Для оценки физиологической стоимости работы с учетом функциональных возможностей отдельного индивидуума принято сопоставлять энерготраты с максимальной аэробной способностью. Имеется в виду результирующая способность систем внешнего дыхания, кровообращения, транспортной способности крови и ферментных систем к переносу и утилизации кислорода в реакциях окислительного фосфорилирования [Яковлев Г. М., 1979].
Для оценки физической выносливости и работоспособности человека предложено множество критериев и показателей. В последнее время большинство исследователей стремятся использовать показатели, прямо показывающие уровень определенного вида работоспособности, применяя в исследованиях тесты и показатели, принятые в качестве стандартных Всемирной организацией здравоохранения (ВОЗ).
При оценке умственной работоспособности человека решающее значение должны играть прямые показатели умственной работы, главными слагаемыми которой являются скорость и точность реакций, помехоустойчивость и объем перерабатываемой информации. Указанные показатели определяются по результатам выполнения различных проб и тестов, из которых наиболее общепринятыми являются тесты с кольцами Ландольта, корректурная проба и др.
Так как под физической работоспособностью часто понимается функциональное состояние кардиореспираторной системы [Аулик И. В., 1979], то показатели, характеризующие уровень работоспособности, являются показателями деятельности кардиореспираторной системы. ВОЗ рекомендует использовать в качестве одного из наиболее надежных показателей физической работоспособности человека величину максимального потребления кислорода (МПК), которое является интегральным показателем аэробной производительности организма.
В основе оценки физической выносливости и работоспособности человека по показателям состояния кардиореспираторной системы его организма лежат две закономерности.
Согласно первой закономерности, при возрастании физической нагрузки в определенном диапазоне мышечного усилия, соответствующем ЧСС 120—180 уд/мин, между величиной нагрузки (мощностью) и ЧСС существует линейная зависимость. Это значит, что каждый уровень нагрузки характеризуется определенной, постоянной для конкретного человека, ЧСС. Следовательно, зависимость "мощность нагрузки — ЧСС" (в случае линейной зависимости — прямая) может быть определена по результатам двух измерений. Это достигается с помощью измерения ЧСС при выполнении двух разных нагрузок различной мощности.
Вторая закономерность — это так называемый закон экономизации. В результате тренировок организм приобретает способность выполнять одинаковую нагрузку с меньшим усилием. По мере приспособления, т. е. адаптации к нагрузкам при работе одинаковой интенсивности, ЧСС, минутный объем дыхания, потребление кислорода, МОК уменьшаются. В основе такой экономизации лежат разные механизмы. Один из них — усовершенствование двигательных навыков, т. е. более рациональная техника выполнения упражнений. При совершенной технике количество мышц, принимающих участие в работе, становится минимальным и активность различных "посторонних" мышечных групп сокращается. Одновременно уменьшается и общий расход энергии. К экономизации приводит также усовершенствование регуляции вегетативных функций. Кроме того, существует и так называемая тканевая экономизация, при которой повышается эффективность метаболических процессов в самой мышце. Она проявляется, например, в снижении ЧСС после тренировок на выносливость при строго дозированных велоэргометрических или других нагрузках, где не может иметь место более рациональное выполнение тестового упражнения при повторном обследовании.
На основании закона экономизации можно судить о динамике работоспособности человека. Уменьшение ЧСС при повторном выполнении стандартной нагрузки свидетельствует об увеличении физической выносливости и работоспособности, и наоборот — более частый пульс при такой же нагрузке указывает на отрицательные сдвиги — снижение работоспособности. В спорте это обычно наблюдается после болезни спортсмена или при перетренированности. Однако необходимо отметить, что абсолютные сдвиги ЧСС при повторных тестах бывают небольшими. Так, например, при стандартной работе ЧСС, по сравнению с предыдущим обследованием, может увеличиться на 5—6 уд/мин. Чтобы сделать объективное заключение о снижении физической работоспособности, необходимо точно знать, что величина нагрузки при первом и втором обследованиях была одинакова. Иначе увеличение ЧСС может произойти вследствие того, что обследуемый выполнил вторую нагрузочную пробу более энергично. Поэтому особое внимание при тестировании следует обращать на точное дозирование нагрузки.
В мышечной деятельности спортсменов, наряду с собственно динамическими и собственно статическими упражнениями, используются и такие, в которых нагрузка динамического характера сочетается со статическими усилиями (альпинизм, туризм, конькобежный спорт, фехтование и т. д.).
Принято, что о более эффективном пути адаптации сердечно-сосудистой системы к физическим нагрузкам судят на основании того, как достигается повышение МОК (главным образом за счет увеличения ударного объема крови и в меньшей степени — за счет учащения сердечного ритма).
Вопрос об особенностях функционирования сердечно-сосудистой системы под воздействием статической нагрузки у спортсменов по сравнению с нетренированными лицами, о степени влияния на адаптационные реакции структурно-функциональных особенностей сердца, физической выносливости и работоспособности до настоящего времени окончательно не решен. Во многих работах приводятся противоречивые данные, свидетельствующие как о наличии различающихся значений в изменениях гемодинамики, так и об отсутствии таких различий при выполнении физических нагрузок статического характера [Михайлов В. М., 2005].
Во время динамической нагрузки в условиях увеличенного венозного возврата крови увеличиваются ЧСС и систолическое АД, в то время как диастолическое АД изменяется незначительно.
Результаты исследований 3. М. Белоцерковского (2005) позволяют заключить, что спортсмены с более выраженными признаками структурно-функциональной перестройки сердца, более высоким уровнем физической работоспособности, отличающиеся более экономичной работой сердца в условиях покоя и во время динамических физических нагрузок, при прочих равных условиях более рационально адаптируются и к мышечной работе статического характера.
Таким образом, при равной ЧСС статические нагрузки по сравнению с динамическими выполняются менее экономично, в энергетически более напряженном режиме для работы сердечно-сосудистой системы.
Таким образом, можно заключить, что у лиц, адаптированных к мышечной деятельности, стандартная статическая нагрузка вызывает менее выраженные изменения в деятельности сердечно-сосудистой системы, чем у нетренированных лиц. У спортсменов с наиболее выраженными признаками морфологической перестройки сердца, обладающих более высокой производительностью системы кровообращения и уровнем общей физической выносливости и работоспособности во время выполнения стандартной субмаксимальной статической нагрузки, сердце функционирует в более экономичном режиме.
Характерной особенностью физиологических процессов, сопровождающих статические нагрузки, является то, что кровоток в мышце становится неадекватным. В противоположность тому, что наблюдается при динамических нагрузках, когда в активных мышцах кровоток возрастает более чем в 20 раз, при статических нагрузках отмечается уменьшение кровоснабжения активных мышц.
Имеется и еще одно важное различие в деятельности систем организма при статической и динамической мышечной работе. Если при выполнении динамических упражнений потребление кислорода, являясь функцией мощности нагрузки, может достигать своего максимального значения, то при статической нагрузке скорость потребления кислорода изменяется весьма умеренно, и понятно, что при выполнении упражнений такого типа требования к энергетическим системам не могут быть предельными. Аналогичное замечание справедливо и в отношении основного показателя гемодинамики — МОК, поскольку считается установленным фактом наличие отчетливо выраженной взаимосвязи между его величинами и величинами МПК.
Выраженность сдвигов в деятельности системы кровообращения в значительной мере зависит от величины статической нагрузки — чем она больше, тем заметнее повышение системного АД, увеличение ЧСС и т. д. Если при пробе со статической нагрузкой потребуются статические усилия небольшой интенсивности, то проба может продолжаться в течение длительного времени без сколько-нибудь заметной реакции со стороны различных функциональных систем организма. С увеличением силы напряжения мышц после периода врабатывания в работе системы кровообращения может наступить период устойчивого состояния. И, наконец, при еще более интенсивных нагрузках значения многих физиологических показателей (в первую очередь систолического и диастолического АД, ЧСС, двойного произведения) непрерывно, практически линейно повышаются уже с самого начала, вплоть до отказа от работы в результате утомления, либо уже на первых минутах достигают значительных величин и на этом уровне сохраняются до прекращения работы.
Полагают, что при статических нагрузках, не превышающих IS % от максимальной силы, метаболические запросы полностью удовлетворяются и утомление практически не наступает; при 15—70 % — удовлетворяются частично, а при нагрузках, превышающих 70 %, кровоток в работающих мышцах полностью прекращается, и поэтому продолжительность работы весьма ограничена из-за быстро развивающегося утомления мышц. Установлено, что работающие мышцы получают достаточное количество крови лишь при 4—8 % от максимальной силы напряжения, а с увеличением силы сокращения возрастает разница между возможным и реальным кровоснабжением мышц, достигая при усилиях в 60 % от максимальной силы в мышцах предплечья — 13-кратных, а в голени — 44-кратных размеров (Белоцерковский 3. Б., 2005J. Во время сокращения мышцы в изометрическом режиме согласование скоростей обмена АТФ и аэробного ресинтеза фосфогенов осуществляется при сокращении не более 20—25 % мышечных волокон, что отмечают при сокращении до 10 % от максимальной силы. В этих условиях действует механизм местной регуляции кровообращения, способствующий направлению дополнительного кровотока к активным в этот момент мышечным волокнам.
По мнению 3. М. Белоцерковского (2005), адаптационные изменения у спортсменов в ответ на статическую нагрузку менее выражены, чем у нетренированных лиц. Это объясняется тем, что у нетренированных механизмы регуляции деятельности сердечно-сосудистой системы функционируют в более напряженном режиме, в то время как у спортсменов мощные механизмы регуляции более успешно нивелируют изменения, вызываемые статической нагрузкой, и, следовательно, сердце более экономично реагирует на нагрузку. Считается также, что характер гемодинамической реакции на статическую нагрузку зависит от количества одновременно сокращающихся мышечных волокон.
При исследовании толерантности к статической нагрузке большое значение имеют простота применения функциональной пробы и строго регламентированная методика ее проведения. Такая проба должна позволять задавать строго дозированную нагрузку. Сравнительный анализ различных методических подходов к оценке толерантности спортсменов к статическим усилиям показал, что большие возможности в этом отношении и перспективные с точки зрения стандартизации представляет выполнение пробы с помощью статических нагрузок, основанных на удерживании дополнительного веса в условиях, характерных для конкретной специализации (Михайлов В. М., 2005].
Такой вариант статической нагрузки представляется методически более простым, не требующим для выполнения никаких специальных инструментальных устройств. В то же время такие физические нагрузки являются более характерными для мышечной деятельности спортсменов.
Типы физических нагрузок. Наиболее распространенными при нагрузочном тестировании являются следующие типы нагрузок.
- Непрерывная нагрузка равномерной интенсивности. Мощность работы при этом может быть одинаковой для всех обследуемых или она устанавливается в зависимости от состояния здоровья, пола, возраста и уровня физической подготовленности.
- Ступенчато повышающаяся нагрузка с интервалами отдыха после каждой ступени. Увеличение мощности нагрузки и продолжительность интервалов между ее ступенями варьируются в зависимости от решаемых задач.
- Непрерывная нагрузка равномерно (или почти равномерно) повышающейся мощности с быстрой сменой последующих ступеней без интервалов отдыха.
- Нагрузка, равномерно изменяющаяся по замкнутому циклу. Нагрузка равномерно увеличивается до заданной величины с последующим ее снижением до исходного уровня.
- Непрерывная ступенчато повышающаяся нагрузка без интервалов отдыха, при которой кардиореспираторные показатели достигают устойчивого состояния на каждой ступени.
Из перечисленных типов физической нагрузки следует особо выделить нагрузку, равномерно изменяющуюся по замкнутому циклу. Применение этой нагрузки по сравнению со ступенчатой имеет ряд преимуществ.
Во-первых, такая форма подачи нагрузки является более физиологичной и безопасной для обследуемых.
Во-вторых, применение равномерно изменяющейся физической нагрузки позволяет производить объективный анализ зависимости таких физиологических параметров, как ЧСС, потребление кислорода, АД и др., от величины мощности нагрузки. Это, в свою очередь, дает возможность произвести анализ фаз нагрузочного цикла, выделить переходные и устойчивые состояния функций организма, провести качественный и количественный анализ их регуляторных механизмов, т. е. получить ту информацию, которая необходима для углубленной характеристики функционального состояния и получения оценки приспособительных механизмов организма человека к мышечной работе.
В-третьих, основанная на принципах обратной связи между мощностью нагрузки и физиологическим параметром плавно изменяющаяся циклическая нагрузка позволяет с высокой точностью проводить усиление функций отдельных органов и систем организма до запланированного (или определенного непосредственно в процессе исследования) уровня и воспроизводить его при повторных исследованиях.
В зависимости от интенсивности физическая нагрузка может быть:
- максимальной (соответствует максимуму — 100 % — аэробной мощности);
- субмаксимальной (соответствует 75 % аэробной мощности);
- интенсивной (50 % аэробной мощности);
- легкой (не более 25 % аэробной мощности).
Другие классификации физической нагрузки (в зависимости от расхода энергии, от интенсивности обменных процессов и т. п.) используются значительно реже.
Физические нагрузки, применяемые для определения физической выносливости и работоспособности, должны отвечать следующим требованиям:
- нагрузка должна быть такой, чтобы можно было измерить проделанную работу и в дальнейшем ее точно воспроизвести;
- должна существовать возможность изменения интенсивности нагрузки в заданных пределах;
- при кардиореспираторных тестах в работу должна вовлекаться возможно большая масса мышц (в целях - - —— усиления деятельности системы транспорта кислорода и снижения нежелательного влияния локального мышечного утомления);
- тестовая нагрузка должна быть достаточно простой и доступной, не требующей особых навыков или высокой координации движений (сложная и незнакомая нагрузка вызывает ненужную нервозность, мешает равномерному ритму выполнения упражнения и искажает результаты обследования);
- нагрузка должна быть такой, при которой регистрация показателей возможна непосредственно во время ее выполнения;
- по возможности нагрузка должна быть кратковременной.
