Содержание к диссертации
Введение
Глава 1. Обзор литературы 14
1.1. Функциональное состояние и физиологические резервы организма спортсменов 14
1.2. Критерии выбора маркеров оценки функционального состояния спортсменов 19
1.2.1. Вегетативный гомеостаз в условиях мышечной деятельности 20
1.2.2. Состояние микроциркуляторного русла у спортсменов 26
1.3. Физическая работоспособность и методы ее потенцирования 31
Глава 2. Материалы и методы исследования 42
2.1. Организация исследования 42
2.1.1. Общее построение эксперимента 42
2.1.2. Анализ вариабельности сердечного ритма 44
2.1.3. Прямой метод определения параметров внешнего дыхания 47
2.1.4. Метод спектрального анализа микроциркуляторного русла 49
2.1.5. Статистическая обработка материала 50
2.2. Низкоинтенсивное лазерное воздействие 51
Глава 3. Результаты собственных исследований 52
3.1. Функциональное состояние организма спортсменов в покое 52
3.1.1. Состояние вегетативного гомеостаза как эффективный критерий оценки функционального состояния организма спортсменов 52
3.1.2. Состояние микроциркуляторного русла организма спортсменов 55
3.1.3. Уровень аэробной работоспособности организма спортсменов 56
3.2. Функциональное состояние организма спортсменов после нагрузки 63
3.2.1. Состояние вегетативного гомеостаза спортсменов на фоне физической нагрузки 63
3.2.2. Влияние физической нагрузки на состояние микроциркуляторного русла спортсменов 67
3.3. Функциональное состояние организма спортсменов на фоне НИЛИ 68
3.3.1 Вегетативный гомеостаз спортсменов на фоне низкоинтенсивного лазерного излучения 68
3.3.2. Влияние низкоинтенсивного лазерного излучения на состояние микроциркуляторного русла спортсменов 72
3.3.3. Аэробная работоспособность спортсменов при действии низкоинтенсивного лазерного излучения 73
3.4. Функциональное состояние организма спортсменов на фоне сочетанного действия НИЛИ и нагрузки 79
3.4.1 Вегетативный гомеостаз спортсменов на фоне сочетанного действия низкоинтенсивного лазерного излучения и физической нагрузки 79
3.4.2. Состояние микроциркуляторного русла спортсменов при сочетанном действии низкоинтенсивного лазерного излучения и физической нагрузки 81
3.5. Взаимосвязь изучаемых параметров функционального состояния спортсменов 83
Глава 4. Обсуждение результатов 102
Выводы 124
Практические рекомендации 128
Список литературы 129
- Функциональное состояние и физиологические резервы организма спортсменов
- Физическая работоспособность и методы ее потенцирования
- Уровень аэробной работоспособности организма спортсменов
- Взаимосвязь изучаемых параметров функционального состояния спортсменов
Введение к работе
Актуальность исследования. На современном этапе развития отечественного спорта тренировочный процесс сопровождается возрастанием физических и нервных нагрузок, объем и интенсивность которых достигли критических величин. Их дальнейший рост лимитируется как биологическими возможностями организма человека, так и социальными факторами [В.Н. Платонов, 1997; Т.А. Сидоренко, 2008; K. Berg, 2003; C.K. Seto, 2003].
При занятиях спортом после отдельных тренировок или соревнований необходим достаточно длительный период восстановления организма спортсмена. Однако, к сожалению, часто не удается уловить момент, когда в организме спортсменов наступает срыв адаптационных и регуляторных механизмов. Поэтому чрезвычайно важное значение в практике спорта приобретает контроль функционального состояния организма спортсменов, поскольку продолжительные интенсивные нагрузки провоцируют переутомление многих жизненно важных систем, вызывая значительное снижение их функциональных показателей [А.В. Михайлова, А.В. Смоленский, 2009; Т.А. Сидоренко, 2011; S. Akselrod, 1992; M. Link, 2001], а в ряде случаев могут привести к возникновению патологических изменений, что влечет за собой возможный преждевременный уход из спорта. Для достижения высоких спортивных результатов постоянно ведется поиск различных средств и методов ускоренного восстановления функционального состояния и физиологических резервов организма после интенсивных тренировочных нагрузок. Среди них перспективны те, которые не являются запрещенными, не наносят ущерба здоровью спортсмена и, при этом, оказывают положительное влияние в условиях длительных тренировочных нагрузок.
Одним из таких средств в достижении высоких спортивных результатов, по нашему мнению, может быть использование низкоинтенсивного лазерного воздействия непосредственно перед выполнением физических нагрузок, так как доказан его положительный эффект на все системы и органы, особенно в условиях их гипофункции, к которой может привести интенсивная физическая нагрузка [С.М. Зубкова, 1995; Т.М. Брук, 1999; О.К. Скобелкин, 2006; Г.Д. Леонтьева, 2007; А.В. Губанова, 2007; Н.В. Осипова, 2008; М.В. Лифке, 2009; А.А. Волкова, 2011].
Вместе с тем, работ, посвященных изучению влияния однократного лазерного воздействия на организм спортсмена, с комплексной оценкой вегетативного гомеостаза, микроциркуляции крови и аэробной работоспособности, нами практически не обнаружено, а ведь даже кратковременное повышение данных параметров позволит спортсменам достичь более высоких результатов в соревнованиях различного уровня.
Все изложенное объективизирует актуальность исследования в этом направлении.
Цель исследования. Выявление эффективных критериев оценки функционального состояния организма спортсменов на фоне физической нагрузки и низкоинтенсивного лазерного излучения.
Объект исследования. Вегетативный гомеостаз, аэробная работоспособность и процессы микроциркуляции у спортсменов различных видов спорта (фехтование, легкая атлетика (спринт), шорт-трек, лыжные гонки).
Предмет исследования. Показатели, отражающие аэробную работоспособность (МПК, МПКотн., Wпсн, ЛВ, ВЭК, RQ, АП% МПК, АПЧСС, ЧССмах, МОК, СОК, ЧД, ПО2%, ГД), состояние вегетативного гомеостаза, полученные на основе спектрального анализа вариабельности сердечного ритма (HF, LF, VLF, TP, HFnu, LFnu, LF/HF); а также основные параметры микроциркуляции крови (Vkr, SaO2) на фоне физической нагрузки и низкоинтенсивного лазерного излучения.
Гипотеза исследования. Предполагалось, что предлагаемые маркеры вегетативного гомеостаза, аэробной работоспособности и микроциркуляции крови могут служить эффективными критериями оценки функционального состояния и физиологических резервов организма спортсменов, выполняющих интенсивную физическую нагрузку, а применение однократного сеанса низкоинтенсивного лазерного излучения окажет при этом выраженное потенцирующее воздействие на изучаемые показатели.
Задачи исследования:
-
Выявить особенности вегетативной регуляции ритма сердца и микроциркуляции крови спортсменов различных специализаций в процессе адаптации к специфическим условиям тренировки.
-
Изучить уровень аэробной работоспособности спортсменов.
-
Оценить влияние низкоинтенсивного лазерного облучения на изучаемые показатели функционального состояния организма спортсменов в покое и при выполнении нагрузки максимальной аэробной мощности.
-
Провести корреляционный анализ между изучаемыми параметрами функционального состояния организма спортсменов на фоне физической нагрузки и низкоинтенсивного лазерного воздействия.
Научная новизна состоит в том, что впервые:
- доказано, что в качестве основных маркеров комплексной оценки функционального состояния и физиологических резервов организма спортсменов могут служить показатели аэробной работоспособности, спектрального анализа вариабельности сердечного ритма и микроциркуляции крови;
- определены особенности аэробной работоспособности спортсменов различных специализаций до и после действия сеанса низкоинтенсивного лазерного облучения;
- обосновано положительное влияние однократного сеанса низкоинтенсивного лазерного воздействия на основные параметры микроциркуляции крови спортсменов в ходе выполнения ими нагрузки ступенчатого теста до уровня максимального потребления кислорода;
- выявлен при проведении корреляционного анализа ряд прямых и обратных, умеренных и сильных взаимосвязей между показателями вегетативной регуляции ритма сердца, параметрами аэробной работоспособности и уровнем микроциркуляции крови у лиц, занимающихся различными видами спорта, до и после низкоинтенсивного лазерного излучения, что позволяет объективно судить о функциональном состоянии и физиологических резервах организма спортсменов.
Теоретическая значимость работы заключается в том, что полученные результаты исследования существенно дополняют новыми сведениями имеющиеся в литературе данные об особенностях вегетативной регуляции ритма сердца и процессов микроциркуляторного русла спортсменов после нагрузки и сеанса низкоинтенсивного лазерного излучения. Проведенные исследования восполняют пробелы в вопросах механизма влияния НИЛИ на параметры аэробной работоспособности спортсменов. Предложенные методы оценки функционального состояния организма являются теоретическим обоснованием для учета индивидуальных особенностей организма занимающихся при подборе режимов проведения сеанса лазерного облучения низкой интенсивности.
Практическая значимость
Предложенные в работе информативные маркеры позволяют оперативно и эффективно оценивать функциональное состояние организма спортсменов, уровень их физиологических резервов, повышают эффективность диагностики и профилактики перетренированности и иных патологий, что, несомненно, представляет научный интерес для тренеров, спортивных врачей, физиологов и самих спортсменов в целях достижения наилучших спортивных результатов.
Полученные результаты однократного влияния низкоинтенсивного лазерного воздействия позволяют использовать его как современное нетрадиционное средство повышения физиологических резервов и аэробной работоспособности спортсменов при разработке индивидуальных тренировочных программ. Теоретические и практические аспекты работы включены в курс лекций по физиологии, спортивной медицине, теории и методике фехтования, легкой атлетики, шорт-трека, лыжного спорта Смоленской государственной академии физической культуры, спорта и туризма, а также используются в образовательном процессе студентов Смоленской государственной медицинской академии и Смоленского государственного училища олимпийского резерва.
Основные положения, выносимые на защиту:
-
Основными критериями оценки функционального состояния организма являются показатели аэробной работоспособности, спектрального анализа вариабельности сердечного ритма и микроциркуляции крови, отражающие неоднозначные процессы адаптации кардиореспираторной системы к специфическим физическим нагрузкам у спортсменов разных специализаций.
-
Однократное использование низкоинтенсивного лазерного излучения обеспечивает более эффективное функционирование кардиореспираторной системы и процессов микроциркуляции крови, а также служит современным нетрадиционным средством, оказывающим положительное воздействие на организм спортсменов в условиях длительных тренировочных нагрузок.
-
Показатели ряда прямых и обратных, умеренных и сильных взаимосвязей между параметрами вегетативной регуляции, микроциркуляции и аэробной работоспособности спортсменов до и после низкоинтенсивного лазерного излучения, выявленные в результате корреляционного анализа, позволяют объективно судить о функциональном состоянии и физиологических резервах организма спортсменов.
Апробация
Основные положения диссертационного исследования опубликованы в 11 печатных работах, 3 из которых – в рецензируемых ВАКом журналах.
Теоретические положения и практические результаты работы докладывались на Международных и Всероссийских научно-практических конференциях и семинарах: «Лазерная терапия в медицине и спортивной практике» (Смоленск, 2009); «Физическая культура и спорт в современном обществе» (Смоленск, 2010); «Современные средства повышения физической работоспособности спортсменов» (Смоленск, 2011); «Научно-методические проблемы спортивного фехтования» (Смоленск, 2011); «Актуальные вопросы подготовки лыжников-гонщиков высокой квалификации» (Смоленск, 2011); «Молодые учёные 2011» (Москва, 2011).
Структура и объем диссертации
Функциональное состояние и физиологические резервы организма спортсменов
Проблема функциональных состояний человека в труде, физиологии, психофизиологии, психологии, педагогике, различных областях медицины занимает в настоящее время, как и многие десятилетия тому назад, центральное место [6]. Практические задачи военно-профессиональной, трудовой, спортивной и других видов деятельности, связанных с освоением космического пространства, глубин морей и океанов, управлением и контролем сложнейших технологических процессов, достижением рекордных спортивных результатов, т. е. все то, что относится к сферам человеческой деятельности в особых или экстремальных условиях, настоятельно требует поиска конструктивных решений проблем оценки, анализа и управления функциональными состояниями человека [56].
Так, функциональное состояние организма спортсмена оказывает непосредственное влияние на эффективность тренировочного и соревновательного процесса, в связи с этим его определение имеет несомненную важность для разработки программ тренировок и реабилитации спортсменов [104]. Несмотря на большой интерес к этой проблеме со стороны исследователей, она до сих пор остается недостаточно разработанной.
Состояние человека можно описать с помощью многообразных проявлений: изменений в функционировании физиологических систем (центральной нервной, сердечно-сосудистой, дыхательной, двигательной, эндокринной и т. д.), сдвигов в протекании психических процессов (ощущений, восприятий, памяти, мышления, воображения, внимания), субъективных переживаний.
В литературе имеется много дефиниций «функционального состояния» организма человека, но наиболее удачным и приемлемым, с нашей точки зрения, является определение, данное В. И. Медведевым [107; 108], Г. М. Зараковским [71], А.Б. Леоновой [96; 97], а также в Словаре физиологических терминов. По мнению авторов, «функциональное состояние - это комплекс характеристик функций и качеств, обусловливающих выполнение трудовой деятельности. Последний трактует функциональное состояние «как интегральный комплекс наличных характеристик тех качеств и свойств организма, которые прямо или косвенно определяют деятельность человека» [160].
Определение термина «функциональное состояние» позволяет достаточно отчетливо выделить некоторые общие классы состояний:
- состояния нормальной жизнедеятельности;
- патологические состояния;
- пограничные состояния.
Таким образом, функциональное состояние выступает в качестве важнейшего фактора, обусловливающего успешность и продуктивность деятельности человека в сфере спорта, труда, общения, и оказывает существенное влияние на эффективность и качество различных видов деятельности.
Объяснение адаптационно-функционального индекса как метода выявления функциональных резервов организма, по мнению О.М. Масленниковой с соавт. [104], позволяет объективно оценить состояние адаптации у спортсменов и быть полезным для разработки оптимального индивидуального плана тренировок, а также контроля показателей адаптационного резерва организма в ходе тренировочного и соревновательного процесса. Выявление у спортсмена пограничного типа адаптации с неудовлетворительным состоянием ее механизмов, а также патофизиологического типа с дисфункцией должно стать поводом к пересмотру характера и интенсивности тренировочного процесса, а также к более активному применению реабилитационных программ. Стремительный рост спортивных достижений, приближение рекордов к физиологическому пику человеческих возможностей, необходимость адаптироваться к предельным тренировочным и соревновательным нагрузкам ставят серьезную проблему резервов человеческих возможностей [118-120]. Принципиальные положения учения о физиологических резервах в нашей стране были разработаны еще в 30-х годах XX века академиком Л.А. Орбели, который неоднократно подчеркивал возможность организма человека приспосабливаться к необычным условиям внешней среды за счет его физиологических резервов. В дальнейшем идеи Л.А. Орбели «нашли плодотворное теоретическое и прикладное развитие, прежде всего, в физиологии труда [26; 66; 150], физиологии спорта» [93; 118].
В наиболее общем виде, считает М.П. Бресткин [26], физиологические резервы организма или резервные возможности можно определить как приобретенную в ходе эволюции способность его в целом и способность составляющих его органов и систем нести повышенную, по сравнению с обычной функцией, нагрузку. Иными словами, представление о физиологических резервах оказывается тесно связанным с представлением об адаптационных возможностях организма. Можно также сказать, что любая адаптация к интенсивной мышечной деятельности осуществляется через мобилизацию его физиологических резервов [65; 118-120]. Физиологические резервы обеспечиваются определенными «анатомо-физиологическими и функциональными особенностями строения и деятельности организма, а именно: наличием парных органов, обеспечивающих замещение нарушенных функций (анализаторы, железы внутренней секреции, почки и др.); значительным усилением деятельности сердца, увеличением общей интенсивности кровотока и легочной вентиляции, усилением деятельности других органов и систем; высокой резистентностью клеток и тканей организма к различным внешним воздействиям и внутренним изменениям условий их функционирования» [26; 162]. В качестве примера проявления физиологических резервов можно указать на то, что интенсивная физическая нагрузка, равно как эмоции и воздействие ряда факторов окружающей среды (повышение температуры, снижение содержания кислорода во вдыхаемом воздухе, увеличение содержания углекислоты и т.д.), ведут к увеличению минутного объема дыхания и минутного объема крови, увеличивают частоту сердечных сокращений и частоту и глубину дыхательных движений, скорость кровотока и ряд других функций, что может рассматриваться как мобилизация физиологических резервов в неблагоприятных условиях существования организма [119; 120]. Иными словами, функциональные резервы определяются тем, во сколько раз увеличиваются во время физической работы показатели, характеризующие состояние физиологических систем организма [161].
Существует другой научный подход к оценке резервных возможностей организма и другим образом - определять разницу между показателями физиологической системы в состоянии относительного покоя и предельно напряженной работы. В таком случае резервные возможности определяются по простой формуле: Fpc3=FMax-FI10K0„ [28].
Морфофункциональной основой физиологических резервов являются органы, системы организма и механизмы их регуляции, обеспечивающие переработку информации, поддержание гомеостаза и координацию двигательных и вегетативных актов.
Среди важнейших показателей структурных и физиологических резервов организма человека можно назвать следующие:
- в системе опорно-двигательного аппарата - физиологический поперечник мышц, содержание в саркоплазме АТФ и креатинфосфата, содержание в мышечных волокнах гликогена и миоглобина, количество и размеры митохондрий, количество функционирующих капилляров в мышцах, размеры нервно-мышечных синапсов, содержание в них ацетилхолина и т.д.;
- в кислородтранспортной системе - объем сердца и толщина миокарда, количество капилляров в миокарде, внутренний диаметр и эластичность стенок крупных кровеносных сосудов, объем легких и толщина стенок альвеол легких, объем циркулирующей крови, содержание гемоглобина, буферная емкость крови и т.д ;
- в системе энергетического обмена - общее количество гликогена в мышцах и печени, содержание в организме свободных жирных кислот и т.д;
- в системе терморегуляции - эффективность работы потовых желез, объемная скорость кровотока в подкожных кровеносных сосудах и т.д;
- в системе регуляции функций организма - нейрогуморальные механизмы, обеспечивающие эффективность перехода систем организма из состояния покоя к рабочему и наоборот, эффективность мобилизации энергетических ресурсов, перераспределение кровотока, сохранение гомеостаза и т.д;
- механизмы управления движениями, обеспечивающие эффективность и экономичность двигательных навыков [161].
Физическая работоспособность и методы ее потенцирования
В настоящее время в понятие «физическая работоспособность» (в английской терминологии - Physical Working Capacity - PWC) многие авторы включают очень разное по своему объему содержание [9; 9; 138].
В самом общем смысле под физической работоспособностью (ФР) понимается способность реагировать на определенную физическую работу [77; 78; 174].
В спортивной литературе, зачастую, ФР рассматривается как «потенциальная способность человека проявлять максимум физического усилия в статической, динамической и смешанной работе» [77; 124; 148; 201; 231].
По определению И.А. Шипилиной и И.В. Самохина [184], ФР - это способность человека выполнять заданную работу с наименьшими физиологическими затратами с наивысшими результатами.
Предложенные дефиниции работоспособности, по мнению ряда специалистов [8; 36; 79; 189; 207; 208], нередко носят односторонний характер и не всегда учитывают, при этом, функциональное состояние организма и эффективность труда.
С учетом изложенного, В.П. Загрядский и А.С. Егоров [64] предлагают определять ФР «как способность человека совершать конкретную деятельность в рамках заданных параметров времени и эффективности труда».
И.В. Аулик [9] термином физическая работоспособность «обозначает потенциальную способность человека проявлять максимум физического усилия в статической, динамической или смешанной работе».
Из значительного числа определений работоспособности, по мнению А.С. Солодкова [163], наиболее обоснованным и корректным является предложенное И.А. Саповым, B.C. Щеголевым и В.И. Кулешовым. Авторы предложили под ФР понимать способность человека «выполнять в заданных параметрах и конкретных условиях профессиональную деятельность, сопровождающуюся обратимыми, в сроки регламентированного отдыха, функциональными изменениями в организме».
По определению И.Н. Солопова и А.И. Шамардина [166] ФР является интегральным показателем функционального состояния и физической подготовленности организма и зависит от состояния многих систем организма, что согласуется с работами А.Г. Дембо [58]; В.Н. Гарус [46]; В.Н. Артамонова [7].
Результаты исследований О.Ю. Мурадовой [123] и Н.В. Давыдовой [55] показали, что ФР обусловлена «взаимосвязью резервов организма и качеством их управления со стороны центральных нейрогуморальных и автономных механизмов на всех уровнях: системном, органном, субклеточном и клеточном».
На уровень ФР оказывает влияние состояние возбудимости центральной нервной системы [54; 55; 177; 195]. Так, «эмоциональное возбуждение, обусловленное физической нагрузкой, вызывает сложный комплекс вегетативных и соматических сдвигов, обусловленных освобождением значительного количества эндорфинов, энкефалинов, адреналина, норадреналина и других биологически активных веществ, оказывающих влияние на работоспособность» [45; 111; 133; 134; 136].
Многие авторы [8; 9; 78; 79; 134; 172; 206; 227] считают, что «ФР, прежде всего, обусловлена функциональным состоянием кардиореспираторной системы, в связи с чем одним из главных параметров, определяющих уровень работоспособности, выделяют максимум аэробной мощности и, зачастую, ограничиваются его определением при массовых исследованиях» [38; 113; 198; 222].
Такой подход, по мнению Т.В. Богословой [23], оправдывается практическими аспектами, ибо в повседневной жизни интенсивность физической нагрузки невысока, определяется преимущественно аэробными механизмами энергообеспечения и, в основном, зависит от кислородтранспортной системы.
М.Ю.Ванюшиным [33] установлена тесная зависимость показателей функционального состояния кардиореспираторной системы с физической работоспособностью спортсменов разного возраста, занимающихся различными видами спорта при нагрузке повышающейся мощности.
Работоспособность разделяют на общую и специальную. Общая физическая работоспособность - это уровень развития всех систем организма (МІЖ, пищеварительной и выделительной систем), всех физических качеств. Чем быстрее спортсмен выходит на необходимый уровень подготовленности, тем легче ему удержать уровень работоспособности. «Специальная физическая работоспособность - это уровень развития физических качеств и тех функциональных систем, которые непосредственно влияют на результат в избранном виде спорта. Единицы измерения, нормы и факторы в каждом виде спорта индивидуальны» [184].
Вместе с тем, нет ни одного показателя, который был бы способен отражать ФР во всем диапазоне доступных человеку нагрузок. Это связано с тем, что в разных зонах мощности работают различные энергетические механизмы [141].
При этом В.П. Загрядский и А.С. Егоров [64] считают, что работоспособность следует оценивать по критериям профессиональной деятельности и состояния функций организма, другими словами, с помощью прямых и косвенных ее показателей.
Несомненное влияние на уровень ФР оказывает самочувствие человека, состояние его здоровья, сопротивляемость по отношению к повреждающим факторам [172]. Так, по данным А.И. Михайлова [113], «у детей и подростков, длительно проживающих в зонах повышенной радиации, наблюдается снижение функциональных возможностей организма».
В исследованиях Д.В. Медведева [ПО] было установлено, что ФР «закономерно повышается с увеличением возраста и повышением квалификации спортсменов. Данный фактор обеспечивается комплексным развитием всех компонентов функциональной подготовленности организма, существенным закономерным наращиванием функциональных резервов».
Оценка ФР - необходимое условие для объективной диагностики тренированности спортсмена. В работах В.Л. Карпмана [78; 79], И.А. Аулика [8; 9], К. Wasserman [237] предложены основные принципы и методы тестирования ФР спортсменов. Одним из таких методов является тест PWC170, который часто используется для непрямого (косвенного) определения общей ФР.
Однако, по мнению З.Б. Белоцерковского [19], тестирование, выполняемое не до отказа от работы, не может считаться оценивающим в полной мере уровень физической работоспособности квалифицированного спортсмена. Поскольку не исследуется работоспособность спортсмена при ЧСС более 170 уд/мин, с помощью теста PWC170 выявить лимитирующий фактор ФР невозможно, поэтому имеются существенные ограничения в области применения этого метода. Соответственно, сам по себе, данный показатель обладает низкой информативностью [173].
В тоже время, Д.В. Медведев [ПО] считает, что «оценка факторов, определяющих и лимитирующих работоспособность, дает качественную информацию, на основе которой возможно целенаправленно корректировать тренировочный процесс, наращивая функциональные возможности в слабых звеньях. Кроме того, данная информация имеет важное значение и при выборе средств и методов тренирующих воздействий, и при необходимости, для целенаправленной оптимизации функциональной подготовленности, например, посредством дополнительных эргогенических средств».
Помимо PWC170 также широко используемыми методами оценки физической работоспособности спортсменов являются тесты на основе измерения максимального потребления кислорода (МПК), как важнейшего критерия аэробных возможностей организма [9; 33; 78; 79; 134; 172; 198; 204; 212; 220; 222; 238]. К функциональным системам, обеспечивающим высокие величины МПК, относятся аппарат внешнего дыхания, сердечно-сосудистая система, системы кровообращения и тканевого дыхания [186].
Уровень аэробной работоспособности организма спортсменов
Важным маркером оценки функциональных особенностей организма спортсменов также являются отдельные показатели дыхательной системы, определяющие, как известно, специальную работоспособность.
Высокий уровень аэробной работоспособности дает возможность спортсменам выполнять больший объем физической работы без накопления кислородного долга, что позволяет работать в более высоком темпе [24; 39-42; 112; 183; 186; 189; 191; 198; 222]. Кроме того, высокие аэробные возможности организма ускоряют процессы восстановления, что имеет исключительно важное значение в ряде видов спорта, т.к. спортсменам приходится часто принимать старты через небольшой промежуток времени (предварительные соревнования, полуфиналы, финалы).
Поэтому в ходе дальнейшей работы нами были изучены и проанализированы абсолютные и относительные показатели максимального потребления кислорода (МІЖ), легочная вентиляция в момент достижения уровня МІЖ (ЛВ) - л/мин; вентиляционный эквивалент кислорода (ВЭК) - л; индекс обмена дыхательных газов (RQ); анаэробный порог, выраженный в процентном отношении от МІЖ (АП% мпк); анаэробный порог по данным ЧСС (АПчсс) - уд/мин; максимальная частота сердечных сокращений (ЧССмах) - уд/мин; минутный объем кровообращения (МОК) - л/мин; систолический объем крови (СОК) - мл; частота дыхательных движений (ЧД); процент потребления кислорода (П02%); глубина дыхания (ГД) - мл.
Критериями достижения максимального потребления кислорода являлись прекращение прироста показателей потребляемого кислорода, резкое увеличение значений легочной вентиляции и индекса обмена дыхательных газов.
Анализируя данные, представленные в таблице 3, следует, в первую очередь, охарактеризовать аэробные возможности наблюдаемых нами испытуемых. В среднем для групп из 20 спортсменов (I спортивный разряд, КМС) наибольшие значения абсолютных величин максимального потребления кислорода было достигнуто у испытуемых 3 группы (шорт-трек), что на 12,6 и 12,3% больше соответствующих параметров в 1 и 2 группах (фехтование и легкая атлетика), во всех случаях р 0,05. Аналогичная тенденция наблюдалась и у 4 спортсменов группы (лыжные гонки): больше на 10,3 и 10% в сравнении с данными 1 и 2 групп (р 0,05).
Что касается относительных величин МПК, рассчитанных на 1 кг массы тела, то здесь преобладание также сохранилось за шорттрековиками на 12,7% в сравнении с аналогичным параметром в группе фехтования (р 0,001) и на 10,1% по отношению к группе легкой атлетики (р 0,01). В 4 группе испытуемых (лыжные гонки) имели место достоверно большие значения МПКотн на 10,3 и 7,7% в сравнении со спортсменами 1 и 2 групп (во всех случаях р 0,01).
Важным также представляется анализ и других показателей аэробной работоспособности. Как известно, максимальное потребление кислорода является интегральным показателем и зависит от совместной деятельности системы внешнего дыхания, крови, сердечно-сосудистой системы (кислородтранспортная система) и утилизации кислорода, т.е. мышечного аппарата, потребляющего поступающий кислород.
Легочная вентиляция в момент достижения уровня МПК у наблюдаемых нами представителей 4 группы (лыжников-гонщиков) оказалась достоверно больше, чем у 1 и 2 групп (фехтование и легкая атлетика) на 15,2 и 14,4% соответственно (во всех случаях р 0,05), частота дыхания (ЧД) при этом была на 19,1% меньше, чем во 2 группе, а глубина дыхания (ГД) на 29,2 и 26,3% превосходила величину данного показателя в 1 и 2 группах (во всех случаях р 0,05). Следует отметить, что у представителей 3 группы (шорт-трек) изучаемые показатели мало отличались от полученных у спортсменов 4 группы (лыжные гонки), в то время как у испытуемых 2 группы (легкая атлетика) ЧД была на 14,4% больше (р 0,05) в сравнении с 1 группой (фехтование).
Такая картина, на наш взгляд, свидетельствует о более эффективной предельной работе системы внешнего дыхания у испытуемых 4 и 3 групп в момент достижения МІЖ, в отличие от 1 и 2 групп.
Важной характеристикой, отражающей эффективность легочной вентиляции для потребления кислорода, является вентиляционный эквивалент кислорода (ВЭК) - отношение объема легочной вентиляции к объему потребления кислорода (ЛВ/ПК). Это отношение показывает, какой объем воздуха должен быть провентилирован через легкие для потребления тканями одного литра кислорода. ВЭК у испытуемых 1, 2 и 4 групп находился практически на одном уровне и составил 32,72±1,72; 32,57±1,9 и 31,49±1,27 л соответственно, что согласуется с данными, характерными возрастной норме, и свойственно для людей, выполняющих тяжелую физической нагрузку [39-42; 183; 198; 204; 224]. Однако в 3 группе изучаемых нами спортсменов-шорттрековиков уровень данного показателя оказался наименьшим, по отношению к другим группам. Так, он был выше на 14% в сравнении с 1 и 2 группами и на 10% в сравнении с 4 группой (во всех случаях р 0,05), что может быть связано с экономизацией дыхательной системы, так как известно, что у тренированных лиц отмечается более экономное дыхание, приводящее при стандартной нагрузке к уменьшению вентиляционного эквивалента [157]. Отмеченные выше показатели свидетельствуют об эффективности работы системы внешнего дыхания испытуемых при достижении уровня МІЖ. Необходимо при этом подчеркнуть, что наибольшая мощность последней ступени работы (W„CH) в тесте была достигнута в 3 группе спортсменов на 27,3 и 24% по отношению к 1 и 2 группам соответственно (во всех случаях р 0,01) и на 8,2% по сравнению с 4 группой (р 0,05). В 4 группе (лыжные гонки) спортсмены также показали сравнительно высокие результаты. В данном случае мощность работы была достоверно больше уровня, выявленного в 1 и 2 группах на 17,7 и на 14,6% соответственно (во всех случаях р 0,01). Учитывая средние показатели роста испытуемых (177,23±4,12 см) и их веса (74,57±2,59 кг), можно заключить, что зафиксированные параметры (мощность работы, МІЖ, вентиляционные показатели, спортивная квалификация) соответствуют средним данным, приведенным в литературных источниках [44]. Данное обстоятельство косвенно подтверждает то, что нам удалось сформировать однородные группы испытуемых (небольшой разброс изучаемых показателей), характеризующихся относительно средним уровнем аэробных возможностей.
Другим важнейшим критерием, характеризующим аэробные возможности, является процент потребления кислорода (П02%), иными словами, какой объем кислорода потребляется тканями организма из легочной вентиляции, выраженный в процентах. Данный показатель аналогичен вентиляционному эквиваленту кислорода, однако, на наш взгляд, в большей степени характеризует эффективность утилизации тканями кислорода, а не эффективность легочной вентиляции.
Наибольшие значения этого показателя были обнаружены у испытуемых 1 группы на 12, 19 и 22% больше аналогичного показателя у спортсменов 2, 3 и 4 групп соответственно (во всех случаях р 0,05). Достаточно высокий уровень процента потребления тканями кислорода также наблюдался и у спортсменов 2 группы (на 7% больше по отношению к 3 группе и на 9% - к 4 группе; во всех случаях р 0,05). Полученные значения показателя у остальных групп участников эксперимента могут быть оценены как ниже среднего.
Индекс обмена дыхательных газов (RQ - Respiratory Quotient), определяемый как отношение объема выделяемого ССЬ к объему потребляемого 02, у всех тестируемых нами спортсменов в конце теста составил 1,30 - 1,34. Подобная величина RQ также может считаться достоверным критерием достижения уровня МПК.
Взаимосвязь изучаемых параметров функционального состояния спортсменов
В ходе дальнейшей работы большой интерес представляло выявление зависимости между параметрами изучаемых нами систем: вегетативной регуляции ритма сердца, аэробной работоспособности и микроциркуляции крови у спортсменов, так как, по нашему мнению, это позволит обнаружить скрытые особенности функционирования организма, в результате адаптации к специфическим условиям различных видов спорта. Эффективным методом для этого может служить корреляционный анализ.
Предварительный статистический анализ показал, что все изучаемые показатели для данной выборки испытуемых имеют нормальное распределение (коэффициент асимметрии ниже 0,4). Поэтому допустимым явилось определение линейной корреляционной взаимосвязи между изучаемыми показателями.
«По направлению корреляционная связь может быть положительной ("прямой") и отрицательной ("обратной"). При положительной прямолинейной корреляции более высоким значениям одного признака соответствуют более высокие значения другого, а более низким значениям одного признака - низкие значения другого. При отрицательной корреляции соотношения обратные. При положительной корреляции коэффициент корреляции имеет положительный знак, при отрицательной корреляции -отрицательный знак» [152].
«Сила связи оценивалась: при г 0 связь прямая, при г 0 - обратная, при г 0,3 - слабая, при 0.3 г 0,7 - умеренная, при г 0,7 - сильная (где г-коэффициент корреляции). При г = 0 связь отсутствует. При анализе полученных результатов обращалось внимание на имеющиеся умеренные и сильные взаимосвязи с уровнем безошибочного прогноза 95% (р 0,05)».
Проведенный корреляционный анализ выявил следующие взаимоотношения между изучаемыми параметрами. В группе спортсменов, специализирующихся на фехтовании (рис. 7) четко проявляется корреляционная плеяда, объединяющая вместе все показатели, характеризующие особенности вегетативной регуляции сердечнососудистой системы.
Так, обнаружены прямые сильные взаимосвязи между мощностями волн спектра в диапазонах высоких (HF) и низких (LF) частот (rs=0,75; р 0,05), высоких (HF) и очень низких (VLF) частот (rs=0,78; р 0,05), а также низких (LF) и очень низких (VLF) частот флуктуации ритма сердца (rs=0,73; р 0,05). Еще одна корреляционная плеяда, свойственная спортсменам 1 группы (фехтование), также связана с показателями спектрального анализа ВСР. В ее состав входит полный спектр частот колебаний продолжительности сердечного цикла (ТР), являющийся интегральным. Внутренняя структура данного фактора представлена полученными прямыми сильными взаимоотношениями ТР и HF (rs=0,79; р 0,05), ТР и LF (rs=0,93; р 0,05), ТР и VLF (rs=0,88; р 0,05).
В ходе исследования были выявлены обратные умеренные корреляционные зависимости между легочной вентиляцией (ЛВ) и мощностью волнового спектра в диапазоне низких частот (LF), отражающей активность симпатических влияний на ритм сердца (rs=-0,65; р 0,05), а также между общим количеством регуляторных влияний на сердце (ТР) - (rs=-0,60; р 0,05).
Обращают на себя внимание обнаруженные умеренные зависимости между уровнем минутного объема крови (МОК) и индексом вагосимпатического взаимодействия (LF/HF) (rs=0,61; р 0,05), а также между значениями мощности волн спектра в диапазонах низких (LF) и высоких (FIF) частот, представленных в нормализованных единицах: LFnu (rs=0,61; р 0,05) HHFnu(rs=-0,61;p 0,05).
В отношении параметров микроциркуляции крови никаких взаимосвязей в данной группе обнаружено не было.
Помимо этого, выделяется корреляционная плеяда, объединяющая вместе показатели аэробной работоспособности спортсменов-фехтовальщиков, а именно: прямые сильные связи между мощностью последней ступени нагрузки (Wnc„) и значениями МІЖ (rs=0,76; р 0,05), АПЧсс (rs=0,78; р 0,05), а также прямая умеренная корреляционная связь с уровнем АПо/оМПК (iy=0,57; р 0,05); показатель легочной вентиляции (ЛВ) образует сильную связь между ВЭК (rs=0,90; р 0,05), умеренную положительную корреляцию между уровнем СОК (rs=0,69; р 0,05) и сильную отрицательную с ЧД (rs=-0,84; р 0,05); уровень максимального потребления кислорода (МПК) формирует прямые сильные взаимосвязи с индексом обмена дыхательных газов (RQ) (rs=0,70; р 0,05), максимальной частотой сердечных сокращений ЧСС„ах (rs=0,83; р 0,05), уровнем анаэробного порога по данным ЧСС (rs=0,71; р 0,05) и умеренные прямые корреляции со значениями минутного объема кровообращения (МОК) и МПКотн (rs= 0,60; 0,62; р 0,05). В свою очередь, МПКотн имеет прямую сильную связь с максимальной частотой сердечных сокращений (ЧССмах) (rs=0,77; р 0,05); анаэробный порог, выраженный в процентном отношении от уровня МІЖ образовал прямые умеренные и сильные связи с анаэробным порогом по данным ЧСС (rs=0,63; р 0,05); максимальная частота сердечных сокращений (ЧССмах) тесно коррелирует с минутным объемом кровообращения (МОК) (rs=0,70; р 0,05) и анаэробным порогом по данным ЧСС (rs=0,89; р 0,05); анаэробный порог по данным ЧСС имеет прямую сильную связь с минутным объемом кровообращения (МОК) (rs=0,82; р 0,05) и процентом потребления тканями кислорода (П02%) (rs=0,82; р 0,05); систолический объем крови (СОК) образует обратную сильную корреляцию с глубиной дыхания (ГД) (rs=-0,78; р 0,05).
У спортсменов 2 группы явно проявляются корреляционные плеяды, объединяющие вместе параметры ВСР и показатели внешнего дыхания (рис. 8).
Обращает на себя внимание корреляционная плеяда, состоящая из прямых и обратных сильных взаимосвязей между спектральными параметрами ВСР (HF и LF (rs=-0,79; р 0,05); HF и HFnu (rs=0,73; р 0,05); HF и LFnu (rs=-0,73; р 0,05); HF и LF/HF (rs=-0,73; р 0,05); LF и VLF (rs=0,83; р 0,05)). Индикаторным показателем данного фактора может быть избран полный спектр частот колебаний продолжительности сердечного цикла (ТР), который является интегральным и количественно отражает величину регуляторных влияний на сердце. Так, обнаружены связи между мощностями волн общего спектра (ТР) и в диапазонах высоких (HF) - (гу=0,91; р 0,05), низких (LF) (rs=0,93; р 0,05) и очень низких частот (VLF) (rs=0,69; р 0,05).
Помимо этого, результаты корреляционного анализа позволили обнаружить взаимосвязи, объединяющие изучаемые показатели ВСР и аэробной производительности у спортсменов 2 группы (легкая атлетика). В подтверждение данного факта выделяются прямые и обратные сильные корреляционные зависимости между систолическим объемом крови (СОК) и мощностями спектра в диапазонах низких и высоких волн, выраженных в нормализованных единицах - LFnu (rs=0,75; р 0,05) и HFnu (rs=-0,75; р 0,05), а также между индексом вагосимпатического взаимодействия - LF/HF (rs=0,75; р 0,05).
Также следует обратить внимание на достаточно тесную связь между уровнем оксигенации (сатурации) крови в микроциркуляторном русле (SaC ) и центральным энерго-метаболическим звеном регуляции, выраженным мощностью волнового спектра в диапазоне очень низких частот (VLF) (rs=0,66; р 0,05).
В тоже время, выделяется корреляционная плеяда, объединяющая параметры аэробной работоспособности. Так, мощность последней ступени нагрузки имеет значимые корреляционные связи как с показателями системы внешнего дыхания (с максимальным потреблением кислорода (МІЖ) rs=0,70; вентиляционным эквивалентом кислорода (ВЭК) rs=-0,63; процентом потребления кислорода (П02%) гу=0,73, при р 0,05 во всех случаях), так и с показателями сердечно-сосудистой системы (с минутным объемом кровообращения (МОК) rs=0,70 и систолическим объемом крови (СОК) при р 0,05). Кроме того, выявлены достоверные корреляционные связи максимального потребления кислорода (МПК) с минутным объемом кровообращения (rs=0,69; р 0,05) и относительными значениями МПК (rs=0,65; р 0,05); легочной вентиляции (ЛВ) с вентиляционным эквивалентом кислорода (iy=0,74; р 0,05) и величинами анаэробного порога, выраженными в процентном отношении от МПК (rs=0,68; р 0,05) и по данным ЧСС (rs=-0,60; р 0,05), а также с частотой дыхания (rs=0,61; р 0,05). Также частота дыхания в тесте формирует у спортсменов 2 группы (легкая атлетика) сильные связи с вентиляционным эквивалентом кислорода (rs=0,80; р 0,05) и процентом потребления тканями кислорода (rs=-0,70; р 0,05). Значения порога анаэробного обмена, выраженные в процентном отношении от МПК, оказались тесно связаны с относительным уровнем МПК (rs=0,76; р 0,05) и МОК (rs=-0,61; р 0,05). Отрицательная сильная связь наблюдалась и между ВЭК и П02% (rs=-0,92; р 0,05), а прямая сильная - между МОК и СОК (rs=0,75; р 0,05).
