Исследование функциональных резервов организма методом биотелеметрии

Вятский медицинский вестник. 2003, № 4 116/

КЛИНИЧЕСКАЯ ДИАГНОСТИКА И ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ МЕДИЦИНА

Профессор B.C. Богатырев

И ССЛ ЕДОВ А H И Е ФУ НКЦИО H А Л Ь НЫ X РЕЗЕРВОВ ОРГАНИЗМА МЕТОДОМ БИОТЕЛЕМЕТРИИ

Вятский государственный гуманитарный университет

Научно-технический прогресс, современные условия труда и жизни предъявляю! повышенные требования к здоровью, уровню физической подготовленности. работоспособности и специальным знаниям по физической культуре студентов высших учебных заведении. Поэтому необходимо дальнейшее совершенствование педагогического процесса по физическому воспитанию с учетом современных требований. Научно-методическая п исследовательская работа кафедры физического воспитания представляет собой составную часть учебно-воспитательного процесса. Через научные исследования совершенствуется раздел знаний, который преподается студентам. При этом повышается общетеоретический уровень и педагогическое мастерство преподавателей. В связи с этим выполнение научно-методической работы обязательно для каждого педагогического работника высшей школы (Богатырев B.C., 2002).

В наши дни успехи биологии, медицины, физической культуры все больше связываются с развитием различных технических средств. Современные научные приборы, усилители, осциллографы, динамографические устройства являются необходимым оснащением исследований и обеспечивают дальнейшие успехи научной мысли. Применение технических средств, современных тренажеров, использование новейших данных смежных наук дает современные представления о физической культуре и возможностях человеческого организма (Complete Books of Sport, 1999).

Регист рация двигательных актов, исследование энергообмена, деятельности нервной системы, пищеварения. психофизиологическая характеристика спортсмена, биологическое управление - вот неполный перечень проблем, стоящих сейчас перед наукой. Прошла пора кустарных методов обработки получаемой информации, все шире применяется специальная аппаратура, дающая тренеру и педагогу обширные данные о сдвигах в opia-низме человека под влиянием физических упражнений. Современные требования заставляют создавать миниатюрные и экономичные радиопередатчики, разрабатывать малогабаритную устойчивую к помехам, многоканальную радиотелеметрическую аппаратуру, способную давать максимальный

объем информации о состоянии человека при выполнении тренировочных нагрузок. Для этого разработаны радиосистемы, не только регист рирующие физиологические функции организма, но и передающие информацию на различные расстояния. В области физической культуры используются электронные приборы, определяющие основные параметры спортивных движений, приборы экспериментальной физиологии п спортивной медицины. Появление новых приборов и методик позволяет превратить места занят ий в научные лаборатории. положительно влияет на улучшение научно-педагогического и материально-технического обеспечения физического воспитания (Богатырев B.C., Циркин В.И., 1998). Все большее значение придается компьютерной обработке получаемой информации с использованием эффективных диагностических алгоритмов.

Достижения спортивной медицины тесно связаны с развитием биологической радиотелеметрии, с созданием надежных систем врачебного контроля и медицинского обследования спортсменов. Решение основных технических проблем передачи биоинформации направлено на снижение веса и габаритов датчиков, повышение экономичности п надежности работы аппаратуры. Исследованию механизмов биологических реакций на тренировочную нагрузку, повышению требований к сбору и обработке информации придается большое значение. Все это создает предпосылки для более широкого использования таких методов в спортивной практике, для создания на стадионах и в спортивных залах радиотелеметрических лабораторий, которые с успехом будут решать сложные задачи. На занятиях физическими упражнениями желательно получать срочную информацию о деятельности сердца и органов дыхания непосредственно во время движений (Циркин В.П.. Богатырев B.C., 1998). Среди многочисленных показателей функции кровообращения исключительное место принадлежит частоте сердечных сокращений, меняющейся в результате разнообразных воздействий - мышечной деятельности, эмоций. Частота сердечных сокращений - информативный показатель, позволяющий объективно оценивать состояние сердечно-сосудистой системы (Дубровский В.И.. 1999).

Эффективность работы по физическому воспитанию и уровень физической подготовленности молодежи во многом зависит от содержания, структуры и обоснованности методов исследования (Athletic Treining, 1994). Определение исходного уровня тренированности спортсмена и постановка конкретных задач физического воспитания связаны с организацией педагогического конт ро-

ля (Циркин В.И., Богатырев В С.. 1998). Он предусматривает получение информации об уровне физической подготовленности и своевременное принятие решений, направленных на уточнение средств и методов педагогического воздействия (Карпман В.Л. и др.. 1988).

В литературе мало данных, посвященных вопросу определения величины физической нагрузки у юношей во время выполнения упражнений для развития общей выносливости. Эти исследования требуют применения оригинальных методик как для регистрации объема и интенсивности выполняемых упражнений, так и для определения физиологических сдвигов в организме.

Задачи работы: изучение работы сердечно-сосудистой и дыхательной систем при выполнении беговых упражнений:

- определение оптимальных параметров упражнений для развития общей выносливости:

- разработка тренирующих режимов для направленного формирования выносливости у юношей:

- совершенствование педагогического процесса по физическому воспитанию студентов с учетом современных требований.

Методика исследования

В исследованиях применялась телеметрическая система, представляющая ряд приборов, предназначенных для регистрации электрокардиограммы, параметров дыхания и количественных характеристик движений у свободно передвигающегося человека. Кроме того она снабжена сумматором пульса и пульсотахометром. Наиболее характерные и интересующие данные записывались на электрокардиографе или осциллографе. Для получения срочной информации и контроля за исправностью радиоканала использовалась слуховая индикация пульса. При необходимости в ходе работы включался сумматор пульса, автоматически подсчитывающий число сердцебиений за определенный отрезок времени.

На спортсмене крепился прибор, включающий в себя электроды, усилитель биопотенциалов, источник питания, функциональный преобразователь импульсов и блок передатчика. Передающий блок вследствие небольшого веса и оригинальности креплений не мешает движениям.

Блок исследователя включает в себя приемник, дешифратор, блок питания и записывающее устройство. Питание регистрирующего блока производится от сети переменного тока. Кроме стационарной записи в помещении, аппаратура дает возможность производить запись в условиях стадиона и учебной лыжни.

Параметры внешнего дыхания и динамика биоэлектрической активности сердца регистрируются с помощью датчиков-преобразователей, воспринимающих сигналы, идущие от испытуемого на

передающее устройство. Датчиками служат серебряные пластинки в резиновой оправе, которые крепятся медицинским клеем и лейкопластырем в отведении «А» по Нэбу. один справа, в месте прикрепления второго ребра к грудине, другой слева.

в области верхушечного толчка. ЧСС регистрируется по зубцу И электрокардиограммы, отводимой при помощи двух грудных электродов. ЧСС за одну минуту рассчитывается для каждого интервала Р-Я. Выявляется максимальная ЧСС за одну минуту. За время работы рассчитывается ее прирост, выраженный в процентах и в количестве ударов, а также подсчитывается сумма ударов (суммарный пульс). Сумматор пульса позволяет получить объективную информацию об интенсивности и объеме физической нагрузки.

Для регистрации функций внешнего дыхания используется датчик контактно-тахометрического типа. Регистрация темпа движений проводится с помощью контактного датчика, установленного в обуви (кроссовках, лыжных ботинках).

Результаты исследований и их обсуждение

Исследованиями А.П. Макарова (1984) установлено, что выполнение основных видов физических упражнений школьной программы развивает выносливость, но при развитии общей выносливости большее влияние оказывает бег 60-80% интенсивности. В связи с этим мы провели исследование длительности бега 70-процентной интенсивности у юношей. Данная интенсивность была рассчитана от лучшего результата в беге на 30 м с хода. Скорость бега, проводимая в заданном темпе, фиксировалась по отрезкам 50 м. Бег прекращался в том случае, когда испытуемый не мог поддерживать заданную скорость. Для регистрации двигательной нагрузки мы применили методику биотелеметрии.

Образец телеметрической записи исследуемых параметров при выполнении бега (рис. 1):

1 - ЭКГ;

2 - параметры дыхания:

3 - темп движений.

Рис. I

В эксперименте приняло участие 27 юношей. Средняя длина дистанции в беге 70-процентной интенсивности оказалось равной 474±27 м. В конце бега ЧСС достигала 167.58 уд/мин. Через 1 мин восстановления ЧСС снижалась до 132 уд/мин. через 2 мин до 115 уд/мин. Повторный бег через интервал 90 с вел к снижению длины пробегаемой дистанции в заданном темпе на 93.14 м. В последующих пробежках эта дистанции уменьшалась примерно на 100 м.

Данные исследования позволили установить серию беговых упражнений, включающую четыре

Вятский медицинский вестник. 2003, № 4

дистанции 400. 300, 200 и 100 м, выполняемых по методу редуцирования. Сумма длины пробегаемых отрезков составила 1000 м. Скорость бега на предлагаемых отрезках соответствовала скорости бега на дистанции 1000 м, нужной для выполнения учебного норматива. Интервалы отдыха заполнялись легким бегом, упражнениями на расслабление и дыхание, ходьбой. Этот способ выполнения бега развивает способность поддерживать необходимую скорость в беге на средние дистанции в условиях нарастающего утомления. Выполнение бега сопровождалось увеличением ЧСС до 168,74 уд/мин. В интервалах ЧСС снижалась до 119-124 уд/мин. Беговая программа выполнялась за 480,00 с (8 мин).

Изучение оптимальных режимов повторного бега субмаксимальной 90% интенсивности проводилось на дистанции 200 м. Интенсивность бега, равная 90% (38,62 с), была рассчитана от лучшего результата в беге на 200 м (34,76 с). Направленность бега на развитие общей выносливости. Тренировка в беге 90% интенсивности на начальном этапе занятий допустима до первой стадии утомления (Макарова А.Н.. 1984; Сермеев Б.В.. 1986), поэтому при снижении специальной работоспособности на 5% бег прекращался. Во время интервалов отдыха выполнялся свободный бег по дорожке стадиона к месту старта, так как исследованиями П.В. Леваковского (1986) установлено, что при повторной работе на выносливость, многократной работе на скоростную выносливость до предела наиболее рациональным видом отдыха является медленный равномерный бег и игровые упражнения. Такой отдых благоприятно сказывается на функциональном состоянии центральной нервной системы и работоспособности. Кроме того, в этом случае на высоком уровне поддерживаются дыхательные процессы.

Были опробованы три варианта интервалов отдыха длительностью 60. 90 и 120 с.

При выполнении бега через интервал отдыха 60 с испытуемые не могли поддерживать заданную скорость уже во втором повторении. ЧСС увеличивалась до 189 уд/мин, снижаясь через I мин отдыха до 138 уд/мин, что свидетельствует о недостаточном восстановлении организма к выполнению последующего усилия. Поэтому было прекращено дальнейшее проведение бега в этом режиме.

При выполнении бега через интервал 90 с наблюдалась более благоприятная динамика функциональных изменений. Заданная скорость выдерживалась во втором и снижалась на 5.48% в третьем повторении. Средняя ЧСС равнялась 156.82 уд/мин, пульсовая сумма нагрузки - 767,76 сердечных сокращений. Серия из трех беговых упражнений заняла 297,98 с.

При выполнении бега через интервал отдыха 120 с заданная скорость выдерживалась во втором и снижалась на 4,53% в третьем повторении. Средняя ЧСС составила 141,74 уд/мин. Пульсовая сумма нагрузки равна 836,53 сердечных сокращений. 56

Серия из трех беговых упражнений заняла 354,11 с. Таким образом, было определено, что в повторном беге субмаксимальной интенсивности на 200 м следует выполнять три повторения через 90-120 с. Серия бега через интервал отдыха 90 с выполнялась за более короткое время, поэтому этот вариант бега более всего подходил к учебному занятию по физическому воспитанию.

С целью проверки эффективности изученных интервалов отдыха и обоснования методики их применения в подготовке к выполнению учебных нормативов был организован педагогический эксперимент, в котором участвовали две группы по 16 юношей. Юноши группы «А» в течение шести недель на занятиях выполняли три повторения в беге на 200 м субмаксимальной интенсивности с интервалом между пробежками 90 с. В отличие от группы «А» юноши группы «Б» выполняли бег с интервалом 120 с.

Юноши обеих групп превысили исходный результат (4 мин 37 с), выполнив учебный норматив на оценку «удовлетворительно» по истечении шести недель. Однако большие изменения произошли в группе «А», средний результат которой улучшился на 29,18 с, в то время как результат в группе «Б» улучшился на 24,73 с. Юноши обеих групп через шесть недель занятий могли выполнять четыре серии бега по 200 м. В результате эксперимента было выявлено, что оптимальным интервалом отдыха в повторном беге на 200 м является 90 с.

Таким образом, бег- субмаксимальной (90%) интенсивности на 200 м в грех сериях через 90 с и бег 70-процентной интенсивности по методу редуцирования является оптимальной нагрузкой при развитии общей выносливости у юношей.

Результаты определения оптимальных характеристик физической нагрузки при выполнении упражнений, направленных на развитие выносливости, представлены в таблице 1.

Таблица I

Оптимальная нагрузка для развития обшей выносливости у юношей

Упражнения Серия Интервал отдыха Число серий Время выполнения

Бег 70"-. интенсивности по методу редуцирования (400-300-200-100 м) 4 90 1 8.0

Бег субмаксимальной интенсивности (90". ) на дистанции 200 м 3 90 I 4.58

Резюме

Применение миниатюрных телеметрических датчиков для наблюдения за юношами во время тренировок значительно раздвигает возможности педагога и дает в руки спортивного врача методы объективной оценки состояния человека, находящегося на значительном расстоянии от исследователя (Осипов Р.Л., Богатырев B.C., 1998). Одним

из действенных методов получения достоверной информации о физической подготовленности является метод биотелеметрии, позволяющий на научной основе осуществить педагогический контроль (Розенблат В.В., 1977). Радиотелеметрия стала одними из основных исследовательских и контрольных методов при наблюдениях за состоянием занимающихся во время тренировки. Достаточно широкое распространение получили телеметрические устройства ближнего радиуса действия для передачи физиологической информации. Особенно ценной является синхронная регистрация ряда вегетативных функций (Осипов P.JI., Богатырев B.C., 1998).

Воздействие физических нагрузок на организм вызывает разнообразные компенсаторные сдвиги со стороны кардиореспираторной системы и всего организма в целом. С помощью биотелеметрии можно оценить истинную величину сдвигов частоты сердечных сокращений и показателей дыхания в процессе выполнения упражнений. Прибор позволяет проводить дистанционное синхронное исследование ряда функций, не мешая ходу занятия. При этом сохраняется полная свобода движений и перемещений занимающихся с взаимными пересечениями траекторий движения, не влияя на двигательный стереотип движений. С технической точки зрения этот путь достаточно сложен, однако получаемая информация представляет большой теоретический и практический интерес. Радиус действия биотелеметрической системы в помещении - в пределах спортивного зала, на открытом месте - до 200 м.

Методом биотелеметрии получены следующие данные:

• телеметрическая запись ЭКГ в отведении А по Нэбу;

• телеметрическая запись функциональных показателей дыхания (дыхательный объем, частота дыхания, глубина дыхания, минутный объем дыхания, продолжительность вдоха, продолжительность выдоха). Кроме того, определялся характер дыхательных движений, его ритм (соотношение фаз вдоха и выдоха);

• телеметрическая запись темпа и количества движений.

Исследованиями установлено:

• Оптимальным вариантом бега 70-процентной интенсивности является бег (400-300-200-100 м) по методу редуцирования через полторы минуты активного отдыха, заполненного свободным бегом;

• Оптимальным вариантом бега субмаксимальной (90-процентной) интенсивности является троекратное пробегание двухсотметровой дистанции через полторы минуты активного отдыха, заполненного свободным бегом к месту старта.

Данные упражнения занимают от пяти до восьми минут и могут выполняться в сочетании с другими двигательными действиями при прохождении различных разделов учебной программы без изме-

нения направленности занятия. Таким образом, в ходе исследования установлены параметры допустимых нагрузок, разработаны тренирующие режимы для направленного формирования выносливости у юношей.

Обобщенные данные регистрации работы физиологических систем дают хорошее представление о состоянии тренированности. Полученные результаты могут использоваться в виде основы для планирования нагрузки. В период роста организма происходит интенсивное развитие физических способностей человека, поэтому организация целенаправленного воздействия на этот процесс становится особо актуальной. Телеметрия позволяет избежать перегрузок и определить состояние тренированности. Создаются необходимые условия для соединения возможностей научно-технического прогресса и практики физического воспитания. Коренным образом меняются взгляды на использование средств физического воспитания в зависимости от уровня физической подготовленности.

Список литературы:

1. Athletic Treining and Sports Medicine. Chicago, 1994.

2. Complete Books of Sport for Boys and Girls. London, 1999.

3. Богатырев В. С. Научно-исследовательская работа кафедры физического воспитания. Теоретические и методические основы физической культуры. Материалы 54 научной сессии ВГГУ. Секция «Физическая культура». Сборник научных трудов / Под редакцией В.С.Богатырева. - Киров: Изд-во ВГГУ, 2002. С. 73-79.

4. Богатырев B.C., Осипов Р.Л. Телеметрическая регистрация функций кардиреспираторной системы и темпа движения. / Методы оценки и диагностики в оздоровительной работе. Учебное пособие. 1998. С. 44-46.

5. Богатырев B.C., Циркин В.И. Методы оценки и диагностики в оздоровительной работе. Учебное пособие. Киров: Изд-во ВГПУ, 1998. 70 с., ил.

6. Дубровский В.И. Спортивная медицина. - М.: RETORIKA. - А.: Флинта, 1999. - 560 е., ил.

7. Карпман В.Л. и др. Тестирование в спортивной медицине. - М.: Физкультура и спорт, 1988. - 206 е., ил.

8. Леваковский П. В. Исследование динамики функционального состояния центральной нервной системы и двигательного аппарата в условиях различных режимов отдыха и физических нагрузок. - Львов, 1986. - 24 с.

9. Макаров А.II. Развитие выносливости детей школьного возраста и научно-методические основы подготовки юных и взрослых спортсменов к бегу на средние и длинные дистанции. - М.: 1974. 45 с.

10. Розенблат В.В. Радиотелеметрические исследования в спортивной медицине. М.: Медицина, 1977. -208 е., ил.

11. Сермеев Б. В. Методика воспитания двигательных качеств у аномальных детей. - Горький, 1986. - 84 е., ил.

12. Физическая подготовленность школьников Кировской области. Сборник научных трудов. /Под. ред. В.С.Богатырева. ВГПУ, Комитет по физической культуре и спорту Кировской области. - Киров: Изд-во ВГПУ, 2001 г.-58 с.

13. Циркин В.И., Богатырев B.C. Физическое здоровье человека. Учебное пособие. Киров: Изд-во ВГПУ, 1998.93 е., ил.

BamcKuu MedununcKuu eecmuuK, 2003, № 4

Summary

INVESTIGATION OF FUNCTIONAL RESERVES OF ORGANISM BY METHOD OF BIOTELEMETRY

V. Bogatyryov Vjatka state humanitarian university

Intensive development of physical abilities of a person takes place while the organism is growing. Organization of direct influence on this process is actual. Telemetry gives an opportunity to avoid overwork and to define the level of training. The necessary conditions for connecting the possibilities of scientific and technical progress and practice of physical education are worked out. Results can be used for planning of physical load.