Автореферат и диссертация по медицине (14.00.51) на тему:Соотношение и структура эргометрических критериев работоспособности спортсменов

На правах рукописи

ЛЕВЕНБЕРГ ОЛЬГА ГРИГОРЬЕВНА

СООТНОШЕНИЕ И СТРУКТУРА ЭРГОМЕТРИЧЕСКИХ КРИТЕРИЕВ РАБОТОСПОСОБНОСТИ СПОРТСМЕНОВ

14.00.51 - Восстановительная медицина, лечебная физкультура и спортивная медицина, курортология и физиотерапия

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата биологических наук

Москва - 2004

1005

ММгЗ

На правах рукописи ЛЕВЕНБЕРГ ОЛЬГА ГРИГОРЬЕВНА

СООТНОШЕНИЕ И СТРУКТУРА ЭРГОМЕТРИЧЕСКИХ КРИТЕРИЕВ РАБОТОСПОСОБНОСТИ СПОРТСМЕНОВ

14.00.51 - Восстановительная медицина, лечебная физкультура и спортивная медицина, курортология и физиотерапия

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата биологических наук

Москва-2004

Диссертация выполнена на кафедре теории и методики физической культуры и спортивных дисциплин Коломенского Государственного педагогического института

Защита диссертации состоится 13 октября 2004 года в 14 часов на заседании диссертационного совета Д 311.002.01 во Всероссийском научно-исследовательском институте физической культуры и спорта (105005, Москва, Елизаветинский переулок, д. 10)

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Всероссийского научно-исследовательского института физической культуры и спорта по адресу: 105005 Москва, Елизаветинский переулок, д. 10.

Автореферат разослан «

Научный руководитель:

кандидат педагогических наук, доцент Титлов Александр Юрьевич доктор биологических наук, профессор Бальсевич Вадим Константинович доктор педагогических наук, профессор Ширковец Евгений Аркадьевич Научно-исследовательский институт возрастной физиологии РАО

Официальные оппоненты:

Ведущая организация:

диссертационного совета

Ученый секретарь

"рОС. НАЦИОНАЛЬНА* { БИБЛИОТЕКА I

¿"'¿Я%лк) ]

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Исследование посвящено выявлению корректности методов определения эргометрических критериев работоспособности спортсменов - аэробного и анаэробного порога, а также критической мощности. Определена факторная структура специальной работоспособности спортсменов с различным уровнем функциональных возможностей.

Актуальность. При управлении тренировочным процессом квалифицированных спортсменов на каждом этапе подготовки необходимо определять такие показатели, которые отражают динамику специальной работоспособности. Необходимый уровень специальной работоспособности обеспечивается приростом мощности функциональных систем организма, причем на разных этапах подготовки вклад их в спортивный результат изменяется. Применение принципов оперативного управления позволяет достигать конечной цели путем решения промежуточных этапных задач с использованием соответствующих физических нагрузок. Здесь важны два аспекта: во-первых, оптимальная организация процесса с должным информационным обеспечением, во-вторых, тренировочный процесс с закономерностью адаптации. Актуальной проблемой процесса подготовки спортсменов является обоснование системы специфических критериев специальной работоспособности и нормативных характеристик основных функциональных параметров. С их помощью можно оценить эффективность адаптации к физическим нагрузкам, а также динамику функциональных возможностей на этапах подготовки. Еще следует подчеркнуть, что изучение факторной структуры работоспособности отражает общую картину функционального состояния спортсмена, а также его готовность к напряженной соревновательной деятельности.

Управление подготовкой спортсменов составляет единую систему. Объектами управления являются соревновательная деятельность, тренирующие воздействия разной величины и направленности, коррекция при рассогласовании планируемых и реальных результатов. При оценке критериев функцио-

нального состояния спортсменов в последние десятилетия наибольший интерес вызывали такие показатели, как аэробный и анаэробный порог, а также параметры аэробной производительности. Концепция пороговой и критической мощности представляет собой сложную проблему. Несмотря на большое число исследований по этому вопросу, до сих пор ведутся споры, как в отношении сущности данных критериев, так и методов их определения.

Цель исследования. Определить сравнительные характеристики и факторную структуру эргометрических критериев физической работоспособности спортсменов.

Задачи исследования: 1. Выявить варианты и пригодность тестирующих процедур при определении пороговой мощности.

2. Исследовать корректность методов определения аэробной, анаэробной и 'критической мо^мостл при оценке ди^змики р?злнт1кыл£. хтскзззт^п^х*

3. Определить факторную структуру эргометрических и биоэнергетических критериев у спортсменов с разными показателями аэробной емкости.

Научная гипотеза. При выполнении исследований предполагалось, что комплекс эргометрических критериев работоспособности обусловлен взаимодействием и величиной метаболических реакций организма при выполнении напряженной мышечной работы. Выявление взаимосвязи разных факторов, определяющих работоспособность, будет способствовать оптимизации процесса подготовки квалифицированных спортсменов.

Объект исследований: диагностика функционального состояния на основе выбора адекватных критериев физической работоспособности.

Предмет исследований: соотношение и методы определения функциональных и эргометрических параметров при выполнении физических нагрузок.

Проблематика и методы исследований. Среди вопросов, исследуемых в данной работе, наиболее актуальны следующие:

- теоретические основы формирования эргометрических критериев работоспособности в системе управления тренировочным процессом спортсменов,

- исследование методов определения пороговой и критической мощности с использованием различных объективных показателей,

- определение факторной структуры критериев физической работоспособности и установление норм функциональных параметров у спортсменов с различным уровнем аэробной производительности

В связи с изложенным, в данной работе проведен анализ вариантов определения эргометрических критериев работоспособности с применением биологических и математических методов. При решении перечисленных задач применялся необходимый комплекс методов исследования функциональных возможностей: планируемые эксперименты с участием квалифицированных спортсменов, лабораторные эргометрические эксперименты, проводившиеся с применением инструментальных физиологических, биохимических, кардиологических и графических методов. Ка заключительном этапе исследований применялись многомерные математические методы обработки количественной информации.

Научная новизна.

Критерию новизны отвечает исследование и установление количественного соотношения эргометрических критериев физической работоспособности при различных вариантах тестирования квалифицированных спортсменов.

Впервые выявлены количественные параметры взаимосвязи величины и характера критериев работоспособности (аэробного и анаэробного порога, а также критической мощности) с особенностями биоэнергетических реакций при различных вариантах динамики выполняемых нагрузок.

Также впервые определена и исследована многомерная факторная структура работоспособности испытуемых, имеющих различный уровень аэробной производительности.

Основные положений выносимые на защиту: 1. Влияние методов тестирования на корректность определения эргометриче-ских критериев работоспособности, Рациональное применение выявленных по-

казателей в процессе управления тренировкой с использованием компьютеризированной информационной базы.

2. Обоснование и разработка не применявшихся ранее в спортивной практике сравнительной характеристики функциональных состояний в процессе тестирования. Многомерный анализ показателей аэробной мощности и емкости у спортсменов с различным уровнем функциональных возможностей уточняет структуру аэробной производительности.

3. Взаимосвязь критериев работоспособности (аэробного и анаэробного порога, критической мощности) и динамика функционального состояния в процессе тестирования.

4. Факторная структура эргометрических и биоэнергетических критериев работоспособности для контингентов испытуемых, различающихся по показателю аэробной емкости и уровню функциональных возможностей; характерные общие черты и различия значимости обобщенных факторов.

Практическая значимость определяется разработкой методических основ оценки критериев работоспособности, применяемых при управлении тренировочным процессом спортсменов. Выявлены факторы, определяющие специальную физическую работоспособность спортсменов. Они позволяют индивидуализировать корректирующие воздействия на основе оценки метаболических последствий физических нагрузок, а также обосновать закономерности тренируемости организма в специфических условиях спортивной деятельности. Практическую значимость определяет выполненная интеграция работ по сбору, анализу и передаче информации о функциональном состоянии спортсменов, создание компьютерных баз данных, в которых дана комплексная оценка состояния испытуемых. Анализ реакции организма служил методической основой принятия решений при оперативном управлении подготовкой спортсменов.

Апробация работы. Основные положения работы систематически докладывались на научно-практических и методических конференциях, а теоретиче-

ские и методические положения внедрялись в процессе практической работы со спортсменами г. Коломны и Воскресенска.

СТРУКТУРА И ОБЪЕМ ДИССЕРТАЦИИ. Работа состоит из введения, четырех глав, выводов, практических рекомендаций, списка литературы. Диссертация включает 154 страницы текста и содержит 33 таблицы, 26 рисунков. Список литературы содержит 247 источников, из них 78 - на русском, 169 - на иностранных языках.

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЯ При проведении исследований применялся комплекс эргометрических и биологических методов: эргометрические и аналитические методы, физиологические и биохимические методы, анализ специальной литературы по теме исследований, статистические и графические методы отработки данных. В серии экспериментов участзосало 133 хорошо физически подготовленных испытуемых, каждый из которых вначале выполнял стандартный тест со ступенчатым увеличением мощности работы на велоэргометре. Во втором тесте ставилась задача максимально долго поддерживать работу постоянной мощности, равной критической. По результатам второго теста рассчитывался показатель аэробной емкости. Для выявления эргометрических критериев работоспособности была проведена другая серия экспериментов, включавшая 60 опытов по специально разработанной схеме. В комплексных исследованиях на заключительном этапе приняло участие 6 испытуемых, каждый из которых выполнил серию из 10 испытаний. Полученные данные в исследованиях обрабатывались с применением программ Statistica в среде Windows. При расчете многомерной структуры была выполнена серия факторных анализов исходных экспериментальных данных с анализом главных компонент. Программа давала возможность найти минимальное число факторов, необходимых для корректного анализа внутренней структуры исследуемого явления.

1. Динамика критериев работоспособности при выполнении различных тестов

В первой части работы была поставлена задача исследовать влияние различной длительности работы на каждой ступени. Для этого выполнено было две серии экспериментов, в первой из которых группа испытуемых выполняла тест с продолжительностью работы на каждой ступени 1,5 минуты, а во второй серии - 5 минут, работа выполнялась до отказа. Сопоставление результатов тестирования аэробной производительности в разных условиях выявило ряд особенностей. Изменение длительности работы не приводит к достоверным различиям в достигаемой величине аэробной производительности. Особенностью реакции организма на работу в разных условиях было то, что на мощности от 90 до 300 ватт уровень 02-потребления при тестировании с большей длительностью был существенно выше. Это демонстрируют графики Рис. 1.

Во втором тесте с большей вероятностью достигается устойчивое состоя-ПТС ОЗ-ПСТр^^^СНДЛ КЗ^ЧДОМ урС£Н£ М01ДК0СТ1*. СрйРН-КИС двух

выполненных тестов в отношении динамики выявило ту же закономер-

ность, что и при анализе динамики Оз-потребления. В субмаксимальном диапазоне мощности работы от 90 до 300 ватт уровень СОг-выделения при тестировании с большей длительностью был достоверно выше. При максимально возможной нагрузке показатели выше в первом тесте, что определяется более резким нарастанием утомления. Отношение динамики показателей выделяемой двуокиси углерода к потребленному кислороду определяется как дыхательный коэффициент, по которому вычисляется эксцесс ССЬ , эти показатели использовались для выявления зон аэробного и анаэробного порога.

Независимо от длительности работы на каждой ступени ЧСС в одинаковой мере достигает максимальных значений в конце работы, зачастую превышая 200 уд/мин. Но в первом тесте такой пульс был замерен при мощности нагрузки 390 ватт, а во втором - 300-330 ватт. Еще одно отличие динамики ЧСС от ранее рассмотренных показателей состоит в нелинейном характере прироста показателя при увеличении мощности выполняемой работы.

Динамика Vo2 в тестах с разной длительностью работы

Ркз.1. Дпкамктса Уо2 з тестах с длительностью работы на ступени 1,5 мин (сплошная линия), и 5 минут (пунктир).

Сравнение двух тестов по динамике лактата в крови в анализируемых видах тестирования выявило определенные различия (Рис. 2). Информативными показателями, по которым оценивается состояние кислотно-щелочного равновесия, являются рН, BE и парциальное давление Ог и СОг в исследуемой среде организма. Наиболее показательны изменения BE (base excess), которые во многом аналогичны лактату крови, что было продемонстрировано в специальных исследованиях. Сравнение динамики значений BE в двух рассматриваемых тестах в целом выявляет такую же картину, как и рассмотренных выше изменениях концентрации лактата крови, за исключением знакопеременных особенностей показателя кислотно-щелочного равновесия (Рис. 2).

Результаты показывают более сложный характер изменений абсолютных значений BE по сравнению с динамикой лактата в тех же условиях функционирования организма. Вследствие перехода данных BE от положительных значений к отрицательным по мере увеличения ацидоза, изменения величины стандартного отклонения не носят систематического характера, но общая тенденция

Динамика лактата в двух тестах

МИН

— -А — 5 мин

-Полиномиальный (1,5 мин) у » 0,0001 х2 - 0,0231х + 2,4179 .

-Полиномиальный (5 мин) 0,974 /

/А

ж/ ^г

* /

* /

' / г

// У

■ у- 0.0001Х1 - 0,029бх + 2,9205

—*---- 0,9885

О 50 100 150 200 250 300 350 400

Рис. 2. Динамика концентрации лактата в тестах с длительностью работы на ступени 1,5 мин (сплошная линия), и 5 минут (пунктир).

Рис. 3. Динамика показателя кислотно-щелочного равновесия (BE) в тестах с продолжительностью 1,5 мин и 5 мин работы с длительностью работы на ступени 1,5 мин (сплошная линия), и 5 минут (пунктир).

к большему разбросу данных сохраняется по мере возрастания тяжести выполняемых нагрузок. Среди причин повышенного потребления кислорода в периоде восстановления после напряженной физической работы в первую очередь выделяют ресинтез лактата, ресинтез запасов гликогена, перераспределение кислорода в системе гемоглобин - миоглобин при распаде креатинфосфата, потребность в кислороде для различных метаболических субстратов и окисления липидов.

2. Сравнение критериев аэробной производительности при различных условиях тестирования. В этой части исследований, выполненных в лабораторных условиях, ставилась задача сопоставить критерии аэробной производительности. Изучались показатели предельной продолжительности работы с максимальным потреблением кислорода, а также определенная максимальной аэробной емкости. Этот показатель отражает слаженность работы кардиорес-пираторных систем организма, которые обеспечивают поступление, транспорт и тканевую утилизацию кислорода.

Предельное время работы зависит от уровня потребления кислорода. Уравнение, связывающее эти параметры, имеет вид:

= а ехр [-Ь (Е - Ей пих )],

где ^ - максимальное время работы, Е -энергетическая стоимость нагрузки, Еох - максимальная аэробная емкость, Ь - показатель степени.

Обобщенные показатели и статистики компонентов аэробной производительности в тесте со-ступенчато возрастающей нагрузкой (1), и с работой на критической мощности (2) у 133 испытуемых приведены в таблице 1. Показатели легочной вентиляции, дыхательного коэффициента и эксцесса двуокиси углерода замерены при достижении максимального уровня потребления кислорода.

Таблица 1

МАССА ТЕЛА Т1 Т2 МАХ VO2 МАХ VO2 МАХ VCO 2 МАХ VCO 2 МАХ VE МАХ VE МАХ ЕХС МАХ ЕХС МА X Е.»

Тест 1 2 1 2 1 2 1 2 1 2 2

X 72,5 14,5 5,87 4,85 4,94 5,43 5,48 163,9 160,6 1,81 1,93 28,2

Sx 0,51 0,14 0,15 0,05 0,05 0,06 0,05 1,92 1,88 0,03 0,04 0,84

а 6,17 1,65 1,86 0,57 0,54 0,67 0,62 23,25 22,71 0,38 0,43 9,66

Эксц. 0,12 0,50 2,82 0,03 0,52 0,38 0,39 0,52 -0,16 0,18 0,49 3,77

Асим 0,27 0,42 1,28 0,38 0,08 0,21 0,12 0,68 0,38 0,15 0,22 1,61

Сравнение показателей и их статистик показывает достаточно высокую вероятность определения максимума 02-потребления как в первом, так и втором тестах. Время работы в ступенчатом тесте хорошо коррелирует с максимальной аэробной мощностью. Следует отметить, что время максимального удержания с величиной тах УОг практически не связано, но в высокой степени коррелирует с максимальной аэробной емкости (г=0,95) Вполне закономерна высокая степень связи показателей Ог-потребления и СОг-выделения в обоих тестах при максимальной напряженности работы, поскольку они взаимообусловлены физиологическими условиями газообмена. Представленный комплекс данных с корректной статистической обработкой может явиться основой для создания нормативных критериев оценки различных сторон аэробной производительности. Результаты комплексного тестирования были сопоставлены с результатами исследований, выполненных другими авторами. Критерии эффективности позволяют решить проблему оптимального соотношения величины физических нагрузок с приростом функциональных возможностей спортсмена.

Обработка экспериментальных данных, рассмотренных выше, дала возможность корректно сравнить разные эргометрические показатели. На рис. 4 и 5 графически определены величины мощности, которые можно идентифицировать как аэробный и анаэробный порог.

Динамика 1_а в тесте с возрастающей нагрузкой (1,5 мин) ;

I

Рис. 4. Динамика концентрации лактата в крови и определение пороговой мощности при выполнении теста с прогрессивно возрастающей нагрузкой, продолжительность работы на ступени - 1,5 мин (усредненные данные).

Динамика 1_а в тесте с возрастающей нагрузкой (5 мин)

Рис. 5. Динамика концентрации лактата в крови и определение пороговой мощности при выполнении теста с прогрессивно возрастающей нагрузкой, продолжительность работы на ступени - 5 мин (усредненные данные).

По этим данным можно сравнить три основных эргометрических показателя - мощность на уровне аэробного и анаэробного порога, и критическую мощность, определенную в двух анализируемых тестах со ступенчатым увеличением нагрузки. (Табл. 4.1). Анализ метода определения критической мощности был приведен ранее (см. графики рис. 3.1), где дано также описание процедуры. Таблица 2 Сравнение эргометрических показателей, полученных в разных тестах

ПОКАЗАТЕЛЬ АЭРОБНЫЙ ПОРОГ (ПОЛАКТАТУ) АНАЭРОБНЫЙ ПОРОГ (ПОЛАКТАТУ) КРИТИЧЕСКАЯ МОЩНОСТЬ

Тест 1,5 мин 190 вт (50%) 285 вт (75%) 380 вт

Тест 5 мин 180 вт (58%) 240 вт (77%) 310 вт

1 А - 10 вт 45 вт 70 вт

Таким образом, при удлинении времени работы на каждой ступени до 5 минут приводит к прогрессивному снижению рассматриваемых показателей. Концепция определения пороговой мощности, выведенная с учетом динамики метаболизма энергии, формулируется следующим образом. Аэробный порог, соответствующий концентрации лактата 1,5- 2 мМ/л отражает первое систематическое повышение уровня лактата, что ведет к нелинейному увеличению легочной вентиляции и дыхательного коэффициента. Аэробно-анаэробный переход происходит в диапазоне концентрации лактата от 2 до 4 мМ/л. Анаэробный порог, соответствующий концентрации лактата 3-4 мМ/л лактата, показывает начало экспоненциального прироста концентрации лактата. Данная концепция требует уточнения по принципиальному вопросу, связанному с математической обработкой результатов зависимости «лактат - мощность нагрузки». Вопрос состоит в форме лактатной кривой, а именно - какой зависимостью аппроксимировать данные соотношения показателей. Во всех публикациях за все время исследования формы лактатной кривой зависимость «концентрация лактата -мощность нагрузки» всегда описывалась только экспонентой, что стало общепринятой нормой,- или догмой. Компьютерная обработка рассматриваемой за-

висимости показала следующие расхождения. На графиках рис. 6 рассмотрены линии тренда для описания лактатной кривой. Исходные данные для обработки получены при обобщении результатов исследования динамики лактата в ведущих лабораториях мира. Даны различия точности описания экспоненциальной зависимостью (пунктирная кривая, коэффициент детерминации R2=0.869), и параболической (сплошная линия) с очень высокой точностью ^2=0.992). В первом случае форма экспоненты и точность описания неудовлетворительны, тогда как во втором экспериментальные точки и теоретическая кривая совпадают идеально. Отсюда следует, что устоявшееся представление о форме лак-татной кривой при проведении тестирующих процедур и их интерпретация требуют уточнения.

Соотношение динамики 1а-Уо2

О 20 40 30 80 100 120

Рис. 6. Сравнение способов аппроксимации лактатной кривой, полученной при выполнении теста со ступенчатой нагрузкой (обобщенные данные). По абсциссе - % от maxVO2, по ординате - концентрация лактата (мМ/л).

Динамика ВЕ в таете е яоарастающай нагрузкой (1,8 мин) I

уВЕ» 8Е-08«* ♦ 0.000»*'-0,0398» * 2,94 . Я ' « 0.983 / -«■ Л.. -.

50 100 150 200 250 3^ 350 4'

Рис. 7. Динамика показателя BE и определение пороговой мощности при выполнении теста с прогрессивно возрастающей нагрузкой, продолжительность работы на ступени 1,5 мин (усредненные данные).

Таблица 3

Сравнение эргометрических показателей, полученных в разных тестах

ПОКАЗАТЕЛЬ АЭРОБНЫЙ ПОРОГ (ПО BE) АНАЭРОБНЫЙ ПОРОГ (ПО ВЕ) КРИТИЧЕСКАЯ МОЩНОСТЬ

Тест 1,5 мин 190 вт (50%) 290 вт (76%) 380 вт

Тест 5 мин 170 вт (55%) 260 вт (84%) 310 вт

Д 20 вт 30 вт 70 вт

3. Факторный анализ результатов исследования максимальной аэробной емкости Целью факторного анализа было обнаружение факторов, которые объясняют скрытые зависимости между исследуемыми переменными. Из разных вариантов факторного анализа наиболее показательные результаты получены при использовании метода главных компонент с вращением осей методом «вари-макс нормализованный». Анализировались 12 показателей, которые характеризовали основные параметры функциональных возможностей 133 испытуемых, замеренных в двух стандартизированных тестах. В таблице 4 приведены собственные значения факторов.

Таблица 4

Собственные ^ значения и дисперсия факторов _

Факторы Собственные значения % общей дисперсии Кумуляты собственных значений Кумуляты (в %%)

1 5,486569 45,72141 5,486569 45,72141

2,450009 20,41674 7,936579 66,13816

В первом факторе проявились высокие нагрузки на переменные, которые определяют мощность биоэнергетических процессов при выполнении нагрузок, выполняемых до отказа Этот фактор можно интерпретировать как обобщенный показатель аэробной мощности, связывающий способность спортсменов к высокому уровню потребления кислорода с габаритными и эргомет-рическими показателями Во втором факторе обособились высокие нагрузки на объемные показатели аэробной производительности Факторные веса перечисленных показателей весьма высоки (более 0,9), имеют отрицательные значения по отношению к значениям первого фактора, данный фактор является более специализированным, он отражает уровень подготовленности к интенсивной циклической мышечной деятельности

Для углубленного исследования испытуемые были разделены по их способности поддерживать работу на уровне критической мощности на три группы В первую группу вошли спортсмены со временем работы от 2,5 мин до 5 мин (п=39), во вторую - от 5 до 6 мин (п=45), а в третью - более 6 минут (п=45) Для каждой группы был выполнен факторный анализ, аналогичный описанному выше По результатам анализа следует, что для группы испытуемых с малыми показателями аэробной емкости главным фактором является интенсивная мобилизация анаэробных ресурсов энергообеспечения, которые лимитируют продолжение интенсивной работы Этот факт следует из высоких факторных весов показателей величины -выделения при работе, а также акти-

визации респираторной функции Во втором факторе объединились показатели с предельным временем работы в тесте со ступенчато возрастающей нагрузкой. Таким образом, здесь отразилась максимальная мощность аэробных

систем организма. В третьем факторе, который характеризует другое качество -аэробную емкость - следует отметить отрицательную связь с эксцессом СО2, поскольку эти характеристики находятся в конкурентных отношениях при выполнении нагрузки. Эти отношения показателей отображены на трехмерном графике рис. 8.

Рис. 8. Факторная структура в группе с предельным временем работы от 2,5 до 5 минут. На графике показано как взаиморасположение анализируемых параметров, так и их проекции на оси, соответствующие факторным нагрузкам.

Во второй группе в первом факторе объединились показатели легочной вентиляции в обоих тестах с массой тела, что в целом характеризует респираторную производительность испытуемых. Второй фактор отмечен высокой нагрузкой на показатель аэробной емкости, тогда как в третьем объединились аэробные и анаэробные показатели мощности биоэнергетических процессов. Пространственная группировка и распределение по осям перечисленных факторов показана на рис. 9.

Factor Loadings, Factor 1 vs. Factor 2 vs. Factor 3 Rotation: Varimax normalized

Extraction: Principal components

Ш

Рис. 9. Факторная структура в группе со временем работы от 5 до 6 минут

В третьей группе наиболее выносливых испытуемых первый фактор обоснованно объединил показатели длительности работы как в тесте со ступенчатым увеличением нагрузки, так и при удержании махУо2, Во втором факторе объединились показатели (ЕхсСОг, тахУсог), отражающие интенсивность анаэробных процессов, которые характерны для предложенных условий тестирования. Наконец, в третьем факторе наибольшие нагрузки имеют показатели скорости вентиляции, что характеризует работу респираторной системы. В целом представленную картину отражают графики рис. 10.

Factor Loadings, Factor 1 vs. Factor 2 vs. Factor 3 Rotation: Varimax normalized

Extraction: Principal components

Рис. 10. Факторная структура в группе со временем работы более 6 минут

Таким образом, сравнение показателей трех групп испытуемых, существенно отличающихся по показателю длительности работы на критической мощности, выявило существенные различия, как по структуре выделяемых факторов, так и по факторным нагрузкам на анализируемые показатели. По средним показателям мощности биоэнергетических процессов испытуемые трех групп различались не достоверно, тогда как по показателям аэробной емкости и особенно времени работы на уровне критической мощности/различия были высоко достоверными. Обобщенные параметры физической работоспособности служат исходным пунктом эффективного планирования тренировочных нагрузок. Динамика функциональных состояний с учетом явлений компенсаций и адаптации к тренировочным нагрузкам составляет основу нормирования эргометрических и биоэнергетических пара-

метров работоспособности. Для этого используются экспериментальные данные, полученные при тестировании испытуемых в стандартных условиях. Многократное тестирование на эргометре со ступенчато повышающейся нагрузкой, выполняемой до отказа, а также с предельной по длительности работой на уровне критической мощности дает возможность получить батарею показателей, по которым оценивается их структура. В этом случае биологическая норма определяется как объект исследования, в отношении которого изучаются количественные и качественные характеристики.

ВЫВОДЫ

1. В результате исследований выявлено, что корректному определению эргометрических показателей работоспособности (аэробного и анаэробного порога, критической мощности) в наибольшей мере отвечает кинетический анализ изменения лактата и показателей КЩР, определяемых в тесте со ступенчато повышающейся нагрузкой.

2. При расчете критериев относительной мощности работы выявлено, что в среднем аэробный порог составляет 50-53%, а анаэробный порог 76-82% от критической мощности. Расчет данных показателей с использованием фиксированных значений лактата (2 4 ммоль/л) приводит к завышению показателя аэробного порога на 5-10%.

3. Вероятность корректного выявления аэробного и анаэробного порога, а также критической мощности, существенно зависит от регламента процедур и выбора адекватных маркеров для расчета показателей. При проведении теста со ступенчато повышающимися нагрузками сокращение или удлинение времени работы на каждой ступени по сравнению с оптимальной продолжительностью приводит к снижению точности определения эргометрических показателей. Различия в показателях аэробного порога составили в среднем 6-9%, а анаэробного порога - 18-22% при увеличении продолжительности работы с 1,5 до 5 минут на каждой ступени.

4. Анализ полученных экспериментальных данных выявил независимость варьирования величины аэробной емкости от других показателей энергетического метаболизма. Величина аэробной емкости является информативным критерием специальной выносливости, проявляемой спортсменами при интенсивной мышечной работе.

5) Результаты факторного анализа выявили следующие особенности структуры физической работоспособности. Для группы испытуемых с малыми показателями аэробной емкости в первом факторе выделяется интенсивная мобилизация анаэробных ресурсов энергообеспечения, которые лимитируют продолжение интенсивной работы. Второй фактор суммирует показатели maxVo2 , а также предельное временя работы в тесте со ступенчато возрастающей нагрузкой, что интегрально характеризует максимальную мощность аэробных систем организма. В третьем факторе, который отражает аэробную емкость, выявлена отрицательная связь с эксцессом СО2. Данные функции метаболизма находятся в конкурентных отношениях при выполнении нагрузки.

6) Для группы наиболее выносливых испытуемых в первом факторе закономерно объединились показатели длительности работы как в тесте со ступенчатым увеличением нагрузки, так и в тесте с максимальным удержанием MaxVo2. Во втором факторе объединились показатели (ЕхсСОг, тахУсог), отражающие интенсивность анаэробных процессов, которые характерны для условий выполненных тестов. В третьем факторе наибольшие нагрузки имеют показатели скорости вентиляции, что характеризует работу респираторной системы. Таким образом, факторный анализ выявил различие структур параметров физической работоспособности у испытуемых с разным уровнем специальной выносливости.

ПРАКТИЧЕСКИЕ РЕКОМЕНДАЦИИ

Аэробный порог следует рассматривать как наибольшую мощность работы или потребление кислорода, при превышении которых процессы аэробного метаболизма не могут обеспечивать потребности скелетных мыши в

При корректной интерпретации этот параметр может представлять интерес в практике планирования тренировки. Анаэробный порог не дает информации относительно количества тренировочных занятий или объемов планируемых нагрузок, а служит одним из параметров, используемых для оценки качества и интенсивности тренировки на выносливость.

В процессе круглогодичной подготовки спортсменов поэтапное тестирование со ступенчато повышающейся нагрузкой, выполняемой до отказа, а также с предельной по длительности работой на уровне критической мощности дает возможность получить батарею показателей, по которым оценивается изменение структуры работоспособности.

Исследования показали, что увеличение вентиляционного и лактатного порогов происходит как при непрерывных, так и интервальных тренировках. Полученные данные говорят о том, что регуляция вентиляционного к лактатко-го порогов осуществляется разными механизмами. Определено, что скорость удаления лактата достигает максимума при интенсивности нагрузки при работе с субпороговой интенсивностью. В связи с этим, динамика индивидуального аэробного порога может быть использована в спортивных ситуациях, где выполняются повторяющиеся через определенный период времени физические нагрузки.

СПИСОК РАБОТ, ОПУБЛИКОВАННЫХ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ

1. Васильева О.Г. Психофизиологические аспекты физического воспитания студентов педагогического ВУЗа //Мат. 11й научно-практ. конференции «Человек, здоровье, физическая культура в изменяющемся мире». - Коломна, 2001. - с. 83.2. Васильева О.Г., Прокудин Б.Ф. Коррекция телосложения девушек-студенток на занятиях по физическому воспитанию//Мат. 11й научно-практ. конференции "Человек, здоровье, физическая культура в изменяющемся мире". - Коломна, 2001. - с. 100

3. Васильева О.Г. Критерии и факторная структура аэробных способностей спортсменов: (методическая разработка) - Коломна, 2004. - 24 с.

4. Васильева О.Г. Структура эргометрических критериев работоспособности спортсменов (методическая разработка) -Коломна, 2004. -21 с.

Левенберг О. Г. Соотношение и структура эргометрических критериев работоспособности спортсменов

Лицензия М-020056 от 22.11.96 г. Подписано в печать 15.08.04 г. Формат 60x84 1/16 Бумага офсетная. Печ. л. 1,0

Тираж 100 экз. Отпечатано ООО «Риза», МО. Коломна, ул. Астахова, 25. Тел.: 12-33-39. Лиц. ПЛД № 53-507

«177.3 1

РНБ Русский фонд

2005-4 14443

Актуальность. Управление подготовкой спортсменов составляет единую систему. Объектами управления являются соревновательная деятельность, тренирующие воздействия разной величины и направленности, коррекция при рассогласовании планируемых и реальных результатов. В современных условиях при I управлении тренировочным процессом квалифицированных спортсменов на каждом этапе подготовки необходимо определять такие показатели, которые отражают динамику специальной работоспособности. Необходимый уровень специальной работоспособности обеспечивается приростом; мощности функциональных систем организма, причем на разных этапах подготовки вклад их в спортивный результат изменяется [1,2,1219,28].

При оценке критериев функционального состояния спортсменов в последние десятилетия наибольший интерес вызывали такие показатели, как аэробный и анаэробный порог, а также параметры аэробной производительности. Концепция пороговой и критической мощности представляет собой сложную проблему. Несмотря на большое число исследований по этому вопросу, до сих пор ведутся споры, как в отношении сущности данных критериев, так и ме V Л Ч \\ ^ 4 Х ' тодов их определения [25,31,34,43,53]. Применение принципов оперативного л

N ^ <~ управления позволяет достигать конечной цели путем решения промежуточных этапных задач с использованием соответствующих физических нагрузок [74]. Здесь важны два аспекта: во-первых, оптимальная организация процесса с должным информационным обеспечением, во-вторых, непротиворечивое управление тренировочным процессом как сложной формой глубокоэшелони-рованных, разноконтурных процессов динамично развивающихся закономерных адаптаций морфофункциональных систем и их подсистем в организме и психофизической сфере спортсмена [1,5,62]. Сущность возникающей в связи с этими феноменами проблемной ситуации состоит в том, что у тренеров и специалистов возникает потребность в новых знаниях о тонкостях управления многопараметрическими системами со стохастически изменяющимися харак-гристиками. Она не может быть реализована без достаточно надежной информации о критериальных возможностях результатов оперативного и текущего тестирования и способах ее количественной и качественной оценки и педагогического использования,

В этой связи представляется актуальной проблема обоснования системы специфических критериев специальной работоспособности и нормативных характеристик. основных функциональных параметров состояния спортсмена. С их помощью можно оценить эффективность адаптации к физическим нагрузкам, а также динамику функциональных возможностей на этапах подготовки. Следует подчеркнуть, что изучение факторной структуры работоспособности отражает общую картину функционального состояния спортсмена, а также его готовность к напряженной соревновательной деятельности.

Цель исследования. Научное обоснование критериев специальной работоспособности и основных функциональных параметров состояния спортсмена. Задачи исследования: 1. Определить сравнительные характеристики и факторную структуру эргометрических критериев работоспособности спортсменов. 2. Выявить пригодность тестирующих процедур при определении пороговой мощности. 3. Изучить факторную структуру эргометрических и биоэнергетических критериев у спортсменов с разными показателями аэробной емкости. '•. Разработать корректную методику определения аэробной, анаэробной и кри-■ической мощности при оценке динамики различных показателей. Научная гипотеза. При выполнении исследований предполагалось, что Ч к комплекс эргометрических критериев работоспособности обусловлен взаимодействием метаболических реакций организма при выполнении напряженной мышечной работы. Выявление взаимосвязи факторов, определяющих работоспособность, будет способствовать оптимизации подготовки спортсменов.

Объект исследований: диагностика функционального состояния на основе выбора адекватных критериев физической работоспособности.

Предмет исследований: методы определения функциональных и эргометрических параметров при выполнении физических нагрузок.

Проблематика и методы исследований. Среди вопросов, исследуемых в данной работе, наиболее актуальны следующие: теоретические основы формирования эргометрических критериев работоспособности в системе управления тренировочным процессом спортсменов, исследование методов определения пороговой и критической мощности с использованием различных объективных показателей, определение факторной структуры критериев физической работоспособности и установление норм функциональных параметров у спортсменов с различным уровнем аэробной производительности.

В связи с изложенным, в данной работе проведен анализ вариантов определения эргометрических критериев работоспособности с применением биологических и математических методов. При решении перечисленных задач применялся необходимый комплекс методов исследования функциональных возможностей: планируемые эксперименты с участием квалифицированных спортсменов, лабораторные эргометрические эксперименты, проводившиеся с применением инструментальных физиологических, биохимических, кардиологических и графических методов. На заключительном этапе исследований применялись многомерные математические методы обработки информации.

Научная новизна. Критерию новизны отвечает установление в результате проведенного исследования количественного соотношения эргометрических критериев физической работоспособности при различных вариантах тестирования квалифицированных спортсменов.

Впервые выявлены количественные параметры взаимосвязи величины и характера критериев работоспособности (аэробного и анаэробного порога, а также критической мощности) с особенностями биоэнергетических реакций при различных вариантах динамики выполняемых нагрузок. Также впервые определена и исследована многомерная факторная структура работоспособности испытуемых, имеющих различный уровень аэробной производительности.

Основные положения, выносимые на защиту: 1. Исследование факторной структуры специальной работоспособности спортсменов с различным уровнем функциональных возможностей обеспечивает корректность и надежность определения эргометрических критериев работоспособности - аэробного и анаэробного порога, а также критической мощности. 2. Влияние методов тестирования на корректность определения эргометрических критериев работоспособности. Рациональное применение выявленных показателей в процессе управления тренировкой с использованием компьютеризированной информационной базы. 3. Многомерный анализ показателей аэробной мощности и емкости у спортсменов с различным уровнем функциональных возможностей уточняет структуру аэробной производительности как специфику многомерной взаимосвязи критериев работоспособности: и динамики функционального состояния в процессе тестирования. 4. Факторные структуры эргометрических и биоэнергетических критериев работоспособности для испытуемых, различающихся по показателю аэробной емкости и уровню функциональных возможностей, демонстрируют характерные общие черты и различия значимости обобщенных факторов, формируя специфические целостные и функционально гармоничные структурные констелляции.

Теоретическая и практическая значимость определяется разработкой методических основ оценки критериев работоспособности, применяемых при управлении тренировочным процессом спортсменов. Выявлены факторы, определяющие специальную физическую работоспособность спортсменов. Они позволяют индивидуализировать корректирующие воздействия на основе оценки метаболических последствий физических нагрузок, а также обосновать закономерности тренируемости организма в специфических условиях спортивной деятельности. Практическую значимость определяет интеграция работ по сбору, и анализу информации о функциональном состоянии спортсменов, создание компьютерных баз данных с комплексной оценкой состояния испытуемых. СТРУКТУРА И ОБЪЕМ ДИССЕРТАЦИИ. Работа состоит из введения, четырех глав, выводов, практических рекомендаций, списка литературы. Диссертация включает 154 страницы текста и содержит 33 таблицы, 26 рисунков. Список литературы содержит 247 источников, из них 78 - на русском, 169 - на иностранных языках.

ВЫВОДЫ

1. В результате исследований выявлено, что корректному определению эргометрических показателей работоспособности (аэробного и анаэробного порога, критической мощности) в наибольшей мере отвечает кинетический анализ изменения лактата и показателей КЩР, определяемых в тесте со ступенчато повышающейся нагрузкой.

2. При расчете критериев относительной мощности работы выявлено, что в среднем аэробный пopof составляет 50-53%, а анаэробный порог 76-82% от критической мощности. Расчет данных показателей с использованием фиксированных значений лактата (2 4 ммоль/л) приводит к завышению показателя аэробного порога на 5-10%.

3. Вероятность корректного выявления аэробного и анаэробного порога, а также критической мощности, существенно зависит от регламента процедур и выбора адекватных маркеров для расчета показателей. При проведении теста со ступенчато повышающимися нагрузками сокращение или удлинение времени работы на каждой ступени по сравнению с оптимальной продолжительностью приводит к снижению точности определения эргометрических показателей. Различия в показателях аэробного порога составили в среднем 6-9%, а анаэробного порога - 18-22% при увеличении продолжительности работы с 1,5 до 5 минут на каждой ступени.

4. Анализ полученных экспериментальных данных выявил независимость варьирования величины аэробной емкости от других показателей энергетического метаболизма. Величина аэробной емкости является информативным критерием специальной выносливости, проявляемой спортсменами при интенсивной мышечной работе.

5. Результаты факторного анализа выявили следующие особенности структуры физической работоспособности. Для группы испытуемых с малыми показателями аэробной емкости в первом факторе выделяется интенсивная мобилизация анаэробных ресурсов энергообеспечения, которые лимитируют продолжение интенсивной работы. Второй фактор суммирует показатели тахУо2, а также предельное временя работы в тесте со ступенчато возрастающей нагрузкой, что интегрально характеризует максимальную мощность аэробных систем организма. В третьем факторе, который отражает аэробную емкость, выявлена отрицательная связь с эксцессом С02 Данные функции метаболизма находятся в конкурентных отношениях при выполнении нагрузки.

6. Для группы наиболее выносливых испытуемых в первом факторе закономерно объединились показатели длительности работы как в тесте со ступенчатым увеличением нагрузки, так и в тесте с максимальным удержанием махУо2. Во втором факторе объединились показатели (ЕхсС02, шахУсо2), отражающие интенсивность анаэробных процессов, которые характерны для условий выполненных тестов. В третьем факторе наибольшие нагрузки имеют показатели скорости вентиляции, что характеризует работу респираторной системы. Таким образом, факторный анализ выявил различие структур параметров физической работоспособности у испытуемых с разным уровнем специальной выносливости.

ПРАКТИЧЕСКИЕ РЕКОМЕНДАЦИИ Аэробный порог следует рассматривать как наибольшую мощность работы или потребление кислорода, при превышении которых процессы аэробного метаболизма не могут обеспечивать потребности скелетных мыши в АТФ. При корректной интерпретации этот параметр может представлять интерес в практике планирования тренировки. Анаэробный порог не дает информации относительно количества тренировочных занятий или объемов планируемых нагрузок, а служит одним из параметров, используемых для оценки качества и интенсивности тренировки на выносливость.

Причинами увеличения уровня анаэробного порога при тренировках на выносливость являются: усиление транспорта кислорода к работающим мышцам; биохимические изменения в скелетных мышцах, повышение скорости устранения лактата из крови во время работы; снижение выброса катехоламинов при нагрузке субмаксимальной относительной мощности. В процессе круглогодичной подготовки спортсменов поэтапное тестирование со ступенчато повышающейся нагрузкой, выполняемой до отказа, а также с предельной по длительности работой на уровне критической мощности дает возможность получить батарею показателей, по которым оценивается изменение структуры работоспособности.

Исследования показали, что увеличение вентиляционного и лактатного порогов происходит как при непрерывных, так и интервальных тренировках. Полученные данные говорят о том, что регуляция вентиляционного и лактатного порогов осуществляется разными механизмами.

Исследования показали, что увеличение вентиляционного и лактатного порогов происходит как при непрерывных, так и интервальных тренировках. Полученные данные говорят о том, что регуляция вентиляционного и лактатного порогов осуществляется разными механизмами. Определено, что скорость удаления лактата достигает максимума при интенсивности нагрузки при работе с субпороговой интенсивностью. В связи с этим, динамика индивидуального аэробного порога может быть использована в спортивных ситуациях, где выполняются повторяющиеся через определенный период времени физические нагрузки.