Abstract ONCE AGAIN TO QUESTION ON "THRESHOLD" CONCEPT (Or how many all of "thresholds" exists actually) M.R. Smirnov, Dr. Hab., professor Novosibirsk state pedagogical university, Novosibirsk Key words: "threshold" concept, anaerobical threshold, aerobical threshold, "pulse structure", complete biopower spectrum. The author introduces a reader into the essense of the new concept of the complete biopower spectrum in connection with the traditional interpretations of the "tresholds" concepts. He shows quite new perspectives of sports training organization basing on the methodological opportunities of his innovational ideas of "pulse structure" and their role in training loads efficiency's improvement.
|
ЕЩЕ РАЗ К ВОПРОСУ О
ПОРОГОВОЙ КОНЦЕПЦИИ Доктор педагогических наук,
профессор М. Р. Смирнов Ключевые слова: "пороговая" концепция, анаэробный порог, аэробный порог, "пульсовой профиль", полный биоэнергетический спектр. Идея данной статьи родилась совершенно случайно, после того как в процессе работы над другой темой были получены весьма неожиданные результаты. Все началось с попытки построить "пульсовой профиль" полного биоэнергетического спектра (ПБЭС). В этом году исполняется 15 лет с того момента, когда автора этих строк осенила мысль о существовании такого спектра. Однако задача построения "пульсового профиля" никогда не была для нас актуальной, так как использование методики, основанной на ПБЭС, подразумевает иные принципы. Напомним, что полный ПБЭС состоит из 17 метаболических источников (9 основных и 8 промежуточных, переходных), каждый из которых представлен двумя составляющими: мощностной и емкостной. Усиление конкретной составляющей достигается тренировочной нагрузкой в адекватном метрическом или временном диапазоне, называемом "метаболический режим". Обозначенный подход как бы оставлял за скобками такой привычный элемент технологии тренировочного процесса, как измерение ЧСС (для идентификации проделываемой работы). Любой тренер-практик, перешедший на новую методику, быстро отвыкал от этой процедуры, так как при использовании научно обоснованных параметров тренировочного процесса (взятых из специальных таблиц), он не только имел полную ясность относительно того, в какой биоэнергетической зоне функционирует организм тренируемого спортсмена, но даже располагал достаточно точными данными о величине адаптационного резерва, остающегося в организме занимающегося. Кроме того, в многочисленных публикациях нами разъяснялось, что на значительной части ПБЭС идентификация биоэнергетических зон по пульсу вообще невозможна в силу ряда причин. Именно поэтому вопрос о "пульсовом профиле" ПБЭС не интересовал автора новой методики в течение долгих 15 лет. Обратиться к изучению этой проблемы заставило внедрение прогрессивной методики в различные циклические виды спорта (напомним, что в свое время данная методика была разработана на примере беговых видов легкой атлетики). Проведение исследований в таких видах, как плавание и лыжный спорт (с использованием ЧСС-монитора финской фирмы "Polar", позволяющего весьма точно выдерживать и фиксировать пульсовой режим), привело к необходимости построения пульсового профиля хотя бы для той части ПБЭС, где это возможно. Только так можно было очертить временные и метрические границы конкретных биоэнергетических зон и сделать хотя бы приближенное заключение о знаменателе прогрессии, связывающей метрические границы (как известно, в беге метрические границы всех биоэнергетических диапазонов для спортсменов конкретного спортивно-квалификационного уровня связывает зависимость, являющаяся геометрической прогресси ей со знаменателем 2). При построении пульсового профиля ПБЭС была использована классическая зависимость ЧСС= f(N), где N - мощность нагрузки, с той лишь разницей, что в качестве мощности фигурировала не внешняя, механическая, мощность физической нагрузки (в ваттах), а мощность внутренних метаболических источников энергии в организме спортсмена (в мольАТФ/мин). При этом была использована таблица примерных значений мощности основных метаболических источников, входящих в полный биоэнергетический спектр (табл. 1). В ней согласно гипотезе, высказанной и обоснованной в свое время автором настоящей статьи, максимальные значения мощности 9 основных метаболических источников связывает все та же закономерность - геометрическая прогрессия со знаменателем 2 [3]. Здесь следует подчеркнуть два принципиальных аспекта используемого подхода: во-первых, пульсовой профиль строится не для конкретного человека, а для контингента одинакового спортивно-квалификационного уровня (аналогично схеме полного биоэнергетического спектра); и, во-вторых, при таком подходе на графике ЧСС = f (N) не следует искать прямолинейный участок прямой пропорциональной зависимости, к которому привыкли экспериментаторы, использующие велотренажерную нагрузку в ваттах при обследовании конкретного спортсмена . В качестве исследуемого контингента для получения пульсового профиля был взят контингент мужчин-мсмк и почти все основные выводы были сделаны на нем, хотя кроме этого, были построены графики для женщин-мсмк и детей 10 лет (мальчиков и девочек). Эта работа также не оказалась бесполезной и дала ряд интересных научных результатов. При построении пульсового профиля для мужчин-мсмк решалась задача оптимизации при следующих исходных условиях: 1) ЧССпокоя = 45 уд/мин; 2) ЧССmax = 210 уд/мин; 3) ЧСС' = 115 - 120 уд/мин; 4) ЧСС'' = 175 уд/мин; где ЧСС' и ЧСС'' соответствуют пределам максимального систолического объема; 5) ЧССМПК = 195 уд/мин; 6) ЧССАП = 155 уд/мин; 7) ЧССN6 = 140 уд/мин. Попробуем обосновать вышеперечисленные начальные условия и одновременно осуществить привязку к схеме ПБЭС, а точнее, к перевернутой схеме ПБЭС, начинающейся с состояния покоя. В многочисленных исследованиях по физиологии и медицине отмечается, что в состоянии покоя четко различаются три значения ЧСС, соответствующие положениям лежа, сидя и стоя. При переходе из положения лежа в положение сидя пульс повышается в среднем на 10 ударов, а при переходе в положение стоя добавляется еще ~ 5 ударов. Как уже отмечалось, весь профиль строился по результатам лучших спортсменов высокого класса в исследуемом контингенте по данному показателю. Лучшими среди них по пульсовой работе, бесспорно, оказываются представители спортивных дисциплин, напрямую связанных с проявлениями выносливости.
Рис. 1. Пульсовой профиль спектра метаболических источников: 1 - мужчины-мсмк; 2 - женщины-мсмк; 3 - мальчики 10 лет; 4 - девочки 10 лет Таблица 1. Максимальная мощность основных метаболических источников (примерные ины из расчета на 20 кг активной мышечной массы)
Учитывая, что у высококвалифицированных спортсменов (бегунов-стайеров, лыжников, велосипедистов и т.д.) утром в состоянии покоя (лежа) пульс составляяет до ~ 30 уд/мин, мы сочли воз можным принять ЧССпокоя (в положении стоя) = 45 уд/мин. ЧССпокоя соответствует максимальной мощности 9-го основного метаболического источника, определяющего энергообеспечение организма в состоянии покоя. Согласно табл. 1, N9 = 0,05(мольАТФ/мин) (см. кривую 1 на рис. 1). Следующая исходная величина - ЧССmax (максимально возможное значение пульса для мужчин-мсмк). Ее мы принимаем равной 210 уд/мин, так как в специальной литературе имеются сведения о том, что ЧСС уровня 220-240 уд/мин не влияет на продуктивность спортивных локомоций и является своеобразным патологическим минусом конкретного организма. По поводу привязки данной точки к схеме ПБЭС можно отметить следующее: изучение специальной литературы показало, что постепенно возрастающая величина ЧСС достигает максимума где-то на рубеже характерной точки N4 (для мужчин-мсмк lN4= 512м). Учитывая, что N4 = 1,6(мольАТФ/мин) (см. табл. 1), мы получаем координаты искомой точки на кривой 1 (см. рис. 1). Таким образом, можно констатировать, что строящийся пульсовой профиль будет охватывать на схеме ПБЭС пространство от 4-го до 9-го основного метаболического источника; всего 11 основных и промежуточных источников (из 17). Далее рассмотрим ЧСС' и ЧС'' При
постепенном росте нагрузки (начиная с состояния
покоя) реакция сердечно-сосудистой системы в
основном сводится к двум факторам - увеличению
ЧСС и повышению систолического объема крови. До
тех пор пока зависимость остается
многофакторной, в графическом плане она будет
иметь нелинейный вид (то есть будет изображаться
в виде кривой). Но, как свидетельствуют После этого рубежа повышение объема крови, поступающей в аорту в единицу времени (так называемого сердечного выброса), зависит только от повышения ЧСС. Иначе говоря, с этого момента наблюдается прямая пропорциональная зависимость между мощностью нагрузки и ЧСС (при постоянном систолическом объеме) и на графике обследования конкретного спортсмена появляется прямая линия. Так продолжается до тех пор пока сократительные возможности миокарда обеспечивают постоянный систолический объем. Но начиная с некоторого уровня ЧСС систолический объем уменьшается и вновь мы сталкиваемся с многофакторной зависимостью и, следовательно, прямолиней ность функции ЧСС= f(N) нарушается. Последний рубеж, ограничивающий прямолинейную зависимость, получил название анаэробного порога (АнП), которому (у спортсменов высокого класса) соответствует ЧСС''= 175 уд/мин. В работах автора данной статьи [3] отмечалось, что скорость АнП у стайеров-мсмк соответствует биоэнергетической зоне N5. Так, например, из предельных метрических и временных параметров следует, что рубежу N5 соответствует скорость ~5,9 м/с, а рубежу Е4-5 - 6,2 м/с. В современной спортивно-педагогической литературе отмечается, что у хороших бегунов VАнП=5,7 - 5,9 м/с [1], а у кенийских стайеров даже 6,0 - 6,1 м/с. Отсюда следует, что рубеж N5 является весьма подходящим для ЧСС'' = 175 уд/мин. Таблица 2. Пульсовой профиль спектра метаболических источников (для спортсменов • мастеров международного класса)
Из табл. 1 получаем мощность этого режима - 0,8(мольАТФ/мин) , а следовательно, и точку на кривой 1 (см. рис. 1). После анаэробного порога, как уже отмечалось, оба главных фактора вновь действуют одновременно с той лишь разницей, что до рубежа ЧСС' их абсолютные величины возрастали, а сейчас это - противоположно направленные векторы: ЧСС продолжает увеличиваться, а систолический объем снижается. До определенного момента вклад ЧСС преобладает и потребление кислорода организмом продолжает возрастать (несмотря на снижение систолического объема). Однако спортсмен достигает уровня максимального потребления кислорода (МПК), после которого потребление кислорода организмом в единицу времени начинает снижаться, несмотря на увеличение ЧСС. Происходит это из-за сильного сокращения систолического объема при больших значениях ЧСС. Что касается ЧССМПК, то для высококвалифи цированных спортсменов чаще всего в литературе фигурирует диапазон 185-195 уд/мин. Следует заметить, что помимо индивидуальных особенностей здесь, по-видимому, еще играет роль зона, в которой производится измерение. В работах автора статьи неоднократно упоминалось, что режим МПК соответствует переходному метаболическо му источнику "4-5" на схеме ПБЭС. Этот источник так же, как все остальные, представлен мощностной и емкостной составляющими. Поэтому, ориентируясь на вышеуказанный диапазон, можно принять, что ЧССМПК, равная 195 уд/мин, соответствует мощностной зоне N4-5. Осталось разобрать еще два исходных условия. ЧССАП соответствует достижению спортсменом так называемого аэробного порога, то есть такого уровня гомеостаза, при котором в крови начинает фиксироваться увеличение лактата, превышающего некий исходный уровень - 10-20 мг% (до этого момента появлявшийся в мышцах лактат нейтрализовался буферными системами). В литературе имеются сведения, что этому порогу соответствует ЧСС до 150 уд/мин. Учитывая, что спортсмены-мсмк обладают хорошо разработанными буферными системами, можно предполагать, что у них ЧССАП будет равняться ~ 155 уд/мин. И наконец, ЧССN6, то есть ЧСС, соответствую щая максимальной мощности липидного энергообеспечения. Согласно данным автора статьи, предельный временной параметр tN6 равен примерно 8 ч [3]. Появившиеся ЧСС-мониторы "Polar" позволяют дать весьма точный ответ на вопрос о пульсовой работе при соревновательной нагрузке такой продолжительности. Исследования, проведенные в беге и лыжных гонках, показывают, что ЧССN6 можно принять равной ~ 140 уд/мин. Из табл. 1 имеем N6= 0,4(мольАТФ/мин), что является координатой этой точки на графике ЧСС= f(N) (см. рис. 1). Решив задачу оптимизации, получаем графическую зависимость ЧСС= f(N) для мужчин-мсмк (см. кривую 1 на рис. 1), результаты табулирования которой приведены в табл. 2.
Рис. 2. Расположение "пороговых" сечений на схеме полного биоэнергетического спектра (для мужчин-мсмк): АЛП - аэробный липидный порог; АУП - аэробный углеводный порог; АнП - существующий анаэробный порог Следует заметить, что все значения ЧСС, приведенные в таблице, соответствуют данным для высококвалифицированных представителей циклических видов, показанным при выполнении профилирующей нагрузки. В противоположность этому можно констатировать, что при выполнении несвойственной работы появляются замеры, резко контрастирующие с выявленной закономерностью. При этом обнаруживается, что подготовленные спортсмены в состоянии демонстрировать высокий показатель ЧСС (до 180 уд/мин) в течение длительного времени (1 - 1,5 ч). Но мощность внешней физической работы оказывается чрезвычайно малой (не соответствующей высокому уровню сердечного выброса); т.е. большая часть потребляемого кислорода идет на обеспечение гомеостаза (при невыгодной антропометрии) и на преодоление внутреннего и внешнего трения (при плохом к.п.д.). Кроме мужчин-мсмк, как уже отмечалось, были исследованы примерные зависимости для женщин-мсмк (кривая 2) и детей 10 лет - мальчиков (кривая 3) и девочек (кривая 4). Для женщин-мсмк были приняты следующие начальные условия: 1) абсолютные величины максимальных мощностей метаболических источников составляют ~0,9 от соответствующих величин у мужчин; 2) ЧССпокоя = 55 уд/мин; 3) ЧССmax= 210 уд/мин. Для детей 10 лет максимальные мощности метаболических источников были приближенно приняты с коэффициентом 0,5 от соответствующих мощностей у мужчин. Это было сделано, исходя из следующих соображений. Значения максимальной мощности у мужчин рассчитывались для "усредненного" человека весом ~70 кг (из расчета на 20 кг активной мышечной массы). Массовые обследования воспитанников ДЮСШ в возрасте 10 лет показали, что их вес (как мальчиков, так и девочек) находится в диапазоне 30 - 40 кг. Что позволяет (учитывая приближенный характер оценочных расчетов) принять вес, равным 35 кг, и соответственно коэффициент 0,5 для максимальных мощностей метаболических источников. За ЧССпокоя было принято 70 уд/мин у мальчиков и 80 уд/мин у для девочек. ЧССmax у тех и у других - 215 уд/мин, так как имеются данные литературных источников [5] о равенстве ЧССmax у мальчиков и девочек в возрасте 10 лет и, кроме того, в этом возрасте максимально совпадают их спортивные результаты, показываемые в различных легкоатлетических дисциплинах. Анализ полученных данных (см. табл. 2 и 3 и рис. 1 и 2) позволяет сделать следующие выводы. 1. Прежде всего следует отметить весьма точное совпадение трендовых значений "реперных" точек (для мужчин-мсмк) с начальными условиями. Так, полученное значение ЧСС` = 118 уд/мин хорошо вписывается в заданный диапазон 115 - 120 уд/мин. Теоретическое значение ЧССN6 получилось равным 137 уд/мин, что хорошо согласуется с исходным (140 уд/мин). И совсем уж стопроцентное совпадение зафиксировано для рубежа МПК - 195 уд/мин (см. табл. 2). 2. Далее следует вывод чрезвычайной важности. Рубеж ЧСС', соответствующий, как уже отмечалось, достижению максимума систолического объема, точно попадает на сечение N6-7 (см. рис. 1). Однако это сечение известно еще и тем, что именно здесь происходит принципиальная смена видов энергообеспечения - с белкового на липидное (см. рис. 2). Таблица 3. Пульсовой профиль спектра метаболических источников (дети 10 лет мальчики и девочки)
Это обстоятельство позволяет взглянуть на рубеж N6-7 как на еще один аэробный порог, а точнее на АЛП (аэробный липидный порог), поскольку за этим "порогом" начинает наращивать свои мощности липидный вариант энергообеспечения. Возникает вопрос: а нужен ли этот режим (при ЧСС=118 уд/мин) для тренировочного процесса? Оказывается, что такой режим у стайеров-мсмк соответствует скорости бега ~13,7 км/ч [3]. То есть тренировочная нагрузка такой мощности безусловно имеет практический смысл для подготовки бегунов на сверхдлинные и даже на длинные дистанции. 3. Тот рубеж, который в настоящее время носит название аэробного порога, также совпал со знаменательным режимом N5-6 (см. табл. 2 и рис. 1). Во время этого режима происходит очередная принципиальная смена вариантов энергообеспе чения: аэробное окисление липидов уступает место аэробному окислению углеводов (см. рис. 2). Таким образом, мы не только нашли место для АП на схеме ПБЭС, но и настоятельно рекомендуем переименовать этот рубеж в АУП. 4. И наконец, проанализировав табл. 2 и 3, обнаруживаем, что большинство метаболических режимов (за исключением окончаний представленного пульсового профиля) имеет весьма небольшие отклонения по пульсу между крайними значениями у мсмк и у детей 10 лет (причем как у мужчин, так и у женщин). Здесь можно
предвидеть возражение огромной армии
физиологов, медиков, педагогов-экспе
риментаторов, которые многократно устанавлива
ли существенную разницу в ЧСС у представите лей
разного возраста и квалификации. Еще 30 лет Однако у тех же корифеев, на той же странице можно было прочитать, что "возрастные различия в частоте пульса при покое гораздо больше, чем при максимальной мышечной работе" [4, с. 336]. Сегодня же мы можем еще добавить, что каждый метаболический источник энергии характери зуется двумя зонами - мощностной и емкостной. Приводимые в табл. 2 и 3 данные свидетельствуют о том, что различия по ЧСС между ними достигают 10 уд/мин. Следовательно, все многочисленные эксперименты, проводимые до сих пор без учета такой дифференциации, к сожалению, не могут считаться доказательными. Поэтому всех желающих, так сказать, "с порога" отмести публикуемые в этой статье результаты я бы попросил как минимум не торопиться. И не только потому, что кривые для 10-летних детей нашли экспериментальное практическое подтверждение (о чем будут соответствующие публикации), а кривые для мсмк совпадают с известными литературными данными, но еще и потому, что "феномен" , обнаруженный автором данной работы, очень неплохо объясняет 3-й принцип того же автора, или "принцип равновеликого отдыха"[3]. Этот принцип постулирует равные интервалы отдыха при повторной и повторно-серийной нагрузке для спортсменов разного спортивно-ква лификационного уровня при условии тренировочной работы в пределах одного и того же метаболического режима (не путать с одной и той же дистанцией!). Сейчас, когда выясняется, что у большинства режимов весь диапазон от новичков до элитных спортсменов (для конкретного режима) характеризуется примерно одинаковой ЧСС, гипотеза о "равновеликом отдыхе" выглядит весьма правдоподобной. До этого ее доказательством служили лишь пальпаторные измерения ЧСС, проводимые в тренировочных условиях у легкоатлетов разных спортивных разрядов, получавших нагрузку, относящуюся к одному и тому же метаболическому режиму. Сейчас уже можно говорить о том, что появляются и первые научные доводы. Итак, подведем некоторые итоги. Вышеприведенные выводы свидетельствуют в пользу такого подхода, когда классическая зависимость ЧСС = f(N) связывается со схемой энергообеспечения. Именно благодаря этому удалось обнаружить связь пороговой концепции со сменой вариантов энергообеспечения. Факт чрезвычайно интересный. Взять хотя бы рубеж N6-7 (адекватный пульсу ~118 уд/мин у мсмк-мужчин). Если связь достижения максимума систолического объема с достижением определенного уровня ЧСС имеет какое-то логическое объяснение, поскольку оба этих фактора относятся к одной и той же функциональной системе, то что заставляет в этот период производить смену превалирующих субстратов в энергообеспечении организма спортсмена? Пока ясности в этом нет. Или уж в самом деле здесь срабатывает "концепция мышечных волокон", предложенная в свое время В.Н. Селуяновым с соавторами [2], или существуют какие-то другие пока еще не выясненные, варианты взаимодействия? Далее в связи с тем что аэробные пороги - АЛП и АУП - совпадают с периодами смены вариантов энергообеспечения, начинает вызывать большие сомнения местоположение существующего критерия - анаэробного порога, т.е. "порога", за которым начинает превалировать анаэробный обмен. Общеизвестно, что первые признаки анаэробного обмена (повышение уровня лактата в крови, начало снижения pH) появляются еще на уровне АУП, или, как говорят сегодня, АП, т.е. при ЧСС~150 уд/мин. Этот рубеж соответствует примерно 50% от МПК. На схеме ПБЭС это рубеж N5-6. Сегодняшний АП занимает достаточно условную позицию на уровне 70 - 80% от МПК (в зависимости от подготовленности спортсмена). Ни о каком превалировании анаэробного обмена пока не может быть и речи. Выше уже отмечалось, что место этого рубежа с ЧСС = 175 уд/мин на схеме ПБЭС находится в зоне N5 (т.е. в период самого "расцвета" аэробного окисления углеводов). До "критической" отметки потребления кислорода остается еще 20 - 30%. Единственной особеннос тью данного рубежа является то обстоятельство, что с того момента начинает уменьшаться систолический объем и как следствие заканчивается линейная зависимость на графике ЧСС= f(N). Но тогда этот рубеж и должен называться как-нибудь вроде ПМСО (предел максимального систолического объема). А истинному АП, или порогу анаэробного обмена, на наш взгляд, место на рубеже N4-5 (см. рис. 2), т. е. он должен совпадать с максимальной мощностью МПК. Действительно, при этом за таким порогом располагается зона превалирования анаэробного обмена, иначе говоря, порог оправдывает свое название и, кроме того, выдерживается закономерность, обоснованная в данной работе, когда каждый порог связан со сменой вариантов энергообеспечения. В этой связи не является , видимо, исключением и рубеж N3-4. При дальнейшем повышении скорости на этом рубеже происходит очередная смена биоэнергетических субстратов (с гликогена, утилизируемого анаэробно, на креатинфосфат - анаэробно) и данное сечение (см. рис. 2) вполне может классифицироваться как креатинфосфат ный порог (КП). В этом случае будет, видимо, лучше иметь два анаэробных порога - АнГП (анаэробный гликолитический) вместо нынешнего АнП, и АнКП (анаэробный креатинфосфатный). Кстати, в последнее время появились публикации о марафонцах нового типа, которые при общем высоком результате в марафоне - 2:06 - 2:08 - последние 300 м пробегают со спринтерской скоростью. Так что, как видите, практика предоставляет примеры действительного существования АнКП. В заключение хотелось бы еще раз подчеркнуть, что такая "реконструкция " пороговой концепции стала возможна лишь благодаря тому, что пульсовой профиль анализировался параллельно с биоэнергетическими исходными данными. Литература 1. Книга тренера по легкой атлетике. - М.: ФиС, 1987. - 399 с. 2. Селуянов В.Н., Мякинченко Е.Б. и др. Физиологические механизмы и методы определения аэробного и анаэробного порогов //Теор. и практ. физ. культ. 1991, № 10, с. 10 - 18. 3. Смирнов М.Р. Теоретические основы беговой нагрузки. - Новосибирск: НГПУ, 1996. - 217 с. 4. Фарфель В.С., Коц Я.М. Физиология человека. - М.: ФиС. 1970. - 343 с. 5. Физиология мышечной деятельности /Под ред. Я.М. Коца. - М.: ФиС. 1982. - 347 с.
При любом использовании данного материала ссылка на журнал обязательна! | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
На главную
В библиотеку
Обсудить в форуме