2 курс / Нормальная физиология / Методы_исследования_и_фармакологической_коррекции_физической_работоспособности

МЕТОДИЧЕСКИЕ ПОДХОДЫ К ИССЛЕДОВАНИЮ И ПОЛУЧЕНИЮ ОЦЕНКИ ФИЗИЧЕСКОЙ РАБОТОСПОСОБНОСТИ

Для оценки физиологической стоимости работы с учетом функциональных возможностей отдельного индивидуума при­ нято сопоставлять энерготраты с максимальной аэробной спо­ собностью. Имеется в виду результирующая способность сис­ тем внешнего дыхания, кровообращения, транспортной спо­ собности крови и ферментных систем к переносу и утилиза­ ции кислорода в реакциях окислительного фосфорилирования [Яковлев Г. М., 1979].

Для оценки работоспособности человека предложено мно­ жество критериев и показателей. В последнее время большин­ ство исследователей стремятся использовать показатели, пря­ мо показывающие уровень определенного вида работоспособ­ ности, применяя в исследованиях тесты и показатели, приня­ тые в качестве стандартных Всемирной организацией здраво­ охранения (ВОЗ).

При оценке умственной работоспособности человека ре­ шающее значение должны играть прямые показатели умствен­ ной работы, главными слагаемыми которой являются ско­ рость и точность реакций, помехоустойчивость и объем пере­ рабатываемой информации. Указанные показатели определя­ ются по результатам выполнения различных проб и тестов, из которых наиболее общепринятыми являются тесты с кольца­ ми Ландольта, корректурная проба и др.

Так как под физической работоспособностью часто пони­ мается функциональное состояние кардиореспираторной сис­ темы [Аулик И. В., 1979], то показатели, характеризующие уровень работоспособности, являются показателями деятель­ ности кардиореспираторной системы. ВОЗ рекомендует ис­ пользовать в качестве одного из наиболее надежных показате­ лей физической работоспособности человека величину макси­ мального потребления кислорода (МПК), которое является интегральным показателем аэробной производительности ор­ ганизма.

Потребление кислорода при мышечной работе увеличива­ ется, как известно, пропорционально ее мощности. Однако такая зависимость имеет место лишь до определенного уровня мощности. При некоторых индивидуально предельных ее зна­

	чениях		(так		называе­
	мой			критической
	мощности)				резервные
	возможности					кардио­
	респираторной					систе­
	мы	оказываются					ис­
	черпанными					и	по­
	требление				кислорода
	более уже не увеличи­
	вается даже при даль­
	нейшем			повышении
	мощности			мышечной
	работы (рис. 1). Та­
	ким	образом,				МПК		Рис. 1. Схема графического определения МПК
	можно		зарегистриро­
								п «критической мощности» {WKl) при ступен­
	вать	только			при		на­	чато повышающейся мощности нагрузки ( W)
	грузках			критической				до отказа |Аулик И. В., 1979]
	или	надкритической

мощности, когда функциональная мобилизация системы транспорта и утилизации кислорода достигает максимума (так называемого кислородного потолка). О максимизации аэроб­ ного обмена свидетельствует плато на графике зависимости потребления кислорода ог мощности мышечной работы (см. рис. 1).

Каждое звено кардиореспираторной системы, которая объ­ единяет комплекс систем и органов, может определять доста­ точность транспорта кислорода при нагрузке и, следователь­ но, играть лимитирующую роль. Однако в реальных условиях главным лимитирующим звеном в системе транспорта кисло­ рода при интенсивной мышечной работе является система кровообращени я.

Максимальное потребление кислорода — это то наибольшее количество кислорода, выраженное в миллилитрах, которое человек способен потреблять в течение 1 мин. Для здорового

человека, не занимающегося спортом, МПК	составляет
3200 —3500 мл/мин, у тренированных лиц МПК	достигает
6000 мл/мин.

Абсолютным критерием достижения испытуемым уровня МПК (кислородного «потолка»), как уже было отмечено, яв­ ляется наличие «плато» на графике зависимости величины по­ требления кислорода от мощности физической нагрузки.

Наряду с абсолютным критерием существуют и косвенные критерии достижения МПК. К их числу относятся:

—увеличение содержания лактата в крови свыше 100 мг;

—увеличение дыхательного коэффициента (отношения ко-

21

личесзва выделенного углекислого газа к количеству по­ требленного кислорода в единицу времени) свыше 1;

— повышение ЧСС до 180—200 уд/мин.

МПК зависит от массы работающей мускулатуры и состоя­ ния системы транспорта кислорода и отражает общую физи­ ческую работоспособность (теснейшим образом связано с из­ менением уровня физической подготовленности человека).

До 20 лет происходит увеличение величины МПК, с 25 до 35 лет — стабилизация и с 35 лет — постепенное снижение МПК. К 65 годам МПК уменьшается примерно на треть.

МПК зависит от генетических факторов, возраста и пола. У женщин в зрелом возрасте МПК в среднем ниже, чем у мужчин, на 20—30 %; эта разница несколько сглаживается в юном и пожилом возрасте. Диапазон вариаций величин МПК

уженщин значительно меньше, чем у мужчин.

Иу мужчин, и у женщин МПК тесно связано с уровнем тренированности, возрастом и массой тела (в еще большей степени с мышечной массой), поэтому его измеряют также и

вотносительных единицах — мл/кг/мин. Если сравнивать

МПК, отнесенное на единицу мышечной массы, у мужчин и женщин одного возраста и уровня тренированности, то разли­ чия могут оказаться несущественными.

Определение МПК в настоящее время используется для решения вопросов профессиональной пригодности, оценки тренированности спортсменов, диагностики состояния сер­ дечно-сосудистой системы и органов дыхания. Считается, что в течение рабочего дня энерготраты на физическую актив­ ность не должны превышать 25—35 % от уровня максималь­ ной аэробной мощности. Превышение допустимо лишь на не­ который ограниченный период времени, длительность кото­ рого обратно пропорциональна интенсивности энергообмена. Например, при нагрузках на уровне около 50 % от МПК в те­ чение полного рабочего дня работа может продолжаться без ущерба для здоровья не более 12 нед, а при нагрузках на уров­ не 65—70 % от МПК — не более 2—3 дней. Поэтому, если из­ вестна индивидуальная величина МПК, можно с достаточной надежностью рассчитать допустимые уровни интенсивности нагрузок (трудовых, тренировочных и т. п.). С этой целью ис­ пользуются таблицы энерготрат при разных видах деятельно­ сти и таблицу предельно допустимого времени для нагрузок разной интенсивности (табл. 2).

В основе оценки физической работоспособности человека по показателям состояния кардиореспираторной системы его организма лежат две закономерности.

Согласно первой закономерности, при возрастании физи-

22

Т а б л и ц а 2. Предельная длительность физических нагрузок разной интенсивности [Карпман В. Л. и др., 1988]

Интенсивность	Предельное время работы
мышечной рабо-	нетренированные люди	тренированные люди
ты, % от МПК
100	1—5 мин	10—15 мин
90	10 мин	50 мин
75	20 мин	3 ч
50	1 ч	8,5 ч
30	8,5 ч	—

ческой нагрузки в определенном диапазоне мышечного уси­ лия, соответствующем ЧСС 120—180 уд/мин, между величи­ ной нагрузки (мощностью) и ЧСС существует линейная зави­ симость. Это значит, что каждый уровень нагрузки характери­ зуется определенной, постоянной для конкретного человека, ЧСС. Следовательно, зависимость «мощность нагрузки — ЧСС» (в случае линейной зависимости — прямая) может быть определена по результатам двух измерений. Это достигается с помощью измерения ЧСС при выполнении двух разных на­ грузок различной мощности.

Вторая закономерность — это так называемый закон эконо­ мизации. В результате тренировок организм приобретает спо­ собность выполнять одинаковую нагрузку с меньшим усили­ ем. По мере приспособления, т. е. адаптации к нагрузкам при работе одинаковой интенсивности, ЧСС, минутный объем дыхания, потребление кислорода, МОК уменьшаются. В ос­ нове такой экономизации лежат разные механизмы. Один из них — усовершенствование двигательных навыков, т. е. более рациональная техника выполнения упражнений. При совер­ шенной технике количество мышц, принимающих участие в работе, становится минимальным и активность различных «посторонних» мышечных групп сокращается. Одновременно уменьшается и общий расход энергии. К экономизации при­ водит также усовершенствование регуляции вегетативных функций. Кроме того, существует и так называемая тканевая экономизация, при которой повышается эффективность мета­ болических процессов в самой мышце. Она проявляется, на­ пример, в снижении ЧСС после тренировок на выносливость при строго дозированных велоэргометрических или других на­ грузках, где не может иметь место более рациональное выпол­ нение тестового упражнения при повторном обследовании.

На основании закона экономизации можно судить о дина­ мике работоспособности человека. Уменьшение ЧСС при по­

23

вторном выполнении стандартной нагрузки свидетельствует об увеличении работоспособности, и наоборот — более частый пульс при такой же нагрузке указывает на отрицательные сдвиги — снижение работоспособности. В спорте это обычно наблюдается после болезни спортсмена или при перетрениро­ ванное™. Однако необходимо отметить, что абсолютные сдвиги ЧСС при повторных тестах бывают небольшими. Так, например, при стандартной работе ЧСС, по сравнению с пре­ дыдущим обследованием, может увеличиться на 5—6 уд/мин. Чтобы сделать объективное заключение о снижении физиче­ ской работоспособности, необходимо точно знать, что вели­ чина нагрузки при первом и втором обследованиях была оди­ накова. Иначе увеличение ЧСС может произойти вследствие того, что обследуемый выполнил вторую нагрузочную пробу более энергично. Поэтому особое внимание при тестировании следует обращать на точное дозирование нагрузки.

В мышечной деятельности спортсменов, наряду с собст­ венно динамическими и собственно статическими упражне­ ниями, используются и такие, в которых нагрузка динамиче­ ского характера сочетается со статическими усилиями (альпи­ низм, туризм, конькобежный спорт, фехтование и т. д.).

Принято, что о более эффективном пути адаптации сердеч­ но-сосудистой системы к физическим нагрузкам судят на ос­ новании того, как достигается повышение МОК (главным об­ разом за счет увеличения ударного объема крови и в меньшей степени — за счет учащения сердечного ритма).

Вопрос об особенностях функционирования сердечно-со­ судистой системы под воздействием статической нагрузки у спортсменов по сравнению с нетренированными лицами, о степени влияния на адаптационные реакции структурнофункциональных особенностей сердца, физической работо­ способности до настоящего времени окончательно не решен. Во многих работах приводятся противоречивые данные, сви­ детельствующие как о наличии различающихся значений в из­ менениях гемодинамики, так и об отсутствии таких различий при выполнении физических нагрузок статического характера [Михайлов В. М., 2005].

Во время динамической нагрузки в условиях увеличенного венозного возврата крови увеличиваются ЧСС и систоличе­ ское АД, в то время как диастолическое АД изменяется незна­ чительно.

Результаты исследований 3. М. Белоцерковского (2005) по­ зволяют заключить, что спортсмены с более выраженными признаками структурно-функциональной перестройки сердца, более высоким уровнем физической работоспособности, от­

24

личающиеся более экономичной работой сердца в условиях покоя и во время динамических физических нагрузок, при прочих равных условиях более рационально адаптируются и к мышечной работе статического характера.

Таким образом, при равной ЧСС статические нагрузки по сравнению с динамическими выполняются менее экономич­ но, в энергетически более напряженном режиме для работы сердечно-сосудистой системы.

Таким образом, можно заключить, что у лиц, адаптирован­ ных к мышечной деятельности, стандартная статическая на­ грузка вызывает менее выраженные изменения в деятельности сердечно-сосудистой системы, чем у нетренированных лиц. У спортсменов с наиболее выраженными признаками морфоло­ гической перестройки сердца, обладающих более высокой производительностью системы кровообращения и уровнем об­ щей физической работоспособности во время выполнения стандартной субмаксимальной статической нагрузки, сердце функционирует в более экономичном режиме.

Характерной особенностью физиологических процессов, сопровождающих статические нагрузки, является то, что кро­ воток в мышце становится неадекватным. В противополож­ ность тому, что наблюдается при динамических нагрузках, ко­ гда в активных мышцах кровоток возрастает более чем в 20 раз, при статических нагрузках отмечается уменьшение крово­ снабжения активных мышц.

Имеется и еще одно важное различие в деятельности сис­ тем организма при статической и динамической мышечной работе. Если при выполнении динамических упражнений по­ требление кислорода, являясь функцией мощности нагрузки, может достигать своего максимального значения, то при ста­ тической нагрузке скорость потребления кислорода изменяет­ ся весьма умеренно, и понятно, что при выполнении упраж­ нений такого типа требования к энергетическим системам не могут быть предельными. Аналогичное замечание справедливо и в отношении основного показателя гемодинамики — МОК, поскольку считается установленным фактом наличие отчетли­ во выраженной взаимосвязи между его величинами и величи­ нами МПК.

Выраженность сдвигов в деятельности системы кровообра­ щения в значительной мере зависит от величины статической нагрузки — чем она больше, тем заметнее повышение систем­ ного АД, увеличение ЧСС и т. д. Если при пробе со статиче­ ской нагрузкой потребуются статические усилия небольшой интенсивности, то проба может продолжаться в течение дли­ тельного времени без сколько-нибудь заметной реакции со

25

стороны различных функциональных систем организма. С увеличением силы напряжения мышц после периода врабатывания в работе системы кровообращения может наступить пе­ риод устойчивого состояния. И, наконец, при еще более ин­ тенсивных нагрузках значения многих физиологических пока­ зателей (в первую очередь систолического и диастолического АД, ЧСС, двойного произведения) непрерывно, практически линейно повышаются уже с самого начала, вплоть до отказа от работы в результате утомления, либо уже на первых мину­ тах достигают значительных величин и на этом уровне сохра­ няются до прекращения работы.

Полагают, что при статических нагрузках, не превышаю­ щих 15 % от максимальной силы, метаболические запросы полностью удовлетворяются и утомление практически не на­ ступает; при 15—70 % — удовлетворяются частично, а при на­ грузках, превышающих 70 %, кровоток в работающих мышцах полностью прекращается, и поэтому продолжительность рабо­ ты весьма ограничена из-за быстро развивающегося утомле­ ния мышц. Установлено, что работающие мышцы получают достаточное количество крови лишь при 4—8 % от макси­ мальной силы напряжения, а с увеличением силы сокращения возрастает разница между возможным и реальным кровоснаб­ жением мышц, достигая при усилиях в 60 % от максимальной силы в мышцах предплечья — 13-кратных, а в голени — 44кратных размеров [Белоцерковский 3. Б., 2005]. Во время со­ кращения мышцы в изометрическом режиме согласование скоростей обмена АТФ и аэробного ресинтеза фосфогенов осуществляется при сокращении не более 20—25 % мышеч­ ных волокон, что отмечают при сокращении до 10 % от мак­ симальной силы. В этих условиях действует механизм местной регуляции кровообращения, способствующий направлению дополнительного кровотока к активным в этот момент мы­ шечным волокнам.

По мнению 3. М. Белоцерковского (2005), адаптационные изменения у спортсменов в ответ на статическую нагрузку ме­ нее выражены, чем у нетренированных лиц. Это объясняется тем, что у нетренированных механизмы регуляции деятельно­ сти сердечно-сосудистой системы функционируют в более на­ пряженном режиме, в то время как у спортсменов мощные механизмы регуляции более успешно нивелируют изменения, вызываемые статической нагрузкой, и, следовательно, сердце более экономично реагирует на нагрузку. Считается также, что характер гемодинамической реакции на статическую на­ грузку зависит от количества одновременно сокращающихся мышечных волокон.

26

При исследовании толерантности к статической нагрузке большое значение имеют простота применения функциональ­ ной пробы и строго регламентированная методика ее проведе­ ния. Такая проба должна позволять задавать строго дозиро­ ванную нагрузку. Сравнительный анализ различных методи­ ческих подходов к оценке толерантности спортсменов к ста­ тическим усилиям показал, что большие возможности в этом отношении и перспективные с точки зрения стандартизации представляет выполнение пробы с помощью статических на­ грузок, основанных на удерживании дополнительного веса в условиях, характерных для конкретной специализации [Ми­ хайлов В. М., 2005].

Такой вариант статической нагрузки представляется мето­ дически более простым, не требующим для выполнения ника­ ких специальных инструментальных устройств. В то же время такие физические нагрузки являются более характерными для мышечной деятельности спортсменов.

Типы физических нагрузок. Наиболее распространенными при нагрузочном тестировании являются следующие типы на­ грузок.

1. Непрерывная нагрузка равномерной интенсивности. Мощ­ ность работы при этом может быть одинаковой для всех об­ следуемых или она устанавливается в зависимости от состоя­ ния здоровья, пола, возраста и уровня физической подготов­ ленности.

2.Ступенчато повышающаяся нагрузка с интервалами отды­ ха после каждой ступени. Увеличение мощности нагрузки и продолжительность интервалов между ее ступенями варьиру­ ются в зависимости от решаемых задач.

3.Непрерывная нагрузка равномерно (или почти равномерно) повышающейся мощности с быстрой сменой последующих ступе­ ней без интервалов отдыха.

4.Нагрузка, равномерно изменяющаяся по замкнутому циклу.

Нагрузка равномерно увеличивается до заданной величины с последующим ее снижением до исходного уровня.

5.Непрерывная ступенчато повышающаяся нагрузка без ин­ тервалов отдыха, при которой кардиореспираторные показа­

тели достигают устойчивого состояния на каждой ступени.

Из перечисленных типов физической нагрузки следует осо­ бо выделить нагрузку, равномерно изменяющуюся по замкну­ тому циклу. Применение этой нагрузки по сравнению со сту­ пенчатой имеет ряд преимуществ.

Во-первых, такая форма подачи нагрузки является более физиологичной и безопасной для обследуемых.

Во-вторых, применение равномерно изменяющейся физи­

27

ческой нагрузки позволяет производить объективный анализ зависимости таких физиологических параметров, как ЧСС, потребление кислорода, АД и др., от величины мощности на­ грузки. Это, в свою очередь, дает возможность произвести анализ фаз нагрузочного цикла, выделить переходные и ус­ тойчивые состояния функций организма, провести качествен­ ный и количественный анализ их регуляторных механизмов, т. е. получить ту информацию, которая необходима для углуб­ ленной характеристики функционального состояния и полу­ чения оценки приспособительных механизмов организма че­ ловека к мышечной работе.

В-третьих, основанная на принципах обратной связи меж­ ду мощностью нагрузки и физиологическим параметром плав­ но изменяющаяся циклическая нагрузка позволяет с высокой точностью проводить усиление функций отдельных органов и систем организма до запланированного (или определенного непосредственно в процессе исследования) уровня и воспро­ изводить его при повторных исследованиях.

В зависимости от интенсивности физическая нагрузка мо­

жет быть:	(соответствует максимуму — 100 % —
— максимальной

аэробной мощности);

—субмаксимальной (соответствует 75 % аэробной мощно­ сти);

—интенсивной (50 % аэробной мощности);

—легкой (не более 25 % аэробной мощности).

Другие классификации физической нагрузки (в зависимо­ сти от расхода энергии, от интенсивности обменных процес­ сов и т. п.) используются значительно реже.

Физические нагрузки, применяемые для определения фи­ зической работоспособности, должны отвечать следующим требованиям:

1)нагрузка должна быть такой, чтобы можно было изме­ рить проделанную работу и в дальнейшем ее точно вос­ произвести;

2)должна существовать возможность изменения интенсив­ ности нагрузки в заданных пределах;

3)при кардиореспираторных тестах в работу должна вовле­ каться возможно большая масса мышц (в целях усиле­ ния деятельности системы транспорта кислорода и сни­ жения нежелательного влияния локального мышечного утомления);

4)тестовая нагрузка должна быть достаточно простой и доступной, не требующей особых навыков или высокой координации движений (сложная и незнакомая нагрузка

28

вызывает ненужную нервозность, мешает равномерному ритму выполнения упражнения и искажает результаты обследования);

5)нагрузка должна быть такой, при которой регистрация показателей возможна непосредственно во время ее вы­ полнения;

6)по возможности нагрузка должна быть кратковремен­ ной.

Виды эргометрии. При определении физической работоспо­ собности нагрузка обычно задается с помощью одного из че­ тырех видов эргометрии:

1)без использования специальных приспособлений;

2)на «бегущей дорожке» — тредбане (тредмиле);

3)с применением разновысоких ступенек;

4)на велоэргометрах.

Положительными моментами физических нагрузок без ис­ пользования специальных приспособлений являются их мето­ дическая простота и доступность в выполнении, возможность проведения практически в любых условиях. Они позволяют дифференцировать мышечные усилия по характеру движения на динамические (приседания, подскоки, бег) и статические (удержание позы). Однако, как правило, энергия, затраченная при выполнении дозированной нагрузки таким способом, мо­ жет значительно отличаться от учтенной. Эти различия усу­ губляются за счет индивидуальных особенностей исследуе­ мых — массы тела, роста, амплитуды движений, отклонений в методике выполнения нагрузочной пробы.

Применение тредбанов, в отличие от других дозирующих установок, позволяет максимально приблизить выполнение мышечной работы к естественным условиям. Появляется воз­ можность моделирования с их помощью нагрузочных проб за счет изменения скорости, продолжительности движения лен­ ты тредбана и угла ее наклона. Существуют тредбаны, позво­ ляющие за счет автоматического изменения режима работы поддерживать постоянный заданный уровень функционирова­ ния исследуемых систем, что обеспечивает достаточно высо­ кую точность выполнения теста.

Недостатком тредбана остается невозможность точного до­ зирования проделанной мышечной работы, ее измерения в единых общепринятых единицах мощности.

При функциональных пробах с применением ступенек и велоэргометров синхронно с работой могут учитываться не только ответные реакции организма (ЧСС, изменения АД и т. д.), но и достаточно точное количественное выражение проделанной работы (ее мощность), т. е. становится возмож­

29