CC BY
30ОСОБЕННОСТИ АЭРОБНОЙ СИСТЕМЫ ЭНЕРГООБЕСПЕЧЕНИЯ КАК РЕЗУЛЬТАТА ДЕЯТЕЛЬНОСТИ КАРДИОРЕСПИРОТОРНОЙ СИСТЕМЫ
УДК/UDC 796.01:612
Поступила в редакцию 10.03.2022 г.
Информация для связи с автором: kaf.fv.kgau@mail.ru
Доктор биологических наук, профессор Ю.С. Ванюшин1
Кандидат биологических наук, доцент Д.Е. Елистратов2
Кандидат биологических наук, доцент Н.А. Федоров2
Кандидат биологических наук, доцент М.И. Рахимов3
1Поволжский государственный университет физической культуры, спорта и туризма, Казань
2Казанский государственный аграрный университет, Казань 3Казанский (Приволжский) федеральный университет, Казань
FEATURES OF THE AEROBiC ENERGY SUPPLY SYSTEM AS A RESULT OF THE ACTiViTY OF THE CARDiORESPiRATORY SYSTEM
Dr. Biol., Professor Yu.S. Vanyushin1 PhD, Associate Professor D.E. Elistratov2 PhD, Associate Professor N.A. Fedorov2 PhD, Associate Professor M.I. Rakhimov3
1 Volga Region State University of Physical Culture, Sports and Tourism, Kazan
2 Kazan State Agricultural University, Kazan
3 Kazan (Volga Region) Federal University, Kazan
Аннотация
Цель исследования - выявить особенности аэробной системы энергообеспечения как результата деятельности кардиореспираторной системы, в зависимости от возраста занимающихся циклическими видами спорта спортсменов, при велоэргометрическом тестировании. Методика и организация исследования. Испытуемыми были спортсмены, занимающиеся видами спорта на выносливость и составившие в зависимости от возраста следующие группы испытуемых: 15-16 лет, 17-21 лет, 22-35 лет и 36-60 лет. Все они выполняли работу на велоэргометре мощностью 50, 100, 150 и 200 Вт. Каждая ступень нагрузки длилась 3 мин, во время которой записывалась дифференциальная реограмма по Кубичеку, в модификации Ю.С.Ванюшина с соавт., и определялись показатели сердечно-сосудистой системы: частота сердечных сокращений, ударный объем крови, минутный объем кровообращения. При помощи пневмотахографа определялись показатели внешнего дыхания: частота дыхания, дыхательный объем, минутный объем дыхания. Коэффициент использования кислорода вычисляли по общепринятой формуле.
Результаты исследования и выводы. У спортсменов в возрасте 15-16 и 36-60 лет, по результатам наших исследований, целесообразно развивать систему внешнего дыхания, направленную на увеличение МОД, так как в этом случае лучше функционирует аэробный способ энергообеспечения. У спортсменов в возрасте 17-21 лет следует развивать систему кровообращения, увеличивающие показатели насосной функции сердца (УОК, МОК), которые отражаются на способности сердца выбрасывать больший объем крови. Это положительно скажется на аэробном способе энергообеспечения. Спортсменам в возрасте 22-35 лет стоит стимулировать газообменную функцию, связанную с увеличением коэффициента использования кислорода (КИО2), который является наиболее оптимальным. У спортсменов данного возраста, по-видимому, целесообразно развивать именно этот способ энергообеспечения.
Ключевые слова: кардиореспираторная система, нагрузка, дыхание, кровообращение, газообмен, спортсмены.
Abstract
Objective of the study was to identify the features of the aerobic energy supply system as a result of the activity of the cardiorespiratory system, depending on the age of athletes involved in cyclic sports, during bicycle ergometric testing. Methods and structure of the study. The subjects were athletes involved in endurance sports and, depending on age, the following groups of subjects were formed: 15-16 years old, 17-21 years old, 22-35 years old and 36-60 years old. All of them performed work on a bicycle ergometer with a power of 50, 100, 150 and 200 watts. Each stage of the load lasted 3 minutes, during which the differential rheogram according to Kubizek was recorded, modified by Yu.S. Vanyushin et al., and the indicators of the cardiovascular system were determined: heart rate, stroke volume, minute volume of blood circulation. With the help of a pneumotachograph, indicators of external respiration were determined: respiratory rate, tidal volume, minute respiratory volume. The oxygen utilization coefficient was calculated according to the generally accepted formula. Results and conclusions. In athletes aged 15-16 and 36-60 years, according to the results of our research, it is advisable to develop an external respiration system aimed at increasing the minute volume of respiration, since in this case the aerobic method of energy supply functions better. Athletes aged 17-21 years should develop a circulatory system that increases the performance of the pumping function of the heart (stroke volume, minute volume of blood), which affects the ability of the heart to eject a larger volume of blood. This will have a positive effect on the aerobic way of energy supply. Athletes aged 22-35 years should stimulate the gas exchange function associated with an increase in the oxygen utilization factor (UF02), which is the most optimal. In athletes of this age, apparently, it is advisable to develop this particular method of energy supply.
Keywords: cardiorespiratory system, exercise, respiration, blood circulation, gas exchange, athletes.
Введение. Функциональные системы, их функции целесообразно рассматривать в связи с представлениями об осо-
бенностях и закономерностях развития процесса адаптации [1, 6]. В самих функциональных системах происходят пре-
образования, способствующие процессу адаптации [5, 7]. Адаптация, как процесс приспособления функциональных систем к двигательной деятельности, на протяжении десятилетий притягивала к себе многочисленные умы ученых. Это основывалось на подходах П. К. Анохина [1] при изучении функциональных систем и концепции А. А. Ухтомского [8] о доминирующем очаге возбуждения в ЦНС, готовности организма к определенному виду деятельности при торможении других незначительных на данный период времени очагов возбуждения. П. К. Анохин [1] считал, что «под функциональной системой понимается такая динамическая организация структур и процессов организма, которая вовлекает их независимо от анатомической, тканевой и физиологической определенности». По его мнению, в этом случае одним из критериев вовлечения составляющих в ту или иную систему является «способность содействовать получению конечного приспособительного результата».
В настоящее время одной из важнейших функциональных систем, способных содействовать получению конечного приспособительного результата, а именно, обеспечению организма кислородом, является кислородтранспортная, или система, представляющая совокупность функций дыхания и кровообращения, то есть кардиореспираторная система. Ее следует отнести к системам первого типа, деятельность которых направлена на поддержание постоянства внутренней среды организма. Системы второго типа способствуют осуществлению поведенческих актов, что является важной составляющей не только для оптимизации процесса спортивной подготовки, но и для развития всей теории и практики физического воспитания и спорта [7].
Рассматривая кардиореспираторную систему, необходимо обратить внимание на то, что ее деятельность связана с аэробным энергообеспечением, имеющим значение для развития и совершенствования выносливости. Особенно, если спортивные упражнения имеют отношение к циклическим видам спорта. При аэробной системе энергообеспечения
образование АТФ в мышцах (митохондриях) происходит при участии кислорода. В результате этого наблюдается высокая экономичность и отсутствуют вредные продукты распада. Такие недостатки отмечаются при анаэробной алактатной и анаэробной лактатной системах энергообеспечения [7].
Цель исследования - выявить особенности аэробной системы энергообеспечения, как результат деятельности кардиореспираторной системы, в зависимости от возраста занимающихся циклическими видами спорта спортсменов, при велоэргометрическом тестировании.
Методика и организация исследования. Испытуемыми были спортсмены, занимающиеся видами спорта на выносливость и составившие в зависимости от возраста следующие группы испытуемых: 15-16 лет, 17-21 лет, 22-35 лет и 36-60 лет. Все они выполняли работу на велоэргометре мощностью 50, 100, 150 и 200 Вт. Каждая ступень нагрузки длилась три минуты, во время которой записывалась дифференциальная реограмма по Кубичеку [11], в модификации Ю. С. Ванюшина с соавт. [2, 3], и определялись показатели сердечно-сосудистой системы: частота сердечных сокращений (ЧСС), ударный объем крови (УОК), минутный объем кровообращения (МОК). При помощи пневмотахографа определялись показатели внешнего дыхания: частота дыхания (ЧД), дыхательный объем (ДО), минутный объем дыхания (МОД). Коэффициент использования кислорода (КИО2) вычисляли по общепринятой формуле [9].
Результаты исследования и их обсуждение. В предыдущих исследованиях [4] рассматривалось несколько направлений, связанных с изучением кардиореспираторной системы. В этой работе мы хотим остановиться на направлении, которое актуально для спортсменов, развивающих выносливость, а именно, на снабжении их организма кислородом для процесса энергообеспечения путем аэробных реакций. С этой целью нами был выбран контингент испытуемых, занимающихся видами спорта на выносливость, и была предложена тестирующая нагрузка в виде работы на велоэр-
Показатели комплексного исследования процесса адаптации кардиореспираторной системы спортсменов разного возраста, занимающихся видами спорта на выносливость
□ и
£ г.
а
ч—
о (и и
2 а
■
с
га
^
О (и .с Н
Нагрузка Показатели Группы спортсменов
15-16 лет 17-21 лет 22-35 лет 36-60 лет
Исходное состояние ЧСС УОК МОК МОД КИО2 77.51±4.63 62.55±3.55 4.77±0.28 9.37±0.81 21.36±1.98 62.20±2.14+ 79.37±2.22+ 4.95±0.24 10.24±0.40 22.73±0.82 65.29±2.19* 82.28±3.21* 5.29±0.19 9.59±0.61 23.71±1.15 65.40±2^ 79.32±2.52v 5.23±0.27 10.15±0.47 22.44±0.61
50 Вт ЧСС УОК МОК МОД КИО2 105.62±5.21 81.09±3.44 8.46±0.50 25.76±1.74 28.52±1.86 90.42±2.09+ 106.00±3.82+ 9.62±0.49 22.85±0.87 34.30±1.37 85.65±2.09* 115.98±3.68* 9.95±0.44* 23.41±1.00 34.76±1.03 87.23±1.75v 101.61±3.95.v 8.88±0.42 27.25±1.01х. 32.35±0.81
100 Вт ЧСС УОК МОК МОД КИО2 133.13±6.05 80.07 ±3.45 10.53±0.41 40.35±3.04 33.39±2.02 108.79±1.95+ 122.82±3.69+ 13.30±0.38+ 33.11±1.27+ 39.45±1.43+ 103.86±1.71* 131.40±4.17* 13.59±0.39* 33.50±1.44* 39.85±1.30* 104.16±2.04v 117.98±3.65.v 12.22±0.42.v 37.87±0.89х. 38.18±0.93х
150 Вт ЧСС УОК МОК МОД КИО2 161.24±6.25 77.83±4.60 12.35±0.56 54.15±3.21 36.35±2.56 130.50±2.39+ 129.86±3.30+ 16.92±0.43+ 45.96±1.28+ 43.31±1.28+ 123.72±2.18*о 141.72±4.95+о 17.44±0.54* 46.49±1.60* 43.36±1.20* 125.20±2.39v 130.80±4.46v 16.28±0.47v 56.55±2.15х. 39.89±1.03х.
200 Вт ЧСС УОК МОК МОД КИО2 178.10±6.98 73.30±5.45 12.90±0.87 68.57±3.84 40.82±1.64 151.44±3.09+ 136.31±4.45+ 20.38±0.46+ 59.34±1.48+ 44.30±1.00 142.44±2.82*о 141.19±4.22 20.03±0.57* 59.55±1.79* 47.64±1.17*0 147.32±2.69v 129.52±5.55v 18.93±0.69v 75.65±3.26х. 40.37±1.21х.
Примечание. + - стат. достоверность различий между 1 и 2 группами; * -между 1 и 4 группами; о - стат. достоверность между 2 и 3 группами; х -между 3 и 4 группами.
■ стат. достоверность между 1 и 3 группами; V -стат. достоверность между 2 и 4 группами; . -
стат. достоверность стат. достоверность
38
http://www.teoriya.ru
№8^ 2022 Август | August
Физиология спортА
гометре от 50 до 200 Вт. Через каждые 50 Вт и 3 мин нагрузка постепенно повышалась, что, на наш взгляд, будет способствовать выявлению преобладающих реакций со стороны сердечно-сосудистой и дыхательной систем у спортсменов разного возраста (см. таблицу).
При мышечной деятельности, как известно, отмечается активность почти всех висцеральных систем организма, что связано с усилением оксигенации и притока питательных веществ к работающим мышцам. Следовательно, возможности кислородтранспортной системы возрастают, что отражается на способности сердца, как насоса, перекачивать значительный объем крови и работе системы дыхания.
Наиболее предпочтительным ответом у спортсменов 22-35 лет оказалась реакция с повышением коэффициента использования кислорода (КИО2), что свидетельствует о более рациональном энергообеспечении организма спортсменов при выполнении работы на выносливость. Следующим видом реакции, способным удовлетворить кислородный запрос при работе на велоэргометре, оказалось увеличение показателей сердечно-сосудистой системы, к которым мы отнесли минутный объем кровообращения (МОК). Это отмечалось у спортсменов-юношей в возрасте 17-21 лет, что составляло 20,38 ± 0,46 л/мин при нагрузке мощностью 200 Вт. У спортсменов высокой квалификации этот показатель, как правило, достигает 40-45 л/мин [10]. Отсюда можно сделать вывод, что в наших исследованиях нагрузка мощностью 200 Вт не является достаточно интенсивной или спортсмены-юноши пока не достигли уровня высокого мастерства в циклических видах спорта, развивающих выносливость.
Менее значимым ответом на выполнение нагрузки при велоэргометрическом тестировании мы считаем увеличение показателей внешнего дыхания, основным требованием которых является поддержание газового гомеостаза плазмы артериальной крови, адекватного метаболическим потребностям организма при физической нагрузке. К таким показателям следует отнести значительное увеличение МОД. Эту реакцию со стороны дыхательной системы мы наблюдали у подростков в возрасте 15-16 лет и спортсменов-ветеранов в возрасте 36-60 лет. Это характеризует деятельность их организма со стороны кардиореспираторной системы, как неэкономную, способную к затрачиванию значительных запасов кислородтранспортной системы, в частности, кислорода, который значительно расходуется на работу скелетных мышц дыхательной системы.
Поэтому рассматриваемый нами последний тип аэробного энергообеспечения считается малоэффективным. Однако возрастные особенности созревания отдельных звеньев кардиореспираторной системы не всегда позволяют использовать другие способы обеспечения организма кислородом при двигательной деятельности. В связи с этим у подростков-спортсменов 15-16 лет необходимо развивать и совершенствовать дыхательные возможности кислородтранспортной системы для выполнения нагрузок аэробного характера, адекватного требованиям организма.
Вывод. Таким образом, комплексное изучение процесса адаптации кардиореспираторной системы спортсменов разного возраста, занимающихся видами спорта на выносливость, позволило нам выявить возможности аэробного способа энергообеспечения, который зависит от возраста спортсменов. У спортсменов в возрасте 15-16 и 36-60 лет, по результатам наших исследований, целесообразно развивать систему внешнего дыхания, направленную на увеличения МОД, так как в этом случае лучше функционирует аэробный способ энергообеспечения. У спортсменов в возрасте 17-21 лет следует раз-
вивать систему кровообращения, увеличивающие показатели насосной функции сердца (УОК, МОК), которые отражаются на способности сердца выбрасывать больший объем крови. Это положительно скажется на аэробном способе энергообеспечения. У спортсменов в возрасте 22-35 лет - газообменную функцию, связанную с увеличением коэффициента использования кислорода (КИО2), который является наиболее оптимальным. У спортсменов данного возраста, по-видимому, целесообразно развивать именно этот способ энергообеспечения.
Литература
1. Анохин, П.К. Узловые вопросы теории функциональной системы / П.К. Анохин. - М.: Наука, 1980. - 197 с.
2. Ванюшин, Ю.С. Кардиореспираторная система как индикатор функционального состояния организма спортсменов / Ю.С. Ванюшин, Р.Р. Хайруллин // Теория и практика физической культуры. - 2015. - № 7. - С. 11-14.
3. Ванюшин, Ю.С. Значение коэффициента комплексной оценки кардиореспираторной системы для диагностики функционального состояния спортсменов / Ю.С. Ванюшин, Р.Р. Хайруллин, Д.Е. Елистратов // Теория и практика физической культуры. -2017. - № 5. - С. 59-61.
4. Ванюшин, Ю.С. Адаптация кардиореспираторной системы спортсменов к двигательной деятельности / Ю.С. Ванюшин, Р.Р. Хайруллин, Д.Е. Елистратов, Н.А. Федоров // Теория и практика физической культуры. - 2020. - № 2. - С. 30-32.
5. Иванова, Н.В. Факторы, определяющие функциональное состояние кардиореспираторной системы спортсменов / Н.В.Иванова // Теория и практика физической культуры. - 2013. - № 5. - С. 108-111.
6. Оляшев, Н.В. Показатели кардиореспираторной системы у юношей с разными типами кровообращения / Н.В. Оляшев, И.А. Ва-ренцова, В.Н. Пушкина // Экологическая физиология. - 2014. -№ 4. - С. 28-33.
7. Платонов, В.Н. Двигательные качества и физическая подготовка спортсменов / В.Н. Платонов. - М.: Спорт, 2019. - 656 с.: ил.
8. Ухтомский, А.А. Доминанта / А.А. Ухтомский. - СПб.: Питер, 2002. - 448 с.
9. Федоров Н.А. Комплексная оценка функционального состояния студентов / Н.А. Федоров, Д.Е. Елистратов, Ю.С. Ванюшин. - Казань: Отечество, 2014. - 86 с.
References
1. Anokhin P.K. Uzlovyye voprosy teorii funktsionalnoy sistemy [Nodal issues of the theory of functional systems]. Moscow: Nauka publ., 1980. 197 p.
2. Vanyushin Yu.S., Khairullin R.R. Kardiorespiratornaya sistema kak indikator funktsionalnogo sostoyaniya organizma sportsmenov [Cardiorespiratory system as an indicator of the functional state of the body of athletes]. Teoriya i praktika fizicheskoy kultury. 2015. No. 7. pp. 11-14.
3. Vanyushin Yu.S., Khairullin R.R., Elistratov D.E. Znacheniye koef-fitsiyenta kompleksnoy otsenki kardiorespiratornoy sistemy dlya di-agnostiki funktsionalnogo sostoyaniya sportsmenov [The value of the coefficient of a complex assessment of the cardiorespiratory system for the diagnosis of the functional state of athletes]. Teoriya i praktika fizicheskoy kultury. 2017. No. 5. pp. 59-61.
4. Vanyushin Yu.S., Khairullin R.R., Elistratov D.E., Fedorov N.A. Fedorov Adaptatsiya kardiorespiratornoy sistemy sportsmenov k dvigatelnoy dey-atelnosti [Adaptation of the cardiorespiratory system of athletes to motor activity]. Teoriya i praktika fizicheskoy kultury. 2020. No. 2. pp. 30-32.
5. Ivanova N.V. Faktory, opredelyayushchiye funktsionalnoye sostoyani-ye kardiorespiratornoy sistemy sportsmenov [Factors that determine the functional state of the cardiorespiratory system of athletes]. Teoriya i praktika fizicheskoy kultury. 2013. No. 5. pp. 108-111.
6. Olyashev N.V., Varentsova I.A., Pushkina V.N. Pokazateli kardiorespiratornoy sistemy u yunoshey s raznymi tipami krovoobrashcheniya [Indicators of the cardiorespiratory system in young men with different types of blood circulation]. Ekologicheskaya fiziologiya. 2014. No. 4. pp. 28-33.
7. Platonov V.N. Dvigatelnyye kachestva i fizicheskaya podgotovka sportsmenov [Motor qualities and physical training of athletes]. Moscow: Sport publ., 2019. 656 p.
8. Ukhtomsky A.A. Dominanta [Dominant]. St. Petersburg: Piter publ., 2002. 448 p.
9. Fedorov N.A., Elistratov D.E., Vanyushin Yu.S. Kompleksnaya otsenka funktsionalnogo sostoyaniya studentov [Comprehensive assessment of the functional state of students]. Kazan: Otechestvo publ., 2014. 86 p.
10. Bassett, L.R.Jr. Limiting factors for maximum oxygen uptake and determinants of endurans performance. L.R.Jr.Bassett, E.T. Howley. Medicine. Science in Sports. Exercise. 2000. No 32. P. 70-84.
