Функциональные возможности сердечно-сосудистой системы

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

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)

Вес тела в кг	59 и менее	60-64	65-69	70-74	75-79	80 и более
Мощность первой нагрузки, кгм/мин (N1)	300	400	500	600	700	800

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

Мощность работы при первой нагрузке, кгм/мин	Мощность N2, кгм/мин
	ЧСС N1, уд./мин
	80-89	90-99	100-109	110-119	120-129
400	1100	1000	900	800	700
500	1200	1100	1000	900	800
600	1300	1200	1100	1000	900
700	1400	1300	1200	1100	1000
800	1500	1400	1300	1200	1100

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.

Рис. 1. Графический способ определения линейной зависимости ЧСС от мощности нагрузки по показателям PWС₁₇₀

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)

Спортивная специализация	PWC170
	кгм/мин + m	Пределы колебаний	На 1 кг веса тела ± ш
Лыжники	1760±305	1140...2328	25,7±4,6
Конькобежцы	1710+284	1160...2328	24,0±3,5
Легкоатлеты (бег на сред, диет.)	1694±35	1200...2400	24,2±1,9
Велосипедисты	1670±287	1220...2130	22,6±3,9
Баскетболисты	1625±306	950...2241	18,7±2,8
Ватерполисты	1637±219	1328...2190	19,1+2,5
Гребцы	1919±249	1125...2100	21,2±2,2
Футболисты	1529+195	1200...1910	21,7±2,5
Хоккеисты	1428+47	489...1810	20,1±2,72
Борцы	1370±310	976...2150	18,6±2,5
Теннисисты	1280±284	990...1800	18,4+3,2
Тяжелоатлеты	1148±224	750...1332	15,16+1,6
Гимнасты	1044±150	793...1400	16,5±2,0
Боксеры	1360±335	948...2456	20,2+2,35
Прыгуны в воду	1195+190	868...1518	17,7±2,1

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)

Общая физическая работоспособность	PWC170 (кгм/кг)
Низкая	14 и меньше
Ниже средней	15-16
Средняя	17-18
Выше средней	19-20
Высокая	21-22
Очень высокая	22 и больше

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)

PWC170, кгм	МПК, л/мин	PWC170, кгм	МПК, л/мин
500	1,62	1500	4,37
600	2,66	1600	4,67
700	2,72	1700	4,83
800	2,82	1800	5,06
900	2,97	1900	5,32
1000	3,15	2000	5,57
1100	3,38	2100	5,57
1200	3,60	2200	5,66
1300	3,88	2300	5,66
1400	4,13	2400	5,72

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

Возраст, лет	15	25	35	40	45	50	55	60	85
Фактор	1,10	1,0	0,87	0,83	0,78	0,75	0,71	0,68	0,65

Например: ЧСС составляет 166 уд./мин. Согласно номограмме Астранда (пересечение линии, соединяющей ЧСС и мощность нагрузки в кгм) его МПК составляет 3,6 л/мин при возрастном поправочном коэффициенте равном 1.

Помимо номограммы Астрандом предложен еще один непрямой метод определения МПК - по таблице 29. Сам тест выполняется аналогично вышеописанному.

Определение PWС₁₇₀ с помощью степ-теста

Как и в вышеописанном варианте с использованием велоэргометра, испытуемый последовательно выполняет две различные 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 выполненной нагрузки определяется высотой ступенек и скоростью нашагивания на них. Для того чтобы 1-я нагрузка была достаточной, но не чрезмерной, учитывается пол и степень тренированности обследуемого. Для нетренированных женщин предлагается нагрузка с темпом нашагиваний 5 раз/мин при высоте ступеньки 28 см, что соответствует мощности 0,3 ватта на килограмм массы тела. Для нетренированных мужчин темп составляет 10 раз/мин, что соответствует мощности 0,6 ватта на килограмм массы тела. Для тренированных мужчин и спортсменов предлагается первая нагрузка с темпом нашагиваний 15 раз/мин при высоте ступеньки 40 см, что соответствует мощности 1,27 ватта на килограмм веса, а для тренированных женщин - 10 раз/мин при высоте ступеньки 28 см, что соответствует мощности 1,2 ватт на кг массы тела.

Мощность выполненных нагрузок определяется по формуле:

N = 1,3 h* n * Р,

где h - высота ступеньки в м; n - количество подъемов в мин; Р - масса тела обследуемого в кг; 1,3 - коэффициент.

Затем по формуле вычисляют величину PWС₁₇₀.

Прямой метод определения МПК

В 1955 году V. Bohlau сообщил об изобретенном им способе непрерывной регистрации потребления кислорода в покое и при выполнении физической нагрузки, который был назван впоследствии спироэргометрией.

Целью спироэргометрии является получение информации о работе кардиореспираторной системы. Это осуществляется посредством непрерывной регистрации и анализа выдыхаемого воздуха по легочным объемам, а также поглощенным и выделяемым газам (O₂ и СO₂) в процессе выполнения испытуемым физической нагрузки. Анализ изменений этих показателей позволяет определить общую физическую работоспособность, аэробную и анаэробную производительность организма, анаэробный порог и другие параметры, позволяющие прогнозировать долгосрочную функциональную активность и разрабатывать рекомендации по коррекции тренировочных нагрузок.

Спироэргометрию чаще всего проводят с целью определения МПК, ПАНО и других показателей газообмена при выполнении максимальных нагрузочных тестов. Для этой цели используют велоэргометрическую нагрузку под контролем ЭКГ ступенчато-повышающейся мощности «до отказа», с длительностью каждой ступени 3 мин (для достижения стабилизации регистрируемых показателей), мощность нагрузки рассчитывают исходя из массы тела спортсмена - 1 Вт на кг.

Исследование газообмена проводится ежеминутно в состоянии покоя - 3 мин (Baseline), во время работы (Exercise) и в течение 10 минут восстановительного периода (Recovery) с регистрацией показателей газообмена с текущей и последующей компьютерной обработкой в виде таблиц и графиков.

В процессе тестирования регистрируются основные показателя газообмена: число дыханий в минуту (RR), дыхательный объем (TV), кислородный пульс (O₂puls), потребление кислорода (VO₂), потребление кислорода на 1 кг массы тела (VO₂/kg), вентиляция легких (VE), выделение углекислого газа (VCO₂), дыхательный коэффициент (RQ), вентиляционный эквивалент (VE02). В протокол тестирования включены показатели, регистрируемые электрокардиографом и велоэргометром: ЧСС (HR), АД сист. (SBP), АД диаст. (DBP), мощность нагрузки в Вт (work).

Общепризнанным критерием оценки физической работоспособности является потребления кислорода в условиях максимальной мышечной нагрузки. При этом максимальной принято считать нагрузку такой мощности, повышение которой уже не сопровождается ростом потребления кислорода, то есть нагрузку, исчерпывающую резервы организма по снабжению работающих мышц источниками энергии.

В среднем МПК у лиц с разным физическим состоянием составляет от 2,5 ...4,5 л/мин, а у спортсменов в циклических видах спорта - 4,5 ...6,5 л/мин.

Кислородное обеспечение нагрузки и физическая работоспособность при спироэргометрии анализируются по следующим параметрам:

• время работы (Т) мин;

• объем выполненной работы (A ob) - кгм;

• объем выполненной работы на 1 кг веса (A ob/kg) - кгм/кг;

• максимальная мощность выполненной нагрузки (W mах) - Вт;

• критическая мощность (W сг) - Вт;

• PWС₁₇₀ - кгм

• максимальное потребление кислорода (V02 max) - мл/мин;

• максимальное потребление кислорода на 1 кг (V02/kg) -мл/кг;

• кислородная стоимость работы определяется как суммарное потребление кислорода во время всей нагрузки, потраченное на выполнение 1 кгм работы (02i/A) - мл/кгм;

• максимальная легочная вентиляция (VE max) - л/мин;

• дыхательный коэффициент (RQ);

• общий кислородный долг - дополнительное потребление кислорода в послерабочем периоде по сравнению с уровнем покоя (02D) - л/мин;

• общий кислородный долг на 1 кг (02D/kg) - мл/кг;

• кислородныйдолгнаединицувыполненнойработы(020/А)-мл/кгм;

• ЧСС в покое, макс., на 5 и 10 мин восстановления (Ps bas, max, 5’, 10’);

• АД в покое, макс., на 5 и 10 мин восстановления (SBP/DBP bas, max, 5’, 10’).

Определение порога анаэробного обмена

Рис. 2. Графическое определение ПАНО по легочной вентиляции и вентиляционному эквиваленту

Важной характеристикой кислородного обеспечения нагрузки является ПАНО - порог анаэробного обмена - мощность нагрузки при работе возрастающей интенсивности, при которой начинаются улавливаемые лабораторными методами анаэробные процессы энергообеспечения. ПАНО - порог анаэробного обмена определяет соотношение аэробных и анаэробных механизмов энергообеспечения.

Обычно ПАНО определяют по началу резкого, крутого изменения (излома) целого ряда физиологических кривых на графике зависимости этих показателей от мощности выполненной нагрузки. К числу таких показателей относят содержание лактата, pH, содержание буферных оснований в крови, легочную вентиляцию, дыхательный коэффициент, «неметаболический излишек СO₂» и др., которые коррелируют с содержанием лактата и буферных оснований в крови.

Из неинвазивных методик самым популярным методом определения ПАНО является резкое увеличение вентиляции или вентиляционного эквивалента по кислороду (рис. 2) на графике зависимости этих показателей от времени выполнения теста.

Определение ПАНО по уровню лактата

В покое у здорового человека концентрация лактата составляет 1-2 ммоль/л. Концентрация лактата на уровне 2-4 ммоль/л соответствует аэробноанаэробной транзитной зоне. При выполнении ступенчато-возрастающего теста превышение уровня 4 ммоль/л, как правило, свидетельствует о достижении ПАНО. Резкое увеличение концентрации лактата обычно коррелирует с неинвазивными методиками определения ПАНО по резкому увеличению вентиляции и вентиляционного эквивалента по кислороду.

На основании анализа графиков газоанализа и концентрации молочной кислоты определяют следующие характеристики ПАНО для изучения соотношения аэробных и анаэробных механизмов энергообеспечения и составления рекомендаций по дальнейшему плану тренировочных нагрузок: время ПАНО - мин; мощность ПАНО - Вт; пульс ПАНО - уд./мин; интенсивность ПАНО - отношение П02 на уровне ПАНО к МПК - %.

Определение направленности тренировочного процесса по показателю ПАНО

Определение ПАНО позволяет целенаправленно определять зоны интенсивности тренировочных нагрузок. Наилучшим ориентиром для определения зон интенсивности нагрузки является индивидуальный анаэробный порог спортсмена - ЧСС на уровне ПАНО, когда концентрация лактата приближается к 4 ммоль/л и отмечаются другие признаки его достижения.

Поскольку анаэробный порог - это та интенсивность нагрузки, выше которой начинают превалировать анаэробные механизмы энергообеспечения, а в мышцах повышается концентрация молочной кислоты, то, целенаправленно занимаясь ниже или выше этого уровня, можно повышать аэробную или анаэробную работоспособность организма. Если необоснованно часто тренироваться с интенсивностью выше анаэробного порога, аэробные способности организма могут ухудшиться. Кроме того, анаэробный порог -это максимальная скорость бега, езды на велосипеде, передвижения на лыжах или в воде, которую спортсмен может поддерживать в течение длительного времени, не испытывая при этом преждевременной усталости. Эта скорость называется пороговой. Именно от пороговой скорости зависит результат спортсмена на длинных дистанциях. Установлено, что тренировки на уровне анаэробного порога в наибольшей степени способствуют увеличению пороговой скорости.

Величина анаэробного порога для всех спортсменов примерно равна 90% ЧСС макс. Однако в действительности уровень анаэробного порога может существенно различаться у разных спортсменов, в зависимости от их специализации и уровня тренированности. У спортсмена-любителя уровень анаэробного порога может составлять 75% ЧСС макс, а у высококвалифицированного спортсмена - 95% ЧСС макс.

Основная часть тренировочной программы спортсмена, тренирующегося на выносливость, должна выполняться на уровне пульса ПАНО, который определяется при спироэргометрии (концентрация лактата 2-4 ммоль/л), то есть не выше анаэробного порога. Во время восстановительных тренировок рекомендуемая ЧСС должна составлять 60-80% от пульса ПАНО, при этом уровень лактата не должен превышать 2 ммоль/л.

По результатам тестирования формулируется заключение, даются рекомендации по коррекции тренировочной нагрузки (аэробной или анаэробной направленности), а при необходимости назначаются восстановительные процедуры и необходимая фармакологическая поддержка.

Контроль направленности тренировочного процесса с учетом рекомендации по результатам тестирования

Определение параметров ПАНО позволяет вносить целенаправленные коррективы в тренировочную нагрузку, придавая ей по необходимости аэробную или анаэробную (скоростно-силовую) направленность. Определяя ЧСС ПАНО, врач рекомендует придерживаться этого значения пульса для увеличения аэробной производительности организма. Выполнение нагрузок с ЧСС, превышающей это значение, позволяет увеличивать анаэробную работоспособность.

На практике в процессе тренировки довольно сложно контролировать пребывание спортсмена в целевой зоне пульса без использования телеметрического контроля ЧСС с помощью мониторов сердечного ритма (POLAR и др). В настоящее время это самый современный, удобный и эффективный способ непрерывного врачебно-педагогического наблюдения, позволяющий регистрировать ЧСС в течение всей тренировки с возможностью последующего анализа пульсограммы выполненной нагрузки и восстановительного периода.

Использование мониторов сердечного ритма обеспечивает безопасность тренировок за счет включения предупреждающего звукового сигнала при достижении максимально допустимого пульса, который устанавливается предварительно врачом по результатам нагрузочного тестирования. Помимо обеспечения безопасности занятий использование кардиомониторов позволяет повысить эффективность тренировки за счет контроля интенсивности выполняемой нагрузки в соответствии с индивидуальной целевой зоной пульса. Целевая зона пульса определяется предварительно по показателям ПАНО и рассчитывается в зависимости от рекомендуемой тренировочной направленности (аэробной или анаэробной). Проконтролировать эффективность конкретной тренировки можно не только по итоговому отчетному протоколу, где в абсолютных цифрах или в процентном отношении указывается время работы в определенной целевой зоне пульса, но и непосредственно в процессе выполнения нагрузки. Звуковые сигналы информируют спортсмена при выходе за нижнюю или верхнюю границу ЧСС.

После тренировки полную информацию о выполненной нагрузке и реакции на нее можно передать через инфракрасный порт в компьютер спортивного врача.

Современное программное обеспечение позволяет хранить и обрабатывать полученную информацию, составлять наглядные отчеты, осуществлять планирование нагрузок различной направленности, вести индивидуальные дневники тренировок для каждого спортсмена, передавать данные по электронной почте.

Особенности адаптации спортсменов к возрастающим нагрузкам

Традиционные диагностические технологии клинической медицины чаще определяют состояние здоровья с точки зрения наличия или отсутствия патологических изменений, а технологии спортивной и восстановительной медицины - с точки зрения оценки резервов адаптации.

В настоящее время с позиции теории адаптации здоровье человека оценивается как степень адаптированности организма к условиям окружающей среды, ее физическим, психическим и социальным воздействиям. Переход из состояния здоровья к болезни идет через последовательные стадии дезадаптационного процесса. Это особенно актуально для спортсменов, постоянно подвергающихся воздействию предельных физических, психологических и других нагрузок.

До недавнего времени медицина практически не уделяла внимания функциональным состояниям, где на первом плане стоят не конкретные симптомы болезни, а нарушение способности организма адаптироваться к условиям окружающей среды, обусловленное снижением его функциональных резервов. Адаптация или приспособление к новым условиям происходит благодаря мобилизации функциональных резервов и требует определенного напряжения регуляторных систем. Проблема состоит в том, чтобы «цена адаптации» не выходила за пределы индивидуального «лимита», не приводила к перенапряжению и истощению механизмов регуляции.

Суммарная величина мощностей функциональных систем, характеризующих количество здоровья человека, определяет его жизне- и трудоспособность, а для спортсменов - еще и профессиональную состоятельность, и возможность достижения высоких спортивных результатов, так как роль резервов организма возрастает при изменении условий окружающей среды, в субэкстремальных и экстремальных ситуациях жизни, особенно при напряженной спортивной деятельности.

Эффективность использования положительной динамики адаптации для повышения работоспособности, профилактики физического перенапряжения во многом зависит от объективной оценки функционального состояния организма спортсмена. Отсутствие четкого представления о границах резервных возможностей человека является, с одной стороны, препятствием к достижению высоких спортивных результатов, а с другой - может привести к различным нарушениям в организме из-за несоответствия величины тренировочных физических нагрузок его адаптационным возможностям.

Р.М. Баевский и А.П. Берсенева (1997) в своей работе «Оценка адаптационных возможностей организма и риска развития заболеваний» предлагают косвенно оценивать функциональные резервы организма на основе сопоставления двух измеряемых показателей - уровня функционирования доминирующей системы и степени напряжения регуляторных систем:

ФР = УФ/СН,

где ФР - функциональный резерв организма; УФ - уровень функционирования системы; СН - степень напряжения.

Функциональный резерв может быть определен непосредственно на основании результатов функционально-нагрузочных тестов. Чем он выше, тем меньше усилий требуется организму для адаптации к обычным условиям существования в условиях покоя. Резервные «мощности» функциональной системы (кровообращения либо другой) создают запас прочности на случай неадекватных воздействий. Любые неблагоприятные факторы, в том числе чрезмерные физические нагрузки, приводят к напряжению регуляторных механизмов, что при достаточно высоком уровне функционирования системы («числитель» формулы) и небольшом напряжении регуляторных систем («знаменатель» формулы) не приводит к срыву адаптации.

Большинство известных и широко практикуемых в клинической медицине функционально-нагрузочных тестов направлено на изучение уровня функционирования доминирующих систем, чаще всего сердечно-сосудистой и дыхательной (например, показатель МПК для оценки резервных мощностей кардиореспираторной системы). Это «числитель» приведенной, выше формулы. С позиций теории адаптации не менее важно определение величины «знаменателя». К сожалению, традиционная функциональная диагностика не акцентирует на нем внимание, хотя очевидно, что даже при очень высоком уровне функционирования системы (например, высоком МПК) при значительном напряжении регуляторных механизмов (выраженном функциональном напряжении) резервы здоровья невелики и могут граничить с уровнем срыва адаптации. Это особенно важно при обследовании спортсменов для прогнозирования пика спортивной формы и профилактики физического перенапряжения.

Анализ вариабельности сердечного ритма

Для исследования и оценки процессов регуляции в организме, для определения степени напряжения регуляторных систем («знаменатель» в формуле Р.М. Баевского) в настоящее время широкое распространение получил метод анализа вариабельности сердечного ритма (ВPC), объективно отражающий состояние нейрогуморальной регуляции и позволяющий на этой основе оценить общее функциональное состояние и адаптационные резервы организма.

Принимая во внимание универсальность участия нейрогуморальной регуляции в различных физиологических и патологических процессах, быстроту ее реагирования на внешние и внутренние изменения, опережающие клинико-лабораторную картину, исследование и оценка нейрогуморальной регуляции является основой всей системы донозологической диагностики и оценки состояния здоровья человека, функционального состояния и резервов адаптации.

Оценка «здоровья здорового человека», физиологическая цена деятельности, динамический контроль за лицами, ведущими активный образ жизни, и спортсменами, раннее выявление признаков физического перенапряжения и состояния перетрениро-ваности, контроль процесса физической тренировки с целью его оптимизации - самые приоритетные направления использования ВРС в спортивной и восстановительной медицине.

Анализ вариабельности сердечного ритма отвечает всем медицинским, социальным и экономическим требованиям, предъявляемым к методам донозологической диагностики, которые должны быть экспрессивными, неинвазивными, фундаментально обоснованными и апробированными на достаточно широком контингенте.

Тест вариационной пулъсометрии (по Р.М. Баевскому)

Регуляция сердечного ритма в физиологических условиях является результатом ритмической активности синусового узла и модулирующего влияния вегетативной, центральной нервных систем и ряда гуморальных воздействий. Иерархическая структура управления ритмом сердца - это последовательность включения этих уровней регуляции.

Изменение сердечного ритма - универсальная оперативная реакция целостного организма на любое воздействие внешней среды. Информация о том, какова «цена» этой адаптации, содержится в волновой структуре сердечного ритма и может быть выявлена с помощью математического анализа ряда кардиоинтервалов.

В основе авторского алгоритма вычисления показателя активности регуляторных систем (ПАРС), использованного в АПК «Истоки здоровья», лежит гипотеза о двухконтурной модели управления сердечным ритмом, исходящая из наличия дыхательной и недыхательной компонент синусовой аритмии. При этом низший контур управления рассматривается как автономный. Элементы этого контура (синусовый узел, ядра блуждающего нерва, дыхательный центр) представляют собой достаточно обособленную систему со специфической, независимой периодикой, определяемой частотой дыхания. Высший контур является центральным и связан с недыхательной компонентой синусовой аритмии. Он представляет собой сложную суперпозицию колебаний с различным периодом и трендом, обусловленных непрерывной функциональной перестройкой системы управления ритмом сердца со стороны вегетативной нервной системы, подкорковых вазомоторных центров, гуморальнометаболических и других факторов.

При оптимальном регулировании управления участие высших уровней минимально. Деятельность «низших» уровней при этом «освобождает» высшие от необходимости постоянного участия в локальных регуляторных процессах. В случае, когда низшие уровни не справляются со своими функциями, когда необходима координация деятельности нескольких подсистем, уравновешивание организма со средой идет за счет напряжения механизмов регуляции. Чем выше централицазия управления ритмом сердца, тем выше «физиологическая цена» адаптации.

Отклонения, возникающие в регулирующих системах, предшествуют гемодинамическим, метаболическим, энергетическим нарушениям, а, следовательно, являются наиболее ранним прогностическим признаком неблагополучия обследуемого. Сердечный ритм служит индикатором этих отклонений, поэтому исследование ВРС имеет важное прогностическое и диагностическое значение как при обследовании практически здоровых людей, спортсменов, так и для больных с разной патологией.

Р.М. Баевский (1997) предлагает классифицировать состояния системы регуляции ритма сердца по пяти характеристикам:

• суммарному эффекту всех регуляторных воздействий;

• функции автоматизма сердечной мышцы;

• вегетативному гомеостазу;

• устойчивости регуляции;

• состоянию подкорковых нервных центров.

Суммарный эффект регуляции. Для его оценки используются общепринятые понятия нормо-, бради- и тахикардии. Брадикардия и тахикардия разделены на умеренную и выраженную. Границы классов выбраны по данным литературы.

В используемой методике оценка функции автоматизма преследует ограниченные цели: выделение состояний синусовой аритмии, изоритмии и гетеротопных нарушений автоматизма. Для этого используются три статистических показателя (ДХ, а, V), характеризующие степень вариабельности RR-интервалов.

Математический анализ сердечного ритма является специфическим методом оценки вегетативного гомеостаза. Выделяются умеренные и выраженные степени преобладания тонуса симпатической (СНС) или парасимпатической (ПСНС) нервной системы на основании оценки значений ДХ, АМо, Ин.

Устойчивость регуляции. Система регуляции ритма сердца чрезвычайно сложна и состоит из множества функциональных элементов. В используемой методике выделяются 4 варианта дисрегуляции ритма сердца:

• Преходящие явления опережающего включения отдельных систем регуляции (преобладание нервного или гуморального, симпатического или парасимпатического элементов).

• Дисрегуляция с преобладанием парасимпатической нервной системы.

• Дисрегуляция с преобладанием симпатической нервной системы.

• Дисрегуляция центрального типа. Обусловлена возбуждением центрального контура управления, влияющим как на симпатический, так и на парасимпатический отделы ВНС.

• Анализ вариабельности ритма сердца можно использовать в качестве современного метода врачебно-педагогических наблюдений для: оперативной экспресс-диагностики текущего функционального состояния; определения адаптационной «стоимости» конкретной тренировки конкретного спортсмена; определения функциональной готовности организма к очередной тренировке; оценки эффективности оздоровительных процедур и процессов восстановления.

Оценка тяжести тренировки, ее индивидуальной переносимости, оптимальности выполненной нагрузки проводится по показателю активности регуляторных систем (ПАРС), определяемому сразу после занятия, и по его динамике в сравнении с исходным значением. Это позволяет количественно определить адаптационную «стоимость» конкретной тренировки для конкретного спортсмена.

Комплексная оценка резервов здоровья спортсменов

Функциональное состояние организма спортсмена можно понимать как систему слаженного устойчивого функционирования интегративных физиологических механизмов, обеспечивающих не только известное постоянство различных физиологических констант, но и адаптацию всех систем организма к интенсивным физическим и психоэмоциональным специфическим воздействиям. В этом смысле функциональное состояние можно трактовать как динамическое понятие. Оно постоянно изменяется под действием внутренних и внешних факторов, в том числе под воздействием интенсивных физических и психоэмоциональных нагрузок. В этой связи практически невозможно с удовлетворительной для практики точностью описать динамику функционального состояния спортсмена с помощью набора отдельных параметров, каждый из которых определяется количественно и изменяется в нормативных диапазонах, тем более что нормативные диапазоны для спортсменов отличаются от среднепопуляционных.

Многочисленные исследования показывают, что для определения функционального состояния организма достаточно оценить резервные возможности ограниченного количества его основных систем: кардиореспираторной, центральной нервной и нейро-гуморальной регуляции. Эти системы охватывают практически все органы и подсистемы организма, их параметры отражают и показатели гомеостаза, и показатели функциональных резервов процессов адаптации через соотношение уровня регуляции и напряжения механизмов регуляции. Помимо этого, необходимым элементом комплексной оценки ФС является исследование психоэмоциональной сферы.

Эта концепция согласуется с основными положениями современной теории адаптации, в соответствии с которой здоровье рассматривается «как процесс развертывания генетической программы организма во взаимодействии с окружающей средой,

физической и социальной, в результате которого достигается оптимальная устойчивость к действиям патогенных агентов, физическая, психологическая и социальная адаптивность к изменяющимся условиям жизни». Эта теория основывается на целостном «холистическом» восприятии здоровья человека, и, следовательно, при проведении функциональных исследований предусматривает многоуровневый подход, включающий исследование не только кислородтранспортной системы, но психологических и психофизиологических показателей, системы нейрогумо-ральной регуляции как основного звена, связывающего высшую нервную деятельность и висцеральные структуры.

В настоящее время для оценки функционального состояния организма спортсмена и прогнозирования пика спортивной формы предлагаются комплексные методики обследования с помощью современных аппаратно-программных комплексов.

Диагностические тесты являются известными и общепризнанными для функциональных исследований в спортивной медицине: проба PWС₁₇₀, позволяющая оценить физическую работоспособность, определить фактическое и должное максимальное потребление кислорода (МПК), характеризующее функциональные резервы кислородтранспортной системы организма; тест вариационной пульсометрии (по Р.М. Баевскому), являющийся высокоэффективным методом исследования системы нейрогумо-ральной регуляции и оценки на этой основе текущего функционального состояния и адаптационных резервов организма.

Читайте также

• Сердечно-сосудистая система и спорт
• Сердечно-сосудистая система
• Определение тренировочной и соревновательной нагрузки
• Функциональные возможности дыхательной системы
• Оценка психологического состояния спортсмена (тесты)
• Спортивная генетика: генетические тесты для спортсменов
• Развитие физических качеств