Scientific journal

Modern problems of science and education

ISSN 2070-7428

"Перечень" ВАК

ИФ РИНЦ = 1,006

Введение

Известно, что физическая работоспособность и аэробные возможности организма при физической нагрузке определяются динамикой изменения параметров газотранспортной системы организма человека, из которых наиболее информативным считается потребление кислорода, и в частности максимальное потребление кислорода (МПК) при экстремальных нагрузках [2; 3; 5-7; 9].

При этом отдельные звенья газотранспортной системы, такие как системы внешнего дыхания, гемодинамики и крови, утилизации кислорода в тканях при физических нагрузках мобилизуются в различной степени в зависимости от уровня потребления кислорода, отражая сложную систему регуляции и взаимокомпенсации функций [1; 4; 7].

Цель: выявление реакций параметров газотранспортной системы на физические нагрузки их взаимосвязей у спортсменов различной спортивной специализации с использованием математических методов.

Материалы и методы исследования

В исследовании приняли участие мужчины-спортсмены в возрасте 18-21 лет, представители циклических (лёгкая атлетика, лыжный спорт) и ациклических (единоборства) видов спорта со спортивной квалификацией «1-й разряд» - «кандидаты и мастера спорта» в количестве 54 человек, из которых было сформировано 2 группы. Испытуемые выполняли велоэргометрические нагрузки повышающейся мощности на велоэргометре ВЭ-02 в диапазоне мощности от 100 до 400 Вт, продолжительностью 3 минуты на каждой ступени.

Потребление кислорода (VO2) определяли газоанализатором «Спиролит-2», показатели гемодинамики (частота сердечных сокращений (ЧСС), ударный объём крови (УО), минутный объём крови (МОК)) - методом тетраполярной реографии по Тищенко реографом РГПА-6/12-«РЕАН-ПОЛИ», показатели внешнего дыхания (частота дыхания (ЧД), дыхательный объём (ДО), минутный объём дыхания (МОД)) – методом спирографии c использованием спирографа СМП-21/01-«Р-Д». Полученные результаты были обработаны методами корреляционно-регрессионного анализа с последующим построением графиков и выводом уравнений парной регрессии.

Результаты

Анализ результатов исследования (табл. 1, 2) позволил выявить особенности зависимостей и сильную положительную корреляцию (табл. 3, 4) между потреблением кислорода, параметрами газообмена и гемодинамики при выполнении ступенчато возрастающей нагрузки у спортсменов различных специализаций с последующим выводом уравнений регрессии в виде полиномов 3-й степени с высокой степенью значимости по индексу корреляции R2.

У представителей циклических видов спорта с ростом VO2 нелинейный прирост МОК на начальном этапе выполнения ступенчато повышающейся нагрузки идёт более интенсивно, чем на последующем (рис. 1), что говорит о преобладающем влиянии МОК в обеспечении величины VO2 на начальном этапе и возрастающей роли артерио-венозной разницы по кислороду (Ca-vO2) при достижении максимальных нагрузок. У представителей ациклических видов спорта интенсивность нелинейного прироста МОК с ростом по сравнению с представителями циклических видов спорта изменялась менее существенно, что указывает на преобладающее влияние МОК. Следует отметить, что по классификации Астранда [8] представители циклических видов спорта по показателю МПК имеют высокий уровень аэробных возможностей, представители ациклических видов спорта - хороший уровень аэробных возможностей. Данные особенности описываются и подтверждаются регрессионными уравнениями (1) и (7).

Зависимость VO2 от УО представлена на рис. 2. Кривая графика зависимости УО и VO2 у представителей циклических видов спорта имеет сходный характер с изменением МОК в этой же группе, то есть более интенсивный прирост на начальном этапе с последующим снижением интенсивности. Это означает, что УО в группе спортсменов, занимающихся циклическими видами спорта, имеет более существенное влияние на VO2 на начальном этапе выполнения нагрузки. У представителей ациклических видов спорта график кривой, иллюстрирующий зависимость УО и VO2, имеет более сглаженный характер, на котором существенного изменения прироста УО с повышением нагрузки не наблюдается. Регрессионные уравнения (2) и (8) с высокой степенью значимости описывают эти закономерности.

Таблица 1

Динамика параметров газообмена и гемодинамики при ступенчато повышающейся нагрузке у представителей циклических видов спорта

Примечание. * - Различия достоверны по сравнению с состоянием покоя (p<0,05)

Таблица 2

Динамика параметров газообмена и гемодинамики при ступенчато повышающейся нагрузке у представителей ациклических видов спорта

Примечание. * - Различия достоверны по сравнению с состоянием покоя (p<0,05)

Нелинейные зависимости ЧСС и VO2 представлены на рис. 3. С увеличением этого параметра в группе представителей циклических видов спорта на начальном этапе выполнения нагрузки практически с той же интенсивностью, как и УО, и с ростом мощности нагрузки интенсивность прироста ЧСС существенно не меняется. У спортсменов ациклических видов спорта отмечено более заметное увеличение ЧСС при достижении уровня потребления кислорода в пределах уровня мощности, соответствующего 45-50% от МПК. Данные закономерности описываются полиномами (3) и (9). Величины и знаки соответствующих коэффициентов регрессионных уравнений указывают на существенные различия между группами спортсменов различной специализации в выявленных взаимозависимостях. Нелинейная динамика УО и ЧСС как показателей, определяющих МОК, представленная на рис. 4 и 5, подтверждает сказанное выше.

Таблица 3

Значения коэффициентов корреляции между параметрами газообмена и гемодинамики в группе представителей циклических видов спорта (p<0,05)

Таблица 4

Значения коэффициентов корреляции между параметрами газообмена и гемодинамики в группе представителей ациклических видов спорта (p<0,05)

Полиномиальные регрессионные уравнения, описывающие взаимосвязь потребления кислорода и параметров газообмена и гемодинамики при ступенчато возрастающей нагрузке в группе представителей циклических видов спорта:

МОК R2=0,99 (1)

УО R2=0,99 (2)

ЧСС R2 =0,99 (3)

МОД R2=0,99 (4)

ДО R2=0,99 (5)

ЧД R2=0,99 (6)

где y – VO2, мл/мин/кг, x- МОК, УО, ЧСС, МОД, ДО, ЧД.

Полиномиальные регрессионные уравнения, описывающие взаимосвязь потребления кислорода и параметров газообмена и гемодинамики при ступенчато возрастающей нагрузке в группе представителей ациклических видов спорта:

МОК R2=0,99 (7)

УО R2=0,99 (8)

ЧСС R2=0,99 (9)

МОД R2=0,99 (10)

ДО R2=0,99 (11)

ЧД R2=0,99 (12)

где y – VO2, мл/мин/кг, x- МОК, УО, ЧСС, МОД, ДО, ЧД.

Рис. 1. Взаимосвязь VО2 c МОК при ступенчато повышающейся нагрузке у спортсменов различной спортивной специализации

Рис. 2. Взаимосвязь VО2 c УО при ступенчато повышающейся нагрузке у спортсменов различной спортивной специализации

Рис. 3. Взаимосвязь VО2 c ЧСС при ступенчато повышающейся нагрузке у спортсменов различной спортивной специализации

Рис. 4. Взаимосвязь параметров гемодинамики при ступенчато повышающейся нагрузке у представителей циклических видов спорта

Рис. 5. Взаимосвязь параметров гемодинамики при ступенчато повышающейся нагрузке у представителей ациклических видов спорта

Нелинейное увеличение МОД на начальном этапе выполнения нагрузки в обеих группах происходило с одинаковой интенсивностью (рис. 6), затем при достижении VO2 уровня 41-44% от МПК интенсивность прироста МОД в группе представителей ациклических видов спорта увеличилась по сравнению с представителями циклических видов. Разницу в интенсивности прироста МОД с увеличением VO2 можно объяснить более высокой степенью утилизации кислорода в мышечной ткани при нагрузке у представителей циклических видов спорта. Данное различие подтверждается коэффициентами регрессионных уравнений (4) и (10). Увеличение ДО в обеих группах до уровня VO2 50-60% от МПК происходило практически с одинаковой интенсивностью (рис. 7), затем у представителей ациклических видов спорта было отмечено снижение прироста ДО. С этим согласуются данные по изменению ЧД при выполнении ступенчато повышающейся нагрузки (рис. 8). Величина ЧД в группе представителей ациклических видов спорта увеличивалась более интенсивно с увеличением VO2 на протяжении всего времени выполнения ступенчато повышающейся нагрузки по сравнению с другой группой. Вид и величины коэффициентов регрессионных уравнений (6) и (12) подтверждают особенности динамики этого параметра в зависимости от спортивной специализации. На более экономичное функционирование звена внешнего дыхания при нагрузке у представителей циклических видов спорта указывает динамика показателей ДО и ЧД как факторов, определяющих МОД (рис. 9, 10).

Рис. 6. Взаимосвязь VО2 c МОД при ступенчато повышающейся нагрузке у спортсменов различной спортивной специализации

Рис. 7. Взаимосвязь VО2 c ДО при ступенчато повышающейся нагрузке у спортсменов различной спортивной специализации

Рис. 8. Взаимосвязь VО2 c ЧД при ступенчато повышающейся нагрузке у спортсменов различной спортивной специализации

Рис. 9. Взаимосвязь параметров внешнего дыхания при ступенчато повышающейся нагрузке у представителей циклических видов спорта

Рис. 10. Взаимосвязь параметров внешнего дыхания при ступенчато повышающейся нагрузке у представителей ациклических видов спорта

Выводы

Анализ полученных результатов показал нелинейный характер изменений параметров газообмена и гемодинамики и зависимости от потребления кислорода при выполнении ступенчато повышающейся нагрузки, которые с высокой достоверностью описываются регрессионными уравнениями в виде полиномов 3-й степени.

У представителей циклических видов спорта увеличение VO2 происходит за счёт одновременного прироста МОК и Ca-vO2, что является наиболее оптимальным режимом функционирования системы транспорта кислорода, обеспечивающего более высокий уровень аэробных возможностей по сравнению с представителями ациклических видов спорта, у которых увеличение VO2 происходит преимущественно за счёт МОК.

При оптимальном соотношении изменения МОК и Ca-vO2 у представителей циклических видов спорта звенья внешнего дыхания по соотношению показателей МОД, ДО, ЧД и гемодинамики по показателям УО и ЧСС функционируют более экономично, чем у представителей ациклических видов спорта.

Рецензенты:

Генинг Т.П. д.б.н., профессор, зав. кафедрой физиологии и патофизиологии Ульяновского государственного университета, г. Ульяновск.

Слесарёв А.М., д.б.н., доцент, зав. кафедрой биологии и биоэкологии Ульяновского государственного университета, г. Ульяновск.