К учёту показателей эффективности лёгочной вентиляции в мониторинге спортивной подготовки (на примере велосипедного спорта — шоссе)

A.V. Kubeev, ,

V.P. Cherkashin, ,

Yu.S. Lemesheva, , https://orcid0009-0003-7663-1597

Введение. Индикатором эффективности лёгочной вентиляции традиционно считают отношение минутного объёма потребления кислорода (VO2) к минутному объёму дыхания (VE) – коэффициент использования кислорода (O2ER или Oxygen extraction ratio, измеряется в мл/л). Физиологический смысл параметра – характеристика диффузионной способности лёгких по кислороду. В спортивной практике она особенно интересна применительно к стандартным функциональным аэробным нагрузкам. В таком приложении обнаружение устойчивой связи O2ER с объективными критериями специальной (в данном случае – аэробной) работоспособности указало бы на целесообразность его учёта при проектировании тренировочных программ в циклических видах спорта. Следует отметить, что в специальной литературе свидетельства в пользу этого имеются [2, 3], что и побудило к проведению настоящего исследования.

Цель – установление целесообразности включения параметра O 2 ER, фиксируемого во время стандартных аэробных нагрузок, в мониторинг спортивной подготовки представителей циклических видов спорта наравне с обладающими доказанной валидностью [1, 4, 5] параметрами VO 2 и VE.

В качестве примера выбран велоспорт-шоссе как самый «аэробный» по условиям тренировочно-соревновательной деятельности и относительно простой в техническом отношении вид спорта.

Материалы и методы. При проведении исследования по первому направлению определяли специальную работоспособность в тесте Wattbike 20 minute FTP test и параллельно – O2ER на уровне FTP. Испытуемые – велоси- педисты-шоссейники: мужская группа – 53 чел., спортивная квалификация – от второго юношеского разряда до МСМК; женская группа – 20 чел., от третьего юношеского разряда до МС. Все они отнесены к определённым возрастным категориям в соответствии с правилами велосипедного спорта. Некоторые испытуемые тестировались неоднократно.

Второе направление работы было связано с изучением индивидуальной воспроизводимости показателей O 2 ER на уровне FTP по прошествии тех или иных интервалов времени.

В третьем направлении проведено тестирование по программе «4 ступени по 7 минут с мощностью педалирования 60, 75, 90 и 105 % от индивидуального показателя FTP». Выбранные значения соответствовали границам трёх зон мощности работы с преимущественно аэробным и одной – с аэробно-анаэробным энергообеспечением [5]. Испытуемые – случайно подобранные здоровые люди мужского (6 чел.) и женского (2 чел.) пола в возрасте от 26 до 66 лет. Нагрузка по ступеням подбиралась индивидуально на основе предварительно проведённого Wattbike 20 minute FTP test. Большинство испытуемых тестировались многократно – до 10–13 раз в течение 2–3 недель. Суммарное количество проведённых тестирований составило 77; при этом первые два теста каждого испытуемого не включались в анализ в связи с необходимостью устранения эффекта привыкания. Таким образом, в итоговую выборку вошли данные 64 тестирований.

Во время комплексного обследования спортсменов на велоэргометре в числе прочих регистрировались параметры газообмена, и в частности – VO 2 и VE, с помощью системы

MasterScreen (CareFusion, Германия). Параметры нагрузки оценивались по средним значениям мощности педалирования – P при параллельной фиксации частоты сердечных сокращений. В каждом интервале нагрузки первые две минуты регистрации параметров исключались из анализа с целью устранения переходных процессов; таким образом, оценке подлежали данные, полученные в течение оставшихся пяти минут каждого 7-минутного рабочего этапа.

Результаты. Обобщённые данные по измерению O 2 ER на уровне индивидуальной FTP в ходе Wattbike 20 minute FTP test (средневыборочный показатель – X sr , стандартное отклонение – sd, коэффициент вариации – cv) приведены в табл. 1.

Несмотря на преимущество спортсменов над спортсменками по средневыборочному значению O 2 ER на уровне FTP во всех возрастных категориях, статистически достоверно (при p < 0,05) оно только в 10–12 и 15–16 лет. Усреднённое значение O 2 ER во всей женской группе составило 26,57 мл/л, в мужской – 30,02 мл/л (на 11,5 % выше, различие статистически значимо при p < 0,05). Следует отметить, что по нашим данным скорость передвижения спортсменок в соревнованиях на велотрассах сравнимой длины и трудности ниже, чем у спортсменов одинаковой спортивной квалификации, на сопоставимую величину – примерно 11 %. При этом гистограммные распределения показали слабо выраженную отрицательную многолетнюю динамику средневыборочных значений O 2 ER у занимающихся: снижение около 0,3 мл/л в год применительно к спортсменам и около 0,2 мл/л в год применительно к спортсменкам.

Таблица 1

Table 1

Характеристика значений коэффициента использования кислорода (O 2 ER) на уровне функциональной пороговой мощности (FTP) в различных половозрастных выборках велосипедистов-шоссейников

Characteristics of the Oxygen Extraction Ratio (O 2 ER) at Functional Threshold Power (FTP) Across Sex and Age Groups of Road Cyclists

Возраст, лет Age, yrs	n	X sr	sd	cv	n	X sr	sd	cv
	Женская группа (Female)				Мужская группа (Male)
10–12	10	27,5	2,3	8,5 %	21	31,1	4,1	13,2 %
13–14	8	27,3	1,9	7,1 %	30	29,8	3,7	12,3 %
15–16	10	24,9	3,3	13,3 %	18	30,0	3,5	11,8 %
17–18	7	26,4	2,8	10,7 %	5	29,1	1,6	5,7 %
19–22	6	27,0	2,5	9,3 %	5	27,9	3,1	11,2 %

Таблица 2

Table 2

Значения коэффициентов использования кислорода (O 2 ER) в ступенчатом тесте «4×7 минут» (60–75–90–105 % от уровня функциональной пороговой мощности – FTP)

Oxygen Extraction Ratio (O 2 ER) Values During the Incremental 4×7-Minute Test (60–75–90–105 % of Functional Threshold Power – FTP)

Испытуемый (пол, возраст) Subject (sex: F or M, age)	Мощность педалирования (% от FTP) / среднее значение коэффициента использования О 2 и стандартное отклонение (мл/л) Pedalling Power (% of FTP) / Mean ± SD of Oxygen Extraction Ratio (O2ER) (mLL- 1 )
	60	75	90	105
А. (M, 66, ntst = 10)	25,98 ± 1,27	24,27 ± 0,89	22,78 ± 0,79	20,54 ± 0,65
Л. (F, 49, n tst = 13)	30,07 ± 2,03	29,46 ± 1,86	29,02 ± 1,80	26,98 ± 1,56
Е. (M, 38, n tst = 6)	36,78 ± 1,57	34,59 ± 1,79	33,01 ± 2,00	29,06 ± 1,20
Д. (M, 53, n tst = 10)	30,24 ± 1,59	29,56 ± 1,37	28,17 ± 1,37	26,26 ± 1,68
Ш. (M, 43, n tst = 10)	32,79 ± 1,71	32,96 ± 1,89	32,27 ± 1,50	28,80 ± 1,82
А. (F, 43, n tst = 10)	29,39 ± 1,07	29,09 ± 1,31	28,93 ± 1,24	28,38 ± 1,33
Н. (M, 26, n tst = 4)	38,62 ± 1,99	34,12 ± 1,92	30,46 ± 1,92	27,03 ± 1,76
К. (M., 27, n tst = 1)	38,8	35,7	32,4	30,1

Однако этот в целом весьма неожиданный и труднообъяснимый тренд характеризуется очень низкой степенью достоверности: коэффициенты детерминации (R²) составили лишь 0,04 и 0,05 соответственно.

Нами не обнаружено статистически значимой корреляции между демонстрируемым O 2 ER на уровне FTP и индивидуальным уровнем FTP испытуемых велосипедистов как надежным и информативным [4–6] индикатором их аэробной работоспособности. Гипотеза о наличии взаимосвязи между рассматриваемым физиологическим показателем и уровнем аэробной работоспособности велосипедистов-шоссейников должна быть отвергнута.

Лонгитюдинальное исследование с привлечением 22 испытуемых (май 2023 г. – сентябрь 2023 г. – май 2024 г.) продемонстрировало высокую вариативность показателей O2ER на уровне FTP, зафиксированных в течение года (n = 64). Различия индивидуальных значений в среднем составили: по женской группе – 14,5 % (sd = 5,7 %, cv = 39,3 %, max = 25,8 %, min = 5,7 %), по мужской – 15,3 % (sd = 1,3 %, cv = 8,4 %, max = 38,0 %, min = 1,3 %). Повторное тестирование трёх испытуемых с интервалом в 2–3 дня также продемонстрировало высокую вариативность индивидуальных значений O2ER: 1,3; 3,3; 15,2 %. Все это говорит о недостаточной воспроизводимости (нестабильности) рассматриваемого показателя, причём разброс его значений не коррелирует с изменениями специальной работоспособности.

На завершающем этапе исследования для каждого испытуемого, каждого единичного тестирования и каждой ступени физической нагрузки был рассчитан параметр O 2 ER по усреднённым значениям VO 2 и VE. Средние по ступеням нагрузки значения O 2 ER в тесте «4×7 минут» представлены в табл. 2, на рис. 1, 2.

Результаты исследований показали, что по мере роста мощности педалирования и, соответственно, роста потребления кислорода у всех испытуемых происходит обратно пропорциональное уменьшение параметра O 2 ER по функции y = ax² + bx + c. Данная зависимость несколько усиливается с ростом аэробной работоспособности испытуемых.

Коэффициент аппроксимации представленного на рис. 2 графика функции y = ax² + + bx + c оказался достаточно высоким – 0,993, что может свидетельствовать о закономерном характере взаимосвязи O 2 ER с мощностью педалирования, если оба параметра взяты в относительных единицах. Снижение O 2 ER составляет примерно 3,5 % на каждые 10 % прироста мощности работы (в линейном выражении).

Отметим, что у всех испытуемых средние значения O 2 ER на ступенях «60 % FTP» (первая ступень) и «105 % FTP» (четвертая ступень) достоверно различаются (p < 0,05).

Рис. 1. Взаимосвязь индивидуальной динамики коэффициентов использования кислорода с минутным его потреблением в ступенчатом тесте «4×7 минут» (слева – направо: 60–75–90–105 % от FTP)

Fig. 1. Relationship between individual dynamics of the oxygen extraction ratio (O 2 ER) and minute oxygen consumption (V^̇ O 2 ) during the incremental 4×7-minute test (left to right: 60–75–90–105 % of FTP)

у = -0,003х2 + 0,212х + 99.185 R2 = 0.993

55     60     65     70     75     80     85     90     95    100    105    110

Мощность педалирования, % от FTP Pedaling power, % of FT

Рис. 2. Корреляция между ступенями нагрузки (60–75–90–105 % от FTP) и коэффициентом использования кислорода (относительно максимального значения на ступени 60 % от FTP) в тесте «4×7 минут» (средние значения по ступеням нагрузки, n = 64)

Fig. 2. Correlation between workload stages (60–75–90–105 % of FTP) and the oxygen extraction ratio (relative to the maximum value at 60 % of FTP) during the 4×7-minute test (mean values for workload stages, n = 64)

Заключение. Единственным практическим приложением параметра «коэффициент использования кислорода» в мониторинге спортивной подготовки представителей циклических видов спорта является возможное прогнозирование его значений при нагрузках, соответствующих или превышающих уровень функциональной пороговой мощности ± FTP на основе значений, зафиксированных в лабораторном тестировании с относительно невысокой мощностью аэробной работы ± на уровне 60 % от FTP.

В то же время результаты исследования зависимости значений изучаемого параметра ± O2ER на уровне функциональной пороговой мощности педалирования ± FTP при выполнении Wattbike 20 minute FTP test показали отсутствие целесообразности его учёта в мониторинге спортивной подготовки по причине низкой надёжности и ограниченной информативности в контексте оценки аэробной работоспособности.