CC BY
136
Медико-биологические проблемы спорта
СРАВНЕНИЕ ПРОЦЕДУР ТЕСТИРОВАНИЯ ПИКОВОГО ПОТРЕБЛЕНИЯ КИСЛОРОДА, АЭРОБНОГО И АНАЭРОБНОГО ПОРОГОВ У БИАТЛОНИСТОВ ВЫСОКОГО КЛАССА
Е.Б. МЯКИНЧЕНКО, В.А. КУЗМИЧЕВ, Н.Ж-А. ДЖИЛКИБАЕВА, П.Е. МЯКИНЧЕНКО,
ФГБУ ЦСП
Аннотация
Сравнение короткого (3-4 мин) трехступенчатого теста в беге с палками на третбане биатлонистов высокого класса и «классического» длинного теста со ступенчато возрастающей нагрузкой выявило, что значения МПК в первом тесте существенно (на 8-18%) выше, чем во втором. При этом достижение индивидуального МПК по критерию выхода на «плато» и удержание в течение 25-30 с в первом тесте достигается практически в 100% случаев. ЧСС на аэробном и анаэробном пороге критически зависит от процедуры определения показателя и поэтому должен с осторожностью использоваться для управления интенсивностью в дистанционных видах спорта.
Ключевые слова: МПК, аэробный порог, тестирование, спортсмены высокого класса.
Abstract
Comparison of short (3-4 minutes) three-step test in the women with sticks on a treadmill of high-class biathlon and "classic" long test with stepwise increasing load revealed that BMD values in the first test significantly (by 8-18%) is higher than second. At the same time the achievement of individual IPC criterion enter the "plateau" and hold for 25-30 seconds in the first test is achieved virtually in 100% of cases. Heart rate in the aerobic and anaerobic threshold is critically dependent on the procedure for determining the indicator and therefore should be used with caution to control the intensity in remote sports.
Keywords: IPC, aerobic threshold testing, elite athletes.
Введение
Тестирование спортсменов в рамках так называемого этапного комплексного обследования (ЭКО) проводится несколько раз в год и налагает достаточно жесткие требования к «метрологическому качеству» показателей и технологичности процедур тестирования, в частности, максимального потребления кислорода (МПК), аэробного (АэП) и анаэробного (АнП) порогов.
В связи с тем, что «традиционный» ступенчатый тест с забором проб крови после каждой ступени [1] неудобен для регулярных ЭКО по ряду причин, в Центре подготовки спортивных команд России (ФГБУ ЦСП) была разработана и используется специальная процедура тестирования указанных параметров при ЭКО в зимних видах спорта.
Однако любой новый метод требует валидизации. Частью такой проверки явилось сравнение данных, полученных по разработанной методике с данными МПК, АеП и АнП у одних и тех же испытуемых, полученными в традиционном ступенчатом тесте.
Методы и организация исследования
Процедура тестирования МПК, АнП и АэП в лаборатории ФГБУ ЦСП является частью комплексной методики тестирования физической подготовленности лыжников и биатлонистов высокого класса, включающей антропометрические измерения, биохимический
контроль, тестирование силовых, скоростно-силовых характеристик, максимальной алактатной мощности мышц рук и ног, параметров деятельности сердечнососудистой системы, аэробной мощности и экономичности при работе руками на лыжном эргометре и в беге с палками по беговому третбану (всего рассчитывается 33 показателя). Общая длительность тестирования составляет около 2,5 ч. Процедура тестирования порогов и МПК проводится в самом конце обследования и выглядит следующим образом.
На спортсмена после разминки надевается маска газоанализатора и портативный регистратор ЧСС. Подбираются лыжные палки удобной длины. Третбан поднимается до угла 10%. Начальная скорость - 4,5 км/ч для женщин и 6 км/ч для мужчин. После 2-х минут разминки скорость возрастает на 0,5 км/ч каждую минуту и спортсмен бежит с палками с возрастающей скоростью. Нагрузка подобрана таким образом, чтобы спортсмены достигали уровня АнП примерно в диапазоне 11-13 мин после начала теста. Параметры газоанализа (MetaLayzer -Cortex, Германия) выводятся на экран компьютера онлайн. Через 1,5-2 мин после начала характерных изменений в динамике вентиляторных параметров и ЧСС, свидетельствующих о достижении спортсменом зоны аэробно-анаэробного перехода, спортсмена останавливают. Во время 4-5-минутного пассивного отдыха на 1-й и 3-й минуте производится забор капиллярной крови из пальца руки для определения концентрации лактата.
Затем спортсмена снова полностью экипируют для выполнения теста с целью определения пикового потребления кислорода (МПК). Тест начинается с ходьбы на скорости 6 км/час в течение 45 с, пока угол третбана поднимают до 16%, затем скорость увеличивается до 9 км/час для мужчин или 8 км/ч для женщин, и спортсмен бежит
до отметки 1 мин 15 с. Затем скорость увеличивается до 11 км/ч для женщин и 12 км/ч для мужчин. Параметры потребления кислорода выводятся на монитор онлайн. Критерием достижения максимальных значений потребления кислорода служит выход показателя на плато (рис. 1).
Время бега в тесте (мин, с)
Рис. 1. Типичная кривая динамики потребления кислорода в коротком (3-4 минуты) трехступенчатом тесте с мощностью выше «критической»
После достижения пикового У02 спортсмен бежит еще 25-30 с, в течение которых потребление не меняется или даже начинает снижаться. В этот момент лента третбана останавливается экспериментатором. Общая длительность такого теста (далее - «короткий тест») - 3-4 мин, в зависимости от подготовленности спортсмена.
Существенно, что в 95-98% случаев оператор сам останавливает тест еще до момента произвольного «отказа» спортсмена. Это важное достоинство процедуры, так как доведение спортсмена до истощения крайне нежелательно при осуществлении ЭКО.
В серии обследований в июне и сентябре - октябре приняли участие 19 женщин и 8 мужчин основного и резервного состава сборных команд РФ по биатлону.
«Традиционный» ступенчатый тест проводился в Люб-лянском институте спорта (Словения) не позже двух недель до или после первого тестирования в Москве. Протокол тестирования: время ступени - 3 мин; скорость первых трех ступеней - 7,5 км/ч для мужчин и 7,0 -для женщин. Далее скорость постоянная - 8 и 7,5 км/ч соответственно. Угол третбана увеличивался на 2,22% на каждой ступени. В начале теста спортсмены, как правило, шли с палками, к концу - переходили на бег. Газоанализ осуществлялся с использованием стационарной системы Со8ше^ В конце каждой ступени на 3-й и 5-й минутах восстановления забирается капиллярная кровь на лактат. Тест продолжался «до отказа» спортсмена. Средняя длительность теста была в пределах 26-33 мин (далее - «длинный тест»). Фиксировалось максимальное значение У02, УБ и ЧСС непосредственно перед отказом спортсмена.
Процедура определения АэП и АнП была различной.
В первом случае (в Москве) за основу был взят метод, предложенный Е.Б. Мякинченко с соавт. [1], в котором АэП определялся по точке характерного перелома на графике легочной вентиляция (УБ) - ЧСС (рис. 2).
Для определения АнП используется прием, предложенный В.Н. Селуяновым с соавт. [2], согласно которому в качестве точки АнП принимается пересечение прямой линии, параллельной линейному участку графика УБ - У02 и отстоящей от нее выше на 10 л/мин УБ вверх (рис. 2). Но мы использовали не фиксированный сдвиг линии на 10 л/мин, а сдвиг, равный 10% от УБ на уровне АэП. Однако при этом визуально анализируется график ЧСС - У02 на его соответствие «классической форме» по Сопсош [6]. В противном случае (примерно 10-15% случаев) за основу для анализа брался график УБ - У02.
В то же время любое определение пороговых точек на графиках имеет низкую объективность (не опубликованные данные). Кроме этого чувствительность хеморе-цепторов, реагирующих на появление кислых продуктов в крови, существенно модулируется индивидуальными особенностями и характером тренировочной деятельности спортсменов высокого класса (подробные обзоры опубликованы, см., например, [4]). Для компенсации этого источника случайных ошибок используются следующие приемы:
А) Линейный и нелинейный участки графика УБ -ЧСС (рис. 2) автоматически аппроксимируются, соответственно, линейной и нелинейной функцией.
С*)
Б) Для проверки локализации точек АнП и АэП одновременно анализируются следующие графики: УС02 - Ю2 (метод "У-81оре" [5]); ЧСС - Ю2 (метод Сопсош [6]); РеС02 - У02, УЕ/У02+УЕ/УС02 - нагрузка (метод вентиляторных эквивалентов [7]), ЧД/У02 - нагрузка; УЕ -У02. Графики также автоматически строятся в удобном для визуального анализа виде.
В) В сложных случаях во внимание принимается концентрация лактата после первой (пороговой) фазы теста.
Г) Анализ графиков проводится как минимум двумя независимыми экспертами.
Люблянский институт спорта использует свой алгоритм определения так называемого «лактацидного порога» (ЬТ) и «Анаэробного порога» (АпР) (рис. 3). ЬТ определяется по моменту превышения концентрацией лактата базового уровня на 0,2-0,3 ммоль/л, а в качестве точки АпР принимается уровень лактата в 4 ммоль/л.
130
АнП
140
150
160
170
180
190 ЧСС уд./мин
Рис. 2. Демонстрация процедуры определения точек аэробного и анаэробного порогов по методу УЕ - ЧСС
(подробнее - в тексте)
10
9
8
7
о!/ 6
т
(т 5
а 4
3 3
2
♦
: /
: У
: /
: /
: 1 1.Р — (57.3;4.С 1 >) /
: /
:
; -1 |_Р — (46.ljl.34) -—4 г-
: . ^- —•- —---
Е •--♦—
25 30 35 40 45 50 Яе!. рогаЬа 02 (т!/кг/т1п)
55
60
65
Рис. 3. Демонстрация процедуры определения аэробного (ЬТ) и анаэробного (АпР, 4 тмо1/1) по кривой концентрации лактата в Люблянском институте спорта (Словения)
Испытуемые
В обследованиях приняли участие спортсмены-биатлонисты высокого класса: основной и молодежный состав (женщины), (п = 19; возраст 26,4 + 2,4; рост 165,2 + 4,5; вес 58,6 + 4,1) и молодежный состав мужчин (п = 8; возраст 23,1 + 1,2; рост 177,5 + 5,9; вес 73,2 + 4,8). Для большей достоверности представлены данные трех проведенных обследований с разным составом спортсменов (табл. 1 и 2).
Различия определялись по ¿-критерию Стьюдента для парного теста с использованием стандартного пакета М8-Бхсе1 (опция ТТБ8Т).
Результаты и обсуждение
Во всех трех группах спортсменов при использовании «короткого теста» с высокой степенью достоверности получены более высокие значения МПК (табл. 1). У женщин в среднем на 8 и 10%, у мужчин - на 18%. Существенно, что при использовании разработанной процедуры в течение 2-х лет (более 200 тестов) обнаружено, что МПК по критерию «плато» и его удержание достигается в течение не менее 20-35 с в 100% случаев (рис. 1).
Пиковая легочная вентиляция была достоверно выше «в коротком тесте» в одном обследовании женщин и не различалась в других случаях.
С*)
Таблица 1
Данные пикового потребления кислорода, ЧСС, лактата и легочной вентиляции, соответственно в коротком (3-4 мин) трехступенчатом тесте (КТ) и длинном (26-33 мин)
ступенчатом тесте «до отказа» (ДТ)
Пиковое У02 (мл/кг/мин) Пиковая ЧСС (уд./мин) Пиковый лактат (ммоль/л) Пиковая легочная вентиляция (л/мин)
Тест КТ ДТ КТ ДТ КТ ДТ КТ ДТ
Биатлон, женщины, сентябрь, п = 7
Среднее 63,9 58,8 182,9 190,4 10,6 9,2 127,8 135,0
а 3,03 4,60 5,76 5,65 1,79 2,15 12,4 11,5
Р 0,03 0,001 0,09 0,02
Биатлон, женщины, июнь, п = 19
Среднее 58,7 52,9 184,9 194,7 10,8 9,3 125,0 127,0
а 4,10 3,15 5,39 6,93 2,01 2,42 11,4 12,9
Р < 0,001 < 0,001 0,01 0,38
Биатлон, мужчины, сентябрь, п = 8
Среднее 76,2 62,4 193,1 194,3 11,9 8,1 185,7 181,3
а 6,8 3,9 8,0 8,9 3,3 2,4 17,4 24,9
Р < 0,001 0,65 0,007 0,58
а - среднеквадратичное отклонение
Таблица 2
Данные пикового потребления кислорода, ЧСС, лактата и легочной вентиляции, соответственно в коротком (3-4 мин) трехступенчатом тесте (КТ) и длинном (26-33 мин)
ступенчатом тесте «до отказа» (ДТ)
УО2 АнП (мл/кг/мин) УО2 АэП (мл/кг/мин) ЧССАнП (уд./мин) ЧССАэП (уд./мин)
Метод: УБ - ЧСС ЬЛ УБ - ЧСС ЬЛ УБ - ЧСС ЬЛ УБ - ЧСС ЬЛ
Биатлон, женщины, сентябрь, п = 7
Среднее 52,6 51,9 45,3 40,2 170,9 182,3 158,3 161,7
а 4,43 4,12 4,49 4,17 4,95 5,68 6,78 4,92
Р 0,57 0,007 <0,001 0,25
Биатлон, женщины, июнь, п = 19
Среднее 48,67 46,60 40,55 35,74 173,00 185,11 159,53 163,42
а 3,79 4,19 4,41 3,55 6,07 6,78 9,35 6,99
Р 0,02 <0,001 <0,001 0,08
Биатлон, мужчины, сентябрь, п = 8
Среднее 59,0 55,2 52,5 43,6 175,8 184,3 166,0 162,1
а 5,7 3,3 6,8 6,2 6,6 7,3 9,9 11,1
Р 0,06 0,03 0,002 0,26
Пиковое значение ЧСС в «длинном тесте» было достоверно выше у женщин (на 4 и 5%) и не достоверно выше у мужчин (на 1%).
Значение концентрации лактата в капиллярной крови после «короткого теста» было существенно выше в объединенной группе женщин (п = 19) на 14%, у мужчин -на 32%. При тестировании группы женщин в сентябре - октябре (п = 7), различия составляли 13%, но были достоверны только при 9%-м уровне значимости.
Потребление кислорода на уровне анаэробного порога (АнП) (табл. 2), рассчитанного по разработанной методике, было несколько выше АпР (на уровне 4 ммоль). Но различия были достоверны только в объединенной группе женщин (п = 19).
Значения аэробного порога (АеП), определенные по методу УБ - ЧСС во всех группах были достоверно выше, чем значение «лактацидного порога» (ЬТ).
Значения «пороговых» ЧСС на уровне 4 ммоль в «длинном тесте» были существенно выше, чем на уровне АнП по методу УБ - ЧСС. ЧСС на уровне АэП и ЬТ не различались при существенно меньшем У02 при ЬТ
Обсуждение
У одних и тех же спортсменов в той же локомоции, схожих условиях, при неизменном уровне тренированности и текущем состоянии, одинаковом уровне мотивации (плановое ЭКО спортсменов сборной спортивной команды РФ) получено достоверное и значительное (8-18%) превышение уровня МПК в «коротком тесте» (рабочий период 1,5-2,5 мин) относительно «традиционного» ступенчатого теста до произвольного отказа продолжительностью 26-33 мин («длинный тест»). При этом только в трех случаях из 34 получено большее пиковое потребление кислорода во втором тесте относительно первого.
Необходимо также учесть факт существенного превышения ЧСС и одинаковой величины легочной вентиляции в «длинном» ступенчатом тесте. Другими словами, снабжение кислородом других основных потребителей не снизилось.
Таким образом, приходится сделать вывод, что во втором тесте по каким-то причинам имела место меньшая доставка и/или потребление кислорода основными работающими мышцами верхних и нижних конечностей.
При этом нельзя предположить более выраженное локальное утомление мышц в «длинном тесте» в результате большего снижения рН внутри работающих мышц, т.к. пиковая концентрация лактата была меньше в «длинном тесте».
Гипотетическими причинами обнаруженного явления могут быть:
• «Центральное утомление». В течение длинного ступенчатого теста может иметь место снижение эффективности управления функциональной системой организма, задействованной в этом тесте, со стороны структур мозга.
При этом первым «выключается» периферическое звено (мышцы конечностей) при сохранении мощности обеспечивающих «центральных» органов (миокард и дыхательные мышцы).
• В течение длительной мышечной высокоинтенсивной работы может существенно повышаться температура «ядра», это вызывает выраженную гиперемию кожи, потение и частичное обезвоживание, повышение тонуса симпатики и др. Это всё вместе может снизить кровоток через работающие мышцы. Однако не было большей активации анаэробного гликолиза как следствия, например, более высокой локальной гипоксии.
• Мотивационный фактор. Можно предположить, что долго «терпеть» наступающее утомление в несоревновательных условиях спортсмены «не хотят». Поэтому просто останавливаются раньше достижения реального уровня их МПК.
Выводы
1) Вне зависимости от вклада различных факторов в уменьшение значения пикового потребления кислорода, «длинный» ступенчатый тест не позволяет определить истинное МПК спортсменов высокого класса в видах спорта на выносливость. Кроме этого, такой тест, предположительно, будет в меньшей степени отражать аэробные способности ключевых мышц конечностей.
2) Другие популярные индексы подготовленности, например «вентиляторный эквивалент» (УБ/У02), «кислородный пульс» (У02/ЧСС) и др., рассчитываемые по данным «максимальных тестов», будут в решающей степени зависеть от процедуры тестирования и не могут сравниваться между собой при разнице последних.
3) Показатели на уровне вентиляторного аэробного порога, рассчитанного по методу УБ - ЧСС, численно не совпадают с показателями на уровне точки начала накопления лактата в крови выше базового уровня (показатель ЬТ).
4) С использованием метода В.Н. Селуянова [3] возможно разработать процедуру обработки данных газообмена в ступенчатом тесте так, чтобы значения АнП в среднем совпадали с АпР на уровне 4 ммоль/л. Однако следует учитывать условность последнего параметра, который не является мощностью мышечной работы, при которой достигается равновесие между продукцией и утилизацией лактата крови у спортсменов высокой квалификации.
5) ЧСС на уровне аэробного и анаэробного порогов в решающей степени зависит от процедуры тестирования, то есть не является объективным индикатором интенсивности циклической работы для широкого круга локомоций. Следовательно, этот популярный показатель должен с очень большой осторожностью использоваться для управления интенсивностью тренировочного процесса у квалифицированных спортсменов.
Литература
1. Аулик, И.В. Определение физической работоспособности в клинике и спорте. - М.: Медицина, 1990. -192 с.
2. Селуянов, В.Н. Физиологические механизмы и методы определения аэробного и анаэробного порогов /
B.Н. Селуянов, Е.Б. Мякинченко, Д.Г. Холодняк,
C.М. Обухов // Теория и практика физ. культуры. - 1991. -№ 10. - С. 10-18.
3. Селуянов, В.Н. Определение анаэробного порога по данным легочной вентиляции и вариативности кар-диоинтервалов / В.Н. Селуянов, Е.М. Калинин, Г.Д. Пак, В.И. Маевская, А.Н. Конрад // Физиология человека. -2011 - Т. 37. - № 6. - С. 106-110.
4. Бреслав, И.С., Волков, Н.И., Тамбовцева, Р.В. Дыхание и мышечная активность человека в спорте. Руковод-
ство для изучающих физиологию человека / И.С. Бреслав, Н.И. Волков, Р.В. Тамбовцева. - М., 2013. - Советский спорт. - 336 с.
5. Beaver, W.L., Wasserman, K., and Whipp, B.J. A new method for detecting anaerobic threshold by gas exchange // J. Appl. Physiol. - 1986. - No. 60. - Pp. 2020-2027.
6. Conconi, F., Ferrari, M., Ziglio, P.G., Droghetti, P., Codeca, L. Determination of the anaerobic threshold by a non-invasive field test in runners // J. Appl. Physiol. -No. 52 (4). - Pp. 869-873.
7. Davis, J.A., Whipp, B.J., and Wasserman, K. The relation of ventilation to metabolic rate during moderate exercise in man // Eur. J. Appl. Physiol. Occup. Physiol. - 1980. -No. 44. Pp. 97-108.
References
1. Aulik, I.V. Determination of physical performance in the clinic and sport. - M.: Medicine, 1990. - 192 p.
2. Seluyanov, V.N. Physiological mechanisms and methods for determining aerobic and anaerobic thresholds / V.N. Seluyanov, E.B. Myakinchenko, D.G. Ho-lodnyak, S.M. Obukhov // Teoriya i praktika fizicheskoy kul'tury. - 1991. - No. 10. - Pp. 10-18.
3. Seluyanov, V.N. Determination of the anaerobic threshold according to the data of the pulmonary ventilation and the variability of the cardiointervals / V.N. Selu-yanov, E.M. Kalinin, G.D. Pak, V.I. Maevskaya, A.N. Konrad // Fiziologiya cheloveka. - 2011. - Vol. 37. - No. 6. -Pp. 106-110.
4. Breslav, I.S. Breathing and muscle activity in sports. Manual for students of human physiology / I.S. Bres-
lav, N.I. Volkov, R.V. Tambovtseva. - M.: Sovetskiy Sport, 2013. - 336 p.
5. Beaver, W.L., Wasserman, K., and Whipp, B.J. A new method for detecting anaerobic threshold by gas exchange // J. Appl. Physiol. - 1986. - No. 60. - Pp. 20202027.
6. Conconi, F., Ferrari, M., Ziglio, P.G., Droghetti, P., Codeca, L. Determination of the anaerobic threshold by a non-invasive field test in runners // J. Appl. Physiol. -No. 52 (4). - Pp. 869-873.
7. Davis, J.A., Whipp, B.J., and Wasserman, K. The ratio of ventilation to metabolic rate during moderate exercise in man // Eur. J. Appl. Physiol. Occup. Physiol. - 1980. -No. 44. - Pp. 97-108.
