Аэробная выносливость и работоспособность

Источник:
Учебное пособие для ВУЗов «Спортивная физиология».
Автор: И.И. Земцова Изд.: Олимпийская лит-ра, 2010 год.

Определение и оценка аэробной физической работоспособности

Для оценки аэробной мощности и емкости в процессе контроля выносливости спортсменов используют такие функциональные, морфологические и метаболические показатели (Вилмор, Косттл, 2003; Белоцерковский, 2005; Мищенко B.C., 1990):

• VO₂max. Этот показатель характеризует скорость максимального потребления кислорода и используется для оценки мощности аэробного процесса (приложение 8). Регистрируют абсолютные показатели (л-мин^-1), прямо зависящие от массы тела спортсмена, и относительные (мл-мин^-1-кг1), находящиеся в обратной зависимости от массы тела. Спортсмены высокого класса имеют высокие значения VO₂max: абсолютные значения у мужчин могут достигать 6—7 л, относительные — 85—95 л-мин^-1, у женщин — соответственно 4,0—4,5 л-мин^-1 (72 мл-мин^-1-кг^-1).

Приложение 8 — VO₂max у лиц разного пола и возраста

Возраст, лет	Уровень развития аэробных возможностей
	Низкий		Средний		Высокий
	Мужчины	Женщины	Мужчины	Женщины	Мужчины	Женщины
20—29	3,1—3,69	2,0—2,49	3,7—3,99	2,5— 2,79	4,0	2,8
30—39	2,8—3,39	1,9— 2,39	3,4—3,68	2,4—2,69	3,7	2,7
40—49	2,5—3,09	1,8—2,29	3,1—3,39	2,3—2,39	3,4	2,6
50—59	2,2—2,79	1,7—2,2	2,8—3,09	2,2—2,3	3,1	2,5
60—69	1,9—2,49	1,6—2,1	2,5—2,79	2,1—2,2	2,8	2,4

• Время достижения VO₂max для показателей данной работы отражает способность к быстрой мобилизации возможностей аэробного процесса. Спортсмены высокого класса, особенно те, которые специализируются в беге на дистанциях 400, 800 и 1500 м, способны достигать предельных значений показателя уже спустя 30—40 с после начала работы.

• Максимальная легочная вентиляция (МЛВ, л мин^-1) используется для оценки мощности системы внешнего дыхания. Предельные показатели регистрируются в условиях произвольной вентиляции. У спортсменов высокого класса регистрируются очень высокие величины: до 190—200 л-мин^-1 и более — у мужчин, до 130—140 л-мин^-1 и более — у женщин.

• Время удержания максимальных для данной работы величин ЛВ используется для оценки емкости аэробного процесса энергообеспечения. ЛВ на уровне 80 % максимальной спортсмены высокой квалификации способны поддерживать в течение 10—15 мин, а ведущие стайеры — до 30—40 мин и более. О повышении эффективности ЛВ судят по вентиляционному эквиваленту O₂, то есть по объему ЛВ на 1 л потребляемого кислорода. У хорошо тренированных спортсменов наблюдается тенденция к снижению количества вентилируемого воздуха при одинаковом потреблении кислорода.

• Порог анаэробного обмена (ПАНО) оценивается по величине потребления

O₂ при постоянном уровне лактата в крови (4 ммоль-л-1) или в процентах VO2mах.

У нетренированных лиц ПАНО находится приблизительно на уровне 50—55 % \/O₂mах, а у спортсменов высокого класса может достигать 85—90 % VO₂max.

• Длительность работы на уровне ПАНО является показателем емкости аэробного процесса энергообеспечения. У спортсменов высокого класса этот показатель может достигать 1,5—2 ч.

• СО используют для оценки мощности системы центральной гемодинамики и определяют количеством крови, вытолкнутой желудочком сердца во время каждого сокращения. В условиях покоя у спортсменов высокой квалификации он составляет 100—110 мл, а во время выполнения максимальной работы — 200—220 мл.

• Сердечный выброс (л-мин^-1) определяет объем крови, поступающей в сосудистую систему за 1 мин. В состоянии покоя этот показатель составляет 4,5— 5,5 л-мин^-1, а во время предельных нагрузок может возрасти до 40—45 л-мин^-1.

• ЧСС за 1 мин у бегунов-стайеров в состоянии покоя может составлять 40 и даже 30 уд-мин^-1, а при предельных нагрузках достигать 210—230 и даже 250 уд-мин^-1.

• Время удержания ЧССмакс отражает емкость аэробного механизма. Спортсмены высокой квалификации способны в течение 2—3 ч работать при ЧСС 180—200 удмин^-1.

• Артерио-венозная разница кислорода — важный показатель утилизации кислорода работающими мышцами. У выдающихся бегунов на длинные дистанции отмечается разница в содержании кислорода в артериальной и венозной крови, достигающая 18—19 %.

• Мышечный кровоток у спортсменов во время физических нагрузок изменяется: 85—90 % крови сердечного выброса направляется к функционирующим мышцам.

• Капилляризация мышечных волокон отражает аэробную продуктивность мышц. В результате спортивной тренировки увеличивается количество капилляров на 1 мм поперечного сечения мышечных волокон. В среднем их у спортсменов — 400—450. У квалифицированных спортсменов (мужчины) мышечное волокно может окружаться 5—6 капиллярами, а у женщин — 4—5.

• Композиция и структурные особенности мышечных волокон определяют способность к проявлению выносливости. Повышенное содержание МС волокон отражает предпосылки для выносливости во время работы аэробной направленности, БСа- и БСб-волокон — к выносливости во время работы анаэробного характера (Ключевые биологические факторы..., 1996; Алексанянц, 2003; Козлов, Гладышева, 1997).

Возрастет количество митохондрий, их размеры и поверхность митохондриальных крист соответственно на 15—25, 35—45 и 65—75 %.

Количество мышечного гликогена свидетельствует о способности мышц выполнять длительную работу и является одним из важных показателей емкости аэробного процесса. Под влиянием спортивной тренировки количество гликогена в мышцах может возрастать на 50—60 % и более.

Экономичность использования энергетического потенциала оценивают по таким показателям:

• Механическая эффективность работы определяется как отношение количества энергии, необходимой для выполнения работы, к реально затраченной на ее выполнение. При условиях стандартных нагрузок механическая эффективность работы у квалифицированных спортсменов колеблется в пределах 25—27 %.

• Кислородная стоимость работы оценивается по количеству кислорода, затраченного на единицу работы (O₂Вт^-1). У спортсменов высокого класса этот показатель на 40—60 % выше, чем у нетренированных лиц.

• Гeмодинамический эквивалент (уcл. ед.) — это отношение сердечного выброса к потреблению кислорода, оно свидетельствует об эффективности утилизации кислорода в крови. У спортсменов высокого класса этот показатель достигает 6,25—6,50 уcл. ед.

• Вентиляционный эквивалент (уcл. ед.) — это отношение ЛB к потреблению кислорода. У спортсменов высокого класса эффективность утилизации кислорода достигает 24,5 усл. ед.

• Пульсовая стоимость работы характеризуется общим количеством сокращений сердца во время выполнения стандартной нагрузки. Регистрируется суммарное количество сокращений сердца, затраченное на выполнение заданной работы, минус ЧСС покоя.

В зависимости от наличия необходимого оснащения, возможности использования стадиона предлагается несколько методов определения аэробных возможностей спортсменов (работы 13—14).

Определение физической работоспособности по тесту Купера

Оценку физической работоспособности с использованием стандартных физических нагрузок определяют по 12-минутному и 1,5-мильному тестах Купера (Орешкин, 1990; Мурза, Фттпов, 2001).

12-минутный тест состоит в преодолении как можно большего расстояния за 12 мин с использованием ходьбы или бега только в условиях стадиона. Учитывая возраст испытуемых, в зависимости от преодоленной дистанции проводят оценку физической подготовленности, используя таблицу 16.

Таблица 16 — Оценка физической подготовленности по результатам 12-минутного теста Купера

Физическая подготовленность	Возраст, лет
	До 30	30—39	40—49	50 и больше
Мужчины
Очень плохая	Менее 1, 6	Менее 1,5	Менее 1,3	Менее 1,2
Плохая	1,6—1,9	1,5—1,8	1,3—1,6	1,2—1,4
Удовлетворительная	2,0—2,4	1,85—2,15	1,7-2,1	1,5—1,8
Хорошая	2,5—2,7	2,16—2,6	, 2,2—2,4	1,85—2,3
Отличная	2,8 и более	2,65 и более	2,5 и более	2,5 и более
Женщины
Очень плохая	Менее 1,5	Менее 1,3	Менее 1,2	Менее 1,0
Плохая	1,5—1,84	1,3—1,6	1,2—1,5	1,0—1,3
Удовлетворительная	1,85—2,24	1,7—1,9	1,6—1,9	1,4—1,6
Хорошая	2,25—2,64	2,0—2,4	2,0—2,4	1,7—2,15
Отличная	2,65 и более	2,5 и более	2,4 и более	2,2 и более

• К тестированию по 12-минутному тесту Купера допускаются лишь лица, имеющие разрешение врача и прошедшие 6-недельную предварительную подготовку (занятия не менее трех раз в неделю).

По преодоленному расстоянию за 12 мин можно определить максимальное потребление кислорода, используя такие данные:

Дистанция	VO2mах, млкг-1 мин-1
Менее 1,6	Менее 25,0
1,6—1,9	25,0—33,7
2,0—2,4	33,8—42,5
2,5—2,7	42,6—51,5
2,8 и более	51,6 и более

1,5-мильный (2,4-километровый) тест целесообразно использовать для группового тестирования. Оценку теста делают, определяя время, необходимое для преодоления 1,5 мили (2,4 км), используя данные таблицы 17.

Таблица 17 — Оценка физической подготовленности мужчин разного возраста по результатам времени преодоления ими дистанции 1,5 мили (2,4 км), мин

Физическая подготовленность	Возраст, лет
	До 30	30—39	40—49	50 и больше
Очень плохая Плохая Удовлетворительная Хорошая Отличная	16,30 и более 16,30—14,31 14,20—12,01 12,00—10,16 10,15 и менее	17,30 и более 17.30—15,31 15.30—13,01 14,00—11,01 11,00 й менее	18.30    и более 18.30—16,31 16.30—14,01 14,00-—11,31 11.30    и менее	19.00    и более 19.00—17,01 17.00—14,31 14,30—12,01 12.00    и менее

Ход работы

Из числа студентов выбирают двух девушек и двух юношей разного уровня подготовленности. В условиях стадиона они выполняют 12-минутный тест Купера. Полученные данные вносят в таблицу 18 и анализируют их. По величине преодоленного расстояния определяют соответствующее значение МПК.

Таблица 18 — Результаты 12-минутного теста Купера, км

Испытуемый	Результат теста, км	Соответствующее значение V02mах, мл-кг-1-мин-1

Сравнивают данные, полученные у всех испытуемых, делают выводы.

Определение аэробной физической работоспособности (прямой метод определения VO₂max)

Оснащение: аппаратура, позволяющая давать дозированные физические нагрузки разной мощности (велоэргометр, тредбан / тредмил), газоанализатор

для определения кислорода во вдыхаемом и выдыхаемом воздухе (например, «OXYCON ALPHA», Германия), секундомер.

Ход работы

Из числа студентов выбирают двух испытуемых (желательно бегунов) разной квалификации. Перед исследованием обязательно проводят инструктаж и разминку (стандартная нагрузка аэробной направленности). Потом испытуемый выполняет физические нагрузки ступенчато возрастающей мощности (от субмаксимальной величины до отказа от работы) с постепенным повышением на 20 Вт. Частота педалирования на велоэргометре — 60 оборотов-мин^-1, длительность — 3 мин. Между каждым сеансом должен быть длительный перерыв, достаточный для полного восстановления. За конечную величину принимают значение, когда потребление кислорода выходит на плато.

Полученные данные анализируют и делают выводы.

Непрямые методы определения VO₂max

Рисунок 4 — Номограмма Астранда для определения VO2max. Номограммой Астранда рекомендуют пользоваться только лицам, занимающимся оздоровительной физкультурой, но не спортсменам высокой квалификации, у которых при дозированных нагрузках ЧСС относительно низкая, и это ведет к искажению результатов

Вследствие тяжелого испытания и технической сложности описанного выше метода часто используют непрямые методы определения VO₂max. Существует несколько вариантов.

Вариант 1. Определение VO₂max по номограмме Астранда. Испытуемого предварительно взвешивают, а потом он выполняет дозированную физическую нагрузку (Евгеньева, 2001; Мурза, OminnoB, 2001).

Для дозирования нагрузки рекомендуется ступенька высотой 33 см для женщин и 40 см для мужчин. Темп восхождения 22,5 цикла мин^-1.

Для велоэргометрического исследования нагрузки выбирают такую, чтобы ЧСС на пятой (конечной) минуте нагрузки была в пределах 120—170 уд-мин^-1. Если обследование проводят с использованием степ-теста, то на номограмме сначала на шкале «степ-тест» находят точку, соответствующую массе тела испытуемого, которую соединяют горизонтально со шкалой потребления кислорода (рис. 4). На месте пересечения находят величину фактического потребления кислорода. Эту точку соединяют прямой линией с зарегистрированной в опыте ЧСС на левой шкале (ЧСС). Точка пересечения последней линии со шкалой VO₂max указывает на значение VO₂max.

В условиях использования велоэргометра вычисляют показатель VO₂max, пользуясь вместо шкалы «степ-тест» шкалой «велоэргометрическая нагрузка».

Найденную при помощи номограммы величину VO₂max корректируют, умножая на возрастной показатель:

Возраст, лет 15	25	35	40	45	50	55	60	65
Возрастной показатель 1,1	1,00	0,87	0,83	0,78	0,75	0,71	0,68	0,65

Вариант 2. Вычисление VO2max с помощью теста PWC₁₇₀. Физическую работоспособность можно оценивать с помощью теста PWC₁₇₀, предусматривающего регистрацию физической работоспособности в условиях нагрузки, сопровождаемой повышением ЧСС до 170 ударов в 1 минуту (Солодков, Сологуб, 2003; Спортивная медицина..., 2003). Физиологической предпосылкой этой пробы является линейная зависимость между мощностью работы и ЧСС в пределах 170—190 уд-мин^-1. Дальнейшее увеличение этого показателя уже не сопровождается параллельным возрастанием физической работоспособности.

Известно также, что рост физической работоспособности и адаптированности к выполнению физических упражнений сопровождается уменьшением ЧСС как в состоянии покоя, так и в условиях выполнения дозированных (немаксимапьных) физических нагрузок. Именно это позволяет, регистрируя ЧСС в условиях определенных нагрузок, делать вывод о физической работоспособности организма.

Самые достоверные результаты можно получить в условиях, когда ЧСС достигает 170 уд-мин^-1. Для этого нужно всем испытуемым давать определенную нагрузку, доводя ЧСС до 170 уд-мин^-1. Однако, такая нагрузка слишком велика, и поэтому для определения PWC₁₇₀ используют различные модификации этого метода.

Во время оценки получаемых результатов следует учитывать, что у молодых тренированных мужчин PWC₁₇₀ обычно достигает 850—1100 кгм-мин^-1 (142—184 Вт), у женщин — 450—850 кгм-мин^-1. Более информативной является относительная величина PWC₁₇₀, приходящаяся на 1 кг массы тела. У нетренированных мужчин эти величины составляют 14,4 кгм мин^-1 и 2,4 Вт-кг^-1, а у женщин — 10,2 кгм-мин^-1,1,7 Вт-кг^-1.

У спортсменов, тренирующих выносливость, показатели PWC₁₇₀ значительно выше—до 1600—1700 кгм-мин^-1,267—284 Вт, или 23,0—24,0 кгм мин^-1кг^-1, 3,8—4,0 Вт-кг^-1.

Приведем несколько модификаций метода определения PWC₁₇₀ (Детская спортивная медицина, 1991; Круцевич, 1999).

Методика упрощенного определения PWC₁₇₀. У испытуемого, сидящего в удобной позе, после нескольких минут отдыха определяют ЧСС за 1 мин (ЧСС.,). Затем он в течение 2 мин осуществляет восхождение на ступеньку для степ-теста. Темп восхождения постоянен и равен 25 циклам за 1 мин, каждый цикл состоит из 4 шагов, а заданный метрономом темп равен 100 уд-мин^-1. Сразу по окончании работы испытуемый садится, и у него подсчитывают пульс за первых 10 с восстановления. Полученную величину умножают на 6 и таким образом определяют ЧСС после работы (ЧСС2).

Мощность выполненной работы рассчитывают по формуле:

W = h*m*n*k, кгм мин^-1

где h — высота ступеньки, м; m — масса тела, кг; л — число подъемов за 1 мин; к — коэффициент, учитывающий работу, затраченную на спуск со ступеньки (среднее значение — 1,3).

Расчет PWC₁₇₀ проводят по формуле:

PWC₁₇₀ =W(170-ЧСС1)/(ЧСС2-ЧСС1) кгм мин^-1

где W мощность выполненной работы; ЧСС1 — в состоянии покоя за 1 мин; ЧСС2-за 1 мин сразу после работы.

Графический способ определения PWC₁₇₀. Исходя из положения, что между интенсивностью работы и ЧСС в пределах до 170—190 за 1 мин существует линейная зависимость, было предложено измерять физическую работоспособность методом экстраполяции (Детская спортивная медицина, 1991; Евгеньева, 20O₂; Булич, Муравов, 2003). Суть принципа состоит в том, что работоспособность в случае 170 сокращений сердца можно вычислить, зная ЧСС у испытуемого и мощность двух меньших физических нагрузок (рис. 5). Из рисунка видно, что при нагрузке мощностью 75 Вт, наблюдаем рост ЧСС у испытуемого до 112 уд-мин^-1, вторая нагрузка мощностью 150 Вт сопровождается повышением ЧСС до 146. Соединив две полученные точки и продлевая прямую до горизонтальной линии, идущей на уровне ЧСС, равной 170 уд-мин^-1, получаем точку пересечения, перпендикуляр из которой определяет величину физической работоспособности, которая была бы в условиях ЧСС 170 уд-мин^-1, то есть PWC₁₇₀.

Этот метод, по сравнению с прямым, удобнее, поскольку нет надобности давать нагрузку при ЧСС 170 уд-мин^-1, что является тяжелым испытанием, а можно выполнять исследование PWC₁₇₀ при более низких пульсовых режимах.

Расчет PWC₁₇₀ с помощью вычислений. Наиболее целесообразно рассчитывать PWC₁₇₀ с помощью вычислений. Для этого необходимо провести исследование и подставить полученные значения ЧСС и мощности нагрузки в формулу:

PWCI70=W1+(W2-W1) * (170-f1)/(f2-f1)

где W1 W2 — мощности первой и второй нагрузок; f1 и f2 — ЧСС в конце первой и второй нагрузок.

Методика состоит в выполнении двух нагрузок относительно небольшой мощности (длительность 5 мин с 3-минутным интервалом отдыха). В конце каждой нагрузки в течение 30 с подсчитывают ЧСС. Удваивая эти значения, получают ЧСС за 1 мин (f1 и f2).

Использование этой методики результативно, если:

• используют велоэргометрическую нагрузку, что позволяет поддерживать определенную интенсивность работы и привлекать к деятельности большие группы мышц;

• исследование проводится без предварительной разминки;

• разница между ЧСС в конце первой и второй нагрузки должна быть не менее 40;

• во время выбора мощности первой нагрузки следует учитывать специализацию спортсмена и массу его тела, используя таблицу 19;

• для оптимального выбора второй нагрузки используют таблицу 20.

В случае использования степ-теста выполненная работа за единицу времени может быть точно определена по формуле:

W=P*h*n*1,33,

где W— мощность нагрузки, кгм-мин^-1; Р— масса тела, кг; h — высота ступеньки, м; п — количество восхождений за 1 мин; 1,33 — поправочный коэффициент на физические затраты, связанные со спуском со ступеньки, которые составляют 1/3 затрат на восхождение.

Рисунок 5 — Графический способ определения PWC₁₇₀

Таблица 19 — Мощность первой нагрузки (W1) для определения PWС170 у спортсменов различной специализации (кгм мин^-1 Вт^-1 )

Группа видов спорта	Масса тела, кг
	55—59	60—64	65—69	70—74	75—79	10—84	85 а более
Скоростно-силовые и сложнокоординационные	300/50	400/67	500/83	500/83	500/83	600/100	600/100
Игровые и единоборства	300/50	400/67	500/83	600/100	700/117	800/133	800/133
На выносливость	500/83	600/100	700/117	800/133	900/150	900/150	1000/167

Таблица 20 — Мощность второй нагрузки (W2) для определения PWC₁₇₀ (кгм мин^-1 Вт^-1 )

Мощность W2 кгм-мин-1-Вт-1	ЧСС во время W, уд-мин 1
	90—99	100-109	110—119	120—129
300/50	1000/167	850/142	700/117	600/100
400/67	1200/200	1000/167	800/133	700/117
500/83	1400/233	1200/200	1000/167	850/142
600/100	1600/267	1400/233	1200/200	1000/167
700/117	1800/300	1600/267	1400/233	1200/200
800/113	1900/317	1700/283	1500/250	1300/217
900/115	2000/333	1800/300	1600/267	1400/233

Определив одним из предложенных методов значения PWC₁₇₀ (кгм мин^-1), можно определить значение VO₂max по формулам:

VO₂max = 2,2 *PWC₁₇₀ +1070, мл-мин^-1 (для представителей циклических видов спорта)

VO₂max = 1,7*PWC₁₇₀ + 1240, мл мин^-1 (для представителей скоростно-силовых видов спорта)

Полученные результаты сравнивают с данными таблицы 21. Следует учитывать, что у спортсменов (особенно тренированных на выносливость) VO₂max гораздо выше и может достигать 90 мл мин^-1кг^-1 и более.

Таблица 21 — Значение VO2max и его оценка у нетренированных здоровых людей

Пол	Возраст, лет	V02max, млмин-1кг1
		Очень высокое	Высокое	Среднее	Низкое	Очень низкое
Мужчины	<25	>55	49—54	39—48	33—38	<33
	25—-34	>52	45—52	38-44	32—37	<32
	35—44	> 50	43—50	36—42	30—35	<30
	45—54	>47	40—47	32—39	27—31	<27
	55—64	>45	37-45	29—36	23—28	<23
	>64	>43	33—43	27—32	20—26	<23
Женщины	<20	>44	38—44	31—37	24—30	<24
	20—29	<41	36—41	30—35	23—29	<23
	30—39	<39	35—39	28—34	22—27	<22
	40—49	<36	31—36	25—30	20—24	<20
	50—59	<34	29—34	23—38	18—22	<18
	>59	32	27—32	21—26	16—20	<16

Делают выводы об уровне функционирования сердечно-сосудистой и дыхательной систем испытуемых.

Читайте также

• Физическая работоспособность
• Анаэробные тренировки
• Кислородный долг
• Аэробная производительность
• Кислородный эквивалент работы
• Эргогенные средства