Содержание к диссертации
Введение
Глава I. Особенности роста и разбития организма девочек пубертатного возраста (обзор литературы)
1.1. Физическое развитие, деятельность эндокринных желез, двигательная активность девочек-подростков. 7
1.2. Особенности функционирования систем дыхания и кровообращения у девочек пубертатного возраста в условиях предельной напряженной работы 23
Глава II. Цели, задачи, методы и организация исследований
II.1. Задачи исследований 34
II.2. Методы исследований 34
II.З. Организация исследований 41
II.4. Показатели физического развития и состояния кардиореспираторной системы в условиях покоя .. 42
Глава III. Возрастные особенности функционирования механизмов энергопродукции в работе ступенчато-возрастащей мощности
III.1. Возрастная динамика показателей кислород-транспортной системы при работе ступенчато-воз растающей мощности 47
III.2. Динамика аэробных показателей в период восстановления после работы в условиях максимальногопотребления кислорода 55
III.3. Возрастная динамика максимального уровня развития аэробного и анаэробного механизмов энергообеспечения 59
Глава ІV. Возрастные особенности функционирования кислород-транспортной системы в равномерной првдельной работе различной интенсивности
ІV.1. .Динамика аэробных показателей 65
ІV.2. Соотношение аэробной и анаэробной энергопродукции в равномерной предельной работе различной интенсивности у школьниц 81
ІV.3. Возрастная динамика энерготрат и расход питательных веществ в равномерной предельной работе различной мощности 86
ІV.4. Возрастные особенности обмена жиров и углеводов при выполнении физических нагрузок девочками 10-16 лет 92
ІV.5. Взаимоотношение между мощностью работы и уровнем функционирования энергетических систем у девочек школьного возраста 98
ІV.6. Пульсовой и кислородный резервы и процент их использования при работе различной мощности 106
Глава V. Влияние пубертатного возраста на вегетативные функции организма девочек
V.І. Особенности функционирования механизмов энергопродукпии в работе ступенчато-возрастающей мощности у девочек разных стадий половой зрелости 111
V.2. Реакция энергетических систем девочек разной степени полового созревания на нагрузки различной относительной аэробной мощности 122
Заключение и выводы 139
Выводы 153
Литература 157
- Особенности функционирования систем дыхания и кровообращения у девочек пубертатного возраста в условиях предельной напряженной работы
- Показатели физического развития и состояния кардиореспираторной системы в условиях покоя
- Динамика аэробных показателей в период восстановления после работы в условиях максимальногопотребления кислорода
- Соотношение аэробной и анаэробной энергопродукции в равномерной предельной работе различной интенсивности у школьниц
Особенности функционирования систем дыхания и кровообращения у девочек пубертатного возраста в условиях предельной напряженной работы
В процессе роста и развития организма школьников изменяются морфо-функщональные свойства сердечно-сосудистой системы, соотношения размеров сердца, сосудов и всего тела. Совершенствуются механизмы регуляции кровообращения с усилением хо-линэргических влияний на сердечно-сосудистую систему и сохранением влияния симпатического отдела нервной системы (Калюжная, 1973). Возрастание тонуса центров блуждающих нервов с возрастом проявляется в виде урежения частоты сердечных сокращений (ЧСС).
Ряд авторов отмечают три возрастных срока, отличающихся изменением регуляторних влияний на сердечный ритм: в 7-летнем возрасте отмечается относительное преобладание холинэргических влияний, в 10 лет - четкое преобладание адренэргических влияний на ритм сердца с соответствующей перестройкой метаболизма миокарда и увеличением его сократительной способности, в 14 лет -значительное ослабление адренэргических влияний и повышение тонуса парасимпатической нервной системы (Панов с соавт., 1975; Панова с соавт., 1975, 1977).
При переходе от второго детства к подростковому возрасту наряду с морфологическими и функциональными перестройками происходят существенные изменения в регуляции систем кровообращения и дыхания, связанные с половым созреванием. В этот период заметно увеличивается объем и масса сердца (Рабкин, 1968; Калюжная, Ярикова и др., 1971) на фоне отставания увеличения емкости сосудистой системы, что приводит к повышению сосудистого тонуса (Калюжная, 1961; Абросимова, 1968 и др.).
Упомянутый факт является также следствием влияния изменений функции эндокринных желез, обусловленных .особенностями процессов в пубертатном возрасте, и различных неблагоприятных факторов (гиподинамия, чрезмерные физические нагрузки, переутомление, хронические инфекции и др.).
Рефлекторная регуляция вегетативных систем в это время не является достаточно устойчивой (Гельфанд, 1944; Сарана и др., 1977), особенно при выполнении мышечной деятельности (Колчин-ская, 1973).
К.Г.Силантьева с соавторами (1974) находит более оптимальный вариант регуляции сердечной деятельности у 13-летних подростков по сравнению с 12 и 14-летними. Однако В.М.Король (1967) нашла, что время сохранения относительно стабильного уровня дыхания и кровообращения у подростков в 13-14 лет при напряженной мышечной деятельности меньше, чем у детей 12 и юношей 17 лет.
А.З.Колчинская (1973) на основании своих исследований считает, что в начале периода полового созревания снижается эффективность и экономичность кислородных режимов организма и качество их регулирования. Ранее В.А.Сарана с соавторами (I960) отмечал этот же факт в своих исследованиях, объясняя его активной нейрогуморальной перестройкой организма в пубертатный период.
И.И.Бахрах (1966) сообщает о связи реакции функций кровообращения и внешнего дыхания на мышечную нагрузку у подростков в пубертатном периоде не только с паспортным возрастом, но и с индивидуальными темпами полового созревания.
Исследуя подростков в пубертатном периоде, А.З.Колчинская (1977) обнаружила, что средние и завершающие стадии (Ш-У) полового созревания характеризуются заметным возрастанием мощности функционирования дыхательной системы, увеличением скорости доставки и утилизации кислорода тканями. У подростков в этих же стадиях полового созревания автор находит повышение эффективности и экономичности кислородных режимов организма.
Б динамике показателя относительного МПК (МПК/кг) у девочек в пубертатном возрасте выявлена тенденция, выражающаяся в постепенном снижении показателя к концу периода полового созревания. Различия касаются лишь возраста начала снижения и уровня, отмеченного в соответствующем возрасте. Так, ряд авторов отмечает, что относительное МПК у девочек понижается с 8-9 до 15 лет Я.П.Пярнат (1977) считает, что относительное МІЖ, достигая максимальных значений у девочек в возрасте 10-11 лет, в дальнейшем снижается.
Тенденция снижения относительных величин потребления кислорода, отмечаемая в пубертатном периоде, может быть объяснена ускорением темпов роста, изменением соотношения между тканями, характеризующимися высокой активностью окислительных процессов (мышечная ткань), и тканями, потребляющими меньшее количество кислорода (жировая ткань), уменьшением относительной (к общей массе тела) массы мозга, сердца, печени (Тур, 1954).
Относительное МТЖ зависит не только от массы тела и ее жирового компонента, но и от уровня абсолютной величины МПК. Степень увеличения с возрастом абсолютного МПК в пубертатном периоде меньше темпов прироста размерных показателей тела. Наблюдаемое несоответствие и объясняет снижение с возрастом относительных величин MDK (Гуминский, 1973; Хоружев, 1978).
Анализ литературных источников выявил связь величин абсолютного и относительного МІЖ с уровнем двигательной активности. По данным Е.А.Воронина с соавторами (1980), максимальное потребление кислорода, отнесенное к массе тела (МПК/кг), у школьниц 12-13 лет с относительно низкой двигательной активностью составило в среднем 36-34 мл/кг. Такую же цифру (37 мл/кг) для девочек сходного возраста приводят в своих исследованиях М.ЗАси и Ж й аи а, (1972).
Развитие систем энергообеспечения мышечной деятельности у детей и подростков проходит ряд этапов, отличающихся разным соотношением участия аэробных и анаэробных механизмов. В процессе возрастного развития организма наблюдается гетерохрон-ность в становлении этих механизмов (Гуминский с соавт., 1980). В младшем школьном возрасте, по мнению автора, наблюдается недостаточное развитие анаэробного механизма энергопродукции. Этим и объясняется его незначительное использование в общей энергопродукции при мышечной работе. По мере роста организма анаэробные ресурсы увеличиваются, и это ведет к повышению энергетических возможностей организма подростков. Подобные же мнения высказывает И.А.Корниенко (1979, 1980), обнаруживая увеличение анаэробной энергопродукции с возрастом при выполнении работы максимальной мощности.
Показатели физического развития и состояния кардиореспираторной системы в условиях покоя
В исследованиях участвовали девочки школы J 146 г.Москвы в возрасте 10-16 лет по 10-11 человек в каждой возрастной группе. В группы 10, II и 12-летних были включены школьницы г.Кирова, в группу 10-летних 5 девочек, в группы II и 12-летних по 2 девочки. Такое включение, как видно из таблицы 2, оказалось возможным,так как между девочками г.Москвы и г.Кирова не было достоверных отличий по показателям длины и массы тела, жизненной емкости легких, а также не было достоверных отличий и в показателях кардио-респираторной системы в условиях покоя.
Кроме того, тестированию были подвернуты и студентки Кировского пединститута (17 лет). Перед началом эксперимента у всех испытуемых определяли основные показатели физического развития. К исследованиям допускались практически здоровые девочки, занимавшиеся в основной группе по физкультуре. Эксперимент начинался с определения аэробных и анаэробных возможностей девочек. Исследования проводились всегда в первой половине дня. Затем каждая испытуемая выполняла предельную работу на велоэргометре мощностью 40, 60 и 80% от максимальной. Интервалы между тестами составляли 3-4 дня.
Всего в исследованиях участвовало 83 девочки и девушки, у которых было осуществлено четырехкратное определение работоспособности в различных режимах работы. В этих опытах проанализировано свыше 9 тысяч мешков Дугласа и обработано более 250 тысяч параметров, характеризующих морфо-функциональное состояние организма детей школьного возраста.
Как видно из таблицы, ежегодный прирост в показателях физического развития неодинаков. С 10 до 12 и с 13 до 14 лет наблюдались периоды медленного, недостоверного нарастания всех по-казателей, за исключением жизненной емкости легких. С 12 до 13 лет отмечено достоверное увеличение всех показателей физического развития. Выраженный скачок на фоне равномерного нарастания длины и массы тела в предыдущие годы зарегистрирован нами с 14 до 15 лет. С 16 до 17 лет в этих параметрах наступила некоторая стабилизация. Погодовые изменения в длине тела составили с 10 до II лет - 4,0 см, с II до 12 лет - 3,0 см, с 12 до 13 лет - 4,6 см, с 13 до 14 лет - 2,0 см, с 14 до 15 лет - 4,4 см. В последующие возрастные периоды рост тела в длину замедлился, динамика прироста массы тела у обследованных школьниц сходна с аналогичными изменениями длины тела.
Жизненная емкость легких достоверно повышалась до 17-летнего возраста (только в периоды с 10 до II, с 14 до 15 лет она не изменялась).
Сравнение данных длины и массы тела, полученных в наших исследованиях, с результатами наблюдений других авторов, указанных выше, дает основание говорить о том, что все эти испытуемые имели сходные показатели физического развития. Например, если сравнить данные физического развития девочек, полученные в 1971 году и наших дней (в 1981 году), то в данных этих лет достоверных различий нет. Так, 10-летние девочки в 1971 году весили 33,3 кг, а в 1981 году - 36,5 кг, рост у них соответственно равнялся 140,2 и 140,0 см; 11-летние девочки в 1971 году весили 37,9 кг, в 1981 - 37,0 кг; рост их соответственно был 145,3 и 145,0 см. В остальных обследованных возрастах сохранялись примерно такие же соотношения.
Таким образом, наши испытуемые соответствовали всем современным данным возрастного развития организма и никаких отклонений в их физическом развитии не было обнаружено. То же самое сказать и о показателях кардиореспираторной системы, зарегистрированных в условиях покоя (таблица 4).
Как видно из данных таблицы, минутный объем дыхания (МОД) с 10 до 12 лет существенно не изменился. В период с 12 до 13 лет он увеличился на 1,1 л/мин, а с 13 до 14 лет на такую же величину достоверно уменьшился. К 15 годам, достигнув 7 л/мин, дальше он находился на одном уровне до 17 лет. Дыхательный коэффициент, как об этом говорят данные таблицы, не претерпел с возрастом достоверных изменений. В то же время частота сердечных сокращений с возрастом уменьшилась. Также нами отмечено достоверное увеличение абсолютных величин потребления кислорода в покое, которое у 13-летних девочек стало на 72 мл/мин больше, чем у 10-летних, однако, если рассчитать потребление кислорода на I кг массы тела, то с возрастом оно с 10 до 13 лет незначительно, но достоверно возрастало с 5,4 до 6,5 мл/кг (р 0,05), а с 13 до 17 лет снизилось с 6,5 мл/кг до 4,1 мл/кг. С 10 до 16 лет изменился и кислородный пульс, увеличиваясь с 2,2 в 10 лет до 3,0 мл/уд в 16 лет. Самая большая достоверная прибавка его зарегистрирована с 12 до 13 лет.
Динамика аэробных показателей в период восстановления после работы в условиях максимальногопотребления кислорода
Если же рассматривать каждый из изучаемых нами параметров в отдельности, то можно обнаружить некоторые различия в их восстановлении. Так, в частоте сердечных сокращений обнаружена самая высокая скорость восстановления на первой минуте. На последующих минутах скорость восстановления постепенно снижалась. Существенные возрастные различия в восстановлении ЧСС можно отметить уже на первой минуте восстановления, на последующих минутах они со-сохранялись и значительно усиливались с 20 по 30 минуты восстановительного периода.
Минутный объем дыхания показал наибольшую возрастную вариативность в начале восстановительного периода, которая затем после пятой минуты отдыха была сведена почти до минимума. Как и для ЧСС у МОД наибольшая скорость восстановления отмечалась в первую минуту.
Потребление кислорода изменялось в период отдыха аналогично МОД, то есть максимальная возрастная вариативность получена только в начале восстановления.
Как показали наши расчеты, более объективно скорость восстановления соответствующего показателя в каждом возрасте характеризует рассчитанный нами процент восстановления. Как видно из кривых рис.5, частота сердечных сокращений на первой послерабочей минуте восстановилась на 35-45%, а к пятой минуте это восстановление достигло 70-87%. На том же рисунке хорошо видна задержка в восстановлении ЧСС у 13-летних девочек, что могло быть обусловлено пубертатными процессами, а у 15-летних такую задержку мы связываем с накомплением у них наибольшего кислородного долга.
Восстановление МОД к концу первой минуты составило 36-57$. Самый высокий процент восстановления 57,4 был отмечен у 17-летних девушек, а самые низкие величины (36-45%) получены в младших возрастах. К пятой минуте МОД на 89-94% вернулся к исходному уровню, а к 20-й минуте зафиксировано его полное восстановление (100%).
Динамика процента восстановления потребления кислорода оказалась сходной с динамикой МОД. Быстрее всех (на 59,7%) Ш восстановилось в группе 17-летних девушек. К пятой минуте отдыха этот показатель почти вернулся к уровню покоя (93,5-96,7%).
Таким образом, восстановление вегетативных функций после интенсивных мышечных нагрузок у девочек младшего возраста протекало заметно более медленно, чем у старшеклассниц и наиболее растянутым оказался период восстановления частоты сердечных сокращений.
Из данных таблицы 8 следует, что абсолютная максимальная мощность работы в кгм/мин от одного календарного возраста к другому достоверно увеличивалась. У 10-летних девочек она равнялась 400 кгм в минуту, а в 16 лет - 650 кгм. Особенно большой прирост (445 кгм в минуту) произошел у 17-летних девушек (р 0,01). В то же время относительные величины этого показателя во всех возрастах оставались одинаковыми - в среднем около II кгм/кг и только у студенток они достигли 19,2 кгм/кг.
Динамика абсолютного максимального потребления кислорода и факторов его определяющих (МОД, ЧСС, 02-пульс) представлена в табл.9 и на рис.6. Обращает на себя внимание сходство возрастных изменений 0о-пульса и максимального потребления кислорода с возрастом ( =0,986). Увеличиваются с возрастом и максимальные возможности дыхательного аппарата, которые оцениваются минутным объемом дыхания. МОД так же как и О -пульс в высокой степени определяет величину МПК (t=0,88). Вместе с тем, частота сердечных сокращений в условиях МІЖ не выявила четкой зависимости от возраста. В исследуемогл возрастном интервале 10-17 лет величина максимальной ЧСС не коррелировала с МПК.
Высокая корреляционная связь получена нами при рассмотрении относительных аэробных величин МЖ/кг, 02 пульс/кг, МОД/кг ( =0,927; =0,752). Относительное МПК в наших исследованиях не оказалось стабильным показателем, достигая наибольших величин в 13-14 лет (45,0 мл/кг). В 15-летнем возрасте оно резко снизилось, оказываясь ниже, чем у 10-12-летних школьниц, а в 16 лет вновь поднялось до уровня ІЗ-14-летних девочек. Таким образом, в динамике относительного МПК можно отметить периоды двух "скачков" (совпадающих с приростом абсолютного МПК) в 13 и 16 лет.
Расчет коэффициента корреляции МПК с факторами его определяющими в исследуемой возрастной группе 10-16 лет показал, что величина абсолютного МПК тесно связана с размерными признаками тела: с длиной тела - 1 =0,711; с массой тела - X =0,824; с величиной жизненной емкости легких - і =0,839; со степенью полового созревания - 1 =0,794.
В таблице 9 и на рис.7 даны абсолютные и относительные показатели, характеризующие анаэробную производительность девочек 10-17 лет. Данные таблицы показывают, что для максимального кислородного долга характерна тенденция волнообразного его нарастания с 10 до 17 лет с двумя пиками в 12 и 15 лет. Именно в этом возрасте у девочек было отмечено снижение относительного МПК на I кг веса тела - небольшое у 12-летних по сравнению с 10-летними и значительное у 15-летних по сравнению с 14-летними.
Соотношение аэробной и анаэробной энергопродукции в равномерной предельной работе различной интенсивности у школьниц
Так, в группе 11-летних школьниц на самой низкой мощности (40$) общее количество использованных углеводов составило-2,68 г. Во время работы по мощности, равной 60$, утилизация углеводов недостоверно снизилась до 1,71 г.( t = 1,49; р = 0,05) и при нагрузке от МІЖ их расход упал до 1,49 г. Если изменения в этих процессах при переходе от одной мощности к другой были недостоверными, то крайние нагрузки (40 и 80$) вызвали достоверные изменения. При оценке этих сдвигов критерий t -Стьюдента был равен 2,33 при граничном значении р40,05. Такой же характер изменений был отмечен нами и при анализе данных, полученных в других возрастных группах. Например, у 17-летних девушек абсолютный расход углеводов соответственно был равен 6,58; 2,42; 1,38 г.
Для суждения о том, как влияет на рабочий обмен утлеводов возраст, мы рассчитали относительные величины, то есть расход углеводов на один килограмм массы тела (табл.19) и получили доказательство, что с возрастом эти показатели достоверно не менялись. При выполнении 40$ работы 11-летние девочки израсходовали на один килограмм массы тела 0,44 г углеводов, а 17-летние девушки - 0,56 г. Относительный расход этого вещества хотя и увеличился на 27$, но это изменение оказалось недостоверным (t=I,39; р?0,05). При работе мощностью 60$ от МІЖ различия между указанными возрастами составили уже 34$ (0,11 г/кг), однако и это оказалось недостоверным (і =1,96). Другая закономерность была получена для относительной скорости расхода углеводов. С возрастом, как правило, этот процесс не менялся, а его изменения наблюдались при выполнении различной мощности работы. Об этом свидетельствуют показатели критерия достоверности. Относительная скорость использования углеводов (г/мин/кг) в возрасте II лет при 40$ нагрузке равнялась 0,023 г/мин/кг, а при выполнении работы мощностью 80$ от МІЖ была зарегистрирована величина, равная 0,035 г/мин/кг. Различия составили 0,012 г/мин/кг (52$), что согласно критерию і -Стьюдента оказалось достоверным {t =3,33). Более интенсивные изменения с повышением мощности были получены нами и в возрасте ІЗ, 15 и 17 лет. Так, у 13-летних девочек показатель относительной скорости расхода углеводов при нагрузке 40% от МЖ был равен 0,017 г/мин/кг, а мощность 80% от МЖ повысила скорость этого процесса до 0,031 г/мин/кг, что привело к его изменению на 82% (і =7,77; р 0,01). В 15 лет процент различий составил 87% (t =9,33; р40,001), а в 17 лет - 93% ( =8,8; р 0,001).
Что же касается жира, то динамика его изменений как с возрастом, так и при работе разной интенсивности, была менее заметной. Таблица 20 отражает те сдвиги в использовании этого энергетического источника, которые были получены нами при тестировании девочек тех же возрастов, что и при исследовании обмена углеводов.
Самые небольшие количества этого энергетического источника утилизировались организмом девочек при выполнении кратковременной, повышенной интенсивности работы (80%). Со снижением мощности нагрузки и удлинением ее во времени повышалось количество использованного жира, достигая при работе 40% от МЖ своих наибольших значений, и такая закономерность прослеживалась во всех возрастах. Так, в 11-летнем возрасте относительное расходование жира в 80% работе равнялось 0,040+0,01 г/кг. При нагрузке, равной 60%, оно повысилось (правда, недостоверно) до 0,046+0,008 г/кг, а при 40% мощности - до 0,074+0,012 г/кг, что оказалось достоверным (р 0,05). В 15 лет нами зарегистрированы следующие цифры: 0,019+0,003 (80%), 0,057+0,005 (60%) и 0,089+0,015 г/кг (40%). Переход от самой большой в наших исследованиях мощности к средней повысил на 200% (р 0,001) расход жира на килограмм массы тела, а при выполнении 40% работы этот расход возрос еще на 56% (р 0,05). С возрастом относительный расход жира не менялся. Если, например, в II лет он был равен 0,074 г/кг, то в 17 лет достиг уровня 0,12 г/кг, однако это увеличение оказалось недостоверным ( =1,09; р 0,05).
Таким образом, данные этих серий исследований дают возможность утверждать, что с возрастом относительная энергопродукция как в минуту, так и на один килограмм массы тела постепенно повышается и, если от года к году еще эти изменения недостоверны, то между отдаленными возрастали: они становятся статистически значимыми. При этом энерготраты, приходящиеся на единицу времени (в одну минуту), с переходом от низкой к более высокой мощности работы увеличивались, а рассчитанные на килограмм массы тела,уменьшались. Также оказалось, что со снижением интенсивности нагрузки энергетический эквивалент одного КЕМ работы повышался. Анализ расчетов расходования энергетических веществ показал, что в основном организм девочек использует углеводные ресурсы и только при длительной работе (40% от МІЖ) подключает процессы окисления жира, относительно расходуя его в больших величинах, чем при более интенсивной, но кратковременной работе.
Из кривых рисунков 15 и 16 отчетливо видно, что у девочек сдвиги в показателях вегетативных систем не соответствовали изменениям мощности работы. И это несоответствие в названных параметрах аэробных систем характеризовалось тремя особенностями.
Прежде всего неодинаковость касалась различных мощностей работы. Наибольшие расхождения были зафиксированы при работе,по мощности равной 40% от МІЖ. Например, минутный объем дыхания (рис.І5А) в процентном отношении от МІЖ во всех возрастах оказался при работе 40% от МЕЖ немного выше черты, определяющей мощность работы. При 60% мощности кривые, отражающие функции внешнего дыхания в устойчивом состоянии, расположились более компактно и приблизились к черте мощности. А в условиях работы, равной 80% от МІЖ, данные МОД уже расположились по обе стороны черты. Такой же характер изменений отмечен нами и в отношении потребления кислорода (рис.156) и 02-пульса (рис.16а).
Второй особенностью этих взаимоотношений явились возрастные различия. Это значит, что чем моложе возраст девочек, тем больше были расхождения медду мощностью работы и проявлением функций аэробной системы и, главным образом, внешнего дыхания.
Третьей особенностью следует назвать отличительную реакцию на различную мощность работы частоты сердечных сокращений. Как видно из рис.166, расхождения между показателями пульса и мощности работы значительны. Даже при самой низкой нагрузке (40% от МЖ) пульс в среднем находился на уровне 80% от максимального, а на остальных нагрузках (60, 80%) он достигал даже 90-95%, Такая неадекватность частоты сердечных сокращений выполняемой мощности работы в большей степени также была выражена в младшем возрасте. Особенно это положение хорошо иллюстрируется графиками рисунка 17, которые отражают уровень пульса на разных мощностях работы 40, 60 и 80% от МІЖ у 10-11 и 14-15-летних школьниц.
Как видно из рисунка, в 10-летнем возрасте пульс на каждой мощности работы был гораздо чаще, чем у 11-летних. Еще больше он снизился в 14 и 15 лет.
