Физиология человека, 2022, T. 48, № 1, стр. 18-25

Удельная интенсивность физиологических затрат при циклической работе различной мощности

А. В. Козлов^1, *, А. В. Ваваев¹, А. В. Якушкин¹, А. И. Лаптев², Р. В. Юриков², В. Д. Сонькин^{1, 2, 3, **}

¹ ГКУ Центр спортивных инновационных технологий и подготовки сборных команд Москомспорта
Москва, Россия

² ФГБОУ ВО Российский государственный университет физической культуры, спорта, молодежи и туризма
Москва, Россия

³ ФГБНУ Институт возрастной физиологии РАО
Москва, Россия

^* E-mail: 89165363085a@mail.ru
^** E-mail: sonkin@mail.ru

Поступила в редакцию 13.07.2021
После доработки 31.08.2021
Принята к публикации 21.09.2021

EDN: PBJFHH
DOI: 10.31857/S0131164622010076

Полный текст (PDF)

Аннотация

Цель исследования – поиск пульсометрических критериев интенсивности энергозатрат при напряженной циклической работе. В первой части исследования 9 спортсменов (перворазрядники и кандидаты в мастера спорта (КМС), возраст – 18.3 ± 1.5 лет, вес – 72.2 ± 8.04 кг), специализирующихся в ВМХ (Bicycle MotoX), выполняли в разные дни серию из пяти максимальных упражнений на велоэргометре с предельной мощностью и фиксированной продолжительностью 10, 30, 60, 120 и 360 с. Во второй части исследования 8 спортсменов–велошоссейников (перворазрядники, КМС, возраст – 21.3 ± 3.4 лет, вес – 72.9 ± 11.3 кг) выполняли серию из двух упражнений на велоэргометре с мощностью аэробного порога (АэП) и мощностью анаэробного порога (АнП), каждое продолжительностью 30 мин. Между парными значениями удельной интенсивности физиологических затрат (УИФЗ), рассчитанными по потреблению кислорода – ${\text{УИФ}}{{{\text{З}}}_{{{{{\text{O}}}_{{\text{2}}}}}}}$ и по пульсовым суммам – УИФЗ_fh, во всем диапазоне мощности от АнП до максимальной анаэробной мощности выявлены высокие коэффициенты корреляции (р < 0.05, R² > 0.9), что позволяет в тренировочной практике для оценки интенсивности энергозатрат в упражнении использовать пульсометрический показатель УИФЗ_fh.

Ключевые слова: предельные и непредельные упражнения, интенсивность энергозатрат, пульсометрические показатели, спортсмены велосипедисты.

Как известно, нагрузки различной мощности вызывают разные по интенсивности и структуре физиологические затраты, что было постулировано В.С. Фарфелем в его концепции “зон относительной мощности”, и в дальнейшем подтверждено результатами биохимических исследований [1]. При этом в каждой из этих зон для характеристики нагрузки применяются разные инструменты и показатели. Так, в зонах умеренной и большой мощности нагрузки (по Фарфелю) используют линейную зависимость частоты сердечных сокращений (ЧСС) и потребления кислорода от мощности нагрузки, тогда как в зонах субмаксимальной и максимальной мощности необходимо применять нелинейные характеристики – например, предложенный в середине 1980-х гг. показатель “интенсивности накопления пульсового долга” (ИНПД) [2], который позволяет оценить интенсивность физиологических затрат организма при предельной по длительности работе в условиях активного анаэробного энергообеспечения.

Между тем, уровень (интенсивность) физиологических затрат – один из важнейших параметров, учитывающихся при формировании тренировочных программ и методик. Разработке разных способов его оценки были посвящены в последние десятилетия многие исследования отечественных и зарубежных авторов [3–11].

Для определения интенсивности упражнения в лабораторных условиях обычно используют показатели уровня кислородного запроса и параметры его составляющих [12–20].

В тренировочной практике для оценки интенсивности нагрузки и ее регламентации, обычно используются абсолютные значения ЧСС, а также разнообразные методы, основанные на относительных значениях ЧСС, например, метод расчета относительного рабочего прироста ЧСС [3, 4], метод расчета ИНПД [2] и др. Однако во всех этих случаях предлагаются инструменты, решающие частные проблемы оценки физиологических затрат в том или ином диапазоне мощности.

Один из методов оценки интенсивности нагрузки состоит в расчете показателя, выраженного отношением уровня кислородного запроса упражнения к максимальному потреблению кислорода, который авторы этой идеи назвали единицами максимального метаболического уровня (maximum metabolic rate, MMR) [19]. Этот метод позволяет оценить относительную интенсивность упражнений во всем диапазоне физических нагрузок вплоть до максимальной анаэробной мощности по уровню кислородного запроса, нормированного по MMR.

Однако измерения и расчет параметров кислородного запроса и его составляющих требуют дорогостоящего оборудования и специалистов–физиологов высокого уровня. Подобные измерения могут проводиться только в специализированных лабораториях, что существенно сужает доступность этих методов контроля состояния спортсмена в тренировочном процессе.

Цель исследования – поиск пульсометрических критериев интенсивности при напряженной циклической работе для количественной оценки уровня энергетических затрат и нормирования физических нагрузок, выполняемых спортсменом в диапазоне от аэробного порога (АэП) до максимальной анаэробной мощности.

МЕТОДИКА

Экспериментальную работу проводили на базе ГКУ “ЦСТиСК” Москомспорта (г. Москва). Исследование состояло из двух частей. В первой части разрабатывали УИФЗ_fh и проверяли его информативность в анаэробном диапазоне – от критической до максимальной анаэробной мощности. Во второй части проверяли информативность УИФЗ_fh в аэробных упражнениях – на мощности АэП и мощности анаэробного порога (АнП).

В исследовании участвовали две группы спортсменов. В первой части исследования группа из 9 спортсменов (1 разряд, КМС, возраст – 18.3 ± 1.5 лет, вес – 72.2 ± 8.04 кг), специализирующихся в ВМХ (Bicycle MotoX), последовательно выполняла серию максимальных упражнений на велоэргометре Lode Excalibur Sport (Нидерланды) с предельной мощностью и фиксированной продолжительностью 10, 30, 60, 120 и 360 с, с отдыхом 1–2 дня между тестированиями. Максимальные упражнения продолжительностью 10 и 30 с спортсмены выполняли в режиме “во всю”, предельные упражнения 60 и 120 с выполняли с установкой проявить наибольшую производительность, которая им была доступна по состоянию работоспособности на момент тестирования. В упражнениях длительностью 360 с спортсменов ориентировали на работу с критической мощностью, зафиксированную в тесте равномерно нарастающей мощности до отказа (рамптест), с установкой показать максимальную производительность. Все упражнения выполняли в разные дни.

Во второй части исследования группа из 8 спортсменов (1 разряд, КМС, возраст – 21.3 ± ± 3.4 лет, вес – 72.9 ± 11.3 кг), специализирующихся в шоссейных гонках, в разные дни последовательно выполняла серию из двух непредельных упражнений на велоэргометре с мощностью АэП и c мощностью АнП, каждое продолжительностью 30 мин.

Перед каждым тестированием спортсмены выполняли стандартную разминку на велоэргометре (мощностью 60 Вт, длительностью 5 мин), после прекращения разминки спортсмен оставался “в седле” (5 мин), в это время фиксировался предстартовый уровень функциональных показателей. Функциональные показатели фиксировали также во время выполнения работы и по окончанию упражнения, в процессе восстановления, в течение которого испытуемый оставался в положении сидя на велоэргометре 10 мин.

Предварительно, за 2–3 дня до начала серии максимальных тестов, каждый спортсмен выполнял рамптест на велоэргометре для определения максимального потребления кислорода (МПК) по единому протоколу: начальная мощность педалирования – 60 Вт, мощность равномерно повышалась на 15 Вт/мин, частота вращения педалей 70–75 оборотов. Во всех случаях работа продолжалась до отказа. Отказ фиксировали индивидуально по заявлению испытуемого или при снижении частоты педалирования на 30%. Пороги аэробного и анаэробного обмена определяли по зависимости концентрации лактата от мощности работы во время тестирования. Мощность порога аэробного обмена соответствовала началу отклонения концентрации лактата от ее линейного повышения [21]. Мощность порога анаэробного обмена соответствовала началу быстрого увеличения концентрации лактата в крови методом D-max [22].

В процессе исследования регистрировали ЧСС с помощью датчиков Polar H10 (Финляндия), а также потребление кислорода, выделение углекислого газа, легочную вентиляцию с помощью газоанализатора Cosmed Qark (Италия), который калибровали перед проведением каждого исследования. Данные усреднялись в пятисекундных интервалах.

Для определения пульсовой стоимости упражнения рассчитывали пульсовые суммы за время выполнения упражнения и за 5 мин восстановления.

Концентрацию лактата определяли автоматическим анализатором Biosen C–Line (EKF–diagnostic GmbH., Германия) перед упражнением, сразу по окончанию работы и далее на 3, 5, 7, 10 мин после окончания работы. Максимальная концентрация лактата в крови (La_max) обычно фиксировалась на третьей или пятой минутах восстановления.

Статистический анализ данных проводили в среде R (версия 3.5.1) и с помощью MS Excel. Для исследования силы связи между показателями использовали корреляционный анализ по методу Спирмена. Нормальность распределения проверяли методом Шапиро-Уилка и с помощью визуальной оценки гистограмм распределения и их квантиль-квантиль графиков.

Вычисляемые показатели:

minVO₂ – потребление кислорода в состоянии относительного покоя перед стартом (л/мин).

∑RO₂ – кислородный запрос упражнения (л), рассчитывался как сумма кислородного прихода и кислородного долга:

(1)

$\sum {\text{R}}{{{\text{O}}}_{2}} = \sum {{{\text{O}}}_{2}} + \sum {{{\text{O}}}_{{\text{2}}}}{\text{d}},$

где ∑O₂ – кислородный приход (л) – объем потребленного кислорода сверх предстартового уровня, рассчитанный за время выполнения упражнения; ∑O₂d – кислородный долг упражнения (л) – объем потребленного кислорода сверх предстартового уровня, рассчитанный за 10 мин восстановления.

VRO₂ – скорость образования кислородного запроса (л/мин), рассчитывалась как отношение кислородного запроса ко времени работы:

(2)

${\text{VR}}{{{\text{O}}}_{2}} = {{\sum {\text{R}}{{{\text{O}}}_{{\text{2}}}}} \mathord{\left/ {\vphantom {{\sum {\text{R}}{{{\text{O}}}_{{\text{2}}}}} {t,}}} \right. \kern-0em} {t,}}$

где ∑RO₂ – кислородный запрос упражнения (л); t – время работы (мин).

${\text{УИФ}}{{{\text{З}}}_{{{{{\text{O}}}_{{\text{2}}}}}}}$ – удельная интенсивность физиологических затрат по кислороду, рассчитывалась как отношение скорости образования кислородного запроса к индивидуальному уровню максимального потребления кислорода сверх исходного уровня. Одна единица ${\text{УИФ}}{{{\text{З}}}_{{{{{\text{O}}}_{{\text{2}}}}}}}$ соответствует уровню кислородного запроса, равного величине индивидуального МПК за вычетом предстартового уровня потребления кислорода (2):

(3)

${\text{УИФ}}{{{\text{З}}}_{{{{{\text{O}}}_{2}}}}} = {{{\text{VR}}{{{\text{O}}}_{2}}} \mathord{\left/ {\vphantom {{{\text{VR}}{{{\text{O}}}_{2}}} {\Delta {\text{V}}{{{\text{O}}}_{2}}{\text{max}},}}} \right. \kern-0em} {\Delta {\text{V}}{{{\text{O}}}_{2}}{\text{max}},}}$

где VRO₂ – скорость образования кислородного запроса в упражнении (л/мин); ∆VO₂max – индивидуальный максимум потребления кислорода за вычетом исходного уровня: разница между максимальным потреблением кислорода и minVO₂ (л/мин).

VΔLa_max – скорость накопления лактата (ммоль/л/мин), рассчитывалась как отношение разницы между зафиксированной максимальной и предстартовой концентрацией лактата, ко времени работы:

(4)

${\text{V}}\Delta {\text{L}}{{{\text{a}}}_{{{\text{max}}}}} = {{\Delta {\text{L}}{{{\text{a}}}_{{{\text{max}}}}}} \mathord{\left/ {\vphantom {{\Delta {\text{L}}{{{\text{a}}}_{{{\text{max}}}}}} {t.}}} \right. \kern-0em} {t.}}$

∑Δfh_tot– суммарная пульсовая стоимость упражнения (уд.), рассчитывалась как сумма пульсового прихода за время работы и пульсового долга за 5 мин восстановления:

(5)

$\sum \Delta {\kern 1pt} {\text{f}}{{{\text{h}}}_{{{\text{tot}}}}} = \sum \Delta {\kern 1pt} {\text{f}}{{{\text{h}}}_{{\text{p}}}} + \sum \Delta {\text{f}}{{{\text{h}}}_{{\text{в}}}},$

где ∑Δfh_p – пульсовой приход (уд.) – пульсовая сумма сверх предстартового уровня, рассчитанная за время выполнения упражнения; ∑Δfh_в – пульсовой долг (уд.) – пульсовая сумма сверх предстартового уровня, рассчитанная за 5 мин восстановления.

VΔfh_tot – скорость накопления пульсовой стоимости упражнения (уд./мин), рассчитывалась как отношение суммарной пульсовой стоимости упражнения ко времени работы:

(6)

${\text{V}}\Delta {\kern 1pt} {\text{f}}{{{\text{h}}}_{{{\text{tot}}}}} = \sum {{\Delta {\kern 1pt} {\text{f}}{{{\text{h}}}_{{{\text{tot}}}}}} \mathord{\left/ {\vphantom {{\Delta {\kern 1pt} {\text{f}}{{{\text{h}}}_{{{\text{tot}}}}}} {t,}}} \right. \kern-0em} {t,}}$

где ∑Δfh_tot – суммарная пульсовая стоимость упражнения (уд.).

УИФЗ_fh – удельная интенсивность физиологических затрат по пульсу за время работы в упражнении (у. е.), рассчитывалась как отношение скорости образования пульсовой стоимости упражнения к максимальному приросту ЧСС (пульсовому резерву):

(7)

${\text{УИФ}}{{{\text{З}}}_{{{\text{fh}}}}} = {{{\text{V}}\Delta {\kern 1pt} {\text{f}}{{{\text{h}}}_{{{\text{tot}}}}}} \mathord{\left/ {\vphantom {{{\text{V}}\Delta {\kern 1pt} {\text{f}}{{{\text{h}}}_{{{\text{tot}}}}}} {\Delta {\text{ЧС}}{{{\text{С}}}_{{{\text{max}}}}},}}} \right. \kern-0em} {\Delta {\text{ЧС}}{{{\text{С}}}_{{{\text{max}}}}},}}$

где VΔfh_tot – скорость накопления пульсовой стоимости упражнения (уд./мин); ΔЧСС_max – пульсовой резерв (уд./мин): разница между ЧСС_max, установленной в рамптесте и предстартовым уровнем ЧСС в тестировании.

В нашем исследовании во многих случаях мощность упражнений была выше критической. После окончания работы ЧСС восстанавливалась значительно дольше 5 мин, но наиболее быстрые изменения ЧСС после окончания нагрузки завершались к пятой минуте восстановления, поэтому сумма пульсового долга рассчитывалась за 5 мин. В случае, если спортсмен во время восстановления достигал предстартового уровня раньше, чем за 5 мин по динамике ЧСС или 10 мин по динамике потребления кислорода, то кислородный и пульсовой долг рассчитывали за реальное время восстановления.

РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЯ

В табл. 1 представлены антропометрические и максимальные функциональные показатели испытуемых, полученные в рамптесте на велоэргометре.

Таблица 1.

Антропометрические и максимальные функциональные показатели участников 1 и 2 серий исследований по результатам рамптеста

Параметр	1 серия исследований	2 серия исследований
Параметр	M ± σ, n = 9	M ± σ, n = 8
Возраст, лет	18.3 ± 1.5	21.3 ± 3.4
Масса тела, кг	72.2 ± 8.04	72.9 ± 11.3
Длина тела, см	177 ± 12	181 ± 11
МПК_абс, л/мин	3.29 ± 0.49	4.136 ± 0.61
МПК_отн, мл/мин/кг	45.9 ± 7.00	57.01 ± 6.84
ЧСС_max, уд./мин	188 ± 11	188 ± 6
Абс. W_max, Вт	296 ± 33	371 ± 53
Отн. W_max, Вт/кг	4.11 ± 0.35	5.14 ± 0.66

Примечание: МПК_отн – максимальное потребление кислорода, относительные значения; МПК_абс – максимальное потребление кислорода, абсолютные значения; ЧСС_max – значение максимальной ЧСС, зафиксированной в тесте; Абс. W_max – абсолютная максимальная мощность, достигнутая в тесте; Отн. W_max – относительная максимальная мощность, достигнутая в тесте.

Показатели УИФЗ, рассчитанные по пульсовым суммам и по потреблению кислорода в упражнениях с предельной мощностью различной продолжительности, представлены в табл. 2.

Таблица 2.

Эргометрические и физиологические показатели, полученные в упражнениях с предельной мощностью различной продолжительности (M ± σ, n = 9)

Показатели	Предельная продолжительность упражнения, с
Показатели	10	30	60	120	360
W_ср, Вт	775 ± 111	722 ± 92	561 ± 62	414 ± 53	305 ± 39
Отн. W_ср, Вт/кг	10.72 ± 0.57	10.00 ± 0.61	7.78 ± 0.50	5.55 ± 0.58	4.43 ± 0.82
${\text{УИФ}}{{{\text{З}}}_{{{{{\text{O}}}_{2}}}}}$, у. е.	10.81 ± 1.52	4.41 ± 0.65	3.12 ± 0.59	2.04 ± 0.37	1.40 ± 0.24
УИФЗ_fh, у. е.	10.10 ± 2.75	4.81 ± 1.08	3.23 ± 0.44	1.94 ± 0.20	1.29 ± 0.10
∑O₂, л	0.11 ± 0.07	0.63 ± 0.32	1.94 ± 0.31	4.79 ± 0.49	16.95 ± 1.22
∑O₂d, л	5.31 ± 0.86	6.08 ± 1.52	7.34 ± 0.82	7.15 ± 1.36	8.18 ± 2.05
∑RO₂, л	5.42 ± 0.85	6.71 ± 1.40	9.28 ± 0.86	11.94 ± 1.80	25.14 ± 2.35
∑Δfh_p, уд.	5 ± 2	24 ± 14	66 ± 15	131 ± 30	483 ± 60
∑Δfh_в, уд.	159 ± 44	213 ± 71	247 ± 61	232 ± 40	238 ± 49
∑Δfh_tot, уд.	164 ± 44	237 ± 75	313 ± 69	357 ± 34	721 ± 93
La_max, ммоль/л	8.83 ± 3.26	15.97 ± 2.70	17.56 ± 2.5	16.31 ± 2.94	14.59 ± 2.61

Примечание: здесь и в табл. 3–5 обозначения см. в разделе “Методика” (вычисляемые показатели).

Показатели УИФЗ в упражнениях с предельной мощностью различной продолжительности, рассчитанные как по пульсовым суммам, так и по потреблению кислорода, тесно взаимосвязаны с мощностью упражнения, скоростью максимального накопления лактата, скоростью образования кислородного запроса, и между собой (табл. 3).

Таблица 3.

Корреляционная матрица расчетных показателей (р < 0.05, n = 45)

Показатели	W_cp	W_cp/кг	VRO₂	V∆La_max	${\text{УИФ}}{{{\text{З}}}_{{{{{\text{O}}}_{2}}}}}$	УИФЗ_fh
${\text{УИФ}}{{{\text{З}}}_{{{{{\text{O}}}_{2}}}}}$	0.92	0.93	0.97	0.95	1.00	0.94
УИФЗ_fh	0.92	0.95	0.95	0.97	0.94	1.00

Показатели УИФЗ, рассчитанные по пульсовым суммам и по потреблению кислорода в серии непредельных упражнений с фиксированной продолжительностью (30 мин), с различной мощностью – на уровне аэробного порога (WАэП) и анаэробного порога (WАнП) – представлены в табл. 4.

Таблица 4.

Эргометрические и физиологические показатели, полученные в серии из двух непредельных упражнений в аэробном диапазоне мощности (M ± σ, n = 8)

Показатели	WAэП	WAнП
W_ср, Вт	153 ± 29	250 ± 27
Отн. W_ср, Вт/кг	2.09 ± 0.23	3.47 ± 0.44
${\text{УИФ}}{{{\text{З}}}_{{{{{\text{O}}}_{2}}}}}$, у. е.	0.52 ± 0.04	0.80 ± 0.08
УИФЗ_fh, у. е.	0.51 ± 0.06	0.82 ± 0.09
∑O₂, л	58.0 ± 8.7	88.4 ± 10.4
∑O₂d, л	2.47 ± 1.33	4.51 ± 1.14
∑RO₂, л	60.5 ± 9.2	92.9 ± 10.9
∑Δfh_p, уд.	1744 ± 297	2412 ± 353
∑Δfh_в, уд.	138 ± 53	219 ± 42
∑Δfh_tot, уд.	1882 ± 344	2631 ± 381
La_max, ммоль/л	0.90 ± 0.29	4.78 ± 2.19

Показатели в непредельных упражнениях, рассчитанные как по пульсовым суммам, так и по потреблению кислорода, тесно взаимосвязаны с мощностью упражнения, скоростью максимального накопления лактата, скоростью образования кислородного запроса, и между собой (табл. 5).

Таблица 5.

Корреляционная матрица расчетных показателей в серии из двух непредельных аэробных упражнений (р < 0.05, n = 16)

Показатели	W_cp	W_cp/кг	VRO₂	La	${\text{УИФ}}{{{\text{З}}}_{{{{{\text{O}}}_{2}}}}}$	УИФЗ_fh
${\text{УИФ}}{{{\text{З}}}_{{{{{\text{O}}}_{2}}}}}$	0.75	0.87	0.75	0.79	1.00	0.91
УИФЗ_fh	0.83	0.81	0.80	0.86	0.91	1.00

ОБСУЖДЕНИЕ РЕЗУЛЬТАТОВ

Как известно, пульсовая стоимость упражнения и ее составляющие тесно взаимосвязаны с О₂-запросом, О₂-приходом и О₂-долгом соответственно [23]. Графики, построенные по данным потребления кислорода и ЧСС, одинаково отражают скорость метаболических процессов во время выполнения упражнений предельной мощности (данные усреднены по группе, n = 9, рис. 1).

Рис. 1.

Зависимость скорости образования кислородного запроса и его составляющих (А), скорости образования пульсового запроса и его составляющих (Б), от времени выполнения упражнения предельной мощности. По оси абсцисс – предельное время выполнения упражнения, мин; по оси ординат – газометрические (А) и пульсометрические (Б) составляющие кислородного и пульсового запроса при выполнении предельного упражнения.

Таким образом, интенсивность энергозатрат упражнения можно оценивать по пульсовым суммам работы и восстановления. Н.И. Волков и др. [23], в диапазоне мощности от критической до максимальной аназробной, в упражнениях разной фиксированной продолжительности и предельной мощности, сопоставили скорость образования пульсового запроса с мощностью упражнения, скоростью образования лактата, скоростью образования кислородного запроса и показателем интенсивности нагрузки, выраженном в единицах MMR. Далее авторы вывели регрессионную зависимость скорости образования пульсового запроса от этих показателей, и сделали вывод, что на основе этой зависимости “…становится возможной строгая количественная оценка применяемых тренировочных нагрузок и их строгая классификация”.

Это полностью подтверждается в нашем исследовании. Но у разных спортсменов при выполнении одинаковой работы пульсовые запросы могут сильно отличаться по величине (и это не обязательно связано с работоспособностью). Чтобы понимать на каком уровне интенсивности выполняется работа, и оценивать физиологический отклик каждого спортсмена индивидуально в ответ на стандартную нагрузку в диапазоне мощности от АэП до максимальной анаэробной мощности, мы применили показатель УИФЗ_fh (формула 8), который представляет собой нормированную по величине пульсового резерва (ΔЧСС_max) скорость накопления пульсового запроса.

По сути, УИФЗ_fh является точным аналогом показателя, предложенного Н.И. Волковым и др. [19], выражаемым в единицах MMR (формула 3): показатель УИФЗ_fh представляет собой отношение уровня пульсового запроса упражнения к пульсовому резерву спортсмена. Пульсовой запрос тесно связан с О₂ – запросом упражнения [23], а величина пульсового резерва, по мнению N. Uth et al. [24], взаимосвязана с МПК. Показатель УИФЗ_fh объединяет подходы M.J. Karvonen [3] (оценка интенсивности аэробных процессов) и ИНПД [2] (оценка интенсивности анаэробных процессов), и является числовым выражением удельной интенсивности физиологических затрат (поскольку он нормирован по индивидуальной величине пульсового резерва) при выполнении практически любого циклического упражнения.

Это подтверждается результатами нашего исследования: как в упражнениях в диапазоне от критической (соответствующей МПК) до максимальной анаэробной мощности, так и в аэробных упражнениях на уровне АэП и АнП.

Используя данные, полученные во второй серии исследований, в непредельных упражнениях продолжительностью 30 мин, которые выполняли спортсмены–велошоссейники, при мощности на уровне АэП и АнП, мы построили графики зависимости УИФЗ_fh и ${\text{УИФ}}{{{\text{З}}}_{{{{{\text{O}}}_{{\text{2}}}}}}}$ (рис. 2) и диаграмму зависимости УИФЗ_fh (рис. 3) от мощности нагрузки по всем измерениям (n = 61) в диапазоне нагрузок от АэП до максимальной анаэробной мощности.

Рис. 2.

Зависимость величин УИФЗ_fh и ${\text{УИФ}}{{{\text{З}}}_{{{{{\text{O}}}_{{\text{2}}}}}}}$ от мощности упражнений во всем диапазоне нагрузок от аэробного порога до максимальной анаэробной мощности.

Рис. 3.

Диаграмма зависимости величин УИФЗ_fh от мощности упражнений во всем диапазоне нагрузок от аэробного порога до максимальной анаэробной мощности.

Как показано на рис. 2, во всем диапазоне нагрузок от АэП до максимальной анаэробной мощности, величины УИФЗ_fh и ${\text{УИФ}}{{{\text{З}}}_{{{{{\text{O}}}_{{\text{2}}}}}}}$ имеют весьма высокую экспоненциальную зависимость от мощности. Между показателями УИФЗ_fh и ${\text{УИФ}}{{{\text{З}}}_{{{{{\text{O}}}_{{\text{2}}}}}}}$ во всем диапазоне нагрузок выявлена высокая линейная зависимость (n = 61, р < 0.05; R ² > 0.9).

Результаты, представленные на рис. 3, позволяют оценить количественные характеристики различных зон мощности по величине УИФЗ_fh, что может иметь прямое прикладное значение для построения тренировочного процесса.

Таким образом, показана полная взаимозаменяемость пульсометрических и газометрических показателей интегральных функциональных затрат организма при выполнении упражнений в диапазоне от АэП до максимальной анаэробной мощности. Тем самым открываются широкие перспективы практического использования предложенного нами показателя УИФЗ_fh в работе тренеров и спортивных врачей.

ВЫВОДЫ

1. Показатель УИФЗ_fh во всем диапазоне нагрузок от АэП до максимальной анаэробной мощности, имеет тесную экспоненциальную зависимость от мощности упражнений (n = 61, р < < 0.05; R ² > 0.95). Между показателями ${\text{УИФ}}{{{\text{З}}}_{{{{{\text{O}}}_{2}}}}}$ и УИФЗ_fh, во всем изученном диапазоне значений от АэП до максимальной анаэробной мощности имеет место линейная зависимость с высокими коэффициентами детерминации (р < 0.05; R² > 0.9). Это свидетельствует о полной взаимозаменяемости пульсометрических и газометрических показателей для определения интенсивности функциональных затрат.

2. Показатель УИФЗ_fh может быть использован для количественной оценки уровня энергетических затрат при выполнении спортсменами тренировочных нагрузок в диапазоне от АэП до максимальной анаэробной мощности.

Этические нормы. Все исследования проведены в соответствии с принципами биомедицинской этики, сформулированными в Хельсинкской декларации 1964 г. и ее последующих обновлениях, и одобрены локальным биоэтическим комитетом при Центре спортивных инновационных технологий и подготовки сборных команд Москомспорта (протокол № 12 от 27.01.2020 г. Москва).

Информированное согласие. Каждый участник исследования представил добровольное письменное информированное согласие, подписанное им после разъяснения ему потенциальных рисков и преимуществ, а также характера предстоящего исследования.

Финансирование работы. Работа выполнена как исследовательский проект, поддержанный Научно-методическим советом “ЦСТиСК” Москомспорта (Москва). Работа также частично поддержана тематическим планом НИР Российского государственного университета физической культуры, спорта, молодежи и туризма (Москва) на 2019–2020 гг. (Раздел 03.00.12).

Благодарности. Авторы выражают благодарность к. ф.-м. н. А.В. Голову за помощь в статистическом анализе полученных данных.

Конфликт интересов. Авторы декларируют отсутствие явных и потенциальных конфликтов интересов, связанных с публикацией данной статьи.

Список литературы

Фарфель В.С. Физиологические особенности работ различной мощности / Исследования по физиологии выносливости. Труды ГЦНИИФК. Т. 7. Вып. 3. М.: ФиС, 1949. С. 13.
Король В.М., Сонькин В.Д., Ратушная Л.И. Мышечная работоспособность и частота сердечных сокращений у подростков в зависимости от уровня полового созревания // Теория и практика физической культуры. 1985. № 8. С. 27.
Karvonen M.J., Kentala E., Mustala O. The effects of training on heart rate: a longitudinal study // Ann. Med. Exp. Biol. Fenn. 1957. V. 35. № 3. P. 307.
Davis A., Convertino V. A comparison of heart rate methods for predicting endurance training intensity // Med. Sci. Sports. 1975. V. 7. № 4. P. 295.
Banister E.W. Modeling elite athletic performance / Physiological testing of the high-performance athlete. Champaign, IL: Human Kinetics, 1991. 403 p.
Сонькин В.Д., Тамбовцева Р.В. Развитие мышечной энергетики и работоспособности в онтогенезе. М.: Книжный дом “ЛИБРОКОМ”, 2011. 368 с.
Pettitt R.W., Pettitt C., Cabrera C.A., Murray S.R. A theoretical method of using heart rate to estimate energy expenditure during exercise // Int. J. Sports Sci. Coach. 2007. V. 2. № 3. P. 319.
Gillespie B.D., McCormick J.J., Mermier C.M., Gibson A.L. Talk test as a practical method to estimate exercise intensity in highly trained competitive male cyclists // J. Strength Cond. Res. 2015. V. 29. № 4. P. 894.
Thomson E.A., Nuss K., Comstock A. et al. Heart rate measures from the apple watch, Fitbit charge HR 2, and electrocardiogram across different exercise intensities // J. Sports Sci. 2019. V. 37. № 12. P. 1411.
Shcherbina A., Mattsson C.M., Waggott D. et al. Accuracy in wrist-worn, sensor-based measurements of heart rate and energy expenditure in a diverse cohort // J. Pers. Med. 2017. V. 7. № 2. P. 3.
Yang L., Lu K., Forsman M. et al. Evaluation of physiological workload assessment methods using heart rate and accelerometry for a smart wearable system // Ergonomics. 2019. V. 62. № 5. P. 694.
Hargreaves M., Spriet L.L. Skeletal muscle energy metabolism during exercise // Nat. Metab. 2020. V. 2. № 9. P. 817.
Matsuura H., Mukaino M., Otaka Y. et al. Validity of simplified, calibration-less exercise intensity measurement using resting heart rate during sleep: a method-comparison study with respiratory gas analysis // BMC Sports Sci. Med. Rehabil. 2019. V. 11. P. 27.
Beam W.C., Adams G.M. Exercise physiology: Laboratory manual. 8th ed. N.Y.: McGraw-Hill, 2019. 338 p.
Kenney W.L., Wilmore J.H., Costill D.L. Physiology of sport and exercise. 7th ed. Champaign, IL: Human Kinetics, 2019. 648 p.
Swanwick E., Matthews M. Energy systems: a new look at aerobic metabolism in stressful exercise // MOJ Sports Med. 2018. V. 2. № 1. P. 15.
Bertuzzi R., Melegati J., Bueno S. et al. GEDAE-LaB: A free software to calculate the energy system contributions during exercise // PLoS ONE. 2016. V. 11. № 1. P. e0145733.
Волков Н.И., Олейников В.И. Биоэнергетика спорта. М.: “Советский спорт”, 2011. 160 с.
Волков Н.И., Савелев И.А. Кислородный запрос и энергетическая стоимость напряженной мышечной деятельности человека // Физиология человека. 2002. Т. 28. № 4. С. 80. Volkov N.I., Savel’ev I.A. Oxygen Demand and Energy Cost of Intense Muscular Activity in Humans // Human Physiology. 2002. V. 28. № 4. P. 454.
Иссурин В.Б. Подготовка спортсменов XXI в.: научные основы и построение тренировки. М.: “Спорт”, 2016. 464 с.
Бреслав И.С. Волков Н. И. Тамбовцева Р.В. Дыхание и мышечная активность в спорте. М.: Советский спорт, 2013. 334 с.
Cheng B., Kuipers H., Snyder A.C. et al. A New Approach for the Determination of Ventilatory and Lactate Thresholds // Int. J. Sports Med. 1992. V. 13. № 7. P. 518.
Волков Н.И., Попов О.И., Габрысь Т., Шматлян-Габрысь У. Физиологические критерии нормирования тренировочных и соревновательных нагрузок в спорте высоких достижений // Физиология человека. 2005. Т. 31. № 5. С. 125. Volkov N.I., Popov O.I., Gabrys’ T., Shmatlyan-Gabrys’ U. Physiological Criteria in Defining the Standards for Training and Competition Loads in Elite Sports // Human Physiology. 2005. V. 31. № 5. P. 606.
Uth N., Sørensen H., Overgaard K., Pedersen P.K. Estimation of VO_2max from the ratio between HRmax and HRrest – the heart rate ratio method // Eur. J. Appl. Physiol. 2004. V. 91. № 1. P. 111.

Дополнительные материалы отсутствуют.

Инструменты

следующая статья выпуска предыдущая статья выпуска содержание выпуска

Физиология человека

Архивы выпусков Информация о журнале Отправить рукопись в журнал