Оценка функционального состояния по - veloshkola

Оценка функционального состояния
по показателям ПАНО.
Методическая разработка
Автор: Кропина В.Р.
г.Тверь
2013 г.
В
специальной
научно-методической
литературе
неоднократно
описано, что в видах спорта, требующих проявления выносливости, критерий
порога анаэробного обмена (ПАНО) является эффективным средством
управления тренировочным процессом, индивидуализации подготовки
спортсменов.
В велосипедном спорте основными критериями выносливости
являются показатели систем кислородообеспечения, в том числе и показатель
порога анаэробного обмена. Повышение ПАНО тесно связано с ростом
тренированности спортсмена, и многие авторы рекомендуют использовать
характеристики ПАНО для развития аэробных возможностей мышц и как
показатель,
характеризующий
уровень
специальной
выносливости
в
циклических видах спорта.
В то же время, проблема использования критерия ПАНО в системе
подготовки спортсменов до сих пор остаётся открытой в связи с тем, что
научная дискуссия о точности методов оценки ПАНО у спортсменов
отодвинула вопрос использования этого показателя на практике, а он
является одним из важнейших показателей интенсивности для спортсменов
циклических видов спорта.
Исходными предпосылками использования критерия ПАНО для
развития двигательных способностей в спорте можно считать классические
исследования роли молочной кислоты при мышечном сокращении. Это
работы Гельмгольца (1845), установившего накопление спирторастворимых
веществ в мышцах; Дюбуа-Раймона (1859), определившего в эксперименте
рН сдвиг утомлённых мышц в сторону кислотной среды, и исследований
Спиро (1870), установившего причину указанных процессов – накопление
молочной кислоты.
Существующая сегодня возможность определять информативные
эргометрические
параметры
во
время
нагрузочного
тестирования
спортсменов привела к упорядочению понятий о метаболических изменениях
в мышцах, обуславливающих динамику и нарушения газообмена, развитие
утомления при выполнении физических упражнений. Как было выяснено,
ПАНО определяет эффективность энергетического регулирования, влияет на
величину потребления О2 и в результате, на способность спортсмена
выполнять определённую физическую нагрузку . Поэтому в последнее время
контроль ПАНО был признан потенциально полезным для оптимальной
интенсивности тренировок в соответствии с программой подготовки
спортсменов.
Эффективность
контроля
выносливости
по
критерию
ПАНО
определила многообразие подходов к его количественной оценке (таб.1).
Сегодня получили распространение несколько методов оценки ПАНО на
основе регистрации физиологических и метаболических показателей в
условиях тестов со ступенчато повышающейся нагрузкой, на основе
определённых показателей (изменение мощности и скорости нагрузки,
временных интервалов и т.д.). Поскольку конечным продуктом анаэробного
гликолиза является молочная кислота, об интенсификации анаэробного
обмена и достижении спортсменом уровня ПАНО судят по её накоплению в
крови (лактатный порог). Графически мощность ПАНО определяется в точке,
когда резко повышается концентрация лактата относительно уровня покоя
или происходит ориентировка по фиксированной величине содержания
лактата в крови – 4 ммоль*лˉ¹. Второй способ не учитывает индивидуальные
особенности динамики лактата и поэтому является менее точным. В ходе
экспериментальных данных выявлено, что в ходе спортивной деятельности
существуют различные «критические» пороги величины лактата – от 2,4 до
7,3 ммоль*лˉ¹.
Альтернативные способы основаны на изменении т.н. вентиляторного
порога (моменте, при котором дыхание спортсмена становится стеснённым
при повышении мощности напряжения) по динамике показателей внешнего
дыхания (легочной вентиляции или объёма выдыхаемого СО2, величины
дыхательного
коэффициента),
производных
показателей
дыхания
и
кровообращения (неметаболический излишек СО2), частоты сердечных
сокращений. В любом случае, при достижении пороговой мощности
нарушается линейность зависимости данных показателей от характеристик
работы спортсмена.
У лиц, ведущих сидячий образ жизни, показатель ПАНО составляет от
40 до 50% от МПК, а у тренированных спортсменов ПАНО обычно возникает
при 80-90 % от МПК. Таким образом, спортсмены с высоким уровнем
данного
показателя
обладают
определённым
физиологическим
преимуществом, связанным с выносливостью.
Таблица 1
Подходы к измерению характеристик анаэробного порога у спортсменов
Автор, год
Показатель
Wasserman K.
Анаэробный порог
et al. (1964, 1973)
(anaerobic threshold)
Анаэробный порог
(anaerobic threshold)
Волков Н. И.
Анаэробный порог
и др. (1969)
Способ измерения (оценка)
Мощность работы, когда лактат крови достигает
концентрации 4 ммоль∙л–1 (лактатный порог)
Зона мощности, где с ростом нагрузки динамика
VE, VO2, RQ переходит от линейной к
экспоненциальной зависимости (вентиляторный
порог)
Мощность начала экспоненциального
возрастания ExcCO2:
ExcCO2 = VCO2 – RQn∙VO2,
где ExcCO2 — избыточное выделение СО2
(мл∙мин–1∙кг–1); VCO2 — уровень выделения
СО2 (мл∙мин–1∙кг–1); RQn — дыхательный
коэффициент в покое (у. е.); ·VO2 — уровень
потребления О2 (мл∙мин–1∙кг–1)
Conconi et al.
Анаэробный порог
(1982)
(anaerobic threshold)
Мищенко В. С.
ПАНО
Второй перелом сигмовидной кривой связи
«HR—мощность», регистрируемой в
ступенчатом тесте на стадионе
Мощность нагрузки, при которой начинается
прирост лактата по сравнению с исходным
уровнем покоя; косвенный критерий -мощность
нагрузки, при которой достигается наиболее
низкий вентиляционный эквивалент СО2
(1990, 1997)
Мякинченко Е. Б.,
Аэробный порог
Селуянов В. Н.
(АеП); анаэробный
(1991, 2005)
порог (АнП)
АеП определялся по первому излому кривой «
VE — мощность»,
АнП — по второму излому и моменту
пересечения этой кривой с линией, параллельной
исходному направлению кривой «VE —
мощность»
Кроме того, тренеру, как и спортсмену, целесообразно научиться тому,
чтобы суметь оценить свой уровень ПАНО в полевых условиях. Для этого
следует контролировать свой уровень напряжения и отслеживать момент
субъективного ощущения преодоления ПАНО (жжение в ногах, стеснённое
дыхание). Уровень напряжения также отслеживается с помощью шкалы
Борга от 6 до 20 (таб.2). Для подготовленного и опытного спортсмена ПАНО
обычно наступает, когда уровень воспринимаемого напряжения находится в
пределах от 15 до 17 баллов. Можно ориентировочно оценить свой
показатель ПАНО, отметив значения ЧСС, мощности и темпа, лежащие в
этих границах рейтингов напряжения. Существует правило, связанное с
определением величины ПАНО: при достижении порога гонщик не может
продолжать упражнение на протяжении более чем пяти минут.
Выявление
значения
ПАНО
необходимо
для
определения
тренировочных зон, связанных с частотой пульса. Значения пороговых зон
основаны именно на пульсе при ПАНО. Это связано с тем, что порог, при
котором организм спортсмен переходит к анаэробному обмену (накоплению
лактата),является
индивидуальным
для
каждого.
К
примеру,
один
велосипедист может иметь показатель пульса ПАНО, равный 85% от
максимума, а другой переходит в анаэробное состояние при 90% от
максимума. Если оба тренируются на уровне 90% от максимального
значения, то один из них переходит на анаэробный обмен, а другой
останавливается на уровне порога. Таким образом, они получают совершенно
разные результаты при выполнении одного и того же упражнения. Если же
оба тренируются на уровне 100% ПАНО либо принимают в качестве
оценочного показателя любой процентный уровень ПАНО, то находятся на
одном и том же уровне напряжения и могут рассчитывать на сопоставимые
результаты тренировок.
Таблица 2.
Шкала воспринимаемого напряжения по Боргу
6
Чрезвычайно лёгкое
7
8
Очень лёгкое
9
11
Сравнительно лёгкое
12
13
Отчасти тяжёлое
14
15
Тяжёлое
16
17
Очень тяжёлое
18
19
Чрезвычайно тяжёлое
20
В эксперименте принимали участие 10 воспитанников СДЮСШОР по
велоспорту различной квалификации. Все участники были разделены на две
возрастные группы: младшая - 12-13 лет с квалификацией спортсменов до 1
юношеского разряда; старшая группа 14-15 лет, имеющих разряд от 1
юношеского до 2 взрослого. Тренировочный стаж участников эксперимента от 1,5 (младшая группа) до 2,5 лет (старшая группа).
Функциональные
показатели
и
показатели
аэробно-анаэробной
производительности регистрировались в состоянии покоя, а также при
выполнении на велоэргометре Corival равномерной физической нагрузки
умеренной мощности: 90Вт с темпом педалирования 100 об/мин для юношей
12-13 лет, 100Вт с темпом педалирования 105 об/мин для юношей 14-15 лет.
Общее время работы – 6 минут, время восстановления – 3 минуты, в течение
которых
регистрировались
метаболографа
BreezeSuite.
данные
внешнего
Частоту
сердечных
дыхания
с
сокращений
помощью
(уд/мин)
фиксировали при помощи ушного фотометрического датчика.
Характеристики ПАНО определялись по следующим показателям:
 по моменту значительного прироста ЧСС и объёма потребления
О2;
 по показателям прироста объёма потребления CO2 и VE
(эксператорного объёма – минутной вентиляции, л/мин), которые
нарастают по мере достижения ПАНО;
 ПАНО определяется как точка, в которой продукция CO2
начинает расти быстрее, чем потребление О2;
 после перехода порога, RER (индекс дыхательного обмена
VCO2/VO2) начинает резко расти и превышает 1,0.
Выполнение физической нагрузки вызвало у испытуемых закономерное
изменение величин внешнего дыхания и частоты сердечных сокращений.
Среднее значение, уд/мин
160
140
120
100
80
12-13 л
60
14-15 л
40
20
0
Рис.11. Динамика изменения показателей ЧСС у велосипедистов
12-13 и 14-15 лет во время теста на велоэргометре.
Анализируя данные по изменению частоты сердечных сокращений
было выявлено постепенное повышение значения показателя к 5-6 минуте
теста на велоэргометре. Однако в группе юношей 12-13 лет максимальное
значение данного показателя составило 140 ударов/мин, в то время как у
юношей 14-15 лет – 125 ударов/мин в ответ на нагрузку сопоставимой
мощности (рис.11). После восстановительного периода, у спортсменов 12-13
лет значение ЧСС снизилась до 100 ударов/мин, у спортсменов 14-15 лет – до
88 ударов/мин. Таким образом, у испытуемых обеих групп была выявлена
сходная динамика изменения ЧСС при работе и восстановлении. Но у
подростков 14-15 лет показатели пульса на протяжении всего эксперимента
были несколько ниже, что свидетельствует о том, что процессы адаптации к
нагрузкам умеренной мощности у спортсменов высокой квалификации более
совершенны.
Дополнительную
информацию
дает
анализ
прироста
ЧСС
на
фиксированных точках выполнения физической нагрузки (рис.12). Как видно
из рисунка, темпы прироста ЧСС равномерно снижались до 2 минуты
выполнения физической нагрузки в обеих исследуемых группах участников.
Однако, наблюдаемые последующие скачкообразные приросты ЧСС,
характеризующие переход порога анаэробно-аэробного обмена (ПАНО)
отличались в разных группах. Наиболее ранний переход - в конце третьей
минуты - наблюдается у юношей 12-13 лет, у которых прирост ЧСС по
Прирост, %
сравнению с предыдущей точкой измерения составил 15%.
45
40
35
30
25
20
15
10
5
0
12-13 лет
14-15 лет
1'
2'
3'
4'
5'
6'
Рис.12. Динамика изменения среднегрупповых показателей ЧСС
(в %) при выполнении физической нагрузкиу велосипедистов 12-13
и 14-15 лет во время теста на велоэргометре.
В группе юношей 14-15 лет переход порога наблюдался на пятой
минуте работы, а прирост ЧСС, по сравнению с предыдущей точкой
измерения,
составил
13%.
Приведенные
данные
показывают,
что
наибольший прирост ЧСС при переходе порога анаэробно-аэробного обмена
(ПАНО) отмечен у юношей 12-13 лет, наименьший – у юношей 14-15 лет.
Неравномерность (асинхронность) формирования ПАНО у
испытуемых
различных возрастных групп может быть объяснена тем, что повышение
порога анаэробного обмена тесно связано с ростом физической подготовки
спортсмена.
Литературные данные говорят о том, что динамика показателей
дыхательной
системы
в
процессе
нагрузки,
последовательность
развертывания физиологических функций находятся в прямой связи с
характером и видом выполняемой работы. Так, при работе равномерного
характера отчетливо выявляются период врабатывания и устойчивое
состояние.
Сопоставляя данные, полученные в ходе теста на велоэргометре у
испытуемых 12-13 и 14-15 лет, выявлено, что объём потребления кислорода
возрастает ко 2-й минуте и стабилизируется до окончания работы (рис.13).
Однако у юношей 12-13 значение данного показателя имеет более
значительный прирост на 2-й минуте теста и равен 1536±57,5 мл/мин, в то
время как среди юношей 14-15 лет он равен 1292,8±98 мл/мин, что на 18,8%
VO2, ml/min
меньше.
1800
1600
1400
1200
1000
800
600
400
200
0
12-13 л
14-15 л
покой 1 '
2'
3'
4'
5'
6'
30 " 1 '
восст.
2'
3'
Рис.13. Динамика изменения показателей потребления кислорода
велосипедистов 12-13 и 14-15 лет во время теста на велоэргометре.
у
Анализируя данные по показателям продукции углекислого газа во
время теста на велоэргометре, также прослеживается увеличение значения
данного показателя ко 2 минуте работы (рис.14). Среди юношей 12-13 лет
средне- групповое значение равно 1453,6±56 мл/мин, а в группе 14-15 лет –
1136,8±68 мл/мин, что на 27,8% меньше, чем у младших испытуемых. Таким
образом, продукция СО2 находится в прямой зависимости от интенсивности
мышечной деятельности и в обратной зависимости от физической
подготовленности спортсмена.
Кроме того, в ходе эксперимента было зафиксировано, что вентиляция
лёгких у спортсменов 12-13 лет увеличивается, в основном, за счёт частоты
дыхания, в то время как у юношей 14-15 лет – за счёт глубины дыхания.
VСO2, ml/min
2000
1800
1600
1400
1200
1000
800
600
400
200
0
12-13 л
14-15 л
покой 1 '
2'
3'
4'
5'
6'
30 " 1 '
восст.
2'
3'
Рис.14. Динамика изменения показателей продукции углекислого газа у
велосипедистов 12-13 и 14-15 лет во время теста на велоэргометре.
Разница в данных показателях говорит о более развитых процессах
адаптации к физическим нагрузкам в группе спортсменов старшего возраста
и о более экономных процессах газообмена у спортсменов более высокой
квалификации. Кроме того, согласно литературным данным, к 14 годам
происходит заметное снижение чувствительности дыхательного центра, в
результате чего подростки способны выдерживать гораздо большее
«закисление» внутренней среды. Данная тенденция отражёна в увеличении
содержания углекислого газа в выдыхаемом воздухе и также говорит об
увеличении экономичности функции дыхания с возрастом.
Таким
образом,
важное
значение
для
реализации
физических
возможностей играют возрастные физиологические особенности, которые во
многом зависят от незрелости регуляторных механизмов. Одним из таких
механизмов является вегетативная регуляция респираторной системы,
которая менее развита в возрасте 11-12 лет. По мере возрастного развития
организма,
в
нём
кислородообеспечения,
устанавливается
адекватно
более
эффективный
режим
газообмен,
отвечая
усиливается
требованиям энергетического обеспечения. Этому в первую очередь
способствует
функциональное
и
морфологическое
совершенствование
организма в ходе естественного возрастного развития. Вместе с тем,
тренировка
в
велосипедных
гонках,
развивающих
выносливость,
несомненно, стимулирует, ускоряет эти процессы.
Мнение,
что
в
циклических
видах
спорта
состояние
кардиореспираторной системы несёт основную нагрузку в лимитировании
работоспособности спортсменов, является основой для использования
показателей дыхания и кровообращения для определения ПАНО. Выявлено,
что в условиях работы в зоне аэробно-анаэробного перехода наблюдается
изменение
параметров
внешнего
дыхания,
тесно
связанных
с
метаболическими процессами в мышечной ткани. Такими параметрами
являются легочная вентиляция (VЕ), дыхательный коэффициент (RER–
VСО2/VО2),
объём
выдыхаемого
углекислого
газа
(VCO2),
объём
потребляемого кислорода (VO2).
Изменение динамики VЕ тесно связано с ускорением интенсивности
дыхания, вызванное появлением в крови ионов H+и освобождением СО2, что,
в свою очередь, воздействует на дыхательный центр.
Анализируя
средне
групповые
показатели
данного
параметра,
выявлено, что у юношей 12-13 лет данный показатель резко увеличивается к
5-6 минуте теста на велоэргометре и равен 41,46±2,86 л/мин. В группе
юношей 14-15 лет данный показатель имеет максимальное значение на 5
минуте теста и равен 41,66±3,36 л/мин (рис. 15,16).
Для оценки ПАНО по показателям вентиляции также используется
отношение VЕ к количеству СО2 в выдыхаемом воздухе, которое достигает
минимального
значения
в
момент
аэробно-анаэробного
перехода,
обусловленного активным развертыванием гликолиза в рекрутированных
гликолитических волокнах. В группе юношей 12-13 лет снижение значения
данного показателя наблюдается к 3 минуте, а в группе юношей 14-15 лет – к
4 минуте теста на велоэргометре.
Изменения показателей внешнего дыхания, зафиксированные в ходе
эксперимента на уровне ПАНО, отображены в таблице 16.
Таблица 16.
Динамика изменения показателей внешнего дыхания на уровне ПАНО у
велосипедистов 12-13 и 14-15 лет.
ПАНО
ФИО
Возраст
(л)
ЧСС
VO2
мл/мин
VСO2
мл/мин
RER
(VCO2/
VO2)
VE,
л/мин
VE/VCO2
RR
циклов/
мин
фиксация
перехода во
время теста,
мин
Г-ов
13
140
1654
1590
0,93
34
26,5
34
3:50
Ж-ов
12
132
1620
1712
1,1
38,4
23,7
24
2:30
С-ев
12
151
1728
1898
1,1
48,4
28
28
2:30
Т-ин
12
134
1448
1490
1,09
41,3
28,5
15
1:58
С-ов
12
125
1584
1468
0,93
32,8
20,7
32
5:46
К-ин
15
117
1708
1530
0,95
39,9
23,4
14
3:50
Л-ёв
14
127
1480
1570
1,06
31,7
21,4
25
2:50
Ег-в
14
136
1488
1494
1,05
38,7
25,7
19
4:50
К-ов
14
139
1956
1714
0,99
52,4
25,2
23
2:50
С-ов
14
160
1218
1310
1,05
36,5
28
26
5:19
Рассматривая полученные данные было выявлено, что эти показатели
индивидуальны для каждого испытуемого и свидетельствуют об уровне
развития кардиореспираторной системы. Однако, в среднем, в группе 14-15
лет показатель частоты дыхания на уровне ПАНО во время теста оказался на
16% ниже, чем у велосипедистов 12-13 лет и составил, соответственно, 25
циклов и 29 циклов/минуту.
1.04
5'
1.02
Время тестирования
6'
4'
1.01
VE, л/мин
3'
1.02
RER (VCO2/VO2)
2'
0.95
1'
0.92
0
VE/VСO2
10
20
30
40
50
Рис.15. Динамика изменения показателей внешнего дыхания во время
теста на велоэргометре у юношей 12-13 лет.
Дополнительным критерием изменения характера метаболических
процессов является достижение дыхательного коэффициента значений от
Величина
0,9-1.
дыхательного
увеличивается при включении
коэффициента
(RER)
существенно
анаэробно-гликолитического
источника
Время тестирования
энергии.
6'
1.05
5'
1.06
4'
1.06
VE, л/мин
3'
1.02
RER (VCO2/VO2)
2'
0.90
VE/VСO2
1'
0.87
0
10
20
30
40
50
Рис.16. Динамика изменения показателей внешнего дыхания во время
теста на велоэргометре у юношей 14-15 лет.
Данные, полученные в ходе теста, чётко отражают данный постулат,
так, в обеих группах величина дыхательного коэффициента возрастает к 3
минуте работы на велоэргометре и показывает точку аэробно-анаэробного
перехода – величина параметра больше единицы (рис.15,16). В обеих группах
во время работы величина дыхательного коэффициента сохраняется
примерно на одном уровне. Однако, в состоянии покоя средне групповое
значение данного показателя у юношей 12-13 лет равно 0,81±0,03, а в группе
юношей 14-15 лет – 0,87±0,04, что на 7,4% больше, чем в предыдущей
группе. Однако, исходный уровень дыхательного коэффициента изначально
был ниже в группе юношей 12-13 лет, и, соответственно, его прирост к
максимальному значению составил 28,4%, в то время как в группе юношей
14-15 лет – 21,8%. Данные показатели косвенно говорят о большем участии
анаэробного гликолиза в младшей группе.
Важным для оценки уровня физического развития и эффективности
тренировок в видах спорта на выносливость является анализ соотношения
показателей энергообеспечивающих систем при ПАНО и МПК. Как известно
из литературных источников, у тренированных спортсменов ПАНО
возникает при 80-90% от МПК. В ходе проведённого эксперимента было
зафиксированы следующие значения: у юношей 12-13 лет ПАНО возник при
78% от МПК, а у юношей 14-15 лет – при 83% от МПК. Это также
свидетельствует о более высоком уровне подготовки спортсменов старшей
группы, в результате чего они способны в течение более длительного
времени поддерживать более высокую среднюю скорость.
Таким образом, анализ полученных результатов показывает, что
уровень ПАНО характеризует состояние организма, которое можно
обозначить как аэробно-анаэробный переход. Используемые для регистрации
ПАНО показатели ЧСС и метаболических процессов характеризуют реакцию
кардиореспираторной системы на переход от аэробного энергообеспечения к
нарастанию доли анаэробных процессов, связанных с рекрутированием
волокон мышц с различным метаболическим профилем. Он показывает
особенности реакции кардиореспираторной системы на ацидемические
изменения. Как было показано в ходе работы, спортсмены более высокой
квалификации имеют более высокий ПАНО, что может служить оценкой
качества и интенсивности тренировок на выносливость.
Анализ полученных результатов показывает что:
1. Применение методики выявления ПАНО позволяет достоверно
определить
момент
перехода
от
аэробного
к
анаэробному
энергообеспечению. В группе 14-15 лет показатель частоты дыхания на
уровне ПАНО оказался на 16% ниже, чем у велосипедистов 12-13 лет.
Прирост показателей дыхательного коэффициента к максимальному
значению в младшей группе составил 28,4%, в то время как в группе
юношей 14-15 лет – 21,8%. Отношение VЕ к количеству СО2 в
выдыхаемом
воздухе,
показывающее
момент
перехода
ПАНО,
показало что, порог у юношей 14-15 лет наступил к 4 минуте теста, а у
менее подготовленных спортсменов 12-13 лет на 3 минуте теста.
2. Показатели
на
уровне
ПАНО,
характеризуют
особенности
индивидуального развития спортсменов и позволяют более эффективно
и корректно выстраивать тренировочный процесс. В процессе
подготовки спортсменов тестирование ПАНО дает возможность
оценить изменение структуры работоспособности, что необходимо для
построения рационального режима тренировок.