CC BY
13влияние ходьбы с разной скоростью на показатели кардиореспираторной системы студентов в условиях югры
УДК/UDC 796.012:612.227.1
Поступила в редакцию 19.06.2016 г.
Информация для связи с автором: [email protected]
Доктор биологических наук, профессор С.И. Логинов1 Кандидат биологических наук А.С. Кинтюхин1 Кандидат биологических наук, доцент М.Н. Мальков1 Аспирантка С.Г. Сагадеева1
1 Сургутский государственный университет, Сургут
EFFECTS OF VARIABLE-SPEED WALKING PRACTICES ON CARDIORESPIRATORY SYSTEM PERFORMANCE RATES IN YUGRA STUDENTS
Dr.Biol., Professor S.I. Loginov1 PhD A.S. Kintyukhin1
Associate Professor, PhD M.N. Mal'kov1 Postgraduate student S.G. Sagadeeva1
1 Surgut State University, Surgut
Аннотация
С участием студентов (n=25, возраст - 22,1±2,6 года, 12 мужчин и 13 женщин) изучены закономерности влияния ходьбы на тредмиле со скоростью 2-7 км/ч по 5 мин с каждой скоростью на показатели кардиореспираторной системы. С помощью метаболографа Fitmate Pro и монитора частоты сердечных сокращений (ЧСС) измеряли потребление кислорода (VO2, мл/мин), легочную вентиляцию (Ve, л/мин), концентрацию кислорода в выдыхаемом воздухе (К02, %) и ЧСС (уд/мин). Установлено, что по мере увеличения скорости ходьбы исследуемые показатели возрастали (t test, p <0,05), кроме К02, которая достоверно не изменялась. Зависимость VO2 от ЧСС для мужчин имела вид V02=-10,2 + 0,2 ЧСС, для женщин - V02=-3,04 + 0,2 ЧСС (r=0,7; p =0,0000). Зависимость Ve от ЧСС отображалась уравнением линейной регрессии вида Ve = 4,272 + 0,2086 ЧСС у мужчин и Ve = 1,8346 + 0,2242 ЧСС у женщин (r=0,5; p=0,0000), тогда как зависимость V02 от Ve имеет вид V02 = -12,9 + 40,3 Ve (r=0,98; p=0,0000) у мужчин и V02 = 116,3 + 34,7 Ve у женщин (r=0,97; p=0,0000). Таким образом, показатель Ve при разных скоростях ходьбы на тредмиле имеет более тесную связь с V02 (r= 0,98; p=0,0000), чем с ЧСС (r=0,5; p=0,0000), что позволяет рекомендовать зависимость V02 f (Ve) для оценки расхода энергии во время занятий в группах студентов.
Ключевые слова: дозированная ходьба, тредмил, ЧСС, потребление О2, легочная вентиляция, уравнения линейной регрессии, студенты.
Annotation
Subject to the study were 12 male and 13 female students (n=25) aged 22.1±2.6 years who were tested with the interval (5 min) treadmill walking testes at 2-7 km/h walking speeds to assess the workload effects on the cardio-respiratory system performance rates. A Fitmate Pro C Metabolograph and a heart rate (HR) monitoring system were used to obtain the oxygen consumption (VO2, ml/ min) rate, ventilatory equivalent (Ve, l/ min) rate, exhaled oxygen level (KO2, %) and heart rate (HR, bpm). The study found the subject rates growing with the rising walking speeds (time test, p <0.05) with the only exclusion for KO2 rates that did not show any significant variations. The dependence of VO2 on the HR was described by the following equations for men and women, respectively: V02=-10.2 + 0.2HR; and V02=-3.04 + 0.2HR (r=0.7; p =0.0000). The Ve versus HR correlation was described by the following regression equations for men and women, respectively: Ve = 4.272 + 0.2086HR; and Ve = 1.8346 + 0.2242 HR (r=0.5; p=0/0000). And the V02 dependence on the Ve was described by the following equations: V02 = -12.9 + 40.3 Ve (r=0.98; p=0.0000) for men; and V02 = 116.3 + 34.7 Ve for women (r=0.97; p=0.0000). Therefore, the Ve rates in the variable-speed treadmill walking tests were found to be in a closer correlation with the V02 rates (r= 0.98; p=0.0000) than with the HR (r=0.5; p=0.0000) that gives us the grounds to recommend the V02 f (Ve) function as an energy cost measure in the student group practices.
Keywords: rated walking, treadmill, HR, oxygen consumption, ventilatory equivalent, linear regression equations, students.
.c O-
4—
0 tu
1 I
CL ■a с га
£ о
ni
Введение. Полвека назад P.-O. Astrand и B. Saltin [3] пришли к выводу, что величина легочной вентиляции (ЛВ) при физической активности закономерно изменяется и может использоваться как косвенный показатель расхода энергии (РЭ) при физических нагрузках [8]. Действительно, ЛВ связана с потреблением кислорода (ПО2) и входит в известную формулу: ПО2 = ЛВ х Квд02, - Квыд02, где Квд02 - концентрация O2 во вдыхаемом воздухе, а Квыд02 - концентрация O2 в выдыхаемом воздухе [8]. При физических нагрузках умеренной интенсивности, когда объем легочной вентиля-
ции меньше 50 л/мин, П02 человека прямо пропорциональна величине его легочной вентиляции [5]. Эти закономерности по-прежнему сохраняют свое значение, однако нуждаются в количественных поправках, обусловленных изменением условий окружающей среды, образа жизни и драматическим снижением уровня физической активности человека [1, 2].
Цель исследования - выяснить закономерности влияния физической нагрузки в виде ходьбы с разной скоростью на показатели кардиореспираторной системы молодых людей (студентов) в условиях Югорского Севера.
86
http://www.teoriva.ru
№ 9 • 2016 Сентябрь I September
Методика и организация исследования. В исследовании приняли участие студенты и магистранты Сургутского университета (n=25, возраст - 22,1±2,6 года), 12 мужчин и 13 женщин. Все участники не имели противопоказаний к тестам c физической нагрузкой и до начала исследования подписали информированное согласие. В качестве независимой переменной выступала ходьба на тредмиле фирмы Torneo со скоростью 2, 3, 4, 5, 6, 7 км/ч по 5 мин с каждой скоростью. Общая продолжительность теста - 30 мин. Для определения параметров дыхания и основного обмена использовали ме-таболограф Fitmate Pro фирмы COSMED (Италия). В качестве зависимых переменных регистрировали частоту дыхания (ЧД, раз/мин), вентиляцию легких (ВЛ, л/мин), потребление
кислорода (П02, мл/мин и ПО2 мл/мин/кг), частоту сердечных сокращений (ЧСС, уд/мин), концентрацию кислорода в выдыхаемом воздухе (К02, %). Данные П02, ВЛ и ЧСС усредняли каждые 15 с, передавали на персональный компьютер для отображения и сохраняли во внутренней базе данных для последующего точного анализа. До эксперимента у испытуемых измеряли длину ноги (см), длину тела (см) и массу тела (кг). Материал статистически обрабатывали с помощью пакета программ Statistica, v.10 (StatSoft, США). Предварительно оценивали нормальность распределения, рассчитывали среднее арифметическое (Х), среднеквадратическое отклонение (SD), 0,95-доверительный интервал (±0,95 ДИ), проводили корреляционный и регрессионный анализы. Для
Рис. 1. Зависимость относительного потребления кислорода (VOг, мл/кг/мин) от частоты сердечных сокращений (ЧСС, уд/мин) при ходьбе со скоростью 2-7 км/ч у мужчин (А) и женщин (Б)
70
| во
J 5Ü
I за £ 5*
I 20 i-
3 ю
о 60
№=4 272+0.2086*1 д • • " », ■ ■ « ■ > 1 ...---
• * v ■* ■ ■ • ■ ■ ■ ■ ■
4CC:Ve: у - 4.3 +■ О.г^к; г = 0,5; р = 0,00000
70 | 60 Í so
¡ 40
I 30 £ J
I 20 is 10
V» = 1, 3346+0, 224Í'* w- • t> • ■ ' 1 ...■-■
..-■Л . ■■ Л * ■!'.■ ■: v. .: -V:
ЧСС: Ve: у = 1,8 + 0,2'х; г ш 0,5: р ■ 0,00000
за ioo isa i® ieo ibd Частота сердечны* сокращений, уд^мин
за юо 12а 140 ieo ibd zdd Частота сердечных сокращений, уд/мин
Рис. 2. Зависимость вентиляции легких (Ve, л/мин) от частоты сердечных сокращений (ЧСС, уд/мин) у мужчин (А) и женщин (Б) Таблица 1. Характеристика выборочной совокупности студентов (п=25), X±SD
Показатели Мужчины,n=12 Женщины, n=13 Все, n=25
Возраст, лет 22,0±5,8 22,2±2,5 22,1±4,3
Длина тела, см 179,8±9,5 164,2±3,8* 171,6±10,6
Масса тела, кг 76,1±11,3 57,2±7,7* 66,3±13,4
ИМТ, кг/м2 23,6±3,1 21,2±2,3* 22,3±2,9
Длина ноги, см 91,9±5,4 85,6±4,9* 88,5±5,9
*- значимость различий между показателями мужчин и женщин, р <0,05.
Таблица 2. Значения показателей кардиореспираторной системы при разной скорости ходьбы на тредмиле (п=25,) X±SD
Показатели Скорость ходьбы, км/ч
2 3 4 5 6 7
ЧД, экс/мин 21,8±4,11 20,4±4,35 23,3±4,67 24,4±4,43* 26,5±4,94* 29,8±5,7*
ЧСС, уд/мин 97,2±11,5 101,9±11,6 107,8±11,8* 114,7±12,7* 127,5±15,9 146,5±18,1*
ЛВ, л/мин 17,1±3,9 20,4±4,35 23,6±4,9* 27,4±5,36* 33,1±6,04* 43,1±8,3*
ПО2, мл/мин 658±179 783±197* 913±220* 1075±250* 1248±367* 1610±348*
ПО2, мл/кг/мин 10,0±1,48 11,9±1,45* 13,9±1,45* 16,4±1,58* 19,3±1,93* 24,6±2,63*
КО2, % 16,3±0,43 16,3±0,46 16,3±0,45 16,2±0,42 16,1±0,4 16,3±0,45
- значимость различий между показателями мужчин и женщин, p <0,05.
№ 9 • 2016 Сентябрь | September
http://www.teoriya.ru
Рис. 3. Зависимость потребления кислорода (УО мл/мин) от величины легочной вентиляции (V'е, л/мин) у мужчин (А) и женщин (Б)
□ и
£ г. CL
ч—
О 0J и
CL ' -о с
га
^
о
(U .с Н
оценки достоверности наблюдаемых различий использовали двусторонний t-test для связанных и несвязанных групп, а также непараметрический критерии Уилкоксона, Манна, Уит-ни при уровне значимости p<0,05.
Результаты исследования и их обсуждение. В исследуемой выборочной совокупности студентов мужчины имели существенно большие габаритные размеры, но не отличались от женщин по возрасту (табл. 1).
По мере увеличения скорости ходьбы на тредмиле величина потребления кислорода достоверно (t test, p <0,05) возрастала уже на скорости 3 км/ч. При ходьбе со скоростью 4 км/ч достоверно возрастали ЧСС, ЛВ и ПО2, частота дыхания увеличивалась существенно только при скорости ходьбы 5 км/час, концентрация кислорода в выдыхаемом воздухе вообще достоверно не изменялась (табл. 2).
Величина относительного потребления кислорода у молодых мужчин и женщин коррелировала с ЧСС (r=0,7; p =0,0000). Уравнение зависимости величины потребления кислорода от ЧСС у мужчин и женщин имеет вид: V02= -10,2 + 0,2 ЧСС и V02=-3,04 + 0,2 ЧСС, соответственно, где V02 - величина относительного потребления кислорода (мл/кг/мин) и -10,2 и 0,2 - эмпирические коэффициенты (рис. 1). Выявлена также четкая зависимость величины легочной вентиляции (Ve) от ЧСС. Зависимость имеет вид: Ve = 4,272 + 0,2086 ЧСС у мужчин и Ve = 1,8346 + 0,2242 ЧСС у женщин (r=0,5; p=0,0000) (рис. 2).
Зависимость легочной вентиляции от величины потребления кислорода отображается уравнением линейной регрессии вида: V02 = -12,9 + 40,3 Ve (r=0,98; p=0,0000) у мужчин и V02 = 116,3 + 34,7 Ve у женщин (r=0,97; p=0,0000) (рис. 3).
Данные, приведенные на рис. 2 и 3, убедительно свидетельствуют, что показатель легочной вентиляции сургутских студентов при разных скоростях ходьбы на тредмиле имеет более тесную связь с V02 (r= 0,98; p=0,0000), чем с частотой сердечных сокращений (r=0,5; p=0,0000).
Физическая активность, реализуемая посредством сокращения скелетных мышц, является наиболее вариабельной и затратной частью биоэнергетики человека [4, 5, 9]. При этом точное измерение затраты энергии, связанной с проявлением физической активности, остается трудной задачей, особенно в тех случаях, когда активность имеет небольшую интенсивность и нерегулярный характер [8]. Для точного определения энергии в условиях мышечной нагрузки необходимо знать количество кислорода, потребляемого в единицу времени на 1 кг массы тела. Гораздо проще для этого использовать показатель легочной вентиляции, которая более тесно связана с поглощением кислорода, чем ЧСС во время физических нагрузок различной интенсивности.
Зависимость отображается уравнением линейной регрессии вида: V02 = -12,9 + 40,3 Ve (r=0,98; p=0,0000) у мужчин и
V02 = 116,3 + 34,7 Ve (r=0,97; p=0,0000) у женщин. Аналогичные данные были получены S. Gastinger et al. (2010), которые выяснили, что при ходьбе на тредмиле в течение 6 мин величина V02 тесно связана с показателем легочной вентиляции (r=0,94; p<0,001), а зависимость отображается уравнением линейной регрессии вида: V02=63,2+44,1 Ve, где V02 - потребление кислорода (мл/мин), Ve - величина легочной вентиляции (л/мин), 63,2 и 44,1 эмпирические коэффициенты [6, 7].
Вывод. Полученные нами уравнения регрессии можно использовать для контроля адекватности физических нагрузок при проведении оздоровительных тренировок и академических занятий со студентами в условиях Югорского Севера. Для этого необходимо с помощью сухого спирометра определить величину легочной вентиляции за 1 мин, затем подставить полученное значение в формулу и определить величину расхода кислорода. Дальнейшие исследования позволят уточнить эмпирические коэффициенты на большей выборке северян с учетом возраста и индекса массы тела.
Литература
1. Логинов С.И. Физическая активность: методы оценки и коррекции / С.И. Логинов. - Сургут: Изд-во СурГУ, 2005. - 342 с.
2. Логинов С.И. Влияние физических упражнений на параметры кардиореспираторной системы женщин и мужчин второго зрелого возраста в условиях ХМАО-Югры / С.И. Логинов, В.В. Козлова, В.А. Горленко, А.В. Ельников // Теория и практика физ. культ. -2013. - № 11. - С. 88-92.
References
1. Loginov S.I. Fizicheskaya aktivnost': metody ocenki i korrekcii. Surgut: SSU (SurGU) pub. h-se, 2005. 342 p.
2. Loginov S.I., Kozlova V.V., Gorlenko V.A., El'nikov A.V. Vliyanie fizicheskih uprazhnenij na parametry kardiorespiratornoj sistemy zhenshchin i muzhchin vtorogo zrelogo vozrasta v usloviyah HMAO-YUgry. // Teoriya i praktika fizicheskoy kultury. 2013. №11. P. 88-92.
3. Astrand P.-O., Saltin B. Maximal oxygen uptake and heart rate in various types of muscular activity. // J. Appl. Physiol. 1961. V. 16. P. 977-981.
4. DeLany J.P., Kelley D.E., Hames K.C., Jakicic J.M., Goodpaster B.H. Effect of physical activity on weight loss, energy expenditure, and energy intake during diet induced weight loss. // Obesity (Silver Spring). 2014. V. 22. N 2. P. 363-370. doi: 10.1002/oby.20525.
5. Fair A.M., Montgomery K. Energy balance, physical activity, and cancer risk. // Methods Mol. Biol. 2009. V. 472. P. 57-88. doi: 10.1007/978-1-60327-492-0_3.
6. Gastinger S., Nicolas G., Sorel A., Sefati H., Prioux J. Energy expenditure estimate by heart-rate monitor and a portable electromagnetic coils system. // Int. J. Sport Nutr. Exerc. Metab. 2012. V.22. N 2. P. 117-130.
7. Gastinger S., Sorel A., Nicolas G., Gratas-Delamarche A., Prioux J. A Comparison between Ventilation and Heart Rate as Indicator of Oxygen Uptake during Different Intensities of Exercise // J. Sports Sci. Med. 2010. V. 9, N 1. P. 110-118.
8. Saltin B., Astrand P.-O. Maximal oxygen uptake in athletes. J. Appl. Physiol. 1967. V. 23, N 3. P. 353-358.
9. Wasserman K., Beaver W.L., Whipp B.J. Gas exchange theory and the lactic acidosis (anaerobic) threshold. // Circulation. 1990. V. 81. P. 14-30.
88
http://www.teoriya.ru
№ 9 • 2016 Сентябрь | September
