2 курс / Нормальная физиология / Методы_исследования_и_фармакологической_коррекции_физической_работоспособности

ным сопоставление его ответных реакций с объемом и интен­ сивностью выполненной работы.

В настоящее время наиболее широкое применение нашли разновысокие ступени. Методика исследования физической работоспособности с помощью ступеней проста, посредством их возможно дозирование физических нагрузок в больших пределах, с достаточной точностью. Изготовление ступенек дешево и доступно, не требуются их техническое обслужива­ ние, калибровка, электропитание. Ходьба по ступеням естест­ венна, привычна всем и может быть легко выполнена челове­ ком любого возраста и любого уровня физической подго­ товки.

Однако не всегда устройства с фиксированной высотой ступеней могут удовлетворять исследователя. Причинами яв­ ляются индивидуальные особенности обследуемых, а также значительные погрешности в подсчете выполненной работы. Кроме того, отдельные тесты требуют довольно широкого на­ бора высот ступенек.

Во время ходьбы по ступеням могут быть получены элек­ трокардиограммы (ЭКГ) хорошего качества и относительно легко измерено потребление кислорода. Наряду с этим непре­ рывное шагание и сопутствующие ему движения рук и головы создают трудности при подсчете ЧСС, определении АД и, без­ условно, делают невозможным проведение таких сложных ди­ агностических процедур, как катетеризация сердца, измерение сердечного выброса и т. п.

Степ-тестирование имеет недостаток, связанный с тем, что при расчете проделанной работы (ее мощности) не учитыва­ ются усилия, затраченные на сокращение мышц верхних ко­ нечностей и туловища. Практика показывает, что в случае субпредельных физических нагрузок испытуемым не удается поддерживать один и тот же заданный ритм восхождений в течение всего исследования.

Наиболее эффективным методом тестирования физической работоспособности человека является тестирование с помо­ щью велоэргометров. При их использовании значительно снижается расход энергии на сокращение мышц верхних ко­ нечностей, фиксированных на руле, и туловища, удобно рас­ положенного в седле велоэргометра. Вполне понятно, что и в этом случае определенная энергия затрачивается на поддержа­ ние позы, однако по объему она значительно меньше, чем при дозировании нагрузки другими способами, и этим можно вполне пренебречь (неучтенные энерготраты при исследова­ нии на тредбане на 7—15 %, а при ходьбе по ступеням — на 22—30 % больше, чем при исследованиях на велоэргометре).

30

МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ ФИЗИЧЕСКОЙ РАБОТОСПОСОБНОСТИ

Для определения физической работоспособности применя­ ются прямые и косвенные методы.

Прямые методы обычно применяются при обследовании высокотренированных людей и основаны на прямом опреде­ лении количества работы, которую может выполнить испы­ туемый с помощью различных нагрузок (равномерной мощ­ ности до «отказа», равномерно повышающейся мощности до «отказа» и т. д.). При всех этих нагрузках испытуемый дости­ гает уровня максимума потребления кислорода (выходит на «плато»). Прямые показатели физической работоспособности являются объективными критериями физической подготов­ ленности человека в тех видах деятельности, результаты кото­ рой тесно связаны с аэробной производительностью (цикли­ ческие виды спорта на выносливость и др.).

Важным моментом в проблеме прямого определения физи­ ческой работоспособности является вопрос о достаточной мо­ тивации испытуемых к выполнению изнуряющих мышечных нагрузок. Установлено, что около 16 % высокотренированных людей обычно прекращают нагрузку, явно не достигнув уров­ ня, близкого к МПК, а у значительного числа исследуемых величина МПК базируется лишь на косвенных признаках максимизации аэробного обмена организма. Все это указыва­ ет на большой удельный вес субъективного компонента при тестировании физической работоспособности прямыми мето­ дами.

Следует указать, что проведение прямого определения фи­ зической работоспособности является весьма ответственным процессом, требующим от персонала специального опыта и обязательного наличия среди исследователей врача. Послед­ нее следует особо подчеркнуть, так как в настоящее время ис­ следование МПК широко применяется не только физиолога­ ми и спортивными врачами, но и клиницистами. При этом возрастает риск нежелательных последствий для здоровья ис­ пытуемых, которые могут возникнуть при напряжениях, обу­ словленных несоответствием функциональных возможностей организма обследуемых выполняемым ими физическим на­ грузкам.

Трудоемкость исследований, необходимость наличия слож­ ной аппаратуры, изнуряющий характер нагрузки — все это

32

крайне ограничивает применение прямых методов определе­ ния физической работоспособности у нетренированных лю­ дей. В связи с этим в настоящее время для оценки физиче­ ской работоспособности широкое распространение получили косвенные методы. Основными из них являются: гарвардский степ-тест, тест (проба) PWCl70, степ-эргометрия, непрямое оп­ ределение МПК.

Гарвардский степ-тест

Этот метод был разработан в 1942 г. в лаборатории утомле­ ния Гарвардского университета. С помощью гарвардского степ-теста количественно оцениваются восстановительные процессы после дозированной мышечной работы. От ранее известных функциональных проб степ-тест отличается как ха­ рактером выполняемой испытуемым нагрузки, так и формой учета результатов тестирования.

Методика проведения теста. Физическая нагрузка задается в виде восхождений на ступеньку. Высота ступеньки и время выполнения теста зависят от пола, возраста и физического развития испытуемого (табл. 3). Испытуемому предлагается на протяжении 5 мин совершать восхождение на ступеньку с частотой 30 раз в 1 мин. Каждое восхождение и спуск склады­ ваются из четырех двигательных компонентов:

1.— испытуемый встает на ступеньку одной ногой;

2.— испытуемый встает на ступеньку двумя ногами, при­ нимая строго вертикальное положение;

3.— испытуемый ставит назад на пол ногу, с которой начал восхождение;

4.— испытуемый опускает на пол другую ногу.

Та б л и ц а 3. Высота ступеньки и время восхождений при проведении

гарвардского степ-теста [Карпман В. Л. и др., 1988]

33

При подъеме и спуске руки выполняют обычные для ходь­ бы движения. Во время выполнения теста можно несколько раз сменить ногу, с которой начинается подъем. Для строгого дозирования частоты восхождений па ступеньку и спуска с нее используется метроном, частоту которого устанавливают равной 120 уд/мин. В этом случае каждое движение будет со­ ответствовать одному удару метронома.

Перед проведением гарвардского степ-теста необходимо вначале продемонстрировать испытуемому тест, а затем дать ему возможность опробовать его. Если испытуемый не в со­ стоянии совершать восхождение на ступеньку в течение 5 мин, то фиксируется то время, в течение которого выполня­ лась мышечная работа. Для этого при проведении пробы не­ обходимо иметь секундомер. Тест может быть прекращен, ес­ ли испытуемый в результате утомления начинает отставать от заданного ритма восхождений в течение 20 с.

Ошибки, которые обычно допускаются при выполнении гарвардского степ-теста:

1)несоблюдение правильного ритма;

2)неполное выпрямление коленных составов на сту­ пеньке;

3)неполное выпрямление тела на ступеньке;

4)постановка ноги на пол на носок.

О возможных ошибках при выполнении этого упражнения обследуемый должен быть заранее информирован.

В гарвардском степ-тесте сделана попытка строго дози­ ровать физическую нагрузку. Вместе с тем эта дозировка является в определенной степени условной, так как мощ­ ность выполнения физической нагрузки нельзя определить точно.

Определенным достоинством гарвардского степ-теста явля­ ется то, что, хотя время его выполнения фиксировано, но ес­ ли испытуемый прекращает работу раньше указанного време­ ни, то его работоспособность, несмотря на это, можно оце­ нить. Таким образом, уменьшается влияние субъективного от­ ношения испытуемого к процедуре тестирования.

После окончания физической нагрузки испытуемый отды­ хает сидя. Начиная со 2-й минуты у него 3 раза по 30-секунд­ ным отрезкам времени подсчитывается ЧСС: с 60-й до 90-й, со 120-й до 150-й и со 180-й до 210-й секунды восстанови­ тельного периода. Значения этих трех подсчетов суммируются и умножаются на 2 (перевод из уд/ЗОс в уд/мин). Результаты тестирования выражаются в условных единицах в виде индек­ са гарвардского степ-теста (ИГСТ), величина которого рас­ считывается из уравнения:

34

ИГСТ = T(100/(f2 +f3+f4) - 2,

где T — фактическое время выполнения физической нагрузки в секундах; f 2, /j, f 4 — сумма ЧСС за первые 30 с каждой (начи­ ная со 2-й) минуты восстановительного периода.

Величина 100 необходима для выражения ИГСТ в целых числах, а цифра 2 —для перевода суммы ЧСС за 30-секунд­ ные промежутки времени в число сердцебиений за минуту.

При определении ИГСТ не учитывается ЧСС за 1-ю мину­ ту восстановительного периода. Это имеет свои положитель­ ную и отрицательную стороны. Положительная сторона за­ ключается в том, что в раннем восстановительном периоде ЧСС зависит от большого числа факторов, некоторые из ко­ торых не связаны с мышечной работой (например, переход из вертикального положения во время восхождения на ступеньку в положение сидя). Отрицательная сторона заключается в том, что при этом не учитывается в достаточной степени ин­ дивидуальная реактивность сердечно — сосудистой системы человека в 1-ю минуту восстановления.

Оценка результатов тестирования. Величина ИГСТ характе­ ризует скорость восстановительных процессов после напря­ женной физической нагрузки и оценивается по шкале, пред­ ставленной в табл. 4. Чем быстрее восстанавливается ЧСС по­ сле степ-теста, тем меньше величина /S+ZJ +Л и>следовательно, выше ИГСТ.

При проведении массовых обследований, когда необходи­ мо экономить время, для расчета ИГСТ можно использовать другую формулу, в которую вводится значение ЧСС, подсчи­ танное за время первой половины 2-й минуты восстанови­ тельного периода (/2):

ИГСТ = Т • 100/ f2 • 5,5.

Гарвардский степ-тест— довольно существенная нагрузоч­ ная проба. По средним данным, ЧСС на 5-й минуте восхож­ дения на ступеньку достигает 175 уд/мин. При этом полное

35

восстановление ЧСС наступает не ранее чем через 20 мин восстановительного периода. Потребление кислорода во вре­ мя проведения теста в среднем составляет 3,5 л, легочная вен­ тиляция достигает 75 л/мин. Все это указывает на то, что ис­ пользовать гарвардский степ-тест можно только для лиц, имеющих достаточную физическую подготовку. Применять этот тест для нетренированных людей нецелесообразно.

Помимо рассмотренной методики существуют степ-тесты, в которых учитываются (для стандартизации) анатомические особенности испытуемого: длина голени, масса тела, темп восхождений и другие параметры. Это позволяет точнее по­ добрать нагрузку для испытуемого до уровня ее субмакси­ мальных величин.

Основным недостатком гарвардского степ-теста является низкая точность при дозировании нагрузки и преимуществен­ но качественный анализ показателей, зарегистрированных до и после окончания физической нагрузки — в восстановитель­ ном периоде. Все это приводит к тому, что при повторном об­ следовании или при сопоставлении полученных результатов наблюдаются значительные погрешности в количественной оценке данных.

Проба PW CI70

ВОЗ в 1968 г. для определения физической работоспособ­ ности человека рекомендована проба Physical Working Capaciti (PWC), разработанная в Каролинском университете в Сток­ гольме Шестрандом в 50-х годах XX в. Эта проба обозначает­ ся ВОЗ как ?170.

Физическая работоспособность в пробе PWC170 выражается в величинах той мощности физической нагрузки, при которой ЧСС достигает величины 170 уд/мин. Выбор именно этого значения ЧСС основан на следующих двух положениях.

Первое положение заключается в том, что зона адекватного функционирования кардиореспираторной системы с физиоло­ гической точки зрения ограничивается диапазоном изменения ЧСС от 100—110 до 170—180 уд/мин. Следовательно, с помо­ щью этой пробы можно установить ту интенсивность физиче­ ской нагрузки, которая «выводит» деятельность сердечно-со­ судистой системы, а вместе с ней и всей кардиореспиратор­ ной системы, в область оптимального функционирования.

Второе положение базируется на том, что взаимосвязь ме­ жду ЧСС и мощностью выполняемой физической нагрузки имеет линейный характер у большинства здоровых людей вплоть до ЧСС, равной 170 уд/мин. При более высокой ЧСС

36

линейный характер зависимости между ЧСС и мощностью физической нагрузки нарушается.

В Каролинском университете, где проба PWCt70 была впер­ вые внедрена в практику, она проводилась следующим обра­ зом. Испытуемый выполнял на велоэргометре непрерывную работу с повышающейся через каждые 6 мин (ступенчато) мощностью вплоть до ЧСС, равной 170 уд/мин (величина ЧСС определялась на последней минуте каждой ступени). Частота вращения педалей поддерживалась постоянной, рав­ ной 60—70 оборотов в минуту. Однако такая процедура прове­ дения пробы была весьма обременительной для испытуемого и занимала много времени. Все это не способствовало широ­ кому распространению пробы.

В дальнейшем величину PWC170 стали определять более простым способом, используя для этого две или три нагрузки умеренной мощности. Величина PWCi70 в этом случае нахо­ дится путем графической экстраполяции. Для этого испытуе­ мому предлагается выполнить две нагрузки разной мощности (W, и W2). На последней минуте этих нагрузок определяется ЧСС (соответственно / у и f 2). Далее в системе прямоугольных координат откладываются точки, соответствующие ЧСС при работе на указанных мощностях. Учитывая, что между ЧСС и мощностью физической нагрузки имеется линейная взаимо­ связь, через эти точки проводится прямая линия до пересече­ ния ее с линией, соответствующей ЧСС, равной 170 уд/мин. Из полученной таким образом точки опускается перпендику­ ляр на ось абсцисс. Координата пересечения этого перпенди­ куляра и оси абсцисс соответствует величине PWCl70.

Графическое определение величины PWCI70 имеет опреде­ ленный недостаток — неизбежны погрешности, возникающие в процессе графических работ. В связи с этим было предложе­ но простое математическое выражение, позволяющее опреде­ лить величину PWCl70, аналитически (без построения графи­ ков):

PWCl70= W, + (W2 - Wj)(170 - fv)/(f2 - fx)9

где PWCl70— мощность физической нагрузки на велоэргомет­ ре, при которой достигается ЧСС, равная 170 уд/мин; WLи W2 — мощность первой и второй нагрузок, кгм/мин или Вт; / у и f 2 — ЧСС в конце первой и второй нагрузок.

Первая нагрузка обычно имеет небольшую мощность. Ве­ личину этой мощности подбирают индивидуально в зависи­ мости от возраста и массы тела испытуемого по табл. 5.

После первой нагрузки испытуемый, сидя на велоэргомет­ ре, отдыхает в течение 3 мин, затем ему предлагается выпол-

37

Таблица 5. Ориентировочные значения мощности первой нагрузки, рекомендуемые для определения PWC]70 у здоровых нетренированных лиц [Карпман В. Л. и др., 1988]

Таблица 6. Ориентировочные значения мощности второй нагрузки, рекомендуемые при определении PWC,70 [Карпман В. Л. и др., 1988]

нить вторую, более интенсивную нагрузку. Выбор мощности второй нагрузки в значительной мере определяет точность экстраполяционного определения PWCl70. Очевидно, что чем ближе будет ЧСС во время второй нагрузки к величине 170 уд/мин, тем точнее будет определена величина PWCl70. При этом оптимальную мощность для второй нагрузки можно подобрать на основании данных о ЧСС во время первой на­ грузки по табл. 6. Продолжительность первой и второй нагру­ зок равна 5 мин. Вся процедура исследования занимает около

13мин.

Для получения адекватных результатов необходимо строго

придерживаться изложенной методики.

Как видно, нагрузка, используемая в пробе PWC170, задает­ ся в сравнимых, имеющих физическую размерность величи­ нах. В этом отношении проба PWC170 выгодно отличается от гарвардского степ-теста. Второе важное достоинство теста PWC170 состоит в том, что задаваемые нагрузки далеки от пре­ дельных и поэтому их выполнение испытуемыми не представ­ ляет больших трудностей и не требует особой мотивации.

Определение физической работоспособности с помощью теста PWC,70 позволяет получить обширную информацию, ко­

38

торая может быть использована как для характеристики резер­ вов организма испытуемого, так и для динамического наблю­ дения за его физической подготовленностью. Учитывая, что при этом может изменяться масса тела испытуемых, а также для нивелирования индивидуальных различий в массе у раз­ ных людей, величины PWCI70 рассчитываются на 1 кг массы тела. В этом случае размерность показателя — Вт/кг.

У здоровых молодых нетренированных мужчин величины PWC170 колеблются в пределах 115—180 Вт, а у женщин — 75— 125 Вт. Относительная величина PWC170 нетренированных лиц составляет в среднем 2,5 Вт/кг у мужчин и 1,7 Вт/кг у жен­ щин. У сноотсменов эти величины значительно выше и дос­ тигают у некоторых 300—400 Вт, а относительные величины — 5,0 Вт/кг.

Величина PWC170 может быть определена не только путем экстраполяции, но и прямым путем. В последнем случае име­ ется в виду определение той мощности физической нагрузки, при которой ЧСС реально достигает величины 170 уд/мин. Для этого испытуемый выполняет нагрузку на велоэргометре, а его ЧСС находится под контролем автокардиолидера или кардиомонитора. Путем произвольного повышения мощности можно увеличить ЧСС до любого заданного уровня, в рас­ сматриваемом случае до 170 уд/мин. Многочисленными ис­ следованиями доказано, что величины PWCl70, определенные прямым и экстраполяционным путями, практически одина­ ковы.

Для определения физической работоспособности у нетре­ нированных взрослых людей может быть использован моди­ фицированный вариант велоэргометрического теста PWC170 — проба PWCAF (А — age, F — frequency).

Суть модификации состоит в том, что у лиц разного воз­ раста в большом диапазоне непредельной мышечной работы наблюдается практически линейная зависимость между ЧСС и мощностью физической нагрузки. Это позволяет использо­ вать известные положения, лежащие в основе теста PWC170, при определении физической работоспособности у всех людей (вне зависимости от возраста) с патологически ненарушенным автоматизмом клеток синусового узла. Однако индикаторный пульс при этом не должен оставаться постоянным, так как при любых сопоставимых нагрузках степень повышения ЧСС у здоровых нетренированных людей практически одинакова. Это нивелирует уровень физической работоспособности у лиц диаметрально разного возраста, оцениваемой по данным од­ ного постоянного значения индикаторного пульса, будь то, например, 150 или 170 уд/мин.

39