Костная ткань относится к метаболически активной структуре организма. Регуляция костного обмена – один из важных факторов адаптации организма к физическим нагрузкам, что является особенно актуальным для спорта высших достижений, когда функционирование всех систем организма в процессе напряженной мышечной деятельности максимально направлено на достижение высоких спортивных результатов [1-3].

Высокая интенсификация и повышенный травматизм спорта высших достижений [4], причиной которого служат и остеопоротические изменения [5], особенно в видах спорта с ограничением действия гравитационной нагрузки на осевые звенья скелета, для которых отмечены более низкие значения минеральной плотности кости по сравнению с другими спортивными специализациями [6, 7]. Повышение вероятности нарушения минеральной плотности костной ткани (МПКТ) в спорте высших достижений предопределяет актуальность изучения метаболизма костной ткани с целью раннего выявления групп риска спортсменов по гипотрофическим состояниям, проявляющимся в том числе и потерей массы костной ткани.

Цель исследования – выявление приоритетных маркеров риска снижения МПКТ с учетом показателей костного метаболизма у представителей велоспорта, характеризующихся ограничением действия гравитационной нагрузки на осевые звенья скелета, специализаций велотрек и велошоссе, отличающихся приоритетным механизмом энергообеспечения основного соревновательного упражнения, в подготовительный период тренировочного процесса.

Материалы и методы исследования

Обследование спортсменов велоспорта, представителей специализаций велошоссе и велотрек, на базе ФГБУ ФНЦ ВНИИФК проводилось в течение 3 лет в подготовительный период тренировочного процесса.

В качестве модели исследования выбраны спортсмены одного вида спорта со схожей биомеханикой основного соревновательного упражнения и низкой гравитационной нагрузкой на осевые звенья скелета, что является фактором риска снижения МПКТ [6, 7], но отличающихся физиологическими особенностями основного соревновательного упражнения: велотрек – максимально-субмаксимальная зона мощности, приоритетные механизмы энергообеспечения – анаэробные алактатно-лактатные; велошоссе – умеренная зона мощности, механизмы энергообеспечения – аэробные (более 95%) [2].

С целью оценки маркеров костного метаболизма обследованы 43 велосипедиста специализаций велотрек и велошоссе, 23 и 20 представителей мужского пола соответственно, высокой квалификации (мс-мсмк и мс-змс соответственно) в возрасте 20 [20;22] лет и 21 [20;23,0] года соответственно, с большим профессиональным стажем – 8,0 [6;12] лет и 9,0 [7,0;12,5] лет, соответственно. Группа контроля включала 20 мужчин в возрасте 21,5 [20,0;23,7] года, не занимающихся спортом систематически.

Программа антропометрического обследования спортсменов включала оценку тотальных размеров тела, абсолютных и относительных показателей развития мышечной и жировой массы, которые определялись методом калиперометрии с расчетом лабильных компонентов состава тела по теоретическим формулам [8].

Из биохимических маркеров костного метаболизма, исследование которых проводилось специалистами НЦ «ЭФиС», определялись показатели фосфорно-кальциевого обмена (кальций общий, кальций ионизированный, фосфор, магний) на анализаторе EXPRESS-PLUS (CIBA-CORNING, США), показатели костного ремоделирования (общая щелочная фосфатаза, остеокальцин, β-Сross laps) и гормон паращитовидной железы (паратиреоидный гормон) на автоматической системе для электрохемилюминисцентного анализа ELECSYS 1010 фирмы ROCHE, Швейцария.

Метод количественной ультразвуковой денситометрии (КУЗД) применялся для определения МПКТ в области пяточной кости (аппарат «Achilles Express», Lunar, USA), который в общей популяции в комплексе с клиническими факторами риска может быть использован для скрининга пациентов с высокой вероятностью остеопороза, когда необходимо решение вопроса о проведении двухэнергетической рентгеновской абсорбциометрии при ограничении ее доступности [9]. Показатели МПКТ в нашем исследовании определялись по Т-критерию, трактуемому по пиковой норме (значения в 20–29 лет) костной ткани, в процентах от соответствующей нормы и в единицах стандартных отклонений (SD) согласно рекомендациям ВОЗ: норма – значения МПКТ в пределах 87,1–113% (± 1SD); остеопения – МПКТ в пределах 87–68% (от –1 до –2,5SD); остеопороз – МПКТ менее 68% (≤ 2,5SD) [10, 7].

Полученные данные статистически обработаны с использованием пакета прикладных программ SPSS for Windows с расчетом медианы, 25-го и 75-го процентилей. Статистическая значимость различий изучаемых групп, которая считалась достоверной при p<0,05, оценивалась с помощью непараметрических методов (критерия Манна–Уитни) [11].

Результаты исследования и их обсуждение

Результаты исследования велосипедистов, представителей специализаций велотрека и велошоссе, сопоставимых по возрасту и стажу спортивной деятельности (р=0,282 и р=0,412 соответственно), показали, что спортсмены выбранных специализаций по данным изучения тотальных размеров тела (длина тела 178,8 [174,1;181,1] см и 173,7 [171,6;177,1] см соответственно и масса тела 79,4 [74,9;81,2] кг и 70,7 [68,0;72,4] кг соответственно, р=0,009 и р=0,000 соответственно), абсолютного содержания мышечной массы (42,5 [38,6;44,0] кг и 36,9 [36,0;38,7] кг соответственно, р=0,000) и жировой массы (7,3 [6,7;8,2] кг и 6,1 [5,6;6,9] кг, р=0,004) соответствовали моделям видовой специфики и имели высокий и близкий уровень подготовленности, учитывая отсутствие различий по относительному содержанию лабильных компонентов состава тела (мышечная масса 53,9 [52,2;55,1] % и 52,9 [52,7;53,3] % соответственно, и жировая масса 9,3 [8,5;10,1] % и 8,8 [8,0;9,9] % соответственно, р=0,053 и р=0,217 соответственно) [8], являясь тем самым адекватной моделью исследования специфики взаимосвязей разноуровневых параметров функциональной системы (табл. 1). Контрольная группа, представленная мужчинами, не занимающимися спортом систематически, сопоставима по возрасту с представителями велоспорта, специализирующимися в велотреке и велошоссе (р=0,138 и р=0,788 соответственно), характеризовалась следующими тотальными размерами тела: длина тела 176,1 [174,3;178,0] см (р=0,073 и р=0,077 соответственно), масса тела 79,9 [74,5;85,6] кг (р=0,289 и р=0,000 соответственно) и абсолютное содержание мышечной массы 36,6 [35,9;37,1] кг (р=0,000 и р=0,319 соответственно), отличалась от спортсменов обеих групп по развитию абсолютного содержания жировой массы (16,8 [15,1;19,3] кг, р=0,000 и р=0,000) соответственно) и относительного содержания лабильных компонентов состава массы тела (мышечная масса 46,8 [41,9;49,2] %, р=0,000 и р=0,000 соответственно, и жировая масса 21,3 [19,6;22,2] %, р=0,000 и р=0,000 соответственно), что делало их сопоставление репрезентативным.

Таблица 1

Основные морфологические характеристики спортсменов велоспорта

Анализ параметров спортсменов изучаемых специализаций показал, что для представителей велоспорта специализаций велотрек и велошоссе характерен нормальный уровень минеральной плотности пяточной кости (МППК), измеренный с помощью метода КУЗД для пяточной кости, который для валидизированных приборов применим в некоторых группах населения (женщины в постменопаузе и мужчины более 65 лет европеоидной расы) для оценки риска переломов [10], соответствующий пиковой массе костной ткани (табл. 1), как и в контрольной группе – 106,2 [91,1;112,8] % (р=0,408 и р=0,120 соответственно). Однако анализ показателей МППК у представителей велоспорта выявил существенные межгрупповые отличия: значимо высокие значения МППК отмечены у спортсменов специализации велошоссе (114,7 [93,6;128,6] %), которым свойственно преобладание аэробных процессов во время выполнения основного соревновательного упражнения, по сравнению с уровнем МППК (97,0 [90,0;110,0] %) спортсменов в группе велотрека, тренирующихся с использованием анаэробных алактатно-лактатных механизмов энергообеспечения основного соревновательного упражнения, р=0,037 (табл. 1).

Таблица 2

Характеристики костного метаболизма у спортсменов велоспорта

Многократное повторение физических воздействий и суммирование многих следов нагрузок приводит в итоге к развитию адаптации долгосрочного характера, этап формирования которой связан с функциональными и структурными изменениями на всех уровнях жизнедеятельности организма [12]. Подготовительный этап годичного цикла подготовки после межсезонного отдыха позволяет определять характеристики метаболизма, отражающие многолетнюю адаптацию спортсменов высокой квалификации в соответствии со спецификой видового фактора нагрузки.

Значения одного из ведущих показателей резорбции костной ткани продукта деградации коллагена I типа – β-Сross laps – значимо отличались у велосипедистов: минимальны в группе специализации велошоссе (0,42 [0,38;0,51] нг/мл – в пределах нормативных значений) по сравнению с представителями специализации велотрек (1,00 [0,60;1,32] нг/мл), превышая границу референсного диапазона для данного показателя (до 0,58 нг/мл), р=0,000 (табл. 2).

Уровень маркера костеобразования – остеокальцина, продукта синтеза остеобластов, значимо выше в группе специализации велотрек – 62,1 [52,6;67,3] нг/мл, превышая верхнюю границу референсного диапазона (11–43 нг/мл), по сравнению представителями специализации велошоссе – 46,3 [32,6;50,6] нг/мл – околопредельный уровень значений, р=0,000 (табл. 2).

Показатели общей щелочной фосфатазы – одного из маркеров костного синтеза – имели схожие значения в пределах нормативных данных (до 117 Ед/л) у всех спортсменов велоспорта: велотрек – 91,5 [87,2;115,7] Ед/л и велошоссе – 82,0 [68,0;116,0] Ед/л, р=0,079 (табл. 2).

Высокие показатели костного ремоделирования (β-Сross laps и остеокальцин), предсказывающие более быструю потерю костной массы в общей популяции [10], у спортсменов велоспорта с активацией процессов костной резорбции по мере снижения аэробной составляющей в механизмах энергообеспечения основного соревновательного упражнения могут выступать фактором риска снижения МПКТ. Риск потери массы костной ткани может быть более значительным с ростом спортивной квалификации, являющейся производной возраста и длительности профессиональной деятельности, когда отмечены нарастание тяжести травматизма опорно-двигательного аппарата [13] и снижение МППК по данным КУЗД для видов спорта в условиях ограничения действия гравитационной нагрузки на осевые звенья скелета [7].

Отличие группы контроля, представленной лицами, не занимающимися физическими нагрузками систематически, от спортсменов велоспорта специализаций велотрек и велошоссе затрагивали в большей мере показатели костного ремоделирования, находящиеся в пределах референсных значений для всех маркеров костного обмена, отражающих костеобразование: остеокальцин и общую щелочную фосфатазу (32,5 [22,0;34,8] нг/мл, р=0,000 и р=0,000 соответственно, и 67,0 [57,2;79,0] Ед/л, р=0,000 и р=0,011 соответственно) при низком и близком к представителям специализации велошоссе уровне резорбции – β-Сross Laps 0,48 [0,43;0,52] нг/мл (р=0,278) – по сравнению группой специализации велотрек (р=0,000). Высокие значения маркеров костеобразования у спортсменов по сравнению с общей популяцией, представленной группой контроля, указывают на активацию процессов восстановления костной ткани в рамках адаптации скелета к напряженной мышечной деятельности.

Более низкий уровень процессов костной резорбции у представителей специализации велошоссе подтверждался значимо высоким соотношением остеокальцин/β-Сross Laps, раскрывающим баланс процессов синтеза костной ткани и ее распада, 91,56 [80,25;123,33], превышающим верхнюю границу референсного диапазона (18,97–74,14), по сравнению с группой велотрека 71,92 [47,65;91,31], находящегося в пределах нормативных значений, р=0,006 (табл. 2). В группе контроля значения соотношения остеокальцин/β-Сross Laps – 66,79 [52,73;74,51] схожи с представителями специализации велотрек (р=0,286) и ниже по сравнению со спортсменами специализации велошоссе (р=0,000).

Анализ показателей фосфорно-кальциевого обмена (табл. 2), находящихся в пределах референсного диапазона во всех изучаемых группах, показал значимо высокие уровни общего кальция (2,52 [2,44;2,59] ммоль/л), ионизированного кальция (1,24 [1,21;1,25] ммоль/л) и фосфора (1,18 [1,08;1,26] ммоль/л) у представителей специализации велотрек по сравнению со спортсменами специализации велошоссе (2,32 [2,26;2,48] ммоль/л; 1,11 [1,10;1,22] ммоль/л; 1,07 [0,78;1.10] ммоль/л соответственно, р=0,001, р=0,003, р=0,003 соответственно), при этом уровни магния имели схожие значения для обеих групп велосипедистов (0,82 [0,73;0,94] ммоль/л и 0,89 [0,82;0,96] ммоль/л соответственно, р=0,084). Более высокие значения фосфора, образующегося в результате расщепления фосфорной кислоты и АТФ, у представителей велотрека по сравнению со спортсменами велошоссе (р=0,003) могут указывать на избыточный характер активации энергетической системы у данных спортсменов, что наряду с показателями кальция, общего и ионизированного (р=0,001 и р=0,003 соответственно), свидетельствуют об уровне общего восстановления после физических нагрузок, сниженном в группе велотрека [1]. Показатели кальция, общего и ионизированного, более низкие у спортсменов специализации велошоссе по сравнению с группой специализации велотрек (р=0,001 и р=0,003 соответственно), характеризуют больший объем тренировочного воздействия в связи с задействованностью данного элемента в передаче гормонального сигнала, нервно-мышечном сокращении и свертывающей системе крови [1].

Показатели фосфорно-кальциевого обмена в группе контроля отличаются по сравнению с изучаемыми спортивными специализациями. Значения кальция, общего и ионизированного (2,28 [2,18;2,34] ммоль/л и 1,16 [1,12;1,20] ммоль/л соответственно), значимо не отличались от спортсменов специализации велошоссе (р=0,072 и р=0,831 соответственно) и ниже по сравнению с представителями специализации велотрек (р=0,000 и р=0,000 соответственно), что характеризует отсутствие нагрузок скоростно-силового характера у лиц, не занимающихся спортом [1]. Показатели магния и фосфора в контрольной группе (0,81 [0,71;0,84] ммоль/л и 1,19 [1,18;1,25] моль/л соответственно) схожи с показателями представителей специализации велотрек (р=0,404 и р=0,310 соответственно), а более низкие значения магния и, напротив, высокие – фосфора у мужчин, не занимающихся спортом, по сравнению со спортсменами специализации велошоссе (р=0,002 и р=0,000 соответственно) отражают современные особенности питания в общей популяции [14, 15].

Уровень гормона-регулятора фосфорно-кальциевого обмена – паратиреоидного гормона (ПТГ) – находился в пределах нормальных значений (8–74 пг/мл) во всех изучаемых группах и практически равен у представителей велоспорта (р=0,539): велотрек – 47,67±8,12 нг/мл и велошоссе – 47,00±8,58 нг/мл, р=0,539 (табл. 2), имея низкие значения в контрольной группе (29,1 [22,0;37,0] пг/мл) по сравнению со спортсменами (р=0,009 и р=0,033 соответственно). Отмечена взаимосвязь между β-Сross Laps и ПТГ у спортсменов велоспорта: велотрек (r=0,524, р=0,037) и велошоссе (r=0,654, р=0,015). Положительная корреляция между показателями β-Сross Laps и ПТГ у спортсменов может указывать на необходимость поддержания должного уровня кальция в крови на фоне высоких трат в условиях напряженной мышечной деятельности за счет повышения костной резорбции под действием ПТГ на костную ткань [3]. У представителей велоспорта значения кальция, общего и ионизированного, соотносились с распределением маркеров костной резорбции среди спортсменов изучаемых специализаций (табл. 2).

Заключение

Показатели фосфорно-кальциевого обмена, маркеры минерального и энергетического обменов, отражают в большей мере функциональное состояние организма спортсмена, объем тренировочного воздействия и особенности приоритетного механизма энергообеспечения основного соревновательного упражнения, маркируя значениями кальция и ПТГ активность процессов костной резорбции у спортсменов.

Повышение скорости костного ремоделирования, отраженной в уровнях остеокальцина и β-Сross Laps, с активацией костной резорбции (рост β-Сross Laps и снижение соотношения остеокальцин/β-Сross laps) может указывать на более быструю потерю массы кости и выступать фактором риска снижения МПКТ у спортсменов спорта высших достижений. Таким образом, долговременные изменения МПКТ у спортсменов в процессе профессиональной подготовки, в конечном счете, обусловлены сформированной активностью резорбтивных процессов, которая более затрагивает представителей видов спорта, тренирующихся в максимально-субмаксимальной зоне мощности с преобладанием анаэробного характера энергетического обеспечения основного соревновательного упражнения.

Мониторинг показателей костного метаболизма как маркеров текущей и долговременной адаптации может быть использован в рамках медико-биологического контроля состояния здоровья спортсменов.

Результаты анализа показателей костного метаболизма позволят формировать группы риска по гипотрофическим состояниям, проявляющимся нарушением состояния костной ткани, с целью своевременного проведения профилактических мероприятий, направленных на предупреждение травм опорно-двигательного аппарата у высококвалифицированных спортсменов.