Способ эргометрической оценки физической работоспособности и описания индивидуальной структуры энергообеспечения мышечной деятельности

Изобретение относится к медицине и физиологии и может быть использовано для комплексной оценки уровня физической работоспособности практически здоровых лиц старше 6 лет разного уровня тренированности, не имеющих ограничений по состоянию здоровья. Способ основан на получении результатов от выполнения двух нагрузочных тестов предельного удержания заданной интенсивности нагрузки с использованием системы уравнений вида и расчете комплекса эргометрических показателей (I_max, I₁₀, I₄₀, I₂₄₀, I₉₀₀, а, b, К, LnS, SE), которые позволяют характеризовать физическую работоспособность человека во всем доступном ему диапазоне нагрузок и описать индивидуальную структуру энергообеспечения мышечной деятельности. В качестве тестовых нагрузок в способе могут быть использованы динамические или статические, с использованием естественных локомоций или любого вида нагрузочных устройств и снарядов упражнения. Изобретение позволяет расширить функциональные возможности способа за счет увеличения числа определяемых информативных показателей при оценке.

 

Изобретение относится к медицине и физиологии и может быть использовано для комплексной оценки уровня физической работоспособности практически здоровых лиц старше 6 лет разного уровня тренированности, не имеющих ограничений по состоянию здоровья.

Имеются различные способы определения физической работоспособности.

Известны способы определения физической работоспособности с помощью "Лестничного теста Маргариа" [1] и теста для определения максимальной мощности мышечной работы [2].

Недостатком их является то, что тесты позволяют определить работоспособность только в зоне максимальной интенсивности.

Известен Вингейтский анаэробный тест [3].

Недостатком его является то, что тест пригоден только для оценки спринтерских возможностей исследуемых и характеризует работоспособность человека в зонах максимальной и субмаксимальной интенсивности.

Известен минутный тест Szogy, Cherebetiu [4]. Результаты теста позволяют судить об анаэробной емкости.

Недостатком теста является то, что он позволяет характеризовать работоспособность преимущественно в зоне субмаксимальной интенсивности.

Известен тест на "удержание" критической мощности нагрузки [5]. Сущность теста заключается в определении способности к "удержанию" максимальной скорости аэробной энергопродукции. Возможны два варианта этого теста: на велоэргометре и тредмиле.

Его недостатком является то, что тест позволяет характеризовать работоспособность человека только в зоне большой интенсивности, и то, что для проведения данного теста необходимо предварительное трудоемкое определение индивидуальной величины критической мощности.

Известен способ оценки максимальной физической работоспособности человека по Торнваллу [6]. При выполнении этого теста испытуемый выполняет на велоэргометре несколько нагрузок "до отказа". Мощность каждой нагрузки разная, но позволяющая работать в пределах от 1 до 18 мин. Для характеристики работоспособности автор предложил определять расчетным или графическим способом мощность той нагрузки, которую испытуемый в состоянии удерживать в течение 6 минут. Полученная величина четко коррелирует со значениями максимального потребления кислорода.

Недостатком данного способа является то, что мощность тестирующих нагрузок определяется интуитивно.

В качестве прототипа был выбран способ определения физической работоспособности по тесту PWC₁₇₀ [7, 8]. Физическая работоспособность в тесте выражается в величинах мощности нагрузки, при которой частота сердечных сокращений (ЧСС) достигает 170 уд/мин. Прямое определение PWC₁₇₀, при котором испытуемые выполняют ступенчато возрастающую по мощности нагрузку до того, пока ЧСС не достигнет 170 уд/мин, сопряжено с риском для здоровья человека. При непрямом определении PWC₁₇₀ используют две непредельные нагрузки. В качестве тестовой работы могут использоваться велоэргометрическая нагрузка, специфическая для определенного вида спорта нагрузка, степ-тест и другие циклические виды физических упражнений.

Его недостатками являются то, что величина PWC₁₇₀ характеризует лишь работоспособность в зоне линейной зависимости физиологических показателей (ЧСС, Vo₂ и т. п.) от интенсивности нагрузки, а также то, что тест PWC₁₇₀ пригоден только для оценки работоспособности в циклических нагрузках.

Предложенный способ свободен от указанных недостатков.

Целью изобретения является расширение диапазона интенсивности нагрузок, для которого возможно определение работоспособности, и увеличение числа определяемых информативных показателей.

Способ выполняют следующим образом.

Испытуемому предлагают выполнить и максимально долго удерживать первую нагрузку. Ее интенсивность подбирают таким образом, чтобы время работы составляло от 10 до 40 с. В качестве тестовых нагрузок возможно использование как циклической, так и статической работы. Регистрируют время работы (t₁, с) и среднюю интенсивность (I₁). Интенсивность может быть выражена в единицах мощности W (Вт, кГм/мин), скорости V (м/с), силы F (кГ). При использовании в качестве тестовой нагрузки циклической работы на тренажерах, с тяжестями или с собственным весом, рекомендуется использовать единицы мощности, при выполнении других циклических нагрузок - единицы скорости, при выполнении статической работы - единицы силы.

Не ранее чем через 30 минут после первой нагрузки испытуемому предлагают выполнить вторую тестовую нагрузку. Интенсивность нагрузки подбирают таким образом, чтобы предельное время ее выполнения составляло от 90 до 900 с. Чем больше разница по временному интервалу удержания между первой и второй нагрузками, тем точнее характеристика работоспособности. Регистрируют время работы (t₂, с) и среднюю интенсивность (I₂).

Для расчета показателей, характеризующих работоспособность, используют уравнение t[пред.]=e^b/I^a,

где t [пред.] - предельное время выполнения нагрузки с максимальной интенсивностью, с; е - основание натурального логарифма; I - интенсивность, которая может быть выражена в единицах мощности W (Вт, кГм/мин), скорости V (м/с), силы F (кГ); а и b - коэффициенты.

Подставляя значения t₁, t₂, I₁, I₂ в систему уравнений для I₁ и I₂ решают эту систему уравнений относительно а и b

а затем рассчитывают индивидуальные значения показателей работоспособности по следующим формулам:

Величина а характеризует положение кривой "скорость - время" относительно осей координат. Показатель а определяется отношением времени работы при меньшей и большей по интенсивности нагрузках. Чем больше время работы при меньшей, более аэробной нагрузке, тем больше показатель степени а, и наоборот. Физиологический смысл этого показателя заключается в том, что он выражает отношение емкостных возможностей аэробного и анаэробно-лактацидного источников энергии.

Показатель b численно равен натуральному логарифму времени удержания нагрузки единичной скорости. Величина b отражает аэробную емкость, характеризует возможности устойчивого функционирования двигательного аппарата, т.е. общую выносливость организма. Чем выше величина b, тем выше емкость аэробного источника энергообеспечения скелетных мышц.

Значение I_max характеризует теоретически возможную максимальную интенсивность, которую может развить человек при работе за 1 с.

Показатель I₁₀ равен интенсивности, которую можно удерживать до 10 с, характеризует работоспособность в зоне максимальной интенсивности и мощность фосфагенного источника энергии.

Величина I₄₀ равна интенсивности, которую можно удерживать до 40 с и характеризует максимальную мощность гликолиза и работоспособность человека в зоне субмаксимальной мощности. Величину I₄₀ можно считать верхней границей зоны анаэробно-гликолитической (субмаксимальной) интенсивности.

Показатель I₂₄₀ равен интенсивности, которую можно удерживать до 240 с и характеризует работоспособность человека в зоне большой относительной интенсивности, когда энергия локомоций обеспечивается совместным вкладом аэробного и лактацидного источников энергопродукции. Примерно при такой интенсивности выполнения циклической нагрузки достигается МПК.

Значение I₉₀₀ равно интенсивности, которую можно удерживать до 900 с, и соответствует рабочей мощности аэробного источника в режиме, близком к работе в устойчивом состоянии. Характеризует работоспособность человека в зоне умеренной интенсивности, четко коррелирует со значениями анаэробного порога (АП).

Аналогично могут быть рассчитаны другие показатели интенсивности во временном диапазоне от 6 до 6000 с, однако они не расширяют физиологический смысл представленных величин и не позволяют более полно характеризовать физическую работоспособность человека.

Показатель LnS характеризует интегральную работоспособность во всем доступном человеку диапазоне физических нагрузок. Чем выше LnS, тем выше интегральная работоспособность.

Величина К характеризует суммарную емкость аэробного источника и, соответственно, аэробную работоспособность.

Значение SE выражает отношение мощностных возможностей лактацидного и аэробного источников энергопродукции, является показателем индивидуальной структуры мышечной энергетики.

Комплекс этих показателей позволяет описать и количественно оценить работоспособность во всем доступном человеку диапазоне нагрузок.

Пример 1. Определяют работоспособность двух испытуемых, 20 лет. В качестве тестовых используют беговые нагрузки 100 и 1000 м. Регистрируют время пробегания дистанций (t₁ и t₂) и среднюю скорость (I₁ и I₂).

У испытуемого А.: t₁=10 с, I₁=10 м/с; t₂=240 с, I₂=4,17 м/с. По формулам 1-10 рассчитываем:

а=ln(10/240)/ln(4,17/10)=3,63;

b=ln(10×10^3,63)=ln(240×4,17^3,63)=10,66;

I_max=(e^10,66)^-3,63=18,86;

I₁₀=(e^10,66/10)^-3,63=10,0;

I₄₀=(e^10,66/40)^-3,6=6,83;

I₂₄₀=(e^10,66/240)^-3,63=4,17;

I₉₀₀=(e^10,66/900)^-3,63=2,9;

LnS=0,5ln18,66×10,66=15,66;

K=e^10,66=42617;

SE=6,83/2,9=2,36.

У испытуемого Б.: t₁=13 с, I₁=7,69 м/с; t₂=180 с, I₂=5,56 м/с. По тем же формулам рассчитываем показатели работоспособности. Они составили: а=8,08; b=19,04; I_max=10,57; I₁₀=7,94; I₄₀=6,69; I₂₄₀=5,36; I₉₀₀=4,55; LnS=22,45; К=185766300; SE=1,47.

Сравнивая полученные результаты, учитель, тренер, исследователь делает выводы о работоспособности испытуемых. Так, например, испытуемый А. обладает более высокой работоспособностью в зонах максимальной и субмаксимальной интенсивности. У испытуемого Б., напротив, выше рабочие возможности в зонах большой и умеренной интенсивности, больше интегральная работоспособность.

Пример 2. Определяют работоспособность двух испытуемых, 17 лет. В качестве тестовых используют велоэргометрические нагрузки "до отказа" субмаксимальной (7 Вт/кГ) и большой (3 Вт/кГ) мощности. Регистрируют время удержания нагрузок (t₁ и t₂). Интенсивность (I₁=7 Вт/кГ и I₂=3 Вт/кГ) постоянная.

У испытуемого А.: t₁=40 с, I₁=7 Вт/кГ; t₂=420 с, I₂=3 Вт/кГ. По формулам 1-10 рассчитываем:

а=ln(40/420)/ln(3/7)=2,78;

b=ln(40×7^2,78)=ln(420×3^2,78)=9,09;

I_max=(e^9,09)^-2,78=26,3;

I₁₀=(e^9,09/10)^-2,78=11,49;

I₄₀=(e^9,09/40)^-2,78=6,98;

I₂₄₀=(e^9,09/240)^-2,78=3,66;

I₉₀₀=(e^9,09/900)^-2,78=2,28;

LnS=0,5ln26,3×9,09=14,86;

K=e^9,09=8866;

SE=6,98/2,28=3,06.

У испытуемого Б.: t₁=35 с, I₁=7 Вт/кГ; t₂=610 с, I₂=3 Вт/кГ. По тем же формулам рассчитываем показатели работоспособности. Они составили: а=3,37; b=10,12; I_max=20,1; I₁₀=10,17; I₄₀=6,74; I₂₄₀=3,96; I₉₀₀=2,68; LnS=15,18; К=24835; SE=2,51.

По аналогии с примером 1 делаются выводы об индивидуальных особенностях и различиях в работоспособности испытуемых.

Пример 3. Определяют работоспособность двух испытуемых, 18 лет. В качестве тестовых используют статические нагрузки. Испытуемые в правой руке, согнутой в локтевом суставе на 90 градусов и прижатой к телу удерживают "до отказа" вес 15 кГ и 3 кГ. Регистрируют время удержания нагрузок (t₁ и t₂). Интенсивность (I₁=15 кГ и I₂=3 кГ) постоянная.

У испытуемого А.: t₁=35 с, I₁=15 кГ; t₂=245 с, I₂=3 кГ. По формулам 1-10 рассчитываем:

а=ln(35/245)/ln(3/15)=1,21;

b=ln(34×15^1,21)=ln(245×3^1,21)=6,83;

I_max=(e^6,83)^-1,21=282,77;

I₁₀=(e^6,83/10)^-1,21=42,17;

I₄₀=(e^6,83/40)^-1,21=13,41;

I₂₄₀=(e^6,83/240)^-1,21=3,05,

I₉₀₀=(e^6,83/900)^-1,21=1,02;

LnS=0,5ln282,77×6,83=19,28;

K=e^6,83=925;

SE=13,41/1,02=13,15.

У испытуемого Б.: t₁=27 с, I₁=15 кГ; t₂=360 с, I₂=3 кГ. По тем же формулам рассчитываем показатели работоспособности. Они составили: а=1,61; b=7,66; I_max=116,49; I₁₀=27,87; I₄₀=11,78; I₂₄₀=3,87; I₉₀₀=1,7; LnS=18,22; К=2122; SE=6,92.

По аналогии с примерами 1 и 2 делаются выводы об индивидуальных особенностях и различиях в работоспособности испытуемых.

Технический результат способа достигается тем, что на основании выполнения двух предельных нагрузочных тестов определяется большое число показателей, позволяющих характеризовать работоспособность человека во всем доступном ему диапазоне нагрузок. Кроме того, в представленном способе в качестве тестирующих нагрузок могут быть использованы любые нагрузки: динамические или статические, с использованием естественных локомоций или любого вида нагрузочных устройств и снарядов.

ЛИТЕРАТУРА

1. Margaria R. Assessment of physical activity in oxidative and anaerobic maximal exercise // Int. Z. angew. Physiol. Einschl. Arbaitsphysiol. - 1966. - V. 22. - P.115-124.

2. Гудков И.А. Новый тест для отбора перспективных спринтеров // Матер. VIII Всес. конф. по спорт. медицине. - М., 1973. С.126.

3. Ayalon A., Inbar O., Bar-Or O., Relationship between two measurements of explosive strength and three measurements of anaerobic power // Intern. Series on Sports Sci. Biomechanics IV / Eds. E. Nelon, C. A. Morehouse. - Baltimore: University Park Press, 1974. - P.143-151.

4. Szogy A., Cherebetiu G. Minutentest auf dem fanradergometer zur bestimmung der anaeroben capazitat // Eur. J. Appl. Physiol. - 1974. - V. 33. - P.171-176.

5. Волков Н. И., Ширковец E. А. Об энергетических критериях работоспособности спортсменов // Биоэнергетика. - Л., 1973. - С.18-30.

6. Tornvall G. Assessment of physical capabilities // Acta Physiol. Scand. - 1963. V. 58. - Suppl. 201. - P.95-102.

7. Карпман В. Л., Белоцерковский 3. Б., Гудков И. А. Тестирование в спортивной медицине. М.: Физкультура и спорт, 1988. - 208 с.

8. Wahlund H. Determination of the physical working capacity // Acta Med. Scand. - 1948. - 132. Suppl. 215. - P.1948.

Способ эргометрической оценки физической работоспособности, включающий выполнение испытуемым двух существенно различающихся по интенсивности нагрузочных тестов, заключающихся в предельном по времени удержании заданных однотипных нагрузок с использованием уравнения Мюллера

t_lim=е^b/W^а

где t_lim - предельное время удержания заданной нагрузки; W - мощность нагрузки; “а” и “b” - индивидуальные коэффициенты, позволяющие оценить емкостные возможности энергетической системы; е - основание натурального логарифма

и расчет по результатам выполнения двух тестов эргометрических показателей, таких как мощности нагрузок, которые испытуемый способен удерживать фиксированное время, а именно W_max в течение 1 с, W₄₀ - в течение 40 с, W₂₄₀ - в течение 240 с и W₉₀₀ - в течение 900 с, отличающийся тем, что расчет эргометрических показателей осуществляют с использованием значений интенсивностей удерживаемых нагрузок в двух тестах, соответственно I₁ и I₂, выраженных в единицах мощности, скорости или силы, и из уравнения

t_lim=е^b/I^а

определяют индивидуальные коэффициенты “а” и “b” как

а=ln(t₁/t₂)/ln(I₂/I₁);

а затем рассчитывают индивидуальные значения показателей работоспособности по следующим формулам:

I_max=(е^b)^-а;

I₁₀=(е^b/10)^-а;

I₄₀=(е^b/40)^-а;

I₂₄₀=(е^b/240)^-а;

I₉₀₀=(е^b/900)^-а;

LnS=0,5lnI_max·b;

К=е^b;

SE=I₄₀/I₉₀₀,

при этом полученное значение коэффициента “а” оценивают как отношение емкостных возможностей аэробного и анаэробно-лактацидного источников энергии, коэффициента “b” - как характеризующее общую выносливость организма, значение I_max - как характеризующее теоретическую возможность развить максимальную интенсивность удерживаемой нагрузки за 1 с, соответственно значения I₁₀–I₉₀₀ - интенсивности нагрузки, которые может удерживать человек в течение 10, 40, 240 и 900 с, значение LnS - как характеризующее интегральную работоспособность во всем доступном человеку диапазоне физических нагрузок, значение К - как аэробную работоспособность, значение SЕ - как показатель индивидуальной структуры мышечной энергетики.