Научная статья на тему 'Динамика биоэнергетических показателей при работе на уровне максимального потребления кислорода'

Динамика биоэнергетических показателей при работе на уровне максимального потребления кислорода Текст научной статьи по специальности «Физическая культура и спорт»

CC BY
264
63
Поделиться
Ключевые слова
ТЕСТИРОВАНИЕ СПОРТСМЕНОВ / РАБОТА НА КРИТИЧЕСКОЙ МОЩНОСТИ / ТРЕНД БИОЭНЕРГЕТИЧЕСКИХ ПОКАЗАТЕЛЕЙ

Аннотация научной статьи по физической культуре и спорту, автор научной работы — Ширковец Евгений Аркадьевич

В статье анализируется соотношение ряда биоэнергетических показателей при работе предельной продолжительности с мощностью, на которой уровень О2-потребления достигает максимальных значений. В результате экспериментальных исследований с участием большой группы квалифицированных спортсменов определено предельное время работы, которое в данном тесте в среднем составило 5,87 ± 1,86 мин, а максимум О2-потребления 4,94 ± 0,54 л/мин. В работе сопоставляется тренд различных биоэнергетических показателей, который при интенсивной мышечной деятельности описывается нелинейными уравнениями.

Похожие темы научных работ по физической культуре и спорту , автор научной работы — Ширковец Евгений Аркадьевич,

Dynamics of biopower indicators during the work at the level of the maximum oxygen consumption

Correlation of the row of the energy factors is analyses in article when work of limiting length with power, on which level O2-consumptions reaches maximum importance. As a result of experimental studies with participation of the big group skilled athlete is determined limiting time of the work, which in given test has at the average formed 5,87 ± 1,86 min, but maximum О2-consumptions 4,94 ± 0,54 l/min. In work is matched trend different energy of the factors, which under intensive muscular activity is described by nonlinear equations.

Текст научной работы на тему «Динамика биоэнергетических показателей при работе на уровне максимального потребления кислорода»

Медико-биологические проблемы спорта 41

ДИНАМИКА БИОЭНЕРГЕТИЧЕСКИХ ПОКАЗАТЕЛЕЙ ПРИ РАБОТЕ НА УРОВНЕ МАКСИМАЛЬНОГО ПОТРЕБЛЕНИЯ КИСЛОРОДА

Е.А. ШИРКОВЕЦ, ФГБУ ФНЦ ВНИИФК

Аннотация

В статье анализируется соотношение ряда биоэнергетических показателей при работе предельной продолжительности с мощностью, на которой уровень О2-потребления достигает максимальных значений. В результате экспериментальных исследований с участием большой группы квалифицированных спортсменов определено предельное время работы, которое в данном тесте в среднем составило 5,87 ± 1,86 мин, а максимум О2~потребления - 4,94 ± 0,54 л/мин. В работе сопоставляется тренд различных биоэнергетических показателей, который при интенсивной мышечной деятельности описывается нелинейными

уравнениями.

Ключевые слова: тестирование спортсменов, работа на критической мощности, тренд биоэнергетических показателей.

Abstract

Correlation of the row of the energy factors is analyses in article when work of limiting length with power, on which level O2-consumptions reaches maximum importance. As a result of experimental studies with participation of the big group skilled athlete is determined limiting time of the work, which in given test has at the average formed 5,87 ± 1,86 min, but maximum O2~consumptions - 4,94 ± 0,54 l/min.

In work is matched trend different energy of the factors, which under intensive muscular activity is described by nonlinear equations.

Key words: testing athlete, work on critical power, trend energy factors.

В специальной литературе максимальное потребление кислорода рассматривается как важный показатель толерантности к физической нагрузке [1]. При адаптации к напряженной мышечной деятельности циклического характера и увеличении аэробного потенциала повышаются запасы гликогена, увеличивается плотность капилляров в работающих мышцах, изменяется реакция ферментных и эндокринных систем на физическую нагрузку, то есть происходят изменения на всех уровнях биологической системы. Это служит основанием для разработки прогностических уравнений для предсказания референтных границ данного показателя для различных групп испытуемых [2] .

В [3] был дан сравнительный анализ эффективности определения максимальных величин потребления кислорода (maxVО2) при испытаниях спортсменов в двух различных тестах. В первом из них нагрузка ступенчато возрастала до максимума, во втором тесте мощность работы была постоянной. Определение величины maxVО2 в ступенчатом тесте дает возможность рассчитать критическую мощность работы (^кр), то есть наименьший уровень мощности, при котором потребление кислорода достигает максимальных значений. В каждом конкретном случае эффективность тестирования зависит от выбранной методики тестирования, а также от функционального состояния, степени мотивации и других факторов.

Результаты экспериментальных исследований с привлечением обширного контингента спортсменов высокой квалификации показали, что величина maxVО2 варьирует в широких пределах. Максимальную аэробную производительность определяют три основных независимых

параметра: пиковое значение (мощность), длительность его удержания и скорость врабатывания, или время достижения пикового уровня [4].

В данной статье поставлена задача исследовать соотношение биоэнергетических показателей при работе предельной продолжительности с критической мощностью. Для характеристики специальной выносливости спортсменов этот показатель актуален по той причине, что он отражает сопряженность работы всех систем организма, ответственных за поступление, транспорт и утилизацию кислорода при максимальном напряжении аэробной функции. Этот компонент определяет максимальную аэробную емкость [5], то есть общий объем кислорода, потребляемый организмом при предельной по продолжительности работе на критической мощности. Такой характер работы характерен для соревновательной деятельности спортсменов, длительность которой находится в пределах 4-8 мин. В основе способности длительное время поддерживать максимально доступный уровень потребления кислорода лежит прежде всего специально спланированная тренировочная работа.

Методика

Реакция организма спортсмена на выполняемые нагрузки исследовалась в лабораторных условиях. Во время работы определялся уровень легочной вентиляции (VE), потребление кислорода (V02) и выделение двуокиси углерода (VC02). Измерение максимальной аэробной мощности, емкости и скорости врабатывания проводилось в унифицированных условиях [5]. На велоэргометре испытуемые выполняли предельную по продолжительности

ФНЦ ВНИИФК

42

Медико-биологические проблемы спорта

работу на критическом уровне мощности, соответствующем максимальному потреблению кислорода. Скорость врабатывания и аэробная емкость определялись путем анализа кинетики потребления кислорода. Как было показано ранее [5], данная зависимость описывается асимптотической функцией вида:

Еох = махVО2 (1 - ек1 ), (1)

где Еох - мах аэробная емкость; е - основание натуральных логарифмов; к - константа врабатывания; t - время работы.

Соответственно размеры О2-дефицита рассчитывали по формуле:

O ^ maxVO2 - VO2(ncx) (2)

2 _ Квр ’

где maxV02 - максимум О2-потребления; V02 (исх) -уровень О2-потребления в покое; Квр - константа вра-батывания.

Концентрация двуокиси углерода определяет уровень метаболического и респираторного ацидоза, компенсация

его происходит во время восстановления после окончания работы. Следует отметить, что неметаболическая часть двуокиси углерода, которую принято обозначать как эксцесс СО2 (ЕхсСО2), обусловлена связыванием лактата бикарбонатами крови. Он определяется по формуле:

ЕхсСО2 = AR • V02 , (3)

где AR - прирост дыхательного коэффициента по сравнению с уровнем покоя, V02 - текущий уровень потребления кислорода.

В данном исследовании анализируются данные 146 квалифицированных спортсменов. Для каждого испытуемого рассчитывалась критическая мощность по результатам испытания в тесте со ступенчатым увеличением мощности работы. В таблице дана статистическая характеристика показателей аэробной мощности и емкости спортсменов при предельной по длительности работе на уровне критической мощности, а также величины легочной вентиляции, эксцесса СО2 и дыхательного коэффициента.

Функциональные показатели спортсменов при тестировании максимальной аэробной емкости

Показатели t (мин) МaхVО2 (л/мин) Мах Ve (л/мин) ЕхсСО2 (л/мин) RQ Мах Еох (л)

Средние 5,870 4, 940 160,3 1,482 1,090 29,00

Sx 0,153 0, 045 1,926 0,012 0,008 0,153

а 1,860 0, 544 23,28 0,152 0,098 6,201

CV (%) 31,69 11,02 14,52 10,26 8,991 21,38

Из этой таблицы следует, что для исследованного контингента спортсменов предельное время работы составило 5,87 ± 1,86 мин. В целом испытуемых характеризует высокий уровень максимума О2-потребления -4,94 ± 0,54 л/мин. Статистика большинства показателей соответствует нормам вариативности подобных выборок. Для двух показателей - времени работы и максимальной аэробной емкости - коэффициенты вариации значительно выше, чем для остальных параметров. Очевидно, структура специальной выносливости, индивидуальные особенности и конкретная спортивная специализация оказывают наибольшее влияние именно на данный фактор аэробных способностей. Перечисленные факторы определяют значительный разброс предельного времени работы на уровне критической мощности в однородной по квалификации группе спортсменов.

В процессе выполнения интенсивной мышечной работы динамика рассматриваемых показателей существенно изменяется по мере развития утомления. На приведенных ниже графиках взаимоотношение биоэнергетических показателей рассмотрено на характерном примере результатов тестирования мастера спорта Л. К-ва, который специализировался в лыжных гонках. Время работы до отказа в анализируемом тесте для данного спортсмена составило 7 мин, уровень критической мощности был равен 1845 кгм/мин (307,5 Вт), максимум О2-потребления -4,84 л/мин, или 79,3 мл/кг/мин.

На графиках рис. 1(А) дано сравнение валовой динамики О2-прихода и выделения СО2 при выполнении работы критической мощности, а графики рис. 1(Б) дают представление о динамике тех же показателей, но в процентном выражении, то есть утилизации на каждый литр вентилируемого воздуха.

Сопоставление кривых показывает различие поведения сравниваемых показателей по мере развития утомления испытуемого. В течение первых двух минут работы наблюдается примерно одинаковый прирост показателей, а затем по мере накопления лактата в крови ход кривых начинает различаться. Накопление лактата в крови приводит к избыточному выделению СО2 (ЕхсСО2), что и отражает более быстрый прирост VСО2 по сравнению с динамикой V02. В целом обе кривые с высокой точностью (R2 = 0,89-0,96) аппроксимируются полиномами третьей степени, но у каждой кривой свой асимптотический уровень.

Другой ход кривых на правой части рис. 1(Б), отражающих проценты утилизации кислорода и выделения СО2 в вентилируемом воздухе. Наиболее высокая скорость усвоения кислорода отмечается в начальном периоде работы и составляет 5,8%. Далее по мере утомления спортсмена показатель экспоненциально снижается до 3,3% в конце работы. Естественно, что данный дефицит О2-прихода компенсируется возрастанием объема вентилируемого воздуха, чтобы обеспечить необходимый

ФНЦ ВНИИФК

Медико-биологические проблемы спорта

43

организму объем кислорода. Ход кривых отражает темп снижения эффективности работы систем организма к концу работы.

Другой вид у кривой динамики двуокиси углерода. В период врабатывания показатель возрастает с 4,5 до 5,2%, а затем идет постоянное снижение показателя до 3,3% к концу работы. Оценивая динамику показателей, можно констатировать, что высокая в начале тестирования эффективность работы постепенно снижается по мере развития утомления. Анализ проб крови показал, что концентрация лактата к концу упражнения варьировала в пределах 9-12 ммоль/л.

На следующих графиках показано соотношение величин легочной вентиляции и уровня потребления кислорода (рис. 2, А), а также объемов выделения СО2 и той ее части, которая связана с неметаболическим излишком (рис. 2, Б). Оценивая ход кривой легочной вентиляции, следует в первую очередь отметить ее асимптотический рост с 18 в начале работы до 140 л/мин в конце ее. В то же время уровень О2-потребления заметно возрастает только в первые три минуты, а затем кривая становится более пологой, и колебания показателя остаются в пределах естественных физиологических вариаций. Разницу трендов рассматриваемых кривых следует

А Б

Рис. 1. На графике (А) - соотношение динамики VO2 и VCO2 при предельной работе на критической мощности в абсолютных значениях, на графике (Б) - динамика показателей в относительных значениях.

По абсциссе время работы (мин), по ординате - показатели в л/мин (А) и % утилизации кислорода

и выделения СО2 (Б)

160

у (Ve) = 1 .ОООЭх3 -15,739х2 + 88,531х - 49,177

АБ

Рис. 2. Соотношение уровня О2-потребления и легочной вентиляции при предельной работе

на критической мощности.

По абсциссе - время работы (мин), по ординате - О2-потребление (мл/кг/мин, нижняя кривая)

и вентиляция легких (л/мин, верхняя кривая)

ФНЦ ВНИИФК

44

Медико-биологические проблемы спорта

и в этом случае трактовать как снижение эффективности аэробной производительности по мере нарастания утомления испытуемого.

Показанные справа на рисунке кривые дают возможность оценить соотношение общего объема выделяемого организмом СО2 и той ее части, которая образуется при метаболизме лактата во время выполнения упражнения. Первый показатель асимптотически возрастает к третьей минуте почти до 5 л/мин и далее удерживается на этом уровне. Для эксцесса СО2 характерна более сложная динамика. Показатель увеличивается к третьей минуте до 1,5 л/мин и далее планомерно снижается вплоть до завершения упражнения. Этот феномен можно объяснить уменьшением способности поддерживать кислотнощелочное равновесие при нарастающем закислении внутренней среды организма. Ход кривых ЕхсСО2 примерно соответствует логистическим функциям

с незначительными различиями кривых в зависимости от аэробной мощности испытуемых. Максимальных значений этот показатель, отражающий интенсивность анаэробных процессов во время работы, достигает между второй и третьей минутами, составляя от 20 до 30 мл/кг/мин.

В заключение следует отметить, что приведенные в статье результаты экспериментальных исследований дают представление о соотношении биоэнергетических показателей квалифицированных спортсменов при выполнении ими работы на критической мощности, выполняемой до отказа. Обследование репрезентативной группы испытуемых и анализ статистического распределения показателей создают основу для оценки и нормирования аэробных функций. Они особенно важны в циклических видах спорта, где аэробная производительность является основным фактором спортивных достижений.

Литература

1. Davis J.A., Storer T.W., Caiozzo VJ, Pham P.H. Lower reference limit for maximal oxygen uptake in men and women // Clin. Physiol. and Funct. Imag. - 2002. - 22, № 5. - P. 332-338.

2. Воеводина Т.М., Коржавин А.Н., Купряшин Ю.Н., Тарасов С.И. Определение физической работоспособности // Физиол. человека. - 1983. - № 4. - С. 684-691.

3. Ширковец Е.А. Сравнение эффективности двух тестов определения максимума О2-потребления у спортс-

менов // Вестник спортивной науки. - 2010. - № 5. -

С. 15-18.

4. Koppo K, Bouckaert J, Jones A. Effects of Training Status and Exercise Intensity on Phase II VO2 Kinetics // Med. Sci. Sports Exerc. - 2004. - Vol. 36. - № 2. -

P. 225-232.

5. Волков Н.И., Ширковец Е.А. Об энергетических критериях работоспособности спортсменов // Сб. «Биоэнергетика». - Л., 1989. - С. 18-30.

References

1. Davis J.A., Storer T.W., Caiozzo V.J., Pham P.H. Lower reference limit for maximal oxygen uptake in men and women // Clin. Physiol. and Funct. Imag. - 2002. - 22, № 5. - P. 332-338.

2. Vojvodina T.M., Korzhavin A.N., Kupryashin Yu.N., Tarasov SI. Determination of physical working capacity// Fiziol. cheloveka. - 1983. - № 4. - P. 684-691.

3. Shirkovets E.A. Comparison of efficiency of two tests of definition of a maximum of O2 consumption at athletes // Vestnik sportivnoj nauki. - 2010. - № 5. - P. 15-18.

4. Koppo K, Bouckaert J., Jones A. Effects of Training Status and Exercise Intensity on Phase II VO2 Kinetics // Med. Sci. Sports Exerc. - 2004. - Vol. 36. - № 2. -P. 225-232.

5. Volkov N.I., Shirkovets E.A. About power criteria of a capacity for work of athletes // Sbornik “Bioenergetika”. -

L., 1989. - P. 18-30.

ФНЦ ВНИИФК