Содержание к диссертации
Введение
ГЛАВА 1. Обзор литературы 10
1.1. Основные закономерности кратковременной адаптации к физической нагрузке 10
1.2. Современные подходы к классификации тренировочных упражнений... 13
1.2.1. Критерии мощности, емкости и эффективности метаболических процессов и последовательность их включения при мышечной работе. 13
1.2.2. Влияние основных параметров тренировочных упражнений (количества повторений, величины интервалов отдыха, интенсивности) на их преимущественную направленность 21
1.3. Регистрация внешних и внутренних параметров тренировочных нагрузок 25
1.3.1. Эргометрические показатели 25
1.3.2. Показатели энергетического метаболизма 32
1.4. Пульсовые критерии нагрузки 40
1.4.1. Использование измерения ЧСС для оценки интенсивности нагрузки 41
1.4.2. Тесты для оценки состояния спортсменов, основанные на регистрации ЧСС 42
1.4.3. Анализ пульсовых характеристик мышечной работы и их зависимость от пола, возраста, уровня подготовленности 49
1.4.4. Применение кардиомониторов для квантификации физических нагрузок в спортивной практике 55
ГЛАВА 2. Задачи, методы и организация исследования 59
2.1. Задачи исследования 59
2.2. Методы экспериментальных исследований 59
2.2.1. Методы определения пульсовых характеристик 59
2.2.2. Методы эргометрического анализа спортивных достижений 62
2.2.3. Методы определения показателей газообмена 65
2.2.4. Определение биохимических показателей (HLa) 67
2.3. Статистические методы 68
2.4. Организация экспериментальных исследований 69
ГЛАВА 3. Пульсовая стоимость упражнения как критерии энерготрат при мышечной работе 72
3.1. Предпосылки 72
3.2. Результаты исследования 72
ГЛАВА 4. Определение преимущественном направленности тренировочных упражнений в спортивном плаванье на основе пульсовых критериев 84
4.1. Предпосылки 84
4.2. Взаимосвязь пульсовых сумм и концентрации молочной кислоты в крови при проплывании дистанций различной длины 84
4.3. Квантификация тренировочных нагрузок в плавании на основе индивидуализированных пульсовых критериев 95
4.4. Зависимость параметров пульсовых сумм от относительной скорости проплывания различных дистанций 105
Выводы 115
Список использованной литературы 119
- Основные закономерности кратковременной адаптации к физической нагрузке
- Задачи исследования
- Предпосылки
- Взаимосвязь пульсовых сумм и концентрации молочной кислоты в крови при проплывании дистанций различной длины
Введение к работе
Актуальность исследования. В процессе многолетней тренировки квалифицированных спортсменов резервы адаптации во многом исчерпаны, и крайне важно точно определять направленность и интенсивность физических упражнений. В теории спорта принято выделять «внешнюю» (показатели объема, интенсивности упражнений и т.п.) и «внутреннюю» (реакция организма на работу) стороны нагрузки. Внешняя сторона нагрузки достаточно четко фиксируется с помощью эргометрических критериев. Общая направленность воздействия» «внутренней» стороны нагрузки, наиболее отчетливо проявляется в величине и характере физиологических и биохимических сдвигов при работе.
Задача оценки срочной реакции функциональных систем организма на нагрузку различной направленности давно и успешно решается в лабораторных условиях на основе регистрации метаболических сдвигов в основных энергопреобразующих процессах. В качестве оценки энергозатрат обычно используют показатели газообмена, содержания молочной кислоты в крови, уровня легочной г вентиляции и аналогичные параметры. Эти показатели глубоко и всесторонне изучены. Они весьма точно и надежно свидетельствуют о величине и направленности сдвигов в организме человека, происходящих в результате нагрузки. На этой основе возможен точный количественный анализ тренировочной нагрузки. Построению общей схемы градации циклических нагрузок по -зонам интенсивности, в научной литературе уделено много внимания, хотя и на сегодняшний день имеются разноречивые мнения [28, 30, 32, 33, 45, 48, 49, 54, 57, 75, 96, 100, 107, 119, 121, 151, 186]. Однако точная количественная оценка величины и направленности нагрузки (ее квантификация) весьма трудоемка и возможна лишь в хорошо оснащенной лаборатории, во время периодических углубленных медицинских обследований спортсменов.
В полевых условиях из объективных физиологических показателей состояния в процессе ежедневных двух- и трехразовых тренировок можно регулярно регистрировать лишь частоту сердечных сокращений, измеряемую спортсменом пальпаторно непосредственно после выполнения упражнений. Полученные, таким образом, абсолютные значения частоты пульса отражают изменения в сфере аэробного энергетического обмена лишь в узком диапазоне нагрузок, не превышающих значения максимального потребления кислорода [32,37, 134, 172, 191].
В то же время в тренировочный процесс спортсменов различных видов спорта все шире внедряются кардиомониторы, которые могут непрерывно регистрировать частоту пульса до, во время и после нагрузки - в течение 24 и более часов. Эти устройства способны обмениваться информацией с персональным компьютером, что позволяет получать объективную информацию, быстро ее перерабатывать и систематизировать. На основе полученной информации можно получить непрерывную кривую динамики частоты пульса во время нагрузки и в период восстановления. Выводимые из анализа кинетики частоты сердечных сокращений во время работы и восстановления, показатели суммарной» пульсовой стоимости упражнения, обладают существенно более высокой информативностью и предоставляют ценную информацию об основных энергетических процессах в организме человека. В настоящей диссертации обсуждается методика количественной оценки тренировочных нагрузок, основанная на показателях суммарной пульсовой стоимости упражнений.
Цель исследования. Разработать методику классификации тренировочных нагрузок, применяемых в спортивном плавании, на основе использования показателей пульсовых сумм, выводимых из анализа кинетики ЧСС во время работы и восстановления.
Рабочая гипотеза. Предполагалось, что пульсовая стоимость мышечной работы и ее компоненты отражают ход метаболических процессов в упражнениях различной мощности, что предоставляет возможность точно установить физиологическую направленность тренировочного упражнения с учетом индивидуальных особенностей спортслмена.
Объект исследования. Система тренировочных нагрузок квалифицированных пловцов.
Предмет исследования. Квантификация тренировочных нагрузок квалифицированных пловцов на основе использования» показателей пульсовой стоимости упражнения
Научная новизна. В работе-установлено, что ряд физиологических показателей, отражающих метаболические сдвиги в основных энергопреобразующих процессах, тесно взаимосвязаны с показателями пульсовой стоимости упражнений и ее составляющими. Это дает возможность непрямой оценки биоэнергетических критериев в ходе тренировочного процесса, не прибегая к трудоемким лабораторным методам.
На этой основе разработана методика квантификации тренировочных нагрузок по пульсовым показателям.
Теоретическая значимость. Результаты исследования расширяют теоретические знания в области контроля и нормирования физических нагрузок. В диссертации сформирована новая концепция классификации тренировочных упражнений с помощью пульсовых критериев, выведенных на основе анализа кинетики частоты пульса во- время работы и восстановительного периода.
Практическая значимость заключается в возможности применения доступных в повседневных тренировочных занятиях методов оценки физиологических сдвигов в организме спортсменов под воздействием физических нагрузок. Разработанная и апробированная методика определения границ зон интенсивности позволяет при оценке тренировочных нагрузок использовать параметры, получае мые непосредственно при выполнении обычных упражнений, не нарушая естественный ход тренировочного процесса.
Теоретико-методологической основой исследования являются труды по теории и методике спортивной тренировки [Н.Г. Озолин, Л.П. Матвеев, В.Н. Платонов], контролю тренировочных и соревновательных нагрузок [В.М. Зациорский, М.А. Годик, М.Я. Набатникова, Ф.П. Суслов], теории и методики спортивного плавания [Н.Ж. Булгакова, А.Р. Воронцов,- СМ. Гордон, D.L. CostiU, E.W. Maglisho], медико-биологическим аспектам плавания и других циклических видов спорта [В.М. Алексеев, Н.И. Волков, А.А. Кашкин, ЯМ. Коц].
Положения, выносимые на защиту
1. Показатели пульсовой стоимости упражнения хорошо воспроизводят основные зависимости параметров кислородного запроса и энергетической стоимости упражнения от значений скорости, мощности и предельной продолжительности работы.
2. Пульсовые характеристики, выведенные на основе кинетики частоты сердечных сокращений во время работы и восстановления, предоставляют возможность квантификации физической нагрузки более точно, чем традиционно используемые абсолютные значения ЧСС.
3. Предлагаемая методика позволяет определить границы зон преимущественной направленности физических упражнений для отдельного спортсмена, что облегчает процесс индивидуализации нормирования нагрузок.
4. Прогнозирование пульсовой стоимости упражнения в зависимости от ее интенсивности уточняет определение преимущественной направленности нагрузки для тренировочных упражнений, выполняемых не в полную силу.
Основные закономерности кратковременной адаптации к физической нагрузке
Одна из ведущих проблем современной теории спорта - изучение закономерностей процесса адаптации к физическим нагрузкам. Физическая нагрузка и, особенно, соревновательная её часть, вполне может быть отнесена не только к возмущающим, но и к стрессорным воздействиям на постоянство внутренней среды (гомеостаз) организма спортсмена. При этом считается, что« нарушение гомеостаза является необходимым условием для повышения работоспособности спортсмена, когда под влиянием прогрессирующих физических нагрузок создаются предпосылки для адаптивных перестроек в организме [47, 58, 84, 85, 192, 198]. Неслучайно физиологическую адаптацию многие авторы рассматривают как процесс, или результат процесса, структурно-метаболической организации функций, обеспечивающей восстановление гомеостазам на. прежнем, уровне, или поддержанием его на новом [34, 97]. И.И. Александров назвал такие адаптационные процессы, вызванные систематическими занятиями спортом, специфическим приспособлением организма [1]. Автор связывал такое специфическое приспособление с морфологическими, метаболическими и функциональными- изменениями в органах и тканях, возникающими в результате регулярного воздействия физических нагрузок, совершенствованием нервной, гормональной и автономной клеточной регуляции функций. Такого рода адаптационные изменения определяют тренировочные эффекты. Они проявляются в развитии функциональных систем организма, обеспечивающих осуществление данной мышечной деятельности, и, как следствие, в росте спортивного результата. Возможности к приспособлению организма человека основываются на целенаправленной перестройке функций и обмена веществ, на морфофункцнональных изменениях, наступающих при многократном повторяющемся воздействии физических нагрузок [23, 24, 78]. До недавнего времени в процессе адаптации было принято выделять два этапа: этапы срочной и долговременной адаптации. В свою очередь A.M. Солодков [108] предлагает адаптационный процесс подразделять на 4 стадии: 1) физиологического напряжения; 2) адаптированности; 3) дезадаптации; 4) реадаптации. По данным Ф.З. Меерсона и М.И. Пшенниковой [86] в становлении индивидуальной адаптации выделяют следующие стадии: 1) срочной или кратковременной адаптации; 2) перехода от срочной к долговременнойт адаптации; 3) устойчивой долговременной адаптации; 4) «изнашивания» системы, ответственной за адаптацию (может отсутствовать). Кратковременная (или срочная) адаптация является начальной стадией специальных приспособительных изменений в организме спортсмена, возникающих под воздействием напряженных физических нагрузок. Процессы срочной адаптации определяются величиной и характером изменений, в организме, происходящих непосредственно-во-время действия-физической нагрузки и в период срочного восстановления (до 1 часа после нагрузки), когда происходит ликвидация процессов метаболизма; образовавшихся во время работы. Срочные адаптационные изменения развиваются на основе ранее сформированных двигательных стереотипов и имеющихся функциональных возможностей. Для их реализации в организме человека всегда имеются готовые, в основном генетически обусловленные, механизмы, которые реализуются сразу после начала упражнения [22, 86]. Величина срочных адаптационных реакций тесно связана с силой раздражителя, в частности с величиной физической нагрузки, и уровнем функциональных возможностей систем организма человека. В основе адаптационных процессов лежит формирование, при первоначальном сигнале, функциональной системы. Понятие функциональной системы одним из первых было введено П.К. Анохиным [8]. Одним из центральных моментов теории функциональных систем является результат, как решающий фактор упорядочения элементов системы. В теории спортивной тренировки таким системообразующим фактором, по мнению специалистов, является спортивный результат [20, 21]. Несмотря на большое количество работ, исследований по данной тематике, в положениях теории срочной адаптации, на сегодняшний день, существуют некоторые противоречия. Неспецифическое функциональное состояние организма человека, возникающие в ответ на различные по силе воздействия, по мнению многих авторов, являются причиной единственной адаптационной реакции организма - стресса [25, 86, 96, 97, 108, и»др.]. При этом согласно данным Н. Selye [208], не все раздражители вызывают однотипную стандартную гормональную реакцию и стремление все неспецифические изменения, возникающие в организме, трактовать как проявление стресс-реакции некорректно. Справедливость подобного суждения подтверждается мнением СЕ. Павлова [95], согласно которому стресс, как одна-из адаптационных реакций-организма, не играет какой-то-преобладающей роли в процессах развития кратковременной адаптации организма спортсмена к тренировочным нагрузкам, а частота его возникновения даже в соревновательном периоде (на пике напряженных эмоциональных и физических нагрузок) не превышает, например у пловцов высшей квалификации, 3,2%. Анализ научной литературы показывает, что сущность спортивной тренировки составляет процесс биологической адаптации к физическим нагрузкам. Эта адаптация носит специфический характер. Величина адаптационных изменений обуславливается направленностью и объемом выполненной нагрузки и глубиной внутренних сдвигов, оценка которых и является задачей настоящей работы.
Задачи исследования
1. Установить зависимость между биоэнергетическими показателями и параметрами пульсовой стоимости упражнения. 2. Разработать и апробировать методику квантификации нагрузок на основе параметров, выводимых из кинетики ЧСС во время работы и восстановления. 3. Определить соотношение между пульсовыми характеристиками однократных и повторных тренировочных упражнений. 4. Выявить зависимость пульсовой стоимости тренировочных упражнений от их интенсивности. Регистрация частоты сердечных сокращений проводилась с использованием кардиомониторов сердечного ритма S-610 фирмы Polar (Финляндия). Значения частоты пульса фиксировались непрерывно в состоянии покоя перед началом опыта, при выполнении упражнения и в период восстановления в течении 10-30 мин. При записи данных использовались 5-секундные интервалы времени. Результаты измерений вводились в компьютер с использованием инфракрасного интерфейса Polar (Финляндия). Расчетные методы Для описания кривой изменения частоты пульса во время работы, длительность которой не превышала 60 секунд, использовалось экспоненциальное уравнение (23), а для описания кривой изменения частоты пульса более продолжительной работы использовалось биэкспоненциальное уравнение (24) [60, 72,142, 154]: где Afh(tE) - значения прироста ЧСС в момент времени работы t за вычетом значений уровня ЧСС в состоянии покоя, Afhi и Afh2 - разности между предельным и начальным (в состоянии покоя) значениями ЧСС во время работы (уд), кь к2, - константы скорости прироста ЧСС в быстрой и медленной фазах работы, (мин"1). Согласно мнению ряда авторов [32, 72, 199, 207, 215], кривая восстановления частоты пульса после работы аппроксимируется уравнением биэкспоненциального вида: где Afh(tR) - значения прироста ЧСС в момент времени восстановления t за вычетом значений уровня ЧСС в состоянии покоя, Afhi и Afh2 - приросты значений ЧСС при нулевой отметке времени в, соответственно, быстрой и медленной фазах восстановления (уд), кь к2, - константы скорости прироста ЧСС в быстрой и медленной фазах восстановления, (мин"1), е - основание натурального логарифма. Интерпретируемые как «быстрая» и «медленные» компоненты, два слагаемых в уравнении (24), выявляются в упражнениях продолжительностью свыше 1-1,5 мин, хотя иногда наблюдается и при меньших значениях времени работы. Для процессов восстановления наличие двух компонент носит регулярный характер, за исключением очень коротких по продолжительности высокоинтенсивных упражнений. Метод интегрирования биэкспоненциальных уравнений, описанных выше, позволил рассчитать пульсовые суммы - обобщенные пульсовые критерии, выводимые на основе анализа кинетики частоты пульса во время работы и восстановления. Пульсовые суммы численно равны площади под кривыми, аппроксимирующих значения прироста ЧСС во время работы: AfE = Afhf(t + l/kre-klt - 1/kO + Afh2-(t + l/k e"1 - l/k2) (26) и в период восстановления: Е AfR = Afhi/k2 + Af h2/k2 (27) где E Afe - пульсовая сумма работы, уд., Е AfR - пульсовая сумма восстановления (пульсовой долг), уд. Значения пульсовой стоимости упражнения устанавливаются путем сложения величин пульс-суммы работы и пульсового долга: EAftot = EAfE + EAfR (28) где Е Aftot - значения пульсовой стоимости упражнения, являющейся совокупностью значений Е AfE и Е AfR - пульсовых сумм работы и восстановления соответственно. Пример расчета обобщенных пульсовых показателей при выполнении предельных упражнений длительностью 2 мин приведен на графике рис. 11. Уровень пульсовой стоимости упражнения рассчитывался как частное от деления значения суммарной пульсовой стоимости на время выполнения упражнения (мин): При обработке экспериментальных данных, рассчитывались также уровни пульсовых показателей работы и восстановления. Аналогичная методика применяется при обработке данных интервальных упражнений. Для оценки воспроизводимости использованной методики определения пульсовых показателей, был выполнен тест-ретест. Повторное тестирование было выполнено с интервалом через 2 недели. Возможные варианты расчетов эргометрических зависимостей рассмотрены в главе 1. В настоящем исследовании применялись следующие формы эргометрического анализа: «дистанция-время», «натуральный логарифм скорости-время», «натуральный логарифм скорости- натуральный логарифм времени». Зависимость «дистанция-время» Зависимость «дистанция-время» является линейной [157, 92, 195] и описывается функцией:
Предпосылки
Преимущественная направленность мышечной работы в циклических локомоциях определяется метаболическими сдвигами в основных энергопреобразующих процессах. В лабораторных условиях для определения метаболических сдвигов используют показатели газообмена, содержания молочной кислоты в крови, уровня легочной вентиляции и аналогичные параметры. Одним из наиболее точных методов непрямой оценки метаболической мощности является определение уровня кислородного запроса (соотношение суммарного Ог-запроса и времени работы).
Абсолютные значения частоты пульса, обычно используемые в практике спорта для оценки уровня энергетических затрат упражнения, обнаруживают линейную зависимость от уровня выделения энергии лишь в ограниченной области аэробных физических нагрузок, не превышающих значения критической мощности, где достигается максимум потребления кислорода. Для широкого диапазона нагрузок в спортивном плавании высокой информативностью в этом отношении обладают обобщенные пульсовые критерии, которые выводятся из анализа кинетики частоты пульса во время работы (пульсовая сумма работы) и восстановления (пульсовая сумма восстановления).
Сводка данных о значениях пульсовых сумм, физиологических и биохимических показателях в упражнениях различной мощности и предельной продолжительности на велоэргометре представлена в таблице 7. Предварительно определялось максимальное потребление кислорода, значения которого составили в среднем по группе 4,21±0,46 л/мин.
На рисунке 12 отображена динамика биоэнергетических показателей в зависимости от изменения значений предельной продолжительности упражнения. На графике А данного рисунка представлена зависимость кислородного запроса, кислородного прихода и кислородного долга от значений предельного времени работы. На графике В — зависимость пульсовой суммы работы, пульсовой суммы восстановления и пульсовой стоимости упражнения от значений предельного времени работы.
Как видно, кислородный приход и пульсовая сумма работы линейно повышаются с ростом длительности упражнения. Значения кислородного долга и пульс-суммы восстановления быстро возрастают, достигая максимума в упражнении 2-минутной продолжительности и далее начинают плавно снижаться. Кислородный запрос является суммой 02-прихода и 02-долга, аналогично пульсовая стоимость состоит из пульсовой суммы работы и пульсовой суммы восстановления. В диапазоне предельного времени свыше двух минут темпы прироста пульсовой и кислородной стоимости упражнения определяются в основном изменениями показателей во время работы, в то время как в диапазоне кратковременных упражнений прирост пульсовой стоимости и кислородного запроса упражнения задаются изменениями показателей во время восстановления.
На графиках Б и Г (рис. 12) против значений продолжительности упражнения отложены уровни рассмотренных выше показателей, то есть значения, соотнесенные со временем работы. В этом случае картина иная: величины уровня этих показателей экспоненциально снижаются с увеличением предельного времени. В изученном нами диапазоне значений предельного времени работы изменения уровня пульсовой стоимости и кислородного запроса задаются, по преимуществу, изменениями показателей во время восстановления.
Зависимость биоэнергетических показателей от мощности упражнения рассмотрена на рисунке 13. На графиках данного рисунка по оси абсцисс представлены единицы относительной метаболической мощности упражнения, выраженной в единицах максимального метаболического уровня (MMR). Вертикальными пунктирными линиями на графиках отмечены критические значения метаболической мощности: АЛ -анаэробный порог, КМ - критическая мощность, АлП - алактатный порог, МИ - мощность истощения, АГАП - алактатно-гликолитический анаэробный переход, МАМ - максимальная анаэробная мощность. Эти значения обоснованы в недавних работах Н.И. Волкова [37, 40, 94] и были использованы нами для разграничения групп упражнений в зависимости от преимущественного энергообеспечения.
На графике А (рис. 13) представлены изменения кислородного запроса, кислородного долга и кислородного прихода от относительной метаболической мощности. Как видно, наибольшие изменения этих показателей регистрируются при значениях, соответствующих уровню анаэробного порога (АП) и критической мощности (КМ). С увеличением относительной мощности показатели пульсовой стоимости обнаруживают резкое снижение, но при дальнейшем увеличении относительной мощности удерживаются вблизи постоянного уровня.
Взаимосвязь пульсовых сумм и концентрации молочной кислоты в крови при проплывании дистанций различной длины
В таблице 8 представлены параметры пульсовой стоимости упражнения, и ее составляющих при проплывании дистанций от 25 до 2000 м. Данные о концентрации молочной кислоты в крови зарегистрированы для дистанций от 50 до 800 м. Наглядно данные сводной таблицы отображены на графиках (рис. 18-22).
Зависимость пиковой (наибольшей) ЧСС, среднего значения ЧСС работы и среднего значения ЧСС, измерянной в первые 10 с восстановления от времени преодоления дистанции представлена на рисунке 18. Значения как пиковой, так и средней ЧСС быстро возрастают с увеличением предельного времени. Динамика пиковой ЧСС «обгоняет» динамику среднего значения; максимальные величины достигаются при значениях времени, соответствующих дистанциям 200 и 400 м. Затем величины ЧСС начинают плавно снижаться, причем пиковые быстрее, чем средние. Таким образом, при больших значениях времени эти показатели постепенно сближаются. Частота пульса, измеренная в первые 10 с восстановления, для дистанции 25 м выше, чем наибольшая рабочая ЧСС. На дистанции 50 м эти два показателя примерно одинаковы, на всех остальных дистанциях средняя частота пульса за 10 с восстановления примерно на 2-3 удара ниже пиковой. fire, уд/мин
Зависимость показателей пульсовой стоимости упражнения и ее составляющих (пульсовых сумм работы и восстановления) от продолжительности работы представлена на рисунке 19. До значений предельного времени упражнения, примерно соответствующего 2 мин, пульсовая стоимость быстро нарастает. В относительно кратковременных плавательных упражнениях пульсовая стоимость задается преимущественно изменениями в значениях пульсовых сумм восстановления. Последние достигают своих максимальных значений при длительности работы 200-300 с, после чего стабилизируются и при упражнениях длительностью свыше 10 мин начинают уменьшаться. Пульсовые суммы работы нарастают практически линейно во всем диапазоне изученных упражнений. Вследствие этого именно они определяют темпы прироста пульсовой стоимости упражнений при работе 3-4 мин и более.
При рассмотрении уровней значений пульсовых показателей картина иная: их величины постепенно снижаются с увеличением предельного времени упражнения. В диапазоне значений предельного времени упражнения до трех минут, изменения уровня пульсовой стоимости задаются по преимуществу изменениями в пульсовой сумме восстановления. В то время как уровень значения пульсовой суммы работы доминирует в общей картине пульсовой стоимости упражнений, длительностью свыше трех четырех минут.
Графическое отображение зависимостей пульсовых сумм и их уровней, от скорости при плавании, представлено на рисунке 21. Как видно, наибольшие изменения пульсовой стоимости (рис. 21 А) регистрируются при невысоких значениях скорости, соответствующих примерно уровню 1,1 м/с. С увеличением средней скорости преодоления дистанции показатели пульсовой стоимости обнаруживают резкое снижение, а при дальнейшем увеличении, до 2 м/с и более, удерживаются вблизи постоянного уровня.
