CC BY
9УДК: 796.01.612
СООТНОШЕНИЕ
вентиляторного и газообменного компонентов реакции системы дыхания квалифицированных спортсменов и мошности выполняемой работы
Кандидат педагогических наук, доцент А.И. Павлик
Государственный научно-исследовательский институт физической культуры и спорта, Киев, Украина
Доктор психологических наук, профессор Б.П. Яковлев Кандидат педагогических наук, доцент В.В. Апокин Сургутский государственный университет, Сургут, Россия
THE RATIO OF VENTILATORY AND GAS EXCHANGE COMPONENTS OF RESPONSE OF RESPIRATORY SYSTEM OF QUALIFIED ATHLETES AND INTENSITY OF WORK PERFORMED
A.I. Pavlik, associate professor, Ph.D.
State Research Institute of Physical Culture and Sport, Kiev, Ukraine
B.P. Yakovlev, professor, Dr.Psych. V.V. Apokin, associate professor, Ph.D.
Surgut State University, Surgut, Russia
Key words: ventilatory and gas exchange components, athletes, maximum level of athletic performance, training impact.
The implementation of the system of training athletes in modern conditions is ineffective without the knowledge of the features of athletes' functional capacities during the effect of training and especially competitive loads. The purpose of the present research was to determine the ratio of functional manifestations of ventilatory and gas exchange components of responses of the respiratory system of qualified athletes when performing work of increasing intensity.
The given indicators of functional manifestations of ventilatory and gas exchange components of responses of the respiratory system when athletes perform physical activity of increasing intensity suggest that they have an effect pronounced in varying degrees on reaching of the maximum level of athletic performance. The results obtained enable, if necessary, to select individual targeted training exercises for athletes during training in order to achieve the necessary levels of manifestation of the ventilatory and the gas exchange components of response of the respiratory system.
Ключевые слова: вентиляторный и газообменный компоненты, спортсмены, максимальный уровень спортивной работоспособности, тренировочные воздействия.
Постановка проблемы.
Реализация системы подготовки спортсменов в современных условиях неэффективна без познания особенностей проявления функциональных возможностей организма спортсменов в процессе воздействия тренировочных и особенно соревновательных нагрузок [1, 3]. Данное положение наиболее актуально для циклических видов спорта с преимущественным проявлением выносливости, в которых объемы и интенсивность тренировочных воздействий в настоящее время достигли своего максимально возможного предела. Для данных видов спорта один из важнейших факторов достижения высоких спортивных результатов - это функциональные возможности организма по уровню проявления системы дыхания и кровообращения спортсменов. Именно на их целесообразное формирование в процессе подготовки прежде всего направлено использование системы тренировочных воздействий [1, 2].
Тренеры из-за недостатка или отсутствия объективных и наиболее полных сведений о состоянии и возможностях организма спортсменов пытаются компенсировать создавшееся положение бессистемным или объективно необоснованным использованием различных по своему целевому воздействию на организм тренировочных средств подготовки. Такой подход к планированию подготовки не всегда приносит желаемые результаты [3]. Особенно актуальным это становится по отношению к квалифицированным спортсменам, которые находятся на этапе подготовки к высшим достижениям или на этапе
максимальном реализации индивидуальных возможностей. Существенный недостаток бессистемного подхода к построению подготовки состоит в том, что при этом отсутствуют точные количественные представления об особенностях функциональных возможностей спортсменов и, исходя из этого, - четкие и конкретные обоснования выбора целенаправленных тренировочных воздействий на организм. Поэтому для определения уровня подготовленности спортсменов необходимо в процессе проведения подготовки проводить регулярный контроль их функциональных возможностей по проявлениям системы дыхания и кровообращения. Использование такого контроля в процессе многолетней подготовки открывает возможности для ее объективизации и эффективности проведения. Поэтому актуальный результат современных исследований по воздействию спортивной тренировки на организм квалифицированных спортсменов - это определение точного количественного уровня проявления их функциональных возможностей по итогам проведении процесса подготовки [1-3, 5].
Целью исследований было определение соотношения функциональных проявлений вентиляторного и газообменного компонентов реакций системы дыхания квалифицированных спортсменов при выполнении работы возрастающей мощности.
Методы, организация исследований. Исследования проводились в лабораторных условиях по программе этапного комплексного обследования (ЭКО). Участвовали 124 спортсмена циклических видов спорта, специализация которых связана с видами спорта с преимущественным проявлением выносливости и спортивной квалификацией на уровне КМС - ЗМС.
Обоснование характера данных исследований базируется на положении о том, что для циклических видов спорта одним из ведущих факторов демонстрации высоких спортивных результатов является достижение в процессе подготовки определенного уровня функциональных возможностей спортсменов по характеру реакции системы дыхания на воздействие физических нагрузок. Важнейшее свойство ее функциональных проявлений при этом - их адекватная по характеру воздействия реакция по вентиляторному и газообменному компонентам на ее выполнение. Такая реакция в зависимости от мощности работы должна быть необходимой и достаточной для оптимального протекания процесса диффузии кислорода в легких по обеспечению доставки его необходимого количества к работающим мышцам. Только какая-то оптимальная величина ответа вентиляторной и газообменной реакции организма на физическое воздействие способна обеспечить наиболее благоприятное поддержание дыхательного гомеостаза организма [2]. В соответствии с этим исследование адаптации системы дыхания на воздействие физической нагрузки есть по своей сути определение уровня ее функциональных проявлений и их соответствие оптимальному характеру протекания всего комплекса ее функциональных реакций, важнейшая среди которых - оптимальная реакция легочной вентиляции и газообмена кислорода и углекислого газа.
Физиологическая сущность долговременной адаптации функциональных систем организма спортсменов в процессе проведения подготовки в этом случае заключается прежде всего в оптимизации совокупной деятельности их реактивных свойств [2]. Результаты проведенной в данном направлении работы позволили выявить соответствующие количественные показатели проявления вентиляторного и газообменного компонентов реакции системы дыхания квалифицированных спортсменов при различных уровнях физической нагрузки.
Функциональные возможности спортсменов по проявлениям системы дыхания и кровообращения определялись при выполнении программы беговых тестирующих нагрузок, ведущая среди которых - работа возрастающей мощности с условием ее выполнения до того момента, когда спортсмен уже не в состоянии поддерживать задаваемую интенсивность работы (в режиме «до отказа») [2]. Физическая нагрузка выполнялась на тредбане с постоянной скоростью бега 10 км^час-1. Мощность работы постепенно повышалась каждые 10 с путем увеличения угла наклона полотна тредбана в режиме 1 градус в минуту.
В процессе тестирования спортсменов исследовались изменения показателей вентиляторных и газообменных компонентов реакций функциональных проявлений системы дыхания и кровообращения в ответ на задаваемые тестирующие нагрузки. Для определения реакции организма спортсменов на их воздействие использовались инструментальные методы исследований: хронометрия, эргометрия, спирометрия, газоанализ, пульсометрия, методы математической статистики.
Спортсменов обследовали с использованием стационарного газоанализатора «Oxycon Pro» и бегового эргометра LE 500 фирмы «Jeager» (Германия), телеметрического анализатора частоты сердечных сокращений Т31 «Polar» (Финляндия).
В процессе обследования спортсменов с дискретностью времени по 10 с формировался сводный массив показателей, отражающих функциональные проявления системы дыхания и кровообращения на тестирующую нагрузку. Наряду с целым комплексом функциональных показателей, ведущая среди которых - величина максимального потребления кислорода (МПК), определялась мощность работы (Load [W]) (Вт) и соответствующие ей проявления вентиляторного (минутный объем дыхания) и газообменного (концентрация кислорода и углекислого газа в выдыхаемом воздухе) компонентов реакции системы дыхания на физическую нагрузку по таким показателям, как величина минутного объема дыхания (V'E [L/min]), л-мин-1, концентрация кислорода в выдыхаемом воздухе (FEO2 [ %]), % и концентрация углекислого газа в выдыхаемом воздухе (FECO2 [ %]), %. В соответствии с тем, что время выполнения работы возрастающей мощности индивидуально для каждого отдельного спортсмена и зависит от уровня его функциональных возможностей и состояния подготовленности, для анализа полученных результатов мы использовали последние 8 мин ее выполнения. В данный пе-
риод и особенно при его окончании спортсмены, как правило, достигают максимального уровня своей спортивной работоспособности при максимальном уровне проявления функциональных возможностей системы дыхания и кровообращения.
Результаты исследований функциональных возможностей спортсменов обрабатывали с использованием пакета статистических программ БТАТЮТЮА по версии 6.1 [4].
Результаты исследований и их обсуждение. Результаты исследований свидетельствует о том, что в условиях тестирования спортсменов при работе возрастающей мощности в режиме «до отказа» время ее выполнения в заданных режимах деятельности находится в пределах от 10 до 22 мин. Максимальный абсолютный уровень мощности работы, достигнутый спортсменами, находился в пределах 246-556 Вт. По своему абсолютному значению разница величин показателей уровня максимальной и минимальной мощности у спортсменов составила 315 Вт. Средний уровень максимальной мощности, достигнутый спортсменами при выполнении работы возрастающей мощности, равнялся при этом х ± о = 420,6 ± 61,2 Вт (см. таблицу). Такие результаты - свидетельство различного уровня проявления их функциональных возможностей при достижении максимального индивидуального уровня спортивной работоспособности на момент проведения обследований спортсменов.
Сопоставление мощности работы спортсменов в соответствии с достигнутыми показателями уровня проявления функциональных возможностей системы дыхания по ее вентиляторному и газообменному компонентам реакции на физическую нагрузку, проведенное в последние 8 мин выполнения работы возрастающей мощности, также показало существенные различия среди обследованных спортсменов по абсолютными величинами проявления показателей минутного объема дыхания и концентрации кислорода в выдыхаемом воздухе в зависимости от определенного уровня мощности работы (см. таблицу, рис. 1). Это отражает высокие величины разброса показателей по отдельным интервалам времени выполнения работы и свидетельствует о разнонаправленности путей проявления функциональных возможностей спортсменов при достижении определенного уровня спортивной работоспособности. Такое положение ставит вопрос об определении наиболее оптимального проявления реакции системы дыхания по ее вентиляторному и газообменному компонентам на физическую нагрузку для наиболее полной реализации функционального потенциала спортсменов в условиях выполнения физических нагрузок.
На рис. 1 представлен график изменения таких компонентов реакции системы дыхания, как минутный объем дыхания и концентрация кислорода в выдыхаемом воздухе. Анализ графика свидетельствует о том, что общая тенденция распределения показателей минутного объема дыхания при выполнении работы возрастающей мощности заключается в том, что с повышением уровня мощности работы у спортсменов прогрессивно повышаются его абсолютные
величины. И более высоким уровнем спортивной работоспособности обладают те спортсмены, которые достигают более высоких показателей минутного объема дыхания. В обследованной нами группе спортсменов на момент окончания работы величины минутного объема дыхания находились в пределах от 113 до 237 л-мин-1. Различия между его минимальной и максимальной величинами составили при этом 2,1 раза, а по абсолютной величине - 124 л-мин-1. Средняя величина минутного объема дыхания на момент окончания работы составила у спортсменов х ± о = 166,1 ± 23,4 л-мин-1 при среднем уровне максимальной мощности работы х ± о = 421 ± 61,2 Вт.
За 8 мин до окончания спортсменами работы возрастающей мощности средняя величина минутного объема дыхания составила х ± о = 95,2 ± 13,5 л-мин-1 при средней мощности работы х ± о = 280 ± 54,7 Вт.
Последующий анализ графика, приведенного на рис. 1, свидетельствует о том, что при повышении мощности выполняемой работы у спортсменов происходит также повышение абсолютных величин концентрации кислорода в выдыхаемом воздухе, то есть снижение эффективности газообмена при выполнении физической нагрузки (снижается процент утилизации кислорода). В момент окончания работы средняя величина концентрации кислорода в выдыхаемом воздухе составила х ± о = 17,31 ± 0,45 %. Ее максимальная величина, зарегистрированная у спортсменов в момент окончания работы, в этом случае составила 16,13 %, а минимальная - 18,16 %. Разброс абсолютных величин концентрации кислорода в выдыхаемом воздухе у обследованных спортсменов составил 2,03 %.
Вместе с тем необходимо отметить, что повышение концентрации кислорода в выдыхаемом воздухе (снижение разницы между концентрацией вдыхаемого и выдыхаемого воздуха) свидетельствует о снижении эффективности процессов обеспечения организма кислородом при выполнении физической нагрузки. Чем большей по своей абсолютному значению является величина концентрации кислорода в выдыхаемом воздухе, тем ниже уровень функциональных возможностей спортсмена. Для достижения более высоких величин потребления кислорода при выполнении физической нагрузки заданной мощности его возрастающая потребность у спортсмена в этом случае должна осуществляться за счет повышения величин минутного объема дыхания, что является малоэффективным путем проявления спортивной работоспособности, а в случае отсутствия такой возможности он вынужден прекратить выполнение физической нагрузки. Но чрезмерное повышение величин минутного объема дыхания (порядка 200 л-мин-1 и больше) в этом случае также малоэффективный путь проявления спортсменом функциональных возможностей. Поэтому для достижения высокого уровня спортивной работоспособности вентиляторный и газообменный компоненты реакций системы дыхания должны быть в наибольшей степени сбалансированными.
Вторым важнейшим компонентом газообменной реакции организма спортсменов при выполнении
Показатели соотношения вентиляторного и газообменного компонентов реакции системы дыхания квалифицированных спортсменов с мощность работы (последние 8 мин) при физической нагрузке возрастающего характера в режиме «до отказа» (п = 124)
№ п/п Показатели
Мощность работы, Вт (Load [W]) Минутный объем дыхания, л мин-1 (У'Е ^/шт]) Концентрация кислорода в выдыхаемом воздухе, % рО, [%]) Концентрация углекислого газа в выдыхаемом воздухе, % рСО, [%])
(х - а) X (х + а) (х - а) X (х + а) (х - а) X (х + а) (х - а) X (х + а)
1 226 280 335 81,7 95,2 108,7 15,70 16,18 16,66 4,06 4,56 5,07
2 228 283 338 81,4 95,7 109,9 15,69 16,20 16,70 4,04 4,57 5,09
3 231 286 341 83,0 96,7 110,5 15,71 16,20 16,70 4,05 4,57 5,08
4 234 289 344 83,5 97,4 111,3 15,70 16,20 16,69 4,07 4,58 5,10
5 237 292 347 85,1 98,4 111,7 15,68 16,19 16,69 4,07 4,60 5,13
6 240 295 350 86,5 100,6 114,7 15,78 16,26 16,74 4,06 4,56 5,06
7 243 298 353 86,9 101,1 115,3 15,76 16,26 16,76 4,04 4,57 5,10
8 246 301 356 87,2 101,9 116,7 15,73 16,25 16,76 4,05 4,59 5,13
9 249 304 360 87,8 103,1 118,5 15,78 16,27 16,77 4,05 4,57 5,09
10 252 307 363 89,6 104,4 119,1 15,83 16,30 16,78 4,04 4,56 5,08
11 254 310 366 90,8 105,5 120,2 15,84 16,31 16,78 4,05 4,56 5,08
12 257 313 369 91,6 106,5 121,4 15,86 16,33 16,80 4,05 4,56 5,07
13 260 316 372 92,7 107,9 123,1 15,89 16,36 16,83 4,02 4,54 5,07
14 263 319 375 93,2 109,2 125,2 15,89 16,37 16,84 4,03 4,55 5,07
15 266 322 378 95,1 110,3 125,4 15,88 16,39 16,89 4,00 4,54 5,09
16 269 325 381 95,6 111,2 126,9 15,91 16,40 16,89 4,01 4,55 5,08
17 272 328 384 96,1 112,6 129,1 15,91 16,40 16,90 4,01 4,55 5,09
18 275 331 388 97,2 114,0 130,9 15,92 16,42 16,92 4,02 4,55 5,08
19 277 334 391 98,5 114,9 131,3 15,93 16,43 16,93 4,02 4,55 5,09
20 280 337 394 99,8 116,6 133,4 15,99 16,46 16,92 4,02 4,54 5,06
21 283 340 397 100,8 118,0 135,3 16,01 16,49 16,97 3,99 4,53 5,06
22 286 343 400 102,4 119,1 135,8 16,04 16,51 16,98 3,99 4,52 5,05
23 289 346 403 103,1 120,6 138,1 16,06 16,53 17,00 4,00 4,52 5,03
24 292 349 406 105,0 122,3 139,6 16,08 16,56 17,04 3,96 4,50 5,04
25 295 352 409 106,1 124,1 142,1 16,14 16,61 17,07 3,94 4,47 5,01
26 297 355 413 106,3 124,7 143,1 16,10 16,59 17,08 3,94 4,49 5,03
27 300 358 416 108,0 126,4 144,8 16,11 16,60 17,09 3,95 4,49 5,03
28 303 361 419 110,1 128,7 147,2 16,17 16,65 17,13 3,93 4,47 5,00
29 306 364 422 110,7 129,9 149,0 16,17 16,67 17,16 3,92 4,46 5,01
30 309 367 425 112,5 131,0 149,5 16,21 16,69 17,17 3,91 4,46 5,01
31 312 370 428 113,8 132,8 151,9 16,24 16,72 17,20 3,89 4,44 4,98
32 314 373 431 114,3 133,8 153,3 16,24 16,73 17,21 3,89 4,44 4,99
33 317 376 434 115,3 135,6 155,9 16,30 16,77 17,25 3,86 4,42 4,97
34 320 379 438 118,1 138,1 158,1 16,35 16,82 17,29 3,84 4,38 4,92
35 323 382 441 119,6 140,0 160,3 16,39 16,85 17,31 3,82 4,36 4,90
36 326 385 444 120,4 141,2 161,9 16,41 16,88 17,36 3,80 4,34 4,88
37 328 388 447 123,4 143,3 163,2 16,44 16,91 17,37 3,78 4,33 4,87
38 331 391 450 123,9 144,9 166,0 16,48 16,95 17,41 3,76 4,30 4,84
39 334 394 453 126,9 147,4 168,0 16,53 16,99 17,44 3,74 4,27 4,80
40 337 397 456 127,4 149,2 171,0 16,55 17,01 17,47 3,73 4,27 4,80
41 340 400 460 129,1 151,4 173,7 16,56 17,03 17,50 3,72 4,26 4,79
42 343 403 463 130,2 152,9 175,6 16,63 17,08 17,54 3,69 4,22 4,75
43 345 406 466 132,7 155,0 177,3 16,62 17,11 17,59 3,65 4,20 4,74
44 348 409 469 134,5 157,4 180,2 16,70 17,15 17,61 3,64 4,17 4,69
45 351 412 472 137,3 160,2 183,0 16,76 17,21 17,66 3,61 4,13 4,65
46 354 415 476 138,6 161,6 184,5 16,77 17,23 17,68 3,59 4,12 4,65
47 357 418 479 139,6 164,2 186,8 16,82 17,26 17,70 3,58 4,10 4,62
48 359 421 482 141,7 166,1 189,0 16,86 17,31 17,77 3,52 4,05 4,57
200
с
F 1ЯП
ni
Si 160
X
2 140
s
s 120
cr
s 100
£
о 80
л
E.
^
ь
40
X (VE [L/min]) v <4 - x ± a (VE [L/min])
x (FE02 [%]) X - x ± a(FE02[%])
....... л...... *******
*******
260 280 300 320 340 360 380 400 Мощность работы, Вт (Load [W])
420 440
24
23 —
£
22 о ш
Li_
21 ?
20 I
О.
о
19 ¡ if К
18 I
О. H
17 I
15
Рис. 1. Соотношение уровня мощности работы (Load [W]) с вентиляторным (VE [L/min]) и газообменным (FEO2 [%]) компонентами реакции системы дыхания квалифицированных спортсменов при выполнении работы возрастающего характера в режиме «до отказа» (n = 124)
физической нагрузки является концентрации углекислого газа в выдыхаемом воздухе. Анализ графика изменения величин его концентрации в процессе выполнения работы возрастающей мощности, приведенного на рис. 2, свидетельствует о том, что при повышении абсолютного уровня мощности работы происходит прогрессивное снижение величин концентрации углекислого газа. И в момент окончания спортсменами работы ее средняя величина составляет х ± о = 4,05 ± 0,52 %. Индивидуальная максимальная величина концентрации углекислого газа, продемонстрированная спортсменами, составила 5,28 %, а минимальная - 2,99 %. Иными словами, различия абсолютных величин концентрации газа при одинаковых условиях деятельности организма спортсменов, отмеченные в момент окончания работы, составили 2,29 %.
Концентрация углекислого газа у спортсменов начинает снижаться при мощности работы на уровне 320 Вт. В этот момент величина его кон-
200
С F 180
> 1B0
i
s
Ь 140
к
X 120
><
et
S 100
fi
VU
>s 80
л
t
X НО
Ь
40
Ж - ï (VE Мшф—^ (FECO2 [%]) X - X ±0 - ï ±a (VE [L/min])- (FEC02 [%]) ♦
5,2
О О
4,8 ш
4,6
(О то га
4,4 g о
4,2 I
Ф С
4,0 >* к
5
3,8 I н
X
§
3,6 I
260 280
420
—"3,4 440
300 320 340 360 380 400 Мощность работы, Вт (Load [W])
Рис. 2. Соотношение уровня мощности работы (Load [W]) с вентиляторным (VE [L/min]) и газообменным (FECO2 [%]) компонентами реакции системы дыхания у квалифицированных спортсменов при выполнении работы возрастающего характера в режиме «до отказа» (n = 124)
центрации составляет х ± о = 4,55 ± 0,54 % при максимальном значении на уровне 5 %, а минимальном -на уровне 4 %. В диапазоне повышения мощности работы от 320 до 420 Вт снижение величины концентрации углекислого газа составляет 0,5 %.
Таким образом, полученные результаты дают возможность определять эффективность проявления вентиляторного и газообменного компонентов реакции и давать им оценку при выполнении физической нагрузки в условиях проведения тестирования функциональных возможностей спортсменов. Такие средние величины проявления показателей и пределы их изменений по соотношению с мощностью выполнения возрастающей работы и соответствующим ей показателям минутного объема дыхания, концентрации кислорода и концентрации углекислого газа, представленные в течение последних 8 мин времени ее выполнения по каждому из интервалов по 10 с, дают возможность использовать их в качестве ориентировочных величин для определения эффективности процессов протекания функциональных реакций системы дыхания при реализации спортсменами физической нагрузки.
Выводы. Приведенные показатели функциональных проявлений вентиляторного и газообменного компонентов реакции системы дыхания при выполнении спортсменами физических нагрузок возрастающей мощности свидетельствуют о том, что они оказывают в разной степени выраженное влияние на достижение максимального уровня спортивной работоспособности. Полученные результаты предоставляют возможность в случае необходимости подбирать индивидуальные целенаправленные тренировочные воздействия для спортсменов при подготовке к достижению необходимых уровней проявления вентиляторного и газообменного компонентов реакции системы дыхания. Литература
1. Мищенко В.С. Реактивные свойства кардиореспираторной системы как отражение адаптации к напряженной физической тренировке в спорте: монография / В.С. Мищенко, Е.Н. Лысенко, В.Е. Виноградов. - Киев: Научный мир, 2007. - 351 с.
2. Платонов В.Н. Адаптация в спорте / В.Н. Платонов. - Киев: Здоровье, 1988. - 216 с.
3. Платонов В.Н. Периодизация спортивной тренировки. Общая теория и ее практическое применение / В.Н. Платонов. - Киев: Олимпийская литература, 2013. - 624 с.
4. Халафян А.А. STATISTICA 6. Статистический анализ данных: учебник, 3-е изд. - М.: ООО «Бином-пресс», 2008. -512 с.
References
1. Mishchenko, V.S. Reactive properties of the cardiorespiratory system as a manifestation of adaptation to strenuous physical load in sport: monograph / V.S. Mishchenko, E.N. Lysenko, V.E. Vinogradov. - Kiev: Nauchny mir, 2007. - 351 P. (In Russian)
2. Platonov V.N. Adaptation in sport / V.N. Platonov. - Kiev: Zdorov'e, 1988. - 216 P. (In Russian)
3. Platonov V.N. Periodization of sports training. General theory and its practical application / V.N. Platonov. - Kiev: Olimpiyskaya literatura, 2013. - 624 P. (In Russian)
4. Khalafyan, A.A. STATISTICA 6. Statistical data analysis: textbook, 3rd ed. - Moscow: Binom-Press, 2008. - 512 P. (In Russian)
5. Powers S.K. Beadle R.E. Control of ventilation during submaximal
exercise: а brief review // J. Sport Sience. - 1985. Spring. - Vol. 3 (1). - P. 51 - 65.
Информация для связи с автором: antvpavlik7@gmail.com
Поступила в редакцию 25.06.2014 г.
