Врачебно-педагогический контроль и средства восстановления в системе физического воспитания и спорта

Основным критерием, свидетельствующим о достижении максимального уровня потребления кислорода, принято считать феномен выравнивания (leveling off) - образование плато на кривой потребления кислорода, несмотря на дальнейшее повышение мощ­ности нагрузки (рис.2).

Рис. 2. Схема графического определения МПК (mах ) и «критической мощности» ( кр) при ступенчатообразно повышающейся мощности нагрузки () до отказа (по И.А. Аулику)

Данный феномен свидетельствует о полном исчерпании резервов мобилизации системы транспорта и утилизации кислорода, то есть о предельном физическом напряжении исследуемого.

Помимо указанного феномена о достижении испытуемыми уровня индивидуального «кислородного потолка» можно судить по косвенным критериям: 1) достижение индивидуально максимальной частоты (ЧСС_мах=220-возраст); 2) уровень дыхательного коэффициента более 1,0-1,15; 3) уровень лактата крови более 70-80 мг% (8-10 ммоль/л); 4) прирост потребления О₂ не более 100 мл/мин при увеличении нагрузки на 25 Вт; 5) вентиляционный эквивалент не более 30; 6) pH крови ниже 7,1 и др.

Дополнительными критериями при проведении рассматриваемого теста могут быть: частота сердечных сокращений, записанная с помощью электрокардиографа (ЧСС, уд./мин); суммарная работа (W∑, Дж) и мощность на каждой ступени нагрузки (, Вт); потреб­ление кислорода и количество выделенного углекислого газа и л/мин или [мг/(кг∙мин)]; дыхатель­ный коэффициент (R); минутный объем дыхания (, л/мин); вентиляционный эквивалент (/); кислородный пульс (мл кислорода на одно сердечное сокращение); концентрация молочной кислоты в арте­риальной крови (г/л или ммоль/л).

Концентрация молочной кислоты в артериальной крови достигает максимума только на 3-9-й минуте после окончания максимальной работы. Кровь берут из согретого предварительно в теплой воде кончика паль­ца или мочки уха.

Недостатком максимальных тестов является чрезмерно большое усилие, что значительно ограничивает их приме­нение. Поэтому максимум аэробной мощности у пожилых людей и больных предсказывается только непрямым пу­тем.

Существует несколько способов определения максимума потребления кислорода непрямым путем.

Первый способ – графический. Этот способ учитывает следующую закономерность.

В нормальных условиях при выполнении нагрузки до уровня субмаксимальной интенсивности включительно (75% от максимальной) между величиной потребления кислорода () и частотой сердечных сокращений (ЧСС) существует линейная зависимость (рис. 3), хотя она отличается у представителей разного возраста, пола, с разной физической подготовленностью и т.д.

Рис. 3. Зависимость частоты сердечных сокращений и величины потребления О₂ у 20-30-летних мужчин (А) и женщин (Б) при нагрузке субмаксимальной и максимальной интенсивности (Hermansen, Andersen, 1965).

Примечание: 1 – люди с «сидячей профессией»; 2 – спортсмены.
Такой характер связи позволяет находить зависимость между ЧСС и уже при наличии двух точек в системе прямолинейных координат, где откладыва­ется на оси абсцисс, а ЧСС – на оси ординат. Эти точки находят измерением частоты пульса на двух уровнях субмаксимальной нагрузки после образования так называемого устойчивого состояния (в конце 4-й, 5-й минуты работы).

Мощность нагрузки на отдельных ступенях следует выбирать с таким расчетом, чтобы частота пульса находилась в пределах от 120 до 170 уд/мин.

Максимум потребления кислорода определяется путем ли­нейной экстраполяции прямой линии, полученной между двумя точками ЧСС, до пересечения с линией на уровне 75% значения ЧСС от максимального пульса испытуемого (рис. 4). Перпендикуляр, опущенный на ось абсцисс, и будет отражать уровень МПК.

ЧСС, уд./мин

Рис. 4. Графический способ определения МПК

Для ориентировочного расчета значений максимального пульса можно пользоваться формулами:

ЧСС max/мин = 210 - 0,8×возраст (годы);

ЧСС max/мин =220 - возраст (годы).

Исследования показывают, что точность рассчитанного максимального пульса равна ±10 уд/мин, а ошибка непрямого метода определения максимума потребления кис­лорода равна 10-15%.

Следующий непрямой способ определения МПК основан на использовании субмаксиального теста PWC₁₇₀ (в модификации В.Л. Карпмана) с последующим определением МПК по формуле.

В данном тесте (Карпман В. Л. и др., 1991) определяется мощ­ность нагрузки, при которой частота сердечных сокраще­ний у обследуемого после наступления устойчивого состояния должна стабилизироваться на 170 уд./мин. Другими словами, PWC₁₇₀ – это параметр мощности нагрузки, при котором ЧСС достигает 170 уд./мин.

Обследуемый выполняет на велоэргометре две 5-минутные нагрузки разной мощности (с 3-минутным интервалом отдыха) субмаксимальной мощности. Нагрузки подбирается с та­ким расчетом, чтобы получить значения частоты пульса в диапазоне от 120 до 170 уд./мин, так как взаимосвязь между ЧСС и мощностью выполняемой нагрузки в этом диапазоне пульса имеет линейный характер, а затем нарушается (прирост ЧСС замедляется). Более точные ре­зультаты получаются, если при выполнении последней сту­пени мощности частота пульса будет ближе к 170, но не превышать ее.

В. Л. Карпман и соавт. (1974) при двухступенчатом тесте для расчета PWC₁₇₀ рекомендуют определять PWC₁₇₀ по формуле:
PWC₁₇₀ = + ( - ) × ,

где , и - мощность 1-й и 2-й нагрузок (кгм/мин или Вт); f₁ и f₂­ частота сердечных сокращений в конце первой и второй на­грузок (уд./мин).

Рис. 5. Графический способ определения PWC₁₇₀

Обозначения те же, что и в приведенной выше формуле.
В качестве ориентиров могут быть использованы сле­дующие величины PWC₁₇₀ у здоровых людей (Карпман В. Л. и др.,1991): 422-900 (х=640) у женщин, 850-1100 (х=1027) кгм/мин у мужчин. У спортсменов этот показа­тель зависит от специализации и колеблется в больших пределах (1000-2000 кгм/мин).

Учитывая высокий коэффициент корреляции между величинами МПК и PWC₁₇₀ (по данным разных авторов r=0,7-0,9), их линейная взаимосвязь в самом общем виде может быть описана соответствующими формулами:

- для лиц невысокой спортивной квалификации:

МПК=1,7× PWC₁₇₀ + 1240

- для высококвалифицированных спортсменов:

МПК=2,2× PWC₁₇₀ + 1070.

Однако оказалось, что эта зависимость носит не совсем линейный характер. В этой связи В.Л. Карпман, И.А. Гудков и Г.А. Койдинова (1972) предложили следующую формулу:

МПК=

Для определения МПК были предложены и другие, более сложные, формулы.

Для сравнения результатов отдельных лиц рекомендуется пользоваться не абсолютным значением максимума потребления кислорода (л/мин), а относительной величиной. Последнюю получают, разделив МПК в мл/мин на массу тела в килограммах. Таким образом, единицей относительного показателя максимального потребления кислорода МПК является мл/мг ∙ мин.

Потребле­ние кислорода у квалифицированных спортсменов (представителей отдельных видов спорта) приведены в табл. 15.
Таблица 15

Максимум потребления кислорода (мл/кг мин) у квалифицированных спортсменов (Saltin, Astrand, 1967)

Вид спорта	Мужчины	Женщины
Лыжные гонки	83	63
Бег на коньках	78	54
Ориентирование	77	58
Бег 800-1500 м	76	56
Горнолыжный спорт	68	50
Плавание	67	58

Тесту ступенчато возраста­ющей нагрузки по своей направленности соответствуют применяемые в практике легкоатлетического спорта испытания в повторном беге на дистанции 1000 м с постепенно возрастающей скоростью.

Важным показателем аэробных механизмов энергообеспечения является показатель аэробной емкости. Она характеризуется суммарным потреблением О₂ при выполнении работы максимальной мощности от ее начала до снижения заданного темпа из-за усталости испытуемого. Для ее оценки широко используется тест на удержание критической мощности нагрузки. При проведении этого теста используют ре­зультаты предварительного определения критической мощ­ности (скорости) с помощью теста ступенчато-воз­растающей нагрузки, а лучше – с помощью графического способа (методом экстраполяции, см. рис. 1) или теста PWC₁₇₀ с последующим применением формул.

Регламентом тести­рования предусматривается выполнение до отказа упражнения на критической скорости (после интенсивной 10-минутной разминки и 4-минутного отдыха). Показа­телем аэробной емкости служит время удержа­ния максимального потребления О₂ (на основе непрерывных измере­ний газообмена и содержания молочной кислоты в крови).

Те­сту на удержание критической мощно­сти соответствуют испытания в контроль­ном беге на 2000 м и в тесте Купера (ди­станция бега, пробегаемая за 12 мин).

5.2.7.2 Тесты для оценки критериев анаэробных биоэнергетических систем
Анаэробная производительность характеризуется показателями максимальной анаэробной мощности, емкости и эффективности.

Критерием максимальной анаэробной мощности является то максимальное усилие, выраженное в единицах мощности, которое испытуемый способен развить за короткий период времени.

Тест максимальной анаэробной мощности предназначен для избиратель­ной оценки алактатной анаэробной мощ­ности. Он заключается в выполнении кратковременного взрывного усилия в те­чение 5-10 с. В этом временном интерва­ле основным источником энергии служит алактатный анаэробный процесс. В каче­стве стандартизованных лабораторных процедур используют работу на велоэрго­метре с максимальной мощностью (со­противление на колесе 7 кп, максимальная частота педалирования) или бег с максимальной скоростью вверх по лестнице с достаточно большим укло­ном - от 30 до 40°. В последнем случае мощность работы () рассчитывается, исходя из массы тела (p), величины вертикальной компоненты лестницы, рассчитываемой по высоте и количеству ступенек (h) и величины фиксированного времени с помощью электронного секундомера и двух фотоэлементов (t), за которое преодолен пролет лестницы между фотоэлементами: =p×h/t (кгм/с или Вт).

В данном тесте от­носительная мощность (значение мощно­сти, приходящейся на единицу массы те­ла) численно равна значению вертикаль­ной скорости при беге вверх по лестнице.

Зная экспериментально полученную механическую эффективность (25%) и калорический эквивалент работы (1кгм=2,3427×10^-3 ккал), легко рассчитать расход энергии. Максимальная анаэробная мощность измеряется в ккал/мин.

Тест выполняют после 10-минутной раз­минки и 4-минутного отдыха.

Тест оценки анаэробной гликолитической мощности предполагает выполнение в качестве нагрузки упражнения, обеспе­чивающего максимальную интенсификацию анаэробных превращений в работающих мышцах, предельно высокую скорость об­разования кислородного долга и накопле­ния молочной кислоты в крови.

В лабораторных условиях этим требованиям соответствуют общепринятые два теста (тесты однократной предельной (по времени) работы).

С = 30 – (82,5 – масса тела)/5 кгм/об.

Для имеющих массу тела более 80 кг сопротивление устанавливается 30 кгм/об.

В данном случае число оборотов педалей (О) за 1 минуту такой нагрузки прямо отражает объем выполненной работы (W):

W (кгм)=С (кгм/об.)×О (об.).

Поскольку эта работа выполнена за 1 мин, реальная размерность W соответствует величинам мощности – кгм/мин. Величина W чаще всего составляет 2500-3200 кгм/мин, или 400-550 Вт/кг. Наиболее высокие индивидуальные значения W достигают 4000 кгм/мин или 660 Вт. Среднее значение W равно 38,1 кгм/мин/кг, или 6,25 Вт/кг.

Поскольку известны время педалирования и нагрузочное задание, результат теста выражают в величинах мощости (Вт, кгм/мин), а не в числе оборотов. Оценка результатов производится по «пиковому» (за 5 с) и среднему (за 30 с) значениям мощности педалирования. Пиковое значение обозначают как ВАнТ₅ , а среднее - как ВАнТ₃₀ (В.Л. Карпман, З.Б. Белоцерковский, И.А. Гудков, 1991)_.

У мужчин 18-30 лет ВАнТ₅ составляет в среднем 8-9 Вт/кг, а ВАнТ₃₀ около 7 Вт/кг. У более молодых, а также у пожилых людей значения этих показателей снижаются в среднем на 1 – 2% на каждый год жизни. Более высокие значения анаэробной мощности отмечаются у спортсменов. Так, у студентов физического воспитания в среднем ВАнТ₅ равен 10,3±0,6 Вт/ кг, ВАнТ₃₀ – 8,5±0,4 Вт/кг, а у студенток соответственно 9,1± 0,8 Вт/кг и 7,5± 0,5 Вт/кг.

Результаты обоих тестов вполне сопоставимы и могут быть использованы в качестве валидной оцен­ки анаэробных возможностей спортсмена. Тесты вы­полняют после 5-6-минутной разминки и 4-5-минутного отдыха.

Эти тесты имеют своим аналогом в спортивной прак­тике испытания в естественных условиях в контрольном беге на дистанции 300 или 400 м, плавании на 50 и 100 м, «челночном» беге на площадке в баскетболе, повторном беге 6×54 м, в хок­кее и т.п.

Емкость анаэробных процессов энергопродукции определяется величиной максимального кислородного долга (МКД) и максимальной концентрации молочной кислоты в крови. Эти показатели измеряются в восстановительном периоде после изнуряющей физической работы.

Определение этих показателей предполагает наличие сложной аппаратуры, высококвалифицированных специалистов и занимает много времени на проведение процедуры обследования и обработки материалов, поэтому предложены более простые методы, основанные на оценке емкости анаэробных процессов по косвенным признакам. К таким методам относится тест повторной нагрузки макси­мальной мощности и тест повторной предельной работы. Сначала познакомимся с методикой проведения этих тестов, а затем с методикой определения МКД.

Тест повторной нагрузки макси­мальной мощности ориентирован на из­бирательную оценку алактатной анаэроб­ной емкости.

Программой тестирования предусма­тривается повторение до отказа кратко­временных упражнений максимальной мощности через постоянные интервалы отдыха, недостаточные для восстановле­ния алактатных анаэробных резервов в работающих мышцах. В работе на велоэргометре этому режиму соответствует по­вторное выполнение в течение 10с уп­ражнений максимальной мощности через интервалы отдыха 30с. В качестве коли­чественной оценки алактатной анаэроб­ной емкости обычно используют показа­тели общего числа повторений упражне­ния на максимальной мощности или об­щего количества работы, выполненной до момента снижения максимальной мощ­ности.

Тест повторной предельной (по времени) работы дает возможность избирательно оцени­вать анаэробную гликолитическую ем­кость.

В отличие от испытания в однократном предельном усилии, при котором достига­ется наибольшая скорость накопления мо­лочной кислоты, повторное выполнение предельного упражнения позволяет прий­ти к наивысшим значениям концентрации молочной кислоты в крови и тканях, самым значительным сдвигам кислотно-щелоч­ного равновесия и образованию макси­мального О₂-долга. Программа стандарти­зованных лабораторных испытаний пред­усматривает трех- или четырехкратное по­вторение минутных сеансов повторной ра­боты на велоэргометре (через 1 мин отды­ха), вызывающих полное изнеможение ис­пытуемого.

Методика определения максимального кислородного долга (МКД). Впервые понятие о кислородном долге (О₂D) было сформулировано А.В. Хиллом в 30-х годах прошлого столетия. По современным представлениям (В.Л. Карпман, З.Б. Белоцерковский, И.А. Гудков, 1991) величину О₂D составляет то количество кислорода (рис. 6), которое исследуемый потребляет в период восстановления после мышечной работы за вычетом объема потребления О₂ в покое, то есть это дополнительное потребление кислорода на нужды организма в восстановительный период после нагрузки.

Работа Восстановление

л/мин

В настоящее время известны три основных механизма образования кислородного долга (О₂D) при мышечной работе и соответственно три составные части О₂D.

Первая часть включает миоглобиновую фракцию. Эта фракция погашается в первые несколько секунд после окончания работы и учитывает затраты на погашение недостатка О₂, который в покое находится в связанном состоянии с миоглобином, а при напряженной мышечной работе его содержание может снижаться на 0,3–0,5 л, а также затраты О₂ для восстановления его в венозной крови и тканевой жидкости после нагрузки (0,2–0,5 л). Всего – 0,5–1,0 л.

Вторая часть - фосфагенная фракция - О₂ тратится на восстановление в мышцах запасов фосфагенов – аденозинтрифосфата (АТФ) и креатинфосфата (КрФ). На эти процессы обычно затрачивается 1-2 л О₂ у нетренированных и 3 – 4 л у спортсменов и протекают они в течение первых 3–5 мин.

На практике обе фракции трудно отдифференцировать, поэтому их объединяют в так называемую быструю, или алактатную (алактацидную) фракцию О₂D .

Третья часть называется медленной, или лактатной (лактацидной) фракцией О₂D и обеспечивает устранение молочной кислоты и ее солей, появившихся в процессе напряженной работы. Это самая затратная фракция.

Небольшая часть О₂D (1,0-1,5 л) идет на оплату повышенного энергетического обмена кардиореспираторной и других систем (повышенное содержание в крови катехоламинов, повышенная температура) в период восстановления. Но эту величину на практике трудно учесть, поэтому ее относят к погрешности измерений.

Максимальный кислородный долг определяется путем газометрического анализа выдыхаемого воздуха, собираемого в восстановительном периоде после завершения изнуряющей нагрузки до изнеможения.

Нагрузки должны быть такими, чтобы кислородный запрос превышал МПК. Подобные варианты нагрузок приведены в вышерассмотренных последних двух тестах.

Прямой метод непрерывного определения кислородного долга трудоемкий и затратный по времени, поэтому на практике, учитывая экспоненциальный характер скорости потребления О₂ (, л/мин, или мл/мин, или мл/мин/кг) во время восстановления, измеряют в течение 20–30-минутного периода дискретно следующие показатели внешнего дыхания: минутный объем выдоха (, л/мин), фракция кислорода в выдыхаемом воздухе (, %) и фракция углекислого газа в выдыхаемом воздухе (,%).

Перечисленные показатели определяют по методу Дугласа - Холдена с повторным многократным забором воздуха в мешки или с помощью автоматического газоанализатора. Полученные величины используются для построения графика восстановительного потребления кислорода () и последующего трудоемкого расчета МКД, который проводится по специальной методике (В.Л. Карпман, З.Б. Белоцерковский, И.А. Гудков, 1991). Необходимо отметить, что в настоящее время все эти действия автоматизированы с помощью соответствующих программ.

У спортсменов МКД обычно составляет 15 - 20 л, а иногда даже 20 – 25 л. Необходимо помнить, что погрешность измерения у спортсменов достигает 10–20%, а у не спортсменов – 20–40%.

Эффективность механизмов энергопродукции при физической нагрузке определяется границами аэробно-анаэробного перехода.

Порог анаэробного обмена (ПАНО) определяется как мощность нагрузки при работе возрастающей интенсивности, при которой начинаются улавливаемые лабораторными методами анаэробные процессы.

Выделяют ПАНО₁ и ПАНО_2. Для их определения применяют тесты со ступенчато-возрастающей нагрузкой при работе на велоэргометре или тредбане. Мощность нагрузки принято дозировать с учетом веса испытуемого: начальная мощность на велоэргометре - 1Вт/кг, прирост на каждой ступени по 0,33 Вт/кг. Начальная скорость на тредбане 2,5-3,5 м/с. Величина «ступени» изменения скорости - 0,5 м/с. Продолжительность работы на каждой ступени – 2–3 мин.

ПАНО определяют графически (И.В. Аулик, 1990). На оси абсцисс откладывают мощность нагрузки, скорость потребления кислорода () или скорость бега; на оси ординат – концентрацию молочной кислоты в крови, параметр газового обмена, частоту сердечных сокращений.

ПАНО₁ обозначает границу исключительно аэробной энергопродукции и определяется по начальному изменению прироста уровня молочной кислоты по сравнению со стабильным приростом в процессе выполнения возрастающей нагрузки, сопровождающемуся нелинейным увеличением , дыхательного коэффициента (R) и продукции СО₂ () или соответствует 2 ммоль/л (рис. 7).