Максимальный уровень потребления кислорода и кислородный долг как критерий оценки состояния спортсмена

Максимальный уровень потребления кислорода характеризует мощность аэробных процессов энергообеспечения. Максимальный кислородный долг отражает емкость анаэробных процессов. Ниже на рис. 4 показана динамика прироста уровня потребления кислорода Ro/t, л/мин во время работы в течение 4 мин и во время последующего восстановления в течение 30 - 40 мин. Наибольший уровень потребления в конце упражнения будет соответствовать максимальному рабочему уровню потребления кислорода. Суммарное потребление кислорода во время восстановления равно кислородному долгу.

Рис. 8 Уровень потребления кислорода во время упражнения (4 мин)и восстановления (до 30 - 40мин)

Сумма потребления кислорода во время работы и восстановления определяют энергетические затраты спортсмена и составляют кислородный запрос.

RO₂ = VO₂ +S DO₂ , л.

В свою очередь кислородный долг равен сумме алактатной и лактатной фракции

SDO₂ = DO₂al+ DO₂lact , л.

Уровень кислородного запроса составит

RO₂ / t = VO₂ / t + Σ DO₂ / t, л/мин.

Динамику потребления кислорода во время работы можно представить двухкомпонентным экспоненциальным уравнением с предельным значением, равным максимальному рабочему уровню для данного упражнения Снижение уровня потребления во время восстановления может быть также выражено экспоненциальной функцией с более быстрой алактатной и медленной дактатной фракцией.

Для определения максимального уровня потребления кислорода используются различные методы:

1)метод однократной предельной нагрузки в течение 5 - 6 мин,

2)метод повторных упражнений с возрастающей нагрузкой до достижения максимума аэробной производительности,

3)метод ступенчатого увеличения нагрузки во время однократного выполнения упражнения,

4)метод непрерывного линейного увеличения нагрузки во время однократного выполнения упражнения. Применяются также другие методы.

Следует обратить внимание, что только в первом методе имеется возможность достаточно точно определить внешнюю работу. Последнее важно для определения взаимосвязи с достижениями спортсмена.

Максимальный уровень потребления кислорода зависит от производительности сердца и артериовенозной разницы насыщения крови кислородом

VO₂/t_max = Q ( A – B ) = SV HR (A- B), ( 8 )

где VO2/tmax – максимальный уровень потребления кислорода, л/мин,
Q – производительность сердца, л/мин,
(А – В) – артерио-венозная разница насыщения крови кислородом, мл О2/ 100 мл крови,
SV – ударный объем сердца, мл/уд.,
HR – частота сердечных сокращений, уд./мин.

Известно, что производительность сердца в спортивной деятельности составляет от 20 - 30 л/мин до 40 л/мин, ударный объем – от 130 до 200 мл/уд, частота сердечных сокращений достигает 200 уд/мин и больше. При интенсивной нагрузке артерио-венозная разница достигает 15 - 20 О2 мл/100 мл крови.

Таким образом, уровень аэробной энергетической производительности характеризуется двумя основными факторами: циркуляторными механизмами .и дыханием.

Дыхание разделяется на внешнее и тканевое. В свою очередь, указанные показатели зависят от ряда факторов кислородной емкости крови, скорости диффузии О2 из ткани, жизненной емкости крови, глубины и частоты дыхания, максимальной вентиляции легких, диффузионной способности легких, процента используемого кислорода, структуры и количества метахондрий, запасов энергетических субстратов, мощности окислительных ферментов, капилляризации мышц, объемной скорости кровотока в тканях, кислотно-щелочного равновесия крови и т. д.

В литературе в настоящее время имеются многочисленные данные о максимальном потреблении кислорода и его величинах на единицу массы тела у спортсменов различной специализации. Наибольшие величины максимального потребления кислорода до 6,7 л/мин наблюдаются у лыжников-гонщиков и гребцов в академической гребле. Высокие величины у лыжников объясняются в значительной степени тем, что они соревнуются и тренируются на пересеченной местности с преодолением большего числа подъемов и спусков. Гребцы при высокой собственной массе тела в силу конструкции лодки развивают на дистанции 2000 м высокую мощность.

В беговых упражнениях, в плавании, в конькобежном и велосипедном спорте максимальный уровень потребления находится в пределах 5,2 - 5,6 л/мин. По потреблению кислорода на единицу массы тела наибольшие значения наблюдаются у лыжников и бегунов-стайеров до 84 мл/ кг/мин. У гребцов эта величина составляет 67 мл/кг/мин ввиду того, что их масса тела находится обычно в пределах 90 - 100 кг и больше. Относительно низкие величины также наблюдаются у бегунов и конькобежцев спринтеров. Следует иметь в виду, что в плавании и гребле уровень потребления кислорода на единицу веса имеет меньшее значение, чем в других видах спорта, т. к. упражнение выполняется в воде, где существенное значение имеет не масса тела, а обтекаемость и плавучесть.

Рекордные величины уровня потребления кислорода наблюдаются у лыжников- гонщиков до 7,41 л/мин и до 94 мл/кг/мин.

Максимальный кислородный долг определяется после повторных упражнений высокой интенсивности (обычно выше 95 - 97 % к максимальной скорости на отрезке). В спортивном плавании такими упражнениями могут быть дистанции 4 х 50 м с отдыхом 15 - 30 с, в беге 4 х 400 м, на велоэргометре по вторные упражнения длительностью до 60 с. Во всех случаях упражнения выполняются до отказа, длительность повторных упражнений не превышает 60с, при увеличении отдыха интенсивность упражнений возрастает.

Кислородный долг определяется путем анализа газовых объемов, забранных во время восстановления после упражнений. Размеры газовых приходов определяются путем вычитания из потребления кислорода величины О2 – потребления покоя. Последний определяется после 30 мин отдыха перед упражнением в покое сидя (SMR- sitting metabolic rate), все измерения газовых объемов приводятся к STPD. Расчет величины общего кислородного долга, его алактатной и лактатной фракции проводится путем анализа зависимости «уровень прихода О2 – время восстановления» и решения биэкспоненциального уравнения. Следует иметь в виду, что поскольку основная лактатная фракция кислородного долга имеет высокую корреляцию с концентрацией молочной кислоты в крови после упражнения (до 0,95 и выше), то в спортивной практике для оценки анаэробных возможностей спортсмена используют определение лактата крови. Последняя процедура существенно проще, удобнее и требует меньше времени и аппаратуры.

Анаэробная энергетическая производительность зависит от ряда факторов: уровня развития компенсаторных механизмов и буферных систем, позволяющих выполнять напряженную работу в условиях сдвига внутренней среды (в сторону ацидоза) и препятствующих этому сдвигу; эффективности (мощности) анаэробных ферментативных систем; запаса в мышцах энергетических систем; адаптации спортсмена к выполнению упражнений в условиях кислородного долга.

Наибольшие величины кислородного долга получены после четырехкратного пробегания 400 м с сокращающимся отдыхом - до 26,26 л, после четырехкратного проплывания 50 м с отдыхом 15 с - до 14,43 л, на велоэргометре после повторных упражнений высокой интенсивности - до 8,28 л/ 406,505/. В табл. 10 приведены значения максимального потребления кислорода, кислородного долга и его фракций по обследованию 80 пловцов (возраст- 16,7  1,75 лет, длина тела 174,6  6,92см, масса тела 66,97  9,4 кг) и 78 гребцов (возраст 22,9  3,66 лет, длина тела 187,41  4,21см, масса 86,49  5,6 кг). Энергетические показатели для конькобежцев и бегунов приведены по данным Н. И. Волкова и В. С. Иванова.

Таблица 5
Средние значения максимального уровня потребления кислорода, кислородного долга и его фракций в циклических видах спорта у спортсменов с достижениями разного уровня

Вид спорта	Энергетические показатели	МСМК	МС	КМС	1-й разряд	2-й разряд
Легкоатлетический Бег	V¢O_{2max, л/мин} SDO_2,л DO₂al_{, л} DO₂lact,_л	4,79 22,82 4,72 18,10	4,26 22,17 3,87 18,30	- - - -	4,03 19,93 3,77 16,16	3,38 18,51 3,65 14,86
Конькобежный Бег	V¢O_{2max, л/мин} SDO_2,л DO₂al_,л DO₂lact_,л	5,77 14,0 3,0 11,0	5,34 10,85 2,55 8,30	4,98 9,30 2,30 7,0	4,67 8,35 2,19 6,16	3,41 6,88 1,93 4,95
Плавание	V¢O_{2,мах л/мин} SDO_2,л DO₂al_,л DO₂lact_,л	5,54 13,1 5,0 8,1	5,35 9,5 4,3 5,2	5,03 - - -	4,71 9,2 2,7 6,5	3,66 7,6 2,4 5,2
Академическая Гребля	V¢O_{2,мах л/мин} SDO_2,л DO₂al_,л	6,0 13,14 4,5	5,3 9,03 3,77	4,80 7,05 2,30	4,1 6,27 2,30	- - -
Академическая Гребля	DO₂lact_,л	8,64	5,26	4,75	3,97	-

Следует обратить внимание, что у легкоатлетов разной квалификации наблюдаются высокие величины лактатной фракции кислородного долга. В то же время алактатная фракция во всех видах упражнений не имеет такого явного отличия.

Отмечена высокая статистическая связь рассмотренных двух основных энергетических показателей с достижениями на дистанциях разной длины при значительных по объему и растянутых по квалификации группировках. У пловцов наибольшая связь максимального уровня потребления кислорода наблюдается с достижениями на 200м - 0,822, суммарного кислородного долга на 100 м - 0,766, лактатной и алактатной фракции с результатами на 50 м (табл. 11).

Таблиц 6
Коэффициенты корреляции между энергетическими показателями и скоростью плавания на дистанциях различной длины (n = 80, при р  0,05 r = 0,22 )

Энергетические Показатели	Дистанции, м
Энергетические Показатели	50	100	200	400
Максимальный уровень потребления О₂, л/мин Суммарный О₂ долг, л Алактатная фракция долга, л Лактатная фракция долга, л	0,757 0,770 0,505 0,676	0,726 0,776 0,516 0,667	0,822 0,710 0,424 0,645	0,676 0,622 0,325 0,590

В легкоатлетическом беге и конькобежном спорте с увеличением длины дистанции возрастает связь скорости с максимальным потреблением кислорода соответственно от – 0,057 до 0,765 и с 0,705 до 0,880. В свою очередь, с уменьшением длины дистанции возрастает связь с величиной кислородного долга с 0,006 на 1000м до 0,724 на 400м у бегунов и от 0,625 на 1000 м до 0,650 на 500 м у конькобежцев.

О влиянии указанных основных максимальных энергетических показателей на результаты на дистанциях разной длины на примере спортивного плавания можно судить по уравнениям множественной регрессии (табл. 12). В качестве аргумента приняты результаты на 50, 100, 200, 400 м, в качестве переменных – энергетические показатели. Уравнения такого типа удобно рассматривать как «уравнения выхода» системы управления тренировочным процессом.

Таблица 7
Уравнения множественной регрессии зависимости время плавания на дистанциях 50, 100, 200, 400 м от максимальных энергетических показателей (n = 80)

Уравнения регрессии	s_yx	R	R²
Y₅₀ = 40,739- 2,295 V’O_2max- – 0,411 DO₂al – 0,109 DO₂lact Y₁₀₀= 90,380- 3,733 V’O_2max -1,520 DO₂al - 0,829 DO₂lact Y₂₀₀= 215,57- 12,310 V’O_2max- 2,212 DO₂al – 1,259 DO₂lact Y₄₀₀= 487,63 – 30,711 V’O_2max– 1,378 DO₂al– 2,442 DO₂lact	1,45 3,42 6,76 15,12	0,773 0,765 0,830 0,680	0,597 0,585 0,689 0,462

Используя приведенные уравнения регрессии, представляется возможным рассчитать результаты в плавании на 50, 100, 200, 400 м по основным максимальным энергетическим показателям. В качестве примера расчетное время плавания на дистанции 100м вольным стилем составит при подстановке данных табл. 10:

Y₁₀₀ = 90,38 – 3,733 · 5,54- 1,52 · 12,55- 0,829 · 5,0 = 53 c.

Для решения задач управления тренировкой спортсмена такая возможность имеет большое значение, т. к. знание спортивного результата и влияние на него отдельных показателей энергетической производительности существенно облегчит понимание задач управления тренировкой и оценку состояния спортсмена и его потенциальных возможностей.

К сожалению, рассмотренные энергетические показатели охватывают неполную часть энергетических факторов, влияющих на результаты. Здесь отсутствует оценка экономичности и емкости аэробных механизмов. Поэтому на дистанции 50 м максимальный уровень потребления и кислородный долг с его фракциями объясняют 59,7 % вариаций результата, на 100 м – 58,5 %, на 200 м – 68,9 %, на 400 м – 46,2 %. Наблюдается также высокое остаточное стандартное отклонение уравнений.