CC BY
106
ВОЗРАСТНАЯ ФИЗИОЛОГИЯ
ВОЗРАСТНАЯ ДИНАМИКА РАБОЧИХ ВОЗМОЖНОСТЕЙ МАЛЬЧИКОВ ШКОЛЬНОГО ВОЗРАСТА
Р.В. Тамбовцева1 ФГБНУ «Институт возрастной физиологии Российской академии образования», Москва
Общие закономерности возрастного развития физической работоспособности и энергообеспечения мышечной деятельности на различных этапах постна-тального онтогенеза определяются развитием преимущественно механизмов аэробной энергетики, а на более поздних этапах, при завершении полового созревания, максимально развиваются анаэробно-гликолитические процессы. Использование нелинейной математической модели Мюллера позволяет оценить мощность трех энергетических систем и интегральную емкость энергетических систем организма.
Ключевые слова: эргометрия, предельное время работы, энергообеспечение, кинетика, мощность, длительность, аэробный, анаэробный, возраст.
Age dynamics of working ability of boys of school age. The general patterns of age development ofphysical working capacity and power supply of muscular activity at various stages ofpost-natal ontogeny are determined by the development of mainly aerobic mechanisms, and at later stages, at end of puberty, anaerobic glycolytic processes reach their maximum. The use of Müller nonlinear mathematical model allows to estimate the power of three power systems and integrated capacity of power systems of an organism.
Keywords: ergometry, limit operating time, power supply, kinetics, power, duration, aerobic, anaerobic, age.
В современных условиях стратегической задачей развития физической культуры и спорта в России является освоение подрастающим поколением основных ценностей физической и спортивной культуры, обеспечивающей укрепление физического и нравственного здоровья, умственной и физической работоспособности детей, подростков и юношей. Онтогенетический аспект проблемы физической работоспособности является весьма актуальной и позволяет рассматривать все физиологические характеристики спортивной работоспособности в процессе естественного развития [5; 6; 7; 8; 9; 10; 11; 13; 14]. Целью настоящего исследования явилось изучение рабочих возможностей мальчиков школьного возраста, используя эргометрические и энергетические критерии.
ОРГАНИЗАЦИЯ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ
Контакты:1 Тамбовцева Р.В. - E-mail:< [email protected]>
Данное исследование проведено на базе московской школы. В эксперименте прияли участие мальчики от 7 до 17 лет в количестве 1206 человек. Все испытуемые, принимавшие участие в эксперименте, были по заключению школьных врачей практически здоровы. На момент эксперимента они не имели острых респираторных заболеваний и были допущены к занятиям на уроках физической культуры по обычной программе. В работе использовались эргометрические и статистические методы.
Эргометрические методы. Исследования проводились с помощью велоэрго-метра с электромагнитным торможением марки ELECTRONIC ERGOMETR -1000. Испытуемые выполняли две нагрузки ногами в двух зонах мощности: большой и субмаксимальной. Для определения возрастных физических возможностей детей и подростков использовали уравнение Мюллера: t=e/Wa [6,12], связывающего предельное время выполнения нагрузки с ее мощностью.
Статистические методы. Статистическая обработка результатов исследования проводилась с помощью компьютерной программы EXCEL.
РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЯ И ИХ ОБСУЖДЕНИЕ
Результаты проведенного исследования показали, что во всем исследованном диапазоне мощностей величина предельной выполненной работы, то есть емкость энергетических механизмов С = W x ^ед., с увеличением нагрузки неуклонно снижается и тем значительнее, чем больше показатель степени «а» уравнения Мюллера: С = eb / W (a-1).
Этот пример характеризует роль показателя степени «а», величина которого определяется соотношением времени работы при меньшей и большей нагрузках. Чем больше время работы при меньшей, более аэробной нагрузке, тем больше показатель степени «а», и наоборот. Таким образом, физиологический смысл этого показателя можно связать с отношением возможностей аэробного и анаэробно-лактацидного источника энергии.
В таблице 1 представлены возрастные изменения показателя «а» в исследуемом возрастном диапазоне. Можно видеть, что его величина с возрастом практически не меняется, удерживаясь на уровне 3,5-3,6. Показатель «b», являющийся точным отображением изменения возрастных рабочих возможностей от 7 до 17 лет возрастает на 2,73 единицы, что соответствует увеличению числителя уравнения Мюллера в 14,8 раз. Его абсолютная величина соответствует времени предельной работы при нагрузке, равной единице мощности и характеризует возможности устойчивого состояния функционирования двигательного аппарата, то есть общую выносливость испытуемого. Еще более яркой картиной возрастного расширения рабочих возможностей служит динамика величины энергетической емкости «Е» или резерва работоспособности, которая определяется работой при нагрузке 1 Вт/кг. Большие значения величины энергетической емкости (порядка 5-10 кДж/кг и более) свидетельствует об активности аэробных источников энергообеспечения скелетных мышц. Этот показатель по сути является отражением суммарной аэробной емкости. Примерно 30-кратное увеличение этого показателя у мальчиков от 7 до 17 лет вполне соответствует реальному возрастанию интегральной работоспособности за этот период. Характерно, что в возрастной динамике этого
показателя отчетливо выделяются три этапа: от 7 до 10 лет, когда показатель колеблется, но в целом практически не растет; от 11 до 13 лет - первая фаза роста показателя, связанная очевидно, с началом пубертатных перестроек в скелетных мышцах; от 14 до 17 лет - период быстрого и неуклонного возрастания показателя, отражающего значительное расширение функциональных возможностей на основе морфофункциональных перестроек второй фазы пубертатного процесса.
Таблица 1
Возрастные изменения предельного времени работы ^3 и (5), констант уравнения Мюллера «а» и «Ъ» и расчетных параметров Ш40 и №900
Возраст, с 15, с а ь ^40 ^900
лет (М+т) (М+т) (М+т) (М+т) (М+т) (М+т)
7 113 + 15,9 + 3,83 + 8,57 + 3,93 + 1,74 +
2 15*** 0,81** 0,02 0,02 0,13 0,06
8 167 + 18,3 + 4,32 + 9,86 + 3,95 + 1,92 +
3,01*** 0,65*** 0,07 0,02 0,11 0,07
9 138 + 29,7 + 3,01 + 8,23 + 4,52 + 1,60 +
5,08*** 0,46** 0,01 0,03 0,05 0,09
10 231 + 32,4 + 3,84 + 9,66 + 4,72 + 2,10 +
10 7*** 0 78*** 0,02 0,03 0,09 0,08
11 455 + 23,6 + 3,49 + 9,22 + 5,94 + 2,44 +
11 4*** 0,53** 0,09 0,02 0,08 0,08
12 617 + 30,7 + 3,54 + 10,3 + 6,47 + 2,69 +
9 67*** 0,45** 0,04 0,06 0,09 0,07
13 712 + 38,2 + 3,45 + 10,4 + 6,87 + 2,79 +
12,7** 0,34*** 0,07 0,05 0,16 0,03
14 1025 + 56,3 + 3,42 + 10,7 + 7,72 + 3,11 +
28 7*** 0,32** 0,04 0,03 0,05 0,03
15 1102 + 60,8 + 3,42 + 10,8 + 7,89 + 3,17 +
18,9** 0 49*** 0,04 0,07 0,07 0,06
16 1454 + 73,6 + 3,51 + 11,1 + 8,29 + 3,42 +
32 1*** 0,55 0,02 0,04 0,05 0,04
17 1611 + 77,9 + 3,57 + 11,3 + 8,44 + 3,53 +
38,5 1,23 0,03 0,01 0,03 0,02
Достоверность различий: *** - (Р<0,001); ** - (Р<0,01); - (Р<0,05)
Все описанные количественные отношения имеют геометрическую интерпретацию на графике «мощность-длительность» (рис. 1). При использовании логарифмической шкалы обсуждаемая зависимость имеет вид прямой линии. Ее пересечение с линией, параллельной оси абсцисс, образует угол, тангенс которого соответствует показателю степени «а». При увеличении числителя (еь), при сопоставимых нагрузках, прямая линия зависимости «мощность-длительность» все больше удаляется от горизонтальной оси.
Параметры уравнения Мюллера не могут быть прямо сопоставлены с обычными физиологическими характеристиками, используемыми для оценки работоспособности. Однако это уравнение дает возможность рассчитать, например, уровень максимальной мощности, полностью исчерпывающий резерв рабочих возможно-
стей за данный интервал времени. Такие тесты прямой оценки мощности, как известно, используют в физиологии - Уингейтский анаэробный тест, 1-минутный анаэробный тест [3]. Проведение таких тестов встречает затруднение в связи с необходимостью проявления испытуемым специального навыка, необходимого для полного «выкладывания» в заданный интервал времени.
Рис. 1. Линии «мощность-длительность» мальчиков 7, 9, 10, 11, 13, 15, 17 лет. Для 7, 11 и 17 лет приведены графические построения для определения Ш40 и W900. По оси абсцисс - ^ Ш, по оси ординат - ^ / пред.
Знание особенностей кинетики каждого из энергетических источников позволяет оценить их мощностные характеристики. Так, например, в последнее время для определения мощности анаэробно-лактацидного источника предлагают использовать время удержания максимальной мощности в течение 40 секунд. Используя уравнение Мюллера, можно с большой точностью рассчитать величину такой мощности, который испытуемый сможет удержать ровно в течение 40 секунд. Этот энергетический параметр обозначен как W4o = (е ь / 40) (1/а) [4]. Такую оценку можно провести и графически (рис. 1), определив точку пересечения линии «мощность-длительность» с линией, соответствующей предельной работе длительностью 40 секунд. В таблице 1 представлены значения W40 для исследо-
ванных нами возрастных групп. Сопоставление с литературными источниками показывает, что в старшей возрастной группе (15-16 лет) величина W40 имеет примерно такое же значение, как и показатели мощности анаэробно-лактацидного источника у взрослых, не занимающихся специальными, активно использующими субмаксимальный диапазон видами спорта [1,2]. В возрасте от 7 до 17 лет наблюдается постепенное возрастание W40 от 3,9 до 8,3 Вт/кг. Выделяется возраст 12 и 14-16 лет, когда приросты величины W40 наиболее значительны. В литературе имеются данные, подтверждающие значение этих возрастных периодов для развития гликолитического источника энергообеспечения [1; 11; 14].
Исходное уравнение Мюллера может быть использовано и для расчета параметров, характеризующих аэробную энергетику. В этом случае также должен быть задан определенный интервал. В свое время G. TomvaИ [15] предложил графический способ оценки показателя PWCmax, основанный на оценке длительности предельной работы при двух нагрузках и расчете мощности предельной работы длительностью шесть минут. Предполагалось, что полученные значения близки к величине МПК, и могут быть использованы для оценки максимальной аэробной мощности. В то же время известно, что район МПК характеризуется функционированием не только аэробного, но и анаэробно-лактацидного источников энергообеспечения. Для преимущественно аэробного энергообеспечения характерно функционирование в стационарном или квазистационарном режиме с длительным удержанием устойчивых потоков веществ и энергии. В связи с этим, для оценки возможностей «чисто аэробной» энергетики в нашем эксперименте был использован более длительный 15-минутный интервал, рассчитывая показатель W900 [1; 2]. На рисунке 1 представлен способ графического определения этой величины. Возрастные изменения также представлены в таблице 1. Показано, что от 7 до 17 лет этот показатель возрастает в два раза. В возрасте от 11 до 14 лет аэробные возможности мальчиков увеличиваются наиболее значимо. Сравнительно-возрастные сопоставления показывают ряд несоответствий. Выше уже отмечалось, что относительные значения МПК и Wкр в этом возрастном диапазоне практически не меняются, в то время как показатель W900 заметно увеличивается, четко отмечая возрастные периоды, когда аэробные возможности скелетных мышц по данным практики физического воспитания значительно возрастают [1; 4]. Совершенно очевидно, что это связано с возрастными изменениями зон относительной мощности. Это позволяет считать, что эргометрические методы оценки аэробных возможностей более адекватно отражают возрастные изменения рабочих возможностей аэробного источника энергии. Можно полагать, что представленный метод оценивает не всю мощность окислительного аппарата скелетных мышц, активируемую в режиме МПК, а только ту часть ее, которая наиболее полно используется в энергетическом обеспечении сократительного акта. По-видимому, это связано с тем, что в младшем школьном возрасте имеют место особенности окислительного метаболизма, связанные с высоким уровнем базаль-ного обмена и низкой эффективностью функционирования кислород-транспортной системы [6; 10; 13]. Все это способствует развитию аэробной энергетики, связанной, в первую очередь, с возможностью длительного функционирования в устойчивом состоянии.
ВЫВОДЫ
1. Возрастное развитие физической работоспособности и энергетики мышечный деятельности представляет собой сложный гетерохронный процесс.
2. Общая закономерность возрастного развития энергообеспечения мышечной деятельности определяется тем, что на этапах постнатального онтогенеза, соответствующему младшему школьному возрасту, у детей развиваются преимущественно аэробные механизмы, в то время как на более поздних этапах, при завершении пубертатного процесса, свое максимальное развитие находят анаэроб-но-гликолитические процессы.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Воробьев В.Ф. Индивидуальные особенности энергетического обеспечения мышечной работы // Новые исследования в психологии и возрастной физиологии. - 1991. - № 2 (6). - С. 86-89.
2. Воробьев В.Ф., Корниенко И.А. Интегральный показатель энергетического обеспечения мышечной деятельности // Новые исследования в психологии и возрастной физиологии. - 1990. - № 2 (4). - С. 123-126.
3. Карпман В.Л., Белоцерковский З.Б., Гудков И.А. Тестирование в спортивной медицине. - М.: Физкультура и спорт, 198. - 234 с.
4. Корниенко И.А., Сонькин В.Д., Воробьев В.Ф. Эргометрическое тестирование работоспособности // Моделирование и комплексное тестирование в оздоровительной физической культуре. - М. - 1991. - С. 68-82.
5. Корниенко И.А., Сонькин В.Д., Тамбовцева Р.В. Возрастное развитие энергетики мышечной деятельности // Физиология человека. - 2007. - Т. 33, № 6.
- С. 94-99.
6. Сонькин В.Д. Энергетическое обеспечение мышечной деятельности школьников: автореф. дис. ... д-ра биол. наук. - М., 1990. - 50 с.
7. Сонькин В.Д. Физическая работоспособность и энергообеспечение мышечной функции в постнатальном онтогенезе // Физиология человека. - 2007. -Т. 33, № 3. - С. 1-19.
8. Сонькин В.Д., Тамбовцева Р.В. Развитие мышечной энергетики и работоспособности в онтогенезе. - М.: Книжный дом «ЛИБРОКОМ», 2011. - 368 с.
9. Тамбовцева Р.В. Общие и частные закономерности возрастного развития энергообеспечения мышечной деятельности // Новые исследования. - 2011. - № 2.
- С. 73-83.
10. Тамбовцева Р.В. Индивидуальные и групповые варианты динамики показателей энергообеспечения мышечной функции у мальчиков младшего школьного возраста // Новые исследования. - 2012. - № 2. - С. 14-27.
11. Фарфель В.С., Шурышев Н.А. Силовые способности мальчиков 8-15 лет: Тезисы симпозиума: Развитие двигательных способностей у детей. - М., 1976. -С. 185-197.
12. Muller G. (цит. По: Фарфель В.С. Физиологические основы классификации физических упражнений // Физиология мышечной деятельности, труда и спорта. - Л.: Наука, 1969. - С. 425-439.
13. SonAkin V.D., Gutnik B.J., Tambovseva R.V. and Nash D. Ergometric Investigation of Work Capacity OntogenyA Influence of Exogenic and Endogenic Factors // Advances in Medicine and Biology. - 2010. - V.1. - P. 129-165.
14. Sonkin V., Tambovtseva R. Energy metabolism in children and adolescents // Bioenergetics/Kevin Clark (ed). - 2012. Chapter 5. pp.
15. Tornvall G. Assessment of physical capabilities // Acta Physiol. Scand. - 1963. - V. 58, suppl. 201. - P. 1-102.
