Влияние спортивной специализации на функциональные способности человека при велоэргометрической нагрузке

Общеизвестно, что занятия различными видами спорта сказываются на морфологических и физиологических показателях человека. Сравнение функциональных показателей у спортсменов разных спортивных направлений, несмотря на значительное количество работ в литературе, актуально и в настоящее время [1]. Данные о сравнении физиологических особенностей организма спортсме- нов, развивающих скоростную силу и выносливость, пока единичны [2, 3]. Сообщается о низкой аэробной, но высокой анаэробной способности у тхэквондистов [4, 5], и о высокой аэробной способности у лыжников-гонщиков [6–8]. Нам представилось интересным сравнить по единой методической основе как в покое, так и при физических нагрузках функциональное состояние тхэквондистов, тренирующих скоростную силу, и лыжников-гонщиков, тренирующих выносливость.

С целью изучения влияния спортивной специализации на функциональные возможности и физическую работоспособность человека нами были сопоставлены материалы физиологических исследований у спортсменов, развивающих скоростную силу (тхэквондисты), и у спортсменов, развивающих выносливость (лыжники-гонщики).

Материал и методы

В условиях лаборатории нами протестированы на велоэргометре спортсмены мужского пола в возрасте от 15 до 35 лет с высокой спортивной подготовленностью – от перворазрядников до мастеров спорта. Все они дали добровольное согласие на обследование, которое одобрено комитетом по биоэтике при Институте физиологии Коми НЦ УрО РАН. В исследовании принимали участие три группы: первая – 14 тхэквондистов, вторая – 20 лыжников-гонщиков, выполняющих одинаковые с тхэквондистами нагрузки, и третья – 46 лыжников-гонщиков, выполняющих нагрузки с возрастающей мощностью «до отказа». Некоторые спортсмены были обследованы по два–три раза. Исследования проведены в теплый период года в комфортных условиях микроклимата.

Общепринятыми методами измеряли рост и массу тела, силу мышц правой и левой кистей, жизненную емкость легких (ЖЕЛ), рассчитывали индекс массы тела (ИМТ), силовой индекс (сила/масса тела), жизненный индекс (ЖИ = ЖЕЛ/масса тела), двойное произведение по Робинсону (ДП), вегетативный индекс по Кердо (ВИК), индекс функциональных изменений (ИФИ), кардиореспираторный индекс по Скибинской (ИС).

После 5-минутного отдыха на велоэргометре спортсменам первых двух групп последовательно предъявляли стандартные нагрузки (частота педалирования 60 об/мин) мощностью 50, 100 и 150 Вт, длительностью по 3 мин. каждая. Третьей группе давали нагрузки возрастающей мощности со ступенчатым приростом нагрузки «до отказа». Функциональные показатели дыхания и кровообращения были определены с помощью эргоспирометриче-ской системы «Oxycon Pro» (Германия). В покое и при нагрузках регистрировали электрокардиограмму и частоту сердечных сокращений (ЧСС), частоту дыхания (ЧД), дыхательный объем (ДО), минутный объем дыхания (МОД), потребление кислорода (ПК), выделение углекислоты (ВУГ), дыхательный коэффициент (ДК), кислородный пульс (КП) и дыхательный эквивалент (ДЭ = МОД/ПК). Систолическое (СД) и диастолическое (ДД) артериальное давление по Короткову определяли в покое и в ходе нагрузки. Рассчитывали коэффициент использования кислоро- да (КИО2 = ПК/МОД), максимальное потребление кислорода (МПК) или «кислородный потолок», энерготраты и удельную физиологическую стоимость нагрузки на велоэргометре как отношение физиологических показателей к мощности выполняемой работы.

В литературе широко используются понятия о «физиологической стоимости работы» [9], об «энергетической стоимости мышечной деятельности» [10], «энергетической» и «пульсовой стоимости упражнений» [11], об «энергетической стоимости физических упражнений» [12]. В настоящей работе нами впервые вводятся понятия об «удельной физиологической стоимости физической нагрузки» (пульсовой, прессорной, респираторной, вентиляционной, кислородной, энергетической), величины которых получаются путем деления абсолютных значений соответствующих физиологических параметров при нагрузке на мощность механической работы. Нам представляется, что они позволяют судить о том, во что обходится организму человека единица мощности работы.

Полученные материалы подвергнуты статистической обработке с помощью программ Statistica 6.0 и Biostat 4.03 с проверкой вариационных рядов на характер распределения (по критерию Шапиро-Уилка). Статистическую значимость различий между группами оценивали с помощью критерия Манна-Уитни. Различия между выборками считали статистически значимыми при P<0,05.

Результаты и обсуждение

Сравнение групп по морфологическим, фи-зиометрическим и физиологическим показателям представлено в табл. 1. Эти данные показывают, что сопоставляемые выборки близки по возрасту и массе тела, но у тхэквондистов статистически значимо (p<0,05) выше индекс массы тела за счет меньшего роста. У тхэквондистов по сравнению с лыжниками-гонщиками существенно выше силовые показатели, а также ДД, ДП и ИФИ, что свидетельствует о более напряженном режиме функционирования системы кровообращения. У них значительно ниже ЖЕЛ, ЖИ и ИС, что говорит о меньших возможностях дыхательных функций и сниженной кар-диореспираторной тренированности организма по сравнению с лыжниками-гонщиками. При имитации соревновательной деятельности у тхэквондистов при челночном беге выявили значения МПК – 53,9 мл/мин*кг, ЧСС – 158 уд/мин [5]. На выраженную силу и высокую анаэробную способность тхэквондистов и других представителей единоборств указывают и данные литературы [4,5,13,14]. Как отмечают некоторые авторы [15], основной результат силовых тренировок – это повышение максимальной силы, мощности и скорости нарастания силы.

Лыжники-гонщики отличаются от тхэквондистов брадикардией в покое, что является признаком их повышенной аэробной тренированности и экономизации функций сердечно-сосудистой системы. Значение ВИК свидетельствует о преобладающем влиянии парасимпатической регуляции кровообращения у спортсменов обеих специализаций, но у лыжников-гонщиков это влияние более выражено.

Таблица 1

Морфологические, физиометрические и физиологические показатели у спортсменов (M±m)

Table 1

Morphological, physiometric and physiological parameters in athletes (M±m)

Параметры	Тхэквондисты n=34V	Лыжники-гонщики n =30 V	Лыжники-гонщики n=70 V
Возраст, лет	23,4±1,04	21,9±0,57	22,6±0,66
Рост, см	174,3±0,92	177,1±0,67*	177,7±0,57*
Масса тела, кг	72,7±1,17	71,9±1,04	70,5±0,65
ИМТ, кг/см²	23,9±0,34	22,7±0,25*	22,3±0,17*
Сила правой кисти, кг	53,4±0,77	50,0±0,78*	48,9±0,88*
Сила левой кисти, кг	49,6±0,74	46,6±0,70*	45,8±0,74*
Силовой индекс, %	73,5±1,49	69,5±1,22*	68,2±1,00*
ЖЕЛ, мл	4583±84	4943±81*	4995±78*
ЖИ, мл/кг	62,7±1,24	69,5±1,12*	69,8±1,00*
СД, мм рт.ст.	127±1,4	126±1,5	126±1,3
ДД, мм рт.ст.	71±1,0	68±1,1*	68±1,2*
ЧСС, уд/мин	75±1,1	56±1,2*	55±1,0*
ДП, усл. ед.	80±0,9	70±1,6*	67±1,8*
ВИК, %	-17,4±3,7	-27,4±3,0*	-27,9±2,9*
ИФИ, усл.ед.	2,18±0,03	2,01±0,03*	2,00±0,03*
ИС, баллы	61±3,5	70±2,9*	73±3,4*

Примечание: * – статистически значимые различия с тхэквондистами; ^V – человеко-обследование.

Note: * – statistically significant differences with taekwondo athletes; ^V – man-examination.

Сопоставление результатов нагрузочного тестирования представлено в табл. 2. При одинаковой нагрузке (150 Вт) у тхэквондистов по сравнению с лыжниками-гонщиками статистически значимо выше значения ЧСС, СД, МОД, ДК, ДЭ, пульсовая, прессорная и вентиляционная стоимость единицы нагрузки и статистически значимо ниже КП, КИО2 и МПК, что говорит о меньшей эффективности функционирования кардиореспираторной системы и о повышенных удельных физиологических затратах. У тхэквондистов уровень нагрузки по ПК соответствует примерно 58% от МПК, а у лыжников-гонщиков – только около 43% от МПК. Лыжники-гонщики (третья группа) при работе «до отказа» развивают на велоэргометре более высокую мощность работы, чем первые две группы, демонстрируют значительно более высокий коэффициент полезного действия (КПД) работы, достигают более существенных максимальных функциональных сдвигов (ПК на уровне 97,5% от МПК). При этом показывают высшую эффективность кардиореспираторной системы (по данным кислородного пульса) и низкую удельную физиологическую стоимость единицы велоэргометрической нагрузки: пульсовую (сердечную), прессорную, респираторную, объемно-дыхательную, кислородную, энергетическую (калорическую). В 80% случаев значения ДК в этой группе превышали единицу, что свидетельствует о преодолении подавляющим большинством участников тестирования респираторного анаэробного порога.

О высокой аэробной работоспособности и более экономной работе сердечно-сосудистой сис-

Таблица 2

Функциональные показатели при велоэргометрической нагрузке и ее удельная физиологическая стоимость у спортсменов (M±m)

Table 2

Functional parameters in bicycle ergometer test and its specific physiological cost in athletes (M±m)

Показатели	Тхэквондисты n=34	Лыжники-гонщики n=30	Лыжники-гонщики n=70
Достигнутая мощность нагрузки, Вт	150±0,0	150±0,0	349±5,5*^
Время выполнения нагрузки, мин	9,0±0,0	9,0±0,0	12,0±0,33*^
ЧСС, уд/мин	140±2,9	114±2,5*	176±2,0*^
СД, мм рт.ст.	156±3,1	142±2,4*	191±2,5*^
ДД, мм рт.ст.	75±2,6	71±2,1	84±1,8*^
ЧД, цикл/мин	25±0,94	25±0,74	49±1,50*^
ДО, мл	2214±60	2030±67	2929±50*^
МОД, л	54±1,37	50±1,21*	142±3,60*^
ПК, мл/мин	2237±34	2303±31	4291±62*^
Энерготраты, кал/мин	11233±184	11227±151	22058±334*^
ДК	0,98±0,009	0,86±0,009*	1,05±0,008*^
КП, мл/уд	16,4±0,38	20,4±0,47*	24,5±0,30*^
КИО2, мл/л	42,2±0,83	46,2±0,76*	31,2±0,70*^
ДЭ	24,0±0,46	21,9±0,51*	31,8±0,60*^
МПК, мл/мин	3856±164	5370±154*	4402±61*^
МПК/кг, мл/мин*кг	53,3±2,29	71,9±1,86*	62,5±0,85*^
Пульсовая (сердечная) стоимость нагрузки, уд/Вт	0,93±0,020	0,76±0,016*	0,51±0,007*^
Прессорная стоимость нагрузки, мм/Вт	1,40±0,020	0,94±0,016*	0,56±0,01*^
Респираторная стоимость нагрузки, цикл/Вт	0,17±0,006	0,16± 0,005	0,14±0,004*^
Объемно-дыхательная стоимость нагрузки, мл/Вт	14,7±0,40	13,5±0,44	8,5±0,15*^
Вентиляционная стоимость нагрузки, л/Вт	0,36±0,009	0,33±0,008*	0,41±0,008*^
Кислородная стоимость нагрузки, мл/Вт	14,9±0,23	15,3±0,29	12,4±0,12*^
Энергетическая (калорическая) стоимость нагрузки, кал/Вт	74,9±1,22	74,8±1,00	63,5±0,79*^
КПД, %	19,3±0,32	19,2±0,33	22,9±0,24*^

Примечание: * – статистически значимые различия тхэквондистами; ^ – между лыжниками-гонщиками.

Note: * – statistically significant differences with taekwondo athletes; ^ – among ski runners.

темы у лыжников показывают и данные литературы [6–8].

Физиологические механизмы приспособления к тренировке выносливости направлены на повышение способности переноса и потребления кислорода во время интенсивной физической нагрузки и затрагивают легкие, кровь, сердце, сосуды и мышцы. Наиболее адекватным и интегральным показателем адаптации сердечно-сосудистой и дыхательной систем, а также степени тренированности на выносливость служит МПК [16]. Значения МПК (аб- солютные и удельные на единицу массы тела), характеризующие аэробную производительность или «кислородный потолок», у лыжников-гонщиков гораздо выше, чем у тхэквондистов, что еще раз подтверждает несравненно более высокую у них тренированность кардиореспираторной системы и стайерскую выносливость организма.

Меньшая удельная физиологическая стоимость единицы велоэргометрической нагрузки по показателям кровообращения и дыхания (по значениям МОД) у лыжников-гонщиков в сравнении с тхэквондистами должна рассматриваться как более экономное расходование физиологических функций. Важно подчеркнуть, что отмеченная экономизация функций у спортсменов, тренирующих выносливость, проявляется даже на фоне интенсивно выполненной нагрузки на велоэргометре и большей мобилизации функций кардиореспираторной системы и энергетического обмена при такой нагрузке. Необходимо отметить, что организм лыжников-гонщиков при максимальной нагрузке до отказа (выше 300 Вт) работает гораздо эффективнее (по большинству показателей удельной физиологической стоимости единицы работы, по значениям кислородного пульса и КПД организма), чем при значительно меньшей, но довольно значительной нагрузке 150 Вт. Можно предположить, что организм лыжников-гонщиков на тренировках и соревнованиях настолько адаптируется к нагрузкам большой интенсивности, что они становятся для них более привычными, чем нагрузки малой и средней интенсивности.

Заключение

Тхэквондисты, развивающие скоростную силу, отличаются от лыжников-гонщиков более высокими силовыми показателями (сила кистей и силовой индекс) и существенно более высоким значением индекса массы тела. Но у них по большинству показателей выше физиологическая стоимость единицы работы на велоэргометре.

Лыжники-гонщики, развивающие выносливость, отличаются от тхэквондистов повышенными возможностями кардиореспираторной системы и высокой тренированностью в целом. У них выявляются экономизация функций кровообращения как в покое, так и при максимальной физической нагрузке на велоэргометре, повышенная эффективность дыхательной и сердечно-сосудистой систем и высокий «кислородный потолок».

Отмеченные силовые и скоростные преимущества тхэквондистов позволяют им участвовать в кратковременных единоборствах, при которых требуются повышенные сила и скорость движений, а высокие способности кардиореспираторной системы лыжников-гонщиков позволяют им совершать стайерские многокилометровые и длительные по времени гонки на лыжах.