восстановления и в течение заданного времени восстановления, соответственно; параметры концентрации A1 и A2 (ммоль*л-1) - амплитуды экспоненциальных функций, а γ1 и γ2 (min−1) - это константы скорости, которые описывают обмен лактата и способность к удалению, соответственно (Zouloumian и Freund, 1981). Кривые восстановления уровня лактата в крови были приведены в соответствие с уравнением. 3 с помощью итерационной нелинейной регрессии с использованием программного обеспечения GraphPad Prism 7 (Ла-Хойя, Калифорния, США) для определения значений A1, A2, γ1 и γ2; [La](0) является экспериментальным измерением. Кроме того, по индивидуальным кривым восстановления лактата в крови были рассчитаны максимальная концентрация лактата в крови, достигнутая в период восстановления после тренировки ([La]pk), и время, необходимое для достижения [La]pk (t[La]pk). Уравнение (3) считалось репрезентативным для кинетики восстановления лактата, поскольку на его долю приходилось более 96% дисперсии экспериментальных кривых восстановления лактата в крови (0,965 < r < 0,998).
Статистический анализ
Данные были проверены на нормальность распределения и однородность дисперсий с использованием теста Шапиро-Уилка на нормальность и теста Барлетта, соответственно. Для сравнения возраста, антропометрических характеристик, показателей работоспособности (например, Pmax, PVO2max, отношения Pmax к PVO2max) и параметров кинетики лактата в крови (например, A1, A2, γ1, γ2, La]pk, tLa]pk) между группами использовался односторонний (групповой) анализ ANOVA. Когда анализ ANOVA выявил значительный эффект, был применен специальный тест Ньюмана-Кеулса для проверки различия между средними значениями. Кроме того, для анализа относительного энергетического вклада окислительного метаболизма на протяжении всего теста Вингейта, а также кинетики восстановления ЧСС и поглощения О2 после физической нагрузки был использован двусторонний анализ (группа × время) с повторными измерениями. Когда ANOVA выявлял значительный основной эффект или эффект взаимодействия, применялся специальный тест Ньюмана-Кеулса для проверки различий между средними значениями. О влиянии размера и статистической достоверности также сообщалось, когда были обнаружены значительные основные эффекты или эффект взаимодействия. Влияние размера оценивали с использованием частичного эта-квадрата (η2) и ранжировали следующим образом: ~0,01 = малый эффект, ~0,06 = умеренный эффект, ≥0,14 = большой эффект (Cohen, 1969). Модель линейной регрессии между индексом усталости и отношением Pmax к PVO2max была подобрана методом наименьших квадратов с учетом всех добровольцев, и был рассчитан квадратный коэффициент корреляции Браве-Пирсона (r2) для этой модели линейной регрессии. Предел статистической значимости был установлен на уровне p < 0,05. Статистические процедуры проводились с использованием программного обеспечения Statistica 8.0 (Statsoft, Inc., США). Результаты были представлены в тексте, таблицах и рисунках в виде среднего значения ± SD.
Результаты
Физические характеристики участников
Физические характеристики участников представлены в таблице 1. Анализ методом ANOVA выявил значимые различия между разными группами по возрасту [F(2, 34) = 131,1, p < 0,001, η2 = 0,88, p = 1,0], росту [F(2, 34) = 110,2, p < 0,001, η2 = 0,87, p = 1,0], массе тела [F(2, 34) = 123,2, p < 0,001, η2 = 0,88, степень = 1,0], ИМТ [F(2, 34) = 61,2, p < 0,001, η2 = 0,78, степень = 1,0], ОГ (%) [F(2, 34) = 20,4, p < 0,001, η2 = 0,55, мощность = 0,99], FFM (кг) [F(2, 34) = 183,8, p < 0,001, η2 = 0,92, мощность = 1,0], HRrest [F(2, 34) = 33,6, p < 0,001, η2 = 0,66, мощность = 1,0], PVO2max (Вт) [F(2,34) = 118,4, p < 0,001, η2 = 0,87, мощность = 1,0], PVO2max/BM (Вт·кг−1) [F(2,34) = 26,1, p < 0,001, η2 = 0,61, мощность = 0,99] и отношение Pmax к PVO2max [F(2, 34) = 38,5, p < 0,001, η2 = 0,69, мощность = 1,0]. Специальные тесты не выявили существенной разницы в возрасте и росте между нетренированными взрослыми и хорошо подготовленными взрослыми спортсменами на выносливость. Однако у нетренированных взрослых были значительно более высокие значения BM (p < 0,05), BMI (p < 0,01), BF (p < 0,05), FFM (p < 0,05), HRrest (p < 0,001) по сравнению с их хорошо тренированными коллегами на выносливость. Напротив, как и ожидалось, PVO2max (Вт и W·кг−1) был значительно выше у хорошо тренированных взрослых спортсменов на выносливость, чем у нетренированных взрослых (р < 0,001 для обоих случаев).
Кроме того, рост, масса тела, ИМТ, FFM и PVO2max (W) были значительно ниже у детей препубертатного возраста, чем у нетренированных взрослых и хорошо тренированных взрослых спортсменов на выносливость (p < 0,001 для каждого из них). Напротив, у детей препубертатного возраста показатели BF и HRrest были значительно выше, чем у их старших тренированных и нетренированных сверстников (по крайней мере, р < 0,05). Однако PVO2max/BM (вес·кг−1) существенно не отличалось у детей препубертатного возраста от нетренированных взрослых.
Интересно, что не наблюдалось существенной разницы в соотношении Pmax к PVO2max между детьми препубертатного возраста и хорошо тренированными взрослыми спортсменами на выносливость; однако соотношение Pmax к PVO2max было значительно выше у нетренированных взрослых, чем у детей препубертатного возраста и хорошо тренированных взрослых спортсменов на выносливость (p < 0,001 для обоих) (таблица 1).
Период выполнения упражнений
Результаты работы, полученные в ходе теста Wingate, представлены на рисунке 1 и в таблице 2. Анализ методом ANOVA выявил достоверные различия между группами по показателям Pmax (Вт) [F(2, 34) = 178,8, p < 0,001, η2 = 0,91, мощность = 1,0], Pmax/BM (Вт·кг−1) [F(2, 34) = 49,6, p < 0,001, η2 = 0,74, мощность = 1,0], tPmax [F(2, 34) = 12,4, p < 0,001, η2 = 0,42, мощность = 0,99], Pmean (Вт) [F(2, 34) = 201,4, p < 0,001, η2 = 0,92, мощность = 1,0], Pmean/Масса тела (Вт·кг−1) [F(2, 34) = 46,9, p < 0,001, η2 = 0,73, мощность = 1,0], FI [F(2, 34) = 12,6, p < 0,01, η2 = 0,43, мощность = 0,99] и RPE [F(2, 34) = 3,7, p < 0,05, η2 = 0,18, степень = 0,64]. Напротив, анализ ANOVA не показал существенного влияния на уровень HRpk между группами.
Более конкретно, у нетренированных взрослых были значительно более высокие значения Pmax (W), Pmean (W) и FI (%), чем у хорошо тренированных взрослых спортсменов на выносливость (по крайней мере, р < 0,05). Однако показатели Pmax/BM (Вт·кг−1), Pmean/BM (Вт·кг−1), tPmax и RPE у нетренированных взрослых и взрослых, тренированных на выносливость, существенно не отличались. Кроме того, у детей были значительно более низкие значения, чем у нетренированных и тренированных взрослых, по всем исследуемым параметрам (по крайней мере, р < 0,05), за исключением FI (%), который был аналогичен показателю у взрослых, тренированных на выносливость.
Что касается относительного аэробного вклада, то ANOVA, как правило, показывал эффект взаимодействия группы и времени [F(10, 170) = 3,86, p = 0,09, η2 = 0,09, мощность = 0,78]. Относительный аэробный вклад постепенно увеличивался во время теста Уингейта, независимо от того, что рассматривала группа (рис. 2). Однако этот прирост существенно не отличался у детей препубертатного возраста от хорошо тренированных взрослых спортсменов на выносливость, но был значительно ниже у нетренированных взрослых по сравнению с детьми препубертатного возраста во второй половине теста Уингейта (по крайней мере, р < 0,05). Более того, хорошо тренированные взрослые спортсмены на выносливость демонстрировали значительно больший относительный аэробный результат, чем нетренированные взрослые, в течение последних 10 секунд теста Уингейта (p < 0,05).
Период восстановления после тренировки
Анализ методом ANOVA выявил значимую взаимосвязь между группами и временем в течение всего периода восстановления после тренировки для показателей ЧСС [F(32, 544) = 11,71, p < 0,001, η2 = 0,41, мощность = 1,0] и VO2 [F(32, 480) = 2,24, p < 0,001, η2 = 0,13, мощность = 0,99]. Последующие тесты показали более быстрое восстановление ЧСС у детей препубертатного возраста по сравнению с тренированными взрослыми, начиная с 45-й секунды восстановления, а у детей препубертатного возраста по сравнению с нетренированными взрослыми - с 30-й секунды восстановления до конца теста. Кроме того, скорость восстановления ЧСС была значительно выше у спортсменов, тренирующихся на выносливость, по сравнению с нетренированными взрослыми в период между первой и второй минутами восстановления.
Не было обнаружено существенной разницы в скорости восстановления VO2 у детей препубертатного возраста и хорошо тренированных взрослых спортсменов на выносливость (рис. 4). Однако уровень VO2 восстанавливался быстрее у детей препубертатного возраста и хорошо тренированных взрослых спортсменов на выносливость по сравнению с нетренированными взрослыми мужчинами в период между 45 и 120 секундами восстановления.
Наконец, анализ ANOVA выявил значительный групповой эффект для [La](0) [F(2, 34) = 5,85, p < 0,01, η2 = 0,26, степень = 0,84], [La]pk [F(2, 34) = 39,88, p < 0,001, η2 = 0,70, мощность = 1,0], t[La]pk [F(2, 34) = 4,81, p < 0,05, η2 = 0,22, мощность = 0,76], A1 [F(2, 34) = 10,08, p < 0,001, η2 = 0,37, мощность = 0,98], A2 [F(2, 34) = 17,8, p < 0,001, η2 = 0,51, степень = 0,99] и γ2 [F(2, 34) = 14,31, p < 0,001, η2 = 0,46, степень = 0,99]. Напротив, для [La]rest и γ1 не наблюдалось существенного группового эффекта (таблица 3). Более конкретно, A1, A2 и t[La]pk были одинаковыми у нетренированных и тренированных взрослых, но выше, чем у детей препубертатного возраста (по крайней мере, p < 0,05). Кроме того, показатели γ2 и [La]pk значительно различались в разных группах (γ2: дети > обученные взрослые > нетренированные взрослые; [La]pk: нетренированные взрослые > обученные взрослые > дети).
Взаимосвязь
Была отмечена значимая положительная взаимосвязь между FI (%) и отношением Pmax к PVO2max у всех участников (r2 = 0,54, p < 0,001).
Обсуждение
Цель настоящего исследования состояла в том, чтобы определить, сопоставимы ли дети препубертатного возраста по метаболизму с хорошо тренированными взрослыми спортсменами на выносливость, в отличие от нетренированных взрослых, и приводит ли это к одинаковым показателям утомляемости во время высокоинтенсивных упражнений в обеих популяциях. Основные результаты подтверждают наши гипотезы, поскольку дети препубертатного возраста имели сопоставимый чистый вклад энергии, получаемой за счет аэробного метаболизма, по сравнению с хорошо тренированными взрослыми спортсменами на выносливость, а уровень утомления, о чем свидетельствует относительное снижение выходной мощности во время теста Уингейта, был одинаковым в обеих популяциях. Кроме того, скорость восстановления поглощения кислорода и ЧСС после тренировки у детей препубертатного возраста была, соответственно, одинаковой и быстрее, чем у хорошо тренированных взрослых спортсменов на выносливость. Способность к удалению лактата из крови также была выше у детей, чем у хорошо тренированных взрослых спортсменов на выносливость.
Сравнение между детьми и нетренированными взрослыми
В настоящем исследовании дети препубертатного возраста демонстрировали меньшее относительное снижение выходной мощности во время теста Уингейта, чем нетренированные взрослые (-35,2 против 51,8% соответственно); таким образом, они утомлялись гораздо меньше, чем их нетренированные старшие сверстники. Этот вывод не может быть объяснен тем фактом, что дети проявляли большую физическую активность (особенно аэробную), поскольку мальчики и мужчины должны были соответствовать одним и тем же строгим критериям включения, и их относительная VO2max существенно не отличалась (49,0 против 48,1 мл·мин−1·кг−1, соответственно). Это открытие согласуется с литературными данными, свидетельствующими о снижении предрасположенности к утомлению у детей препубертатного возраста во время различных видов деятельности высокой интенсивности, таких как езда на велосипеде (Ратель и др., 2002), бег (Ратель и др., 2004) и прыжки (Лазаридис и др., 2018), или во время максимальных произвольных сокращений в изометрических (Ratel et al., 2015) и изокинетических (De Ste Croix et al., 2009) условиях. Механизмы, лежащие в основе различий в утомлении между детьми препубертатного возраста и нетренированными взрослыми, еще не до конца изучены, но, по-видимому, дети препубертатного возраста испытывают меньшую периферическую (т.е. мышечную) усталость и потенциально большую центральную (т.е. нервную) усталость, чем нетренированные взрослые, во время упражнений высокой интенсивности (Streckis et al., 2007; Ratel и др., 2015). Более сильное воздействие усталости на центральные механизмы у детей препубертатного возраста может быть причиной их меньшей утомляемости на периферическом уровне. Действительно, согласно одной из теорий, центральная нервная система может ограничивать набор двигательных единиц, чтобы предотвратить любое значительное нарушение гомеостаза, повреждение мышц или биологический вред (Noakes et al., 2005). Однако прямых доказательств, подтверждающих это предположение, по-прежнему нет. Альтернативой может быть меньшая способность детей препубертатного возраста полностью добровольно активировать двигательные единицы во время высокоинтенсивных упражнений (Dotan et al., 2012). Действительно, было обнаружено, что более низкий уровень активации связан с более высокой устойчивостью к утомлению у взрослых (Nordlund et al., 2004). В настоящем исследовании максимальный уровень произвольной активации не измерялся; однако более длительное время задержки для достижения максимальной анаэробной мощности у детей по сравнению с нетренированными взрослыми (tPmax: 5,8 против 1,8 с соответственно ; например, рисунок 1, сплошная черная линия) может свидетельствовать о том, что амплитуда мышечной активации была выше. ниже на ранней стадии теста Уингейта у детей, а затем увеличивается с течением времени, аналогично побочным эффектам, наблюдаемым в других (например, клинических) группах населения (Hornby et al., 2009). Следовательно, существует вероятность того, что более высокая устойчивость к утомлению у детей может быть также обусловлена неспособностью в полной мере активировать нервно-мышечную систему на ранней стадии интенсивных физических нагрузок. Эта гипотеза должна быть подробно рассмотрена в будущих исследованиях.
Среди второстепенных факторов больший относительный вклад энергии, получаемой в результате аэробного метаболизма, у детей препубертатного возраста может быть причиной их меньшей утомляемости во время высокоинтенсивных физических нагрузок. Выявленная в настоящем исследовании значительная положительная взаимосвязь между индексом утомления и отношением Pmax к PVO2max, а также более низкое отношение Pmax к PVO2max у детей по сравнению с молодыми нетренированными взрослыми (~1,9 против 3,2 соответственно) подтверждают это утверждение; чем ниже относительный анаэробный вклад, тем ниже развитие переутомления при выполнении упражнений высокой интенсивности у детей. Кроме того, было обнаружено, что относительный окислительный эффект во второй половине теста Уингейта был выше у детей препубертатного возраста, чем у нетренированных взрослых. Кинетика восстановления кардиореспираторных параметров (VO2 и ЧСС) и способность выводить лактат из кровяного русла (γ2) также были более быстрыми после теста Уингейта у детей препубертатного возраста, чем у нетренированных взрослых. Эти результаты согласуются с предыдущими исследованиями, описывающими изменения соотношения анаэробной и аэробной механической мощности (отношение Pmax к PVO2max) во время роста с использованием продольных (Falk и Bar-Or, 1993) или поперечных (Blimkie и др., 1986; Falgairette и др., 1991) экспериментальные разработки, несмотря на то, что аэробная механическая мощность в текущем исследовании не определялась с помощью прямого измерения VO2max. Например, Фальгаретт и др. (1991) сообщили о постепенном увеличении соотношения Pmax к PVO2max до наступления подросткового возраста (например, 1,8 в возрасте 9-10 лет, 2,2 в 11-12 лет и 2,8 в 14-15 лет) у 144 мальчиков, после чего оно оставалось стабильным до раннего взросления (~3,0 у физически активных, но не-конкурентоспособные молодые люди в исследовании Фалька и Бар-Ора, 1993). Более того, некоторые авторы сообщают о (i) большем относительном вкладе энергии, получаемой в результате окислительного метаболизма, во время теста Уингейта у мальчиков в возрасте 11,8 лет, чем у мальчиков-подростков в возрасте 16,3 лет (Beneke et al., 2007), и (ii) меньшем дефиците О2, возникающем в начале теста. выполняйте циклические упражнения при 125% VO2max, что приводило к меньшему избытку VO2 после тренировки у детей препубертатного возраста, чем у нетренированных взрослых (Armon et al., 1991). Аналогичным образом, было обнаружено, что скорость восстановления ЧСС у детей препубертатного возраста выше, чем у нетренированных взрослых, после высокоинтенсивных упражнений продолжительностью 1 минуту (Baraldi et al., 1991; Hebestreit et al., 1993). Наши результаты также согласуются с экспериментальными данными, полученными в результате измерений содержания лактата в крови, которые показывают отсутствие различий в способности к переносу лактата из мышц в кровь (γ1) между детьми и нетренированными взрослыми, но лучшую способность к удалению лактата из кровеносного русла (γ2) у детей после теста Вингейта (Beneke et al., 2005).
Этот более окислительный метаболический профиль у детей препубертатного возраста обычно связан с меньшим накоплением побочных продуктов метаболизма (например, ионов H+, лактата, неорганического фосфата), получаемых из анаэробных источников при тренировке мышц (Kappenstein et al., 2013). В настоящем исследовании концентрации лактата измерялись только на уровне крови, и биэкспоненциальная временная функция выявила более низкое накопление, при этом пиковое значение появлялось раньше в период восстановления после физической нагрузки у детей препубертатного возраста, о чем свидетельствуют более низкие значения A1, A2 и [La]pk у них и более короткие t[La]pk (таблица 3). Механизмы, лежащие в основе этой сниженной реакции на лактат у детей препубертатного возраста, еще предстоит выяснить, но в педиатрической литературе часто высказывается предположение, что более низкая концентрация лактата в крови/мышцах у детей препубертатного возраста обусловлена более низким гликолитическим обменом энергии (Ratel et al., 2002). Кроме того, было показано, что более короткий t[La]pk у детей может быть связан с более низким уровнем накопления лактата у них во время упражнений высокой интенсивности (Dotan et al., 2003).
Хотя накопление ионов лактата само по себе оказывает лишь незначительное влияние на потерю мышечной силы при переутомлении (Allen et al., 2008), связанное с этим накопление побочных продуктов метаболизма, таких как ионы H+ и неорганический фосфат, может в большей степени способствовать периферическому утомлению за счет изменения сократительных процессов и возбуждения- сжимающая муфта (Allen et al., 2008). Таким образом, меньшее накопление этих метаболитов у детей может привести к снижению утомляемости на периферии, что обычно наблюдается у этой группы населения во время высокоинтенсивных физических нагрузок (Hatzikotoulas et al., 2014; Ратель и др., 2015). Кроме того, более низкая анаэробная способность и большая парасимпатическая реактивация вегетативной нервной системы в начале восстановительного периода после физической нагрузки у детей препубертатного возраста могут объяснить более быструю перестройку сердечно-сосудистых параметров (Armon et al., 1991; Ohuchi et al., 2000) и более высокую способность к удалению лактата из крови. отсек (γ2).
Сравнение между выносливостью детей и взрослых спортсменов
В отличие от нетренированных взрослых, дети препубертатного возраста демонстрировали тот же метаболический профиль, что и хорошо тренированные взрослые спортсмены на выносливость. Соотношение Pmax к PVO2max было одинаковым у детей и спортсменов, тренирующихся на выносливость (1,9 против 2,1 соответственно), и соответствовало показателям, о которых сообщалось ранее у хорошо тренированных взрослых спортсменов на выносливость, у которых значения VO2max составляли от 60 до 70 мл·мин на 1 кг массы тела (~2,0 для Meeuwisse и др., 1992; Хоструп и др., 2016). Кроме того, относительный энергетический вклад, полученный в результате окислительного метаболизма во время теста Уингейта, а также скорость восстановления VO2 после тренировки были одинаковыми у детей и взрослых спортсменов, занимающихся выносливостью. Исходя из этого, детей препубертатного возраста с физиологической точки зрения можно считать аналогами хорошо подготовленных взрослых спортсменов на выносливость, несмотря на то, что они обладают меньшей работоспособностью, чем их старшие коллеги, т.е. более низкой средней выходной мощностью во время теста Уингейта (Рател и Блазевич, 2017). Удивительно, но результаты настоящего исследования также показали более быстрое восстановление ЧСС после тренировки у детей препубертатного возраста, чем у взрослых спортсменов, занимающихся выносливостью. Этот неожиданный результат может быть объяснен большей парасимпатической реактивацией вегетативной нервной системы в раннем восстановительном периоде у детей препубертатного возраста, чем у хорошо тренированных взрослых спортсменов на выносливость, благодаря большей центральной холинергической модуляции ЧСС (Ohuchi et al., 2000). Однако для проверки этого предположения необходимы дальнейшие исследования, сравнивающие низкочастотную и высокочастотную составляющие вариабельности ЧСС в раннем восстановительном периоде в обеих популяциях. Кроме того, результаты настоящего исследования показали отсутствие различий в уровне γ1 и более высокий уровень γ2 у детей по сравнению с хорошо тренированными взрослыми спортсменами на выносливость, что позволяет предположить, что дети препубертатного возраста могут обладать большей способностью удалять лактат из крови, чем их старшие тренированные сверстники. Это различие в показателях γ2 может быть связано с более коротким временем циркуляции крови у детей (Cumming, 1978), о чем свидетельствует более быстрая скорость восстановления ЧСС у них в настоящем исследовании; чем быстрее восстанавливается ЧСС, тем выше способность к удалению лактата (γ2) после теста Уингейта.
С практической точки зрения, схожий метаболический профиль детей препубертатного возраста и хорошо тренированных взрослых спортсменов на выносливость привел к сопоставимым показателям утомления во время теста Уингейта (-35,2 против -41,8% соответственно), несмотря на то, что детям требовалось больше времени для достижения максимальной анаэробной мощности. Это согласуется с экспериментальными данными, полученными Хебестрейтом и соавторами (1993) и Харбили (2015), которые косвенно показали сопоставимые показатели утомления во время теста Уингейта между мальчиками препубертатного возраста (-44%) и профессиональными шоссейными велосипедистами олимпийского и национального уровней (-43%). Основываясь на этих данных, предполагается, что большая зависимость от источников окислительной энергии и меньший относительный анаэробный эффект у хорошо тренированных взрослых спортсменов на выносливость (Pesta et al., 2013) приводят к более низкой периферической (т.е. мышечной) усталости, которая обычно наблюдается у детей препубертатного возраста по сравнению с нетренированными взрослыми во время тренировок на выносливость. повторные максимальные произвольные сокращения мышц (Hatzikotoulas et al., 2014; Ratel et al., 2015). Однако до сих пор центральные и периферические компоненты нервно-мышечной усталости во время высокоинтенсивных упражнений у хорошо тренированных взрослых спортсменов на выносливость сравнивались только с таковыми у спортсменов, тренированных на взрывную силу (Garrandes et al., 2007), а не у нетренированных взрослых. Поэтому для проверки этого предположения необходимы дальнейшие исследования, в которых сравниваются периферические и центральные компоненты нервно-мышечной усталости у детей препубертатного возраста, хорошо тренированных взрослых спортсменов на выносливость и нетренированных взрослых.
Вывод
Результаты настоящего исследования показали сопоставимый чистый вклад энергии, получаемой за счет аэробного метаболизма, во время теста Вингейта между детьми препубертатного возраста и хорошо тренированными взрослыми спортсменами на выносливость. Более того, кинетика восстановления потребления кислорода и ЧСС после тренировки у детей препубертатного возраста была, соответственно, одинаковой и более быстрой, чем у хорошо тренированных взрослых спортсменов, занимающихся на выносливость. Способность к удалению лактата из крови также была выше у детей, чем у хорошо тренированных взрослых спортсменов, занимающихся на выносливость. Эти результаты могут объяснить, почему уровень и степень утомления у детей препубертатного возраста схожи с показателями хорошо тренированных взрослых спортсменов на выносливость и почему они быстрее восстанавливаются после высокоинтенсивных упражнений, чем нетренированные взрослые.
Практическое применение
На более практическом уровне результаты настоящего исследования показывают, что детям препубертатного возраста, возможно, не нужно выполнять специальные тренировки для развития их аэробных метаболических способностей. До наступления половой зрелости можно рассмотреть другие стратегии для улучшения физической работоспособности, включая вовлечение анаэробных систем и тренировку техники движений для повышения механической эффективности. В отличие от этого, поскольку процессы созревания и роста оказывают неблагоприятное воздействие на выработку окислительной энергии при тренировке мышц, аэробные тренировки могут иметь первостепенное значение для детей в пубертатном и постпубертатном периоде для поддержания их аэробного потенциала и замедления развития усталости, вызванной физическими нагрузками.