Энергетические возможности у людей в зависимости от возраста, условий окружающей среды и физической тренированности

УДК: 577.353.5

Бондин В. И.

Д.п.н., профессор, Южный федеральный университет

Фабиан Арнтц

Профессор, Саарбрюкенский университет, Германия

ЭНЕРГЕТИЧЕСКИЕ ВОЗМОЖНОСТИ У ЛЮДЕЙ В ЗАВИСИМОСТИ ОТ ВОЗРАСТА, УСЛОВИЙ ОКРУЖАЮЩЕЙ СРЕДЫ И ФИЗИЧЕСКОЙ

ТРЕНИРОВАННОСТИ

В данной работе обобщаются результаты отечественных и зарубежных исследований энергетических возможностей человека как наиболее эффективных показателей нормирования физических нагрузок. Приводится анализ методов оценки энергетических возможностей человека и актуализируется проблема дальнейших исследований по определению энергозатрат в современных условиях экологической среды.

Ключевые слова: энергетические возможности, возраст, окружающая среда, тренированность, физическая культура, спорт.

Энергетические возможности человека являются важным показателем уровня физического состояния и здоровья человека. Потенциальные энергетические показатели зависят от многих факторов и, прежде всего, от возраста, условий окружающей среды и физической тренированности.

С возрастом меняется структура и состав компонентов тела, механизмы регуляции их функционирования и, в частности, объём мышечной массы, эффективность сердечнососудистой и дыхательной систем, степень активности ферментов, управляющих биохимическими реакциями энергетического обмена. Указанные изменения в комплексе определяют возрастные изменения мощности окислительной энергетической системы (МПК).

Сведения, имеющиеся в литературе, касаются в основном максимального потребления кислорода. Установлено, что значение МПК увеличивается с детского возраста по мере взросления, к 20 годам стабилизируется, некоторое время сохраняется на высоком уровне и затем постепенно уменьшается примерно на 3,5 мл/мин/кг за каждые десять лет [20]. По данным других исследователей, к семидесяти годам МПК достигает значений, составляющих около половины величины МПК в двадцатилетнем возрасте [10, 14].

Установленные весьма значительные межиндивидуальные различия обсуждаемого показателя, нашедшие отражение и в вариативности полученных разными исследователями величин МПК, можно объяснить влиянием помимо возраста других факторов. В частности, установлено, что у активно занимающихся спортом аэробные возможности лучше, чем у обычных людей. Известно также, что при условии поддержания достаточно высокого уровня физической активности люди старшего возраста могут дольше сохранить высокую мощность окислительной системы [16].

Сотни публикаций посвящены мощности окислительной системы, в то время как измерения величин других маркеров энергетических систем в научной литературе встречаются значительно реже. Это объясняется, во-первых, большим вкладом аэробного обеспечения (в сравнении с анаэробным) для взрослых людей, не занимающихся спортом, а, во-вторых, достаточно сложной методикой измерения, сопровождающейся взятием крови для проведения точной оценки ёмкости лактацидной системы.

Вместе с тем, необходимость выполнения мышечных нагрузок скоростного характера возникает не только в спорте, но и в быту и трудовой деятельности. Эффективность такой работы напрямую зависит от потенциала анаэробных систем организма. Полученные данные

коррелируют с существующими представлениями о механизмах совершенствования, стабилизации и последующего уменьшения возможностей тех физиологических систем, которые обеспечивают ресинтез АТФ в анаэробных условиях [2, 10].

Кроме этого, результаты проведённых исследований показывают, что, помимо возраста, факторами, определяющими энергетические возможности занимающегося, являются пол и уровень его физической тренированности. При характеристике физической работоспособности человека одним из показательных индикаторов является длительность удержания заданной интенсивности мышечной работы и, в первую очередь, «время удержания МПК», известное в литературе как «ёмкость окислительной системы» [6]. Данная величина неоднократно определялась у спортсменов различных спортивных специализаций. Однако сведения о возможной динамике данного показателя единичны и нуждаются в уточнении.

Межиндивидуальные различия значений маркеров энергетических систем, о которых выше шла речь, полученные разными исследователями, можно объяснить тем, что применялись неодинаковые методики, причём некоторые из методик не претендовали на высокую степень точности, поскольку предназначались изначально для массовых обследований и динамического мониторинга одних и тех же людей. При этом существенным преимуществом таких методик является простота их применения. Таковы, например, методики косвенного определения МПК [8]. Согласно уравнению Бюк [9], потребление кислорода определяется «произведением частоты сердечных сокращений на систолический выброс и артерио-венозную разницу по кислороду». Не углубляясь в описание подобных методик, проанализируем методы тестирования предельных энергетических возможностей человека, обеспечивающие точность, требующуюся согласно критериям метрологической корректности.

Многими авторами отмечаются как заслуживающие доверия два теста для оценки мощности окислительной системы: ступенчатая проба («тест Ва1ке») и предельная «до отказа» нагрузка субмаксимальной относительной мощности [10]. Первый из них характеризуется тем, что даёт возможность наряду с МПК дать оценку уровней аэробного и анаэробного порогов и определить значение оптимальной (наиболее экономичной) мощности или скорости. Второй не предоставляет такой дополнительной информации, но занимает значительно меньше времени. По вопросу, какой из этих тестов наиболее достоверно позволяет определять величину МПК, мнения разнятся. Существует предположение, что различия между ними в полученных данных статистически незначимы.

И в том, и в другом вариантах теста одним из важных факторов, влияющих на результат измерения МПК, является топография работающих мышц, коррелирующая, в свою очередь, со способом задания нагрузки. Отмечается также [13], что аэробная мощность тем ближе к истинной величине МПК и тем выше, чем большая часть мышечных элементов тела вовлечена в упражнение.

До настоящего времени считалось, что по результатам измерения потребления кислорода в процессе восстановления может быть определена ёмкость анаэробных систем. Однако по мере накопления новых экспериментальных данных концепция «кислородного долга» подвергалась справедливой критике [13]. Несмотря на это, и на сегодняшний день встречаются работы, отмечающие, что указанным способом может быть оценена ёмкость фосфогенной энергетической системы. Для этого измеряется суммарная величина потребления кислорода за первые две минуты восстановления. Данный метод основан на том достоверном предположении, что фосфогенная система характеризуется большей значимостью по сравнению с лактацидной как при расходовании, так и при восстановлении израсходованного энергетического потенциала [18].

Что же касается оценки по величине «медленной фракции» кислородного долга ёмкости лактацидной системы, то её недостаточную метрологическую корректность можно считать доказанной [15]. В связи с этим, для получения обоснованных данных измеряется

максимальная концентрация лактата в крови, зависящая в том числе от таких факторов, как запас гликогена в мышцах, буферные свойства крови и толерантность к снижению рН внутренней среды организма. Всё это в комплексе детерминирует показатель ёмкости лактацидной энергетической системы [12].

Для определения ёмкости в лактацидной системе чаще всего применяется тест «ступенчато нарастающей мощности». Для этого анализируются пробы крови, отобранные с первой по седьмую минуты восстановления после самой высокой ступени нагрузки [17]. Наибольшие величины концентрации лактата в периферической крови удаётся зарегистрировать при напряжённой интервальной работе с нагрузкой постоянной мощности и приближающейся к максимальной интенсивности [19]. Фактически при таком исследовании выполняется предельная работа длительностью 1,5-2 минуты. Данный способ определения ёмкости лактацидной энергетической системы, по мнению многих исследователей, можно считать наилучшим в связи с тем, что он характеризуется высокой точностью и простотой исследования.

Кроме возраста, скорость процессов метаболизма определяется и внешними факторами: температурой, парциальным давлением кислорода во вдыхаемом воздухе и т.д. Весьма очевидно, что такие факторы влияют и на энергетические возможности организма. Обсуждаемые закономерности наиболее наглядны при условиях гипоксии, в которых уменьшается как максимальная мощность выполненной мышечной работы, так и её предельная продолжительность при условии постоянной мощности. Причём, МПК снижается у тренированных людей на 2% при подъёме на каждые 300 метров над уровнем моря [10].

Значительно менее изучена температурная динамика маркеров энергетических систем. Некоторые авторы утверждают, что энергетическая стоимость мышечной работы в условиях гипертермии становится выше, в то время как, по мнению других, она наоборот уменьшается [7]. Из названных ряда исследований должно было следовать, что, например, вопрос о влиянии температуры на мощность окислительной системы достаточно хорошо изучен. Однако даже он, не говоря уже о величинах ёмкости анаэробных систем, далёк от окончательного решения.

Вероятно, это можно объяснить тем обстоятельством, что при исследовании не уделяется должного внимания мониторингу степени акклиматизированности испытуемых. Установлено, что одно и то же упражнение (характеризующееся достаточно высокой мощностью) требует от акклиматизированного организма меньших затрат энергии, чем у человека в первые дни нахождения в условиях жаркого климата [7]. Кроме того, имеет значение и «время экспозиции», то есть длительность пребывания в термокамере до начала выполнения работы, а также влажность воздуха, скорость ветра и другие метеорологические факторы. Весьма полезной является шкала эффективных температур, которая объединяет в себе все эти факторы [1].

Установлено также, что работоспособность в условиях жары определяется не абсолютной величиной потребления кислорода и даже не её отношением к массе тела (или относительным МПК), а отношением величины МПК к поверхности тела [2]. А в условиях температурного комфорта такой зависимости не обнаружено. Отмечается также, что если во влажной жаркой среде лимитирующим фактором адаптации являются размеры тела (по механизму теплоизлучения), то в условиях сухой жары ведущая роль переходит к эффективности потоотделения [7].

Таким образом, в вопросах, относящихся к изучению предельных возможностей энергетических систем как основы для нормирования физических нагрузок оздоровительной направленности, описано много полезных идей и фактов, однако вместе с тем немало и неясного. Прежде всего, нет единого мнения в вопросе метрологически корректного экспериментального определения предельных возможностей энергетических систем у людей среднего и пожилого возраста. Создаётся впечатление, что многочисленные трудности

этического и медицинского характера вообще не позволяют рекомендовать массовые исследования такого рода, в особенности в условиях аридной зоны и других усложнённых экологических условиях. Однако этот вопрос не снимается, поскольку миллионы людей нуждаются в рекомендациях по рациональному двигательному режиму.

Учитывая, что энергетические возможности являются наиболее информативными показателями для нормирования нагрузок как в спорте высоких достижений, так и в оздоровительной физической культуре [3, 4, 5, 11], актуализируется проблема дальнейших исследований с учётом влияния на энергозатраты человека современных условий окружающей среды.

Литература

1. Бидер М. Исследование реакции энергетических систем детей и подростков на физические нагрузки различной мощности: Автореф...канд. мед. наук. — М., 1979. — 23 с.

2. Бондин В. И. Валеология: физическое состояние и здоровье человека. — Ростов н/Д: РГПУ, 1998. — 163 с.

3. Бондин В. И. Двигательная активность и здоровье человека в условиях техногенного загрязнения окружающей среды // Физическая культура, спорт, здоровье и долголетие: сборник материалов пятой Всероссийской с международным участием научной конференции. — Ростов н/Д: ЮФУ, 2016. — С. 3-7.

4. Бондин В. И. Физкультурно-оздоровительное самосовершенствование студентов в системе профессиональной подготовки по физической культуре и спорту на основе кинезис-энергономического подхода // Известия Южного федерального университета. Педагогические науки. — 2015. — № 7. — С. 77-86

5. Волков Н. И., Войтенко Ю. А., Тамбовцева Р. В., Дышко Б. А. Проблемы эргогенных средств и методов тренировки в теории и практике спорта высших достижений // Теория и практика физической культуры. — 2013. — № 8. — С. 68-72.

6. Волков Н. И., Ширковец Е. А. Об энергетических критериях работоспособности спортсменов // В кн.: Биоэнергетика. — Л., 1973. — С. 18-30.

7. Заикин В. А. Двигательная активность и жара // В кн.: Сердце и физические упражнения. — М.: Знание, 1985. — С. 59-63.

8. Карпман В. Л., Белоцерковский С. Б., Гудков И. А. Тестирование в спортивной медицине. — М.: Физкультура и спорт, 1988. — 208 с.

9. Карпман В. Л., Иоффе Л. А. Исследование некоторых параметров кардио- и гемодинамики // В кн.: Сердце и спорт. — М.: Медицина, 1979. — С. 93-114.

10. Уткин В. Л. Энергетическое обеспечение и оптимальные режимы циклической мышечной работы: Дисс.докт. биол. наук. — Москва, 1985. — 470 с.

11. Юриков Р. В., Волков Н. И. Биоэнергетические критерии метаболических состояний у спортсменов в критических режимах мышечной деятельности // Сборник трудов студентов и молодых ученых РГУФКСМиТ. — Москва, 2012. — С. 138-143.

12. Яковлев Н. Н. Химия движения. — Л.: Наука. 1973. — 191 с.

13. Astrand P.-O., Rodahl K. Textbook on work physiology. Physiological base of exercise. — N.Y.: Mc Grow Hill, 1977 — 691 p.

14. Audu M. L., Davy D. T. The influence of muscle model complexity in musculo-sceletal motion modeling. — Trans. ASME: J. Biomech. Eng. — 1985. — v.107. — P. 147-157.

15. Bergh U. Ecblom B. Physical performance and peak aerobic power at different body temperature // J. Appl. Physiol. — 1979. — v. 46. — N 5. — P.885-889.

16. Davis J. A. Anaerobic threshold rewiew of the concept and directions for future research. — Med. Sci. Sport Exerc. — 1985. — v. 17. — N 1. — P. 6-18.

17. Denis C., Fougnet R., Potg P., et al. Effects of 40 weeks of endurance training on the anaerobic threshold // Int. J. Sports Med. — 1982. — V. 3. — N 4. — P. 208-214.

18. Dimri G. P., Malhotra M. S., Gupta J et al. Alternations in aerobic-anaerobic proportions of metabolism during work in heat // Eur. J. Appl. Physiol. — 1980. — v. 45. — N 1. — P.43-50.

19. Drinkwater B. L., Horvath S.M., Wells C.L. Aerobic power of females, aged 10 to 68 // J. Gerontol. — 1975. — v. 30. — N 4. — P. 385-394.

20. Murphy R. G. Heat illness in the athlete. — Amer. J. Sp. Med. — 1984. — v. 12. — n 4. — P. 258-261.