Взаимообусловленность общей физической работоспособности и типов энергообеспечения мышечной деятельности

Взаимообусловленность общей физической работоспособности и типов энергообеспечения мышечной деятельности легкоатлетов - спринтеров и стайеров

Э.А. Лазарева Ульяновский государственный университет, Ульяновск 

Введение. 

Понятие "физическая работоспособность" широко используется в физиологии труда, спорта, авиации [26, 34, 19, 8] и является интегральным показателем физических возможностей человека [3, 24, 16, 6, 13]. Для определения общей физической работоспособности человека используются показатель максимального потребления кислорода (МПК) [35, 27, 11, 15, 5, 37, 14], данные теста PWC170 [40, 14, 9, 10], а также параметры анаэробного порога [11, 29, 25, 7, 28, 23, 13]. Эти показатели являются некими критическими точками, по которым можно установить общую подготовленность спортсменов и специфические сдвиги в системе энергообеспечения мышечной деятельности в ответ на предъявляемую нагрузку. 

Наибольшее распространение в оценке общей физической работоспособности получил метод определения МПК. Он широко используется в различных областях физиологии и применяется не только для определения состояния тренированности спортсменов [27, 36], но и для оценки уровня профессиональной трудоспособности [33, 42], воинской пригодности [3] и в целях диагностики сердечно-сосудистых и легочных заболеваний [3]. Отражая максимальную аэробную производительность и будучи эквивалентен производимой организмом работе, МПК рекомендован Всемирной Организацией Здравоохранения (ВОЗ) как один из наиболее надежных показателей оценки общей физической работоспособности и дееспособности человека [31, 38]. 

Имеются сведения о взаимообусловленности общей физической работоспособности и энергетического обеспечения мышечной деятельности человека [21]. Цель настоящей работы - определение характера взаимоотношений между общей физической работоспособностью и типами энергетического обеспечения мышечной деятельности у легкоатлетов, специализирующихся в беге на короткие (спринтеры) и длинные (стайеры) дистанции, преодоление которых, как известно [20, 22, 12], связано с различным вкладом основных источников энергии в общую энергопродукцию. 

Методы и организация исследования. В исследовании приняли участие 55 юношей в возрасте 17 - 21 года. Испытуемые были разбиты на три группы. Первую (контрольную) группу составили нетренированные юноши. Во вторую и третью группы вошли легкоатлеты - спринтеры и стайеры высших спортивных разрядов. 

Характеристики индивидуальных особенностей энергообеспечения принято описывать в терминах мощности и емкости энергетического источника, которые можно рассчитать по уравнению A. Мюллера [39], описывающему зависимость предельного времени удержания нагрузки от мощности выполняемой нагрузки, а также емкости систем энергообеспечения и имеющему следующий вид: 

tlim = eb/Wa, 

где tlim - предельное время удержания заданной нагрузки, е - основание натурального логарифма, W - мощность нагрузки, а и b - показатели, отражающие индивидуальные характеристики энергообеспечения. 

Для отнесения испытуемых к тому или иному типу энергообеспечения с помощью уравнения А. Мюллера [39] в зависимости от времени удержания нагрузки рассчитывали индивидуальные коэффициенты a и b, отражающие емкостные возможности анаэробно-гликолитического и аэробного источников энергии, а также мощность нагрузки, которую испытуемый может поддержать в течение 10, 40, 240 и 900 с: W10, W40, W240 и W900 соответственно. 

Для определения показателей а и b оценивали предельную продолжительность работы испытуемого на велоэргометре "Ритм ВЭ-05" при двух (W1 и W2) различных по мощности нагрузках [17, 16, 13]. Первая тестирующая нагрузка соответствовала зоне большой (W1 = 4,5 Вт/кг), а вторая - зоне субмаксимальной (W2 = 9 Вт/кг) мощности. Испытуемые выполняли тестирующие нагрузки "до отказа". За отказ от работы принимали прекращение педалирования либо резкое снижение его интенсивности. На основе расчета индивидуальных коэффициентов a и b, а также мощностных показателей W10, W40, W240 и W900 испытуемые были разделены на три типа энергообеспечения: анаэробный, смешанный и аэробный. 

Общую физическую работоспособность определяли с помощью МПК по тесту со ступенчато возрастающей нагрузкой. Нами использовался метод прямого определения МПК [2, 3], так как главным недостатком косвенных методов является их дедуктивность [14]. 

Продолжительность работы на каждой ступени составляла 3 мин. Во время выполнения нагрузки (на каждой ступени) измеряли ЧСС, регистрируя данные на электрокардиографе. 

Величину легочной вентиляции определяли методом Дугласа - Холдена, заключающимся в том, что испытуемый дышит через респираторную маску, соединенную резиновым шлангом с мешком из прорезиненной материи; устройство клапанов таково, что при вдохе наружный воздух поступает в легкие, а выдыхаемый - собирается в мешках Дугласа. Мешки Дугласа с выдохнутым воздухом в последующем переносили к газоанализатору Spyrolit и газовым часам. С помощью газоанализатора измеряли величину дефицита кислорода (О2*), а с помощью газовых часов - минутный объем дыхания - легочную вентиляцию (МОД) для последующего расчета МПК [1]: 

МПК = МОД х О2* / 100, 

где О2* - дефицит кислорода. 

Результаты и обсуждение. В результате проведенного велоэргометрического тестирования и расчета арифметических значений коэффициентов a и b, а также мощностных показателей W10, W40, W240 и W900 были определены типы энергетического обеспечения мышечной деятельности испытуемых 

В группе нетренированных юношей выявлено три типа энергообеспечения: анаэробный (36%), смешанный (40%) и аэробный (24%). Группа спринтеров в100% случаев была представлена юношами с анаэробным типом энергетики. У стайеров доминирующим (в 100% случаев) типом энергообеспечения оказался аэробный. 

Для юношей-спринтеров характерны меньшие значения времени удержания первой (W1), аэробной по своей природе, нагрузки (tlim = 73,846±1,229 с). Время удержания второй (W2) нагрузки, соответствующей зоне субмаксимальной мощности и являющейся по своей природе анаэробной, составило 36±1,025 с. Юноши-спринтеры характеризуются наибольшими значениями показателей W10 (33,333±3,141) и W40 (8,211±0,221). Среднегрупповые значения показателей W240 и W900, характеризующие рабочие возможности в зоне смешанной и аэробной энергопродукции, минимальны - 1,436±0,08 для W240 и 0,413±0,043 для W900. 

Спортсмены-стайеры, представленные исключительно аэробным типом энергопродукции, имеют максимальные значения показателей W900 (4,486±0,012) и W240 (5,803±0,016), которые характеризуют функциональные возможности в зоне аэробной и смешанной энергопродукции. Это находит отражение в больших значениях времени удержания первой (W1), более аэробной, нагрузки (tlim = 888,059±12,301 с) по сравнению со второй (W2), субмаксимальной, нагрузкой (tlim = 25,294±0,799 с). Значения мощностных показателей W40 и W10, отражающих развитие анаэробных источников энергии у стайеров, составили 8,228±0,044 и 10,781±0,085 соответственно. 

Полученные данные о преобладании среди юных спортсменов-спринтеров с анаэробным, а среди стайеров - с аэробным типом энергопродукции перекликаются со многими работами, касающимися исследования профиля энергетического обмена [11, 18] и различий в организации скелетной мускулатуры [41, 32, 30] у спринтеров и стайеров. 

Высокие показатели аэробной производительности у стайеров объясняются тем, что аэробная производительность в наибольшей мере проявляется при тех нагрузках, где имеется возможность полного удовлетворения кислородного запроса и где длительное время сохраняется устойчивый уровень потребления кислорода [11, 18]. Анаэробная же производительность, при которой отсутствует возможность обеспечить работающие мышцы адекватным количеством кислорода, играет определяющую роль в кратковременных упражнениях высокой интенсивности [11, 4]. 

Определение общей физической работоспособности по тесту со ступенчато возрастающей нагрузкой выявило, что самые низкие значения МПК, а следовательно и общей физической работоспособности, характерны для группы нетренированных юношей. Спортсмены-легкоатлеты имеют более высокий уровень общей физической работоспособности по сравнению с нетренированными юношами. Среди легкоатлетов общая физическая работоспособность выше у стайеров, чем у спринтеров. 

Исходя из того что аэробный механизм ресинтеза АТФ отличается наибольшей производительностью [4, 12], испытуемые, имеющие аэробный тип энергообеспечения, должны характеризоваться более высоким уровнем физической работоспособности. Производительность же анаэробных процессов значительно меньше [4, 12], в связи с чем следует ожидать, что испытуемые, характеризующиеся анаэробным типом энергопродукции, должны иметь меньшие значения физической работоспособности, чем испытуемые с аэробным типом энергетики. 

При сопоставлении уровня физической работо-способности и типа энергообмена обнаружено, что спортсмены-стайеры, характеризующиеся самым высоким уровнем физической работоспособности, имеют аэробный тип энергетики, а спортсмены -спринтеры, имеющие более низкие значения физической работоспособности, являются представителями анаэробного типа энергопродукции. 

Заключение. Велоэргометрическое тестирование позволило выявить у юношей 17 - 21 года три типа энергообеспечения: анаэробный, смешанный и аэробный. Нетренированные юноши представлены на 36% анаэробным, на 40% смешанным и на 24% аэробным типом энергопродукции. Доминирующим типом энергетики у легкоатлетов-спринтеров является анаэробный (100%), а у стайеров - аэробный (100%), что определяет наибольшую работоспособность спринтеров в зоне максимальной, а стайеров - в зонах умеренной и большой мощности. 

Самый низкий уровень общей физической работоспособности характерен для нетренированных юношей. Среди легкоатлетов общая физическая работоспособность выше у стайеров по сравнению со спринтерами. Более высокие показатели работоспособности стайеров определяются большим вкладом аэробного источника в общую энергопродукцию, а более скромные величины работоспособности спринтеров связаны с преобладанием у них анаэробных энергопоставляющих процессов, являющихся, как известно, менее производительными. 

Список литературы

1. Аверьянов В.А., Карев И.И. Газовый анализ воздуха для функционально-диагностических целей. Л.,1976, с. 23 - 30. 

2. Аулик И.В. Определение физической работоспособности в клинике и спорте. - М.: Медицина, 1979. - 192 с. 

3. Аулик И.В. Определение физической работоспособности в клинике и спорте. - М.: Медицина, 1990, с. 10 - 170. 

4. Биохимия: Учебник для ин-тов физ. культуры / Под ред. В.В. Меньшикова, Н.И. Волкова. - М.: ФиС, 1986. - 384 с. 

5. Борилкевич В.Е. О применении респираторных показателей при оценке физической работоспособности // Вопросы физического воспитания студентов. - Л.: Изд. ЛГУ, 1974, вып. 9, с. 49 - 57. 

6. Борилкевич В.Е. К вопросу о понятии феномена "Физическая работоспособность" // Теория и практика физ. культуры. 1983, № 9 - 10, с. 18 - 19. 

7. Булнаева Г.И. Определение и оценка порога анаэробного обмена у спортсменов в циклических видах спорта. М.,1986, с. 5 - 68. 

8. Бурчик М.В., Зайцева В.В., Сонькин В.Д. Физическая работоспособность в условиях 120-суточной антиортостатической гипокинезии и факторы, ее обусловливающие // Физиология человека. 2000. т. 26, № 4, с. 88 - 93. 

9. Вайнбаум Я.С., Аскеров А.А. Степ-тест с субмаксимальной нагрузкой для оценки физической работоспособности // Теория и практика физ. культуры. 1970, № 2, с. 26 - 28. 

10. Велитченко В.К., Перхуров А.М. Модельное тестирование как метод контроля за функциональной подготовленностью юных спортсменов // Вестник спортивной медицины России. 1993, № 4, с. 15 - 21. 

11. Волков Н.И. Энергетический обмен и работоспособность человека в условиях напряженной мышечной деятельности: Автореф. канд. дис. М., 1968. - 57 с. 

12. Волков Н.И. Биоэнергетические процессы при мышечной деятельности // Физиология человека: Учебник для вузов физ. культуры и фак. физ. воспитания пед. вузов. М., 2001, с. 259 - 308. 

13. Зайцева В.В., Сонькин В.Д., Бурчик М.В. и др. Оценка информативности эргометрических показателей работоспособности // Физиология человека. 1997, т. 23, № 6, с. 58. 

14. Карпман В.Л., Белоцерковский З.Б., Гудков И.А. Тестирование в спортивной медицине. - М.: ФиС,1988. - 208 с. 

15. Колчинская А.З. Кислородные режимы организма ребенка и подростка. - Киев: Здоровье, 1973. - 319 с. 

16. Корниенко И.А., Сонькин В.Д., Воробьев В.Ф. Эргометрическое тестирование работоспособности // Моделирование и комплексное тестирование в оздоровительной физической культуре: Сб. науч. трудов ВНИИФК. М., 1991, с. 68. 

17. Король В.М., Сонькин В.Д. Мышечная работоспособность подростков 13-14 лет // Физиология человека. 1983, т. 9, № 6. с. 907. 

18. Коцарь Ю.А. Оценка динамики показателей функциональных резервов легкоатлетов в спринтерских и стайерских двигательных режимах с помощью автоматизированных программ: Канд. дис. Кемерово, 1997, с. 5. 

19. Кузив П.П., Сливка Ю.И. Физическая работоспособность и состояние центральной гемодинамики у женщин с алиментарным ожирением в процессе разгрузочно-диетической терапии // Физиология человека. 1998, т. 24, № 1, с. 141 - 142. 

20. Озолин Э.С. Спринтерский бег. - М.: ФиС, 1986. - 156 с. 

21. Пискова Д.М. Индивидуализация физического воспитания юношей 17-18 лет на основе учета структуры моторики: Автореф. канд. дис. М., 1996. - 24 с. 

22. Смирнов М.Р. Теоретические основы беговой нагрузки. - Новосибирск. 1996. - 216 с. 

23. Сонькин В.Д. Энергетическое обеспечение мышечной деятельности школьников: Автореф. докт. дис. М., 1990. - 50 с. 

24. Сонькин В.Д. Энергетика мышечной деятельности // Физиология подростка / Под ред. Д.А. Фарбер. - М.: Педагогика, 1988, с. 83 - 93. 

25. Суслов Ф.П., Попов Ю.А., Кулаков В.Н. и др. Бег на средние и длинные дистанции. - М.: ФиС, 1982. - 150 с. 

26. Фарфель В.С. Физиологические особенности работ различной мощности // Исследования по физиологии выносливости: Труды ЦНИИФК. М., 1949, т. 7, вып. 3, с. 238. 

27. Фарфель В.С., Михайлов В.В. Максимальное потребление кислорода как показатель объема окислительных процессов и общей работоспособности организма // Кислордный режим организма и его регулирование. - Киев: Наукова думка, 1966. - 254 с. 

28. Ширковец Е.А. Концепция анаэробного порога в спортивной практике и критический анализ методов его определения // Теория и практика физ. культуры. 1986, № 3, с. 37 - 40. 

29. Ширковец Е.А., Кубаткин Н.И. Анаэробный порог и критическая скорость - факторы управления тренировкой спортсмена // Теория и практика физ. культуры. 1975, № 8, с. 19 - 25. 

30. Язвиков В.В. Состав мышечных волокон скелетных мышц спортсменов, выполняющих работу различной длительности и мощности // Архив анатомии, гистологии и эмбриологии. 1989, т. 96, № 2, с. 49. 

31. Andersen K.L., Shephard R.J., Denolin H. et al. Fundamentals of exercise testing. - Geneva. - 1971. - 320 p. 

32. Apple Fred S., Tesch Per A. CK and LD isozymes in human single muscle fibers in traind athletes // J. Appl. Physiol. - 1989. - V. 66. - № 6. - P. 2717. 

33. Astrand P.-O. Aerobic work capacity in men and women with special referenses to age // Acta Physiol. Scand. - 1960. - 49. - Suppl. № 169. - P. 88. 

34. Astrand P.-O., Rodahl K. Textbook of work physiology. N.Y.: McGraw-Hill. - 1970. - 669 P. 

35. Hill A.V. Muscular movement in men. N. Y.: McBraun-Hill Co. - 1927. - 104 P. 

36. Hollman W. Hoch-tund Dauerleistugsfahigkeit des Sportlers. -Munchen. - 1963. - 150 s. 

37. Margaria R. Biomechanics and energetics of muscular exercise. - Oxford: Clarendon Press, 1976. - 146 p. 

38. Masironi R., Denolin H. Physical activity in Disease prevention and treatment. - Piccin: Butteworths. - 1985. - 126 p. 

39. Muller A. // Цит. по Фарфелю В. С. Физиологические основы классификации физических упражнений // Физиология мышечной деятельности труда и спорта. Л., 1969, c. 425. 

40. Sjostrand T. Changes in the Respiratory organs of workmen at one oresmelding work // Acta Med. Scand. - 1947. - Suppl. 196. - P. 687 - 699. 

41. Thorstensson A. Muscle strength, fibre types and enzyme activites in man // Acta Physiol. Scand. (Suppl.) - 1976. - V. 443. - P. 45. 

42. Wyndham C., Strydom N., Williams C. A physiological basis for the 'optimum' level of energy expenditure // Nature.- 1962. - V. 22. - № 195. - P. 1210 - 1212.