Методики оценки физической подготовленности и уровень подготовленности сильнейших пятиборцев (методические рекомендации)

Заборова В. А. , В. Б. Гаврилов, В. А. Рыбаков, В. Н. Селуянов
МГМУ, НИУ МФТИ

Введение

В работе спортивного врача одним из важнейших компонентов является оценка физического состояния спортсмена. Эта информация необходима:

  • — для определения слабых мест в подготовленности спортсмена,
  • — для передачи тренеру информации, чтобы выполнить коррекцию в программе тренировки,
  • — для разработки диеты и приема биологически активных добавок (БАД).

При проведении тестирования следует оценить максимальные силовые возможности основных мышечных групп, долю в них окислительных, промежуточных и гликолитических мышечных волокон (ОМВ, ПМВ, ГМВ), максимальное потребление кислорода мышц (МПКм = ПК на анаэробном пороге), максимальное потребление кислорода организма (МПКр), потенциально возможное максимальное потребление кислорода, максимальная производительность сердечнососудистой системы (оценивается по максимальному ударному объему сердца). Для получения информации о степени физического развития проводится антропометрическое обследование. Получить общее представление о методах тестирования спортсменов можно по монографии И. Аулика [1], однако, прошло более 20 лет и следует воспользоваться новыми разработками [3].

Цель настоящей статьи представить методики оценки уровня физической подготовленности и результаты тестирования сильнейших пятиборцев мира.

Методологические основы тестирования спортсменов

Максимальная сила сокращения мышечной группы может быть оценена различными способами. Наиболее корректно сила измеряется изометрическом режиме на силоизмерительных установках (например, БИОДЕКС). В этом случае измеряется сила (момент в суставе), а оценивается физиологический поперечник (периферический фактор), способность испытуемого рекрутировать все двигательные единицы (ДЕ) (центральный фактор). Действие центрального фактора приводит к появлению случайной ошибки, которая составляет 10 % [1].

Измерение силы в динамическом режиме зависит от тех же факторов — периферического и центрального, а также от мышечной композиции, а именно, доли в мышцах быстрых и медленных мышечных волокнах. С ростом скорости сокращения мышц вклад мышечной композиции в мощность функционирования мышечной группы существенно нарастает. Для оценки максимальной мощности функционирования мышц ног или рук используются велоэргометры, например, фирмы МОНАРК, для ног модель — 894 и для рук модель — 891.

Тест выполняется на пиковом велоэргометре, нагрузка устанавливается в соответствии с уровнем силовой подготовленности. В среднем нагрузка на велоэргометре составляет Сила (Ньютон) = 0,8 × (масса тела, кг). Критерием корректности выбора нагрузки является максимальный темп педалирования. Он должен находиться в пределах 120–140 об/мин. При педалировании с большим темпом у обычных людей наблюдаются проблемы с техникой, но для велосипедистов допускается темп 150–170 об/мин. Оптимальный темп педалирования у велосипедистов в спринте составляет 150 об/мин.

Компьютеризированный пиковый велоэргометр (Е-894) позволяет непрерывно измерять мощность, развиваемую испытуемым. В этом случае на 2–3 с появляются максимальные величины мощности, на 5–7 с теста наблюдается максимальный темп педалирования и в этот момент фиксируется максимальная динамическая мощность. В этот момент источником энергии в мышцах являются молекулы АТФ и КрФ, которые необходимы для ресинтеза молекул АТФ, поэтому принято считать, что производится оценка максимальной алактатной мощности МАлМ. Измеряется она в ваттах или Вт/кг массы тела.

МАлМ зависит от физиологического поперечника активных мышц, степени рекрутирования ДЕ, мышечной композиции и техники педалирования (педалировать надо сидя на седле). В случае повторного тестирования влияние мышечной композиции перестает быть фактором, влияющим на результат тестирования, поскольку мышечная композиция по миозиновой АТФ-азе наследуется, т.е. не изменяется. Следовательно, все изменения в МАлМ будут связаны с изменением силовой подготовленности. Косвенно мышечную композицию можно оценить по отношению МАлМ/(площади поперечного сечения бедра с учетом вклада жира в обхват бедра). Удельную мощность (Mуд) можно вычислить следующим образом:

  • Mуд = МАлМ / (площадь) = МАлМ / (3,14 × R2)
так как R без жира и кожи вычисляется через обхват, то
  • Rбж = Cp /(2 × 3,14)-(КЖС/2-1) × 0,1),
  • Mуд = MAлМ / (3,14 × Rбж 2),
где Ср — обхват (для ног — бедра, для рук — плеча).

Для ног оценка 3–4 Вт/см2 соответствует композиции 50/50, для рук оценка 8–9 Вт/см2 соответствует композиции 50/50.

Большая величина соответствует быстрым мышцам, а меньшая — медленным.

Максимальное потребление кислорода мышц в данном упражнении определяется по потреблению кислорода на уровне анаэробного порога (МПКм = ПКАнП).

МПКм можно оценить при выполнении ступенчатого теста на велоэргометре модели 828 для ног и 891 для рук. При тестировании ног на велоэргометре начальная нагрузка устанавливается 5 Н, далее каждые 2 мин нагрузка увеличивается на 5 Н. Темп педалирования при тестировании спортсменов должен быть 75 об/мин. При тестировании велосипедистов темп рекомендуется 90 об/мин.

Важное значение имеет выбор длительности выполнения ступеньки на стандартной мощности. В 60–70-е годы считалось, что аэробные процессы разворачиваются в организме медленно — 3–5 мин., поэтому рекомендовали длительность ступеньки в этих пределах. Исследования в группе Н. И. Волкова [2] показали, что аэробные процессы разворачиваются значительно быстрее. На 45–60 с функционирования с заданной мощностью быстрая фаза роста потребления кислорода заканчивается. В связи с этим имеет право на внедрение и варианты тестирования с длительностью каждой ступеньки по одной минуте. В этом случае длительность тестирования составляет 8–10 мин, в противном случае 30–40 мин. Очевидно, что увеличение длительности тестирования приводит к перегреву организма, предъявляет особые требования к психике спортсмена, замедляет процесс тестирования группы спортсменов.

При выполнении ступенчатого теста с помощью газоанализатора регистрируют скорости потребления кислорода, выделения углекислого газа, легочной вентиляции, частота сердечных сокращений, вычисляется дыхательный коэффициент, практикуется взятие проб крови из пальца или мочки уха для определения концентрации лактата в капиллярной крови.

Пока рекрутируются окислительные МВ субстратом окисления являются жирные кислоты. Поэтому дыхательный коэффициент находится в пределах 0,7–0,8, а концентрация лактата не изменяется и остается в пределах 1–2 мМ/л. Ускорение на графике «скорость легочной вентиляции — мощность» совпадает с моментом начала роста концентрации лактата в капиллярной крови. Этому моменту соответствует рекрутирование почти всех ОМВ в активных мышцах. Это явление получило название — первый вентиляционный порог или аэробный порог.

В зарубежной литературе начало прироста концентрации лактата в крови понимается как переход от аэробных процессов в организме испытуемого к анаэробным, поэтому определяется как анаэробный (лактатный) порог. Представление об организме как о черном ящике (пробирке), в котором разворачиваются биоэнергетические процессы давно устарело (лет на 30). Такая модель полностью пренебрегает физиологическими законами, в частности «правилом рекрутирования двигательных единиц (мышечных волокон)». В то же время по интегрированной электромиографической активности мышц можно определять электромиографические аэробный и анаэробный пороги [3].

Адекватной, реальной ситуации (описание физиологических процессов в ступенчатом тесте), является модель (функциональная система, по К.Анохину), которая включает мышцу (состоящую из ОМВ, ПМВ и ГМВ), сердечнососудистую и дыхательную системы, кровь и ЦНС. С помощью этой модели можно объяснить причину возникновения на кривой «скорость легочной вентиляции — мощность» второго перелома (ускорения).

После преодоления аэробного вентиляционного порога начинают рекрутироваться промежуточные мышечные волокна. ПМВ характеризуются тем, что в них одновременно ресинтез молекул АТФ и КрФ идет за счет окислительного фосфорилирования (митохондрий) и анаэробного гликолиза, поскольку масса митохондрий недостаточна для полной переработки образующегося пирувата. Накопление в них лактата и ионов водорода, выход их в кровь и соседние ОМВ приводит к постепенному ингибированию липолиза в ОМВ. В результате в крови растет концентрация углекислого газа, как в результате функционирования митохондрий, так и при взаимодействии ионов водорода с буферными основаниями крови. В крови связанный углекислый газ становится свободным, его еще называют эксцессом (избыточным). Повышение концентрации углекислого газа в крови активизирует сосудодвигательный и дыхательный центры в продолговатом мозге, а также хеморецепторы каротидного синуса. Поэтому ускоряется ЧСС и минутный объем вентиляции. Митохондрии ОМВ и ПМВ имеют предел работоспособности, а именно, использования молекул кислорода для окислительного фосфорилирования, поэтому рекрутирование ГМВ приводит к быстрому накоплению молочной кислоты в крови и ускорению дыхания. В этот момент фиксируется второй вентиляционный порог. Исследования показывают, что в этот момент концентрация лактата в крови достигает 4 мМ/л. Этот момент также соответствует физиологическим условиям, при которых спортсмен может выполнять заданную мощность без роста концентрации лактата в крови (OBLA).

Субъективное ощущение испытуемого в момент наступления АнП характеризуются предельно глубоким дыханием и, несмотря на рост частоты дыхания, ощущается недостаток воздуха. Поэтому психическое напряжение возрастает, чем больше в мышцах остается нерекрутированных ГМВ, тем дольше может работать испытуемый, тем большая концентрация лактата накапливается в крови. После исчерпания резерва МВ растущую мощность невозможно поддерживать. В этот момент фиксируется падение реальной мощности и тест заканчивается. Достигнутое потребление кислорода определяется как реальное максимальное потребление кислорода в данном тесте. Оно состоит из нескольких составляющих:

  • МПКр = МПКм + ПКдм + ПКс + ПКо,
где МПКм — потреблении кислорода на уровне АнП;
ПКдм — потребление кислорода дыхательными мышцами (диафрагма, межреберные и др.), зависит как кубическая степень от скорости легочной вентиляции. При легочной вентиляции 200 л/мин потребление кислорода дыхательными мышцами превышает 2 л/мин;
ПКс — потребление кислорода миокардом не превышает 0,5 л/мин при ЧСС более 190 об/мин;
ПКо — потребление кислорода другими органами (не активными мышцами) не превышает 0,3 л/мин.

Механическая мощность обеспечивается работой мышц, поэтому информативным показателем, коррелирующим со спортивными результатами в циклических видах спорта является МПКм (ПК АнП). Увеличение отношение МПКм/МПКр свидетельствует о перестройке мышечной композиции, увеличивается доля ОМВ и ПМВ. При достижении этого отношения 80–90 % степень закисления крови существенно снижается. Так у выдающихся велосипедистов Меркса, Индурайна, Арстронга на пике спортивной формы при выходе на МПКр ЧСС достигает 190–196 уд/мин, а степень закисления крови не превышает 5–6 мМ/л.

При низком отношении МПКм/МПКр — менее 50 %, степень закисления при достижении МПК становится столь большой и даже может приближается к смертельно опасной. Особенно возрастает риск несчастного случая при нарушении в работе миокарда, экстрасистолия, блокада проводящих путей. У многих опытных спортсменов наблюдаются признаки спортивного сердца, поэтому риск несчастного случая при прохождении тестирования возрастает. Для снижения риска несчастного случая не следует выводить спортсменов на уровень реального МПК. Достаточно преодолеть уровень мощности АнП, а МПКр определять графически или математически в момент достижения ЧСС 190 уд/мин, поскольку именно в этот момент достигается максимальный минутный объем крови (МОК). В противном случае в помещении, проведения тестирования, должна находиться реанимационная бригада.

Мышечная композиция по ферментам митохондрий может быть определена по данным МАлМ и мощности на уровне АэП и АнП. Для обеспечения равенства механизмов энергообеспечения мощности на уровне АэП и АнП надо увеличить в 2 раза. В этом случае рассматривается мощность работы ОМВ, ПМВ и ГМВ в алактатном режиме энергообеспечения.

Производительность сердечнососудистой системы следует оценивать по максимальному ударному объему сердца, поскольку максимально возможный минутный объем кровообращения вычисляется умножением УОС на пульс 190 уд/мин.

Минутный объем кровообращения может быть определен по Фику:

  • Q = V(O2) / (CO2 art − CO2 ven),
где Q — минутный объем кровообращения, V(O2) — потребление кислорода в минуту, CO2 art и CO2 ven — содержание кислорода в артериальной и венозной крови соответственно. Поскольку Q=SV × HR, то можно записать:
  • SV = V(O2) / (CO2 art − CO2 ven) /HR = V(O2) / dCO2 / HR.(1)
По мере роста ЧСС степень поглощения кислорода мышцами растет, и достигает предельного значения при достижении максимального пульса. В практике можно принять, что максимальный минутный объем кровообращения наблюдается при ЧСС 190 уд/мин. Эту зависимость можно представить в виде гиперболической функции:
  • dCO2 = 50 × ((HR / HRmax) × 0,2 − 0,69).(2)
Потребление кислорода связано с механической мощностью педалирования на велоэргометре практически линейной зависимостью, поскольку коэффициент полезного действия (КПД) составляет 22–24 %. В этом случае на 74–78 Вт приходится один литр потребления кислорода. Подставим эти зависимости (2) в уравнение (1):
  • W / 75 = SV × HR × 50 × ((HR / 190) × 0,2 − 0,69);(3)
  • SV = (W + Win) / HR × k × ((HR / 190) × 0,2 − 0,69).(4)

В случае покоя, когда внешняя мощность равна нулю, а метаболизм на уровне покоя связан с массой тела (Mb), то к внешней мощности следует добавить внутреннюю мощность:

  • Win = 0,3 × Mb

Таким образом, ударный объем сердца определяется с помощью уравнения:

  • SV = (W + 0,3 × Mb) × 100 / (HR × 3,75 × ((HR / 190) × 0,2 − 0,69))

Коэффициент корреляции между вычисленными значениями и определенными с помощью программно измерительного комплекса «РЕОДИН» (НТС «Медас», Москва), основанного на методе импедансной плетизмографии (тетраполярной реографии центрального пульса) составил 0,96 при р < 0,001. [4]

Это уравнение корректно оценивает УОС только до мощности АнП. После мощности АнП, потребление кислорода растет за счет интенсификации работы дыхательной мускулатуры.

Методика обследования пятиборцев. В тестировании приняли участие сильнейшие пятиборцы России и мира. Шесть мужчин и шесть женщин все ЗМС и МСМК.

Каждый спортсмен прошел антропометрическое обследование и функциональное тестирование мышц ног и рук.

Мышцы ног тестировались на Велоэргометре МОНАРК-828, мышцы рук на велоэргометре МОНАРК-834.

Мышцы ног и рук тестировались в двух тестах — СПРИНТ, для определения максимальной алактатной мощности, СТУПЕНЧАТЫЙ — для определения потребления кислорода на уровне АнП и МПКр, а также производительности сердечно-сосудистой системы. Тестирование выполнялось в соревновательном периоде

Результаты.

В табл. 1 и 2 представлены среднестатистические данные обследования спортсменов. Данные, полученные на сильнейших пятиборцах мира можно определить как модельные характеристики. Модельные характеристики можно использовать для сравнения и определения слабых звеньев у конкретного спортсмена.

Сравнение мужчин и женщин показало, что по относительным показателям мышц ног отсутствуют статистически достоверные различия, исключение составил показатель — максимальная алактатная мощность, который у мужчин статистически достоверно больше (р<0,01).

По относительным показателям мышц рук статистически достоверные различия обнаружены по всем характеристикам (р<0,01). Следует обратить внимание на показатели УОС и МАлМ. Именно по этим показателям имеется наибольшее различие (р<0,001). Возможно, здесь имеется резерв у женщин пятиборок для роста функциональных возможностей. Увеличение мышечной массы пояса верхних конечностей может привести как к росту УОС, так и МАлМ.

Вывод

Проведение тестирования для мышц ног и рук у пятиборцев в виде ступенчатого теста и спринта позволяет косвенно оценит состояние мышечного аппарата и системы кровоснабжения мышц. Определение морфофункциональных показателей у спортсменов высшей квалификации позволило разработать модельные характеристики пятиборцев мужчин и женщин.

Таблица 1. Результаты функционального тестирования пояса нижних конечностей

Абсолютные показатели Мужчины Женщины
Х σ Х σ
Возраст (г.) 24 1,5 22,5 3,3
Масса (кг) 74,9 4,2 58,5 6,8
Длина тела (см) 181 5,3 166 7,2
ЧСС АнП (уд/мин) 140 11 151 12
ПК АнП (л/мин) 3,25 0,16 2,45 0,12
МПК (л/мин) 5,56 0,17 3,91 0,67
Максимальный УОС (мл) 197 13 140 33
ЧСС мак УОС (уд/мин) 136 11 139 19
МАлМ (Вт) 1024 161 551 68
Окислительные МВ (%) 24 5,4 33 5
Промежуточные МВ (%) 24 2,9 33 11
Гликолитические МВ (%) 52 7,9 34 9
Относительные показатели
(относительно массы тела)		 Мужчины Женщины
Х σ Х σ
Мощность АэП (Вт/кг веса) 1,6 0,21 1,58 0,23
ПК АэП (мл/мин/кг веса) 21,3 2,9 21 3,0
Мощность АнП (Вт/кг веса) 3,2 0,25 3,1 0,4
ПК АнП (мл/мин/кг веса) 43,2 3,4 41,9 5,6
Мощность МПК (Вт/кг веса) 5,5 0,14 5,0 0,8
МПК (мл/мин/кг веса) 74,3 2,1 66,7 10,2
Максимальный УОС (мл/кг) 2,6 0,19 2,4 0,3
МАлМ (Вт/кг веса) 13,6 2,0 9,3 2,8

Таблица 2. Результаты функционального тестирования пояса верхних конечностей

Абсолютные показатели Мужчины Женщины
Х σ Х σ
ЧСС АнП (уд/мин) 139 9,1 149 18
ПК АнП (л/мин) 2,9 0,4 1,73 0,26
МПК (л/мин) 4,1 0,3 2,9 0,58
Максимальный УОС (мл) 148 7,5 140 21
ЧСС мак УОС (уд/мин) 117 8,5 83 14
МАлМ (Вт) 780 93 306 42
Окислительные МВ (%) 20 2,7 37 8
Промежуточные МВ (%) 23 4,1 33 10
Гликолитические МВ (%) 58 1,6 30 8
Относительные показатели
(относительно массы тела)		 Мужчины Женщины
Х σ Х σ
Мощность АэП (Вт/кг веса) 1,0 0,05 0,79 0,2
ПК АэП (мл/мин/кг веса) 17,3 0,87 13,7 3,7
Мощность АнП (Вт/кг веса) 2,16 0,23 1,73 0,32
ПК АнП (мл/мин/кг веса) 37,4 3,9 29,8 5,5
Мощность МПК (Вт/кг веса) 3,07 0,2 2,79 0,33
МПК (мл/мин/кг веса) 52,9 3,8 48,2 5,84
Максимальный УОС (мл/кг) 1,98 0,2 1,4 0,15
МАлМ (Вт/кг веса) 10,0 1,2 5,2 0,83

Примечание:

  • ПП — плечевой пояс; МВ — мышечные волокна
  • Мощность АэП — мощность на уровне аэробного порога;
  • ЧСС АэП — частота сердечных сокращений на уровне аэробного порога;
  • ПК АэП — потребление кислорода на уровне аэробного порога, оценивается силовая подготовленность окислительных мышечных волокон;
  • Мощность АнП — мощность на уровне анаэробного порога;
  • ЧСС АнП — частота сердечных сокращений на уровне анаэробного порога;
  • ПК АнП — потребление кислорода на уровне АнП, оценивается аэробная подготовленность мышц (силовая выносливость, максимальный окислительный потенциал);
  • Мощность МПК — мощность на уровне МПК;
  • МПК — Максимальное потребление кислорода;
  • УОС — ударный объем сердца;
  • МАлМ — максимальная алактатная мощность (скоростно-силовые возможности).

Литература

  1. И. В. Аулик Определение физической работоспособности в клинике и спорте./ И. В. Аулик. — М.: Медицина, 1990. — 234 с.
  2. Волков Н. И.  Биоэнергетика напряженной мышечной деятельности человека и способы повышения работоспособности спортсменов / Николай Иванович Волков: Автореф. дис. док. биол. Наук — М. НИИНФ, 1990. — 101 с.
  3. Мякинченко Е. Б.  Развитие локальной мышечной выносливости в циклических видах спорта. / Е. Б. Мякинченко, В. Н. Селуянов — М.: ТВТ Дивизион, 2005. — 338 с.
  4. Селуянов В. Н.  Оценка величины ударного объема крови по частоте сердечных сокращений при работе на велоэргометре. / В. Н. Селуянов, В. Р. Орел: Спортивная кардиология и физиология кровообращения. — М.: РГУФК, 2006. — С. 173—178.