Тестирование работоспособности спортсменов
При определении факторов, лимитирующих работоспособность, очень важно, как проводится ее тестирование. Обычно применяются различные модели велоэргометров и бегущих дорожек, в ряде случаев со ступенчатовозрастающей нагрузкой через определенные временные интервалы или устанавливаемые под определенным углом, что затрудняет бег и, следовательно, укорачивает время исследования. Используются также каналы, где спортсмен плывет против создаваемого течения с различной скоростью; многочисленные модели гребных тренажеров с установлением датчиков, фиксирующих силу, количество гребков и другие параметры.
Чем выше квалификация спортсмена, тем труднее повысить его работоспособность. Прирост ее даже на 1 % у спортсмена экстракласса считается очень хорошим результатом, в то время как у разрядников и лиц, занимающихся оздоровительной физической культурой, работоспособность при тех же педагогических или фармакологических воздействиях может повыситься на 10 % или 100 %. Эти соотношения следует учитывать особенно при прогнозировании действия лекарственных веществ на работоспособность или восстановление спортсменов высокой квалификации.
У спортсменов высокой квалификации можно повысить работоспособность на 1—2 % лишь в том случае, когда в экспериментах на животных «прибавка» составляет 200—400 %.
В поддержании работоспособности большое значение имеет гормональное обследование спортсмена (особенно инсулин, глюкокортикоиды, соматотропный гормон, тиреоидные и половые гормоны). По состоянию гормонального профиля можно прогнозировать работоспособность спортсмена.
Основные факторы, лимитирующие работоспособность человека, представлены в таблице. Как видно из таблицы, к факторам, лимитирующим работоспособность спортсменов, относятся самые различные органические и функциональные состояния, которые сопровождаются недостаточностью метаболитов, кислорода, изменением кислотно-щелочного равновесия, иммуноглобулинов и компонентов комплемента, недостаточностью антиоксидантной системы, которая способствует снижению работоспособности.
Таким образом, любой фармакологический препарат, рекомендуемый врачом, должен соответствовать определенной графе таблицы. Гак, например, антиоксиданты, иммуномодуляторы и макроэргические фосфаты расположены в различных графах. Целесообразно создавать комбинированные препараты, которые влияют сразу на несколько факторов, лимитирующих работоспособность и восстановление.
При тестировании фармакологических средств и ДЦ следует придерживаться таких требований:
1. Тесты должны исследовать параметры, имеющие непосредственное отношение к определенному виду спорта, отражая природу и потребность тренировки, а также соревнования в конкретном виде спорта.
2. Пробы должны быть четко обоснованными. Их надежность имеет огромное значение, потому что различные результаты могут быть восприняты как показатели изменений, происходящих в процессе тренировок.
3. Методы исследования должны соответствовать определенному виду спорта, максимально моделируя реальные движения в данном виде, и проводиться с регулярными интервалами, что позволит реально оценить качество тренировочного процесса.
4. Тесты должны быть безопасны, а спортсмены должны быть предупреждены о возможных рисках.
Сегодня существует следующая классификация тестов для обследования спортсменов:
- лабораторные методы и тестирование в условиях спортивной тренировки;
- по структуре движения (бег, педалирование, приседания и др.);
- по мощности работы (умеренная, субмаксимальная, максимальная);
- по кратности, темпу, сочетанию нагрузок (одно- и двухмоментные, комбинированные, с равномерной и переменной нагрузкой, нагрузкой нарастающей мощности);
- специфические (бег для бегуна, плавание для пловца и др.);
- неспецифические (с одинаковой нагрузкой при всех вилах двигательной деятельности);
- по возможности определять функциональные сдвиги во время нагрузки на «рабочие», и только в восстановительном периоде «послерабочие» и др.
Весьма информативно прямое измерение физической работоспособности. О физической готовности, кроме полученных при лабораторном тестировании данных, можно судить по способности спортсмена выполнять различные физические упражнения. Этот способ можно назвать прямым измерением физической работоспособности человека. Для этого разработана серия тестов, включающая семь измерений — спринт, прыжок в длину с места, бег на выносливость, сила (динамометрия) кисти, подтягивание на перекладине для мужчин и вис на согнутых руках для женщин, челночный бег, приседания. Особенно важно это для спортсменов и ветеранов спорта. При реабилитации больных, перенесших серьезные заболевания сердца, некоторые из показателей могут дать дополнительную диагностическую информацию. Сегодня современная кардиологическая клиника не обходится без моделирования работоспособности больных с заболеваниями сердечно-сосудистой системы, которая выполняется на тредбане и велоэргометре, а также с использованием степэргометрии, приседаний и др.
Измерение мышечной силы
Силой мышц называется максимальное проявление произвольного усилия, которое развивает группа мышц в определенных условиях. Различают статическую (изометрическую) и динамическую силу. Сокращение мышцы, во время которого развивается напряжение, без изменения ее длины, обозначают как изометрическое. Мерой статической силы является максимум изометрического напряжения. Если внешнее сопротивление при мышечном сокращении преодолевается (например, при поднятии тяжести), то мышца укорачивается и происходит движение. В данном случае мерой концентрической силы является максимальное сопротивление, которое мышцы преодолевают на всем пути движения. Этот тип силы называют динамическим и измеряют методом поднятия тяжестей, используя изотонические и изокинетические тесты. Из-за трудности фиксирования скорости движения, определение динамической силы весьма сложно, поэтому обычно ограничиваются измерением статической силы и выносливостью мышц. Силу кисти (правой и левой отдельно) обычно измеряют динамометром Коллена. Силу разгибателей туловища измеряют с помощью станового динамометра. Универсальные динамометрические установки предназначены для измерения силы мышц плеча и плечевого пояса, разгибателей бедра и голени, а также сгибателей туловища. Для измерения силы и выносливости мышц используют электрические динамометры с тензодатчика-ми. Обычно измеряют время, в течение которого спортсмен способен выдержать статическое напряжение, равное 50 % или 75 % максимума.
Для определения «взрывной» силы ног производят однократные прыжковые упражнения, которые выполняются с максимальной мощностью с тензометрической платформы. При выполнении упражнений регистрируют «опорные» реакции — максимальную силу отталкивания (двумя ногами) и время достижения максимальной силы. С помощью полученных данных рассчитывают «градиент силы» (F/T).
Для оценки «взрывной» силы рук проводят выполнение однократного движения руками с максимальной мощностью.
Характеристика скоростных качеств спортсмена
В большинстве случаев скорость зависит от генетических детерминант и мало поддается как тренировке, так и влиянию лекарственных средств. Прирожденные спринтеры имеют более высокий процент быстрых мышечных волокон по сравнению с бегунами на длинные дистанции. Скорость является весьма наглядным показателем — с увеличением возраста она первой идет на спад, в отличие от силы и выносливости. Различают циклическую последовательность двигательной активности (бег) и ациклическую (бросок) форму. Для тестирования скоростных качеств спортсмена в условиях стендового эксперимента и в «полевых» условиях используют тредбан и ряд тестов, приведенных в таблицах. Влияющие на скоростные качества спортсменов психостимулирующие препараты, запрещенные WADA, действуют на перераспределение доли вкладов основных систем энергообеспечения в суммарные энергозатраты. На фоне сиднокарба вклад окислительной энергетической системы в суммарные энергозатраты оказался доминирующим (более 48,0 %).
Психоэмоциональная устойчивость и координация движений
Психоэмоциональная устойчивость играет огромную роль, особенно это касается спортсменов высокого класса (олимпийские чемпионы и чемпионы мира), мастеров спорта международного класса, а также мастеров спорта, разрядников и др. Степень нервно-психических и физических нагрузок настолько велика, что для достижения наивысших результатов спортсмен должен абсолютно контролировать свой психоэмоциональный статус. Психологическая тренировка должна быть неотъемлемой частью целостного тренировочного процесса и выполняться наряду с другими тренировочными элементами. Особенно это касается видов спорта, в которых требуется предельная концентрация для выполнения поставленной задачи, например шахматы, где шахматист испытывает колоссальные интеллектуальные перегрузки, в то время как физические нагрузки малы, или стрельба из всех видов оружия (кроме лука, где натяжение тетивы составляет 40 кг). Для нормализации нервно-психического статуса после напряженной тренировки, и особенно после соревнований, используют специальные приемы мышечной релаксации, цветовые и музыкальные воздействия, психорегулирующую аутогенную тренировку, некоторые разрешенные медикаментозные средства для регуляции нервных процессов.
Координация движений имеет огромное значение для таких видов спорта, как фигурное катание, гимнастика, прыжки в воду, стрельба и др., где требуется филигранное выполнение движений. При усталости теряется координация, что важно не только в перечисленных дисциплинах, но и в циклических видах спорта, так как нарушение координации свидетельствует о снижении работоспособности, перетренированности, снижении восстановительных свойств организма и может значительно ухудшить спортивные результаты.
Экспериментальное стендовое тестирование
В практике спортивной медицины используются различные функциональные пробы, всего их более 100, однако здесь приведены только те, которые зарекомендовали себя как наиболее достоверные, известные и давно используемые в практике (тем более, что многие из них представляют собой модификации ранее известных тестов). Двигательные тесты чаще других применяются в спортивной медицине для диагностики функциональной готовности и физической работоспособности спортсменов.
В данной таблице приведены тесты, применяемые для обследования спортсменов в лабораторных условиях. Все они проверены практикой спортивной медицины и обладают достаточной информативностью, а также представлена схема фармакологической коррекции методов оценки физической работоспособности в спортивной медицине.
Тестирование в полевых условиях.
Выносливость, исследуемая в различных видах спорта, может существенно отличаться, поскольку, бег на коньках и лыжах, велогонки существенно отличаются как по технике выполнения, так и по физическим нагрузкам на единицу времени. Так называемые «полевые» тесты могут проводиться тренером в любое время в течение тренировочного процесса. Результаты «полевых» тестов могут быть более обоснованными, так как они более точно имитируют условия тренировок и соревнований. Критериями для оценки служат функциональные сдвиги после нагрузки, их соответствие выполненной работе, стабильность при повторении и быстрота восстановления. Наиболее широко этот вопрос изучен В. А. Карпманом и его сотрудниками (Карпман, 1988). Об увеличении тренированности свидетельствует увеличение объема, интенсивности и результативности выполненной работы. При проведении проб со специфическими нагрузками циклического характера регистрируются два показателя: скорость движения и ЧСС. В спортивно-медицинской практике для дозирования нагрузок нашли применение специальные приспособления, например плавательный тредбан для пловцов, гребной эргометр для гребцов и др.
В таблице представлены наиболее распространенные и доступные по способу проведения специфические тесты, а также недопинговые фармакологические препараты и ДД, предназначенные для коррекции физической работоспособности после значительных нагрузок.
Далее приводим сравнительную таблицу лабораторных и «полевых» тестов, используемых для определения выбранных переменных физиологических параметров.
Клинико-биохимический контроль
Контроль за эффективностью тренировочного процесса осуществляется с учетом целого комплекса исследований, среди которых и клинико-биохимические показатели.
Объектами биохимического исследования являются выдыхаемый воздух и биологические жидкости — кровь, моча, слюна, пот, а также мышечная ткань.
Выдыхаемый воздух — один из основных объектов исследования процессов энергетического обмена в организме, использования отдельных энергетических источников в энергообеспечении мышечной деятельности. В нем определяют количество потребляемого кислорода и выдыхаемого углекислого газа. Соотношение этих показателей в определенной мере отражает интенсивность процессов энергообмена, долю в них анаэробных и аэробных механизмов ресинтеза АТФ.
Кровь используется как один из наиболее важных объектов биохимических исследований, поскольку в ней отражаются все метаболические изменения в тканевых жидкостях и лимфе организма. По изменению состава крови либо жидкой ее части — плазмы можно судить о гомеостатическом состоянии внутренней среды организма или изменении его при спортивной деятельности.
Для многих исследований требуется небольшое количество крови (0,01—0,05 мл), поэтому ее берут из безымянного пальца руки либо из ребра мочки уха. После выполненной физической работы забор крови рекомендуется проводить через 3—7 мин, когда наступают наибольшие биохимические изменения в ней.
При физических нагрузках и воздействии других факторов среды, а также при патологических изменениях обмена веществ или после применения фармакологических средств содержание отдельных компонентов крови существенно изменяется, следовательно, по результатам анализа крови можно охарактеризовать состояние здоровья человека, уровень его тренированности, протекание адаптационных процессов и др. В последние годы в связи с угрозой заражения СПИДом исследования крови необходимо проводить с соблюдением всех предусмотренных мер защиты.
Моча в определенной степени отражает работу почек — основного выделительного органа организма, а также динамику обменных процессов в различных органах и тканях, поэтому по изменению количественного и качественного ее состава можно судить о состоянии отдельных звеньев обмена веществ, избыточному их поступлению, нарушению гомеостатических реакций в организме, в том числе связанных с мышечной деятельностью. С мочой из организма выводятся избыток воды, многие электролиты, промежуточные и конечные продукты обмена веществ, гормоны, витамины, чужеродные вещества. Суточное количество мочи (диурез) в норме в среднем составляет 1,5 л. Мочу собирают в течение суток, что вносит определенные затруднения в проведение исследований. Иногда ее берут дробными порциями (например, через 2 ч), при этом фиксируют порции, полученные до выполнения физической нагрузки и после нее. Моча не может быть достоверным объектом исследования после кратковременных тренировочных нагрузок, поскольку весьма сложно сразу собрать необходимое для ее анализа количество.
При различных функциональных состояниях организма в моче могут появляться химические вещества, не характерные для нормы: глюкоза, белок, кетоновые тела, желчные пигменты, форменные элементы крови и др. Определение этих веществ в моче может использоваться в биохимической диагностике отдельных заболеваний, а также в практике спорта для контроля эффективности тренировочного процесса, состояния здоровья спортсмена.
Слюна обычно используется параллельно с другими биохимическими компонентами. В ней определяют электролиты (Na+ и К+), активность ферментов (амилазы), рН. Существует мнение, что слюна, обладая меньшей, чем кровь, буферной емкостью, лучше отражает изменения кислотно-основного равновесия организма человека. Однако как объект исследования слюна не получила широкого распространения, поскольку состав ее зависит не только от физических нагрузок и связанных с ними изменений внутритканевого обмена веществ, но и от состояния сытости («голодная» или «сытая» слюна).
Пот в отдельных случаях представляет интерес как объект исследования. Необходимое для анализа его количество собирают с помощью хлопчатобумажного белья или полотенца, которое замачивают в дистиллированной воде для извлечения различных компонентов пота. Экстракт выпаривают в вакууме и подвергают анализу.
Мышечная ткань является очень показательным объектом биохимического контроля мышечной деятельности, однако используется редко, поскольку образец мышечной ткани необходимо брать методом игольчатой биопсии. Для этого над исследуемой мышцей делают небольшой разрез кожи и с помощью специальной иглы берут кусочек (проба) мышечной ткани (2—3 мг), которую сразу замораживают в жидком азоте и в дальнейшем подвергают структурному и биохимическому анализу. В пробах определяют количество сократительных белков (актина и миозина), АТФазную активность миозина, показатели энергетического потенциала (содержание АТФ, гликогена, креатинфосфата), продукты энергетического обмена, электролиты и другие вещества. По их содержанию судят о составе и функциональной активности мышц, ее энергетическом потенциале, а также изменениях, которые происходят при воздействии однократной физической нагрузки или долговременной тренировки.
В процессе проведения клинико-биохимического контроля в практике спорта используются следующие биохимические показатели:
- энергетические субстраты (АТФ, КрФ, глюкоза, свободные жирные кислоты);
- ферменты энергетического обмена (АТФаза, КрФкиназа, цитохромоксидаза, лактатдегилрогеназа и др.);
- промежуточные и конечные продукты обмена углеводов, липидов и белков (молочная и пировиноградная кислоты, кетоновые тела, мочевина, креатинин, креатин, мочевая кислота, углекислый газ и др.); показатели кислотно-основного состояния крови (рН крови, парциальное давление СО,, резервная щелочность или избыток буферных оснований и др.);
- регуляторы обмена веществ (ферменты, гормоны, витамины, активаторы, ингибиторы);
- минеральные вещества в биохимических жидкостях (например, бикарбонаты и соли фосфорной кислоты определяют для характеристики буферной емкости крови);
- содержание общего белка, количество и соотношение белковых фракций в плазме крови:
- анаболические стероиды и другие запрещенные средства в практике спорта (допинг), выявление которых — задача допингового контроля.
Среди показателей углеводного обмена наибольшее практическое значение имеют глюкоза и молочная кислота (лактат).
Глюкоза. Содержание глюкозы в крови поддерживается на относительно постоянном уровне специальными регуляторными механизмами в пределах 3,3—5,5 ммоль л-1 (80—120 мг %). Изменение ее содержания в крови при мышечной деятельности индивидуально и зависит от уровня тренированности организма, мощности и продолжительности физических упражнений. Кратковременные физические нагрузки субмаксимальной интенсивности могут вызывать повышение содержания глюкозы в крови за счет усиленной мобилизации гликогена печени. Длительные физические нагрузки приводят к снижению содержания глюкозы в крови. У нетренированных лиц это снижение более выражено, чем у тренированных. Повышенное содержание глюкозы в крови свидетельствует об интенсивном распаде гликогена печени либо относительно малом использовании глюкозы тканями, а пониженное ее содержание — об исчерпании запасов гликогена печени либо интенсивном использовании глюкозы тканями организма.
По изменению содержания глюкозы в крови судят о скорости аэробного окисления ее в тканях организма при мышечной деятельности и интенсивности мобилизации гликогена печени. Этот показатель обмена углеводов редко используется самостоятельно в спортивной диагностике, поскольку уровень глюкозы в крови зависит не только от воздействия физических нагрузок на организм, но и от эмоционального состояния человека, гуморальных механизмов регуляции, питания и других факторов.
У здорового человека в моче глюкоза отсутствует, однако может появиться при интенсивной мышечной деятельности, эмоциональном возбуждении перед стартом и при избыточном поступлении углеводов с пищей (алиментарная глюкозурия) в результате увеличения ее уровня в крови (состояние гипергликемии). Появление глюкозы в моче при физических нагрузках свидетельствует об интенсивной мобилизации гликогена печени, постоянное наличие ее в моче является диагностическим тестом заболевания сахарным диабетом.
Молочная кислота. Гликолитический механизм ресинтеза АТФ в скелетных мыщцах заканчивается образованием молочной кислоты, которая затем поступает в кровь. Выход ее в кровь после прекращения работы происходит постепенно, достигая максимума на 3—7-й минуте после окончания работы. Содержание молочной кислоты в крови в норме в состоянии относительного покоя составляет 1,0—1,5 ммоль-л-1 (15— 30 мг %) и существенно возрастает при выполнении интенсивной физической работы. При этом накопление ее в крови совпадает с усиленным образованием в мышцах, которое существенно повышается после напряженной кратковременной нагрузки и может достичь до 30 ммоль-кг-1 массы при изнеможении. Количество молочной кислоты больше в венозной крови, чем в артериальной. С увеличением мощности нагрузки содержание ее в крови может возрастать у нетренированного человека до 5—6 ммоль л-1 , у тренированного — до 20 ммоль-л-1 и выше. В аэробной зоне физических нагрузок лактат составляет 2—4 ммоль л-1 , в смешанной — 4—10 ммоль л-1 , в анаэробной — более 10 ммоль-л-1 . Условная граница анаэробного обмена соответствует 4 ммоль лактата в 1 л крови и обозначается как порог анаэробного обмена (ПАНО), или лактатный порог (ЛП). Снижение содержания лактата у одного и того же спортсмена при выполнении стандартной нагрузки на разных этапах тренировочного процесса свидетельствует об улучшении тренированности, а повышение — об ухудшении ее. Значительные концентрации молочной кислоты в крови после выполнения максимальной работы свидетельствуют о более высоком уровне тренированности при хорошем спортивном результате или о большей метаболической емкости гликолиза, большей устойчивости его ферментов к смещению рН в кислую сторону. Таким образом, изменение концентрации молочной кислоты в крови после выполнения определенной физической нагрузки связано с состоянием тренированности спортсмена. По изменению ее содержания в крови определяют анаэробные гликолитические возможности организма, что важно при отборе спортсменов, развитии их двигательных качеств, контроле тренировочных нагрузок и хода процессов восстановления организма.
Среди показателей липидного обмена наиболее важны свободные жирные кислоты, кетоновые тела, холестерол, продукты перекисного окисления липидов (ПОЛ) и фосфолипиды.
Свободные жирные кислоты. Являясь структурными компонентами липидов, уровень свободных жирных кислот в крови отражает скорость липолиза триацилглицеролов в печени и жировых депо. В норме содержание их в крови составляет 0,1—0,4 ммоль-л-1 и увеличивается при длительных физических нагрузках.
По изменению содержания свободных жирных кислот в крови контролируют степень подключения липидов к процессам энергообеспечения мышечной деятельности, а также экономичность энергетических систем или степень сопряжения между липидным и углеводным обменом. Высокая степень сопряжения этих механизмов энергообеспечения при выполнении аэробных нагрузок является показателем высокого уровня функциональной подготовки спортсмена.
Кетоновые тела. Образуются они в печени из ацетил-КоА при усиленном окислении жирных кислот в тканях организма. Кетоновые тела из печени поступают в кровь и доставляются к тканям, в которых большая часть используется как энергетический субстрат, а меньшая выводится из организма. Уровень кетоновых тел в крови в определенной степени отражает скорость окисления жиров. Содержание их в крови в норме относительно небольшое — 8 ммоль-л-1 . При накоплении в крови до 20 ммоль-л-1 (кетонемия) они могут появиться в моче, тогда как в норме в моче кетоновые тела не выявляются. Появление их в моче (кетонурия) у здоровых людей наблюдается при голодании, исключении углеводов из рациона питания, а также при выполнении физических нагрузок большой мощности или длительности. Этот показатель имеет также диагностическое значение при выявлении заболевания сахарным диабетом, тиреотоксикозом.
По увеличению содержания кетоновых тел в крови и появлению их в моче определяют переход энергообразования с углеводных источников на липидные при мышечной активности. Более раннее подключение липидных источников указывает на экономичность аэробных механизмов энергообеспечения мышечной деятельности, что взаимосвязано с ростом тренированности организма.
Холестерол. Это представитель стероидных липидов, не участвующий в процессах энергообразования в организме. Содержание его в плазме крови в норме составляет 3,9—6,5 ммоль*л-1 и зависит от пола (у мужчин выше), возраста (у детей ниже), диеты (у вегетарианцев ниже), двигательной активности. Постоянное увеличение уровня холестерола и его отдельных липопротеиновых комплексов в плазме крови служит диагностическим тестом развития тяжелого заболевания — атеросклероза, сопровождающегося поражением кровеносных сосудов. Установлена зависимость коронарных нарушений от концентрации холестерола в крови. При поражении сосудов сердца наблюдается ишемия миокарда или инфаркт, а сосудов мозга — инсульты, сосудов ног атрофия конечностей. В работах последних лет показано, что выведению из организма человека холестерола способствуют пищевые волокна (клетчатка), содержащиеся в овощах, фруктах, черном хлебе и других продуктах, а также лецитин и систематические занятия физическими упражнениями.
Продукты перекисного окисления липидов (ПОЛ). При физических нагрузках усиливаются процессы перекисного окисления липидов и накапливаются продукты этих процессов, что является одним из факторов, лимитирующих физическую работоспособность, поэтому при биохимическом контроле реакции организма на физическую нагрузку, оценке специальной подготовленности спортсмена, выявлении глубины биодеструктивных процессов при развитии стресс-синдрома проводят анализ содержания продуктов перекисного окисления в крови: малонового диальдегида, диеновых конъюгатов, а также супероксиддисмутазную, глутатионпероксидазную. глутатионредуктазную и каталазную активность.
Фосфолипиды Содержание фосфолипидов в норме в крови составляет 1,52—3,62 г-л-1 . Повышение их уровня в крови наблюдается при диабете, заболеваниях почек, гипофункции щитовидной железы и других нарушениях обмена, а понижение — при жировой дистрофии печени, т. е. при поражении структуры печени, в которых они синтезируются. Для стимуляции синтеза фосфолипидов и снижения содержания в крови триацилглицеролов необходимо увеличить потребление с пишей липотропных веществ. Поскольку длительные физические нагрузки сопровождаются жировой дистрофией печени, в спортивной практике иногда используют контроль содержания триацилглицеролов и фосфолипидов в крови.
Из показателей белкового обмена в клинико-биохимическом контроле в спорте используют гемоглобин, миоглобин, актин, альбумины, глобулины, мо
