2 курс / Нормальная физиология / Методы_исследования_и_фармакологической_коррекции_физической_работоспособности
.pdfным сопоставление его ответных реакций с объемом и интен сивностью выполненной работы.
В настоящее время наиболее широкое применение нашли разновысокие ступени. Методика исследования физической работоспособности с помощью ступеней проста, посредством их возможно дозирование физических нагрузок в больших пределах, с достаточной точностью. Изготовление ступенек дешево и доступно, не требуются их техническое обслужива ние, калибровка, электропитание. Ходьба по ступеням естест венна, привычна всем и может быть легко выполнена челове ком любого возраста и любого уровня физической подго товки.
Однако не всегда устройства с фиксированной высотой ступеней могут удовлетворять исследователя. Причинами яв ляются индивидуальные особенности обследуемых, а также значительные погрешности в подсчете выполненной работы. Кроме того, отдельные тесты требуют довольно широкого на бора высот ступенек.
Во время ходьбы по ступеням могут быть получены элек трокардиограммы (ЭКГ) хорошего качества и относительно легко измерено потребление кислорода. Наряду с этим непре рывное шагание и сопутствующие ему движения рук и головы создают трудности при подсчете ЧСС, определении АД и, без условно, делают невозможным проведение таких сложных ди агностических процедур, как катетеризация сердца, измерение сердечного выброса и т. п.
Степ-тестирование имеет недостаток, связанный с тем, что при расчете проделанной работы (ее мощности) не учитыва ются усилия, затраченные на сокращение мышц верхних ко нечностей и туловища. Практика показывает, что в случае субпредельных физических нагрузок испытуемым не удается поддерживать один и тот же заданный ритм восхождений в течение всего исследования.
Наиболее эффективным методом тестирования физической работоспособности человека является тестирование с помо щью велоэргометров. При их использовании значительно снижается расход энергии на сокращение мышц верхних ко нечностей, фиксированных на руле, и туловища, удобно рас положенного в седле велоэргометра. Вполне понятно, что и в этом случае определенная энергия затрачивается на поддержа ние позы, однако по объему она значительно меньше, чем при дозировании нагрузки другими способами, и этим можно вполне пренебречь (неучтенные энерготраты при исследова нии на тредбане на 7—15 %, а при ходьбе по ступеням — на 22—30 % больше, чем при исследованиях на велоэргометре).
30
Все это указывает на то, что определение выполненной ра боты с помощью велоэргометра является наиболее точным приемом, так как удается регистрировать энергию, затрачен ную главным образом на сокращение мышц конечностей, т. е. фиксировать именно ту работу, которая выполнена испытуе мым.
Недостатками велоэргометрии являются локальное утомле ние мышц и боли в мышцах нижних конечностей, лимити рующие работу при тяжелых или длительных нагрузках. При интенсивной работе электрическая активность грудной муску латуры может снизить качество регистрации ЭКГ, что требует применения специальных аппаратных и программных фильт ров.
МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ ФИЗИЧЕСКОЙ РАБОТОСПОСОБНОСТИ
Для определения физической работоспособности применя ются прямые и косвенные методы.
Прямые методы обычно применяются при обследовании высокотренированных людей и основаны на прямом опреде лении количества работы, которую может выполнить испы туемый с помощью различных нагрузок (равномерной мощ ности до «отказа», равномерно повышающейся мощности до «отказа» и т. д.). При всех этих нагрузках испытуемый дости гает уровня максимума потребления кислорода (выходит на «плато»). Прямые показатели физической работоспособности являются объективными критериями физической подготов ленности человека в тех видах деятельности, результаты кото рой тесно связаны с аэробной производительностью (цикли ческие виды спорта на выносливость и др.).
Важным моментом в проблеме прямого определения физи ческой работоспособности является вопрос о достаточной мо тивации испытуемых к выполнению изнуряющих мышечных нагрузок. Установлено, что около 16 % высокотренированных людей обычно прекращают нагрузку, явно не достигнув уров ня, близкого к МПК, а у значительного числа исследуемых величина МПК базируется лишь на косвенных признаках максимизации аэробного обмена организма. Все это указыва ет на большой удельный вес субъективного компонента при тестировании физической работоспособности прямыми мето дами.
Следует указать, что проведение прямого определения фи зической работоспособности является весьма ответственным процессом, требующим от персонала специального опыта и обязательного наличия среди исследователей врача. Послед нее следует особо подчеркнуть, так как в настоящее время ис следование МПК широко применяется не только физиолога ми и спортивными врачами, но и клиницистами. При этом возрастает риск нежелательных последствий для здоровья ис пытуемых, которые могут возникнуть при напряжениях, обу словленных несоответствием функциональных возможностей организма обследуемых выполняемым ими физическим на грузкам.
Трудоемкость исследований, необходимость наличия слож ной аппаратуры, изнуряющий характер нагрузки — все это
32
крайне ограничивает применение прямых методов определе ния физической работоспособности у нетренированных лю дей. В связи с этим в настоящее время для оценки физиче ской работоспособности широкое распространение получили косвенные методы. Основными из них являются: гарвардский степ-тест, тест (проба) PWCl70, степ-эргометрия, непрямое оп ределение МПК.
Гарвардский степ-тест
Этот метод был разработан в 1942 г. в лаборатории утомле ния Гарвардского университета. С помощью гарвардского степ-теста количественно оцениваются восстановительные процессы после дозированной мышечной работы. От ранее известных функциональных проб степ-тест отличается как ха рактером выполняемой испытуемым нагрузки, так и формой учета результатов тестирования.
Методика проведения теста. Физическая нагрузка задается в виде восхождений на ступеньку. Высота ступеньки и время выполнения теста зависят от пола, возраста и физического развития испытуемого (табл. 3). Испытуемому предлагается на протяжении 5 мин совершать восхождение на ступеньку с частотой 30 раз в 1 мин. Каждое восхождение и спуск склады ваются из четырех двигательных компонентов:
1.— испытуемый встает на ступеньку одной ногой;
2.— испытуемый встает на ступеньку двумя ногами, при нимая строго вертикальное положение;
3.— испытуемый ставит назад на пол ногу, с которой начал восхождение;
4.— испытуемый опускает на пол другую ногу.
Та б л и ц а 3. Высота ступеньки и время восхождений при проведении
гарвардского степ-теста [Карпман В. Л. и др., 1988]
33
При подъеме и спуске руки выполняют обычные для ходь бы движения. Во время выполнения теста можно несколько раз сменить ногу, с которой начинается подъем. Для строгого дозирования частоты восхождений па ступеньку и спуска с нее используется метроном, частоту которого устанавливают равной 120 уд/мин. В этом случае каждое движение будет со ответствовать одному удару метронома.
Перед проведением гарвардского степ-теста необходимо вначале продемонстрировать испытуемому тест, а затем дать ему возможность опробовать его. Если испытуемый не в со стоянии совершать восхождение на ступеньку в течение 5 мин, то фиксируется то время, в течение которого выполня лась мышечная работа. Для этого при проведении пробы не обходимо иметь секундомер. Тест может быть прекращен, ес ли испытуемый в результате утомления начинает отставать от заданного ритма восхождений в течение 20 с.
Ошибки, которые обычно допускаются при выполнении гарвардского степ-теста:
1)несоблюдение правильного ритма;
2)неполное выпрямление коленных составов на сту пеньке;
3)неполное выпрямление тела на ступеньке;
4)постановка ноги на пол на носок.
О возможных ошибках при выполнении этого упражнения обследуемый должен быть заранее информирован.
В гарвардском степ-тесте сделана попытка строго дози ровать физическую нагрузку. Вместе с тем эта дозировка является в определенной степени условной, так как мощ ность выполнения физической нагрузки нельзя определить точно.
Определенным достоинством гарвардского степ-теста явля ется то, что, хотя время его выполнения фиксировано, но ес ли испытуемый прекращает работу раньше указанного време ни, то его работоспособность, несмотря на это, можно оце нить. Таким образом, уменьшается влияние субъективного от ношения испытуемого к процедуре тестирования.
После окончания физической нагрузки испытуемый отды хает сидя. Начиная со 2-й минуты у него 3 раза по 30-секунд ным отрезкам времени подсчитывается ЧСС: с 60-й до 90-й, со 120-й до 150-й и со 180-й до 210-й секунды восстанови тельного периода. Значения этих трех подсчетов суммируются и умножаются на 2 (перевод из уд/ЗОс в уд/мин). Результаты тестирования выражаются в условных единицах в виде индек са гарвардского степ-теста (ИГСТ), величина которого рас считывается из уравнения:
34
ИГСТ = T(100/(f2 +f3+f4) - 2,
где T — фактическое время выполнения физической нагрузки в секундах; f 2, /j, f 4 — сумма ЧСС за первые 30 с каждой (начи ная со 2-й) минуты восстановительного периода.
Величина 100 необходима для выражения ИГСТ в целых числах, а цифра 2 —для перевода суммы ЧСС за 30-секунд ные промежутки времени в число сердцебиений за минуту.
При определении ИГСТ не учитывается ЧСС за 1-ю мину ту восстановительного периода. Это имеет свои положитель ную и отрицательную стороны. Положительная сторона за ключается в том, что в раннем восстановительном периоде ЧСС зависит от большого числа факторов, некоторые из ко торых не связаны с мышечной работой (например, переход из вертикального положения во время восхождения на ступеньку в положение сидя). Отрицательная сторона заключается в том, что при этом не учитывается в достаточной степени ин дивидуальная реактивность сердечно — сосудистой системы человека в 1-ю минуту восстановления.
Оценка результатов тестирования. Величина ИГСТ характе ризует скорость восстановительных процессов после напря женной физической нагрузки и оценивается по шкале, пред ставленной в табл. 4. Чем быстрее восстанавливается ЧСС по сле степ-теста, тем меньше величина /S+ZJ +Л и>следовательно, выше ИГСТ.
При проведении массовых обследований, когда необходи мо экономить время, для расчета ИГСТ можно использовать другую формулу, в которую вводится значение ЧСС, подсчи танное за время первой половины 2-й минуты восстанови тельного периода (/2):
ИГСТ = Т • 100/ f2 • 5,5.
Гарвардский степ-тест— довольно существенная нагрузоч ная проба. По средним данным, ЧСС на 5-й минуте восхож дения на ступеньку достигает 175 уд/мин. При этом полное
Т а б л и ц а |
4. Оценка результатов гарвардского степ-теста [Карпман |
|
В. Л. и др., |
1988] |
|
ИГСТ, ед. |
Оценка физической работоспособности |
|
Меньше 55 |
|
Плохо |
55-64 |
|
Ниже среднего |
65-79 |
|
Средне |
80-89 |
|
Хорошо |
90 и больше |
|
Отлично |
35
восстановление ЧСС наступает не ранее чем через 20 мин восстановительного периода. Потребление кислорода во вре мя проведения теста в среднем составляет 3,5 л, легочная вен тиляция достигает 75 л/мин. Все это указывает на то, что ис пользовать гарвардский степ-тест можно только для лиц, имеющих достаточную физическую подготовку. Применять этот тест для нетренированных людей нецелесообразно.
Помимо рассмотренной методики существуют степ-тесты, в которых учитываются (для стандартизации) анатомические особенности испытуемого: длина голени, масса тела, темп восхождений и другие параметры. Это позволяет точнее по добрать нагрузку для испытуемого до уровня ее субмакси мальных величин.
Основным недостатком гарвардского степ-теста является низкая точность при дозировании нагрузки и преимуществен но качественный анализ показателей, зарегистрированных до и после окончания физической нагрузки — в восстановитель ном периоде. Все это приводит к тому, что при повторном об следовании или при сопоставлении полученных результатов наблюдаются значительные погрешности в количественной оценке данных.
Проба PW CI70
ВОЗ в 1968 г. для определения физической работоспособ ности человека рекомендована проба Physical Working Capaciti (PWC), разработанная в Каролинском университете в Сток гольме Шестрандом в 50-х годах XX в. Эта проба обозначает ся ВОЗ как ?170.
Физическая работоспособность в пробе PWC170 выражается в величинах той мощности физической нагрузки, при которой ЧСС достигает величины 170 уд/мин. Выбор именно этого значения ЧСС основан на следующих двух положениях.
Первое положение заключается в том, что зона адекватного функционирования кардиореспираторной системы с физиоло гической точки зрения ограничивается диапазоном изменения ЧСС от 100—110 до 170—180 уд/мин. Следовательно, с помо щью этой пробы можно установить ту интенсивность физиче ской нагрузки, которая «выводит» деятельность сердечно-со судистой системы, а вместе с ней и всей кардиореспиратор ной системы, в область оптимального функционирования.
Второе положение базируется на том, что взаимосвязь ме жду ЧСС и мощностью выполняемой физической нагрузки имеет линейный характер у большинства здоровых людей вплоть до ЧСС, равной 170 уд/мин. При более высокой ЧСС
36
линейный характер зависимости между ЧСС и мощностью физической нагрузки нарушается.
В Каролинском университете, где проба PWCt70 была впер вые внедрена в практику, она проводилась следующим обра зом. Испытуемый выполнял на велоэргометре непрерывную работу с повышающейся через каждые 6 мин (ступенчато) мощностью вплоть до ЧСС, равной 170 уд/мин (величина ЧСС определялась на последней минуте каждой ступени). Частота вращения педалей поддерживалась постоянной, рав ной 60—70 оборотов в минуту. Однако такая процедура прове дения пробы была весьма обременительной для испытуемого и занимала много времени. Все это не способствовало широ кому распространению пробы.
В дальнейшем величину PWC170 стали определять более простым способом, используя для этого две или три нагрузки умеренной мощности. Величина PWCi70 в этом случае нахо дится путем графической экстраполяции. Для этого испытуе мому предлагается выполнить две нагрузки разной мощности (W, и W2). На последней минуте этих нагрузок определяется ЧСС (соответственно / у и f 2). Далее в системе прямоугольных координат откладываются точки, соответствующие ЧСС при работе на указанных мощностях. Учитывая, что между ЧСС и мощностью физической нагрузки имеется линейная взаимо связь, через эти точки проводится прямая линия до пересече ния ее с линией, соответствующей ЧСС, равной 170 уд/мин. Из полученной таким образом точки опускается перпендику ляр на ось абсцисс. Координата пересечения этого перпенди куляра и оси абсцисс соответствует величине PWCl70.
Графическое определение величины PWCI70 имеет опреде ленный недостаток — неизбежны погрешности, возникающие в процессе графических работ. В связи с этим было предложе но простое математическое выражение, позволяющее опреде лить величину PWCl70, аналитически (без построения графи ков):
PWCl70= W, + (W2 - Wj)(170 - fv)/(f2 - fx)9
где PWCl70— мощность физической нагрузки на велоэргомет ре, при которой достигается ЧСС, равная 170 уд/мин; WLи W2 — мощность первой и второй нагрузок, кгм/мин или Вт; / у и f 2 — ЧСС в конце первой и второй нагрузок.
Первая нагрузка обычно имеет небольшую мощность. Ве личину этой мощности подбирают индивидуально в зависи мости от возраста и массы тела испытуемого по табл. 5.
После первой нагрузки испытуемый, сидя на велоэргомет ре, отдыхает в течение 3 мин, затем ему предлагается выпол-
37
Таблица 5. Ориентировочные значения мощности первой нагрузки, рекомендуемые для определения PWC]70 у здоровых нетренированных лиц [Карпман В. Л. и др., 1988]
Таблица 6. Ориентировочные значения мощности второй нагрузки, рекомендуемые при определении PWC,70 [Карпман В. Л. и др., 1988]
нить вторую, более интенсивную нагрузку. Выбор мощности второй нагрузки в значительной мере определяет точность экстраполяционного определения PWCl70. Очевидно, что чем ближе будет ЧСС во время второй нагрузки к величине 170 уд/мин, тем точнее будет определена величина PWCl70. При этом оптимальную мощность для второй нагрузки можно подобрать на основании данных о ЧСС во время первой на грузки по табл. 6. Продолжительность первой и второй нагру зок равна 5 мин. Вся процедура исследования занимает около
13мин.
Для получения адекватных результатов необходимо строго
придерживаться изложенной методики.
Как видно, нагрузка, используемая в пробе PWC170, задает ся в сравнимых, имеющих физическую размерность величи нах. В этом отношении проба PWC170 выгодно отличается от гарвардского степ-теста. Второе важное достоинство теста PWC170 состоит в том, что задаваемые нагрузки далеки от пре дельных и поэтому их выполнение испытуемыми не представ ляет больших трудностей и не требует особой мотивации.
Определение физической работоспособности с помощью теста PWC,70 позволяет получить обширную информацию, ко
38
торая может быть использована как для характеристики резер вов организма испытуемого, так и для динамического наблю дения за его физической подготовленностью. Учитывая, что при этом может изменяться масса тела испытуемых, а также для нивелирования индивидуальных различий в массе у раз ных людей, величины PWCI70 рассчитываются на 1 кг массы тела. В этом случае размерность показателя — Вт/кг.
У здоровых молодых нетренированных мужчин величины PWC170 колеблются в пределах 115—180 Вт, а у женщин — 75— 125 Вт. Относительная величина PWC170 нетренированных лиц составляет в среднем 2,5 Вт/кг у мужчин и 1,7 Вт/кг у жен щин. У сноотсменов эти величины значительно выше и дос тигают у некоторых 300—400 Вт, а относительные величины — 5,0 Вт/кг.
Величина PWC170 может быть определена не только путем экстраполяции, но и прямым путем. В последнем случае име ется в виду определение той мощности физической нагрузки, при которой ЧСС реально достигает величины 170 уд/мин. Для этого испытуемый выполняет нагрузку на велоэргометре, а его ЧСС находится под контролем автокардиолидера или кардиомонитора. Путем произвольного повышения мощности можно увеличить ЧСС до любого заданного уровня, в рас сматриваемом случае до 170 уд/мин. Многочисленными ис следованиями доказано, что величины PWCl70, определенные прямым и экстраполяционным путями, практически одина ковы.
Для определения физической работоспособности у нетре нированных взрослых людей может быть использован моди фицированный вариант велоэргометрического теста PWC170 — проба PWCAF (А — age, F — frequency).
Суть модификации состоит в том, что у лиц разного воз раста в большом диапазоне непредельной мышечной работы наблюдается практически линейная зависимость между ЧСС и мощностью физической нагрузки. Это позволяет использо вать известные положения, лежащие в основе теста PWC170, при определении физической работоспособности у всех людей (вне зависимости от возраста) с патологически ненарушенным автоматизмом клеток синусового узла. Однако индикаторный пульс при этом не должен оставаться постоянным, так как при любых сопоставимых нагрузках степень повышения ЧСС у здоровых нетренированных людей практически одинакова. Это нивелирует уровень физической работоспособности у лиц диаметрально разного возраста, оцениваемой по данным од ного постоянного значения индикаторного пульса, будь то, например, 150 или 170 уд/мин.
39