«Прогноз спортивной успешности в пауэрлифтнге на основе генетического фактора»

Пауэрлифтинг является силовым видом спорта, в котором особенностью соревновательной деятельности является выполнение трёх упражнений (приседание со штангой на спине; жим, лёжа на горизонтальной скамье, и тяга становая) с максимальным весом отягощения (Б. И. Шейко, 2005).

Выполнение соревновательных упражнений с максимальным весом отягощения предъявляет высокие требования к функциональному состоянию и технической подготовленности, что требует от спортсмена определённых функциональных, биомеханических, физиологических особенностей и, тем самым, усложняет систему спортивного отбора и ориентации.

На спортивную успешность оказывает влияние множество факторов, из которых одним из основных является генетический фактор.

Обоснование системы отбора в скоростно-силовые виды спорта и коррекции тренировочного процесса на наш взгляд является актуальным.

Цель исследования – Оценить влияние полиморфных вариантов генов на спортивный результат спортсменов, специализирующихся в пауэрлифтинге.

Объект исследования – Учебно-тренировочный процесс подготовки спортсменов, специализирующихся в пауэрлифтинге.

Предмет исследования – Полиморфные варианты генов ACTN3, AMPD1, CKMM и IGFII в выборке спортсменов, специализирующихся в пауэрлифтинге.

Гипотеза. Мы предполагаем, что генетическое исследование полиморфных вариантов генов (ACTN3, AMPD1, CKMM и IGFII), можно использовать в качестве критериев спортивного отбора и ориентации в пауэрлифтинг.

В соответствии с целью и гипотезой исследования в работе ставились следующие задачи:

1 Собрать банк ДНК высококвалифицированных спортсменов, специализирующихся в пауэрлифтинге;

2 Определить частоту генотипов исследуемых генов в выборке мужчин и женщин, специализирующихся в пауэрлифтинге;

3 Построить модель спортивной успешности с учётом генетического влияния полиморфных вариантов генов;

4 Разработать методику спортивного отбора и ориентации в пауэрлифтинг.

Основной экспериментальной базой исследования служил Научно-исследовательский институт Олимпийского спорта УралГУФК.

Научная новизна. Разработана методика спортивного отбора и ориентации в пауэрлифтинг на основе молекулярно-генетического анализа.

Теоретическая значимость. Проведённое исследование вносит вклад в рассмотрение вопроса об ассоциации изученных генов с физиологическими проявлениями необходимых для достижения высоких спортивных результатов в скоростно-силовых видах спорта.

Практическая значимость. Разработана методика спортивного отбора и ориентации может использоваться в системе ДЮСШ и СДЮШОР при прогнозировании спортивной успешности спортсменов, специализирующихся пауэрлифтингом.

Апробация результатов диссертации. Материалы магистерской диссертационной работы были представлены на II Российском конгрессе с международным участием «Молекулярные основы клинической медицины», посвящённый памяти профессора Е. И. Шварца, Санкт-Петербург (2012); Региональной научно-методической конференции с международным участием «Оптимизация учебно-воспитательного процесса в образовательных учреждениях физической культуры», Челябинск (2012); III Всероссийской (с международным участием) научно-практической конференции «Актуальные проблемы научно-практического и медико-биологического обеспечение подготовки высококвалифицированных спортсменов», Сочи (2012), Всероссийской научно-методической конференции магистрантов «Физическая культура, спорт, туризм: наука, образование, технологии» (Челябинск, 2013); на II Всероссийской отраслевой научной интернет-конференции преподавателей спортивных вузов в режиме on-line «Традиции и инновации в системе подготовки спортсменов и спортивных кадров» (Москва, 2014).

Публикации. По материалам диссертации опубликовано одна статья и пять тезисов в трудах Российских и региональных конференций.

Объем и структура диссертации. Работа изложена на 69 страницах машинописного текста. Состоит из введения, трёх глав, заключения, выводов, практических рекомендаций, списка использованной литературы Текст диссертации содержит 15 рисунка и 4 таблицы. Список литературы включает 48 источников отечественных и иностранных авторов.

В теории и практике физической культуры и спорта в многолетнем тренировочном процессе подготовки спортсмена в различных видах спорта, в том числе и в пауэрлифтинге педагоги выделяют несколько уровней спортивного отбора (И. О. Капко, 2004; Л. П. Матвеев, 2008):

1 Начальный отбор – предназначен для выявления детей (в большинстве видов спорта это возраст 9-14 лет), обладающих потенциальными способностями к успешному овладению конкретным видом спорта.

2 Углубленный отбор для выявления перспективных юношей и девушек (возраст 16-17 лет), обладающих высоким уровнем способностей к данному виду спорта и склонностями к определенной специализации.

3 Отбор для выявления спортсменов (возраст 18-20 лет) для зачисления в коллективы спортсменов высокой квалификации Отбор осуществляется на основе изучения тренировочной и соревновательной деятельности в детско-юношеском спортивном коллективе, тестирования и обследования во время специально проводимых для этого учебно-тренировочных сборов;

4 Отбор для выявления спортсменов в различные сборные команды (страны, регионов, ведомств и др.). С этой целью анализируется информация о тренировочной и соревновательной деятельности спортсмена в своем клубе, в сборной команде, изучается соревновательная деятельность на национальных чемпионатах, на учебно-тренировочных сборах.

Взамен заимствованной у педагогов классификации отбора, ученые – биологи предлагают свою, оригинальную, которая выделяет формы констатирующего и прогностического отбора с использованием генетических маркеров (В. В. Кузин, 1996; А. И. Пустозёров, 1994, 1996).

Констатирующий отбор, по их мнению, должен учитывать реальное состояние субъекта в данный момент времени. В спортивно-морфологической практике Б. А. Никитюк (2000) предусматривает констатирующий отбор как разработку «моделей спортсменов» соответствующих их специализациям. Модель включает набор свойств и качеств, достоверно влияющих на спортивный результат. При обследовании атлетов высокого класса производятся измерения модельных признаков. При последующей статистической обработке определяются средние значения этих признаков, используемые в констатирующем отборе.

В целом можно выделить, что система спортивного отбора на каждом уровне основана на сравнении критериев (результаты двигательных тестов) с модельными характеристиками соревновательной деятельности ведущих спортсменов и специфических для данного вида спорта качеств.

На спортивную успешность в избранном виде спорта влияют различ-ные факторы: генетические, морфо-биомеханические, физиологические, пе-дагогические (построение тренировочного процесса), психологические и фармакологические. И система спортивного отбора и ориентации должна включать критерии объективной оценки по возможности всех факторов, а не только тесты, оценивающие развитие двигательных качеств, которые косвенно оценивают влияние перечисленных факторов.

Исходя из вышесказанного, на наш взгляд целесообразным является более подробно остановиться на основных факторах, влияющих на спортивную успешность в пауэрлифтинге.

1.2 Построение тренировочного процесса при подготовке высококвалифицированных спортсменов в пауэрлифтинге

При планировании тренировочного процесса подготовки высококвалифицированного пауэрлифтера используется принятая в теории и практике физической культуры и спорта периодизация тренировочного процесса, которая включает следующие этапы: подготовительный (базовый), предсоревновательный, соревновательный и переходный. Спортивную форму спортсмен набирает варьированием рабочего веса и методом подготовки, которые направлены на решение определенных задач микроциклов и мезоциклов этапов тренировочного процесса.

Если рассмотреть сочетание объёма и интенсивности нагрузки, то мы сталкиваемся с традиционной схемой. Весь тренировочный процесс направлен на развитие следующих основных качеств: абсолютная сила, скоростная и взрывная сила, и в какой-то степени силовая выносливость. В подготовительном этапе за счёт больших объёмов тренируется взрывная сила и силовая выносливость, а в предсоревновательный период за счёт снижение объёма и увеличения интенсивности тренируется максимальная сила.

В подготовительном этапе несколько микроциклов рекомендовано проводить с включением работы с большим и умеренно большим числом повторений подготавливая спортсмена к более высоким нагрузкам. Такая работа меньше перегружает нервную систему, позволяет избежать травм, формирует правильные навыки выполнения упражнений в технически безукоризненном стиле.

В предсоревновательном и соревновательном периоде используется метод максимальных усилий для выхода на пик формы проявления силовых способностей.

Объединяющей задачей этих этапов является развитие основного двигательного качества для пауэрлифтинга – максимальные силовые способности, как свойства мышц, приобретаемых под влиянием специфической систематической тренировки (А. М. Горбов, 2007; Б. И. Шейко, 2005).

В данном значении силу атлета можно определить, как способность преодолевать внешнее сопротивление (обеспечиваемой штангой) соответствующей величины (при малом, среднем, большом и максимальном усилии) либо противодействовать ему с помощью мышечных напряжений. То есть мышцы, развивая усилия, могут работать в преодолевающем либо в противодействующем нагрузке режиме, который в свою очередь, может быть разделён на уступающий и статический. Именно эти режимы и послужили основой классификации силовых способностей человека:

– без изменения длины мышц (статический, изометрический режим);

– при уменьшении длины мышц (преодолевающий, миометрический режим);

– при удлинении мышц (уступающий, плиометрический, «негативный» режим).

Удлинение или укорочение мышечных волокон может происходить с различной скоростью, зависящей от скорости приложения силы к сопротивлению – в нашем случае, к штанге. С этой точки зрения, силовые способности можно также подразделить:

– на собственно силовые (в статических режимах и медленных движениях);

– скоростно-силовые («динамическая сила» в быстрых движениях);

– «взрывную» силу (способность проявлять большие величины силы в кратчайшее время).

Знание классификации силовых способностей важно для выбора методики тренировок в пауэрлифтинге, где увеличение веса тела ограничивается весовыми категориями (А. М. Горбов, 2007; Л. С. Дворкин, 2003).

Исходя из вышесказанного, более подробно остановимся на основных методах развития силы (характеризующиеся по режиму мышечного сокращения) при помощи отягощений, используемых в тренировочном процессе.

Миометрический метод – мышечная работа в преодолевающем режиме. Этот метод является по существу основным в тяжелоатлетическом спорте, силовом троеборье и культуризме. Суть его заключается в том, что атлет основные усилия при выполнении упражнения затрачивает во время подъема тяжестей, особенно при больших и максимальных нагрузках.

Например, в приседании со штангой на плечах атлет хотя и противодействует давлению веса штанги, опуская ее с определенным напряжением в уступающем режиме, но всеже основное усилие (к возможному максимуму) он проявляет только во время подъема из подседа. Такая работа особенно характерна для силового троеборья, где приседание со штангой на плечах является соревновательным упражнением, а пауэрлифтеры показывают в нем результаты часто более высокого уровня, чем это делают штангисты той же спортивной квалификации в тренировочных условиях.

Плиометрический метод – работа мышц в уступающем режиме. В этом режиме можно развить намного большее по абсолютной величине напряжение мышц, чем в преодолевающих напряжениях. В этом случае можно достичь напряжение мышц, превосходящее на 10-30% его максимальную величину при мио метрической работе. При подъеме тяжестей, особенно во многих тяжелоатлетических упражнениях, возникают значительные мышечные напряжения, когда спортсмену приходится погашать кинетическую энергию своего тела и снаряда (например, при подъеме штанги на грудь в глубокую «разножку», после полуприседа перед выталкиванием штанги от груди и т. п.).

Изометрический (статический) метод – средство для развития силы мышц при помощи упражнений статического характера. В практике тренировки спортсменов применяются статические усилия (как правило, общего напряжения мышц человека) до 100% от максимального, в течение 5-10 с, и локального усилия отдельных мышечных групп – до 50% от «максимального» и продолжительностью 15-30 с. Во втором случае атлет при выполнении упражнения не задерживает дыхание, что позволяет рекомендовать этот метод развития силы в тренировке юных спортсменов.

Метод комбинированного режима – сочетание в одной тренировке преодолевающего, уступающего и изометрического методов. Этот метод особенно широко используется в тренировке атлетов высокого класса во многих силовых видах спорта. Наиболее эффективными такие нагрузки, по мнению ряда исследователей (А. П. Слободян, 1972), будут тогда, когда они будут выполняться следующим образом: 75% – работа в преодолевающем, 15 % – в уступающем и 10% – в удерживающем режиме.

Также следует отметить, что спортивные физиологи указывают влияние выбора тренировочной нагрузки (% от повторного максимума – ПМ) на развитие силового потенциала, для совершенствования управления мышцами, в частности механизмом внутримышечной координации, обеспечивающим включение как можно большего числа двигательных единиц мышцы, в том числе быстрых двигательных. Поэтому ниже мы приводим основные методы тренировки силовых качеств, основанных на варьировании процента от повторного максимума (А. С. Медведев, 1969).

1 Метод повторного поднимания непредельного веса до выраженного утомления. Здесь только при последних повторениях физиологические проявления становятся близкими к предельным усилиям, когда вы испытываете утомление. Но, к сожалению, последние, наиболее ценные, повторения выполняются на фоне пониженной в результате утомления возбудимости центральной нервной системы, и это затрудняет образование условно-рефлекторных отношений, обеспечивающих дальнейшее развитие силы;

2 Метод максимальных усилий (одно-три повторения в подходе с высокой интенсивностью);

3 Метод поднимания непредельного веса с максимальной скоростью, то есть развитие «взрывной» силы.

Для увеличения мышечной силы нецелесообразно значительно увеличивать количество подходов к штанге – это приводит лишь к развитию специальной выносливости. При этом функции организма приспосабливаются к выполнению продолжительной работы и восполнению растраченных энергоресурсов. Менее продолжительная, но интенсивная мышечная работа вызывает мышечную гипертрофию – утолщение волокон, увеличение объема их сократительной части (миофибрилл).

С другой стороны, многократное повторение упражнений приводит к функциональной гипертрофии мышц, а увеличение мышечной массы, приводит к росту силы. Так, уже при 4-6 повторениях в подходе (4-6 ПМ) увеличивается мышечная масса, а прирост силы лишь несколько меньше, чем при использовании 1-3 повторений высокой интенсивности. При 7-10 повторениях высокой интенсивности в подходах (7-10 ПМ) прирост мышечной массы будет еще большим, однако прирост силы меньше, чем при 4-6 повторениях.

Итак, для максимального развития силы необходимо создание максимальных силовых напряжений мышцы.

1.3 Адаптационные сдвиги в организме спортсмена под влиянием силовых физических нагрузок

При выполнении больших физических нагрузок во время тренировочного процесса в организме спортсмена происходят кратковременные и длительные адаптационные сдвиги, которые затрагивают все органы и системы и позволяют выполнять физическую работу большой интенсивности и длительности.

Данные адаптационные сдвиги приводят к выраженным и многосторонним биохимическим, функциональным и морфологическим изменениям в организме. Но все эти изменения специфичны; они тесно связаны с характером, интенсивностью и длительностью физических нагрузок, выполняемых в ходе тренировочного процесса.

Также следует отметить, что адаптационные сдвиги могут происходить на разных уровнях организации: на уровне органов и систем, тканей, клеток, внутриклеточных структур (ядер, митохондрий, рибосом), а также на уровне молекул структурных и сократительных белков, ключевых ферментов основных метаболических путей и циклов.

Исходя из вышесказанного, мы считаем, важным более подробно раскрыть, вопрос об функциональных, биохимических, физиологических и морфологических адаптационных сдвигах организма спортсмена-пауэрлифтера, поскольку эти изменения способствуют для достижения спортивной успешности в избранном виде спорта.

Физиологическая адаптация вследствие постоянных физических нагрузок повышает способность выполнять физическую нагрузку, а также эффективность выполнения. При силовых тренировках увеличивается сила мышц, при аэробных повышается эффективность функционирования сердца и легких, а также увеличивается выносливость организма.

При рассмотрении вопроса влияния физических нагрузок, а именно силовых на адаптационные сдвиги показателей сердечно-сосудистой системы остановимся на изменениях основных показателей характеризующих работу данной системы:

– размеры сердца;

– систолический объём;

– частота сердечных сокращений;

– сердечный выброс;

– артериальное давление;

– объём циркулирующей крови.

В результате тренировки, направленной на развитие выносливости, в ответ на повышенные рабочие требования, происходит увеличение массы и объема сердца, а также размера камер и мощности миокарда левого желудочка. Наибольшие изменения претерпевает левый желудочек –наиболее интенсивно работающая камера сердца. Первоначально исследователи предполагали, что степень изменений и участки, подвергающиеся изменениям, зависят от типа нагрузки. Придерживавшиеся такой точки зрения исследователи утверждали, что во время силовой тренировки сердце должно сокращаться, преодолевая высокое давление крови в большом круге кровообращения. Это явление назвали высокой нагрузкой, преодолеваемой мышцей при сокращении. Авторы считали, что для преодоления такой высокой нагрузки при со-кращении размер сердечной мышцы должен увеличиваться, тем самым, увеличивая ее сократительную способность (Дж. Х. Уилмор, 1999).

Последние проведённые исследования показали, что при учёте показателей размеров сердца относительно массы тела (масса желудочка и масса тела взаимосвязаны) каждая переменная у спортсменов была немного выше, что свидетельствовало о том, что тренировка на развитие выносливости вызывала более значительные изменения в левом желудочке, чем силовая тренировка (A. Urhausen, 1989).

Тренировочные нагрузки, направленные на развитие выносливости, приводят к общему увеличению систолического объема (в соответствии с законом Фракнка-Старлинга). Но также следует отметить, что систолический объем в покое и во время нагрузки не является просто функцией тренированности человека, он отражает также массу тела. Что необходимо принимать во внимание, рассматривая адаптационные сдвиги данного показателя у спортсменов, специализирующихся в силовых видах спорта.

Результаты исследований показали, что ЧСС в покое и при стандартной субмаксимальной нагрузке может уменьшаться, однако такое замедление наблюдается не во всех исследованиях (А. П. Слободян, 1972).

Снижение ЧСС, наблюдавшееся в ряде исследований, как отмечают авторы, было намного меньше наблюдаемого после тренировки, направленной на развитие выносливости. Авторы предполагают, что снижение ЧСС зависит от следующих факторов программы силовой тренировки (M. H. Stone, 1991):

– объема тренировок;

– интенсивности тренировок;

– продолжительности занятий;

– продолжительности отдыха между упражнениями;

– мышечной массы, вовлеченной в работу.

Механизмы, обуславливающие снижение ЧСС вследствие силовой тренировки, неизвестны. По-видимому, они могут быть связаны с изменениями размера сердца и сократительной способностью миокарда вследствие тренировки (Дж. Х. Уилмор, 1997).

Если рассматривать артериальное давление как показатель регуляции сердечно-сосудистой системы, то после тренировки, направленной на развитие выносливости, артериальное давление изменяется незначительно во время стандартных субмаксимальных нагрузок или при максимальных интенсивностях работы (J. P. Clausen, 1977).

Силовые упражнения, например, поднятие большого веса, могут значительно повысить как систолическое, так и диастолическое давление крови, однако такие значительные нагрузки, как правило, не приводят к увеличению артериального давления в покое (M. H. Stone, 1991). Вообще сердечно-сосудистая система может реагировать на силовые тренировки даже понижением давления крови в покое.

Также следует отметить, что нагрузки, направленные на развитие силовых качеств и выносливости, увеличивают объем циркулирующей крови. Чем выше интенсивность тренировки, тем больше повышается объем крови, что обусловлено двумя механизмами. Во-первых, физическая нагрузка увеличивает выделение антидиуретического гормона (АДГ) и альдостерона. Во-вторых, физическая нагрузка сопровождается увеличением количества белков в плазме, особенно альбумина. Таким образом, совместное действие обоих механизмов направлено на увеличение жидкостной части крови – плазмы.

Возникающие в ходе тренировочного процесса в пауэрлифтинге био-химические адаптационные сдвиги, связаны с основными тремя факторами:

– повышение запасов энергетических ресурсов в скелетных мышцах и других тканях и органах;

– расширение потенциальных возможностей ферментного аппарата;

– совершенствование механизмов регуляции обмена веществ с участием нервной и эндокринной систем.

В процессе развития тренированности организма происходит постепенное совершенствование механизмов внутриклеточной регуляции, главным из которых является усиление синтеза специфических ферментов, что приводит к увеличению количества молекул фермента и, как следствие, к увеличению общей каталитической активности. Для пауэрлифтинга ключевым механизмом ресинтеза АТФ является креатинфосфокиназный путь.

Алактатный анаэробный механизм ресинтеза АТФ включает использование имеющейся в мышцах АТФ и быстрый её ресинтез за счёт высокоэнергетического фосфогенного вещества – креатинфосфата.

Креатинфосфат локализован непосредственно на сократительных нитях миофибрилл и способен быстро вступать в реакцию перефосфорилирования с участием фермента креатинфосфокиназы (КФК).

Многолетние скоростно-силовые тренировки в пауэрлифтнге приводят к увеличению запасов креатинфосфата, активность креатинкиназы, фосфорилазы, ферментов гликолиза, что означает повышение возможности анаэробного ресинтеза АТФ.

При тренировке с использованием силовых упражнений наблюдается увеличение массы мышц, толщины мышечных волокон, содержания белков миофибрилл и миостроминов, миоглобина. Заметно возрастает содержание белков саркоплазматического ретикулума, активность миозиновой АТФазы и поглощение катионов кальция саркоплазматическим ретикулумом. Все это создает предпосылки для быстрого развития сокращения мышц при их возбуждении, проявления большой мышечной силы при сокращении и быстрого расслабления мышц после прекращения стимуляции. Под влиянием силовых упражнений значительно возрастает содержание эластичных миостроминов в мышцах, что способствует более полному и быстрому их расслаблению после сокращений (таблица 1).