МЕТОДИКА ОЦЕНКИ МОБИЛИЗАЦИИ ФУНКЦИОНАЛЬНЫХ РЕЗЕРВОВ ОРГАНИЗМА ПО ЕГО РЕАКЦИИ НА ДОЗИРОВАННУЮ НАГРУЗКУ

АННОТАЦИЯ

В статье рассмотрена методика оценки мобилизации функциональных резервов организма при тестировании физической работоспособности по замкнутому циклу изменения мощности работы.

Ключевые слова: тестирование, функциональные резервы, петля гистерезиса, емкость, частота сердечных сокращений, регуляция, работоспособность.

Задачей исследования явилась совершенствование методики тестирования физической работоспособности, позволяющей получить информацию о системной адаптивной реакции организма в единицах мощности/работы, основа которой строится на оригинальной идее, высказанной Г.М. Яковлевым, В.П. Андриановым и Н.К. Лесным.

В качестве объекта мышечной деятельности используется педалирование на велоэргометре, при котором нагрузка изменяется с заданной скоростью по замкнутому циклу – сначала повышается от нуля до определённой (заданной экспериментатором) величины, а затем с такой же скоростью снижается до нуля. В процессе выполнения физической работы регистрируется взаимосвязь изменения частоты сердечных сокращений и мощности, выполняемой в виде так называемой петли гистерезиса, которая, по нашему мнению, представляет собой системный адаптивный ответ организма на возмущающее воздействие.

Порядок тестирования следующий.

Испытуемый после закрепления на его теле электрокардиографических электродов садится на седло велоэргометра (типа KE- II ВНР) и адаптируется к такой обстановке в течение 5 минут. Затем производилась регистрация исходных показателей состояния организма (например, ЧСС). По команде испытуемый начинает педалирование. Для равномерного изменения (с заданной скоростью) мощности используется электромеханическая приставка к велоэргометру, позволяющая автоматически осуществлять изменение мощности нагрузки и её реверс в требуемый момент времени, а также подачу пропорционального этому изменению электрокардиографического сигнала на один из входов двухкоординатного самописца. Мощность внешней нагрузки сначала возрастает от нуля с заданной скоростью (0,55 Вт/с или 33 Вт/мин) до мощности 230 Вт, а затем с этой же скоростью снижается до нулевого значения мощности. При этом общее время работы составляет 836 с, а объём выполняемой (общей) внешней работы – 96,18 кДж.

Следует иметь в виду, что момент переключения мощности на её снижение (реверс) может задаваться либо по значению самой мощности (например, 230 Вт), либо по значению непрерывно регистрируемого физиологического параметра (например, ЧСС = 150 мин-1).

Регистрация в системе двух координат в течение всего времени тестирования петли гистерезиса в системе координат «величина мощности – значение физиологического параметра» позволяет осуществить фазовый анализ взаимоотношения реакции организма и мощности выполняемой работы.

При анализе петли гистерезиса выделяются несколько фаз (диагностических участков) и ряд параметров. Основными фазами петли гистерезиса являются следующие.

1. Гетероакселерационная переходная фаза врабатывания в виде начального участка АБ петли гистерезиса, являющаяся наиболее вариабельным показателем, характеризующим апериодический процесс врабатывания организма в ответ на равномерно изменяющуюся по мощности физическую работу. Вариабельность участка АБ обусловлена исходным состоянием организма.

2. Изоакселерационная фаза соответствует линейному участку БВ петли гистерезиса, характеризующему постоянство прироста значения физиологического показателя (это может быть частота сердечных сокращений или уровень потребления кислорода) в ответ на прирост мощности.

3. Гетероакселерационная переходная фаза восстановления соответствует участку ВД петли гистерезиса и отражает динамику использования функциональных резервов организма на начальном этапе равномерного снижения мощности выполняемой работы. На этом участке петли гистерезиса отражается инерционность регуляторных и энергетических процессов организма.

4. Изоакселерационная фаза снижения мощности выполняемой работы соответствует участку ДЕ петли гистерезиса и характеризует постоянство изменения регистрируемого физиологического параметра при снижении мощности работы.

При анализе данной экспериментальной зависимости в части, касающейся физического смысла производных от сердечной деятельности, нами было предпринято построение математической модели и показано, что наилучшую аппроксимацию кривых дают решения уравнения вида:

Поскольку все точки обеих изоакселерационных фаз БВ и ДЕ характеризуются постоянством изменения регистрируемого физиологического параметра при изменении мощности выполняемой работы, то очевидно, что площадь, ограниченная петлёй гистерезиса, будет соответствовать «внутренней работе» организма в процессе тестирования. Если бы организм не был вынужден совершать внутреннюю работу, нисходящая часть петли должна бы совпасть с восходящей частью петли. Сама петля представляет собою производную мобилизации функциональных резервов адаптации организма от мощности выполняемой работы, тогда как её площадь – вторую производную этой мобилизации.

По графическому изображению петли гистерезиса можно определить ряд показателей, характеризующих особенности мобилизации функциональных резервов организма в процессе срочной адаптации к физической работе, а также показателей общей физической работоспособности. При этом следует иметь в виду принятое нами допущение, выражающееся в возможности представления петли гистерезиса в абсолютной системе координат. Основанием для такого допущения служит предположение о том, что уровень интенсивности функционирования организма линейно зависит от мощности внешней выполняемой работы, что подтверждается выявленной изоакселерационной фазой и наличием линейной адекватной модели, описанной выше.

Все показатели тестирования сгруппированы логически и подтверждены проведенным на ЭВМ кластерным анализом. Выделяются следующие показатели тестирования.

I. Показатели, характеризующие функциональную пробу

1. Скорость изменения мощности выполняемой работы (V, Вт/с). Представляет собой постоянную величину, равную 0,55Вт/с (33Вт/мин).

2. Мощность реверса (W_рев., Вт).

3. Значение регистрируемого физиологического параметра (например, ЧСС=150 мин^-1) при реверсе (f_рев., мин^-1).

II. Показатели напряжения организма по частоте сердечных сокращения

1. Исходное значение регистрируемого физиологического параметра (f_исх., мин^-1). Пороговое значение регистрируемого физиологического параметра (f_порог., мин^-1).

2. Значение регистрируемого физиологического параметра в момент реверса (f_рев., мин^-1). Максимальное значение регистрируемого физиологического параметра (f_макс., мин^-1). Значение регистрируемого физиологического параметра в момент окончания работы (f_вых., мин^-1).

III. Показатели эффективности мобилизации резервов

1. Скорость перераспределения напряжения организма в процессе полного цикла работы (V₁, Вт/с). Определяется площадью петли гистерезиса.

2. Скорость перераспределения напряжения организма в переходный период (V₂, Вт/с). Определяется площадью ВГДВ.

3. Время инерции (Т_ин., с) – время, в течение которого после реверса ещё наблюдается повышение значения регистрируемого физиологического параметра.

4.Коэффициент инерции (К_ин.). Определяется отношением f_рев. к f_макс.

5. Коэффициент скорости перераспределения интенсивности мобилизации функциональных резервов организма (К_пер.).

6. Коэффициент эффективности регуляции организма (К_эфф.) – отношение времени инерции к общему времени функциональной пробы.

7. Максимальная скорость перераспределения интенсивности мобилизации функциональных резервов организма в переходный период (V_2макс., Вт/с).

8. Коэффициент эффективности использования функциональных резервов при повышении мощности выполняемой работы (R₁) – cosα.

9. Коэффициент эффективности использования функциональных резервов при снижении мощности выполняемой работы (R₂) – cosβ.

IV. Показатели энергетического уровня организма

(уровня активации, напряжения, функционирования)

1. Внешняя работа (Е), соответствующая нормированному значению физиологического параметра (например, одному сердечному сокращению) при возрастании мощности (Е_1вн., Дж). Представляет собой котангенс угла α.

2. Внешняя работа, соответствующая нормированному значению физиологического параметра (например, одному сердечному сокращению) при окончании работы (Е_2вн., Дж).

3. Уровень напряжения организма перед нагрузкой (W_пред., Вт).

4. Уровень напряжения организма в момент реверса (W_1рев., Вт).

5. Уровень напряжения организма в момент прекращения физической работы (W_вых., Вт).

6. Максимальный уровень напряжения организма (W_макс., Вт).

7. Прирост уровня напряжения организма под влиянием выполнения функциональной пробы (∆W₁, Вт).

8. Расход уровня напряжения организма на нагрузку (∆W2, Вт).

9. Коэффициент полезного действия мобилизации функциональных резервов организма (КПД, %).

10. Резерв уровня функциональных резервов организма в покое (∆W₃, Bт). Определяется на рисунке отрезком AM.

11. Резерв уровня функциональных резервов организма при окончании физической работы (∆W₄, Bт).

V. Показатели общей физической работоспособности

Если момент реверса мощности работы задается её определенной величиной, то в этом случае показателем общей физической работоспособности выступает PWC₁₇₀ (Вт), который будет равен разности отрезков О₁О₅ и О₃О₄. Отрезок О₃О₄ отражает инерционность регуляции.

Если момент реверса осуществляется по достижению определенного значения регистрируемого физиологического параметра, то показателями общей физической работоспособности кроме PWC₁₇₀ будет являться W_рев., общее время выполнения работы (отношение отрезка О₁О₄О₁ к V), а также объем выполненной внешней механической работы (произведение средней мощности работы на общее время работы).

Как указывалось, выше, момент реверса мощности выполняемой работы может осуществляться либо при достижении запланированной величины мощности, либо при достижении определенного значения регистрируемого физиологического параметра. Наиболее адекватным при тестировании лиц, явно отличающихся по уровню адаптированности, следует считать использование второго варианта, так как в этом случае физиологическая цена нагрузки будет одинаковой для всех категорий тестируемых лиц. Для сопоставления результатов тестирования в этом случае учитывается величина выполненной внешней механической работы, для чего значения всех показателей, зависящих от объема выполненной работы (длина, площадь петли и производные от их значений), относятся к величине выполненной работы.

Разрабатывая описываемую методику оценки системной реакции организма, нами были проведены синхронные записи петель гистерезиса частоты сердечных сокращений и показателей газообмена (потребление кислорода и выделение углекислого газа), что дало возможность провести корреляционный анализ изучаемых показателей. Результаты анализа показали, что подавляющее большинство параметров петли гистерезиса сердечной деятельности с высокой степенью коррелирует с параметрами петли гистерезиса газообмена (r=0,80-0,97), что указывает, по меньшей мере, на общие механизмы, которым подчиняется динамика упомянутых физиологических показателей. В то же время интеркорреляционный анализ показал, что описанные выше параметры петли гистерезиса почти не связаны друг с другом (коэффициенты корреляций не превышают 0,3), что указывает на их самостоятельную информативность и возможность с их помощью оценки различных сторон системной мобилизации функциональных резервов организма при мышечной деятельности.

Описанный метод может эффективно использоваться при оценке специфики адаптированности организма человека к физической нагрузке и воздействии на него различных факторов среды обитания.

Список литературы:

1. Яковлев, Г.М. Новый методический подход в исследовании адаптации системы кровообращения к циклической физической нагрузке / Г.М. Яковлев, В.П. Андрианов, Н.К. Лесной // Характеристика функциональных резервов спортсмена. – Л., 1982. – С. 83-88.
2. Чистяков, В.А. Математическая модель оценки резервов адаптации организма к мышечной деятельности / В.А. Чистяков, Д.Н. Давиденко // Вестник Балтийской Педагогической Академии. – Вып. 41. – 2001. – С. 45-47.