Содержание к диссертации
Введение
Глава I. Обзор специальной литературы 11
Глава II. Объект, методы и организация исследования 38
П. 1. Объект исследования 38
II.2. Методы исследования 39
П.З. Организация исследования 43
ГЛАВА III. Результаты исследования и их обсуждение 47
III. 1. Онтогенетические изменения роста и веса испытуемых 47
111.2. Динамика объема потребления кислорода 50
111.3. Онтогенетические изменения мощности активного энергетического метаболизма 63
Ш.4. Анализ экспериментальных гидродинамических показателей необходимых для расчета тотальной внешней механической мощности 68
III.4.1. Динамика гидродинамических показателей испытуемых на предельной скорости плавания 68
Ш.4.2. Динамика гидродинамических показателей в зоне порога анаэробного обмена 73
III.5. Онтогенетические изменения тотальной внешней механической мощности 78
Ш.6. Онтогенетические изменения эффективности трансформации метаболической энергии в механическую мощность 83
Выводы 89
Практические рекомендации 91
Литература 92
- Методы исследования
- Онтогенетические изменения роста и веса испытуемых
- Анализ экспериментальных гидродинамических показателей необходимых для расчета тотальной внешней механической мощности
- Онтогенетические изменения тотальной внешней механической мощности
Методы исследования
В работе использовались следующие методы исследования: физиологические, эргометрические, биомеханические, биохимические, а также математико-статистические. Особое внимание при использовании методов исследования уделялось метрологической корректности. В работе используются символы и единицы измерения интернациональной системы (SI).
1. Газоаналитические методы заключались в измерении минутного объема дыхания, содержания кислорода (Ог) и углекислого газа (С02) в выдыхаемом воздухе, потребления Ог и выделения СОг во время, до и после выполнения упражнения. Измерения проводили на газоанализаторах (ПГА КМ для измерения содержания 02, ПГА-ДУМ для измерения содержания С02) и газовых часах Selster во время интервалов отдыха между тренировочными отрезками экспериментальной серии. Использовалась специальная маска со стандартным респираторным клапаном фирмы Beckmann. Все экспериментальные результаты приводились к условиям STPD.
2. Энергетические затраты определяли методом непрямой калориметрии. Так как заданная тотальная внешняя механическая мощность выполняемой работы была постоянной на протяжении всего тестирования и гарантированно на уровне порога анаэробного обмена, для расчета мощности активного энергетического метаболизма применяли формулу предложенную H.Toussaint(1988): Pai = і/бО х 103 х (4.2 х (4.047 + RER )) х V02de, (2)
где, RER - безразмерный коэффициент респираторного обмена, т.е. отношение объема выделенного углекислого газа к объему поглощенного кислорода (RER = 0.71 - 0.95), V02 с/е -. объем кислорода потребляемый при физической работе сверх уровня в покое до начала работы (л/мин). Данная формула верифицирована большим количеством достоверных экспериментальных данных (P.Zamparo, C.Capelli, B.Termin, D. R.Pendergast, Р.Е. di Prampero, 1996; K.Wakayoshi, L. diAcquisto, J.Cappaert, et al., 1994; D.W.Morgan, D.R.Bransford, D.L.Costill, J.T.Daniels, E.T.Howley, G.S.Krahenbuhl, 1995).
3. Эргометрические методы представлены двумя способами моделирования физической нагрузки. Использовались простые виды циклических локомоций, адекватные координационным возможностям человека. Необходимые параметры тотальной внешней механической мощности в наземных условиях моделировались на велоэргометре (В.Л.Карпман, З.Б.Белоцерковский, И.А.Гудков, 1974), а в условиях водной среды - с помощью специального эргометрического теста при плавании кролем на груди (С.В.Колмогоров, 1995).
Физическая нагрузка на суше выполнялась в виде повторной работы на велоэргометре продолжительностью три минуты шесть раз с интервалом отдыха между повторениями одна минута. Индивидуальная Pto выполняемой работы моделировалась на уровне порога анаэробного обмена, была одинаковой во всех повторениях и рассчитывалась традиционным способом (В.Л.Карпман, З.Б.Белоцерковский, И.А.Гудков, 1974).
Физическая нагрузка в водной среде выполнялась в виде тренировочной серии 6 раз по 200 метров плавания с интервалом отдыха между повторениями одна минута. Индивидуальная Р(0 выполняемой работы также моделировалась на уровне порога анаэробного обмена, была одинаковой во всех повторениях и определялась с помощью экспериментально-расчетных биомеханических методов (С.В.Колмогоров, С.Х.Ляпин, А.В.Куковякин, 1998). Оперативный контроль, за достижением необходимой зоны энергетического обеспечения, осуществлялся на основании главных критериев, используемых в международной классификации тренировочных категорий (частота сердечных сокращений, концентрация финишного лактата) (С.В.Колмогоров, В.Б.Авдиенко, О.А.Румянцева, 1998).
4. Биомеханические методы. Для определения тотальной внешней механической мощности развиваемой испытуемым на максимальной скорости плавания использовался метод малых возмущений (С.В.Колмогоров, 1995; И.В.Голубев, 2000). В указанных работах подробно изложены теория, технология, методика верификации и оценка релевантности допущений используемого метода.
Метод малых возмущений позволяет проводить измерение предельной скорости плавания (v0iim), активного гидродинамического сопротивления {Fr(a.d.)\ безразмерного коэффициента гидродинамической силы (CX(a.d.)) и тотальной внешней механической мощности (Pt0) с помощью дополнительного гидродинамического тела. Для измерения активного гидродинамического сопротивления (Fr(adJ), преодолеваемого пловцом на дистанции, испытуемый с толчка проплывает отрезок дистанции 50 или 25 метров (в зависимости от длины бассейна) с максимальной скоростью. На мерном отрезке в 30 или 13 метров (в зависимости от длины бассейна) регистрируется время. Мерный отрезок расположен между 15-м и 45-м метрами дистанции в 50 метровом бассейне и между 10-м и 23-м метрами дистанции в 25 метровом бассейне.
Затем к пловцу прикрепляется дополнительное гидродинамическое тело с заранее заданной величиной гидродинамического сопротивления и его составляющих, и спортсмен, вторично, после достаточного отдыха, преодолевает эту же дистанцию с максимальной скоростью, где так же на мерном отрезке регистрируется время. Гидродинамическое тело вынесено в зону невозмущенного потока. Расстояние от стоп ног пловца до начала зоны невозмущенного потока в зависимости от способа плавания и квалификации колеблется в пределах 3.5 - 4.5 L (L — длина тела пловца с вытянутыми вперед руками).
Онтогенетические изменения роста и веса испытуемых
Динамики росто-весовых показателей испытуемых имеет большое значение в нашей работе. Линейные, объемные и другие физические параметры организма теснейшим образом связаны с его функциональными характеристиками. Рост, вес - это аргумент, а основной обмен - их функция. В связи с этим анализ функциональных показателей человека может быть упорядочен при условии соотнесения их с указанными антропометрическими данными. На данный момент антропометрические данные взрослого человека обобщены без учета зависимости от возраста, которые в действительности существуют. Не зная деталей зависимости изменения роста и массы тела человека после 20 лет, нельзя полноценно исследовать биологию человека, особенно старшего возраста (И.А.Корниенко, 1979).
Анализ экспериментальных показателей длины и массы тела выявил типичную закономерность их изменений в онтогенезе человека (Ю.А. Власов, Г.Н. Окунева, 1992). Мы видим, что до 20 лет происходит увеличение длины тела, как у мужчин так и у женщин. В дальнейшем наблюдается ее стабилизация (рис. 1).
В нашем случае после 20 лет мы наблюдаем, некоторые флюктуации длины тела, что связано с особенностями формирования экспериментальных групп. На протяжении всего онтогенеза, кроме испытуемых 10-11 лет, количественные показатели роста мужчин превышает аналогичных показателей женщин (Р 0.05 в 5 группе; Р 0.01 в 3 группе; Р 0.001 во 2, 4, 6 группах, табл. 3), что подтверждается данными других исследователей (Ю.А. Власов, Г.Н. Окунева, 1992; Н.Ж.Булгакова, В.Р.Соломатин, Я.В.Рыбина, Е.Е.Вовк, 1995). Динамика количественных показателей массы тела так же подтверждается литературными данными (Ю.А. Власов, Г.Н. Окунева, 1992). Вес в течение всей жизни человека постепенно увеличивается (рис. 2).
Наиболее высокий прирост массы тела наблюдается с 1 по 3 возрастные группы, что мы связываем с процессами синтеза в растущем молодом организме, а также с соответствующим увеличением показателей длины тела. В последующем происходит незначительный прирост массы (в то время как показатели роста стабилизируются), что обусловлено снижением двигательной активности испытуемых и начинающимися процессами старения. Повышение массы тела в основном происходит за счет увеличения количества жировой ткани (Р.Е.Мотылянская, Л.И.Стогова, И.С.Иорданская, 1967). Количественные показатели массы тела мужчин на всем протяжении исследуемого периода онтогенеза превышает массу тела женщин. Статистически достоверная разница наблюдается в 3, 4, 5 (р 0,001), 6 (р 0,05) возрастных группах (табл. 3). В 1 и во 2 возрастных группах между испытуемыми женского и мужского пола статистически достоверные различия не выявлены.
Таким образом, на начальном этапе развития человека (до 20 - 25 лет) происходит одновременное увеличение длины и массы тела, в дальнейшем наблюдается стабилизация роста, а масса тела продолжает несколько увеличиваться в связи с уменьшением физической активности испытуемых. Испытуемые мужского пола превосходят испытуемых женского пола по количественным показателям антропометрических данных начиная со второго возрастного периода (табл.3). Динамика роста и веса, а также сами количественные показатели подтверждаются данными аналогичных исследований (В.М.Волкова, 1978; С.М.Гордон, Д.Р.Дмитриев, И.В.Чеботарева, 1985; А.Г.Хрипкова, 1975).
Анализ экспериментальных гидродинамических показателей необходимых для расчета тотальной внешней механической мощности
Экспериментальные результаты и статистическая обработка гидродинамических показателей, показанных на предельной скорости плавания, представлены в таблице 17.
Предельную скорость проплывания заданного отрезка могут развивать спортсмены в пике своей спортивной карьеры, то есть в возрасте 20-25 лет (III возрастная группа). Именно это явление мы и наблюдаем (рис.12). Оно и понятно, ведь с естественным развитием организма спортсмена и под систематическим тренировочным воздействием повышается уровень физической и технической подготовленности.
Начиная с этого возраста, происходит плавное снижение предельной скорости плавания, связанное с уменьшением тренировочных нагрузок. На протяжении всего рассматриваемого нами отрезка испытуемые мужского пола превосходят испытуемых женского пола (р 0.01 - 0.001), что связано с различной силовой подготовленностью спортсменов обоих полов.
Знание динамики скорости проплывания дает нам возможность более четко понять изменения максимальной силы активного гидродинамического сопротивления в онтогенезе. Наименьшие количественные показатели Frmax получены в 1 возрастной группе (рис. 13), что, естественно, связано с развитием низкой предельной скорости плавания. Увеличение скорости проплывания заданного отрезка во 2 - 3 возрастном периодах, а также увеличение массы и длины тела испытуемых, способствует соответствующему возрастанию Frmax. Далее происходит незначительное снижение Frmax у испытуемых женского пола, что, скорее всего, объясняется резким падением скорости. У испытуемых мужского пола иная картина. Наряду с некоторым уменьшением скорости проплывания заданного отрезка, гидродинамическое сопротивление возрастает, что мы связываем со снижением технической подготовленностии. Дальнейшее снижение Frmax до 5 возрастной группы, как у мужчин так и у женщин, объясняется падением скорости проплывания. В 6 возрастном периоде Frmax, на фоне снижения скорости проплывания заданного отрезка, стабилизируется и даже слегка повышается, что связано, скорее всего, с ухудшением техники плавания, вследствие чего происходит менее рациональное взаимодействие испытуемых с обтекающем потоком воды.
Во всех возрастных группах испытуемые мужского пола превосходят испытуемых женского пола по показателю Frmax. Это связано с тем, что испытуемые мужского пола превалируют над испытуемыми женского пола по показателям предельной скорости плавания и массы тела.
По показателю предельной тотальной внешней механической мощности (Рыт) наблюдается аналогичная динамика (рис. 14). С естественным ростом организма этот показатель повышается и достигает своих максимальных значений в возрасте 20-25 лет (III возрастная группа).
Онтогенетические изменения тотальной внешней механической мощности
В условиях наземных локомоций механическая мощность расчитывалась на основе количественных показателей полученных при тестировании на велоэргометре, в водных условиях Pt0 - методом малых возмущений с помощью дополнительного гидродинамического тела. Статистическая обработка данных представлена в таблице 19.
Мы выявили, что динамика Р,0 в условиях наземных локомоций имеет одновершинное графическое изображение с пиком в возрасте 20-25 лет (рис. 18). Оно и понятно, так как в этот период достигается максимальное развитие функциональных способностей организма под влиянием тренировочного воздействия, уровень потребления кислорода и мощность активного энергетического метаболизма в зоне ПАНО достигают максимальных количественных показателей.
Первоначальное достаточно форсированное повышение количественных показателей Pto с І по III возрастную группы связан с естественным развитием организма и систематическим тренировочным воздействием. Начиная с 4 возрастной группы Pt0 несколько снижается (скорее всего это связано со снижением двигательной активности) и уже с IV по V - VI группы снижение имеет статистически достоверную разницу (р 0,001 и 0,05 соответственно). По всей видимости, это связано с тем, что повышается уровень основного обмена (из-за продолжающегося увеличения массы тела) и уменьшается двигательная деятельность испытуемых (в результате снижается уровень развития функциональных систем, что в свою очередь снижает мощность активного энергетического метаболизма).
На всем протяжение онтогенеза испытуемые мужского пола превосходят испытуемых женского пола, кроме первой возрастной группы. Отсутствие различий между мальчиками и девочками связано с весо-ростовыми характеристиками, а также, с еще не начавшемся, половым созреванием, которое в дальнейшем внесет серьезные коррективы в развитие организма. Превосходство испытуемых мужского пола связано с преобладанием их по тощей массе женщин (Я.М.Коц, 1982; Р.Хедман, 1980), что естественно приводит к большей мощности активного энергетического метаболизма и, соответственно, к большим значениям тотальной внешней механической мощности, а также является следствием различного гормонального статуса, уровня силовой подготовленности и различным составом мышечных волокон.
Онтогенетические изменения тотальной внешней механической мощности в зоне порога анаэробного обмена в условиях водных локомоций носят аналогичный характер с Pt0 наземных локомоций (рис. 19).
Мы видим, что тотальная внешняя механическая мощность водных локомоции человека также достигает своих максимальных значений в возрасте 20-25 лет. Такую динамику показателя экспериментальной тотальной внешней механической мощности в условиях водных локомоции можно объяснить тем, что в возрасте 20-25 лет испытуемые, находясь в лучшей спортивной форме, имеют более высокие показатели трансформации метаболической энергии в результат спортивной деятельности. Со старением организма человека, в процессе онтогенеза, происходит замедление процессов метаболизма, снижается функциональная подготовленность и уровень адаптации движителей спортсмена к водной среде. Необходимо отметить, что сами количественные показатели Pto в условиях водных локомоции на таком продолжительном этапе онтогенеза человека получены впервые. Эти показатели Р,0 в 3-4 раза меньше аналогичных показателей в условиях наземных локомоции, что объясняется специфическими условиями преобразования метаболической энергии в механическую мощность при передвижении в водной среде (С.В.Колмогоров, 1995). Дело в том, что максимальные значения тотальной внешней механической мощности развиваются только в определенных и хорошо известных условиях взаимодействия биомеханической системы человека с внешней средой. В условиях выполнения физической работы на велоэргометре движители испытуемого четко фиксированы относительно объекта приложения силы, т.е. педалей велоэргометра, что существенно упрощает кинематические характеристики взаимодействия и предполагает высокую динамическую эффективность. В тоже время, движители испытуемого в условиях водных локомоции взаимодействуют с нестационарным гидродинамическим потоком жидкости. Эффективное взаимодействие движителя в этих условиях предполагает точную гидродинамическую ориентацию движителя, оптимальные скорости его перемещения в трех плоскостях и оптимальное распределение прилагаемых усилий в цикле движений. Такие специфические требования к кинематическим и динамическим характеристикам работы движителя существенно ограничивают возможности проявления максимальной силы человека в условиях водной среды и приводят к указанному снижению Pto.
В течение периода онтогенетического развития с 11 до 40 лет испытуемые мужского пола на 46-54% превосходят по показателю Pt0 испытуемых женского пола, а в возрасте 41-50 лет это преимущество существенно увеличивается (до 85%), что является закономерным явлением, связанным с различным гормональным статусом и уровнем функциональной подготовленности.
Таким образом, тотальная внешняя механическая мощность наземных и водных локомоции имеют одинаковую динамику в онтогенезе человека с максимальным показателем в 3 возрастной группе. Количественные показатели Pt0 наземных локомоции в 3 и более раз превышают аналогичные показатели в воде, что объясняется более высоким сопротивлением среды вызванное поступательным движением пловца. Такое трехкратное снижение количественных показателей Pt0 водных локомоций по сравнению с наземными локомоциями становится понятным при анализе коэффициента механической эффективности.
Как уже стало ясно, онтогенетические изменения показателей Pai и Pt0 хотя и носят аналогичный характер, но количественные показатели экстремальности изучаемого процесса значительно различаются. Ранее было выяснено, что мощность активного энергетического метаболизма Pah как в наземных так и в водных локомоциях в зоне ПАНО не имеет статистически достоверной разницы. В то же время, как отмечалось выше, показатели Pt0 в условиях наземных локомоций значительно превышают аналогичные показатели в условиях водных локомоций (табл.19).
Данный процесс, а именно потеря вырабатываемой метаболической энергии на этапе преобразования ее в тотальную вешнюю механическую мощность подтверждает существование функциональной связи между показателями метаболической и механической мощности, которая, на уровне целостного организма, количественно оценивается безразмерным коэффициентом механической эффективности (eg).
Из рисунков 20, 21 видно, что динамика коэффициента механической эффективности наземных локомоций аналогична динамике eg водных локомоций.
Похожие диссертации на Закономерности производства и трансформации метаболической энергии в условиях наземных и водных локомоций человека
