CC BY
299
УДК 611.1:616.233+611.24-07:796.071
A.A. виктимировА1, н.в. рылова12, а.с. Самойлов3
1Казанская государственная медицинская академия, 420012, г. Казань, ул. Бутлерова, д. 36 2Поволжская государственная академия физической культуры, спорта и туризма, 420138, г. Казань, Деревня Универсиады, д. 35
3центр лечебной физкультуры и спортивной медицины ФМБА, 121059, г. Москва, ул. Б. Дорогомиловская, д. 5
Применение кардиореспираторного нагрузочного тестирования в спортивной медицине
Биктимирова Алина Азатовна — аспирант кафедры педиатрии с курсом поликлинической педиатрии, тел. +7-904-662-21-36, e-mail: biktimirova.alin@mail.ru1
Рылова Наталья Викторовна — доктор медицинских наук, профессор кафедры педиатрии с курсом поликлинической педиатрии, тел. +7-917-397-33-93, e-mail: rilovanv@mail.ru12
Самойлов Александр Сергеевич — кандидат медицинских наук, директор, тел. +7-985-992-83-97, e-mail: samilove@mail.ru3
В статье представлены сведения о кардиореспираторном нагрузочном тестировании в качестве универсального метода определения уровня физической работоспособности. Выявляемый при этом показатель максимального потребления кислорода (МП^ является мерой аэробной мощности и интегральным показателем состояния транспортной системы кислорода. Описана методика проведения теста для спортсменов. Приведены данные исследования 33 спортсменов, специализирующихся в различных видах спорта. Отмечено, что спортсмены с низким содержанием жировой массы достигают высоких цифр относительного МПК, а показатели абсолютного МПК находятся в прямой связи с массой тела.
Ключевые слова: кардиореспираторное нагрузочное тестирование, максимальное потребление кислорода, аэробная мощность.
A.A. BIKTIMIROVA1, N.V. RYLOVA1-2, A.S. SAMOYLOV3
1Kazan State Medical Academy, 36 Butlerov St., Kazan, Russian Federation 420012
2Volga region State Academy of Physical Culture, Sports and Tourism, 35 Universiada Country, Kazan,
Russian Federation 420138
3Center of Exercise Therapy and Sports Medicine of the Federal Medical and Biological Agency, 5 Dorogomilovskaya St., Moscow, Russian Federation 121059
Application of cardiorespiratory exercise testing in sports medicine
Biktimirova AA — postgraduate student of the Department of Pediatrics with the Course of Outpatient Pediatrics, tel. +7-904-662-21-36, e-mail: biktimirova.alin@mail.ru1
Rylova N.V. — D. Med. Sc., Professor of the Department of Pediatrics with the Course of Outpatient Pediatrics, tel. +7-917-397-33-93, e-mail: rilovanv@mail.ru1,2
Samoylov A.S. — Cand. Med. Sc., Head, tel. +7-985-992-83-97, e-mail: samilove@mail.ru3
The article presents information on cardiorespiratory exercise testing as a universal method of determining the level of physical performance. Maximum oxygen consumption is a measure of aerobic capacity and integral indicator of the oxygen transport system. Implementation of the test for athletes is described. Article presents data on the studying of 33 athletes specializing in various kinds of sport. It is noted that athletes with low fat mass have high numbers of relative rate of maximum oxygen consumption. And indices of absolute maximum oxygen consumption are in direct relation to body weight.
Key words: cardiorespiratory exercise testing, maximum oxygen consumption, aerobic capacity.
Кардиореспираторное нагрузочное тестирование — метод, который широко используется в современной спортивной медицине для определения выносливости спортсменов. Данная проба позволяет оценить функцию сердечно-сосудистой и бронхо-легочной систем, которая заключается в поддержании клеточного дыхания. Этот функциональный тест также называют эргоспирометрией, и его преимуществом является неинвазивность и простота получения показателей. Эргоспирометрия позволяет оценить работоспособность, уровень нагрузки, при которой организм атлета обеспечивает адекватное потребление кислорода, установить количественное значение максимального потребления кислорода (МПК) [1]. Проведение теста с физической нагрузкой является универсальным методом выявления процессов нарушения толерантности к интенсивной физической нагрузке, в частности у спортсменов, а также дает возможность оценить уровень физической работоспособности независимо от внешних факторов [2].
С точки зрения физиологии мерой аэробной мощности и интегральным показателем состояния транспортной системы кислорода (О2) является МПК. Аэробная работоспособность у спортсмена тем выше, чем выше уровень МПК. Основной задачей организма во время интенсивной физической нагрузки является адекватное обеспечение тканей кислородом. МПК — это то количество кислорода, которое организм способен усвоить за 1 минуту; данные выражаются в единицах л/мин или в мл/мин/кг [3]. Еще в 1929 г. А. Гиллом было впервые отмечено, что способность мышц к выполнению механических усилий может быть оценена с помощью измерения количества кислорода, поглощенного ими в процессе выполнения работы. Максимальное потребление кислорода зависит от двух основных факторов: совершенства кислородтранспортной системы (соматического благополучия сердечно-сосудистой и респираторной систем) и способности скелетных мышц усваивать поступающий кислород. Таким образом, можно предположить, что снижение МПК может быть связано либо с низкими окислительными возможностями работающих мышц, либо с неблагополучием со стороны сердечно-сосудистой и легочной систем [4].
Следует учитывать три составляющие, которые определяют величину МПК:
- объем сердечного выброса (в минуту);
- способность крови транспортировать кислород (определяется содержанием гемоглобина в красных кровяных клетках — эритроцитах);
- количество скелетных мышц, задействованных в упражнениях, и способность мышц использовать поставляемый кислород.
Из перечисленных факторов, определяющих величину максимального потребления кислорода, наиболее важным, с точки зрения совершенствования тренировок, является роль скелетных мышц. Чем большее количество скелетных мышц задействовано в упражнениях, тем больше потенциал всего организма для повышения МПК. Кроме того, способность мышц потреблять поставляемый кислород определяется и типом мышечного волокна [5] .
Величина МПK также зависит от пола, возраста, вида спорта, физической подготовленности спортсмена, массы и композиционного состава тела и варьирует в широких пределах [6]. Так, МПК у нетренированных лиц мужского пола в среднем составляет 3,5 л/мин или 45 мл/кг/мин, у женщин эти
показатели приблизительно равны 2 л/мин или 38 мл/кг/мин. Эти показатели могут улучшаться в ходе тренировочного процесса [7].
Аэробная производительность имеет возрастные особенности, что необходимо учитывать при построении тренировочного и восстановительного процессов. Физиологические особенности энергообеспечения мышечной деятельности позволяют нам говорить о лучшей переносимости аэробных нагрузок детьми подросткового возраста. Становление системы энергообеспечения начинается с 6-летнего возраста, когда увеличиваются окислительные возможности митохондрий, а также повышается интенсивность кровоснабжения мышц. В дальнейшем (в возрасте 7-10 лет) происходит увеличение аэробных возможностей, но прирост относительных и абсолютных величин МПК остается незначительным. Имеются данные, что в младшем школьном возрасте дети обладают выносливостью при интенсивных и длительных физических нагрузках. В возрасте 12-14 лет необходимо помнить о физиологических особенностях организма ребенка, в частности более низкое содержание гемоглобина, которое обуславливает низкие показатели кислородной емкости крови [8]. В последующем наблюдается наибольший годовой прирост аэробной производительности у мальчиков в 13-14 лет (МПК вырастает в среднем на 28%). Повышение уровня МПК у подростков связано с интенсивным ростом и прибавкой массы тела. Максимальный прирост абсолютной величины МПК наблюдается с 15 до 16 лет; у девочек наибольший прирост приходится на 12-13 лет (МПК возрастает на 17%). После 16 лет прирост абсолютной величины МПК становится малозаметным. Максимальные абсолютные величины аэробной производительности у мальчиков достигаются к 18 годам, у девочек к 15. Таким образом, максимальный прирост анаэробной работоспособности приходится на возраст 15 лет, что можно объяснить, в том числе и увеличением количества гликолитических волокон в мышцах [6, 8-10].
Помимо МПК аэробная работоспособность зависит также от анаэробного порога (ПАНО) [1]. Порог анаэробного обмена (или лактатный порог) — важнейший индикатор интенсивности работы на выносливость. Уровень лактата в крови спортсменов необходимо контролировать в ходе тренировочной и соревновательной деятельности [11]. ПАНО характеризуется уровнем потребления кислорода при физической нагрузке, выше которого анаэробный механизм синтеза АТФ дополняет аэробный путь. Данный показатель является косвенной характеристикой выносливости, также он является очень вариабельным, так как зависит от многих факторов (режим тренировок, диета, даже условия окружающей среды). Большинство упражнений выполняется спортсменом на уровне аэробного обмена, то есть не достигают ПАНО, однако при достижении уровня анаэробного обмена продолжительность занятий существенно снижается, так как возникает состояние так называемого кислородного долга [12].
Тренировка на выносливость определяется как упражнения продолжительностью 20 минут или больше с использованием аэробных систем окисления в скелетных мышцах. Во время такого процесса мышцы работают на субмаксимальном уровне, так как при нагрузках высокой интенсивности не происходит тренировка аэробной работоспособности. Мышцы, тренированные таким образом, имеют большую способность извлекать кислород из кро-
со
РЕМЕННЫЕ ВОПРОСЫ ДИАГНОСТИКИ
ви. Это объясняется в том числе и наличием ферментов, отвечающих за метаболизм жирных кислот, которые являются самым энергетически богатым субстратом [13].
В спортивной физиологии применяется большое количество методик для определения аэробной производительности. Преимущественно эти тесты носят нагрузочный характер. При проведении нагрузочных тестов необходимо соблюдать требования Всемирной организации здравоохранения для обеспечения безопасности спортсмена во время проведения процедуры, а также для получения максимально достоверного результата. При вело-эргометрии необходимо обеспечить максимальную интенсификацию физиологических систем и вовлечение в процесс 60-70% мышц. Упражнения должны быть легко воспроизводимыми при проведении последующих тестов, не включать в себя сложно-координационных движений. Полученные данные должны иметь количественное выражение [14].
Существует много разнообразных методов определения максимального потребления кислорода. Это прямой и непрямой (прогностический) методы. В их основе лежат рекомендации специальной комиссии ВОЗ по стандартизации тестирования физической работоспособности человека [14, 15]. При обследования высококвалифицированных спортсменов рекомендуется измерение МПК прямым методом. Основным принципом тестирования является использование нагрузок, вызывающих максимальную мобилизацию системы кислородного обеспечения организма, например, с помощью ве-лоэргометра [16]. Существует различные виды нагрузок при проведении тестов. Для велоэргометрии предпочтительно использовать нагрузки возрастающей мощности «до отказа». При этом в первые две минуты теста исследуемый крутит педали без какой-либо нагрузки, затем происходит ступенчатое увеличение нагрузки каждые 2-4 минуты на 25-50 Вт. Мощность повышается до тех пор, пока испытуемый в состоянии продолжать педалирование, то есть «до отказа» [4]. Вращение педалей должно происходить с постоянной скоростью — около 60-80 оборотов в минуту. Непосредственно для определения величины максимального потребления кислорода во время проведения тестов производится анализ выдыхаемого через рот воздуха с помощью газоанализатора Холдена (воздух забирается в мешки Дугласа за определенные отрезки времени) или автоматических анализаторов. Автоматические анализаторы позволяют непрерывно регистрировать концентрацию кислорода и углекислого газа в выдыхаемом воздухе в состоянии покоя, непосредственно во время нагрузки и в восстановительном периоде. Регистрация исследуемых показателей проводится каждую минуту [17]. Спортсменам, принимающим участие в исследовании, рекомендуется избегать тренировок в день проведения кардиоре-спираторного нагрузочного тестирования. Тест рекомендуется проводить через 2-3 часа после приема пищи, преимущественно в первой половине дня [18].
Различают абсолютные и относительные показатели МПК. Абсолютные показатели МПК (л/мин) находятся в прямой связи с массой тела. Поэтому в плавании, гребле, конькобежном спорте наибольшее значение имеет именно этот показатель. Относительные же показатели МПК (мл/кг*мин) у высококвалифицированных спортсменов находятся в обратной зависимости от содержания жира в
организме [16, 19]. Поэтому, например, бегуны на длинные дистанции или лыжники-марафонцы, как правило, имеют минимальное количество жировой ткани и относительно небольшой вес тела, соответственно у этих спортсменов описываются наибольшие относительные показатели МПК. Таким образом, в видах спорта, требующих больших аэробных затрат, возможности спортсмена правильнее оценивать по относительному МПК [16, 19-22]. Значения МПК Miguel Indurain, пятикратного чемпиона элитной велогонки Тур де Франс достигали значений 88 мл/кг/мин.
Сотрудниками учебно-научного центра технологий подготовки спортивного резерва на базе Поволжской ГАФКСиТ было проведено исследование 33 спортсменов, специализирующихся в различных видах спорта. В ходе тестирования спортсмены выполняли тест с непрерывно возрастающей нагрузкой (15 Вт/мин) на велоэргометре до отказа. У спортсменов был определен также композиционный состав тела с использованием методики биоимпедансметрии [23]. Полученные данные свидетельствуют о взаимосвязи МПК и морфологических показателей организма. Наибольший интерес представляет уровень корреляции МПК (л/мин) и мышечной массы (кг), а также МПК и процентным содержанием жира в организме. В исследуемой группе было обнаружено, что наибольшие значения МПК достигаются при минимальных значениях жировой массы тела. А показатели безжировой массы тела и мышечной массы находятся в прямой пропорции с МПК. Данные приведены в табл. 1.
Таблица 1. [23]
Взаимосвязь некоторых морфологических показателей с МПК спортсменов
№ Показатель Коэффициент корреляции, r
1 Вес, кг 0,42
2 Мышечная масс, кг 0,608
3 Безжировая масса тела, кг 0,655
4 Жир, % -0,615
Для определения физической работоспособности в настоящее время также довольно часто используют тест PWC 170 (в переводе с английского Pl^ica! Working Capacity — физическая работоспособность). Его значение заключается в определении физической работоспособности при пульсе 170 ударов в минуту. На этом уровне ЧСС работа кислородтранспортной системы происходит на самом оптимальном уровне, также при ЧСС 110-170 уд/мин отмечается линейная зависимость от мощности нагрузки. Таким образом, величина PWC 170 соответствует такой мощности физической нагрузки, которая приводит к повышению ЧСС до 170 уд/ мин. Существует большое количество модификаций проведения теста PWC 170. Одним из наиболее доступных вариантов считается степэргометрический вариант. В ходе исследования испытуемому предлагается выполнить две нагрузки умеренной интенсивности: восхождение на ступеньки высотой от 20 до 50 см. В состоянии покоя у испытуемых определяется исходный уровень ЧСС. Тест проводится без предварительной разминки, каждая нагрузка
РЕМЕННЫЕ ВОПРОСЫ ДИАГНОСТИКИ
выполняется по 5 минут с определенной частотой восхождений на ступеньку. После трех минут отдыха выполняется вторая нагрузка. За 30 секунд до окончания времени нагрузки определятся ЧСС. Показатель работоспособности рассчитывается по формуле. Но отдельно взятые значения PWC170 не позволяют судить однозначно о направленности физиологических процессов, обеспечивающих физическую работоспособность спортсмена [23].
Таким образом, велоэргометрия для определения МПК является наиболее доступным и достоверным тестом, так как в процессе работы обеспечивается максимальная интенсификация работы физиологических систем организма. Для подготовки спортсмена высокого уровня необходимо знание и применение в процессе тренировки физиологиче-
ЛИТЕРАТУРА
1. Кардиореспираторное нагрузочное тестирование. — Московский научно-практический центр спортивной медицины (МНПЦСМ), 2009.
2. Мустафина М.Х., Черняк А.В. Кардиореспираторный нагрузочный тест // Атмосфера. Пульмонология и аллергология. — 2013. — № 3. — С. 56-62.
3. Лелявина Т.А. Новый подход к выделению физиологических этапов механизма энергообеспечения во время возрастающей физической нагрузки у здоровых лиц и спортсменов / Т.А. Лелявина, Е.С. Семенова, И.В. Гижа, и соавт. //Ученые записки университета имени П.Ф. Лесгафта. — 2012. — Выпуск № 4 (86). — С. 77-86.
4. Капилевич Л.В., Давлетьярова К.В., Кошельская Е.В., и соавт Физиологические методы контроля в спорте / Л.В. Капилевич, К.В. Давлетьярова, Е.В. Кошельская и соавт. — Томск: Изд-во Томского политехнического университета, 2009. — 172 с.
5. Bassett D.R.Jr., Howley E.T. Limiting factors for maximum oxygen uptake and determinants of endurance performance // Med Sci Sports Exerc. — 2000 Jan. — Vol. 32 (1). — Р. 70-84.
6. Рылова Н.В., Биктимирова А.А. Особенности энергообмена у юных спортсменов // Практическая медицина. — Педиатрия. — 2013. — № 6 (75). — С. 30-34.
7. Geddes Linda Superhuman // New Scientist. — 2007. — Р. 35-41.
8. Уилмор Дж.Х., Костил Д.Л. Физиология спорта и двигательной активности. — К.: Олимпийская литература, 2001. — 503 с.
9. Гольдберг Н.Д., Дондуковская Р.Р. Питание юных спортсменов // Москва: Советский спорт, 2009. — 240 с.
10. Nevill A., Rowland T., Goff D. Scaling or normalizing maximum oxygen uptake to predict 1-mile run time in boys // Eur J Appl Physiol. — 2004. — Vol. 92. — Р. 285-288.
11. Максимов Н.Е., Гилев Н.А. Использование сочетаний упражнений различной интенсивности в тренировочном процессе пловцов // Вестник спортивной науки. — 2011. — № 2. — С. 12-15.
12. Аулик И.В. Порог анаэробного обмена и его роль при тренировке выносливости / И.В. Аулик, И.Э. Рубан // Научно-спортивный вестник. — 1990. — № 5. — С. 15-19.
ских и функциональных особенностей организма. При определении МПК важно учитывать физиологические особенности организма спортсмена и вид спорта, который требует максимальной аэробной работоспособности. Для получения наивысших значений МПК необходимо уделять внимание совершенствованию системы транспорта кислорода, способности скелетных мышц усваивать поступающий кислород, состоянию сердечно-сосудистой и легочной систем, а также композиционному составу тела. Анализ полученных результатов дает возможность выявлять наиболее перспективных и тренированных спортсменов, выстраивать тренировочный процесс с учетом потребностей и возможностей организма, а также наблюдать за динамикой функциональных показателей.
13. Edward T. Howley, David R. Bassett, Hugh G. Welch Criteria for maximal oxygen uptake: review and commentary // Medicine and science in sports and exercise. — 1995. — Vol. 27, № 9. — P. 1292-1301.
14. Руненко С.Д., Таламбум Е.А., Ачкасов Е.Е. Исследование и оценка функционального состояния спортсменов: Учебное пособие. — М.: Профиль-2С, 2010. — 72 с. обл.
15. Епифанов В.А. Лечебная физическая культура и спортивная медицина / Учебник. — М.: Медицина, 1999. — 304 с.
16. Коц Я.М. Спортивная физиология. Учебник для институтов физической культуры. — М.: Физкультура и спорт, 1986. — 240 с.
17. Ефименко А.М., Гончаров В.Ю. Кислородный мониторинг, порог анаэробного обмена (ПАНО), кровообращение и дыхание в оценке функциональных резервов организма спортсмена при возрастающих нагрузках // Ученые записки СГУ. — 1988. — № 7. — С. 98.
18. Scharhag-Rosenberger F., Carlsohn A., Cassel M. et al. How to test maximal oxygen uptake: a study on timing and testing procedure of a supramaximal verification test // Appl Physiol Nutr Metab. — 2011 Feb. — Vol. 36 (1). — P. 153-60.
19. Claude Bouchard, Ping An, Treva Rice et al. Familial aggregation of VO2 max response to exercise training: results from the HERITAGE Family Study // Journal of Applied Physiology. — 1999. — Vol. 3. — Р. 1003-1008.
20. Михайлов С.С. Спортивная биохимия. — М.: Советский спорт, 2006. — 256 с.
21. Astorino T.A., White A.C. Assessment of anaerobic power to verify VO2max attainment // Clin Physiol Funct Imaging. — 2010 Jul. — Vol. 30 (4). — P. 294-300.
22. Michael Chia, Abdul Rashid Aziz Modelling Maximal Oxygen Uptake in Athletes: Allometric Scaling Versus Ratio-Scaling in Relation to Body Mass // Annals Academy of Medicine. — 2008 April. — Vol. 37, № 4. — Р. 300-306.
23. Рылова Н.В., Мартыканова Д.С., Вахитов Х.М. и соавт. Диагностика аэробной работоспособности спортсменов // Материали за IX международна научна практична конференция «Научният потенциал на света-2013». — Лекарство, София, 2013. — Т. 15. — С. 15-19.
НОВОЕ В медицине. ИНТЕРЕСНЫЕ ФАКТЫ
быстрое выявление менингита стало реальностью
Сотрудники Университета Стратклайд создали новый тест, ускоряющий диагностику бактериального менингита, сообщает BBC. В тестовой системе используются наночастицы и лазеры, выявляющие сразу несколько бактерий, тем самым экономя время. «Усиленное поверхностное комбинационное рассеивание» — так называется новая техника тестирования. Сначала луч лазера направляется на молекулу бактерии, соединенную с серебряными наночастицами. Потом замеряется изменение в длине световой волны (создается вибрационный спектр, свойственный каждой бактерии). Так за один раз можно выделить сразу несколько бактерий. В принципе данным образом устанавливается наличие любого патогена, содержащего ДНК: грибка и вируса.
Источник: Meddaily.ru
