Сучасні інструментальні методи дослідження фізичної і функціональної підготовленості

Сучасні інструментальні методи дослідження фізичної і функціональної підготовленості.

Виконав:

студент 3-го курсу

групи 33-ФВ1

Семенчук Нікіта

Однією з важливих проблем є діагностика тренованості спортсменів і методи її визначення. У тренувальному процесі здійснюється комплексний аналіз фізіологічної, педагогічної та психологічної інформації про стан спортсмена. Методи функціональної діагностики є основними критеріями визначення рівня підготовленості спортсменів. За їх допомогою оцінюється фізичний стан, визначається фізична працездатність, аеробна й анаеробна продуктивність атлетів тощо. Фізичний та функціональний стан характеризується реакцією внутрішніх систем організму спортсменів на стандартне навантаження. За результатами цієї реакції можна судити про ступінь їх готовності до виконання змагальних навантажень. Фізичний та функціональний стан спортсменів визначається такими важливими компонентами, як аеробна й анаеробна лактатна й алактатна продуктивність. Аеробна продуктивність оцінюється за такими компонентам: максимальне споживання кисню (VO2max), відносне максимальне споживання кисню (VO2відн ), поріг анаеробного обміну (ПАНО), концентрація еритроцитів і гемоглобіну крові. Рівень аеробної та анаеробної лактатної продуктивності, або іншими словами функціональної підготовленості, визначається фізіологічними й педагогічними методами.

Визначення функціональної підготовленості спортсменів за допомогою інструментальних методик В умовах медико-біологічного моніторингу за функціональним станом спортсменів в лабораторних умовах та в процесі тренувальної і змагальної діяльності застосовують апробовану програму тестування з використанням сучасного діагностичного обладнання провідних країн світу: Німеччини, Японії, США, Фінляндії, Ізраїлю, Швеції, України. (табл.4.35) Комплекс тестових навантажень на ергометрах, що імітують біг (тредміл LЕ-200CЕ), веслування (Concept-II, Paddlelite), їзду на велосипеді (Monark, Technogym), з безперервним аналізом реакції серцево-судинної і дихальної систем з використання автоматизованого ергоспірометричного комплексу “Oxycon Pro” (“Viasys”-“Jager”, Німеччина) дає можливість визначити: рівень максимальної аеробної і анаеробної потужності, загальної фізичної працездатності, оцінити ефективність і стійкість функціонування кардіореспіраторної системи в умовах фізичних навантажень різного характеру енергозабезпечення. Плануючи режим роботи при дослідженні можливостей анаеробних і аеробного процесів, виходять з необхідності призначення роботи такої тривалості та інтенсивності, яка забезпечила б граничну активізацію відповідних процесів енергозабезпечення фізичного навантаження.

При дослідженні потужності анаеробного алактатного (креатин фосфатного) процесу найбільш доцільними є навантаження максимальної інтенсивності тривалістю від 15 до 30 с. Так, спортсмену потрібно розвинути максимальну швидкість або виконати максимальну роботу за 15 секунд (старт з місця). Сумарний об'єм роботи, виконаний протягом такого часу, дозволяє повністю досягти граничного рівня прояву анаеробних креатинфосфатних можливостей, а здібність до підтримки працездатності в кінці навантаження в значній мірі відображає ємність анаеробного креатинфосфатного процесу. Аналогічним чином поступають і при оцінці потужності анаеробного лактатного (гліколітичного) процесу. Тривалість навантаження, що виконується з максимальною інтенсивністю, в цьому випадку збільшується до 45-90 с. Крім сумарного об'єму роботи, для оцінки потужності анаеробного процесу реєструються максимальний кисневий борг і його лактатна і алактатная фракції, концентрація лактату, зрушення кислотноосновного стану крові. Забір крові для подальшого визначення максимальної концентрації лактату (НLa) та інших показників, що свідчать про потужність анаеробного лактатного процесу, доцільно здійснювати на 3 і 7-й хвилині відновлення з подальшим розрахунком показника ∆НLa - різниці концентрації лактату в крові на 3 і 7 хвилинах відновлювального періоду, що характеризує швидкість утилізації лактату і показника W/HLa (співвідношення потужності навантаження і концентрації лактату в крові, Вт•ммоль-1л-1), що характеризує ефективність метаболічних процесів, тобто величину потужності навантаження (виконаної роботи) яка доводиться на 1 ммоль•л-1 збільшення концентрації лактату в крові під час роботи. На відміну від дослідження анаеробних можливостей вивчення потужності і ємності аеробного процесу, а також економічності і стійкості вимагає значно триваліших навантажень. Дослідження можуть проводитися в умовах безперервних тривалих навантажень, в окремих випадках тривалістю 60-120 хв. (наприклад, при визначенні здатності організму до утримання високого рівня споживання кисню). Проте в основному застосовуються навантаження з потужністю роботи, що ступінчасто збільшується, до моменту досягнення індивідуально можливих величин споживання кисню (рівень критичної потужності). До таких тестів відносять: - стандартний тест із ступінчато-зростаючою потужністю роботи без інтервалів відпочинку між ступенями при постійній швидкості руху (8 км•час-1) і поступовим збільшенням кута нахилу стрічки тредмілу (через  проводиться до моменту вольової втоми (довільної⎯кожні 2 хвилини)  відмови спортсмена від продовження роботи) або до неможливості підтримка заданої швидкості руху в межах ±5%. Тест, орієнтований на визначення максимальної аеробної потужності (VO2max), аеробної ефективності («анаеробний поріг») і рівня загальної фізичної працездатності спортсменів (Wmax, Вт, Вт•кг-1), а також для визначення пульсових режимів навантажень різної тренувальної спрямованості - відновлювальної, аеробної, аеробно-анаеробної, анаеробно-аеробної; ⎯- тест на утримання навантаження на рівні “критичної” потужності  величина навантаження визначається індивідуально для кожного спортсмена за результатами виконання роботи ступінчасто-зростаючої потужності. “Критична” потужність навантаження (Wкр, Вт, Вт•кг-1) визначається як та найменша потужність навантаження, при якому вперше досягається біля максимального рівень споживання O2. Робота на рівні “критичної” потужності продовжується до відмови спортсмена від підтримки навантаження на заданому рівні потужності. Такий вид тестового навантаження призначений для визначення максимальної аеробної ємності - часу утримання Wкр (Т-Wкр, хв.);  навантаження середньої аеробної потужності⎯- «стандартна» робота  тривалістю 12 хвилин з постійною потужністю роботи 2 Вати на кілограм маси тіла і постійною швидкістю руху (8 км в годину) використовувався для визначення економічності і стійкості, швидкості розгортання реакцій кардіо-респіраторної системи в умовах аеробних навантажень, а також для прогнозування аеробних і анаеробних можливостей організму спортсменів високого класу, для контролю ефективності тренувального процесу, що особливо актуально в передзмагальному і на початку підготовчого періодів, коли додаткова напружена м'язова діяльність для спортсменів високого класу не бажана. Виконання тестових навантажень максимальної інтенсивності, що моделюють проходження змагальної дистанції в конкретному виді спорту в лабораторних умовах проводиться на спеціалізованих ергометрах типу «Concept-II» (академічне веслування), «Paddlelite» (веслування на байдарках і каное) і «Biometer» (плавання), «Monark» (велосипедний спорт). Тривалість тесту залежить від тривалості дистанції, змагання, граничного часу її подолання. Наприклад, тести з навантаженням, що моделюють умови проходження змагальних дистанцій у веслуванні на байдарках і каное 500 і 1000 м виконуються на спеціальному весловому ергометрі, що дозволяє визначити особливості реалізації аеробних та анаеробних можливостей, швидкості розгортання функціональних реакцій в даних умовах максимальних тестів. Дистанції 500м відповідає робота 1 хв 45с, а дистанції 1000м – 3 хв 45с. Для спортсменів розробляються спеціальні програми тестування з використанням фізичних навантажень з урахування виду спорту і спортивної спеціалізації. Реакцію системи дихання на фізичне навантаження оцінюють за допомогою швидкодіючого автоматичного газоаналізатора типу “Oxycon Pro” (Jeager, Німеччина). Безперервна комп’ютерна обробка даних в реальному масштабі часу дозволяють отримувати та використовувати для подальшого аналізу значення фізіологічних показників з інтервалом в 10 с. Реєструють: легеневу вентиляцію (VE , л∙хв-1), відсотковий О2 і СО2 в повітрі видоху, частоту дихання, споживання О2 (VO2, мл∙хв-1), виділення СО2, дихальний коефіцієнт, вентиляційні еквіваленти по О2 і по CО2, кисневий пульс, основні параметри навантаження – потужність (W, Вт), швидкість пересування тощо. Вимірювання частоти серцевих скорочень (ЧСС, уд∙хв-1) проводиться за допомогою ”Sport Tester Polar”. На 3-й та 7-й хвилинах відновного періоду виконується забір крови для визначення концентрації лактату в крови (біохімічний аналізатор - Dr. Lange-400). Для оцінки потужності і ємності аеробних процесів використовують значну кількість інформативних показників. Це комплексні показники (наприклад, максимальне споживання кисню, максимальна вентиляція легень, поріг анаеробного обміну, серцевий викид тощо), що дозволяють надати інтегральну оцінку аеробних можливостей, і локальні (наприклад, кількість ПС- і ШС-волокон, артеріовенозна різниця за киснем, об'єм мітохондріальної маси тощо), за допомогою яких оцінюють окремі можливості системи зовнішнього дихання, крові, кровообігу, м'язового апарату і оцінка можливостей системи транспорту кисню. При цьому дуже важливо зіставляти одержані величини окремих показників з рівнем загальної і спеціальної працездатності спортсменів, що дозволяє оцінити економічність функціонування організму спортсмена і ефективність виконання як тестових фізичних навантажень в умовах лабораторії, так і педагогічних тестів в природних умовах тренувального процесу. В процесі тестування визначають наступні показники:  відображає⎯Максимальне споживання кисню (VO2max)  швидкість максимального споживання кисню і використовується для оцінки потужності аеробного процесу. Реєструються абсолютні показники максимального споживання кисню (л•хв-1) і відносні (мл•хв-1•кг-1), що знаходяться в зворотній залежності від маси тіла. Чим вищий рівень максимального споживання кисню, тим вище частка аеробного енергозабезпечення при виконанні стандартної роботи і нижче відносна потужність анаеробного процесу, виражена у відсотках від максимального рівня. У дорослих нетренованих чоловіків максимальні показники споживання кисню (VO2max) звичайно коливаються в межах 40-50 мл•хв1•кг-1 , у жінок - 32-40 мл•хв-1•кг-1 . Спортсмени високого класу відрізняються виключно високими величинами VO2max: абсолютні значення у чоловіків можуть досягати 6-7 л•хв-1 , відносні - 85-95 мл•хв-1•кг-1 , у жінок відповідно 4-4,5 л•хв-1 і 65-72 мл•хв-1•кг-1 . Максимальна легенева вентиляція (VE, л•хв-1) використовується для оцінки потужності системи зовнішнього дихання. Граничні показники реєструються в умовах довільної вентиляції і звичайно складають у нетренованих чоловіків 110-120 л•хв-1, у жінок - 90-100 л•хв-1 . У спортсменів високого класу реєструються виключно високі величини: до 190-200 л•хв-1 і більше - у чоловіків, до 130-140 л•хв-1 і більше - у жінок. Великі можливості адаптації організму спортсменів відносно показників, що характеризують ємність аеробної системи енергозабезпечення і її ефективність. Нетреновані особи в середньому здатні протягом 30 хвилин працювати на рівні 70% від VO2max (VO2max 3,2 л•хв-1). Добре треновані спортсмени, які спеціалізуються у видах спорту, що вимагають прояву витривалості, здатні працювати на рівні 70% від VO2max протягом двох годин, а спортсмени високого класу, що спеціалізуються в стаєрських дисциплінах циклічних видів спорту, здатні працювати на рівні 70% VO2max навіть протягом 3-4 годин. Спортсмени світового класу, які спеціалізуються у видах спорту, що вимагають високих аеробних можливостей, здатні протягом 10 хвилин працювати на рівні 100% VO2max, при 95% - понад 30 хвилин, при 85% - понад 60 хвилин, при 80% - протягом 2 годин і більше. При цьому важливо відзначити, що тривала робота на рівні 90-95% від VO2max не супроводжується істотним накопиченням лактату. Час утримання максимальних для даної роботи величин легеневої вентиляції (VE) також використовується для оцінки ємності аеробного процесу. Легеневу вентиляцію на рівні 80% від максимальної 15 хв., а⎯спортсмени високої кваліфікації здатні підтримувати протягом 10  до 3-5 хв.⎯40 хв. і більш, нетреновані особи ⎯ до 30⎯видатні стаєри  Час досягнення максимальних для даної роботи показників споживання кисню відображає здатність до швидкої мобілізації можливостей аеробного процесу, швидкості розгортання функціональних реакцій, рухливості аеробної системи енергозабезпечення (напівперіод реакції (T50) для ЧСС, VE VO2; швидкість збільшення VO2 за перші 30 секунд виконання роботи). У нетренованих максимальні для даної роботи величини споживання кисню реєструються звичайно через 2-3 хвилини після її початку. Спортсмени високого класу, які спеціалізуються у веслуванні, бігу на дистанціях 400, 800 і 1500 м, плаванні на дистанціях 100, 200 і 400 м, здатні до значно інтенсивнішої мобілізації аеробного процесу і часто досягають граничних показників вже через 30-40 с після її початку. Поріг анаеробного обміну (ПАНО) наступає, коли потужність аеробного процесу виявляється недостатньою для подальшого енергозабезпечення роботи. Відбувається активне включення в енергозабезпечення роботи анаеробного гліколітичного процесу, що супроводжується накопиченням лактату. У спортивній практиці ПАНО оцінюється за величиною споживання кисню при постійному рівні лактату в крові (близько 4 ммоль•л-1) у відсотках по відношенню до рівня VO2max. У нетренованих осіб поріг анаеробного обміну знаходиться приблизно на рівні 50-55% VO2max. У спортсменів високого класу (наприклад, бігунів-стаєрів, велосипедистівшосейників) може досягати 75% VO2max, а у окремих видатних спортсменів 90% VO2max.⎯85 Тривалість роботи на рівні ПАНО слугує інформативним показником оцінки ємності аеробного процесу. Нетреновані спортсмени звичайно не можуть працювати на цьому рівні більше 5-6 хв., у спортсменів високого класу, які спеціалізуються у видах спорту, що висувають високі вимоги до аеробної продуктивності, тривалість роботи на рівні ПАНО може досягати 1,5-2 годин. Серцевий викид (л•хв-1) відображає здатність серця прокачувати велику кількість крові по судинах і визначається кількістю крові, що викидається в судинну систему за 1 хв. В стані спокою серцевий викид звичайно складає 4,5-5,5 л•хв-1 , у тренованих осіб трохи (на 5-10 %) менше, ніж у нетренованих. При граничних фізичних навантаженнях серцевий викид зростає у декілька разів: у нетренованих - в середньому в 4 рази (до 18-20 л•хв-1), а у спортсменів високого класу, які спеціалізуються у видах спорту, що вимагають високого рівня аеробної продуктивності, в 8-10 разів (до 40-45 л•хв-1 і більше). Систолічний об'єм (мл), використовується для оцінки потужності системи центральної гемодинаміки і визначається кількістю крові, що викидається шлуночками серця при кожному скороченні. В умовах спокою ⎯70 мл, у тренованих ⎯у нетренованих осіб об'єм, систоли, складає 60  100-110 мл. При виконанні⎯90 мл, у спортсменів високої кваліфікації ⎯80 максимальної роботи систолічний об'єм збільшується у нетренованих осіб ⎯160 мл, у видатних спортсменів ⎯ до 150⎯130 мл, у тренованих ⎯до 120 220 мл.⎯до 200 Систолічний об'єм зростає поки ЧСС не перевищує 180-190 уд•хв-1 , а у особливо підготовлених спортсменів - навіть до 200-220 уд•мин-1 . Подальший приріст ЧСС, як правило, супроводжується зменшенням систолічного викиду. Об'єм серця (мл) у нетренованих чоловіків складає 11,2 мл на 1 кг  8-9 мл•кг-1⎯маси тіла, у жінок  . У спортсменів високого класу (бігунів на довгі дистанції, велогонщиків, лижників) часто відмічається об'єм серця, 16 мл•кг-1⎯що досягає у чоловіків 15,5 , або 1100-1200 мл і більш (зареєстровані випадки, коли серце видатних спортсменів досягало 1300-  1200 мл).⎯1400 і навіть 1500-1700 мл, а у жінок  Частота серцевих скорочень (ЧСС, мл•кг-1). В процесі контролю реєструють показники ЧСС у спокої, при стандартному навантаженні, а також максимальні показники ЧСС. Зниження ЧСС у спокої до певної міри відображає продуктивність і економічність функціонування серцевосудинної системи. У тих, що не займаються спортом, ЧСС у спокої складає 80 уд•хв-1⎯звичайно 70 , у спортсменів високої кваліфікації може 40 уд•хв-1⎯50 і навіть 30⎯знижуватися до 40 . При стандартному навантаженні у добре тренованих спортсменів зареєстровані нижчі величини ЧСС в порівнянні з нетренованими особами, а при граничних навантаженнях ЧСС у тих, хто не займається спортом, 190 уд•хв-1⎯звичайно не перевищує 175 , тоді як у бігунів-стайєрів, велосипедистів-шосейників, лижників максимальні показники ЧСС можуть 230 і навіть 250 уд•хв-1⎯досягати 210 і більш. Здатність серця до напруженої роботи протягом тривалого часу багато в чому відображає ємність аеробного процесу. Спортсмени, які відрізняються особливо високим рівнем адаптації серця, здатні протягом 200 уд•хв-1⎯3 годин працювати при ЧСС 180⎯2 , систолічному викиді 42 л, тобто підтримувати біля граничні⎯200 мл, серцевому викиді 35⎯170 (90-95% від максимально доступних величин) показники серцевої діяльності дуже тривалий час. Нетреновані особи, маючи майже в два рази менші величини систолічного викиду і хвилинного об'єму крові, здатні 10 хв.⎯підтримувати їх лише протягом 5 Для контролю економічності витрачання енергетичного потенціалу використовують різні показники, що реєструються в процесі виконання специфічних навантажень різної потужності і тривалості, і у відновлювальному періоді після їх закінчення. Виділяють інтегральні показники, що несуть загальну інформацію про механічну ефективність роботи і економічності енергетичних процесів. Наприклад, збільшення швидкості пересування при одному і тому ж рівні споживання кисню є наочним підтвердженням підвищення економічності роботи. Збільшення швидкості спортсмена при виконанні 30-хвилинного бігового навантаження в результаті тренування аеробної спрямованості було забезпечено не збільшенням споживання кисню або залученням в енергозабезпечення анаеробних процесів енергозабезпечення, а виключно економізує роботи, тобто при одному і тому ж рівні споживання кисню (90%  54 мл•кг-1•хв-1) швидкість бігу збільшилася з 268 до 280 м•хв-1⎯від VO2max  . Киснева вартість роботи оцінюється по кількості кисню, витраченого на одиницю потужності навантаження (мл О2•Вт-1). У спортсменів високого класу киснева вартість роботи на 40-60% вище, ніж у осіб, які не займаються спортом. Про підвищення ефективності легеневої вентиляції прийнято судити по вентиляційному еквіваленту для О2, тобто за об'ємом легеневої вентиляції, який доводиться на один літр спожитого кисню (VE/VO2, EQO2) відображає ефективність утилізації кисню з повітря, що поступає в легені. В результаті тренування у кваліфікованих спортсменів спостерігається тенденція до зниження кількості вентильованого повітря при однаковому рівні споживання кисню в порівнянні з нетренованими особами. Так, у спортсменів високого класу ефективність утилізації кисню вище (24,5 ум.од.), ніж у нетренованих осіб і представників швидкісно-силових видів спорту (30-35 ум.од.). Показник кисневої вартості дихання (мл О2/л О2) характеризує механічну ефективність апарату зовнішнього дихання, визначається відношенням споживання кисню, витраченого на роботу дихальних м'язів, до споживання кисню під час роботи. Під впливом тренування киснева вартість дихання істотно знижується і у спортсменів високої кваліфікації  4,8-5 мл⎯складає 2,6 мл О2/л О2, тоді як у мало тренованих спортсменів  О2/л О2. Пульсова вартість роботи (ЧСС, уд•хв-1) характеризується загальною кількістю серцевих скорочень при виконанні стандартної по потужності і тривалості роботи. Реєструється сумарна частота серцевих скорочень, витрачена на виконання заданої роботи за вирахуванням ЧСС спокою. Найбільш точна характеристика має місце в тому випадку, якщо визначається надмірна кількість серцевих скорочень, зареєстрована як під час виконання роботи, так і у відновному періоді. По закінченню тестування спортсменів з використання фізичних навантажень та аналізу реакції кардіорреспіраторної системи за цих умов проводиться комп’ютерний розрахунок комплексу показників, який в значній мірі відображав властивості функціональних можливостей організмі. Для аналізу виділені наступні узагальнені фізіологічні властивості (фактори), що визначають рівень і структуру функціональної підготовленості спортсмена. 1. «Потужність» (функціональна і енергетична) – рівень максимального споживання О2 (VO2max), що відображає спроможність до досягнення рівня масопереносу респіраторних газів і м'язового метаболізму, яке забезпечує хоча б короткочасне досягнення найбільш високих значень споживання О2. 2. «Стійкість» - спроможність підтримувати високий ефективний рівень функціональних реакцій при різних ступенях невідповідності кисневого запиту на роботу і споживання О2, що визначаються відносною потужністю фізичної роботи, а також від стійкості (резистентності) функціональних систем до зрушень внутрішнього середовища організму, головним чином, ацидемічного (накопичення молочної кислоти в крові внаслідок анаеробного енергозабезпечення; 3. «Рухливість» – швидкість (інтенсивність) розгортання функціональних реакцій (кардіореспіраторних і метаболізму) на початку фізичного навантаження, а також від їх рухливості, тобто спроможності швидко і адекватно реагувати, відтворювати у своїх реакціях зміни кисневого запиту на роботу при змінах інтенсивності навантаження; 4. Комплексу фізіологічних процесів, що забезпечують «економічність» роботи, її функціональну ціну і економічність кисневого режиму організму в цілому; 5. Ступінь біомеханічних обмежень, а також модифікації кардіореспіраторної системи і метаболізму в різних видах фізичної роботи, що пов’язані з позою роботи, умовами для дихання, силовими и частотними компонентами циклічних робочих рухів і другими факторами, які можуть впливати на ступінь «реалізації функціонального потенціалу» організму в конкретних умовах роботи максимальної інтенсивності. В багатьох вищих навчальних закладах проводяться дослідження функціонального стану спортсменів з використанням велоергометра, електрокардіографа, комп’ютера, електронного секундоміра. Обстежуваний виконує безперервне східчасто-підвищувальне навантаження. Тривалість кожного ступеня від 2 до 5 хв. Темп педалювання 60-70 Вт за 1 хв. Спортсмени починають роботу з вихідною потужністю 50 Вт, потім 100 Вт, 150 Вт і т.ін.

...