Электронный научный журнал
Современные проблемы науки и образования
ISSN 2070-7428
"Перечень" ВАК
ИФ РИНЦ = 0,791

ФУНКЦИОНАЛЬНАЯ ВЗАИМОСВЯЗЬ ПАРАМЕТРОВ ГАЗООБМЕНА И ГЕМОДИНАМИКИ ПРИ ФИЗИЧЕСКОЙ НАГРУЗКЕ У СПОРТСМЕНОВ РАЗЛИЧНОЙ СПОРТИВНОЙ СПЕЦИАЛИЗАЦИИ

Виноградов С.Н. 1
1 ФГБОУ ВПО «Ульяновский государственный университет»
Проведено исследование взаимозависимостей параметров газообмена, гемодинамики и потребления кислорода при выполнении ступенчато-повышающейся нагрузки у спортсменов различной спортивной специализации. Выявлены нелинейный характер изменений показателей, сильная положительная корреляционная связь между параметрами, выведены регрессионные уравнения в виде полиномов третьей степени, описывающие установленные закономерности с высокой степенью значимости. Величины коэффициентов регрессионных уравнений определяют особенности динамики параметров газообмена и гемодинамики при увеличении потребления кислорода при выполнении ступенчато повышающейся нагрузки. Установлено, что у представителей циклических видов спорта, имеющих высокий уровень аэробных возможностей по потреблению кислорода, в условиях ступенчато повышающейся нагрузки до уровня максимального потребления кислорода в равной степени оптимально функционируют звенья газотранспортной системы, обеспечивающей доставку кислорода и его утилизацию при предельной физической нагрузке на различных этапах её выполнения по сравнению с представителями ациклических видов спорта.
циклические виды спорта
ациклические виды спорта
гемодинамика
газообмен
максимальное потребление кислорода
ступенчато-повышающаяся нагрузка
регрессионное уравнение.
1. Граевская Н.Д. Влияние спорта на сердечно-сосудистую систему. – М. : Медицина, 1985. – 278 с.
2. Гусев А.В., Котов Ю.Б., Орджоникидзе З.Г., Павлов В.И., Эсселевич И.А. Исследование динамики высоких физических нагрузок с помощью методов компьютерного тестирования и методов математического моделирования // Информационные технологии и вычислительные системы. - 2007. - № 1. - С. 49-55.
3. Гусев А.В., Котов Ю.Б., Орджоникидзе З.Г., Павлов В.И., Эсселевич И.А. Об экспертном определении достижения спортсменом предельной нагрузки в ходе тестирования // Проблемы управления безопасностью сложных систем : труды VII Международной конференции. – М., 2009. – C. 438-441.
4. Меделяновский А.Н. Функциональные системы, обеспечивающие гомеостаз // Функциональные системы организма : руководство / А.Н. Меделяновский, К.В. Судаков и др. - М. : Медицина, 1987. – С. 77-97.
5. Карпман В.Л. Исследование физической работоспособности у спортсменов / В.Л. Карпман, З.Б. Белоцерковский, И.А. Гудков. - М. : ФиС, 1974. – 135 с.
6. Карпман В.Л. Производительность сердца при мышечной работе / В.Л. Карпман, Р.А. Меркулова // Клинико-физиологические характеристики сердечно-сосудистой системы у спортсменов : сб., посвящ. двадцатипятилетию каф. спорт. медицины им. проф. В.Л. Карпмана. - М. : РГАФК, 1994. - С. 47-53.
7. Карпман В.Л. Сердечно-сосудистая система и транспорт кислорода при мышечной работе // Клинико-физиологические характеристики сердечно-сосудистой системы у спортсменов : юбилейный сборник. - М. : РГАФК, 1994. – C. 12-39.
8. Розенблат В.В. Два типа адаптации кардиореспираторных показателей человека к физической нагрузке / В.В. Розенблат, С.Н. Малафеева, А.И. Поводатор // Физиология человека. - 1985. – Т. 11. - № 1. – С. 102-106.
9. Физиология мышечной деятельности / [под. ред. Коца Я.М.]. - М. : ФиC, 1982. – 347 с.

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

Нагрузка, Вт

Покой

100

150

200

250

300

350

400

VO2, мл/мин/кг

3,2±0,05

17,3±0,7*

27,6±0,8*

38±0,9*

45,8±0,8*

52,1±0,8*

57,3±0,8*

61,7±0,7*

МОК, мл/мин/кг

62,4±1,3

124,5±2,4*

180±4,4*

204,2±4*

227,5±4,2*

244,5±4,4*

263,1±4,7*

274,6±6*

УО, мл

73,6±1,4

88,7±1,4*

103,5±1,2*

109,3±1*

112,3±0,9*

113,5±0,9*

115,1±0,8*

116±1*

ЧСС, уд/мин

65±1

107±2*

126±1*

143±2*

155±2*

165±1*

174±2*

183±2*

МОД, л/мин

7,6±0,3

30,1±1*

46,3±1,5*

75,2±1,7*

96,1±4,9*

120,5±2,2*

131,3±2,3*

145,5±2,2*

ДО, л

0,54±0,02

1,45±0,04

1,82±0,06*

2,5±0,05*

2,94±0,05*

3,42±0,05*

3,62±0,05*

3,84±0,04*

ЧД, в мин

14±2

21±2

26±2*

30±1*

33±1*

35±1*

36±1*

38±1*

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

Нагрузка, Вт

Покой

100

150

200

250

300

350

400

VO2, мл/мин/кг

3,1±0,12

15,5±0,6*

23,5±0,4*

30,4±0,5*

37,8±0,6*

46,5±0,6*

54,6±0,5*

56,8±0,4*

МОК, мл/мин/кг

72,1±2,3

126±3*

153,3±3,9*

193,2±4,7*

225,9±5,4*

260,7±6,1*

284,1±7,1*

298,4±9,6*

УО, мл

71,6±0,94

76,2±1,1*

81,7±0,92*

85,9±0,9*

91,2±0,84*

97,8±0,86*

104,8±0,8*

105,9±0,7*

ЧСС, уд/мин

69±1

114±2*

129±2*

156±2*

172±2*

184±1*

188±2*

191±1*

МОД, л/мин

7,5±0,2

26,4±0,7*

42,3±1,3*

65,6±0,9*

84,6±1,8*

101,5±2,0*

113,3±1,5*

125,2±1,6*

ДО, л

0,5±0,02

1,24±0,04*

1,6±0,06*

2,1±0,04*

2,4±0,05*

2,7±0,07*

2,87±0,04*

3,15±0,07*

ЧД, в мин

15±2

22±2

27±2*

31±1*

35±1*

38±1*

40±1*

40±1*

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)

Параметр

VО2, мл/мин/кг

МОК, мл/мин/кг

УО,

мл

ЧСС,

уд/мин

МОД,

л/мин

ДО,

л

ЧД,

в мин

VО2, мл/мин/кг

×

 

 

 

 

 

 

МОК, мл/мин/кг

0,99

×

 

 

 

 

 

УО, мл

0,99

0,98

×

 

 

 

 

ЧСС, уд/мин

0,98

0,99

0,97

×

 

 

 

МОД, л/мин

0,99

0,99

0,9

0,97

×

 

 

ДО, л

0,99

0,99

0,94

0,99

0,99

×

 

ЧД, в мин

0,99

0,99

0,98

0,99

0,97

0,99

×

Таблица 4

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

Параметр

VО2, мл/мин/кг

МОК, мл/мин/кг

УО,

мл

ЧСС,

уд/мин

МОД,

л/мин

ДО,

л

ЧД,

в мин

VО2, мл/мин/кг

×

 

 

 

 

 

 

МОК, мл/мин/кг

0,99

×

 

 

 

 

 

УО, мл

0,97

0,99

×

 

 

 

 

ЧСС, уд/мин

0,97

0,98

0,94

×

 

 

 

МОД, л/мин

0,99

0,99

0,99

0,97

×

 

 

ДО, л

0,99

0,99

0,97

0,99

0,99

×

 

ЧД, в мин

0,99

0,99

0,97

0,99

0,98

0,99

×

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.


Библиографическая ссылка

Виноградов С.Н. ФУНКЦИОНАЛЬНАЯ ВЗАИМОСВЯЗЬ ПАРАМЕТРОВ ГАЗООБМЕНА И ГЕМОДИНАМИКИ ПРИ ФИЗИЧЕСКОЙ НАГРУЗКЕ У СПОРТСМЕНОВ РАЗЛИЧНОЙ СПОРТИВНОЙ СПЕЦИАЛИЗАЦИИ // Современные проблемы науки и образования. – 2013. – № 5.;
URL: http://science-education.ru/ru/article/view?id=10068 (дата обращения: 06.12.2019).

Предлагаем вашему вниманию журналы, издающиеся в издательстве «Академия Естествознания»
(Высокий импакт-фактор РИНЦ, тематика журналов охватывает все научные направления)

«Фундаментальные исследования» список ВАК ИФ РИНЦ = 1.074