Оценка аэробной способности пациента. Показатели потребления кислорода

Обновлено: 18.05.2024

Проведено исследование показателей газообмена, гемодинамики и кислородных режимов организма в состоянии относительного покоя и при максимальной нагрузке у лиц с различным уровнем аэробных возможностей организма. Выявлена зависимость эффективности и экономичности кислородных режимов от уровня максимального потребления кислорода, от особенностей реакций отдельных звеньев газотранспортной системы организма на максимальную нагрузку и их соотношений. Эффективность и экономичность кислородных режимов в условиях максимальной нагрузки возрастает с ростом максимального потребления кислорода и преимущественно определяется сократительными возможностями сердца, транспортными возможностями крови и степенью утилизации кислорода тканями. Установлено, что наиболее эффективные и экономичные режимы характерны для лиц с хорошим и высоким уровнем максимального потребления кислорода за счёт наиболее оптимального соотношения степени мобилизации звеньев газотранспортной системы по сравнению с лицами с более низкими уровнями максимального потребления кислорода.

1. Ванюшин Ю.С. Компенсаторно-адаптационные реакции кардиореспираторной системы : автореф. дис. … докт. биол. наук : 03.03.01. - Казань, 2001. - 46 с.

2. Ванюшин Ю.С. Компенсаторно-адаптационные реакции кардиореспираторной системы при различных видах мышечной деятельности / Ю.С. Ванюшин, Ф.Г. Ситдиков. - Казань : Таглимат, 2003. - 128 с.

3. Ванюшин Ю.С. Типы реакции кардиореспираторной системы на физическую нагрузку / Ю.С. Ванюшин, Г.А. Павлова // Мат. XIX съезда Физиологического общества им. И.П. Павлова. - Екатеринбург, 2004. - С. 169-170.

4. Карпман В.Л. Сердечно-сосудистая система и транспорт кислорода при мышечной работе // Клинико-физиологические характеристики сердечно-сосудистой системы у спортсменов. Юбилейный сборник. - М. : РГАФК, 1994. - C. 12-39.

5. Колчинская А.З. Кислородный режим организма ребенка и подростка. - Киев : Наукова думка, 1973. - 326 с.

7. Хайруллин Р.Р., Ванюшин Ю.С. Адаптация спортсменов к нагрузке повышающейся мощности / Р.Р. Хайруллин, Ю.С. Ванюшин // Материалы Международной научно-практической конференции «Физиологические и биохимические основы и педагогические технологии адаптации к разным по величине физическим нагрузкам». - Казань : Поволжская ГАФКСиЮ, 2012. - Т. 1. - С. 225-228.

8. Юлдашев Р.Р. Типы реагирования кислородтранспортных систем организма на максимальную физическую нагрузку / Юлдашев Р.Р., Войтенко Ю.Л., Балыкин М.В // Физиология мышечной деятельности : Тез. докл. Междунар. конф. - М., 2000. - С. 170-172.

Введение

Кислородный режим организма (КРО), представляющий собой непрерывный процесс массопереноса и утилизации кислорода в организме при строго управляемых сочетаниях его параметров - скорости продвижения и парциальных давлений в каждом звене газотранспортной системы, является одним из объективных показателей уровня функционирования организма [5] Для оценки функционального состояния организма по КРО необходимо учитывать, за счёт чего достигаются необходимые скорости поэтапной доставки и потребления кислорода.

Согласно данным ряда исследований [1-4; 7; 8], величина потребления кислорода организмом, особенно в условиях максимальных физических нагрузок, определяется особенностями реакции каждого из звеньев газотранспортной системы, что определяет ту или иную степень экономичности и эффективности КРО.

Цель: исследование особенностей кислородных режимов в покое и при максимальной нагрузке у лиц с различным уровнем аэробных возможностей по уровню максимального потребления кислорода (МПК).

Материалы и методы

В исследовании приняли участие мужчины в возрасте 18-24 лет, из которых было сформировано 5 групп по уровням МПК согласно классификации Астранда [6].

Низкое потребление кислорода ≤ 38мл/мин/кг.

Умеренное потребление кислорода 39-43 мл/мин/кг.

Среднее потребление кислорода 44-51мл/мин/кг.

Хорошее потребление кислорода 52-56мл/мин/кг.

Высокое потребление кислорода ≥ 57 мл/мин/кг.

У исследуемых определяли показатели газообмена - потребление кислорода (VO2,) скорость поступления кислорода в лёгкие (qIO2), минутный объём дыхания (МОД), частоту дыхания (ЧД), артерио-венозную разницу по кислороду (Ca-vO); показатели гемодинамики - минутный объём крови (МОК), ударный объём (УО), частоту сердечных сокращений (ЧСС), скорость транспорта кислорода артериальной и смешанной венозной кровью (qaO2, qvO2) в состоянии относительного мышечного покоя и при выполнении ступенчато-повышающейся велоэргометрической нагрузки до уровня МПК с последующим расчётом параметров КРО.

Скорость транспорта поступления кислорода в лёгкие (мл/мин) рассчитывали по формуле:

где FIO2 - содержание кислорода во вдыхаемом воздухе (%).

Скорость транспорта кислорода артериальной кровью (об.%/ мин) рассчитывали по формуле:

где CaO2 - содержание кислорода в артериальной крови (об%).

Скорость транспорта кислорода смешанной венозной кровью (об.%/мин) рассчитывали по формуле:

где CvO2 - содержание кислорода в смешанной венозной крови (об.%).

Артерио-венозная разница по кислороду (об.%) рассчитывалась по формуле Фика:

Экономичность КРО оценивалась по вентиляционному эквиваленту (VE), коэффициенту использования кислорода в лёгких (КИO2), кислородному эффекту дыхательного цикла (Q2rc, мл), гемодинамическому эквиваленту (HE), кислородному эффекту сердечного цикла ( Q2cc, мл)

Эффективность кислородных режимов определялась по отношениям скорости поступления кислорода в лёгкие, скоростей транспорта кислорода артериальной и смешанной венозной кровью к потреблению кислорода - qIO2/VO2, qaO2/VO2 (коэффициент доставки кислорода), qvO2/VO2.

Результаты

Результаты исследования показали, что в состоянии относительного покоя показатели газообмена - VO2, qIO2, МОД, ЧД, Ca-vO2 (таблица 1, рис. 1-5) между группами существенно не различаются и соответствуют физиологическим нормам.

При максимальной нагрузке потребление кислорода по сравнению с состоянием относительного мышечного покоя достоверно увеличилось во всех группах. Наименьший прирост наблюдался в группе с низким уровнем МПК (в 10 раз), наибольший - в группе с высоким уровнем МПК (в 14,9 раза). Прирост потребления кислорода увеличивался с повышением уровня аэробных возможностей по МПК.

Соотношение приростов показателей qIO2, МОД и ЧД позволяет говорить о наиболее выраженной реакции звена внешнего дыхания в группе со средним уровнем МПК.

Рис. 1. VO2 при различных уровнях МПК. Рис. 2. qIO2 при различных уровнях МПК.

Рис. 3. МОД при различных уровнях МПК. Рис. 4. ЧД при различных уровнях МПК.

Рис. 5. Ca-vO2 при различных уровнях МПК. Рис. 6. МОК при различных уровнях МПК.

Рис. 7. УО при различных уровнях МПК. Рис. 8. ЧСС при различных уровнях МПК.

Параметры газообмена в покое и при максимальной нагрузке у лиц с различными уровнями МПК

* - различия достоверны по сравнению с состоянием покоя, p

Параметры гемодинамики в покое и при максимальной нагрузке у лиц с различными уровнями МПК

Параметры КРО в покое и при максимальной нагрузке у лиц с различными уровнями МПК

Рис. 9. qaO2 при различных уровнях МПК. Рис. 10. qvO2 при различных уровнях МПК.

Рис. 11. VE при различных уровнях МПК. Рис. 12. КИО2 при различных уровнях МПК.

Рис. 13. Q2rc при различных уровнях МПК. Рис. 14. HE при различных уровнях МПК.

Рис. 15. Q2cc при различных уровнях МПК. Рис. 16. qIO2/VO2 при различных уровнях МПК.

Рис. 17. qaO2/VO2 при различных уровнях МПК. Рис. 18. qvO2/VO2 при различных уровнях МПК.

По величине прироста Ca-vO2 при максимальной нагрузке между группами с низким умеренным и со средним уровнями МПК различий не выявлено (увеличение в 2,3 раза), в группе с хорошим уровнем МПК Ca-vO2 увеличилось в 2,4 раза, а наибольший прирост наблюдался в группе с высоким уровнем МПК - в 2,5 раза.

Показатели гемодинамики в состоянии относительного покоя и при нагрузке на уровне МПК представлены в таблице 2 и диаграммах (рис. 5-10). В состоянии относительного мышечного покоя значения параметров гемодинамики между группами также не имели существенных различий.

При максимальной нагрузке наименьшее увеличение МОК по сравнению с состоянием относительного покоя отмечено в группе с низким уровнем МПК (увеличение в 4 раза), а наибольшее в группе с высоким уровнем МПК - в 6,9 раза. При этом степень прироста МОК возрастала в зависимости от уровня потребления кислорода при максимальной нагрузке. В отношении УО наблюдалась подобная тенденция - увеличение в 1,6 раза в группе с низким МПК, в 2,6 раза - в группе с высоким уровнем МПК. Прирост ЧСС во всех группах не имел существенных различий. Соотношение этих показателей указывает на то, что с увеличением уровня МПК прирост МОК обеспечивается преимущественно за счёт УО, то есть за счёт сократительных возможностей сердца

В свою очередь соотношение приростов МОК, Ca-vO2, qaO2 при максимальной нагрузке при различных уровнях МПК позволяет говорить о наиболее оптимальном функционировании звеньев транспорта кислорода при высоком уровне МПК.

Это подтверждается анализом параметров КРО, представленных в таблице 3 и диаграммах (рис. 11-18). VE при максимальной нагрузке в группах с умеренным и средним уровнями МПК практически не изменился, а наиболее выраженное достоверное изменение отмечено в группе с высоким уровнем МПК (снижение на 29%). В отношении КИO2 достоверное увеличение при максимальной нагрузке наблюдалось в группах с хорошим уровнем (37%) и с высоким уровнем МПК (42%.). Минимальный прирост Q2rc был характерен для группы с низким уровнем МПК (увеличение в 3,7 раза), максимальный - для группы с высоким уровнем МПК (увеличение в 6 раз). Также наблюдалась зависимость степени прироста данного параметра от уровня аэробных возможностей организма. Во всех группах отмечалось достоверное снижение HE при максимальной нагрузке по сравнению с состоянием относительного покоя. В отношении динамики прироста Q2cc выявлена аналогичная зависимость от уровня МПК, что и для Q2rc. Снижение вентиляционного эквивалента и увеличение кислородного эффекта дыхательного и сердечного циклов указывает на повышение экономичности КРО организма с ростом уровня МПК.

Выводы

Анализ полученных результатов показал, что эффективность и экономичность КРО в условиях максимальной физической нагрузки зависит от уровня аэробных возможностей организма., зависящих от особенностей соотношения степени мобилизации отдельных звеньев газотранспортной системы при максимальной нагрузке.

Эффективность и экономичность КРО повышается с ростом уровня МПК, наиболее оптимальное соотношение показателей газообмена, гемодинамики и КРО наблюдалось у лиц с хорошим и высоким уровнями МПК.

Рецензенты:

Слесарёв С.М., д.б.н., профессор, зав. кафедрой биологии, экологии и природопользования Ульяновского государственного университета, г. Ульяновск;

Саенко Ю.В., д.б.н., доцент, начальник лаборатории молекулярной и клеточной биологии

НИТИ им. С.П. Капицы Ульяновского государственного университета, г. Ульяновск.

Максимальное потребление кислорода (МПК)

Дано определение МПК. Приведены значения МПК у нетренированных людей и спортсменов различного возраста, пола и специализации. Описаны прямые и косвенные методы оценки МПК у человека. Показана взаимосвязь МПК с процентом медленных мышечных волокон.

МПК (максимальное потребление кислорода)

Определение

МПК (максимальное потребление кислорода, англ. VO₂ max — maximal oxygen consumption) - максимально возможная скорость потребления кислорода организмом при выполнении физической работы (С.С. Михайлов, 2009). Другими словами, МПК характеризует собой то предельное количество кислорода, которое может быть использовано организмом в единицу времени.

Значение МПК

У нетренированных молодых людей МПК обычно равно 3-4 л/мин., у спортсменов высокого класса, выполняющих аэробные нагрузки МПК составляет 6-7 л/мин. Для исключения влияния на эту величину массы тела МПК рассчитывают на 1 кг массы тела. В этом случае у молодых людей, не занимающихся спортом, МПК равно 40-50 мл/мин кг, а у хорошо тренированных спортсменов 80-90 мл/мин кг.

В.Л. Карпман, З.Б. Белоцерковский и И.А. Гудков (1988) приводят следующие значения МПК для нетренированных (таблица 1) и тренирующихся (таблица 2) мужчин и женщин.

МПК и его оценка у нетренированных здоровых людей (В.Л. Карпман, З.Б. Белоцерковский и И.А. Гудков, 1988)

МПК у спортсменов и его оценка в зависимости от пола, возраста и спортивной специализации (В.Л. Карпман, З.Б. Белоцерковский и И.А. Гудков, 1988)

Группа А - лыжные гонки, бег (800 м и более), спортивная ходьба, современное пятиборье, велогонки (1 км и более), конькобежный спорт (1500 м и более), гребля академическая, на байдарках и каноэ, плавание (200 м и более), биатлон, лыжное двоеборье.

Группа Б - спортивные игры, единоборства (бокс, борьба, фехтование), спринтерские дистанции в легкой атлетике, беге на коньках, велоспорте, плавании; фигурное катание, легкоатлетические многоборья, прыжки в воду, художественная гимнастика.

Группа В - спортивная гимнастика, тяжелая атлетика, легкоатлетические метания, стрельба пулевая и стендовая, стрельба из лука, конный спорт, автомотоспорт.

Где используется МПК

С точки зрения биохимии МПК характеризует максимальную мощность аэробного пути ресинтеза АТФ: чем выше величина МПК, тем больше значение максимальной скорости тканевого дыхания. Это связано с тем, что практически весь поступающий кислород используется в этом процессе.

В спортивной практике МПК используется для характеристики относительной мощности аэробной работы, которая выражается потреблением кислорода в процентах от МПК. Например, относительная мощность работы, выполняемой с потреблением кислорода 3 л/мин. спортсменом, имеющим МПК, равное 6 л/мин, будет составлять 50% от уровня МПК, или 50% критической мощности (С.С. Михайлов, 2009).

МПК и физическая работоспособность

МПК является одним из распространенных и точных методов оценки физической работоспособности (А.С. Солодков, Е.Б. Сологуб, 2005). Это связано с тем, что величина потребляемого мышцами кислорода эквивалентна производимой ими работе. Следовательно, потребление организмом кислорода возрастает пропорционально мощности выполняемой работы.

Факторы, влияющие на уровень МПК

Величина МПК зависит от функционального состояния кардио-респираторной системы, от содержания в крови гемоглобина, а в мышцах - миоглобина, от количества и размеров митохондрий (С.С. Михайлов, 2009).

Методы оценки МПК

МПК может быть определен прямым и косвенными методами.

Прямой метод оценки МПК

Прямой метод оценки МПК предполагает использование велоэргометра или тредбана и оборудования для анализа выдыхаемого воздуха. При этом исследуемый должен выполнять работу «до отказа», что не всегда достижимо. Поэтому было разработано несколько косвенных методов оценки МПК.

Косвенные методы оценки МПК

К косвенным методам определения МПК относятся метод Astrand-Rhyming; тест Купера, расчет на основе величины PWC₁₇₀ и др.

Метод Astrand-Rhyming

Для оценки МПК этим методом нужна ступенька высотой 40 см для мужчин и 33 см для женщин, метроном; секундомер; медицинские весы; устройство для регистрации ЧСС.

Участник тестирования выполняет степ-тест в течение 5 мин. Темп восхождения на ступеньку - 22,5 цикла за минуту. Для того чтобы каждый удар метронома соответствовал одному шагу его устанавливают на показатель 90 уд/мин. В конце пятой минуты нагрузки регистрируется ЧСС. При отсутствии устройства для регистрации ЧСС, пульс подсчитывают пальпаторно в течение 10с восстановления после физической нагрузки. До или после нагрузки определяется масса тела тестируемого с точностью до 1 кг. В результате оценивается ЧСС за одну минуту после выполнения регламентированной нагрузки.

Рис.1. Номограмма для подсчета МПК (на рис. 1 МСК)

Тест Купера

Тест должен выполняться на дорожке стадиона. После старта участники тестирования пытаются в течение 12 мин. преодолеть как можно большую дистанцию. Регистрируется расстояние (с точностью до 1 м), которое исследуемый преодолел за 12 минут.

Следует отметить, что во время выполнения теста можно временно переходить на ходьбу или останавливаться на отдых. При наличии неприятных ощущений у тестируемого выполнение теста прекращается.

По показателям данного теста можно непрямым способом рассчитать значения МПК. Для этого используется следующая формула:

МПК=0,0268 х (преодоленная дистанция) - 11,3,

где: МПК, мл/кг мин. , а преодолеваемая дистанция - мили.

Определение МПК на основе PWC₁₇₀

Взаимосвязь между МПК и PWC₁₇₀ описывается формулой: МПК = 1,7 PWC₁₇₀ +1240

Для определения МПК у высококвалифицированных спортсменов циклических видов спорта В.Л. Карпман, З.Б. Белоцерковский и И.А. Гудков (1988) предлагают следующую формулу: МПК = 2,2 PWC₁₇₀ +1070

Взаимосвязь МПК и композиции мышечных волокон

Установлена взаимосвязь между содержанием в мышцах медленных мышечных волокон I типа и МПК (А.В. Самсонова, А.А. Крестинина, 2014). Полученные результаты свидетельствуют о том, что между процентным содержанием мышечных волокон I типа в m. vastus lateralis и МПК существует достоверная корреляционная зависимость (r = 0,807, p≤0,001). Наиболее адекватной моделью, описывающей исходные данные является линейная (рис.1). Коэффициенты регрессии достоверны (р≤0,001), стандартная ошибка предсказания равна 6,0, уравнение регрессии имеет вид:

где: х - процент медленных мышечных волокон в m. vastus lateralis, Y- МПК, мл/кг мин, рис.2.

Рис. 2. Корреляционное поле зависимости МПК от процента мышечных волокон I типа в m. vastus lateralis у мужчин не занимающихся спортом и спортсменов низкой квалификации (исходные данные получены из Staron R.S. et al., 1984).

Для элитных спортсменов, представителей разных видов спорта также существует высокая корреляционная зависимость между значением МПК и процентом содержания в мышцах мышечных волокон I типа (r=0,888, p≤0,01), (рис.3). Коэффициенты регрессии достоверны, (p≤0,01), стандартная ошибка предсказания равна 4,3. Уравнение регрессии имеет вид:

где: х - процент медленных мышечных волокон в m. vastus lateralis, Y- МПК, мл/кг мин, рис.3.

Рис. 3. Корреляционное поле зависимости МПК от процента мышечных волокон I типа в m. vastus lateralis у элитных спортсменов различных видов спорта (мужчины) (исходные данные получены из Gollnick P.D. et al., 1972)

Максимальное потребление кислорода (VO2 max)

ВОЗ рекомендует использовать в качестве одного из наиболее надежных показателей физической работоспособности человека величину максимального потребления кислорода (МПК или VO₂Max), которое является интегральным показателем аэробной производительности организма.

У среднего нетренированного молодого человека VO₂ max равен примерно 45 мл/кг/мин. У женщины - 38 мл/кг/мин. У знаменитого лыжника Бьорна Дели он равен 96 мл/кг/мин, а у лошади - 180 мл/кг/мин.

Потребление кислорода при мышечной работе увеличивается, как известно, пропорционально ее мощности. Однако такая зависимость имеет место лишь до определенного уровня мощности. При некоторых индивидуально предельных ее значениях (так называемой критической мощности) резервные возможности кардиореспираторной системы оказываются исчерпанными и потребление кислорода более уже не увеличивается даже при дальнейшем повышении мощности мышечной работы. Таким образом, максимальное потребление кислорода можно зарегистрировать только при нагрузках критической или надкритической мощности, когда функциональная мобилизация системы транспорта и утилизации кислорода достигает максимума (так называемого кислородного потолка). О максимизации аэробного обмена свидетельствует плато на графике зависимости потребления кислорода от мощности мышечной работы.

Каждое звено кардиореспираторной системы, которая объединяет комплекс систем и органов, может определять достаточность транспорта кислорода при нагрузке и, следовательно, играть лимитирующую роль. Однако в реальных условиях главным лимитирующим звеном в системе транспорта кислорода при интенсивной мышечной работе является система кровообращения.

Максимальное потребление кислорода — это то наибольшее количество кислорода, выраженное в миллилитрах, которое человек способен потреблять в течение 1 мин. Для здорового человека, не занимающегося спортом, МПК составляет 3200 — 3500 мл/мин, у тренированных лиц МПК достигает 6000 мл/мин.

Абсолютным критерием достижения испытуемым уровня максимального потребления кислорода(кислородного «потолка»), как уже было отмечено, является наличие «плато» на графике зависимости величины потребления кислорода от мощности физической нагрузки.

Наряду с абсолютным критерием существуют и косвенные критерии достижения МПК. К их числу относятся:

увеличение содержания лактата в крови свыше 100 мг;
увеличение дыхательного коэффициента (отношения количества выделенного углекислого газа к количеству потребленного кислорода в единицу времени) свыше 1;
повышение ЧСС до 180—200 уд/мин.

Схема графического определения МПК и «критической мощности» (WK!) при ступенчато повышающейся мощности нагрузки (W) до отказа [Аулик И. В., 1979]

Максимальное потребление кислорода зависит от массы работающей мускулатуры и состояния системы транспорта кислорода и отражает общую физическую работоспособность (теснейшим образом связано с изменением уровня физической подготовленности человека).

До 20 лет происходит увеличение величины МПК, с 25 до 35 лет — стабилизация и с 35 лет — постепенное снижение МПК. К 65 годам максимальное потребление кислорода уменьшается примерно на треть.

МПК зависит от генетических факторов, возраста и пола. У женщин в зрелом возрасте МПК в среднем ниже, чем у мужчин, на 20—30 %; эта разница несколько сглаживается в юном и пожилом возрасте. Диапазон вариаций величин МПК у женщин значительно меньше, чем у мужчин.

И у мужчин, и у женщин МПК тесно связано с уровнем тренированности, возрастом и массой тела (в еще большей степени с мышечной массой), поэтому его измеряют также и в относительных единицах — мл/кг/мин. Если сравнивать МПК, отнесенное на единицу мышечной массы, у мужчин и женщин одного возраста и уровня тренированности, то различия могут оказаться несущественными.

Определение МПК в настоящее время используется для решения вопросов профессиональной пригодности, оценки тренированности спортсменов, диагностики состояния сердечно-сосудистой системы и органов дыхания. Считается, что в течение рабочего дня энерготраты на физическую активность не должны превышать 25—35 % от уровня максимальной аэробной мощности. Превышение допустимо лишь на некоторый ограниченный период времени, длительность которого обратно пропорциональна интенсивности энергообмена. Например, при нагрузках на уровне около 50 % от МПК в течение полного рабочего дня работа может продолжаться без ущерба для здоровья не более 12 нед, а при нагрузках на уровне 65—70 % от МПК — не более 2—3 дней. Поэтому, если известна индивидуальная величина МПК, можно с достаточной надежностью рассчитать допустимые уровни интенсивности нагрузок (трудовых, тренировочных и т. п.). С этой целью используются таблицы энерготрат при разных видах деятельности и таблицу предельно допустимого времени для нагрузок разной интенсивности.

Предельная длительность физических нагрузок разной интенсивности (Карпман В. Л. и др., 1988)

Интенсивность мышечной работы, % от МПК

Предельное время работы

Результатом тренировки способности максимального потребления кислорода являются физиологические адаптации, такие как увеличение объема плазмы крови, систолического объема сердца и сердечного выброса, капилляризация и, в конечном итоге, максимальное потребление кислорода. Иными словами, данные адаптации вызывают повышение эффективности транспортировки и использования кислорода, что очень важно, поскольку во время тренировок и соревнований оказывается давление как на центральную нервную систему (включая сердце и легкие), так и на периферийную нервную систему (включая мышцы, капилляры и митохондрии). Таким образом, улучшение транспортировки кислорода к мышечным клеткам (и в особенности повышение эффективности использования кислорода) является залогом улучшения результативности при занятиях теми видами спорта, в которых аэробная система является доминирующей или играет очень важную роль.

Для достижения указанных эффектов требуется продолжительность периода тренировки от одной до шести минут при максимальном потреблении кислорода на уровне 90-100 процентов (более высокая интенсивность для более коротких повторений и меньшая интенсивность для более длительных повторений). Количество повторений, выполняемых за одну тренировку, зависит от определенной продолжительности соревнования: чем больше продолжительность, тем меньше количество повторений (продолжительных). Таким образом, в течение определенной тренировочной сессии спортсмен может извлечь одинаковую пользу от выполнения, например, шести повторений длительностью по три минуты каждое при 100-процентном максимальном потреблении кислорода или восьми повторений длительностью по пять минут каждое при 95-процентном максимальном потреблении кислорода.

Как уже указывалось, прямое определение максимального потребления кислорода осуществляется в процессе сложного и довольно громоздкого эксперимента. Изматывающий характер процедуры определения МПК делает невозможным частое изучение этого информативного показателя физической работоспособности. Помимо этого, субъективное отношение испытуемого к обследованию и, часто, его нежелание выполнять предельные нагрузки существенно отражаются на возможности точно определить максимум аэробной производительности. В связи со сказанным понятна актуальность использования методик расчета величины МПК непрямыми методами.

Непрямые методы измерения МПК основаны на принятии положения о линейной зависимости между мощностью нагрузки, с одной стороны, и ЧСС или текущим потреблением кислорода — с другой. Во время дозированной нагрузки у испытуемых подсчитывают ЧСС, а МПК получают путем экстраполяции кривой зависимости «нагрузка — ЧСС». Обычно для этой цели используются формулы или номограммы.

К использованию непрямых методов измерения МПК прибегают, если нет соответствующей аппаратуры для прямого измерения МПК, в случаях, когда противопоказаны большие физические нагрузки (например, в пожилом возрасте), а также в повседневной практике.

Результаты многих исследований свидетельствуют о том, что непрямые методы измерения МПК являются достаточно точными. Поэтому к их использованию можно прибегать и при обследовании хорошо тренированных спортсменов, за исключением тех, спортивные результаты которых прямо зависят от состояния системы транспорта кислорода.

В настоящее время наиболее распространенными из существующих непрямых способов определения максимального потребления кислорода являются следующие.

Метод Астранда (1960) основан на использовании номограммы. Испытуемый выполняет однократную нагрузку на велоэргометре или путем подъемов на ступеньку (высота которой составляет 40 см для мужчин и 33 см для женщин) с постоянной частотой, составляющей 22,5 подъема в минуту (90 ударов метронома в минуту). На 5-й минуте нагрузки регистрируется ЧСС. Если это сделать невозможно, ЧСС подсчитывают в течение первых 10 с восстановления после нагрузки. Затем по номограмме находят соответствующее значение МПК.

Определение МПК по результатам теста PWC170. Величина PWC170 и величина МПК каждая в отдельности характеризуют физическую работоспособность человека. Между ними имеется взаимосвязь, близкая к линейной (коэффициент корреляции, по данным разных авторов, равен 0,7—0,9). В. Л. Карпманом предложена формула:

МПК = 1,7PWC170 + 1240.

Для спортсменов высокой квалификации и тренирующихся на выносливость эта формула имеет вид:

МПК = 2,2PWC170 + 1070.

По данным автора, величины МПК, полученные путем этого расчета, дают ошибку, не превышающую ±15 % величины МПК, полученной прямым методом. Расчетные (косвенные) методы менее точны, чем прямые, однако они очень удобны для использования в повседневной практике.

К сожалению, современные ученые пришли к выводу, что во многом этот показатель наследуется. А главная неприятность в том, что вы наследуете также способности улучшать этот показатель. А ведь именно от уровня потребления кислорода мышцами зависит, например, то, как быстро вы умеете бегать и как долго можете держать эту скорость. То есть ваши родители уже определили за вас насколько ваше тело восприимчиво к тренировкам. И поэтому если ваш сосед за год улучшил свой результат в марафоне на 25 минут, а вы все еще «сидите» в группе четырех часовых марафонцев, не стоит думать, что все зависит от уровня нагрузки и количества километров в неделю. Это может значить, что ваш организм менее восприимчив к нагрузкам. Вам надо проанализировать ваши данные и поменять стиль тренировок. Многочисленные исследования доказали, что все реагируют по разному на одни и те же нагрузки. У некоторых после 5 недель беговых тренировок по 50 минут 4 раза в неделю, VO2max увеличивается на 40 %, а у некоторых не увеличивается вообще.

Можем ли мы улучшить VO2max и как это сделать, если природа нас обделила талантом и сильной сердечнососудистой системой? Безусловно, лимит VO2max есть у каждого. Но если вы стремитесь к повышению своих результатов, если хотите быстрее и дольше бегать, вам надо работать над улучшением этого показателя. Может вам понадобиться немного больше времени, чтобы выйти на свой пик VO2max, чем другим более удачливым бегунам, например, родившимся в семье кенийских фермеров. Но ставить на себе крест, если у вас не все получается не стоит. Прогресс возможен и причем даже у людей старше 50 лет.

В 2007-2008 годах норвежские ученые провели самые масштабные в истории по количеству участников эксперимента тесты динамики VO2max и выявили, что при регулярном тренировочном процессе любой человек рано или поздно достигнет хорошего уровня этого показателя. Не элитного, но на уровне 65-75 мл/кг/мин. Эти исследования проводились среди мужчин и женщин от 20 до 90 лет (кол-во участников - 4631 человек). Анализ такой подробной базы данных показателя VO2 max и дал ученым право утверждать, что, несмотря на определенные генетикой пределы, вы можете улучшить свою спортивную форму и даже в 60 лет иметь этот показатель выше, чем у 20-ти летнего юноши, ведущего малоподвижный образ жизни. Но самое приятное в том, что норвежцы на базе этой статистики подтвердили общеизвестный факт, что хорошая физическая форма (хороший уровень VO2max) снижает уровень рисков сердечнососудистых заболеваний, тромбозов и проблем с вегетативной нервной системой организма.

Улучшить показатель VO2max может каждый. Спортивные физиологи в один голос утверждают, что интервальные тренировки являются сильнейшим фактором в этом процессе. Делайте усилия на пределах ваших возможностей, с перерывами на отдых. Например, 6-8 интервалов быстрого бега на 400-800 метров с перерывами на легкий бег или ходьбу в течение 1-2 минут. Темповый бег на 20-30 минут также является отличной тренировкой.

Но самый быстрый способ улучшить форму - бег по холмам. Усилие при подъеме в гору не только «раскачивает» пульс до предельных размеров, но и дает нагрузку на мышцы ног. Найдите довольно крутой подъем на 60-100 метров. Забегайте на эту горку на полной скорости, а вниз «трусите» в свое удовольствие. Если вам повезло и рядом с домом есть холмистый маршрут для пробежки, можете не только делать на нем длинные медленные тренировки, но и бегать фартлеки. Бегите с разным темпом подъемы и спуски, один раз делая максимальное усилие на подъемах и отдыхая на спусках, в другой раз наоборот. Вы увидите, что «горные» тренировки дадут довольно быстрый эффект и прибавят вам не только мощи, но и выносливости. Знаменитая марафонка Гретте Вайц регулярно бегала горки в пригороде Осло, где она жила. Она бегала по холмам и зимой и летом, не смотря на погоду и обледенение, считая бег по холмам главной тренировкой недели.

Работая над улучшением VO2 max, не забывайте, что главное - правильно восстановиться после трудной тренировки. Здесь километраж имеет меньшее значение, чем полное восстановление.

Можно ли улучшить скорость и выносливость, если от природы VO2 max у вас низкий и плохо поддается улучшению? Да можно, утверждает физиолог Мэтт Фитцджеральд. В этом случае, вам надо дополнить тренировочные графики силовыми упражнениями на мышцы ног и корпуса, наращивая с помощью этого капиллярную сеть, доставляющую кислород к мышцам. Работайте над экономичностью бега, больше времени уделяя специальным беговым упражнениям на технику бега. Снижайте вес и жировую массу. Здесь логика та же, что и в автомобиле. Не факт, что машина с большим объемом двигателя в литрах будет быстрее, чем ее более маленькая конкурентка. Многое в скорости разгона автомобиля зависит от его веса и его КПД, то есть от того насколько эффективно автомобиль использует литры бензина и свои лошадиные силы. Анализируя свои спортивные и физиологические параметры, несмотря на генетические лимиты, вы сможете достичь своего идеала.

Возможности нагрузочного тестирования с газовым анализатором (эргоспирометрия)

Эргоспирометрия — это единственный на современном этапе развития медицины, метод качественной и количественной оценки реакций и взаимодействия сердечно-сосудистой и дыхательной систем, а также метаболического ответа организма во время физических нагрузок. Нагрузочное тестирование с газовым анализом используется с 70-х годов прошлого века и считается эталонным методом оценки работоспособности человека.

Технически эргоспирометрия представляет собой максимальный нагрузочный тест, во время которого у пациента постоянно контролируются показатели легочного газообмена: потребление кислорода, продукция углекислого газа, минутная вентиляция легких и ее составляющие - дыхательный объем и частота дыхания. Кроме того, во время тестирования проводится мониторинг артериального давления, электрокардиография, определение насыщения крови кислородом с помощью пульсоксиметра или инвазивное исследование газов крови.

Эргоспирометрия - малоизвестный в России метод, применяется за рубежом достаточно широко: в спортивной и реабилитационной медицине, кардиологии, пульмонологии, кардиохирургии, торакальной и общей хирургии. Показаниями к проведению эргоспирометрии являются, в частности:

оценка физической работоспособности

планирование физических тренировок и оценка их эффекта в сердечно-легочной реабилитации

диагностика причин снижения переносимости физических нагрузок

объективная оценка тяжести состояния пациента при несоответствии жалоб больного данным исследования в покое

оценка степени тяжести сердечной недостаточности и прогноза пациентов

оценка эффективности лечения при сердечной и дыхательной недостаточности

отбор кандидатов на пересадку сердца

оценка прогноза хирургического лечения, например, при операциях большого объема у пожилых пациентов

Особую роль играет эргоспирометрия в спортивной медицине. Это единственный, не имеющий аналогов, метод оценки выносливости организма спортсменов. Он позволяет объективно оценить уровень тренированности спортсмена, его перспективность в плане дальнейшего повышения спортивного результата.

На первых этапах физических нагрузок получение энергии происходит за счет аэробных процессов, то есть энергия необходимая для работы получается с помощью окисления продуктов расщепления белков, жиров и углеводов до воды и углекислого газа. Чем дольше на фоне возрастающей физической нагрузки протекают процессы окисления, тем выше аэробная работоспособность человека. В видах спорта, где важна выносливость организма, результат спортсмена очень сильно зависит от аэробных возможностей, которые отображает показатель максимального потребления кислорода, так как переносимость физических нагрузок прямо пропорционально способности организма увеличивать потребление кислорода. При достижении максимального потребления кислорода - достигается максимальная физическая работоспособность. Основной целью эргоспирометрии и является оценка максимального потребления кислорода. Данный показатель без преувеличения помогает прогнозировать - быть ли спортсмену в резерве или стать одним из лучших в своем виде спорта.

Во время нагрузочного тестирования с газовым анализом определяется также необходимый для оценки резервных возможностей организма спортсмена показатель - анаэробный порог. Чем выше уровень анаэробного порога, тем больше резервные возможности организма спортсмена. Достижение анаэробного порога - этапа, на котором организм не способен больше получать энергию с использованием кислорода и начинаются процессы анаэробного гликолиза, свидетельствует о начале метаболического ацидоза, вызванного увеличением содержания молочной кислоты в тканях во время нагрузки. Анаэробный гликолиз - это процесс распада глюкозы, протекающий в тканях организма человека без потребления кислорода. Конечным продуктом гликолиза является молочная кислота.

Кроме того, эргоспирометрия самый точный инструмент для расчета индивидуальных зон интенсивности тренировок спортсменов в видах спорта, требующих высоких аэробных возможностей организма. К ним относятся все игровые виды спорта, фигурное катание, конькобежный спорт, бег, большой теннис и так далее. Зоны интенсивности рассчитываются строго индивидуально с учетом обменных процессов происходящих в организме во время нагрузок. Точное дозирование нагрузки без знания мощности нагрузки и частоты сердечных сокращений в момент наступления анаэробного порога считается в спортивной медицине невозможным.

Результаты эргоспирометрии используются спортивными врачами также для составления индивидуального плана тренировок в восстановительном периоде после травм, длительного отсутствия тренировок по каким-либо причинам. Нагрузочное тестирование в данной ситуации помогает объективно оценить степень детренированости спортсмена и избежать чрезмерных нагрузок на организм на первых этапах тренировок.

Использовать нагрузочное тестирование с газовым анализом рекомендуется три - четыре раза в год у спортсменов; раз в год людям, занимающимся оздоровительной физической культурой. Спортсменам рекомендуется проводить эргосприрометрию в начале и в конце подготовительного периода и незадолго до начала игрового периода.

3.6. Максимальное потребление кислорода (МПК), методы определения и оценка

Максимальное потребление кислорода - это важнейший показатель адаптации сердечно-сосудистой и дыхательной систем. Также МПК - важнейший показатель, свидетельствующий о степени тренированности на выносливость.

МПК - это то, максимальное количество кислорода, которое может быть перенесено к тканям и использовано ими при предельно интенсивной нагрузке.

МПК (уравнение Фика) = произведению сердечного выброса на артериовенозную разницу по кислороду.

Сердечный выброс = произведению ЧСС на ударный объем (количество крови, выбрасываемое сердцем за одно сокращение).

Артериовенозная разница по кислороду - это разница между объемной концентрацией кислорода в артериальной и венозной крови.

Сердечный выброс отражает доставку кислорода к тканям, а артериовенозная разница по кислороду отражает потребление кислорода тканями.

МПК является мерой аэробной мощности и интегральным показателем состояния системы транспорта кислорода, это основной показатель продуктивности кардиореспираторной системы.

Величина МПК - один из важнейших показателей, характеризующих общую физическую работоспособность спортсмена. Определение МПК особенно важно для оценки функционального состояния спортсменов, тренирующихся на выносливость.

МПК - это показатель адаптации кардиореспираторной системы, а также показатель степени тренированности на выносливость.

Максимальное потребление кислорода (МПК) определяют прямым и непрямым методами.

а) Прямым методом МПК определяют в ходе выполнения нагрузки на велоэргометре или тредмиле, с использованием соответствующей аппаратуры для забора кислорода и количественного его определения.

Прямое измерение МПК при тестирующих нагрузках трудоемко, требует специальной аппаратуры, высокой квалификации медицинского персонала, максимальных усилий от спортсмена, значительной затраты времени. Поэтому чаще используют непрямые методы определения МПК.

б) При непрямых методах величину МПК определяют, используя соответствующие математические формулы:

1) Непрямой метод определения МПК (максимального потребления кислорода) по величине PWC₁₇₀. Известно, что величина PWC170 высоко коррелирует с МПК. Это позволяет определить МПК по величине PWC170 с помощью формулы, предложенной В. Л. Карпманом:

Для спортсменов, специализирующихся в скоростно-силовых видах спорта, применяется формула:

Для спортсменов, тренирующихся на выносливость, применяется формула: МПК=2,2PWC₁₇₀+1070.

2) Непрямой метод определения МПК (максимального потребления кислорода) по формуле Д. Массикоте - по результатам бега на 1500 метров:

МПК = 22,5903 + 12,2944 + результат (сек) - 0,1755 х массу тела (кг).

Для сравнения МПК спортсменов, пользуются не абсолютным значением МПК (л/мин), а относительным значением МПК. Относительные значения МПК получают, разделив абсолютную величину МПК на массу тела спортсмена в кг. Единица относительного показателя - мл/мин/кг.

Пробы с предельными нагрузками рекомендуется проводить в циклических видах спорта, требующих максимального проявления выносливости, где результаты проб в наибольшей степени коррелируют с истинными показателями спортивной работоспособности.

Читайте также: