Функциональные возможности сердечно-сосудистой системы

Исследование физической работоспособности спортсменов

Динамика мониторинга системы кровообращения у спортсменов

В настоящее время грамотная и адекватная подготовка высококвалифицированных спортсменов требует четко организованной системы врачебного контроля. Все возрастающие объемы и интенсивность тренировочных нагрузок, которые необходимы для максимального повышения общей и специальной работоспособности, требуют тщательного учета функционального состояния организма спортсмена в каждый момент тренировочного процесса.

Рост достижений в спорте сегодня связывают в основном с совершенствованием учебно-тренировочного процесса, приведением в соответствие биологических закономерностей протекания адаптационных процессов с главными параметрами тренировочных и соревновательных нагрузок, корректным управлением физическим состоянием атлетов на основе ожидаемой структуры соревновательной деятельности и планируемого спортивного результата. При таком подходе организация и проведение тренировочного процесса реализуются только при условии объективной оценки функционального состояния спортсмена

Важнейшим разделом спортивной медицины является функциональная диагностика, и в частности, тестирование физической работоспособности, функциональной готовности, адаптационных резервов и других характеристик функционального состояния спортсменов. Это в равной степени относится как к спорту, так и к массовой оздоровительной физической культуре. Именно поэтому современный врач, занимающийся медицинским обеспечением спорта и физической культуры, должен иметь обширные познания в этой области спортивной медицины с целью подбора

функциональных проб и тестов, адекватных задачам физической тренировки, их качественного проведения и объективной оценки результатов тестирования. Для этого нужно использовать современную диагностическую аппаратуру, в том числе аппаратно-программные комплексы для исследований не только в условиях лаборатории, но и непосредственно во время выполнения тренировочных нагрузок.

Динамическое наблюдение за функциональным состоянием спортсмена позволяет обеспечивать высокую физическую работоспособность, повысить эффективность тренировочного процесса, что способствует достижению высоких спортивных результатов.

Исследование и оценка в оценку функционального состояния организма спортсменов входит:

• [[Проба PWС₁₇₀|субмаксимальный тест PWС₁₇₀]];

• определение аэробной и анаэробной работоспособности организма, максимального потребления кислорода (МПК) при проведении спироэргометрии;

• мониторирование сердечного ритма (POLAR, SUUNTO, FIRTBEAT) в динамике различных нагрузок;

• оценка адаптационных резервов организма по сумме показателей при оценке ВРС.

Основным функциональным исследованием организма спортсменов является определение и оценка физической работоспособности, ее кислородное обеспечение, а также соотношение аэробных и анаэробных механизмов энергообеспечения мышечной деятельности.

В функциональной диагностике важное значение имеют функциональные пробы — это нагрузки, задаваемые обследуемому для определения функционального состояния и резервных возможностей какого-либо органа, системы или организма в целом.

Выделяют функциональные пробы для оценки состояния ССС, ДС, ЦНС, ВНC, ОДС.

По применяемым факторам различают:

• дыхательные пробы (с задержкой на вдохе, выдохе, с гипервентиляцией);

• с переменой положения тела — ортостатическая, клиноортостатическая;

• физические нагрузки (динамические, статические);

• физические факторы (электростимуляция предсердий, холодовая проба);

• психоэмоциональные;

• фармакологические.

Пробы с физической нагрузкой или нагрузочные функциональные пробы классифицируют по:

• характеру выполнения физической нагрузки: динамические, статические;

• типу нагрузки: бег, приседания, подскоки, нагрузка на велоэргометре, тредмиле;

• интенсивности выполнения нагрузки: максимальной интенсивности, субмаксимальной интенсивности, умеренной интенсивности;

• времени регистрации показателей: рабочие, послерабочие;

• степени сложности выполнения: простые, сложные;

• комбинации видов нагрузки в пробе: простые, комбинированные;

• по количеству «подходов» в пробе: одномоментные (Мартине), двухмоментные (PWC), многомоментные (проба Летунова);

Длительность ступени в модели нагрузки без интервалов отдыха, как правило, 3 минуты. Это время, достаточное для достижения устойчивого состояния и стабилизации регистрируемых показателей. Мощность первой ступени и увеличение нагрузки на последующих ступенях определяется в зависимости от обследуемого контингента. Обычно для здоровых мужчин — это 50 Вт, для здоровых женщин — 25 Вт (также, как и для кардиологических больных), для спортсменов — из расчета 1 Вт на кг массы тела.

Велоэргометрия

Всем этим требованиям в полной мере отвечает велоэргометрия, являющаяся по этой причине наиболее часто используемой и информативной нагрузочной пробой.

Велоэргометрия позволяет строго дозировать физическую нагрузку, оценивать выполненную работу количественно в ваттах (Вт) или (кГм), регистрировать помимо ЧСС и АД электрокардиограмму.

Кабинет функциональной диагностики, где проводится исследование, должен быть оснащен дефибриллятором и набором средств для оказания неотложной помощи.

Велоэргометрическое тестирование проводят обычно в первой половине дня натощак или через 2-3 ч после еды.

Критерии прекращения велоэргометрической пробы:

• отказ от работы вследствие общей усталости;

• жалобы на боли в области сердца, одышку, чувство нехватки воздуха;

• появление резкой общей слабости (бледность, холодный пот);

• возникновение выраженного головокружения, головной боли, тошноты, нарушений координации движений;

• достижение максимальной или субмаксимальной возрастной ЧСС;

• горизонтальное или косонисходящее снижение (депрессия) сегмента RS-Т на 1,0 мм;

• подъем сегмента RS-Т на 1,0 мм и более;

• появление угрожающих нарушений ритма;

• возникновение АВ-блокады или блокады ножек пучка Гиса;

• изменение комплекса QRS: углубление и увеличение продолжительности ранее существовавших зубцов Q, переход патологического зубца Q в комплекс QS;

• снижение АДД на 20 мм рт. ст.;

• подъем АДС до 220 мм рт. ст. и/или АДД до 110 мм рт. ст. и выше.

Физическая работоспособность

Важным функциональным исследованием организма спортсменов является определение и оценка физической работоспособности (physical working capacity — PWC).

В понятие «физическая работоспособность» (ФР) разными авторами вкладывается разное по объему, но близкое по смыслу содержание. По мнению большинства исследователей, физическая работоспособность является интегральным показателем функционального состояния организма и зависит от морфологического и функционального состояния основных систем жизнеобеспечения и, в первую очередь, от состояния сердечно-сосудистой и дыхательной систем.

Термином физическая работоспособность принято обозначать потенциальную способность человека проявить максимум физических усилий в статической, динамической и смешанной работе. Физическую работоспособность связывают с определенным объемом мышечной работы, который может быть выполнен без снижения заданного (или установившегося на максимальном уровне для данного индивидуума) уровня функционирования организма, в первую очередь, его сердечно-сосудистой и дыхательной систем.

«Физическая работоспособность» считается комплексным понятием, характеризующимся рядом факторов, к которым относятся: антропометрические показатели, в частности, сила и выносливость мышц; мощность, емкость и эффективность механизмов энергопродукции аэробным и анаэробным путем; нейромышеч-ная координация (ловкость); состояние опорно-двигательной системы. При этом подчеркивается, что уровень развития отдельных компонентов физической работоспособности у разных людей различен.

Определяют и лимитируют физическую работоспособность функциональные возможности ССС и ДС, поэтому ФР чаще всего ассоциируют с функциональными возможностями кислород-транспортной системы организма.

ФР человека определяется двумя различными по своей биохимической сущности возможностями организма — его аэробной и анаэробной производительностью.

Мышечная деятельность

Мышечная деятельность требует определенных энергозатрат, величина которых определяется мощностью выполняемой нагрузки. Работающие мышцы используют химический энергетический запас АТФ, превращая его в механическую энергию. Энергию для мышечного сокращения дает расщепление аденозинтрифосфата (АТФ) до аденозиндифосфата (АДФ) и неорганического фосфата (Фн). Количество АТФ в мышцах очень невелико и его достаточно для обеспечения высокоинтенсивной работы лишь в течение 1-2 с. Для продолжения работы необходим ресинтез АТФ, который производится за счет энергодающих реакций различных типов. Восполнение запасов АТФ в мышцах позволяет поддерживать постоянный уровень его концентрации, необходимый для полноценного мышечного сокращения. Существенное снижение уровня АТФ может наблюдаться только в начале высокоинтенсивной работы в силу определенной инертности процессов, в результате которых производится энергия, или при явном утомлении в момент отказа от работы, когда системы энергообеспечения уже не в состоянии поддерживать необходимый уровень АТФ.

Ресинтез АТФ обеспечивается как в анаэробных, так и в аэробных реакциях с привлечением в качестве энергетических источников запасов креатинфосфата (КФ) и АДФ, содержащихся в мышечных тканях, а также богатых энергией субстратов (гликоген мышц и печени, жиры (фосфолипиды, триглицериды, холестерин), отдельные белки, различные метаболиты). Химические реакции, приводящие к обеспечению мышц энергией, протекают в трех энергетических системах: 1) анаэробной алактатной, 2) анаэробной лактатной (гликолитической), 3) аэробной. Образование энергии в первых двух системах осуществляется в процессе химических реакций, не требующих наличия кислорода. Третья система предусматривает энергообеспечение мышечной деятельности в результате реакций окисления, протекающих с участием кислорода. Возможности каждой из указанных энергетических систем определяются скоростью освобождения энергии в метаболических процессах и емкостью, которая определяется величиной и эффективностью использования субстратных фондов.

Запасы АТФ истощаются через 2-3 с работы максимальной мощности. КФ полностью расходуется через 3-5 с максимальной работы, запасы гликогена и глюкозы истощаются через 20-40 мин субмаксимальной работы.

Потенциал аэробной системы энергообеспечения обусловливается различными факторами. В числе важнейших — мощность и эффективность внешнего дыхания и сердечно-сосудистой системы; величина фондов энергосубстратов; соотношение мышечных волокон разного типа; плотность и количество капилляров в мышечной ткани; количество, величина и плотность митохондрий в мышечных клетках; количество и активность многочисленных окислительных ферментов и коферментов, гормонов и других регуляторов окислительных процессов. При использовании нагрузок умеренной интенсивности, соответствующих функциональным возможностям организма занимающегося, обеспечение работающих мышц кислородом будет определяться в основном возможностями системы транспорта кислорода. При максимальных нагрузках — соотношением мышечных волокон различного типа, особенностями иннервации и возможностями системы транспорта кислорода.

Аэробная производительность

Таким образом, под аэробной производительностью понимается способность организма к поглощению, транспорту и утилизации кислорода в условиях мышечной деятельности. Наиболее полная характеристика метаболического обеспечения мышечной деятельности достигается при оценке критериев, отражающих мощность, емкость и эффективность аэробной производительности. Интегральным показателем аэробной производительности является максимальное потребление кислорода — МПК, величина которого зависит от функционального состояния сердечнососудистой и дыхательной систем.

Понятие анаэробной производительности отражает функциональные резервы организма, обеспечивающие возможность совершать работу при недостаточном снабжении кислородом. Анаэробная работоспособность определяется мощностью внутриклеточных анаэробных ферментативных систем, общими запасами в мышцах веществ, идущих на ресинтез АТФ, и измеряется уровнем лактата, величиной кислородного долга и показателями ПАНО. В зависимости от интенсивности и продолжительности выполняемой физической нагрузки вклад в энергообеспечение аэробных и анаэробных механизмов энергопродукции существенно отличается.

Концентрация лактата в крови является очень важным показателем интенсивности нагрузки. Уровень лактата в крови измеряется в ммоль/л. В покое у человека концентрация лактата составляет 1-2 ммоль/л. После энергичных физических нагрузок этот показатель повышается. Относительно небольшое увеличение концентрации лактата (до 6-8 ммоль/л) может ухудшить функциональное состояние и координацию спортсмена. Регулярно высокие показатели лактата ухудшают аэробные возможности спортсмена.

У хорошо подготовленных спортсменов, тренирующихся на выносливость при медленной скорости бега (передвижения на лыжах, велосипеде и т.д.), показатели лактата очень низкие и не превышают аэробного порога (около 2 ммоль/л). При данной интенсивности нагрузки энергообеспечение происходит полностью аэробным путем.

При повышении скорости бега к энергообеспечению нагрузки подключается анаэробная система, и в мышцах начинает вырабатываться молочная кислота. Однако если скорость не слишком высокая, молочной кислоты вырабатывается настолько мало, что основная ее часть нейтрализуется организмом. В организме сохраняется равновесие между выработкой и элиминацией (удалением) молочной кислоты. Концентрация лактата в этом случае находится в пределах 2-4 ммоль/л. Данный диапазон интенсивности называется аэробно-анаэробной транзитной зоной.

При беге на 100, 200, и 400 м, а также во время любой другой интенсивной работы, длящейся 2-3 мин, энергообеспечение нагрузки осуществляется в основном анаэробным путем. В беге на 800 м вклад аэробного и анаэробного энергообеспечения примерно одинаков — 50/50.

В самом начале любого упражнения, независимо от интенсивности нагрузки, энергообеспечение происходит только анаэробным путем. Каждый раз организму требуется несколько минут для того, чтобы аэробная система полностью включилась в работу — пока легкие, сердце и другие системы транспорта кислорода не приспособятся к потребностям организма при выполняемой нагрузке. До этого момента необходимая энергия поставляется за счет анаэробного лактатного механизма энергообеспечения.

Лактатная система также поставляет энергию при кратковременном увеличении интенсивности во время обычной аэробной нагрузки — при рывках, преодолении подъемов, попытке отрыва от преследователей. Лактатная система участвует в энергообеспечении финишного броска после продолжительной нагрузки (например, на финише марафона или велогонки).

Высокие показатели лактата, которые могут появиться во время выполнения интенсивной нагрузки, являются свидетельством несостоятельности аэробной системы и означают, что в энергообеспечение нагрузки подключилась лактатная система, побочным продуктом которой является молочная кислота. Максимальная концентрация лактата может достигать значений, в 20 раз превышающих таковые во время покоя.

Максимальное потребление кислорода (МПК)

А. Гилл в 1929 году впервые указал на то, что способность мышц к выполнению механических усилий может быть оценена с помощью измерения количества кислорода, поглощенного ими в процессе работы; величина же поглощения (потребления) кислорода (ПО₂), в свою очередь, определяется состоянием сердечно-сосудистой системы и, кроме того, зависит от мощности выполняемой мышцами нагрузки. Эта зависимость носит линейный характер: с увеличением нагрузки уровень поглощения организмом кислорода возрастает пропорционально ей, пока, наконец, по достижении определенной мощности нагрузки, не станет постоянной.

Прямой метод определения МПК основан на выполнении спортсменом нагрузки, интенсивность которой равна или больше его критической мощности. Он небезопасен для обследуемого, так как связан с предельным напряжением функций организма. Эту изнуряющую нагрузку в состоянии выполнить только здоровые, хорошо тренированные спортсмены.

Между величиной потребления кислорода и частотой сердечных сокращений существует линейная зависимость, что дает возможность оценки физической работоспособности в условиях безопасных, не изнуряющих субмаксимальных нагрузок, с последующим вычислением максимального потребления кислорода по номограммам и формулам, предложенным для экстраполяции результатов субмаксимальных нагрузочных тестов. При этом под субмаксимальной понимают ту нагрузку, мощность которой составляет 75% от максимальной. В практике тестирования спортсменов чаще пользуются непрямыми методами определения, основанными на косвенных расчетах при использовании небольшой мощности нагрузки.

Субмаксимальный тест PWС170

Для определения физической работоспособности в клинике и спорте наиболее часто используют [[Проба PWС₁₇₀|субмаксимальный тест PWС₁₇₀]].

Физическая работоспособность в этом случае выражается в величинах той мощности нагрузки, при которой ЧСС достигла или могла бы достигнуть показателя 170 уд./мин. Эта частота ЧСС выбрана не случайно: в диапазоне от 110 уд./мин до 170 уд./мин она имеет линейную зависимость от мощности нагрузки, что говорит о возможности линейной экстраполяции при расчете PWС₁₇₀ по двум относительно небольшим нагрузкам. Важен и тот факт, что на этом уровне ЧСС происходит оптимальная интенсификация работы кислородтранспортной системы, резервные возможности которой исследуются в этом тесте.

Испытуемый последовательно выполняет две разные по величине нагрузки в течение 5 минут с 3-минутным интервалом отдыха между ними. В последние 30 с пятой минуты каждой нагрузки подсчитывается пульс (пальпаторно или с помощью кардиодатчика).

Мощность первой нагрузки (N1) подбирается по таблице 1 в зависимости от массы тела обследуемого с таким расчетом, чтобы в конце 5-й минуты пульс (f1) достигал 110-115 уд./мин.

Мощность второй (N2) нагрузки определяется по таблице 2 в зависимости от величины N1. Если величина N2 правильно подобрана, то в конце пятой минуты пульс (f2) должен составить 135 …150 уд./мин.

NB! Во всех расчетах используется соотношение:

1 ватт = 6,12 кгм/мин (-6 кгм)

Для точности определения N2 можно воспользоваться формулой:

N2 = N1 • [1 + (170 — f1) / (f1 — 60)], где N1 — мощность первой нагрузки, N2 — мощность второй нагрузки, f1 — ЧСС в конце первой нагрузки, f2 — ЧСС в конце второй нагрузки.

Таблица 1. Мощность первой нагрузки, рекомендуемая для определения PWС₁₇₀ у спортсменов различного веса (по Белоцерковскому)

Таблица 2. Ориентировочные значения мощности второй нагрузки (в кгм/мин), рекомендуемые при определении PWC₁₇₀

Пробу проводят с использованием велоэргометра или ступенек разной высоты, после чего определяют PWС₁₇₀ разными способами. Графический способ, основанный на линейной зависимости ЧСС от мощности нагрузки, представлен на рисунке 1.

Величину PWС₁₇₀ можно определить и по формуле Л.В. Карпмана:

PWС₁₇₀ = W₁ * (W₂ — W₁) x [(17-f₁)/(f₂-f₁)]

где f₁ — ЧСС при 1-й нагрузке; f₂ — ЧСС при 2-й нагрузке; W₁ — мощность 1-й нагрузки, кгм/мин; W₂ — мощность 2-й нагрузки, кгм/мин. Средняя величина PWС₁₇₀ у нетренированных: мужчин — 700-1100 кгм, женщин — 450-750 кгм.

Средние величины PWС₁₇₀ у спортсменов различной специализации представлены в таблице 3.

Таблица 3. Средние величины PWС₁₇₀ у спортсменов различной специализации (по Карпману, 1988)

Относительный показатель PWC₁₇₀, как правило, пересчитывают на килограмм массы тела испытуемого — кгм/кг (табл. 4).

Таблица 4. Оценка относительных значений показателя PWC₁₇₀ (по Н.Д. Граевской, 2004)

Основываясь на высокой корреляции PWC и МПК, предложены непрямые способы определения МПК по формуле и таблице соотношения показателя PWC₁₇₀ и величины МПК (табл. 5).

Таблица 5. Соотношение показателя PWC₁₇₀ и величины МПК по В.Л. Карпману (для здоровых лиц, не спортсменов), МПК (л/мин)

Формула В.Л. Карпмана:

МПК(мл) = 1,7 х PWC*m₂) + 1240

Другим непрямым методом определения МПК является метод Астранда. В его основе лежит линейная зависимость между ЧСС и величиной потребления кислорода. Для проведения теста необходим велоэргометр. Тест начинается с 3-минутной разминки, в течение которой мощность нагрузки постепенно повышается до 200-250 Вт в зависимости от подготовленности спортсмена. Затем выполняется разовая непрерывная субмаксимальная работа продолжительностью 6 мин, в конце которой измеряется ЧСС. К концу теста ЧСС должна установиться на одном постоянном уровне. Рекомендуется подбирать такую мощность нагрузки, при которой ЧСС будет находиться в пределах 140-160 уд./мин. Частота педалирования — 60 об./мин.

Расчет МПК проводят по специальной номограмме Астранда. Найденная с помощью номограммы величина МПК корригируется путем умножения на «возрастной фактор» (табл. 6).

Таблица 6. Возрастные поправочные коэффициенты к величинам МПК, определенным по номограмме Астранда

Например: ЧСС составляет 166 уд./мин. Согласно номогр

Видео по теме

Источник: «Спортивная диагностика»
Автор: профессор В.П. Губа, 2016 год