Средства дозирования нагрузки

 

Развитие науки и техники позволяет обеспечить эффективный инструментальный контроль за тренировочными нагрузками, моделировать соревновательную деятельность в лабораторных условиях, осуществлять отбор и прогноз в спорте, целенаправленно управлять тренировочным процессом. Для этого в современном спорте используется большое множество автоматизированных средств, среди которых наибольшее практическое применение получили системы дозирования физических нагрузок по величине функционального напряжения организма и мощности преодолеваемого внешнего сопротивления. Принципы работы и функциональные возможности этих систем можно рассмотреть на примере известных устройств: пульсотахометр, сумматор пульса, автокардиолидер, монитор сердечного ритма системы RS800CX Pro Training Edition и Polar разной модификации, велоэргометры и тредбаны, силовые станции.

Пульсотахометр. Устройство, позволяющее в реальном времени определять частоту сердечных сокращений (ЧСС) в покое и при мышечной нагрузке с интервалом 4-6 с. В основном применяется при лабораторных исследованиях. Служит надёжным индикатором напряжённости физиологических функций, косвенно может характеризовать величину энерготрат, поскольку ЧСС имеет близко к линейной зависимость от активации вегетативных процессов регуляции функций и потребления организмом кислорода. Это устройство может быть автономным или входить в состав современных дозаторов мышечной нагрузки (велотренажёры, эргометры разного назначения, беговые дорожки, гидротредмиллы и др.). Основным ограничением данных систем может являться малое количество усредняемых кардиоинтервалов, что приводит к понижению точности измерения ЧСС в минуту.

Сумматор пульса. Предназначен для определения суммарного значения ЧСС за период времени. Автономный вариант с цифровой памятью данного устройства успешно применяется в спорте, клинической практике, физической реабилитации, оздоровительной физической культуре. Поскольку интервал времени автоматического подсчёта ЧСС и его регистрация в запоминающем устройстве может задаваться произвольно и быть относительно длительной (до 3-х и более суток), то это даёт возможность считывать цифровую информацию на компьютере, обрабатывать её и анализировать на любом заданном отрезке времени. По величине суммы пульса судят о состоянии функционального напряжения организма за интервал времени. Например, какой ценой физиологических затрат выполнена мышечная работа биатлониста на участках между упражнениями в пулевой стрельбе, что является принципиально важным не только для оценки функциональной характеристики спортсмена, но и для последующей оптимизации его соревновательной деятельности на основе принципа обратной зависимости «сумма пульса – результат в стрельбе».

Автокардиолидер. Уникальная по своей идее система была разработана и реализована в своё время отечественным учёным В. Л. Уткиным в виде автономного устройства. Принцип работы автокардиолидера заключается в контроле за поддержанием ЧСС у индивида в заданном диапазоне ритма. В случае если ЧСС выходит за пределы произвольно установленного диапазона, индивиду (спортсмену) подаётся соответствующий звуковой сигнал (через наушник), что является командой к увеличению или к уменьшению интенсивности мышечной работы. Диапазон программируемого ритма сердца определяется индивидуально для каждого спортсмена, в зависимости от решаемой двигательной задачи на основании соответствия ЧСС процентной величине потребления кислорода от его максимального значения (МПК). Например, при 50% от МПК, соответствующей средней зоне аэробной мощности, у спортсмена ЧСС составляет в среднем 145 уд.·мин.^{- 1}. Тогда очевидным будет, что для расширения аэробных возможностей спортсмен должен работать в зоне ЧСС 140-150 уд.·мин.^{- 1},которую и надлежит установить в автокардиолидере. Автономность данной системы позволяет использовать её как в лабораторных исследованиях, так и при спортивной тренировке, когда интенсивность мышечной нагрузки строго дозируется по физиологическому параметру, повышая вероятность формирования требуемых аэробных и анаэробных возможностей организма без вмешательства извне или каких-либо дополнительных сложных инструментальных средств. Такие системы получили применение в спорте, клинике при реабилитации больных кардиоваскулярными заболеваниями, а также имеют смысл к применению в оздоровительных системах, когда, например, лица разного возраста и качества здоровья используют терренкуры, катания на лодках, лесные прогулки, бег и т. п.

Монитор сердечного ритма RS800CX Pro Training Edition и Polar. Подобные системы имеют разные модификации и функциональные возможности применения. Постоянное совершенствование электронной и вычислительной техники приводит к появлению новых и более совершенных образцов средств функционального контроля и управления мышечными нагрузками. Поэтому есть смысл остановиться лишь на возможностях уже имеющихся технических средств.

Система второго поколения Polar Temp 2, использованная в своё время для on-line трансляции мировых велогонок Tour De France и зимних Олимпийских игр в Ванкувере, с успехом применяется известными мировыми футбольными клубами Real Madrid и Manchester United при осуществлении контроля за тренировочной деятельностью команды. Она обладает возможностью записи и контроля параметров тренировки в режиме реального времени для 28 спортсменов одновременно. Перед занятием тренер записывает информацию о будущей тренировке каждому спортсмену в его личный передатчик с помощью беспроводной связи. Передача такой информации возможна одновременно на 10 передатчиков. Во время тренировки, где бы не находился игрок, тренер видит на экране своего карманного компьютера или ноутбука on-line детальную картину каждого спортсмена в виде значений его ЧСС, % от максимума, нахождении его в пределах установленных тренировочных зон (по ЧСС) или даже в виде показателя тренировочной нагрузки «Training load». Это позволяет тренеру осуществлять постоянный контроль нагрузки каждого спортсмена, сравнивать её с данными и графиками предыдущих тренировок прямо во время занятия и при необходимости тут же вносить коррекции. Всё это дает возможность оптимизировать тренировочный процесс, а встроенная функция определения индивидуального времени восстановления после нагрузки поможет избежать травм и перенапряжений организма.

Технические возможности такой системы позволяют передавать по беспроводной связи Bluetooth информацию на базовую станцию в радиусе 100 м (при применении нескольких базовых станций – до 300 м), а со станции опять же по беспроводной связи – на экран к тренеру. В случае если игрок выйдет из радиуса действия, данные будут сохранены благодаря внутренней памяти передатчика и функции буферизации данных в режиме on-line. Наличие в передатчике заряжаемых батарей обеспечивает работу системы в течение 30 часов в режиме on-line и 400 часов – в режиме off-line. Кодированную информацию с датчиков спортсменов может увидеть не только тренер, но и сам спортсмен при наличии у него монитора. Идущее в комплекте программное обеспечение позволяет тренеру получать отчёты с наглядными графиками и таблицами, что представляется важным для более детального анализа результатов тренировочных занятий. Современные базовые станции позволяют наблюдать за 84 игроками, 28 из них одновременно.

Широкое практическое применение получили автономные системы Polar (напоминающие наручные цифровые часы), дополнительно снабжённые датчиками: ЧСС, скорости, расстояния, частоты шагов или велосипедными датчиками расстояния, скорости, частоты педалирования, температуры среды и высоты над уровнем моря, а также часами, осуществляющими подсчёт калорий, затраченных во время тренировки. Регистрируемые параметры могут сохраняться в памяти системы (объём до 32 часов, при ежесекундной записи показаний ЧСС) и передаваться через инфракрасный порт USB на компьютер. Функциональные возможности системы позволяют получать информацию о напряжённости выполняемой работы – средние и суммарные значения ЧСС на отрезках времени, % ЧСС от максимального, количество затраченной энергии, другие расчётные показатели; о кинематических характеристиках движения спортсмена – пройденный путь, время, профиль трассы, мгновенная и средняя скорость на дистанции, частота и длина шагов (частота педалирования); а также напоминания (визуальные или звуковые) спортсмену о соответствии выполняемого задания программе данного тренировочного занятия.

Велоэргометры и тредбаны (беговые дорожки) – самые распространённые средства дозирования физических нагрузок в лабораторных условиях. Велоэргометры и тредбаны бывают двух типов: механические и электрические. Современные образцы этой техники снабжены миникомпьютером и датчиком измерения ЧСС. Регулирование нагрузки на велоэргометре может осуществляться по заданному внешнему сопротивлению, частоте педалирования (об./мин.) и времени, а на тредбане – по скорости бега, углу наклона дорожки и времени бега. При наличии миникомпьютера и встроенных программ нагрузка может задаваться автоматически или программироваться пользователем произвольно. Например, тредбан может содержать до 10 и более программ, в том числе: пульсозависимые программы, целевые (время, дистанция, калории), пользовательская программа, функция «Быстрый старт», фитнес-тест, РС-вход для Ergo-Concept^TM (RS 232) и др. Современные системы контроля позволяют получать срочную информацию о времени тренинга, пройденной дистанции (совершаемой работе в Вт или кгм), скорости (частоте педалирования в мин.), средней и суммарной ЧСС, расходе калорий, профиле величины нагрузки и др.

Данные технические средства имеют широкий спектр применения в спортивной практике, оздоровительной физической культуре, диагностике и физической реабилитации. Регулирование физической нагрузки по мощности работы или ЧСС позволяет проводить стандартные функциональные пробы с целью оценки физиологических и биохимических показателей организма спортсмена, диагностики напряжения функциональных систем (дыхания, кровообращения и др.). Задавая требуемую величину внешней нагрузки, можно решать задачи тренирующего, оздоровительного или реабилитационного характера с учётом возраста, пола, состояния и качества здоровья.

Исключительно для спортивной практики особое значение имеют максимальные функциональные пробы с использованием ступенчато или плавно нарастающей нагрузки до отказа, которую можно задавать на велоэргометре или тредбане, при обязательном обеспечении страховки спортсмена, особенно на последних ступенях нагрузки. Такие пробы, с регистрацией физиологических и биохимических параметров, позволяют получать информацию о резервных возможностях разных функциональных систем (дыхания, кровообращения, вегетативной регуляции и др.) в виде максимальных величин объёма выполненной работы, лёгочной вентиляции, ЧСС, минутного объёма кровообращения, потребления кислорода, кислородного долга, лактата, преобладания парасимпатической активности ВНС и т. п. Эти сведения, получаемые в период этапного контроля, учитываются тренером при планировании тренировочных нагрузок на перспективу.

Особый интерес представляет использование велоэргометра или тредбана для моделирования соревновательной деятельности в циклических видах спорта. Несмотря на внешнюю схожесть педалирования велосипедиста с работой на велоэргометре и бега легкоатлета по дорожке с бегом на тредбане, биомеханическая структура этих движений существенно различается, и, следовательно, работу на данных тренажёрах нельзя считать специфической даже для представителей обозначенных видов спорта. Однако это вовсе не означает, что работу на велоэргометре и тредбане, впрочем, как и на других эргометрических тренажёрах, нельзя использовать в качестве функциональной нагрузки, моделирующей специальную деятельность спортсмена.

В качестве примера можно привести простейшую модель «лыжной гонки» на велоэргометре (Бочаров М. И., 1998), имитирующей рельеф лыжного стадиона Малые Карелы г. Архангельска (рис. 3). В основу моделирования легли современные сведения об умеренной, средней и большой мощностях физических нагрузок, испытываемых лыжниками-гонщиками высокого класса. Модель лыжной гонки строго регламентировалась по времени (20 мин.), интенсивности (70 об.·мин.^-1) и мощности (на разных ступенях для мужчин – 2,3 и 4 Вт·кг; для женщин – 2, 2,5 и 3 Вт·кг,соответственно), что обеспечивало стандартизацию мышечной деятельности и её индивидуальную количественную оценку. Дополнительное использование инструментальных методов исследования позволяло определить: энергетическую стоимость «лыжной гонки» и её эффективность; мощность и ёмкость аэробной и анаэробной гликолитической систем; зоны оптимальных и низкоэффективных мощностей нагрузок.

 

 

Рис. 3. Примерная модель лыжной гонки по мощности (Вm · кг) и длительности (мин.) на велоэргометре

 

Даже ограничиваясь измерением одного физиологического параметра – частота сердечных сокращений, представляется возможным косвенно оценить эффективность мышечной работы на отдельных отрезках «дистанции» в виде отношения Δ Вт·кг· Δ ЧСС мин.^{- 1}, или, исходя из известных функциональных связей, по изменению ЧСС на дистанции можно судить о напряжённости функций, экономичности, интенсивности восстановительных процессов у индивидов. Кроме этого, корреляционная зависимость между ЧСС, зарегистрированной на отрезках модельной «дистанции», и истинным результатом в спортивной гонке может иметь важное не только диагностическое, но и прогностическое значение.

Например, с использованием данной модели (рис. 3) показано, что только в период развивающегося утомления обнаруживается прогностическая ценность ЧСС в отношении предсказания спортивного результата в лыжной гонке (табл. 6). Об этом свидетельствуют положительные значения коэффициентов корреляции лишь на отдельных отрезках второй половины «дистанции». Характерно, что здесь корреляции проявляются для таких функциональных состояний, как период времени (10 мин.), характеризующий способность организма к восстановлению макроэргов на фоне спада мышечной нагрузки, экономичности функций в период работы большой (16 – 17 мин.) и средней (19 мин.) мощности на финишном отрезке модельной гонки. Важно, что прогностическая ценность абсолютных значений ЧСС не одинакова для предсказания результата спортивной гонки на разных дистанциях (табл. 6).

Таблица 6