Влияние физической нагрузки на частоту сердечных сокращений

Изменения частоты сердечных сокращений (ЧСС) во время физической нагрузки хорошо изучены, так как ЧСС является легко измеряемым объективным показателем. Поэтому частота сердечных сокращений широко используется для наблюдений за характером приспособительных реакций организма к физической нагрузке и для оценки процессов адаптации. Динамика значений частоты сердечных сокращений при физической нагрузке зависит от состояния здоровья и физической работоспособности обследуемого. Определенное влияние на динамику частоты сердечных сокращений оказывает величина, интенсивность и продолжительность выполняемой физической нагрузки, однако при этом необходимо учитывать также воздействие окружающей среды (температура и влажность воздуха, условия средне- или высокогорья и т.д.). Знания об изменениях частоты сердечных сокращений при выполнении физической нагрузки необходимы для анализа и оценки деятельности организма, для расчета границ интенсивности нагрузки тренировочных зон, а также используются при составлении и реализации тренировочных и оздоровительных программ для спортсменов и физкультурников (Карпман, Любина, 1982; Меркулова, Хрущев, Хельбин, 1989; Земцовский, 1999; Ландырь, Ачкасов, 2011; Janssen, 1987, 2001; Bourdon, 2000; Winter et al., 2007).

Под воздействием физической нагрузки частота сердечных сокращений повышается. Анализ изменений ЧСС показывает, что под воздействием разных видов физической нагрузки возникают специфические реакции приспособления, которые необходимо учитывать при анализе зарегистрированных изменений. На частоту сердечных сокращений при выполнении физической нагрузки оказывает влияние ее величина и интенсивность. Между величиной и интенсивностью выполняемой нагрузки и ЧСС отмечается тесная корреляционная связь: чем выше величина и интенсивность нагрузки, тем выше частота сердечных сокращений. На изменения величины и интенсивности выполняемой физической нагрузки организм реагирует соответственным повышением или понижением частоты сердечных сокращений. Динамика изменений частоты сердечных сокращений зависит также от направленности выполняемой нагрузки, так как скоростная, силовая нагрузка, работа на развитие координации или выносливости вызывают разную амплитуду сдвигов частоты сердечных сокращений.

При всей сложности адаптивных реакций организма на физическую нагрузку можно выделить основные варианты изменений частоты сердечных сокращений при нагрузках разного характера.

Физическая нагрузка определенной мощности и продолжительности называется однократной. Под влиянием однократной физической нагрузки ЧСС в начале выполнения нагрузки повышается, затем стабилизируется на определенном уровне, формируется так называемое устойчивое состояние (steady state), а после прекращения нагрузки восстанавливается до исходного уровня (рис. 5).

физическая нагрузка

Рис. 5. Динамика изменений частоты сердечных сокращений при выполнении однократной физической нагрузки

Время, за которое частота сердечных сокращений поднимается от исходных значений до уровня устойчивого состояния, отражает период врабатывания организма и называется переходным периодом врабатывания. При маленьких нагрузках переходный период короткий, так как под их воздействием амплитуда изменений ЧСС небольшая. При нагрузках средней мощности переходный период становится продолжительнее, а наиболее продолжительный переходный период отмечается при нагрузках субмаксимальной и максимальной мощности.

Формирование устойчивого состояния указывает на достижение организмом условного равновесия, когда требования, предъявляемые организму, полностью удовлетворяются его приспособительными механизмами. Уровень формирования устойчивого состояния ЧСС определяется мощностью выполняемой нагрузки и функциональными возможностями организма. В спортивной и клинической медицине уровень устойчивого состояния при стандартных нагрузках используется для оценки функциональных возможностей организма. При физических нагрузках очень большой (критической) мощности устойчивое состояние может не сформироваться, поскольку требования к организму превышают его адаптационные возможности, при этом отмечается продолжающееся повышение частоты сердечных сокращений на ступени выполняемой физической нагрузки.

По окончании выполнения физической нагрузки отмечается переходный период восстановления, во время которого повышенные значения ЧСС восстанавливаются до исходного уровня.

Изменения частоты сердечных сокращений при выполнении однократной физической нагрузки можно использовать для оценки функционального состояния организма. Если два обследуемых выполнили стандартную нагрузку, то более высокое функциональное состояние определяется у того обследуемого, у которого при выполнении данной нагрузки на уровне устойчивого состояния частота сердечных сокращений оказалась более низкой. Соответственно функциональное состояние организма будет ниже у того обследуемого, у которого ЧСС устойчивого состояния при выполнении стандартной нагрузки была выше (рис. 6).

физическая нагрузка

Рис. 6. Оценка значений ЧССустойчивого состояния при выполнении однократной стандартной физической нагрузки разными обследуемыми

По окончании физической нагрузки начинается восстановительный период, во время которого частота сердечных сокращений снижается до уровня, предшествовавшего нагрузке. Функциональное состояние организма является определяющим в скорости восстановления: чем выше функциональное состояние организма, тем короче восстановительный период. На продолжительность восстановительного периода значительное влияние оказывает абсолютная величина значений частоты сердечных сокращений по окончании нагрузки. Если абсолютные значения ЧСС в конце физической нагрузки превышают 190 уд/мин, то процесс восстановления будет более продолжительным, чем при значениях ЧСС, едва превышающих 160 уд/мин.

В случае использования при тестировании ступенеобразно повышающихся нагрузок можно рассматривать динамику частоты сердечных сокращений на каждой ступени нагрузки как однократную (рис. 7).

При выполнении ступенеобразно повышающейся физической нагрузки можно выделить переходный период врабатывания и устойчивое состояние на каждом этапе нагрузки. Адаптация к нагрузке

Динамика изменений частоты сердечных сокращений при ступенеобразно повышающейся мощности физической нагрузки

Рис. 7 .Динамика изменений частоты сердечных сокращений при ступенеобразно повышающейся мощности физической нагрузки

повышающейся мощности требует от организма большего напряжения, что проявляется ростом значений частоты сердечных сокращений устойчивого состояния и удлинением переходного периода врабативания (ступени N^N4). При выполнении критической нагрузки, превышающей адаптационные возможности организма (ступень N5), происходит повышение частоты сердечных сокращений на всем протяжении выполнения нагрузки и устойчивое состояние на этой ступени не формируется.

В функциональной диагностике представленный подход является основным при анализе и оценке результатов нагрузочных тестов с дозированной физической нагрузкой на велоэргометре, бегущей дорожке, гребном эргометре и т.д.

За развитием адаптационных возможностей организма при проведении тренировочного процесса или оздоровительных занятий можно следить по реакции частоты сердечных сокращений на повторные стандартные физические нагрузки. Промежуток между повторными обследованиями должен быть не менее 10-12 недель, чтобы за это время в организме успели сформироваться устойчивые функциональные и морфологические адаптационные изменения, которые можно зарегистрировать и проанализировать.

Организм спортсмена адаптируется к применяемым в тренировочном процессе физическим нагрузкам, поэтому для достижения развивающего эффекта необходимо использование вариативности физических нагрузок при ведении тренировочного процесса, заключающееся в периодическом повышении величины, продолжительности и интенсивности используемых в тренировках физических нагрузок.

Для наблюдения за динамикой изменений ЧСС у обследуемых во время выполнения физической нагрузки используются велоэргометры специальной конструкции, позволяющие задавать нагрузку непрерывно повышающейся мощности. Исследования показали (Sjostrand, 1947; Wahlund, 1948), что между мощностью выполняемой нагрузки и частотой сердечных сокращений имеется тесная связь: чем больше мощность выполняемой нагрузки, тем выше частота сердечных сокращений у обследуемого. При тестировании на бегущей дорожке выявили аналогичную зависимость между скоростью движения обследуемого и частотой сердечных сокращений. Наиболее тесная зависимость между мощностью (скоростью) выполняемой нагрузки и частотой сердечных сокращений находится в диапазоне от 90 до 170 уд/мин. В ранее выполненных работах

(Карпман и др., 1988; Conconi et al., 1982,1996) было выявлено, что при дальнейшем повышении мощности (скорости) нагрузки связь ослабевает, величине прироста мощности (скорости) нагрузки соответствует меньшее повышение ЧСС. На графике зависимости мощности (скорости) и частоты сердечных сокращений продолжается подъем частоты сердечных сокращений, но под другим углом. Изменение угла подъема ЧСС при выполнении физической нагрузки повышающейся мощности (скорости) позволило Conconi (1982,1996) разработать методику определения порога анаэробного обмена. Однако использование современной техники регистрации ЧСС выявило, что у спортсменов линеарная зависимость между ЧСС и мощностью (скоростью) нагрузки определяется во всем диапазоне нагрузок, от легкой до максимальной (рис. 8). При этом вели-

мощность

(СКОРОСТЬ)

Рис. 8. Зависимость между частотой сердечных сокращений и непрерывно повышающейся мощностью (скоростью) физической нагрузки

чина угла подъема линеарной зависимости определяется индивидуальными особенностями обследуемого: состоянием здоровья, функциональным состоянием организма, возрастом и полом обследуемого.

Выявленный при тестировании угол наклона графической зависимости между частотой сердечных сокращений и мощностью (скоростью) выполняемой нагрузки определяется функциональным состоянием организма. При динамическом наблюдении за обследуемыми установлено (Карпман и др., 1988), что повышение функционального состояния организма под воздействием тренировочного процесса вызывает сдвиг зависимости между частотой сердечных сокращений и мощностью (скоростью) выполняемой нагрузки вправо, а снижение функционального состояния из-за недостаточной физической активности, перенесенной болезни или травмы -сдвигает описываемую зависимость влево (рис. 9).

МОЩНОСТЬ

Рис. 9. Влияние изменения функционального состояния организма на зависимость между частотой сердечных сокращений и мощностью выполняемой нагрузки

На принципе зависимости между частотой сердечных сокращений и мощностью (скоростью) выполняемой нагрузки разработаны субмаксимальные тесты (Карпман и др., 1988; Белоцерковский, 2005) для определения общей физической работоспособности (physical working capacity) на велоэргометре (PWC170) и движущейся дорожке (PWC170 V). Общая физическая работоспособность, определяемая при помощи велоэргометрического теста PWC170, соответствует мощности нагрузки, выполняемой обследуемым при частоте сердечных сокращений, равной 170 уд/мин. Необходимо отметить, что на этом уровне частоты сердечных сокращений отмечается оптимизация деятельности сердечно-сосудистой и дыхательной систем по интенсификации транспорта кислорода в работающие мышцы. Абсолютные результаты теста выражаются в единицах мощности - ваттах (Вт), а относительные - в ваттах на килограмм массы тела (Вт/кг). При тестировании на движущейся дорожке общая физическая работоспособность обследуемого равна скорости движения при частоте сердечных сокращений 170 уд/мин. Результаты теста выдаются в единицах скорости (км/час или м/сек), но могут также переводиться в единицы мощности.

Для занимающихся оздоровительной физической культурой среднего и пожилого возраста рассчитывается величина общей физической работоспособности по величине мощности или скорости нагрузки при частоте сердечных сокращений 150 (PWC150) или 130 (PWC130) ударов в минуту. У обследуемых среднего и пожилого возраста максимальная частота сердечных сокращений с возрастом уменьшается, поэтому у лиц среднего возраста субмаксимальная нагрузка отмечается при частоте сердечных сокращений 150 ударов в минуту, а у лиц пожилого возраста - 130 ударов в минуту. Тест PWC170 для определения физической работоспособности обследуемых среднего и пожилого возраста не подходит, поскольку в таком возрасте становится тестом с максимальной физической нагрузкой с сопутствующей опасностью перегрузок и осложнений.

Для оценки физической работоспособности у спортсменов разных видов спорта разработаны соответствующие стандарты (Карп-ман и др., 1988; Белоцерковский, 2005). Аналогичные оценочные шкалы и стандарты абсолютной и относительной физической работоспособности разработаны для здоровых нетренированных лиц (Landdr et al., 1997).

У спортсменов разных видов спорта на основании зависимости между частотой сердечных сокращений и специфической спортивной деятельностью разработан метод оценки специальной физической работоспособности у лыжников, бегунов, велосипедистов, гребцов, штангистов, фигуристов и у представителей других видов спорта (Карпман и др., 1988; Белоцерковский, 2005).

На протяжении годичного тренировочного цикла при выполнении тестирующих нагрузок отмечается определенная динамика частоты сердечных сокращений, особенно у представителей видов спорта на развитие выносливости. В подготовительном периоде преобладают тренировки, направленные на выполнение повышенных объемных нагрузок и развитие силы. При этом по мере развития физической работоспособности спортсмена частота сердечных сокращений при выполнении стандартной нагрузки снижается, что свидетельствует о развитии экономичности мышечной деятельности и повышении функционального состояния организма. В соревновательном периоде экономичность организма спортсмена снижается под влиянием возрастающей доли нагрузок на развитие максимальной скорости и скоростной выносливости в процессе тренировочной и соревновательной деятельности. Поэтому в соревновательном периоде отмечается повышение частоты сердечных сокращений при выполнении стандартной тестирующей нагрузки по сравнению с подготовительным периодом. Спортсмены и тренеры для наблюдения за этими изменениями используют контрольные тесты, когда в аналогичных условиях выполняются конкретные действия: прохождение отрезков (кругов) с максимальной скоростью, выполнение специфических для конкретного вида спорта элементов на время, выполнение силовых упражнений до максимума и т.д. Осуществляемая при этом одновременная регистрация частоты сердечных сокращений позволяет оценить степень напряжения организма, получить данные для сравнения с предыдущими результатами тестирования.

Максимальная частота сердечных сокращений (ЧССмакс) при выполнении физической нагрузки показывает, до какого уровня поднимаются значения частоты сердечных сокращений при выполнении нагрузки максимальной мощности (скорости) или интенсивности. Этот показатель наиболее точно отражает способность организма к выполнению физической нагрузки максимальной мощности. Оптимальной максимальной ЧСС у спортсменов является диапазон 180-200 уд/мин. Более высокие значения, превышающие 200 уд/мин, становятся гемодинамически неэффективными, так как из-за очень короткой длительности диастолы желудочки сердца не успевают полностью наполняться кровью и ударный объем крови начинает уменьшаться. Максимальная частота сердечных сокращений при физической нагрузке у спортсменов определяется в лабораторных и тренировочных условиях, а у лиц, занимающихся оздоровительной физической культурой, рассчитывается по формулам.

В лабораторных условиях для определения максимальной частоты сердечных сокращений у спортсменов используются критические ступенеобразно повышающиеся нагрузки «до отказа» (неспособности продолжать выполнение теста) или выполнение спурта (максимальной скорости выполнения нагрузки) на заключительном этапе тестирования. Измеренное при этом наивысшее значение ЧСС является максимальной частотой сердечных сокращений обследуемого спортсмена.

При определении максимальной частоты сердечных сокращений в тренировочных условиях спортсмен должен выполнять специфическую нагрузку для своего вида спорта. После выполнения разминки спортсмен некоторое время (6-12 мин) выполняет специфические упражнения (бег, бег на лыжах, езда на велосипеде, плавание, гребля и т.д.) с напряжением 70-80% от максимального, затем повышает интенсивность до 80-95% от максимума (в течение 2— 3 мин) и заканчивает выполнение упражнения максимальным напряжением, в виде спурта, в течение 20-30 сек. Наивысшее значение ЧСС, зафиксированное при выполнении спурта, соответствует максимальному значению частоты сердечных сокращений обследуемого спортсмена.

У занимающихся оздоровительной физической культурой максимальная частота сердечных сокращений имеет тенденцию к снижению с увеличением возраста, примерно на одно сердечное сокращение за год. Поэтому для расчета максимальной частоты сердечных сокращений используются разработанные экспериментальным способом формулы (ACSM, 2006). Для лиц, целью занятий которых является повышение функционального состояния организма и которые раньше не занимались спортом, предложена формула:

ЧССмакс = 220 - возраст (в годах)

Пример 2. У 50-летнего обследуемого максимальная частота сердечных сокращений составляет 170уд/мин (ЧССмакс — 220 — 50- 170).

Следующую формулу (ACSM, 2006) могут использовать бывшие спортсмены и лица, занимающиеся тяжелым физическим трудом:

ЧССмакс = 205 - 0,5 х возраст (в годах)

Значения максимальной частоты сердечных сокращений, полученные при помощи этой формулы, более высокие, чем рассчитанные при помощи предыдущей формулы.

Пример 3. У обследуемого в том же возрасте (50 лет) максимальная ЧСС будет выше, равной 180уд/мин.

ЧССмакс = 205 - 0,5 х 50 = 205 - 25-180уд/мин

На основании значений максимальной частоты сердечных сокращений рассчитывается интенсивность выполняемой физической нагрузки у спортсменов и физкультурников, а сами значения являются определяющими при расчете границ интенсивности тренировочных зон для лиц, занимающихся оздоровительной физической культурой.

Резерв частоты сердечных сокращений (ЧССрез) показывает величину разности между значением максимальной частоты сердечных сокращений и частоты сердечных сокращений в состоянии мышечного покоя (Karvonen et al., 1957).

ЧСС = чес - ЧСС

1VyVzpc3 1<х'-"макс 1'^'^покоя

Чем больше у обследуемого резерв частоты сердечных сокращений, тем выше диапазон приспособительных механизмов его организма.

Пример 4. Расчет резерва частоты сердечных сокращений для 30-летнего обследуемого, у которого ЧСС покоя составляет 70 уд/мин.

ЧССрез = (220 - 30) -70 = 190 -70 = 120 уд/мин

У данного обследуемого диапазон подъема ЧСС составляет 120 уд/мин.

Пример 5. Расчет резерва частоты сердечных сокращений для обследуемого того же возраста, но у которого ЧСС покоя составляет 50 уд/мин.

ЧССрез = (220 - 30) -50= 190 -50= 140 уд/мин

У обследуемого диапазон подъема частоты сердечных сокращений составляет 140уд/мин, что значительно выше, чему обследуемого того же возраста в предыдущем примере.

Больший резерв частоты сердечных сокращений указывает на возможность выполнять более высокие нагрузки, на более широкий диапазон приспособительных механизмов организма. Резерв частоты сердечных сокращений может использоваться при расчете границ интенсивности тренировочных зон спортсменов и лиц, занимающихся оздоровительной физической культурой.

Высокая температура и влажность воздуха повышают частоту сердечных сокращений при выполнении физической нагрузки (Коц, 1986; Уилмор, Костил, 2001; Булатова, 2003; Janssen, 1987). Для обеспечения адекватной терморегуляции организма повышается скорость кровотока, растет частота и глубина дыхания, расширяются сосуды кожи, чтобы увеличить отдачу тепла через кожу и легкие. В дальнейшем усиливается потоотделение, что при продолжительной нагрузке может вести к потере жидкости организмом.

Поэтому для получения достоверных результатов при выполнении теста с физической нагрузкой температура воздуха в помещении должна быть оптимальной (+18-+22°С) при влажности 50-70%. В помещении, где проводится тестирование, для регуляции температуры воздуха необходимо использовать кондиционеры.

Употребление крепкого чая и кофе, эрготоников повышает частоту сердечных сокращений при выполнении физической нагрузки. Поэтому их употребление до выполнения нагрузки нежелательно, так как затрудняет функционирование организма, тем самым оказывая влияние на результаты тестирования.

Лекарства могут как повышать, так и понижать частоту сердечных сокращений во время физической нагрузки, тем самым оказывать значительное влияние на адаптацию организма к физической нагрузке и на результаты теста. При проведении тестирования обследуемый должен уведомить врача о всех принимаемых препаратах, чтобы при оценке результатов проведенного теста врач мог принять во внимание оказываемое действие препаратов на организм и при необходимости дать совет по их применению с учетом результатов обследования.

По окончании выполнения физической нагрузки начинается восстановительный период, в течение которого частота сердечных сокращений возвращается к донагрузочным значениям. Скорость восстановления ЧСС определяется состоянием здоровья и уровнем функционального состояния организма, степенью тренированности обследуемого. При этом отмечается следующая зависимость: чем выше функциональное состояние организма, тем быстрее протекает восстановление повышенных значений частоты сердечных сокращений до исходных. В основе оценки скорости процесса восстановления лежит наблюдение за динамикой восстановления частоты сердечных сокращений. Если у двух обследуемых после выполнения стандартной физической нагрузки значения частоты сердечных сокращений были равны, то функциональное состояние лучше у того обследуемого, у которого частота сердечных сокращений после выполнения нагрузки восстанавливается быстрее (рис. 10).

ЧСС

нагрузка

Рис. 10. Оценка функционального состояния организма по скорости восстановления ЧСС после выполнения стандартной физической нагрузки

У обследуемого с замедленным восстановлением функциональное состояние оценивается как более низкое. При этом необходимо выяснить возможные причины замедления восстановления (высокие тренировочные или соревновательные нагрузки, болезнь, усталость и т.д.).

Зависимость между скоростью восстановления частоты сердечных сокращений и функциональным состоянием организма используется при определении физической работоспособности организма с помощью степ-тестов (Broucha, 1943). После выполнения физической нагрузки в виде восхождения на ступеньку заданной высоты в определенном темпе за указанное время подсчитывается сумма значений частоты сердечных сокращений за конкретный период времени восстановительного периода. По величине подсчитанной суммы значений частоты сердечных сокращений рассчитывается индекс степ-теста. Оценка общей физической работоспособности обследуемого дается по величине индекса степ-теста с помощью соответствующей шкалы оценки.

Для оценки скорости восстановления ЧСС у обследуемых после выполнения теста с субмаксимальной нагрузкой можно использовать пульс-сумму восстановления за 3 минуты (ПСВ3). Для определения пульс-суммы восстановления суммируются значения ЧСС, зарегистрированные на первой, второй и третьей минутах восстановительного периода.

псв3 = ЧСС1МИН + чсс2мин + чсс3мин

Корректная оценка скорости восстановления возможна только в том случае, если у обследуемого в конце выполнения нагрузки частота сердечных сокращений была в диапазоне 160-190 уд/мин (табл. 2). Оценка скорости восстановления обследуемого при значениях ЧСС во время окончания нагрузки менее 160 уд/мин или более 190 уд/мин повышает вероятность ошибки.

Таблица 2

Оценка скорости восстановления частоты сердечных сокращений по пульс-сумме восстановления за 3 минуты

Пульс-сумма восстановления за 3 минуты

Оценка скорости восстановления

>450

очень медленная

426-450

замедленная

400-425

нормальная

<400

высокая

Для занимающихся оздоровительной физической культурой в возрасте свыше 40 лет оценка скорости восстановления ЧСС может проводиться по величине значения ЧСС на 5 мин восстановительного периода (табл. 3).

Таблица 3

Оценка скорости восстановления частоты сердечных сокращений

Частота сердечных сокращений на 5 мин восстановительного периода

Оценка скорости восстановления

исходная ЧСС + менее 15% от исходной

нормальная

исходная ЧСС + от 15 до 30% от исходной

замедленная

исходная ЧСС + более 30% от исходной

очень медленная

Пример 6. У обследуемого с исходной ЧСС 80 уд/мин при нормальной скорости восстановления ЧСС на 5-й минуте должна быть меньше 92 уд/мин.

ЧСС5мин = 80 уд/мин (исходная ЧСС) + 12 (15% от исходной) = 92 уд/мин

У обследуемого с исходной величиной ЧСС 80 уд/мин значения частоты сердечных сокращений на 5-й минуте восстановительного периода, находящиеся в диапазоне 92-104 уд/мин (в пределах от 15 до 30% выше от исходной), свидетельствуют о замедленной скорости восстановления. А значения ЧСС на 5-й минуте восстановительного периода более 104 уд/мин (выше 30% от исходной) указывают на очень медленную скорость восстановления.

По динамике частоты сердечных сокращений в восстановительном периоде определяется физическая работоспособность обследуемого методом степэргометрии и оценивается скорость восстановления организма после выполнения физической нагрузки.

 
Посмотреть оригинал
< Пред   СОДЕРЖАНИЕ   ОРИГИНАЛ   След >