Влияние занятий с тяжестями на функциональное состояние сердечно-сосудистой и дыхательной систем юных тяжелоатлетов

Для изучения ритма сердечных сокращений у подростков и юношей использовался принцип непрерывной регистрации частоты пульса непосредственно во время мышечной деятельности. Такой подход позволил получить значительно большую информацию, чем в том случае, когда частота пульса регистрировалась лишь в восстановительном периоде. Используя непрерывную регистрацию при различных физических нагрузках такого важного показателя кровообращения, как частота пульса, можно получить представление о функциональных возможностях не только сердечно-сосудистой системы, но, в известной мере, и всего организма.

Частота пульса является весьма изменчивым показателем сердечной деятельности человека (табл. 4.4). Имеется много факторов, влияющих на уровень частоты пульса: воздействие окружающей среды, состояние испытуемого и т.д. (До начала проведения исследования проводилась беседа с подростками: мы знакомили их с условиями предстоящего эксперимента, поэтому эмоциональное возбуждение у большинства испытуемых в условиях лаборатории было небольшим, однако исключить его полностью мы, конечно, не могли.) Исследования показали, что частота пульса в исходном фоне у подростков соответствовала возрастным нормам. Из табл. 4.4 видно, что наименьшая частота пульса в исходном фоне была у юных штангистов. Известно, что развитие брадикардии является одним из признаков тренированности (Р.Е. Мотылянская).

Таблица 4.4

ЧСС в исходном фоне перед статическим напряжением

 

В деятельности сердечно-сосудистой системы выражена так называемая «предупредительная иннервация». Условно-рефлекторным путем она создает предпосылки рабочей установки еще до фактического начала работы (М.И. Виноградов). В наших исследованиях по результатам подсчета частоты пульса было отмечено предстартовое состояние как у тренированных подростков (22%), так и у их нетренированных сверстников (40%). Изучение врабатывания при динамической работе показало, что этот процесс протекает в две фазы: в первой (основной) фазе учащение сердцебиения происходит быстро и имеет линейный характер (Dransfeld, Mellerovich, A.A. Аруцев); во второй фазе линейность нарушается, частота пульса начинает нарастать постепенно. Наши исследования показали, что две фазы врабатывания выявляются и при статических напряжениях.

Длительность первой фазы была наибольшей у тренированных подростков (45 с) и юношей (47 с), а наименьшей – у нетренированных сверстников (25 с). У тренированных подростков также, как и у нетренированных сверстников и юношей, врабатывание заканчивалось в первом из пяти периодов статического напряжения, причем у спортсменов прирост частоты пульса по сравнению с нетренированными подростками был наибольшим и составлял соответственно 10,8 и 8,3 в мин. Наши исследования согласуются с данными Р.Е. Мотылянской, которая указывала, что больший диапазон усиления функции сердца при переходе от состояния мышечного покоя к мышечной деятельности, а также менее высокая величина ритма сердца в покое у спортсменов говорят об увеличении функциональных возможностей сердца. После окончания врабатывания частота пульса у тренированных подростков находилась в «устойчивом состоянии» до самого конца статического напряжения, в то время как у нетренированных сверстников и юношей наблюдалось волнообразное изменение пульса. Следует также отметить, что различия в частоте пульса до нагрузки и в конце усилия между юными тяжелоатлетами 13—14 лет и юношами – с одной стороны, и нетренированными подростками – с другой, сглаживались. Это подтверждает такой показатель, как средняя частота пульса за весь период статического напряжения. У тренированных подростков этот показатель равен 80 уд./мин, у нетренированных сверстников – 88 уд./мин и у юношей – 85 уд./мин.

При оценке качества регулирования во время статического напряжения необходимо знать, когда частота пульса достигает своих максимальных значений. Исследования показали, что во всех группах максимальная частота пульса регистрировалась в третьей части усилия, а не в пятой, как это можно было бы предположить, и обнаруживалась примерно в середине статического напряжения, выполняемого до отказа. В это время отмечалось появление начальных признаков утомления, которое сопровождалось дискоординацией функций, и для продолжения усилия требовалось волевое напряжение. Из табл. 4.5 видно, что время достижения максимального прироста частоты пульса наибольшее у юношей – 161 с. У тяжелоатлетов и нетренированных подростков оно было короче и составляло соответственно 120 и 121 с.

Таблица 4.5

Показатели частоты пульса во время статического напряжения в 1/3 максимальной силы до отказа

 

Зарегистрированное время достижения 1/2 максимального прироста частоты пульса у тренированных подростков оказалось меньше, чем у юношей, но больше, чем у нетренированных сверстников.

Для оценки качества регулирования мы использовали отношение времени достижения первой половины максимального прироста частоты пульса ко времени достижения последующей, второй половины максимального прироста. У тренированных подростков это отношение составляло 0,6; у юношей – 0,7 и у нетренированных подростков – 0,5.

Таким образом, у юных тяжелоатлетов увеличивалось как время достижения половины максимальной величины прироста пульса, так и относительное время, необходимое для достижения второй половины прироста. Принимая во внимание, что величина статического напряжения на всем протяжении усилия была неизменной, следует признать, что большее время достижения половинного и полного максимального прироста сердечного ритма у юных штангистов, так же как и у юношей, отражает лучшую приспособляемость сердечной деятельности к физическим нагрузкам по сравнению с нетренированными подростками. Максимальная частота пульса во время статического напряжения у исследуемых групп примерно одинакова (табл. 4.5). Выразив полученные данные в процентах к исходному фону, мы получим, что наибольший прирост оказывается у юных тяжелоатлетов (30,8%), а наименьший – у нетренированных подростков (19,4%). У юношей этот показатель равен 28,1%, т.е. несколько меньше, чем у юных штангистов.

Восстановление исходной частоты пульса во всех исследуемых группах происходило быстро. В табл. 4.5 показана частота пульса, подсчитанная за 10-секундные отрезки восстановительного периода (20—30 с, 50—60 с и т.д.). Из представленных данных видно, что уже к 30-й секунде частота пульса или возвратилась к исходному уровню, или приблизилась к нему. У тренированных подростков в первые 30 с восстановительного периода частота пульса была даже ниже (отрицательная фаза пульса), чем на 60—120 с. Восстановительный период у юных штангистов и нетренированных подростков был по характеру одинаков. Однако общая пульсовая сумма у юных штангистов была ниже, что говорит о более быстром восстановлении частоты пульса у спортсменов по сравнению с нетренированными сверстниками.

Непрерывная регистрация частоты пульса во время выполнения статических напряжений позволила использовать такие показатели, как «площадь регулирования» (ПР) и «коэффициент демпфирования» (КДФ) или, как его еще называют, «динамический коэффициент формы» для характеристики качества регулирования сердца. Эффективность использования этих показателей функционирования ССС во время мышечной работы убедительно показана в работах Р.А. Шабунина, Л.С. Дворкина и других авторов.

На рис. 4.1 показана схема расчета ПР и КДФ при непрерывной регистрации частоты пульса (при помощи стандартного электрокардиографа).

 

Рис. 4.1. Схема расчета ПР и КДФ частоты пульса (ЧП) при выполнении статического напряжения

 

в относительных единицах, кривая линия – динамика изменения частоты пульса, зарегистрированной до начала выполнения статического напряжения, во время его выполнения, в восстановительном периоде. S1, S2, S3, S4 – площадь исходного уровня в мм2; S5 – площадь статической работы в мм2; S6, S7, S8, S9 – площадь восстановительного периода в мм2.

ПР представляет собой площадь замкнутой области, ограниченную с одной стороны линией равномерного режима (в нашем примере – это средняя частота пульса в исходном фоне за 60 с до начала работы), а с другой – кривой переходного процесса (кривая изменения частоты пульса во время работы подсчитывалась за каждые 5—10 секунд). Чем меньше при прочих равных условиях ПР, тем лучше качество регулирования ССС, а значит, и приспособительные возможности сердечно-сосудистой системы, и наоборот. Величина ПР находится планиметрическим путем и выражается в мм².

КДФ представляет собой отношение суммы площадей, расположенных над линией равновесного режима, к сумме площадей, расположенных под этой линией (рис. 4.1).

Этот показатель характеризует степень успокоения (демпфирования) физиологической системы после выполнения мышечной работы. КДФ выражается в относительных единицах. Чем меньше величина КДФ, тем выше степень восстановления, а значит, и качество регулирования сердечно-сосудистой системы, и наоборот.

Итак, для получения более полного представления о качестве регулирования частоты пульса была определена площадь регулирования у 30 человек (по 15 в каждой группе) за 3 минуты восстановительного периода. Планиметрическим способом определялись суммы площадей, расположенных над линией исходного фона и ниже ее. Корреляционная зависимость говорит о том, что большинство значений сосредоточено в пределах коэффициента демпфирования (КДФ), равного 0—1,5, и общей площади регулирования в 20—70 условных единицах. Незначительная величина КДФ, отмеченная у большинства испытуемых, указывает на то, что в восстановительном периоде наблюдается «отрицательная фаза» пульса (снижение частоты пульса после нагрузки ниже исходного уровня). В связи с этим величину КДФ-1,5 можно рассматривать как показатель передемпфирования, т.е. замедленного восстановления. Наиболее часто подобные случаи были отмечены у нетренированных подростков, причем у двоих КДФ равнялся 12,7 и 7,25.

У юных штангистов КДФ был наименьшим, что указывает на быстрое восстановление исходного уровня. Однако это восстановление происходило на фоне слабо задемпфированного (фазного) колебательного процесса со значительной общей площадью регулирования. Такой фазный процесс восстановления считается критерием действия регуляторного механизма, связанного с центральной нервной системой, и отражает в данном случае, видимо, более высокую возбудимость тренированных подростков по сравнению с нетренированными.

Во всех группах сумма частоты пульса за 3 минуты восстановительного периода была меньше, чем за то же время в предрабочий период. Эти данные говорят, во-первых, о том, что примененная физическая нагрузка не являлась значительной, и, во-вторых, в восстановительном периоде обнаруживалась так называемая «отрицательная фаза» пульса.

Как показали наши исследования, «отрицательная фаза» пульса наблюдалась как у тренированных, так и у нетренированных подростков и юношей.

Если «отрицательная фаза» пульса встречается, как правило, во всех группах, то дополнительное учащение сердечного ритма в восстановительном периоде по сравнению с концом усилия (аналог феномена Линдгарда) для статических напряжений небольших групп мышц не характерно и было отмечено лишь в единичных случаях.

Таким образом, непрерывная регистрация частоты пульса дала возможность применить кибернетический подход для оценки качества регулирования сердечно-сосудистой системы. Такой подход позволил установить, что по большинству показателей частоты пульса (средняя частота пульса, площадь регулирования, динамический коэффициент формы, общая пульсовая сумма, максимальный прирост частоты пульса и т.д.) юные спортсмены превзошли своих нетренированных сверстников, а в отдельных случаях – и юношей.

Проводя комплексные физиологические исследования двигательного аппарата и сердечно-сосудистой системы, мы, естественно, заинтересовались вопросом влияния статических напряжений на функционирование дыхательного аппарата тренированных и нетренированных подростков. Полученные результаты сравнивались с данными юношей (Р.А. Шабунин).

Частота дыхания в исходном фоне у тренированных подростков составляла 20+1,05; у нетренированных – 21,1+0,7 и у юношей – 17,9+1,79 в мин, т.е. значительно меньше, чем у подростков. Эти результаты несколько превышали величины частоты дыхания у подростков 14 лет, зарегистрированные в условиях покоя НА Шалковым.

Статическое напряжение мышц кисти и предплечья в 1/3 максимальной силы привело к увеличению частоты дыхания. Это увеличение во всех группах испытуемых было примерно одинаковым.

После окончания врабатывания, начиная со второй части статического напряжения, частота дыхания у тренированных подростков, так же как и у нетренированных сверстников, стабилизировалась. В конце статического напряжения, когда испытуемый уже не может поддерживать мышечное напряжение на заданном уровне, частота дыхания у тренированных подростков несколько возрастает. Вместе с тем у нетренированных сверстников не отмечалось прироста частоты дыхания после первоначального увеличения. Казалось бы, на основании этого можно говорить о более совершенной регуляции функции дыхательного аппарата у нетренированных подростков по сравнению с тренированными. Однако нельзя не учитывать тот факт, что мышечная нагрузка у нетренированных подростков была меньше, чем у тренированных. Как уже отмечалось, у юных тяжелоатлетов величина усилия и продолжительность статического напряжения были значительно больше, чем у нетренированных подростков (соответственно на 25 и 15%). В связи с этим тренированным подросткам приходилось преодолевать утомление при большем напряжении организма, чем нетренированным. Принимая во внимание данный факт, мы считаем, что регуляционная деятельность дыхания у юных тяжелоатлетов вполне адекватна мышечной работе.

После окончания статического напряжения частота дыхания уже на 20-й секунде восстановительного периода у большинства испытуемых достигает исходной величины. Дальнейшее восстановление частоты дыхания у тренированных и нетренированных подростков носило волнообразный характер, а у юношей – линейный, имеющий тенденцию к увеличению.

В каждой группе выявлялись испытуемые, у которых в восстановительном периоде регистрировалась «отрицательная фаза» частоты дыхания: у тренированных подростков – в 12,5% случаев, а у нетренированных – в 16,5%. Однако в 27,7% случаев у тренированных и в 42,8% у нетренированных подростков наблюдалось увеличение частоты дыхания.

Таким образом, исследования показали, что у юных тяжелоатлетов частота дыхания в исходном фоне и во время статического напряжения была меньше, чем у нетренированных подростков. Характер сдвигов данного показателя во время статического напряжения и в период восстановления у тренированных подростков мало чем отличался от такового у нетренированных.

Глубина дыхания у всех испытуемых во время статического напряжения в 1/3 максимальной силы была подвержена большим изменениям, чем частота. Глубина дыхания постоянно изменяется не только во время статического напряжения, но и в восстановительном периоде.

Вместе с тем было отмечено близкое по своему характеру изменение кривой глубины дыхания у тренированных подростков и юношей, которое в целом на всем протяжении статического напряжения было ниже исходной величины.

Напомним, что наступление чувства усталости у тренированных подростков отмечалось в среднем на 157 ± 19 секунде, а у нетренированных – на 123 ± 12. Поэтому выраженная волнообразность изменения кривой глубины дыхания у юных штангистов (отмеченная между 140—180 с) приходится на период наступления утомления и его преодоления.

Средние данные, конечно, не отражают всех особенностей изменения дыхания подростков. Индивидуальный анализ пневмограммы показал, что в период преодоления утомления у нетренированных подростков значительно чаще, чем у юных спортсменов и юношей, регистрируется задержка дыхания. Сразу же после окончания статического напряжения глубина дыхания у всех испытуемых стала возвращаться к исходной величине.

Однако если в дальнейшем этот показатель у юных штангистов продолжает увеличиваться до исходной величины, то у нетренированных подростков, наоборот, наблюдается заметное снижение ее даже до более низкой величины, которое отмечалось во время статического напряжения. У юношей глубина дыхания в восстановительном периоде несколько превысила исходную величину. Характер кривой при восстановлении глубины дыхания у тренированных подростков больше соответствовал тому, что наблюдался у юношей, чем у нетренированных подростков.

В данной работе была сделана попытка найти связь между ускорением частоты пульса и изменением глубины дыхания. Какой-либо отчетливой корреляции на всем протяжении статического напряжения между этими показателями ни в одной группе обнаружить не удалось. Однако в начале статического напряжения наименьшая корреляция оказалась у нетренированных подростков, а наибольшая – у тренированных (соответственно +0,19 и +0,87),у юношей в это время коэффициент корреляции составлял +0,6. В дальнейшем, до конца статического напряжения корреляционное соотношение во всех группах было нестабильным.

Таким образом, наши исследования показали, что тренировки способствуют выработке приспособительных механизмов, обеспечивающих адекватное дыхание при длительной статической нагрузке. Систематические тренировки приводят к развитию и совершенствованию моторно-висцеральных рефлексов, которые обеспечивают взаимодействие между двигательным аппаратом, сердечно-сосудистой системой и дыхательной функцией человека.