Использование модели Мюллера Корниенко для выявления особенностей энергообеспечения мышечной работы школьников, различающихся значениями индекса Рорера

ИСПОЛЬЗОВАНИЕ МОДЕЛИ МЮЛЛЕРА - КОРНИЕНКО ДЛЯ ВЫЯВЛЕНИЯ ОСОБЕННОСТЕЙ ЭНЕРГООБЕСПЕЧЕНИЯ МЫШЕЧНОЙ РАБОТЫ ШКОЛЬНИКОВ, РАЗЛИЧАЮЩИХСЯ ЗНАЧЕНИЯМИ ИНДЕКСА РОРЕРА

Воробьев В.Ф., Тамбовцева Р.В.1

Институт возрастной физиологии РАО, Москва

Существуют различные подходы в описании функциональной связи времени выполнения нагрузки с её мощностью. В лаборатории физиологии мышечной деятельности ИВФ РАО под руководством профессора И.А. Корниенко на протяжении 80 - 90 г.г. прошлого века проведен широкий цикл исследований, в результате которых показана адекватность использования степенной зависимости Мюллера Ь = еь/^ для описания особенностей энергообеспечения детей и взрослых. В дальнейшем было показано, что на месте переменной «интенсивность нагрузки» может стоять любой интенсивный показатель: скорость, мощность, импульс силы и т.п. [1]. Применимо к скорости бега модель Мюллера - Корниенко может быть выражена в форме следующего уравнения Ь = еа/Ус. В работах И.А. Корниенко, В.Д. Сонькина, В.В. Зайцевой, Р.В. Тамбовцевой, С.П. Левушки-на, их учеников и последователей показана необходимость учета типологических особенностей школьников в процессе физического воспитания. Типологизация осуществлялась преимущественно на основе различных антропометрических показателей. Причем при использовании различных схем телосложения установлено, что дети крайних групп характеризуются спецификой морфофункционального развития и не равномерным моторным развитием [2, 3, 4, 5]. Однако разработанные рекомендации учителя физической культуры не реализуют в практической деятельности из-за трудностей отнесения учащихся к определенным соматическим группам.

Нами была показана возможность разделения школьников по типам телосложения на основе индекса Рорера [5, 6]. Этот индекс используют для выявления избыточной массы у детей [1, 7]. Данный метод является достаточно информативным, не требует специальной подготовки преподавателей и может быть реализован в практической работе любой общеобразовательной школы.

Целью настоящего исследования явилась оценка особенностей энергообеспечения мышечной работы мальчиков и девочек различных типов телосложения на основе индекса Рорера в возрастном интервале от 8 до 16 лет.

МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ

В эксперименте принимали участие мальчики и девочки общеобразовательных школ г.Москвы и г.Череповца, которые были практически здоровы и регулярно посещали школьные уроки физкультуры. Измерение длины, массы тела и

1 Тамбовцева Р.В.

-26-

окружности грудной клетки (ОКГ) проводились общепринятыми антропометрическими методами [8]. По предложенной нами методике, разделяли детей определенной возрастно-половой группы на три подгруппы и в качестве точек отсечения использовали значения 25 и 75 центиля индекса Рорера. При этом в крайние подгруппы попадают дети, имеющие значения индекса меньше значения 25 центиля (нижняя, 1 кварта) и выше значения 75 центиля (верхняя, 4 кварта). Для определения физической работоспособности и энергетики мышечной деятельности использовали модель Мюллера - Корниенко [9].

Обработка результатов осуществлялась средствами Ехе1 и $ЬаЬ1зйса 6.0.

РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЯ И ИХ ОБСУЖДЕНИЕ

Проведенные исследования выявили различия между девочками нижних и верхних квартилей по характеру взаимосвязей между массой тела и ОГК при исключении влияния третьей переменной - длины тела. Результаты подсчета парных и частных коэффициентов корреляции коэффициенты корреляции между массой тела и ОГК в паузе у девочек 8 - 16 лет представлены в табл 1. Взаимозависимость между массой тела и ОГК в паузе у девочек первых кварт практически полностью определена влиянием длины тела на массу тела и ОГК в паузе, так как частный коэффициента корреляции Гшогк^ не значим. Поэтому оказывается, что взаимозависимость между массой тела и ОГК у девочек 1 кварт кажущаяся (за исключением возраста 16 лет). Напротив, взаимозависимость между этими соматометрическими показателями у девочек 4 кварт средней силы (за исключением возрастных периодов - 10 и 15 лет).

-Ф- ^ -&

Таблица 1

Парные коэффициенты корреляции (гтОГК) и частные коэффициенты корреляции (гтогк-ь) между массой тела и ОГК в паузе у девочек 8-16 лет

Возраст 1 кварта 4 кварта

ГтОГК р- уровень ГтОГК'Ь р- уровень ГтОГК р- уровень ГтОГК'Ь р - уровень

8 лет 0,289 0,042 0,068 0,640 0,586 0,067 0,443 0,001

9 лет 0,390 0,010 0,250 0,094 0,816 <0,001 0,377 0,009

10 лет 0,589 <0,001 0,169 0,260 0,317 0,030 -0,178 0,237

11 лет 0,562 <0,001 0,268 0,104 0,726 <0,001 0,428 0,007

12 лет 0,373 <0,001 0,199 0,054 0,669 <0,001 0,390 <0,001

13 лет 0,148 0,281 0,017 0,902 0,483 <0,001 0,411 0,002

14 лет 0,639 <0,001 0,218 0,223 0,512 0,002 0,339 0,054

15 лет 0,496 <0,001 0,048 0,737 0,161 0,259 -0,176 0,221

16 лет 0,370 0,005 0,042 0,060 0,617 <0,001 0,407 0,002

Ранее отмечено [10], что возрастание массы тела ведет к увеличению нагрузки на тоническую позную мускулатуру и ее антигравитационные функции. Как известно, для решения таких задач используются медленные, красные мышечные волокна, для которых характерна аэробная энергетика. Увеличение массы тела за счет жирового и костного компонентов неминуемо ведет к возрастанию нагрузки на мускулатуру туловища и нижних конечностей, обуславливает ее усиленное развитие. Большая доля кислородного ресурса оказывается задействованной на поддержание должного уровня базального метаболизма. Поэтому увеличение массы тела ведет к тому, что развитие обычной двигательной (фазической) мускулатуры конечностей проходит в основном за счет быстрых белых мышечных волокон с анаэробной энергетикой, не нуждающейся в значительном притоке кислорода. Учитывая, что поддержание основного обмена у школьниц верхних кварт происходит при более высокой степени активизации митохондриального пула организма в покое, объяснима большая зависимость основного обмена от параметров внешнего дыхания.

У мальчиков по сравнению с девочками выявлена большая взаимосвязь между массой тела и ОГК (табл.2). Тем не менее, корреляция между массой тела и окружностью грудной клетки заметно искажаются под влиянием третьей переменной — длины тела у мальчиков первых кварт в возрасте 8, 10, 11 и 13 лет. У мальчиков четвертых кварт выявлена достоверная частная корреляции между массой тела и ОГК средней и умеренной силы. Поэтому корреляции между этими соматометрическими показателями не достоверны. Любопытно отметить, что именно в этом возрасте отмечено развитие анаэробных источников.

Ф" , -Ф-

Таблица 2

Парные коэффициенты корреляции (гтОГК) и частные коэффициенты корреляции (гтОГК-ь) между массой тела и ОГК в паузе у мальчиков 8-16 лет

Возраст 1 кварта 4 кварта

ГтОГК р - уровень ГтОГКІ р- уровень ГтОГК р- уровень ГтОГК'Ь р - уровень

8 лет 0,551 <0,001 0,219 0,135 0,261 0,067 0,568 <0,001

9 лет 0,455 <0,001 0,443 <0,001 0,614 <0,001 0,515 <0,001

10 лет 0,353 0,09 0,097 0,489 0,682 <0,001 0,605 <0,001

11 лет 0,633 <0,001 0,157 0,345 0,717 <0,001 0,547 <0,001

12 лет 0,505 <0,001 0,302 0,002 0,606 <0,001 0,489 <0,001

13 лет 0,401 0,001 0,215 0,09 0,809 <0,001 0,671 <0,001

14 лет 0,432 0,04 0,335 0,032 0,794 <0,001 0,749 <0,001

15 лет 0,687 <0,001 0,291 0,031 0,623 <0,001 0,466 <0,001

16 лет 0,625 <0,001 0,403 0,006 0,650 <0,001 0,679 <0,001

При сопоставлении данных по двум беговым нагрузкам (на 30 и 1000 м) школьников г.Череповца с результатами эргометрии школьников г.Москвы было выявлено, что у московских школьников величина показателя «а» с возрастом практически не меняется, удерживаясь на уровне 3,5 - 3,6. Тем не менее, у маль-чиков-москвичей большая величина константы «а» отмечена в возрасте 8 лет. При обследовании мальчиков г. Череповца 8 - 16 лет получено, что большее значение этой константы в период второго детства отмечено так же у мальчиков 8 лет (табл.3). У подростков г.Череповца большие значения этих показателей отмечено в возрасте 14 и 16 лет. Преобладание аэробной энергопродукции в эти возрастные периоды отмечены в более ранних исследованиях [1, 4]. Следовательно, при использовании модели Мюллера - Корниенко установлены этапы возрастного развития с относительным преобладанием аэробной энергопродукции в 8, 14 и 16 лет у школьников г. Череповца. Эти результаты согласуются с выводами, полученными при обследовании школьников г. Москвы.

Таблица 3

Константы уравнений Мюллера-Корниенко, полученные по результатам эргометрического тестирования и беговых тестов

Возраст, лет п Константы мощностных тестов N Константы беговых нагрузок

а Ь а Ь

7 16 3,83±0,02 8,57±0,02 - - -

8 18 4,32±0,07 9,86±0,02 160 9,54±0,06 14,13±0,09

9 23 3,01±0,01 8,23±0,03 134 8,89±0,04 15,62±0,06

10 19 3,84±0,02 9,66±0,03 197 8,86±0,04 15,98±0,06

11 26 3,49±0,09 9,22±0,02 149 8,55±0,05 15,96±0,09

12 25 3,54±0,04 10,3±0,06 3 ОО оо 7,84±0,01 14,97±0,02

13 16 3,45±0,07 10,4±0,05 254 8,90±0,05 17,25±0,08

14 16 3,42±0,04 10,7±0,03 165 9,71±0,03 18,74±0,05

15 16 3,42±0,04 10,8±0,07 220 9,43±0,02 18,53±0,03

16 14 3,51±0,02 11,1±0,04 182 9,90±0,03 19,83±0,05

При анализе динамики константы «Ь» было отмечено, что у мальчиков-мос-квичей от 7 до 17 лет она возрастает на 2,73 единицы, что соответствует увеличению числителя уравнения Мюллера в 14,8 раз. Общая тенденция изменения показателя «Ь» у мальчиков г.Череповца, рассчитанного по беговым нагрузкам, соответствует увеличению показателя «Ь» у юных москвичей, рассчитанного по 2 мощностным нагрузкам. Но в отличие от результатов полученных при обработке эргометрических тестов школьников г. Москвы, у юных череповчан отмечено снижение константы «Ь» в возрасте 12 лет и резкое увеличение к 13 годам.

-29-

Рассмотрим физиологическую интерпретацию константы «Ь». При выполнении работы на велоэргометре интенсивность задается в единицах мощности. При нагрузке равной 1 Вт эта константа позволяет оценить возможности устойчивого функционирования двигательного аппарата конкретного индивида. Было отмечено, что значения показателя еЬ по сути является отражением суммарной аэробной емкости. Установлено, что у мальчиков-москвичей от 7 до 17 лет происходит 30-кратное увеличение этого показателя, что вполне соответствует реальному возрастанию интегральной работоспособности [4]. Казалось бы, что при использовании беговых нагрузок величина показателя «Ь» позволяет оценить предельное время работы при скорости бега 1 м/с. Но для оценки аэробной емкости необходимо использовать оптимальную по экономичности скорость бега. Известно, что скорость бега зависит от высоты общего центра масс тела в основной стойке и поэтому будет изменяться по мере увеличения длины тела. У мальчиков 11-12 лет наиболее экономичная скорость около 2,8 м/с. Расчетное время бега со скоростью 2,8 м/с с использованием модели уравнения Мюллера-Корн иенко увеличивается у школьников г. Череповца с 8 до 16 лет в 28 раз. Как видим, это увеличение мощностных возможностей близко к результатам, полученным при использовании эргометрического тестирования.

Подобным образом рассчитаем предельное время бега у школьниц г. Череповца 8 - 16 лет. В отличие от мальчиков у девочек лучшие результаты отмечены в возрасте 13 лет. От 8 до 13 лет суммарная аэробная емкость увеличилась в 6,5 раз. Затем у девушек-подростков происходит снижение аэробной емкости. Как было отмечено ранее, у юношей после 15 лет происходит бурное нарастание рабочих возможностей. Этот вывод можно сделать и по результатам беговых нагрузок. При обследовании москвичек установлено, что после 15 девушки теряют свою работоспособность. Это снижение связывают с наступлением половой зрелости. В нашем исследовании, резкое снижение работоспособности наблюдается после 13 лет. Такая негативная динамика, вероятно, обусловлена малой двигательной активностью девушек из-за воздействия северного климата и антропогенного влияния крупного промышленного центра.

Рассмотрим кинетику кривых степенных показателей уравнения Мюллера -Корниенко у мальчиков и девочек г. Череповца (рис.1,2).

Характер динамики значений констант у мальчиков и девочек после 13 лет противоположен. У мальчиков происходит увеличение значений показателей «а» и «Ь» после 13 лет, а у девочек снижение. Выше отмечено, что использование модели Мюллера-Корниенко при обработке результатов беговых нагрузок позволяет получить результаты сходные с теми, что были получены при использовании мощностных критериев. Поэтому снижение показателя «Ь» указывает на некоторое снижение аэробных возможностей у девушек старше 13 лет. Снижение показателя «а» указывает на снижение возможностей аэробной энергопродукции по сравнению с анаэробными возможностями обследуемых. Этот результат подтверждает мнение Р.В. Тамбовцевой о кажущейся приспособленности женского организма на заключительных стадиях пубертата к аэробным нагрузкам [10].

-30 -

Рис. 1. Динамика суммарной аэробной емкости у школьников г. Череповца По оси абсцисс - суммарная аэробная емкость По оси ординат - возраст от 8 до 16 лет

Рис. 2. Погодовая динамика показателей «а» и «Ь» уравнения Мюллера-Корниенко у мальчиков

По оси абсцисс - показатели «а» и «Ь»

По оси ординат - возраст от 8 до 16 лет

Нами выявлены межгрупповые различия в динамике показателей W8, W40, W240, Wз60 у мальчиков и девочек 1-х и 4-х кварт. Тем не менее, не установлено преобладание анаэробной энергетики у представителей 4-х кварт. Это положение подтвердилось при анализе особенности энергетики школьников, набравших не менее 3,25 баллов индекса физической готовности. Отсутствие достоверных раз-

— 31 —

личий в энергообеспечении мышечной работы, частности у школьниц г. Череповца, может быть связано с низкими результатами в беговых тестах.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Проведенные наблюдения показали, что мальчики и девочки 1-х и 4-х кварт, относящиеся к крайним конституциональным вариантам, имеют достоверные различия в показателях физической работоспособности и энергообеспечения мышечной деятельности. Данное исследование подтверждает адекватность модели Мюллера-Корниенко для оценки возрастных и гендерных различий.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Корниенко И.А, Сонькин В.Д., Тамбовцева Р.В. Возрастное развитие системных мышц и физической работоспособности // Физиология ребенка: теоретические и прикладные аспекты/ Под ред. М.М.Безруких, Д.А.Фарбер. М.: Образование от А до Я. 2000. С. 230.

2. Губа В.П. Возрастные основы формирования спортивных умений у детей в связи с начальной ориентацией в различные виды спорта: Автореф. дис. ... докт.пед.наук. М., 1997. 50 с.

3. Губа В.П. Основы распознавания раннего спортивного таланта. Учебное пособие для высших учебных заведений физической культуры. М.: Терра-Спорт. 2003. 208 с.

4. Изаак С.И., Панасюк Т.В., Тамбовцева Р.В. Физическое развитие и биоэнергетика мышечной деятельности школьников. М.-Орел: Орагс. 2005. 224 с.

5. Фарбер Д.А., Корниенко И.А., Сонькин В.Д. Физиология школьника. М.: Педагогика. 1990. 64 с.

6. Тамбовцева Р.В., Воробьев В.Ф. Весоростовой индекс как морфологический критерий выделения конституциональных групп девочек 7-9 лет// Мофо-логия. 2009. № 1. С.53.

7. Komiya H., Masubuchi Y., Mory Y. The validity of body mass index criteria in obese school-aged children// Tohoku J. Exp. Med. 2008. N 214. P.27.

8. Алешина Е.И., Балаклеец Н.Р., Венин Н.Н. Оценка основных антропометрических показателей и некоторых физиологических параметров у детей Северо-Запада. Череповец: СПб. 2000. 64 с.

9. Корниенко И.А., Сонькин В.Д., Тамбовцева Р.В. Возрастное развитие энергетики мышечной деятельности: итоги 30-летнего исследования. Сообщение IV. Особенности развития энергетики скелетных мышц в зависимости от соматоти-па// Физиология человека.2007. Т. 33. № 6. С.94.

10. Корниенко И.А., Сонькин В.Д., Тамбовцева Р.В. Возрастное развитие энергетики мышечной деятельности: итоги 30-летнего исследования. Сообщение II. «Зоны мощности» и их возрастные изменения// Физиология человека. 2006. Т. 32. № 3. С.46.