CC BY
87
ФАКТОРНАЯ СТРУКТУРА ЭНЕРГООБЕСПЕЧЕНИЯ МЫШЕЧНОЙ ДЕЯТЕЛЬНОСТИ У ДЕВОЧЕК МЛАДШЕГО ШКОЛЬНОГО ВОЗРАСТА
И.А. Криволапчук1, М.Б. Чернова, С.А. Баранцев, А.А. Герасимова, Н.В. Полянская Институт возрастной физиологии, Москва
В процессе исследования идентифицированы 5 значимых факторов, определяющих структуру системы энергетического обеспечения мышечной деятельности у девочек 7-10 лет: 1) общая работоспособность; 2) аэробная емкость; 3) анаэробные гликолитические возможности; 4) аэробная мощность; 5) анаэробные алактатные возможности организма.
Ключевые слова: аэробные и анаэробные возможности, механизмы энергообеспечения, общая работоспособность, факторный анализ.
Factor structure of energy supply system for muscle activity in girls of early school age. In the course of research there were identified 5 significant factors determining the structure of energy supply system for muscle activity in 7-10 - year - old girls: 1) general working capacity; 2) aerobic capacity; 3) anaerobic glycolytic capabilities; 4) aerobic power; 5) anaerobic alactic capabilities.
Keywords: aerobic and anaerobic capabilities, energy supply mechanisms, general working capacity, factorial analysis.
Известно, что на заре развития человеческой цивилизации выживание вида Homo sapiens было неразрывно связано с его способностью выполнять напряженную физическую работу различной интенсивности и продолжительности. Сегодня физическая работоспособность по-прежнему является интегральным выражением возможностей человека, служит количественным показателем его здоровья и характеризуется рядом независимых факторов [4, 13, 3, 9]. К последним, в частности, относят: антропометрические показатели и телосложение, уровень развития физических качеств, состояние опорно-двигательного аппарата, процессы энергетического обеспечения мышечной деятельности [2]. Следует подчеркнуть, что вклад этих факторов в приспособительную деятельность организма различен в зависимости от параметров физической нагрузки, возраста, пола, двигательной подготовленности и др.
Среди факторов, определяющих физическую работоспособность детей и подростков, особое место занимают механизмы энергетического обеспечения мышечной деятельности. В значительной степени это связано с тем, что уровень развития биоэнергетических компонентов физической работоспособности на различных этапах онтогенеза существенно меняется. Он детерминирован наследственностью и условиями внешней среды [2]. Поэтому на каждом этапе онтогенеза, по-видимому, существуют свои «ведущие» биоэнергетические факторы, которые оказывают определяющее влияние на работоспособность.
Несмотря на то, что проблема возрастных преобразований механизмов мышечной энергетики интенсивно разрабатывалась в прошедшие 30 лет, исследова-
Контакты:1 И.А.Криволапчук -E-mail: [email protected]
ния энергетического обеспечения деятельности у детей на различных этапах онтогенеза, по-прежнему не теряют своей актуальности. Об этом свидетельствует выход в свет в последние годы в Российской Федерации [6, 11, 10, 7, 8, 12] и за рубежом [15, 17, 27, 28, 18, 20, 21, 19] ряда научных статей и монографий, посвященных вопросу развития биоэнергетических компонентов физической работоспособности в онтогенезе. Вместе с тем, следует подчеркнуть, что в литературе многие аспекты рассматриваемой проблемы освещены фрагментарно и разрозненно. В частности, не достаточно изучены физиологические факторы, определяющие специфику энергетического обеспечения мышечной деятельности у девочек младшего школьного возраста, отсутствуют сведения о факторной структуре их физической работоспособности во всем диапазоне доступных нагрузок.
Целью исследования - изучить факторную структуру энергообеспечения мышечной деятельности у девочек младшего школьного возраста.
МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ
В исследовании приняли участие девочки 7-10 лет (n= 274), отнесенные по состоянию здоровья к основной медицинской группе.
Для описания физической работоспособности использовалась батарея функциональных и эргометрических показателей, позволяющая оценить возможности анаэробного алактатного, анаэробного гликолитического и аэробного механизмов энергообеспечения. В ходе исследования определяли индекс накопления пульсового долга (ИНПД) [11], мощность нагрузки при пульсе 170 уд/мин (PWCi70) [5], максимальное потребление кислорода (МПК) по Добельну, ватт-пульс (ВтП), максимальную силу (становая динамометрия) и предельное время работы (t 1, t 2) при нагрузке «до отказа» мощностью 2 и 4 Вт/кг. На основе уравнения Muller находили величины мощности нагрузок, максимальное время реализации которых составляло 1 (W1), 40 (W40), 240 (W240), 900с (W900), коэффициенты, отражающие емкость аэробного (b) и соотношение возможностей аэробного и анаэробно-гликолитического источников (a) [6, 11].
Физическая подготовленность определялась по общепринятой методике. В программу ее изучения входили 6 моторных тестов: бег 6 мин; прыжок в длину с места; челночный бег 3х9 м; бег 20 м; поднимание туловища из положения «лежа на спине» за 1 мин; наклон вперед. На основании результатов выполнения отдельных двигательных тестов рассчитывали общий балл физической подготовленности.
Полученный фактический материал обработан общепринятыми методами статистического анализа с применением ЭВМ. Для определения ведущих факторов в структуре физической работоспособности в пакете Statistica использовался факторный анализ - метод главных компонент.
РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЯ И ИХ ОБСУЖДЕНИЕ
На рис. 1-2 представлены результаты факторного анализа комплекса функциональных и эргометрических показателей физической работоспособности и энергообеспечения мышечной деятельности у девочек 7-10 лет. На основе факто-
ризации матриц интеркорреляции 24 физиологических переменных были получены 5 значимых факторов, покрывающих 60% общей дисперсии выборки.
Общая работоспособность
5
З'
■в-
■в-
а
о
£
л
-
1000
800
600
400
200
0
У гп п
УЖ У ■
У і У и и и V
<г.
*> %
Аэробная емкость
Рис.1 Структура факторов I—II физической работоспособности девочек 7-10 лет
Примечание: ПТ - поднимание туловища. Остальные обозначения см. в разделе «Методика».
Факторные коэффициенты представлены без учета знака взаимосвязи.
Фактор I, объясняющий 21% дисперсии выборки, включал в свой состав 9 показателей. С положительными нагрузками в него вошли ВтП, суммарная оценка
физической подготовленности, МПК, бег 6 мин, ИНПД4Вт/кг, поднимание туловища, ИНПДбег20м, W240. Отрицательными факторным весом характеризовался результат бега на 20 м. Наибольшие весовые коэффициенты по этому фактору имели ВтП и суммарная оценка физической подготовленности. Исходя из содержания показателей, вошедших в данный фактор и величин их весовых коэффициентов, он рассматривается как общая физическая работоспособность.
В фактор II (17% дисперсии) со значимыми весами вошли 6 показателей, характеризующих предельный объем метаболических изменений аэробной направленности в организме при мышечной деятельности. Этот фактор объединил такие параметры, как коэффициенты В и А уравнения Muller, tb W240, ИНПД2Вт/кг, W900. Наибольшие весовые коэффициенты по этому фактору имели коэффициент В уравнения Muller и время удержания нагрузки мощностью 2 Вт/ кг (ti). Легко видеть, что данный фактор связан преимущественно со способностью длительно поддерживать заданную интенсивность аэробной работы. На этом основании мы рассматривали его как фактор аэробной емкости.
Фактор III (12% дисперсии) интерпретирован как фактор анаэробных глико-литических возможностей организма. Он включает 5 переменных, характеризующих работоспособность в зоне субмаксимальной мощности. В него вошли t2, W40, коэффициент А уравнения Muller, бег 6 мин, ИНПД4Вт/кг. Высокие весовые коэффициенты имеют t2 и W40.
Фактор IV (6% дисперсии) объединил 4 показателя, отражающих, главным образом, максимальную мощность аэробной системы энергообеспечения. Он включал абсолютные и относительные значения PWCi70 и МПК. Максимальную корреляцию с данным фактором имела относительная величина PWCi70. Этот фактор можно легко идентифицировать как аэробную мощность.
Фактор V (5% дисперсии) объединил показатели, характеризующие работоспособность в зоне максимальной мощности. Существенные факторные нагрузки имеют в нём такие показатели как МС, Wi, прыжок в длину, ИНПДбег20м. Этот фактор ассоциируется преимущественно с анаэробными алактатными возможностями организма.
Таким образом, в структуре энергетического обеспечения мышечной деятельности у девочек 7-10 лет выделилось 5 основных факторов. Необходимо отметить, что в этом возрастном периоде по сравнению с возрастом 5 -6 лет [7] значительно трансформировался их вклад в общую дисперсию выборки и, соответственно, изменилось значение различных факторов в структуре работоспособности.
Результаты исследования согласуются со сведениями о том, что в младшем школьном возрасте наблюдается поступательное развитие всех механизмов энергетического обеспечения мышечной деятельности с преимуществом аэробных систем [11, 23, 26, 24]. Вследствие этого к препубертатному периоду аэробные возможности достигают весьма высокого уровня развития, тогда как анаэробные механизмы продолжают интенсивно формироваться на завершающих этапах полового созревания [6, 11, 16, 14, 25, 22]. Становление механизмов аэробной энергопродукции в препубертатный период связано главным образом с изменением активности тканевых окислительных ферментов, существенной перестройкой состава мышечных волокон и повышением возможностей кислородтранспортной системы [14, 22, 19]. Полученные данные свидетельствуют о том, что формирова-
ние механизмов, определяющих мощность и емкость аэробного источника энергообеспечения, вероятно, происходит относительно независимо и гетерохронно.
Анаэробные гликолитические возможности
600
£ 200
1 I-
У
к
J 1 г
ч V ч V
1000
800
0-
Рис. 2 — Структура факторов III—V физической работоспособности девочек 7-10 лет
Примечание: обозначения см. в разделе «Методика».
Факторные коэффициенты представлены без учета знака взаимосвязи.
В процессе исследования структуры физического состояния девочек 7-10 лет идентифицирован фактор «общая физическая работоспособность». Он с различными весовыми коэффициентами объединил показатели, характеризующие рабочие возможности организма во всем диапазоне доступных нагрузок. Фактор общей работоспособности в качестве ведущего компонента физического состояния организма выявлен и в структуре энергетического обеспечения мышечной деятельности мальчиков 9-10 лет [11]. Выделение независимого фактора «общая физическая работоспособность» определяется, по-видимому, относительно низкой степенью дифференцированности морфофункциональных свойств мышечных волокон в данный возрастной период как у мальчиков, так и у девочек [6]. Полученные данные подтверждают представление о том, что биоэнергетические способности являются важнейшим аспектом, определяющим физическую работоспособность человека и уровень развития кондиционных физических качеств.
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
Полученные данные позволяют сделать заключение о том, что система энергетического обеспечения мышечной деятельности у девочек 7-10 лет имеет сложную многомерную организацию, характеризующуюся наличием ряда независимых факторов. В процессе исследования идентифицированы 5 значимых факторов, определяющих ее структуру: 1) общая работоспособность; 2) аэробная емкость; 3) анаэробные гликолитические возможности; 4) аэробная мощность; 5) анаэробные алактатные возможности организма.
Полученные данные свидетельствуют о том, что выделенные факторы представляют собой целостные комплексы, объединяющие показатели, относящиеся к разным уровням организации системы энергетического обеспечения мышечной деятельности девочек младшего школьного возраста. Можно полагать, что полезный приспособительный результат, как системообразующий фактор [1], стимулирует избирательное вовлечение множества компонентов, относящихся к тканевому, органному и регуляторному уровням организации энергетического обмена в функциональную систему, обеспечивающую на данном этапе онтогенеза эффективную реализацию различных видов мышечной деятельности.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Анохин П.К. Кибернетика функциональных систем: избранные труды. -М.: Медицина, 1996. - 400 с.
2. Аулик И.В. Определение физической работоспособности в клинике и спорте. - М.: Медицина, 1990. - 192 с.
3. Волков Н.И. Биохимия спорта / Биохимия. - М.: Физкультура и спорт, 1986. - С. 267-383.
4. Детская спортивная медицина / под ред. С.Б.Тихвинского, С.В.Хрущева. -М.: Медицина, 1991. - 560 с.
5. Карпман В.Л., Белоцерковский З.Б., Гудков И.А. Тестирование в спортивной медицине. - М.: Физкультура и спорт, 1988. - 208 с.
6. Корниенко И.А., Сонькин В.Д., Тамбовцева Р.В. Возрастное развитие энергетики мышечной деятельности: Итоги 30-летнего исследования. Сообщение I. Структурно-функциональные перестройки // Физиология человека. - 2005. - Т.31, N4. - С.42-46.
7. Криволапчук И.А. Энергообеспечение мышечной деятельности детей 5-6 лет и комплексная оценка физической работоспособности // Физиология человека.- 2009.- Т.35, N1. - С. 76-87.
8. Криволапчук И.А.Энергообеспечение мышечной деятельности у мальчиков 13-14 лет в зависимости от темпов полового созревания // Физиология человека.-2011. - Т. 37, № 1, С. 1-11.
9. Медведев Д.В. Физиологические факторы, определяющие физическую работоспособность человека в процессе многолетней адаптации к специфической мышечной деятельности: автореф. дисс. ... канд. биол. наук. - М., 2007. - 25 с.
10. Панасюк Т.В. Конституциональная принадлежность как основа прогноза роста и развития детей от 3 до 17 лет: автореф. дисс. ... докт. биол. наук. - СПб., 2008. - 30 с.
11. Сонькин В.Д. Физическая работоспособность и энергообеспечение мышечной функции в постнатальном онтогенезе человека // Физиология человека.-2007. - Т.33, N3. - С.1-19.
12. Сонькин В.Д., Тамбовцева Р.В. Развитие мышечной энергетики и работоспособности в онтогенезе. - М.: Книжный дом «ЛИБРОКОМ», 2011. - 368 с.
13. Сухарев А.Г. Здоровье и физическое воспитание детей и подростков. -М.: Медицина, 1991. - 272 с.
14. Beneke R, Hutler M, Leithauser RM. Anaerobic performance and metabolism in boys and male adolescents, Eur J Appl Physiol., 2007, vol. 101, no 6, p. 671-677.
15. Eiberg S., Hasselstrom H., Grinfeldt V. et al. Maximum oxygen uptake and objectively measured physical activity in Danish children 6-7 years of age: the Copenhagen school child intervention study // Br J Sports Med. 2005.Vol. 39. №10. p. 725-730.
16. Kaczor J.J., Ziolkowski W., Popinigis J., Tarnopolsky M.A. Anaerobic and aerobic enzyme activities in human skeletal muscle from children and adults, Pediatr Res., 2005, vol. 57, no. 3, p. 331-335.
17. Kaufman C., Kelly A.S., Kaiser D.R. et al. Aerobic-exercise training improves ventilatory efficiency in overweight children // Pediatr Exerc Sci.- 2007. - Vol. 19, № 1. P. 82-92.
18. Leclair E., Borel B., Thevenet D. et al. Assessment of child-specific aerobic fitness and anaerobic capacity by the use of the power-time relationships constants // Pediatr Exerc Sci. 2010. - Vol. 22. № 3. - P. 454-466.
19. McCormack S.E., McCarthy M.A., Farilla L. et al. Skeletal Muscle Mitochondrial Function Is Associated with Longitudinal Growth Velocity in Children and Adolescents, Clin Endocrinol Metab. 2011 August 10, 2011 jc.2011-1218. Available from: URL: http://jcem.endojournals.org/content/early/2011/08/04/jc.2011-1218.abstract.
20. Mendez-Villanueva A., Buchheit M., Kuitunen S. et al. Is the relationship between sprinting and maximal aerobic speeds in young soccer players affected by maturation? // Pediatr Exerc Sci. 2010. - Vol 22. № 4. - P. 497-510.
21. Prado D.M., Braga A.M., Rondon M.U. et al. Cardiorespiratory responses during progressive maximal exercise test in healthy children // Arq Bras Cardiol. 2010. -Vol. 94. № 4. - P. 493-439.
22. Riddell M.C., Jamnik V.K., Iscoe K.E., Timmons B.W. et al. Fat oxidation rate and the exercise intensity that elicits maximal fat oxidation decreases with pubertal status in young male subjects, J Appl Physiol. 2008, vol. 105, no 2, p. 742-748.
23. Riner W. F., McCarthy M., De Cillis L., & Ward D. S. Relationship of anaerobic to aerobic function in children and adolescents //Medicine and Science in Sports and Exercise, - 1997. - Vol. 29, № 5. - P. 1528-1534.
24. Rivera-Brown A.M., Alvarez M., Rodriguez^-Santana J.R., Benetti P.J. Anaerobic power and achievement of VO2 plateau in pre-pubertal boys // Int J Sports Med. -2001. - Vol. 22, № 2. - P. 111-115.
25. Timmons B.W., Bar-Or O., Riddell M.C. Influence of age and pubertal status on substrate utilization during exercise with and without carbohydrate intake in healthy boys, Appl Physiol Nutr Metab, - 2007, - Vol. 32, № 3, - P. 416-425.
26. Turley, K. R., & Wilmore, J. H. Cardiovascular responses to submaximal exercise in 7- to 9 yr-old boys and girls. // Medicine and Science in Sports and Exercise, -1997. - Vol. 29. - P. 824-832.
27. Van Praagh E. Anaerobic fitness tests: what are we measuring?// Med Sport Sci. 2007. - Vol. 50. - P. 26-45.
28. Wells G.D., Selvadurai H., Tein I. Bioenergetic provision of energy for muscular activity // Paediatr Respir Rev. 2009. - Vol. 10, № 3. - P. 83-90.
