CC BY
281
КЛАССИФИКАЦИЯ НАГРУЗОК ПО ВЕЛИЧИНЕ: АНАЛИЗ ЗАВИСИМОСТИ «ДОЗА-ЭФФЕКТ» У ДЕТЕЙ 7-8 ЛЕТ
И.А. Криволапчук, М.Б. Чернова1, А.А. Герасимова, М.М. Герасимов
Федеральное государственное бюджетное научное учреждение «Институт
возрастной физиологии РАО», Москва
На основе изучения зависимости «доза-эффект» разработана классификация физических нагрузок по величине, предназначенная для детей 7-8 лет, имеющих различную работоспособность. Классификация включает 5 зон. Установлено, что наиболее эффективными для развития аэробных возможностей являются нагрузки, относящиеся ко второй и третьей зонам, а для развития анаэробных возможностей - упражнения, относящиеся к четвертой и пятой зонам.
Ключевые слова: зависимость «доза-эффект», классификация физических нагрузок, уровень работоспособности.
Classification of the work load: the analysis of dependency "dose-effect" in 7-8-year-old children. The "doze-effect" study has laid the foundation for the classification of physical work load according to its amount, aimed at 7-8-year-old children with different work capabilities. The classification includes 5 zones. It was stated that the tensions that are the most effective to develop aerobic capabilities refer to the second and third zones, whereas those to develop anaerobic capabilities relate to the fourth and fifth zones.
Key words: "doze-effect" dependence, physical tensions classification, work performance.
Зависимость «доза-эффект», определяющая соотношение между величиной физической нагрузки и изменениями функционального состояния организма, используется для количественной оценки адаптации к напряженной мышечной деятельности не только в спорте [2], но и в оздоровительной физической культуре [18, 19, 14, 15].
В системе наук о физической культуре различают внешнюю и внутреннюю стороны физической нагрузки [10, 4, 2]. Первую оценивают на основе эргометри-ческих критериев. К ним относят показатели объема и интенсивности, характеризующие совершаемую работу с позиций механики: скорость, мощность, время, вес, метраж, количество механической работы, произведенной за определенный временной отрезок и т. д. Вторую сторону нагрузки подразделяют на физиологическую и психическую [7]. Она определяется величиной функциональных сдвигов, обусловленных выполнением мышечной деятельности. Внутреннюю нагрузку соответственно оценивают с помощью физиологических и психологических показателей. Среди физиологических переменных обычно используют частоту сердечных сокращений (ЧСС), максимальное потребление кислорода (МПК), метаболические единицы (МЕТ), порог анаэробного обмена (ПАНО), интенсивность
Контакты: 1 Чернова М.Б. - E-mail: <mashacemova@mail.ra>
накопления пульсового долга (ИНПД), двойное произведение, минутный объем дыхания, содержание молочной кислоты в крови, энерготраты и т.д. Для оценки психической стороны нагрузки применяют критерии, характеризующие степень изменения эмоциональных, когнитивных, сенсорно-перцептивных процессов, среди которых наиболее часто применяются показатели субъективного шкалирования состояния [13, 20, 12, 17].
Обычно для контроля за величиной и физиологической стоимостью упражнений используются разработанные, как правило, на базе энергетических критериев, шкалы физических нагрузок по зонам интенсивности [1, 6, 5, 11 и др.], большинство из которых предназначено для юных спортсменов и базируется на оценке зависимости физиологических изменений в организме от мощности нагрузки. При этом, как правило, не учитывается предельное время выполнения нагрузки, заданной интенсивности ,у занимающихся с разным уровнем подготовленности.
Целью исследования явилась разработка классификации физических нагрузок по их величине на основе использования эргометрических, физиологических и субъективных показателей функционального состояния для детей 7-8 лет с разным уровнем работоспособности.
ОРГАНИЗАЦИЯ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ
В исследовании приняли участие здоровые дети 7-8 лет (п=131). Испытуемые занимались физической культурой по общепринятой программе и не посещали спортивные секции. Для разработки классификации нагрузки на основе анализа зависимости «мощность-время» и «мощность-пульс» у каждого испытуемого регистрировали частоту сердечных сокращений (ЧСС). Тестирование проводили в хорошо проветриваемом помещении при температуре воздуха 18-24° С, в первой половине дня, через несколько часов после приема пищи.
В лабораторных условиях запись сердечного ритма осуществляли на электрокардиографе ЭК1Т-1 «АКСИОН». Электроды фиксировались на левой стороне груди в отведении по Нэбу. Определяли частоту сердечных сокращений (ЧСС). На основе измерений ЧСС в состоянии покоя и в период восстановления, рассчитывали интенсивность накопления пульсового долга (ИНПД) [8]. Показатель ЧСС использовался для измерения интенсивности нагрузки при выполнении дозированной работы аэробного и смешанного характера, а показатель ИНПД - для оценки интенсивности и функциональных возможностей организма при работе анаэробного и также смешанного характера.
Уровень физической работоспособности оценивали по результатам выполнения теста PWC170 в модификации В.Л. Карпмана [3]. Субъективную величину испытываемого усилия в диапазоне от 6 до 20 баллов определяли с помощью шкалы Борга [13]. Регистрировали предельное время работы (Й, t2) при нагрузках «до отказа» мощностью 2 ^1) и 4 ^2) Вт/кг [9]. За «отказ» принимали резкое снижение интенсивности работы на 10 %.
В процессе исследования посредством применения методики тестирования PWC находили индивидуальные варианты зависимости «мощность-пульс». Для каждого испытуемого рассчитывали уравнение линейной регрессии (у=а+Ьх), от-
ражающее взаимосвязь изменений ЧСС и интенсивности работы в виде простой линии регрессии. Затем анализировалась зависимость «мощность-время» на основе данных о выполнении теста на удержание нагрузки 2 и 4 Вт/кг.
Наряду с этим в процессе исследования использовались физические упражнения «на выносливость», скоростной и скоростно-силовой направленности продолжительностью от 5-10 с до 20-30 мин. В полевых условиях для регистрации ЧСС применяли пульсометр фирмы «Polar». Индивидуальная относительная интенсивность каждого упражнения рассчитывалась по методу M.J. Karvonen [16]. Во время работы определяли ЧСС, а после неё пульсовую сумму восстановления и субъективную величину испытываемого усилия [13].
В ходе математической обработки полученных результатов определяли статистические характеристики ряда измерений и проводили проверку статистических гипотез, использовали также регрессионный анализ.
РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЯ И ИХ ОБСУЖДЕНИЕ
При использовании ЧСС в качестве критерия интенсивности физической нагрузки определяли три критических значения данного показателя: пиковое; пороговое и среднее. Нормативные величины пиковой, пороговой и средней ЧСС у школьников 7-8 лет в зависимости от физической работоспособности, полученные нами в условиях ступенчато возрастающей нагрузки «до отказа», приведены в табл.1.
Таблица 1
Величины нагрузочной ЧСС у школьников 7-8 лет с высокой (В), средней (С) и низкой (Н) физической работоспособностью
Возраст, лет ЧСС в фоне, уд/мин (M±a) Макс. ЧСС, уд/мин (M±a) Пульсовой резерв, уд/мин Пиковая ЧСС, уд/мин Пороговая ЧСС, уд/мин Средняя ЧСС, уд/мин
Н С В Н С В
7 (n=75) 86,5±10,7 212,8±12,7 126 201 138 149 160 160 170 181
8 (n=56) 84,8±9,8 209,3±14,5 125 199 138 148 159 159 170 180
Данную таблицу можно использовать для планирования интенсивности нагрузки, выраженной в процентах от максимальных значений пульса и величины пульсового резерва. Как было отмечено выше, для контроля «физиологической стоимости» упражнений используются шкалы физических нагрузок по зонам интенсивности. При этом, как правило, не учитывается уровень физической подготовленности. В этой связи в ходе дальнейшей работы, на основе экспериментального изучения зависимостей «мощность-ЧСС», «мощность-ИНПД» и «мощность-время», а также данных научно-методической литературы нами разработана шкала, предназначенная для не занимающихся спортом детей 7-8 лет, имеющих различную физическую работоспособность. Для создания шкалы оценки ин-
тенсивности, выраженной в баллах, использовали данные о предельном времени удержания нагрузки заданной мощности (рис.1) и физиологической реакции на нее (табл. 2). Эта шкала может быть использована для перевода интенсивности различных динамических физических упражнений глобального характера в баллы и последующего расчета величины нагрузки. Подобный принцип определения интенсивности работы ранее был реализован при создании «шкалы испытываемого усилия» Борга [13] и классификации нагрузки, предложенной М. Поллоком [20].
Таблица 2
Шкала для перевода физиологической интенсивности физической нагрузки
в баллы (дети 7-8 лет)
Баллы Интенсивность
ЧСС, уд/мин % ЧСС макс % резерва ЧСС макс. Баллы ЧСС, уд/мин % ЧСС макс % резерва ЧСС макс.
1 130 62 33 16 179 85 74
2 135 65 38 17 180 86 75
3 140 67 42 18 182 87 76
4 145 69 46 19 184 88 77
5 150 72 50 20 185 89 78
6 155 74 54 21 187 89 79
7 158 75 56 22 188 90 80
8 160 76 58 23 189 90 81
9 163 78 61 24 190 91 82
10 165 79 63 25 191 91 83
11 168 80 65 26 192 92 83
12 170 81 67 27 193 92 84
13 173 83 69 28 194 92 85
14 175 84 71 29 195 93 85
15 177 85 73 30 196 93 86
В тех случаях, когда линейная зависимость между мощностью работы и ЧСС нарушалась или когда интенсивность нагрузки нельзя было определить непосредственно в ходе выполнения двигательного действия (упражнения силового и ско-ростно-силового характера), мы оценивали ее по показателю интенсивности накопления пульсового долга (ИНПД) [9].
Считается, что пульсовой долг отражает пределы допустимых отклонений в состоянии внутренней среды организма. При этом максимальная пульсовая задолженность является отражением емкости анаэробных систем организма, а скорость ее накопления в процессе работы тесно связана с интенсивностью нагрузки [8, 9]. Поэтому величина ИНПД позволяет с высокой чувствительностью дозировать нагрузки в занятиях с детьми школьного возраста при выполнении упражнений анаэробного характера, тогда как ЧСС, дает возможность регулировать интенсивность физических упражнений преимущественно аэробной направленности. Разработанная шкала включает 5 зон (табл. 3).
1, мин
35 ■
30 ■ 25 ■ 20 -15 ■ 10 -5 0
Высокий уровень работоспособности
Предельная продолжительность работы, мин
□ Низкая □ Умеренная □ Большая □ Субмкаксимальная □ Максимальная
1, мин
35
30 25 20 15 10 5 0
Средний уровень работоспособности
Предельная продолжительность работы, мин
□ Низкая □ Умеренная □ Большая □ Субмкаксимальная □ Максимальная
1, мин
35
30 25 20 15 10 5 0
Низкий уровень работоспособности
I
Предельная продолжительность работы, мин
□ Низкая □ Умеренная □ Большая □ Субмкаксимальная □ Максимальная
Рису. 1. Предельная продолжительность работы разной мощности у детей 7-8 лет
В первую зону (низкая интенсивность) включены нагрузки аэробной направленности, не оказывающие существенного влияния на организм и рассматриваемые как восстанавливающие. В качестве субстратов окисления используются жиры, гликоген мышц, глюкоза крови и аминокислоты. В широком диапазоне продолжительности работы все физиологические функции не испытывают напряжения, а ЧСС не превышает 100-130 уд/мин. Предельное время работы у детей 7-8 лет в зависимости от уровня работоспособности составляет 10-35 мин, а мощ-
ность нагрузки не превышает 1,0-1,5 Вт/кг. Величина испытываемого усилия по шкале Борга составляет менее 10 баллов.
Ко второй зоне (умеренная интенсивность) относятся аэробные упражнения, выполнение которых происходит в условиях истинного устойчивого состояния. Верхней границей данной зоны мощности является нагрузка, соответствующая ПАНО. Последовательность использования субстратов энергообеспечения такая же, как и при работе в зоне низкой интенсивности. Продолжительность работы с учетом уровня подготовленности колеблется у детей младшего школьного возраста в диапазоне от 5 до 20 мин, а мощность - от 1,5 до 2,5 Вт/кг. ЧСС изменяется в пределах 130-165 уд/мин. ИНПД не превышает 0,5 отн. ед. Субъективная оценка тяжести нагрузки по шкале Борга находится в границах от 11 до 12 баллов.
Таблица 3
Классификация нагрузок для детей7-8 лет с разной работоспособностью
Зона интенсивности нагрузки Преимущественная направленность энергообеспечения ЧСС, уд/м ин ИН ПД, отн. ед. Интен тен-сив ность, баллы Шк ала Бор га, бал лы Время работы
Высокий УР Сред УР Низкий УР
I. Низкая Аэробная < 130 - - < 10 - - -
II. Умеренная Аэробная 130165 <0,5 1-9 1112 > 20 мин > 9 мин > 5 мин
III. Большая Смешанная 165194 0,52,0 10-30 1314 6-12 мин 3-6 мин 2-4 мин
IV. Субмаксимальная Гликолитиче-ская > 195 2,07,0 > 30 1416 0,26 мин 0,1-3 мин 0,1-2 мин
V. Максимальная Фосфагенная - >7,0 - > 16 < 0,2 мин < 0,1 мин < 0,1 мин
Третью зону (большая интенсивность) составляют упражнения, выполнение которых осуществляется в основном за счёт аэробных источников при значительной доле анаэробного гликолиза. Нижней границей данной зоны мощности является нагрузка на уровне ПАНО, а верхней - на уровне МПК. Основными энергетическими субстратами служат углеводы, расщепляемые как с использованием кислорода, так и в бескислородных условиях, а также жиры, подвергающиеся окислительному расщеплению. Предельное время работы для детей 7-8 лет в зависимости от уровня работоспособности составляет 4-12 мин, а её мощность 2,53,5 Вт/кг. ЧСС может находиться в пределах 165-194 уд/мин, а ИНПД - 0,5-2,0 отн. ед. Величина нагрузки по шкале Борга составляет в среднем 13-14 баллов.
В четвертую зону (субмаксимальная интенсивность) входят упражнения, выполняемые преимущественно за счёт анаэробного гликолиза. В качестве основных субстратов энергообеспечения при работе в данной зоне рассматриваются
углеводы (особенно гликоген мышц), расщепляющиеся анаэробным путём. Предельное время работы в этой зоне у школьников 7-8 лет в зависимости от уровня подготовленности находится в пределах от 2 до 6 мин, а мощность от 3,5 до 5,0 Вт/кг. ЧСС может превышать 195 уд/мин. Линейная зависимость между пульсом и мощностью нагрузки отсутствует. ИНПД находится в границах от 2 до 7 отн. ед. Субъективная оценка тяжести нагрузки составляет 15-16 баллов.
Пятая зона (максимальная интенсивность) включает физические упражнения, энергообеспечение которых осуществляется на основе анаэробного алактат-ного механизма. В этих условиях АТФ ресинтезируется главным образом за счет креатинфосфата. Максимальное время работы в этой зоне составляет в среднем 612 с, а мощность превосходит 3,5-5,0 Вт/кг. ИНПД превышает 7 отн. ед., а оценка тяжести нагрузки по шкале Борга - 16 баллов.
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
На основе изучения зависимости «доза-эффект» разработана классификация физических нагрузок по величине, предназначенная для детей 7-8 лет, имеющих различную работоспособность. Классификация включает 5 зон. Результаты исследования свидетельствуют о том, что её целесообразно использовать для определения величины нагрузки в процессе оздоровительной тренировки.
Установлено, что наиболее эффективными для развития аэробных возможностей детей являются нагрузки, относящиеся ко второй и третьей зонам, а для развития анаэробных - упражнения, относящиеся к четвертой и пятой зонам. Апробация в эксперименте и на практике предложенных методов дозирования нагрузки показала их преимущество по сравнению с имеющимися аналогами в связи с реализацией индивидуального подхода, базирующегося на анализе зависимости типа «доза-эффект».
Работа поддержана грантом РГНФ (проект № 16-06-00211а).
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Бакланов Л.Н. Оптимизация нагрузок в подготовке школьниц к циклическим видам спорта с проявлением выносливости: Автореф. дис. ... канд. пед. наук. - М., 1980. - 18 с.
2. Волков Н.И., Осипенко А.А., Несен Э.Н., Корсун С.Н. Биохимия мышечной деятельности. - Киев: Олимпийская литература, 2000. - 503 с.
3. Карпман В.Л., Белоцерковский З.Б., Гудков И.А. Тестирование в спортивной медицине. - М.: Физкультура и спорт, 1988. - 208
4. Матвеев Л.П. Теория и методика физической культуры - М.: Физкультура и спорт, 1991. - 543 с.
5. Нормирование нагрузок в физическом воспитании школьников / Под ред. Л.Е. Любомирского. - М.: Педагогика, 1989. - 192 с.
6. Основы управления подготовкой юных спортсменов / под ред. М.Я. Набатниковой. - М.: Физкультура и спорт, 1982. - 280 с.
7. Пуни А.Ц., Горбунов Г.Д. Влияние физических нагрузок на психическую сферу / Психология физического воспитания и спорта / Под ред. Т.Т. Джамгарова, А.Ц. Пуни. - М.: Физкультура и спорт, 1979. - С. 138-139.
8. Сонькин В.Д. Энергетическое обеспечение мышечной деятельности школьников: Автореф. дис. ... докт. биол. наук. - М., 1990.- 50 с.
9. Сонькин В.Д., Тамбовцева Р.В. Развитие мышечной энергетики и работоспособности в онтогенезе. - М.: Книжный дом «Либроком», 2011. - 368 с.
10. Спортивная метрология / под ред. В.М. Зациорского. - М.: Физкультура и спорт, 1982. - 256 с.
11. Тиунова О.В. Соотношение объемов физических нагрузок различной интенсивности в занятиях с мужчинами среднего возраста: Автореф. дис. ... канд. пед. наук. - М., 1994. - 22 с.
12. Уилмор Дж. Х., Костилл Д. Л. Выбор физических упражнений для укрепления здоровья и повышение уровня физической подготовленности // Физиология спорта и двигательной активности. - Киев: Олимпийская литература, 1997.-С. 470-484.
13. Borg G. Perceived exertion as an indicator of somatic stress // Scand J Rehabil Med. - 1970. - 2(2). - P. 92-98.
14. Global Recommendations on Physical activity for Health. - Geneva, World Health Organization, 2010. - 60 p.
15. Janssen I, Leblanc A. Systematic Review of the Health Benefits of Physical Activity in School-Aged Children and Youth //International Journal of Behavioural Nutrition and Physical Activity. - 2010. - Vol. 7, № 40. - Р. 1-16.
16. Karvonen M.J., Vuorimaa T. Heart rate and exercise intensity during sport activities: Practical aplication // Sports Medicine. - 1988. - № 5. - Р. 303-312.
17. Kenney W.L., Wilmore J., Costill D. Physiology of Sport and Exercise. - Published by Champaign, IL; Human Kinetics, 2011. - 640 p.
18. Physical Activity and Public Health. A Recommendation From the Centers for Disease Control and Prevention and the American College of Sports Medicine // JAMA. - 1995. - Vol. 273, № 5. - Р. 402-407.
19. Physical Activity Guidelines for Americans. - Washington, 2008. - 65 p.
20. Pollock, M.L. Exercise in health and disease: Evaluation and prescription for prevention rehabitation (2nd ed). / M.L. Pollock, J.H. Wilmore. - Pfiladelphia: W. B. Saunders Company, 1990. - P. 670-671.
