Особенности функциональной экономизации у спортсменов разного уровня адаптированности к специфической мышечной деятельности

1

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата медицинских наук

Особенности функциональной экономизации у спортсменов разного уровня адаптированности к специфической мышечной деятельности

03.00.13 - Физиология

Кузнецова Татьяна Юрьевна

Волгоград 2008

1. Общая характеристика работы

Актуальность иследования. В настоящее время объем и интенсивность тренировочных нагрузок в спорте достигли критических величин, дальнейший рост которых существенно превышает ресурсы адаптационных возможностей организма человека и лимитируется социальными факторами (Платонов В.Н., 1997; Бальсевич В.К., 2001). В связи с этим весьма остро встает проблема разработки новых технологий оптимизации тренировочного процесса, позволяющих существенно расширить диапазон адаптационных перестроек при достигнутом уровне объемов и интенсивности тренировочных нагрузок в спорте (Солопов И.Н., 1996, 1998; Бальсевич В.К., 2001; Солопов И.Н., Шамардин А.И., 2003).

Систематические занятия определенными физическими упражнениями спортивного характера постепенно совершенствуют строение организма путем развития тех или иных морфологических особенностей, обеспечивающих выполнение данного вида работы. Это, в свою очередь, увеличивает функциональную активность определенных тканей, органов и систем, способствует экономизации конкретной работы и достижению более высоких спортивных результатов (Петрухин В.Г., 1985). В этом плане именно высокая экономизация функционирования организма выступает важнейшим фактором, определяющим и отражающим уровень подготовленности спортсмена в большинстве видов спорта (Летунов С.П., 1967; Тхань Ф.Ч., 1970; Гулида О.М., 1986).

В спорте экономизацию функций как процесс рассматривают в нескольких направлениях: совершенствование спортивной техники, формирование эффективной структуры движений обозначают как техническая (или биомеханическая) экономизация, развитие процессов адаптации отдельных функциональных систем и организма в целом называют функциональной (физиологической) экономизацией. Кроме того, немаловажной является антропометрическая экономичность, которая связана с рядом особенностей телосложения, таких как масса и длина тела, объем мышечной массы, процент жира в организме и др. (Таннер Дж., 1979; Горожанин В.С., 1984; Волков В.М., 1990).

Функциональная экономизация проявляется в формировании трех адаптационных приспособлений. Во-первых, в более быстром усилении функций в начале работы, что увеличивает долю участия в ее энергетическом обеспечении выгодных аэробных процессов. Во-вторых, в уменьшении функциональных сдвигов и снижении энергетических расходов во время нагрузки. И, в-третьих, в ускорении восстановительных процессов (Волков В.М., 1990; Солопов И.Н., Шамардин А.И., 2003).

Все выше изложенное позволяет предположить, что целенаправленное повышение функциональной экономизации организма спортсменов будет обеспечивать более существенный прирост физической работоспособности, а значит и спортивного результата. Вместе с тем, такое целенаправленное повышение экономизации предполагает наличие рациональной методики тренировки, базирующейся на знании закономерностей развития функциональной экономизации и взаимосвязи ее с такими характеристиками спортсменов, как квалификация, индивидуально-типологические особенности организма, спортивная специализация. Специфические особенности функциональной подготовленности спортсменов различных видов спорта, и присущие этим видам характеристики функциональной экономизации, а также динамика проявлений экономизации в процессе многолетней спортивной подготовки должны стать объектом наиболее пристального внимания. Это обусловлено тем, что в основе повышения специальной работоспособности лежит морфофункциональная специализация, заключающаяся в избирательном приспособительном совершенствовании функциональных возможностей организма, имеющих преимущественное значение для конкретной спортивной деятельности (Верхошанский Ю.В., 1988). Анализ доступной литературы показал, что выше обозначенные сведения в публикациях практически не представлены.

Таким образом, необходимость повышения эффективности тренировочного процесса спортсменов, в том числе на основе целенаправленного повышения функциональной экономизации, обусловливает актуальность изучения закономерностей ее развития во взаимосвязи с индивидуальными особенностями и уровнем адаптированности спортсменов различной квалификации и специализации.

Цель исследования. Изучить специфические особенности и уровень параметров функциональной экономизации у спортсменов различной подготовленности и специализации и обосновать физиологические подходы к ее целенаправленному повышению.

Для реализации поставленной цели были определены следующие задачи:

Сравнить показатели функциональной экономизации организма у спортсменов различного уровня адаптированности к физическим нагрузкам.

Выяснить особенности и уровень функциональной экономизации организма у спортсменов, специализирующихся в разных видах спорта.

Оценить параметры функциональной экономизации у спортсменов различной квалификации и специализации в разные периоды выполнения физической нагрузки и в период восстановления.

Изучить динамику показателей функциональной экономизации при целенаправленном использовании эргогенических средств на фоне мышечных нагрузок.

Научная новизна исследования заключается в том, что:

- установлено закономерное повышение уровня показателей функциональной экономизации у спортсменов в процессе многолетней адаптации к мышечной деятельности,

- выявлена взаимосвязь параметров функциональной экономизации со спецификой привычных двигательных актов у спортсменов различной специализации,

- установлена высокая эффективность систематического применения в тренировочном процессе спортсменов увеличенного резистивного сопротивления, способствующего росту физической работоспособности повышению функциональной экономизации организма.

Теоретическая и практическая значимость результатов исследования. Полученные данные дополняют представления о функциональных резервах организма, расширяют теоретические сведения о структуре функциональной подготовленности, закономерностях развития адаптированности и повышении функциональных возможностей у спортсменов различной специализации на разных этапах многолетней подготовки.

Полученные результаты могут быть использованы при определении направлений и путей повышения функциональных возможностей организма человека, определении средств, методов и режимов тренирующих воздействий, подборе адекватных эргогенических средств целенаправленного воздействия на организм, используемых на фоне привычных физических нагрузок и выступающих как дополнительные адаптогенные факторы, рационализации и повышения эффективности процесса специальной подготовки к экстремальной профессиональной и спортивной деятельности, разработки системы адекватного контроля и оценки функциональной подготовленности организма человека.

Результаты исследования могут быть использованы в практике работы кабинетов функциональной диагностики физкультурных диспансеров. Сформулированные в работе положения могут быть использованы в учебном процессе ВУЗов физической культуры, при повышении квалификации и переподготовке тренеров.

Внедрение результатов исследования. Основные результаты исследований внедрены в лекционный и практический курсы на кафедрах физиологии и химии и спортивной медицины, гигиены и лечебной физической культуры ФГОУ ВПО «Волгоградская государственная академия физической культуры», в лечебно-профилактический процесс Медико-реабилитационного центра ФГОУ ВПО «Волгоградская государственная академия физической культуры».

Апробация работы. Основные положения и результаты исследований были доложены и обсуждены на итоговых конференциях ФГОУ ВПО «Волгоградская государственная академия физической культуры» за 2006-2008 гг., на расширенном межкафедральном заседании кафедры нормальной физиологии Волгоградского государственного медицинского университета, кафедры физиологии и химии и кафедры спортивной медицины, гигиены и лечебной физической культуры ФГОУ ВПО «Волгоградская государственная академия физической культуры» (октябрь 2008 г.).

Публикации результатов работы по материалам диссертации опубликовано 9 научных работ, отражающих основное содержание исследований.

2. Основные положения, выносимые на защиту

1. Функциональная экономизация закономерно повышается в процессе многолетней мышечной тренировки спортсменов, выражающееся в снижении величин частотных и некотором увеличении объемных показателей вегетативных функций и оптимизации их соотношения в условиях покоя, в менее выраженных функциональных реакциях при физических нагрузках стандартной мощности, в существенном повышении эффективности функционирования организма при выполнении физических нагрузок предельной мощности и закономерном увеличении скорости восстановительных процессов и повышении их эффективности.

2. Уровень функциональной экономизации у спортсменов, адаптированных к мышечной деятельности с различным характером двигательных актов и в разных внешних условиях, существенно зависит от характера паттерна моторики, что обусловливается как спецификой привычной мышечной деятельности и условиями ее осуществления, к которой у спортсменов формируется устойчивая адаптация, так и интенсивностью и объемом тренирующих воздействий.

3. Систематическое использование повышенного резистивного сопротивления в тренировке спортсменов способствует усилению тренирующего воздействия физических нагрузок, обеспечивает больший прирост физической работоспособности и аэробной производительности организма, оказывает положительное влияние на рост функциональных возможностей спортсменов, обусловливаемый существенным повышением величин показателей функциональной экономизации.

3. Организация и методы исследования

Работа выполнена на кафедре физиологии и химии Волгоградской государственной академии физической культуры.

В исследовании приняли участие 128 спортсменов мужского пола различного возраста и разной спортивной специализации. Всего было проведено 144 комплексных обследований (3312 измерения), см. табл. 1.

Таблица 1. Объем исследований по основным направлениям и возрастно-половой и количественный состав контингента обследованных спортсменов

Направление исследований	Спортивная специализация	Кол-во измерений	Пол	Возраст, лет	Количество обследованных
Анализ уровня показателей функциональной экономизации у спортсменов на разных этапах многолетней адаптации к мышечной деятельности	Футбол	414	Муж.	13-14	18
	Футбол	414	Муж.	15-16	18
	Футбол	368	Муж.	17-20	16
Анализ уровня показателей функциональной экономизации у спортсменов с разной структурой двигательных актов	Футбол	575	Муж.	14-20	25
	Плавание	414	Муж.	14-20	18
	Легкая атлетика (бег)	391	Муж.	14-20	17
Анализ уровня показателей функциональной экономизации при систематическом использовании дыхания с повышенным резистивным сопротивлением	Легкая атлетика (бег)	736	Муж.	18-20	16
Всего:	-	3312	-	-	128

Работа выполнена при соблюдении основных биоэтических правил и требований с научным обоснованием планируемых исследований, анализом возможных рисков и дискомфортов, описанием исследования для неспециалистов и получением информированного согласия от участников эксперимента (Генин А.М. и др., 2001).

Исследования проведены в четыре основных этапа:

На первом этапе осуществлено изучение научно-методической литературы по теме исследований, произведен подбор адекватных методов и методических приемов исследования, определен контингент испытуемых.

На втором этапе были проведены лабораторные исследования с участием спортсменов различной специализации (футбол, плавание, бег) и квалификации с целью выяснения особенностей и уровня функциональной экономизации организма у спортсменов различной специализации, находящихся на разных этапах многолетней адаптации к мышечной деятельности.

На третьем этапе на основе анализа научно-методической литературы были определены примерные параметры дополнительных нагрузок на дыхательную систему и проведен физиологический эксперимент с целью выяснения эффекта систематического использования в тренировочном процессе спортсменов повышенного резистивного сопротивления дыханию.

На четвертом этапе проведена математическая обработка полученного экспериментального материала, его анализ, описание и оформление диссертационной работы.

Для решения поставленных в исследовании задач был проведен анализ литературных источников, использовался комплекс методов для определения параметров функциональной экономизации организма, уровня физической работоспособности и аэробной производительности спортсменов:

Определение физической работоспособности. Физическая работоспособность определялась в двух одномоментных пятиминутных велоэргометрических нагрузках по принципам проведения теста PWC₁₇₀.

Определение максимальной аэробной производительности и максимальной мощности кратковременной работы. После определения уровня физической работоспособности испытуемым предлагалось увеличить мощность работы насколько это было возможно в течение 2-3 минут, что позволяло вывести их на уровень максимального потребления кислорода (VО_2max) и определить максимальную мощность кратковременной работы (W_max).

Определение частоты сердечных сокращений (ЧСС). Частоту сердечных сокращений определяли в условиях покоя (в положении сидя электрокардиографическим методом по интервалу R - R), на первой минуте выполнения мышечной работы стандартной мощности, в момент выполнения максимальной мышечной нагрузки, и в период восстановления после выполнения мышечных нагрузок.

Определение параметров внешнего дыхания. Определялись объем легочной вентиляции в минуту (VE), частота дыхания в минуту (fb), величина дыхательного объема (Vт). Измерение и регистрация данных параметров осуществлялась посредством комбинированного прибора «Ergo-Oxyscreen (Jaeger)»,

Расчетным путем получали еще ряд показателей:

«Ватт-пульс» (W/ЧСС). Показатель «ватт-пульс» определялся при нагрузке и рассчитывался как отношение мощности нагрузки (W) к частоте сердечных сокращений (ЧСС).

Кислородный пульс (КП = VО₂/ ЧСС). Показатель кислородного пульса рассчитывался как отношение объема потребления кислорода к частоте сердечных сокращений.

Коэффициент использования кислорода (КИО₂ = VО₂ /VE). Показатель коэффициента использования кислорода рассчитывался как отношение объема потребления кислорода к объему текущей легочной вентиляции.

Кислородный эффект дыхательного цикла (КЭдц = VО₂ /fb). Показатель кислородного эффекта дыхательного цикла рассчитывался как отношение объема потребления кислорода к частоте дыхания.

Коэффициент соотношения объемно-временных параметров паттерна дыхания (Vт/fb). Данный показатель рассчитывался как отношение величины дыхательного объема к частоте дыхания (Солопов И.Н. и др., 2007, 2008).

Для достижения поставленной цели был осуществлен анализ основных показателей экономизации функций в условиях покоя, в процессе мышечной работы различной мощности и в период восстановления у спортсменов различных специализаций (бег, плавание, футбол), одинакового возраста и уровня функциональной подготовленности.

Всем испытуемым предлагалось выполнить мышечную нагрузку при трех уровнях мощности, которая дозировалась по величине индивидуальной ЧСС: 1 нагрузка - ЧСС = 120 - 150 уд/мин.; 2 нагрузка - ЧСС = 150 - 170 уд/мин.; 3 нагрузка - ЧСС ? 180 уд/мин. (максимальная). Первые две нагрузки выполнялись в течение 5 минут, с перерывом в 5 минут (величины мощности этих нагрузок и соответствующие уровни ЧСС использовались для расчета показателя PWC₁₇₀). Третья нагрузка выполнялась в максимальном режиме и поддерживалась в течение 2 - 3 минут, для определения максимального потребления кислорода.

После окончания выполнения физической нагрузки регистрировались все изучаемые показатели в течение 5 минут восстановления.

В процессе тестирования производилась регистрация основных параметров внешнего дыхания и газового метаболизма посредством комбинированного прибора «Ergo-Oxyscreen (Jaeger)», который позволял непрерывно измерять и регистрировать ряд параметров дыхательной и сердечно-сосудистой систем организма в условиях покоя и при мышечных нагрузках.

В условиях покоя анализировались величины частоты сердечных сокращений [ЧСС_покоя], легочной вентиляции [VE_покоя], частоты дыхания [fb_покоя] и величины дыхательного объема [Vт_покоя] и коэффициента их соотношения [Vт/fb_покоя].

На первой минуте стандартной мощности мышечной работы регистрировались показатели мощности нагрузки [W₁], частоты сердечных сокращений [ЧССW₁], потребления кислорода [VO₂W₁], легочной вентиляции [VE W₁], частоты дыхания [fbW₁] и величины дыхательного объема [VтW₁] и их соотношения [Vт/fb W₁]. Кроме того анализировались показатели ватт-пульса [W₁/ЧССw₁], кислородного пульса [КПw₁], коэффициента использования кислорода [КИО₂W₁], кислородного эффекта дыхательного цикла [КЭдцw₁] и коэффициента соотношения объемно-временных параметров паттерна дыхания [Vт/fbW₁].

При максимальной мощности мышечной работы оценивались величины ватт-пульса [W_max/ЧСС_max], кислородного пульса [КП_max (VО_2max/ ЧСС_max)], коэффициента использования кислорода [КИО_2max (VО₂max/ VE_max)], кислородного эффекта дыхательного цикла [КЭдц_max (VО_2max/ fb _max)], потребления кислорода на единицу работы [VО_2max/W_max], коэффициента соотношения объемно-временных параметров паттерна дыхания [Vт/fb W_max].

В период восстановления (на 1 минуте) сравнивались показатели кислородного пульса [КПв₁], коэффициента использования кислорода [КИО₂ в₁], кислородного эффекта дыхательного цикла [КЭдцв₁] и коэффициента соотношения объемно-временных параметров внешнего дыхания [Vт/fb В₁].

С целью выяснения динамики показателей функциональной экономизации при целенаправленном ее повышении посредством использования дополнительных эргогенических средств был организован и проведен физиологический эксперимент.

Были сформированы исследуемая (n=11) и контрольная (n=5) группы из числа легкоатлетов-бегунов 18-20 лет.

Экспериментальная тренировка продолжалась четыре недели, в течение которых участники эксперимента 20 - 25% объема специальной работы выполняли в условиях дыхания в специальной маске с диафрагмой, создающей инспираторно-экспираторное резистивное сопротивление 8-10 мм вд.ст.

До и после экспериментальных тренировок участники экспериментов обследовались в стандартных условиях в лаборатории (процедура обследования и объем изучаемых показателей приведены в соответствующих главах, с описанием результатов исследования).

4. Результаты исследований и их обсуждение

Динамика показателей функциональной экономизации организма спортсменов на разных этапах многолетнего процесса адаптации к мышечной деятельности.

Основной целью данного раздела исследования явилось осуществление сравнительного анализа уровня функциональной экономизации у спортсменов различной квалификации.

Для достижения поставленной цели были осуществлены комплексные спироэргометрические исследования с участием спортсменов футболистов трех квалификационных групп футболистов: III-II спортивного разряда, 13-14 лет (n = 18), I разряда, 15-16 лет (n = 18) и КМС-МС, 17-20 лет (n = 16).

Выбор, для изучения влияния на функциональную экономизацию и основные ее параметры возростно-квалификационного фактора, именно спортсменов футболистов, был обусловлен тем обстоятельством, что спортивных играх, и в футболе в том числе, встречаются примерно в равных пропорциях, движения по своей биомеханической структуре относящиеся как к циклическим, так и к ациклическим физическим упражнениям. Это позволяет экстраполировать, в определенной мере, полученные результаты и на другие спортивные специализации.

Показатели функциональной экономизации у спортсменов различной квалификации в условиях мышечного покоя

Экономизация функций в условиях относительного мышечного покоя является одной из наиболее признанных характеристик тренированности (В.С. Мищенко, 1990). Например, урежение ЧСС в покое рассматривается в качестве одного из главных критериев совершенствования функции вегетативного обеспечения организма (Кучкин С.Н., Ченегин В.М., 1998).

В таблице 2 представлены средние величины изучаемых показателей в условиях мышечного покоя у спортсменов футболистов различного возраста и подготовленности.

Таблица 2 Средние величины показателей функциональной экономизации у спортсменов футболистов различной квалификации в условиях мышечного покоя (Х±m)

Показатели	Спортивная квалификация	Достоверность различий
	III-II разряд (13-14 лет) (n=18)	I разряд (15-16 лет) (n=18)	КМС-МС (17-20 лет) (n=16)	I-II	I-III	II-III
	I	II	III
ЧССпокоя, уд/мин	85,9±1,9	78,8±2,7	77,9±1,4	P<0,05	P<0,05	P>0,05
VEпокоя, л/мин	8,0±0,2	7,1±0,3	7,2±0,3	P<0,05	P<0,05	P>0,05
fbпокоя, цикл/мин	18,4±1,2	15,9±1,0	13,3±0,3	P>0,05	P<0,05	P<0,05
Vтпокоя, мл	461,0±24,3	479,3±39,5	546,1±33,0	P>0,05	P<0,05	P>0,05
Vт/fbпокоя, у.е.	28,0±2,7	35,2±6,0	42,0±3,5	P>0,05	P<0,05	P>0,05

Примечание: Здесь и далее достоверность различий по t-критерию Стьюдента.

Из представленных данных можно видеть, что средняя ЧСС в условиях мышечного покоя прогрессивно снижается с ростом подготовленности спортсменов. Точно такая же динамика отмечается и по показателю еще одного частотного параметра - частоты дыхания. Что касается величины дыхательного объема, то он, напротив, с ростом квалификации имеет тенденцию к увеличению.

В литературе отмечается, что экономичность функции дыхания обусловливается и выражается в рациональном (оптимальном) соотношение объемно-временных параметров паттерна дыхания (Михайлов В.В., Панов Г.М., 1975; Кучкин С.Н., 1986, 1999; Волков В.М., 1990). Ряд исследователей (Бреслав И.С., 1984; Майлс С., 1971) считает, что при более редком и глубоком дыхании создаются наилучшие условия для газообмена. При этом энергетическая стоимость самих дыхательных движений минимизируется (Grimby G., 1976; Кучкин С.Н., 1986).

Исходя из этого мы сочли целесообразным для характеристики экономичности внешнего дыхания использовать специальный коэффициент соотношения объемно-временных параметров паттерна дыхания, выражающийся в отношении величины дыхательного объема к величине частоты дыхания (Vт/fb), предложенный И.Н. Солоповым и др. (2007). Цифровое выражение этого отношения (условные единицы) будет увеличиваться при увеличении дыхательного объема или снижении частоты дыхания, что будет свидетельствовать об увеличении экономичности внешнего дыхания. И, наоборот, при снижении величины дыхательного объема и учащении дыхания - этот коэффициент уменьшаться, отражая тем самым снижение экономичности дыхательного акта. Данный коэффициент более удобен для оценки эффективности и экономичности внешнего дыхания, чем показатели частоты дыхания и дыхательного объема по отдельности (Солопов И.Н. и др., 2007).

Сравнение этого коэффициента у спортсменов различной квалификации показывает его закономерное и даже статистически значимое увеличение с повышением функциональной подготовленности с 28,3±2,6, у спортсменов младших разрядов, до 42,0±3,5 у.е. (P<0,01), у кандидатов в мастера и мастеров спорта.

Представленная динамика объемно-временных параметров вегетативных функций вполне отражает закономерное повышение функциональной экономизации в условиях мышечного покоя у спортсменов с ростом специальной спортивной квалификации.

Квалификационные особенности функциональной экономизации у спортсменов при физической нагрузке стандартной и предельной мощности

Как уже отмечалось выше, функциональная экономизация проявляется, в том числе и в уменьшении сдвигов вегетативных систем организма и снижении энергетических затрат во время нагрузки (Волков В.М., 1990). Исходя из этого, нами был проведен сравнительный анализ показателей, отражающих напряженность функционирования систем организма и их эффективность в процессе выполнения мышечной работы стандартной и максимальной мощностей спортсменами различной квалификации. В качестве таковых рассматривались величины частоты сердечных сокращений (ЧССW₁), легочной вентиляции (VEW₁) и потребления кислорода (VО₂W₁) при стандартной нагрузке, кислородный пульс (КПW₁), коэффициент использования кислорода из вдыхаемого воздуха (КИО₂W₁), кислородный эффект дыхательного цикла (КЭдцW₁), ватт-пульс (W₁/ЧССw₁) а также коэффициент соотношения дыхательного объема к частоте дыхания (Vт/fb W₁).

Полученные результаты показали, что спортсмены более низкой квалификации выполняют стандартную физическую нагрузку с большим напряжением функциональных систем, а значит менее экономично. У них отмечается достоверно большие величины частоты сердечных сокращений, легочной вентиляции и потребления кислорода относительно величин этих показателей у спортсменов более высокой квалификации (P<0,05). Можно также видеть, что с ростом подготовленности спортсменов все выше обозначенные показатели статистически достоверно уменьшаются (P<0,05) от одной квалификационной группы к другой, что можно рассматривать как закономерный процесс.

Следует отметить, что при физической нагрузке стандартной мощности у спортсменов младших разрядов, по сравнению с более квалифицированными в некоторой степени больше величины таких показателей как кислородный пульс (КПW₁), коэффициент использования кислорода из вдыхаемого воздуха (КИО₂W₁) и кислородный эффект дыхательного цикла (КЭдцW₁), что возможно, является компенсаторной реакцией.

Выше обозначенные обстоятельства указывают на то, что у спортсменов низкой квалификации стандартная физическая нагрузка вызывает более выраженные реакции со стороны функциональных систем организма, которые обеспечивают выполнение работы с большим их напряжением. С ростом квалификации спортсменов происходит планомерное повышение экономичности вегетативного обеспечения мышечной работы, что выражается в существенном уменьшении функциональных сдвигов.

Как следствие этого процесса наблюдается достоверно большие величины такого важного показателя функциональной экономизации как ватт-пульс у более квалифицированных спортсменов.

Параллельно с этим происходит оптимизация соотношения объемно-временных параметров внешнего дыхания, что проявляется в увеличении, с ростом квалификации спортсменов, коэффициента соотношения дыхательного объема и частоты дыхания с 30,2±2,3, у спортсменов младших разрядов, до 36,7±3,6 и 41,9±5,9 у.е., у более квалифицированных спортсменов.

Оценка функциональной экономизации имеющей место в процессе выполнения мышечной работы максимальной мощности должна производиться на основе несколько иных критериев, чем при выполнении нагрузки стандартной мощности. При выполнении нагрузок предельной мощности низкие величины показателей реакции функциональных систем не всегда следует, а вернее, не следует вовсе рассматривать как критерий высокой эффективности. Предельные физические нагрузки должны вызывать максимальные функциональные сдвиги, или насколько это возможно большие. В противном случае нагрузки не следует считать предельными.

Исходя из этого посыла, сравнительный анализ квалификационных особенностей функциональной экономизации при предельных физических нагрузках производился по выше обозначенным показателям, средние величины которых приведены в таблице 3.

Таблица 3 Средние величины показателей функциональной экономизации у спортсменов футболистов различной квалификации при максимальной мощности физической нагрузки (Х±m)

Показатели	Спортивная квалификация	Достоверность различий
	III-II разряд (13-14 лет) (n=18)	I разряд (15-16 лет) (n=18)	КМС-МС (17-20 лет) (n=16)	I-II	I-III	II-III
	I	II	III
Wmax/ЧССmax, кГм/уд/мин	5,4±0,3	7,1±0,2	7,0±0,2	P<0,05	P<0,05	P>0,05
КПmax, мл/уд/мин	13,4±0,4	14,8±0,3	16,1±1,0	P<0,05	P<0,05	P>0,05
КИО2max, мл/л/мин	31,3±1,2	41,7±2,2	45,8±2,8	P<0,05	P<0,05	P>0,05
КЭдцmax, мл/цикл/мин	49,7±3,3	66,0±2,7	77,2±5,3	P<0,05	P<0,05	P>0,05
Vт/fbmax, у.е.	31,6±3,4	39,6±2,2	44,3±3,3	P>0,05	P<0,05	P>0,05

Представленные данные в полной мере отражают динамику повышения экономичности и эффективности функционирования организма с ростом специальной подготовленности спортсменов при мышечной работе максимальной мощности.

Все изучаемые показатели эффективности функционирования однозначно, и в большинстве позиций, статистически достоверно, увеличиваются с ростом квалификации спортсменов. Это вполне объяснимо, так как весь процесс подготовки спортсменов направлен на повышение функциональных возможностей организма, и в том числе на повышение эффективности его функционирования (Солопов И.Н., Шамардин А.И., 2003).

Обращает на себя внимание и закономерное увеличения коэффициента соотношения объемно-временных параметров паттерна дыхания в условиях выполнения физической нагрузки максимальной мощности, хотя статистически и не достоверное. На этом основании с большой долей уверенности можно говорить, что оценка функциональной экономизации наиболее адекватна именно по показателям, фиксируемым в процессе выполнения физических нагрузок максимальной мощности. Это весьма важно и в связи с тем, что функциональные возможности, наращиваемые в процессе тренировки, должны трансформироваться в максимально высокий спортивный результат, как правило, демонстрируемый на фоне предельных физических нагрузок.

Показатели функциональной экономизации у спортсменов различной подготовленности в период восстановления

Весьма важным критерием и проявлением функциональной экономизации является динамика восстановительных процессов, и в первую очередь скорость их протекания. Исходя из этого в нашем исследовании сравнительному анализу подвергались показатели, зарегистрированные к концу первой минуты восстановления (срочное восстановление) у трех квалификационных групп спортсменов. При этом оценивалась не только скорость восстановления (по величине возвращения к уровню покоя таких показателей, как частота сердечных сокращений и легочная вентиляция, в % - ЧССВ1/ЧССпокоя, VEв1/VЕпокоя), но и эффективность и экономичность функционирования организма в этот период, которые сравнивались по среднегрупповым величинам показателей кислородного пульса (КПв1), коэффициента использования кислорода из вдыхаемого воздуха (КИО2в1), кислородного эффекта дыхательного цикла (КЭдцв1) и коэффициента соотношения объемно-временных параметров паттерна дыхания (Vт/fb в1).

В результате исследований было установлено, что скорость возвращения частоты сердечных сокращений к уровню покоя на первой минуте восстановления была наименьшей у спортсменов более низкой квалификации, а наибольшей у спортсменов высокой квалификации. Скорость восстановления легочной вентиляции была практически одинаковой представителей всех квалификационных групп.

Что касается показателей эффективности и экономичности функционирования вегетативных систем, то они также оказались выше по всем позициям у более подготовленных спортсменов. И хотя различия в этих показателях в большинстве случаев не были статистически достоверными, тенденция к их увеличению с ростом квалификации спортсменов проявилась вполне однозначно.

Проведенный анализ со всей очевидностью продемонстрировал квалификационные различия параметров функциональной экономизации у спортсменов в период срочного восстановления - с ростом подготовленности закономерно увеличивается скорость восстановительных процессов и повышается их эффективность.

Таким образом, результаты проведенных исследований позволяют заключить, что с ростом функциональной подготовленности спортсменов происходит закономерное повышение функциональной экономизации, как в покое, так и в процессе выполнения физических нагрузок стандартной и предельной мощностей и в период восстановления.

5. Функциональная экономизация у спортсменов, адаптированных к мышечной деятельности с различным характером двигательных актов

Функциональная экономизация является важнейшим результатом и характеристикой адаптации организма к мышечной деятельности, которая проявляется в повышении экономичности функционирования двигательного аппарата, системы регуляции функций и систем вегетативного обеспечения организма. При этом проявления функциональной экономизации заметны как в покое, так и в разные фазы физической нагрузки и в период восстановления после них, в деятельности практически всех физиологических систем, которые в той или иной мере задействованы в обеспечении мышечной деятельности.

В связи с выше изложенным целью данного раздела исследований явилось осуществление сравнительного анализа уровня функциональной экономизации у спортсменов различной специализации в условиях покоя, в процессе выполнения мышечной работы стандартной и предельной мощностей и в период восстановления.

Для достижения поставленной цели были осуществлены комплексные спироэргометрические исследования с участием спортсменов различных специализаций (футбол, плавание, бег), одинакового возраста и уровня функциональной подготовленности.

Специфические особенности функциональной экономизации у спортсменов различной специализации в условиях мышечного покоя

Различные показатели, регистрируемые в условиях мышечного покоя хорошо отражают уровень тренированности спортсменов и выступают в качестве одних из информативных критериев экономизации функций организма (Граевская Н.Д., 1975; Мищенко В.С., 1990; Кучкин С.Н., Ченегин В.М., 1998). Функциональная экономизация в этом случае выражается в урежении частотных, и в увеличении объемных параметров вегетативных систем (Вагин Ю.Е., 1985; Синицына Т.М., Чекурда Р.П., 1986; Исаев А.П. и др., 1997).

Исходя из этого на первом этапе исследования нами был проведен сравнительный анализ средних величин ЧСС и показателей внешнего дыхания (VE, Vт и fb) у представителей разных спортивных специализаций (табл. 5).

Из представленных данных можно видеть, что величины ЧСС в покое у спортсменов разных специализаций несколько различаются, хотя и статистически недостоверно. Наименьшая величина в покое обнаружилась у пловцов. Почти такой же ее уровень был отмечен и у футболистов.

Что касается объемно-временных параметров внешнего дыхания, то они весьма разнятся. Уровень легочной вентиляции находился в пределах от 7,3 у пловцов, до 12,4 л/мин у бегунов. Частота дыхания наименьшей была у пловцов (13,0±0,7 цикл/мин), затем у футболистов (15,5±0,8 цикл/мин), а у бегунов она составила 17,2±1,2 цикл/мин. При этом величина дыхательного объема была наибольшей у бегунов - 748,1±61,9 мл, затем у пловцов - 594,4±51,1 мл и у футболистов - 484,0±30,0 мл. Можно видеть, что по параметру частоты дыхания предпочтительнее выглядят пловцы, по величине дыхательного объема - бегуны.

Таблица 5 Средние величины показателей функциональной экономичности и эффективности у спортсменов разных специализаций в условиях мышечного покоя (X ± m)

Показатели	Спортивная специализация	Достоверность различий
	Футбол (n=25)	Плавание (n=18)	Бег (n=17)	I-II	I-III	II-III
	I	II	III
ЧССпокоя, уд/мин	80,8 ± 2,3	79,1 ± 2,5	85,4 ± 2,9	P>0,05	P>0,05	P>0,05
VEпокоя, л/мин	8,0 ± 0,3	7,3 ± 0,4	12,4 ± 0,9	P>0,05	P<0,01	P<0,01
fbпокоя, цикл/мин	15,5 ± 0,8	13,0 ± 0,7	17,2 ± 1,2	P<0,05	P>0,05	P<0,01
Vтпокоя, мл	484,0 ± 30,0	594,4 ± 51,1	748,1 ± 61,9	P<0,01	P<0,01	P>0,05
Vт/fbпокоя, у.е.	36,3 ± 4,7	51,1 ± 7,3	48,0 ± 6,2	P>0,05	P>0,05	P>0,05

Сравнение коэффициента соотношения объемно-временных параметров паттерна дыхания показывает, что он оказался наибольшим у пловцов, несколько меньше у бегунов, и на самом низком уровне - у футболистов. Мы полагаем, что это в полной мере отражает более эффективное и экономичное соотношение объемно-временных параметров паттерна дыхания у пловцов в состоянии покоя по отношению к представителям других видов спорта.

Специфические особенности функциональной экономизации у спортсменов различной специализации в начальной фазе выполнения физической работы стандартной мощности и при максимальной нагрузке.

Весьма важным приспособительным эффектом, отражающим функциональную экономизацию, является скорость усиления функций в начальной фазе физической нагрузки (Волков В.М., 1990; Солопов И.Н., Шамардин А.И., 2003). В этом случае эффект экономизации обусловливается тем, что более быстрое врабатывание увеличивает долю участия в энергообеспечении работы выгодных аэробных процессов. Соотношение использования малоэкономичных анаэробных источников энергии и экономичных аэробных, а также величины общих энергетических трат на единицу выполненной работы характеризуют уровень ее экономичности (Волков В.М., 1990).

Сравнение всех изучаемых показателей у спортсменов различных специализаций в начальной фазе выполнения нагрузки стандартной мощности показывает, что все параметры функциональной экономичности у пловцов находятся на более высоком уровне, по сравнению с бегунами, и особенно, с футболистами. У пловцов оказалась выше и реактивность сердечно-сосудистой и дыхательной систем, и показатели эффективности сопряженности этих систем, и показатель экономичности вегетативного обеспечения мышечной работы - ватт-пульса. У них оказалось и более выгодное соотношение объемно-временных параметров внешнего дыхания.

На второй позиции, так же практически по всем изучаемым показателям, за некоторым исключением, находятся бегуны.

Для спортивной практики, особенно для прогноза эффективности деятельности при соревновательных нагрузках, наиболее важны показатели функциональной экономизации, демонстрируемые спортсменами при максимальных мощностях мышечной работы. В этом случае экономичность рассматривается как функциональная и метаболическая «цена» высоких уровней мощности нагрузки (Мищенко В.С., 1990) и, прежде всего, оцениваются такие параметры экономичности функционирования как расход энергии на единицу работы, степень напряженности вегетативных функций, в том числе в соотношении с мощностью выполняемой внешней механической работы, оптимальность соотношения объемно-временных параметров паттерна дыхания, степень использования морфофункционального потенциала.

В таблице 6 представлены средние величины показателей функциональной экономичности и эффективности при выполнении кратковременной мышечной нагрузке максимальной мощности у представителей разных видов спорта.

Таблица 6 Экономичность и эффективность функционирования организма спортсменов различных специализаций при кратковременной физической нагрузке максимальной мощности (X ± m)

Показатели	Спортивная специализация	Достоверность различий
	Футбол (n=25)	Плавание (n=18)	Бег (n=17)	I-II	I-III	II-III
	I	II	III
Wmax/ЧССmax, кГм/уд/мин	7,1 ± 0,2	9,2 ± 0,5	6,9 ± 0,2	P<0,01	P>0,05	P<0,01
КПmax, мл/уд/мин	15,0 ± 0,5	18,6 ± 0,8	16,3 ± 0,5	P<0,01	P>0,05	P<0,05
КИО2max, мл/л/мин	42,0 ± 2,6	41,4 ± 1,5	28,3 ± 1,5	P>0,05	P<0,01	P<0,01
КЭдцmax, мл/цикл/мин	68,3 ± 4,2	95,4 ± 4,1	59,4 ± 2,6	P<0,01	P>0,05	P<0,01
VEmax/МВЛ, %	69,2 ± 3,4	50,5 ± 3,1	84,5 ± 4,1	P<0,01	P<0,01	P<0,01
Vтmax/ЖЕЛ, %	36,9 ± 1,5	37,3 ± 1,5	43,9 ± 1,5	P>0,05	P<0,01	P<0,01
Vт/fbmax, у.е.	40,8 ± 2,2	64,4 ± 4,2	41,9 ± 2,4	P<0,01	P>0,05	P<0,01

Сравнение изучаемых показателей функциональной экономичности у спортсменов разных специализаций показало существенное преимущество представителей плавания. У пловцов были значительно больше величины ватт-пульса, кислородного пульса, кислородного эффекта дыхательного цикла и коэффициента соотношения объемно-временных параметров внешнего дыхания по отношению, как футболистов, так и бегунов.

Коэффициент использования кислорода из вдыхаемого воздуха у пловцов оказался практически на одном уровне с футболистами (P>0,05), тогда как у бегунов этот показатель оказался существенно ниже по отношению как к пловцам, так и к футболистам (см. табл. 6).

Что касается реализации собственного морфофункционального потенциала, которая оценивалась в нашем исследовании по величине процента использования собственных ЖЕЛ и МВЛ, то у пловцов она оказалась ниже по отношению, как к бегунам, так и к футболистам (P<0,01).

Возможно, это обстоятельство обусловлено условиями выполнения привычной мышечной работы в водной среде. Как известно, спортивное плавание сопряжено с выполнением дыхательных движений при довольно большом гидростатическом давлении на грудную клетку, что обусловливает ограничение ее экскурсий (Солопов И.Н., 1988; Солопов И.Н., Бакулин С.А., 1996). Определенное затруднение легочной вентиляции, в свою очередь неизбежно приводит к повышению показателей эффективности и экономичности газообмена. Такая ситуация и отражается в размерах обозначенных показателей у пловцов, которые вероятно и демонстрируют определенный стереотип вегетативной реакции.

В этой связи обращает на себя внимание весьма существенное преимущество пловцов по величине введенного нами коэффициента соотношения объемно-временных параметров паттерна дыхания, который у них составил 64,4±4,2 у.е, тогда как у бегунов и футболистов он равнялся в среднем, соответственно 41,9±2,4 и 40,8±2,2 у.е (P<0,01).

Весьма вероятно, что это обстоятельство является следствием специфики такого вида спорта, как плавание. Известно, и это неоднократно отмечалось в специальной литературе (Майлс С., 1971; Солопов И.Н., 1988; Солопов И.Н., Бакулин С.А., 1996), что в условиях водной среды дыхание у человека характеризуется увеличением дыхательного объема при снижении частоты дыхательных циклов, что обеспечивает уменьшение скоростей дыхательных потоков и тем самым снижение энергетической стоимости дыхательных движений. Такое соотношение объемно-временных параметров внешнего дыхания выражается, как уже отмечалось выше, в увеличении коэффициента их соотношения. Мы полагаем, что данная особенность осуществления внешнего дыхания у пловцов и проявляется при тестировании как с максимальной и стандартной нагрузками, так и в покое и в период восстановления.

Специфические особенности функциональной экономизации у спортсменов в период восстановления после физической нагрузки

Для развития необходимого уровня адаптированности и проявления высокого уровня физической работоспособности наряду с экономичностью функционирования в разные периоды выполнения физической нагрузки, большое значение имеет и экономичность и эффективность функционирования в период восстановления.

Функциональная экономичность восстановительных процессов, прежде всего, связывается со скоростью их протекания. Это обусловлено двумя аспектами. Во-первых, именно в процессе восстановления происходят морфофункциональные перестройки, лежащие в основе развития адаптированности, наращивания функциональных возможностей организма. Во-вторых, скорость протекания восстановления обусловливает готовность организма к повторной работе в условиях напряженной тренировки, когда время полного или частичного восстановления определяет начало и интенсивность таковой работы.

Сравнительный анализ показателей функциональной экономичности и эффективности у спортсменов разных специализаций в восстановительном периоде обнаруживает не столь однозначную картину, как это проявилось, например, при выполнении максимальной нагрузки, когда по всем параметрам наиболее выгодно выглядели спортсмены пловцы.

Так, к первой минуте восстановления скорость возвращения показателей вегетативных систем к исходному уровню (уровню покоя) была наибольшей по ЧСС у футболистов, а по величине легочной вентиляции - у бегунов. Наименьшая скорость возвращения вегетативных показателей к уровню покоя отмечается у пловцов.

В большинстве случаев наилучшие показатели экономичности и эффективности и сопряженности функций сердечно-сосудистой и дыхательной систем, а так же параметры экономичности дыхательной функции обнаруживаются у пловцов.

При этом следует отметить весьма низкие величины кислородного пульса и кислородного эффекта дыхательного цикла у футболистов. Вполне возможно, что очень низкие величины КЭдц, которые почти в два раза ниже, чем у пловцов, обусловливаются у них наихудшим соотношением объемно-временных параметров внешнего дыхания. Соответствующий коэффициент (Vт/fb) у футболистов так же находился на самом низком уровне, по сравнению с величиной этого показателя у бегунов и, особенно, у пловцов.

Таким образом, анализ параметров функциональной экономизации показывает вполне определенную ее зависимость от характера привычной мышечной деятельности. При этом эта зависимость неоднозначна в условиях оперативного покоя, в разные фазы выполнения физической нагрузки и в период восстановления после нее. Обнаруживаемые различия, на наш взгляд, обусловливаются как спецификой привычной мышечной деятельности и условиями ее осуществления, к которой у спортсменов формируется устойчивая адаптация, так и характером, интенсивностью и объемом тренирующих воздействий.

6. Повышение функциональной экономизации организма посредством целенаправленного использования эргогенических средств

Неуклонный прогресс достижений в современном спорте и рост профессиональных нагрузок в ряде областей обитания и деятельности человека предопределяют возможность развития крайней степени физического напряжения, достигающего в ряде случаев предела физиологических возможностей. В связи с этим возникает необходимость разработки новых средств и методов повышения функциональных резервов организма, оптимизации процессов адаптации к экстремальным нагрузкам и роста физической работоспособности (Платонов В.Н., 1997; Бальсевич В.К., 2001; Солопов И.Н., Шамардин А.И., 2003; Солопов И.Н., 2004 и др.).

Весьма эффективным средством, способствующим усилению воздействия на организм физических нагрузок, является дыхание в условиях повышенного резистивного сопротивления дыханию (Крестовников А.Н., 1951; Кучкин С.Н. и др., 1996; Солопов И.Н. и др., 1993).

Вместе с тем, в литературе практически не указывается в какой степени данное эргогеническое средство влияет на параметры функциональной экономизации организма. Исходя из выше изложенного, в данном разделе исследований основной задачей явилось выяснение влияние курса мышечных тренировок в условиях дыхания с повышенным резистивным сопротивлением, прежде всего на параметры функциональной экономизации спортсменов.

Для выяснения эффективности использования в тренировочном процессе спортсменов дыхания с повышенным резистивным сопротивлением был организован физиологический эксперимент с участием 11бегунов (18-20 лет). Контрольную группу составили 5 спортсменов, аналогичного возраста и подготовленности.

Тренировка продолжалась четыре недели, в течение которых участники эксперимента 20 - 25% объема специальной работы выполняли в условиях дыхания в специальной маске с диафрагмой, создающей инспираторно-экспираторное резистивное сопротивление 8-10 мм вд.ст.

До и после экспериментальных тренировок участники экспериментальной и контрольной групп обследовались в лаборатории по стандартной программе.

Определение физической работоспособности осуществлялось в двух одномоментных пятиминутных велоэргометрических нагрузках по принципам проведения теста PWC170. Определение показателя Wmax осуществлялось в конце теста в процессе кратковременной работы максимальной мощности. Регистрировались объемно-временные показатели внешнего дыхания (минутного объема легочной вентиляции дыхания -VE, частоты дыхания - fb) и максимального потребления кислорода (VО2max). Определение частоты сердечных сокращений осуществлялось методом электрокардиографии в условиях покоя (ЧССпокоя), на первой минуте стандартной работы (ЧСС W1), в момент выполнения максимальной мышечной нагрузки (ЧССmax) и на пятой минуте восстановления (ЧСС В5).

При стандартной и максимальной мощностях мышечной работы оценивались величины ватт-пульса (W/ЧСС). Во все периоды мышечной нагрузки и в период восстановления рассчитывались показатели кислородного пульса [КП (VО₂/ ЧСС)], коэффициента использования кислорода из вдыхаемого воздуха [КИО₂ (VО₂/VE)] и кислородного эффекта дыхательного цикла [КЭдц (VО₂/ fb)]. Кроме того, для этих же периодов рассчитывался коэффициент соотношения объемно-временных параметров внешнего дыхания (Vт/fb_покоя).

Контрольное тестирование участников эксперимента показало, что у спортсменов и контрольной и экспериментальной групп произошло увеличение практически всех изучаемых показателей. Вместе с тем систематическое использование в процессе мышечных нагрузок дыхания с повышенным резистивным сопротивлением дыханию участниками исследуемой группы привело к более существенному увеличению физической работоспособности, определяемой в тесте PWC₁₇₀, по сравнению с контрольной группой (соответственно в среднем на 28,0 % (P < 0,05) и на 5,7% (P > 0,05), см. рис. 1.

Аналогичные изменения произошли и в другом показателе, отражающем работоспособность организма - максимальной аэробной производительности. В исследуемой группе достоверно и более существенно увеличился показатель максимального потребления кислорода в среднем на 19,7% (P < 0,05), тогда как в контрольной группе это увеличение составило всего 2,54% (P > 0,05), см. рис. 1.