5.2.7.1 Тесты для оценки критериев аэробной биоэнергетической системы

Мощность аэробного механизма энергообеспечения характеризуется показателем, который называется «максимум потребления кислорода» (МПК). Этот показатель определяется прямым и непрямым методами.

В клинической практике чаще применяют непрямой метод измерения, не требующий мак­симального усилия от обследуемого. Однако в спортивно-медицинских исследованиях, особенно в тех видах спорта, где результаты тесно связаны с аэробной производитель­ностью организма (так называемые циклические виды, раз­вивающие выносливость), рекомендуется измерять МПК прямым методом.

Определение МПК прямым путем осуществляется с помощью теста ступенчато-возрастающей нагрузки. (Необходимо отметить, что с помощью этого теста могут определяться и другие показатели как аэробного, так и анаэробного механизма энергообеспечения).

Для определения максимума потребления кислорода прямым способом необходимо измерять показатели легочной вентиляции (минутного объема дыхания и состава выдохнутого воздуха) в процессе выполнения тестирующих нагрузок с помощью автоматических газоанализаторов.

До основной ра­боты обследуемый разминается в течение 4-6 мин при незначительной мощности нагрузки (например, 10 Вт). Обычный темп вращения педалей - 50-60 об./мин. Такой темп наиболее экономичен при всех уровнях мощности. Ра­бота все время выполняется сидя на седле велоэргометра.

Нагрузки могут выполняться разным способом: на велоэргометре, на тредбане (тредмиле), восхождение на ступеньку, выполнение естественных спортивных упражнений (плавание, езда на велосипеде, бег по стадиону (1000 м), на лыжах или коньках).

Наиболее распространенными являются нагрузки на велоэргометре и на тредбане (тредмиле). На велоэргометре исходная нагрузка и последующие «ступени» выбира­ются в зависимости от пола, возраста, физической подго­товленности и состояния здоровья. Для ориентации могут быть рекомендованы следующие величины: для детей и женщин ис­ходная мощность 25 Вт, затем 50, 75, 100 Вт и т.д.; для мужчин - вначале 50 Вт, затем -100 -150 Вт и т. д. (приложение 5).

При проведении теста на тредбане применяются соответствующие программы физической нагрузки. Одна из таких программ представлена в таблице 13.

Таблица 13

Программа физической нагрузки при проведении теста на тредмиле

Ступени нагрузки	Скорость движения дорожки, км/ч	Угол подъема
		в процентах	в градусах
1	2,7	10	5,7
II	4,0	12	6,8
III	5,6	14	8,0
IV	6,8	16	9,0
V	8,0	18	10,0
VI	8,9	20	11,0
VII	9,6	22	12,4

Примечание: I ступень эквивалентна мощности 75 Вт, II -100 Вт, III -125 Вт и т.д.

В практике обследований спортсменов при работе на велоэргометре ориентировочно рекомендуется следующий график предъявления нагрузок: исходная - 1 Вт/кг массы обследуемого, каждая последующая нагрузка увеличивается на 1Вт/кг массы. При определении нагрузок необходимо учитывать вид спорта, квалификацию, половую принадлежность спортсмена и т.д.

Продолжительность каждой «ступени» составляет 5-6 мин, до наступления устойчивого состояния («steady state»), при котором увеличение ЧСС не превышает 5 уд/мин. В противоположном случае работу следует еще продол­жать. Подобная регламентация должна обеспечить прохождение 5-6-кратного повышения интенсивности упражнения вплоть до полного изнеможения испытуемого. Таким образом, тест включает несколько субмаксимальных, одну максимальную и одну «супермаксимальную» нагрузку.

В целом об оптимальности выбранной схемы увеличения нагрузки при тестировании МПК у лиц разного пола, возраста и уровня физической подготовленности можно судить при сравнении соответствия данных испытания с теми, которые приведены в качестве ориентиров в таблице 14 (В.Л. Карпман, З.Б. Белоцерковский, И.А. Гудков, 1988).

Таблица 14.

Ориентировочные значения числа ступеней нагрузки (N) , а также прироста ЧСС и потребления кислорода каждой ступени нагрузки при оптимальной схеме тестирования МПК у разных лиц

			Ожидаемые исследователем значения (ориентировочно)
Исследуемый	Возрастная	Пол
контингент	группа
			N	Прирост ЧСС	Прирост
				уд/мин	мл/мин
Спортсмены	Юные	м + ж	4—6	20—25	250—600
	Взрослые	м	4—7	15—20	600—1000
		ж	4—7	15—20	400—800
Практически здоровые и	Юные	м + ж	3—6	15—20	200—400
достаточно физически	Люди молодого
подготовленные люди	и зрелого	м	3—6	10—20	250—750
	возраста	ж	3—6	10—20	200—600
	Люди
	пожилого	м	3—6	5—10	100—600
	возраста	ж	3—6	5—10	100—500
Практически здоровые с	Юные	м + ж	3—6	10—25	100—300
недостаточной физиче-	Люди молодого
ской подготовленностью	и зрелого	м	3—6	5—20	200—500
или с нарушениями здо-	возраста	ж	3—6	5—20	150—400
ровья, но физически дее-
способные люди	Люди
	пожилого	м	3—5	3—10	100—300
	возраста	ж	3—5	3—10	100—250

Основным критерием, свидетельствующим о достижении максимального уровня потребления кислорода, принято считать феномен выравнивания (leveling off) - образование плато на кривой потребления кислорода, несмотря на дальнейшее повышение мощ­ности нагрузки (рис.2).

Рис. 2. Схема графического определения МПК (mах ) и «критической мощности» ( кр) при ступенчатообразно повышающейся мощности нагрузки ( ) до отказа (по И.А. Аулику)

Данный феномен свидетельствует о полном исчерпании резервов мобилизации системы транспорта и утилизации кислорода, то есть о предельном физическом напряжении исследуемого.

Помимо указанного феномена о достижении испытуемыми уровня индивидуального «кислородного потолка» можно судить по косвенным критериям: 1) достижение индивидуально максимальной частоты (ЧСС_мах=220-возраст); 2) уровень дыхательного коэффициента более 1,0-1,15; 3) уровень лактата крови более 70-80 мг% (8-10 ммоль/л); 4) прирост потребления О₂ не более 100 мл/мин при увеличении нагрузки на 25 Вт; 5) вентиляционный эквивалент не более 30; 6) pH крови ниже 7,1 и др.

Дополнительными критериями при проведении рассматриваемого теста могут быть: частота сердечных сокращений, записанная с помощью электрокардиографа (ЧСС, уд./мин); суммарная работа (W∑, Дж) и мощность на каждой ступени нагрузки ( , Вт); потреб­ление кислорода и количество выделенного углекислого газа и л/мин или [мг/(кг∙мин)]; дыхатель­ный коэффициент (R); минутный объем дыхания ( , л/мин); вентиляционный эквивалент ( / ); кислородный пульс (мл кислорода на одно сердечное сокращение); концентрация молочной кислоты в арте­риальной крови (г/л или ммоль/л).

Концентрация молочной кислоты в артериальной крови достигает максимума только на 3-9-й минуте после окончания максимальной работы. Кровь берут из согретого предварительно в теплой воде кончика паль­ца или мочки уха.

Недостатком максимальных тестов является чрезмерно большое усилие, что значительно ограничивает их приме­нение. Поэтому максимум аэробной мощности у пожилых людей и больных предсказывается только непрямым пу­тем.

Существует несколько способов определения максимума потребления кислорода непрямым путем.

Первый способ – графический. Этот способ учитывает следующую закономерность.

В нормальных условиях при выполнении нагрузки до уровня субмаксимальной интенсивности включительно (75% от максимальной) между величиной потребления кислорода ( ) и частотой сердечных сокращений (ЧСС) существует линейная зависимость (рис. 3), хотя она отличается у представителей разного возраста, пола, с разной физической подготовленностью и т.д.

Рис. 3. Зависимость частоты сердечных сокращений и величины потребления О₂ у 20-30-летних мужчин (А) и женщин (Б) при нагрузке субмаксимальной и максимальной интенсивности (Hermansen, Andersen, 1965).

Примечание: 1 – люди с «сидячей профессией»; 2 – спортсмены.

Такой характер связи позволяет находить зависимость между ЧСС и уже при наличии двух точек в системе прямолинейных координат, где откладыва­ется на оси абсцисс, а ЧСС – на оси ординат. Эти точки находят измерением частоты пульса на двух уровнях субмаксимальной нагрузки после образования так называемого устойчивого состояния (в конце 4-й, 5-й минуты работы).

Мощность нагрузки на отдельных ступенях следует выбирать с таким расчетом, чтобы частота пульса находилась в пределах от 120 до 170 уд/мин.

Максимум потребления кислорода определяется путем ли­нейной экстраполяции прямой линии, полученной между двумя точками ЧСС, до пересечения с линией на уровне 75% значения ЧСС от максимального пульса испытуемого (рис. 4). Перпендикуляр, опущенный на ось абсцисс, и будет отражать уровень МПК.

ЧСС, уд./мин

75% ЧСС_max

ЧСС₂

ЧСС₁

1 2 МПК л/мин

Рис. 4. Графический способ определения МПК

Величи­на максимального пульса зависит от возраста.

Для ориентировочного расчета значений максимального пульса можно пользоваться формулами:

ЧСС max/мин = 210 - 0,8×возраст (годы);

ЧСС max/мин =220 - возраст (годы).

Исследования показывают, что точность рассчитанного максимального пульса равна ±10 уд/мин, а ошибка непрямого метода определения максимума потребления кис­лорода равна 10-15%.

Следующий непрямой способ определения МПК основан на использовании субмаксиального теста PWC₁₇₀ (в модификации В.Л. Карпмана) с последующим определением МПК по формуле.

В данном тесте (Карпман В. Л. и др., 1991) определяется мощ­ность нагрузки, при которой частота сердечных сокраще­ний у обследуемого после наступления устойчивого состояния должна стабилизироваться на 170 уд./мин. Другими словами, PWC₁₇₀ – это параметр мощности нагрузки, при котором ЧСС достигает 170 уд./мин.

Обследуемый выполняет на велоэргометре две 5-минутные нагрузки разной мощности (с 3-минутным интервалом отдыха) субмаксимальной мощности. Нагрузки подбирается с та­ким расчетом, чтобы получить значения частоты пульса в диапазоне от 120 до 170 уд./мин, так как взаимосвязь между ЧСС и мощностью выполняемой нагрузки в этом диапазоне пульса имеет линейный характер, а затем нарушается (прирост ЧСС замедляется). Более точные ре­зультаты получаются, если при выполнении последней сту­пени мощности частота пульса будет ближе к 170, но не превышать ее.

В. Л. Карпман и соавт. (1974) при двухступенчатом тесте для расчета PWC₁₇₀ рекомендуют определять PWC₁₇₀ по формуле:

PWC₁₇₀ = + ( - ) × ,

где , и - мощность 1-й и 2-й нагрузок (кгм/мин или Вт); f₁ и f₂­ частота сердечных сокращений в конце первой и второй на­грузок (уд./мин).

PWC₁₇₀ можно определить также путем графической экстраполяции (рис. 5).

ЧСС, уд./мин

170

f₂

f₁

PWC₁₇₀

Рис. 5. Графический способ определения PWC₁₇₀

Обозначения те же, что и в приведенной выше формуле.

В качестве ориентиров могут быть использованы сле­дующие величины PWC₁₇₀ у здоровых людей (Карпман В. Л. и др.,1991): 422-900 (х=640) у женщин, 850-1100 (х=1027) кгм/мин у мужчин. У спортсменов этот показа­тель зависит от специализации и колеблется в больших пределах (1000-2000 кгм/мин).

Учитывая высокий коэффициент корреляции между величинами МПК и PWC₁₇₀ (по данным разных авторов r=0,7-0,9), их линейная взаимосвязь в самом общем виде может быть описана соответствующими формулами:

- для лиц невысокой спортивной квалификации:

МПК=1,7× PWC₁₇₀ + 1240

- для высококвалифицированных спортсменов:

МПК=2,2× PWC₁₇₀ + 1070.

Однако оказалось, что эта зависимость носит не совсем линейный характер. В этой связи В.Л. Карпман, И.А. Гудков и Г.А. Койдинова (1972) предложили следующую формулу:

МПК=

Для определения МПК были предложены и другие, более сложные, формулы.

Для сравнения результатов отдельных лиц рекомендуется пользоваться не абсолютным значением максимума потребления кислорода (л/мин), а относительной величиной. Последнюю получают, разделив МПК в мл/мин на массу тела в килограммах. Таким образом, единицей относительного показателя максимального потребления кислорода МПК является мл/мг ∙ мин.

Потребле­ние кислорода у квалифицированных спортсменов (представителей отдельных видов спорта) приведены в табл. 15.

Таблица 15

Максимум потребления кислорода (мл/кг мин) у квалифицированных спортсменов (Saltin, Astrand, 1967)

Вид спорта	Мужчины	Женщины
Лыжные гонки	83	63
Бег на коньках	78	54
Ориентирование	77	58
Бег 800-1500 м	76	56
Горнолыжный спорт	68	50
Плавание	67	58

Тесту ступенчато возраста­ющей нагрузки по своей направленности соответствуют применяемые в практике легкоатлетического спорта испытания в повторном беге на дистанции 1000 м с постепенно возрастающей скоростью.

Важным показателем аэробных механизмов энергообеспечения является показатель аэробной емкости. Она характеризуется суммарным потреблением О₂ при выполнении работы максимальной мощности от ее начала до снижения заданного темпа из-за усталости испытуемого. Для ее оценки широко используется тест на удержание критической мощности нагрузки. При проведении этого теста используют ре­зультаты предварительного определения критической мощ­ности (скорости) с помощью теста ступенчато-воз­растающей нагрузки, а лучше – с помощью графического способа (методом экстраполяции, см. рис. 1) или теста PWC₁₇₀ с последующим применением формул.

Регламентом тести­рования предусматривается выполнение до отказа упражнения на критической скорости (после интенсивной 10-минутной разминки и 4-минутного отдыха). Показа­телем аэробной емкости служит время удержа­ния максимального потребления О₂ (на основе непрерывных измере­ний газообмена и содержания молочной кислоты в крови).

Те­сту на удержание критической мощно­сти соответствуют испытания в контроль­ном беге на 2000 м и в тесте Купера (ди­станция бега, пробегаемая за 12 мин).