Метод кардиоинтервалометрии при оценке аэробных возможностей спортсменов (на примере спортивных игр)


Направляется в журнал: «Биомедицина»

Сведения об авторах:

Калинин Евгений Михайлович – РГУФКСМиТ, научный сотрудник НИИ спорта, к.п.н.

Селуянов Виктор Николаевич – МФТИ, заведующий лабораторией «Информационные технологии в спорте» к.б.н., профессор.

Сарсания Сергей Константинович – РГУФКСМиТ, ведущий научный сотруднк НИИ спорта, к.м.н., профессор.

Заборова Виктория Александровна – доцент кафедры лечебной физкультуры и спортивной медицины ГБОУ ВПО Первый МГМУ им. И.М. Сеченова Минздравсоцразвития РФ, к.м.н.

Аль Халили Моханед – РГУФКСМиТ, к.п.н., доцент кафедры ТиМ тенниса

Учреждения:

1Российский государственный университет физической культуры, спорта, молодежи и туризма, Научно-исследовательский институт спорта.

2Московский физико-технический институт.

3ГБОУ ВПО Первый МГМУ им. И.М. Сеченова Минздравсоцразвития РФ, кафедра лечебной физкультуры и спортивной медицины

Ответственный за переписку:

Заборова Виктория Александровна – доцент кафедры лечебной физкультуры и спортивной медицины Первого МГМУ им. И.М. Сеченова, к.м.н.

e-mail: vaz111v@gmail.com , тел.моб: (916) 654-70-68.

Направляется в журнал: «Биомедицна»

Метод кардиоинтервалометрии при оценке аэробных возможностей спортсменов

(на примере спортивных игр).

1Калинин Е.М. , 2Селуянов В.Н. , 3Сарсания С.К., 4Заборова В.А. , 5Аль Халили Моханед

1ФГБОУ ВПОРоссийский государственный университет физической культуры, спорта, молодежи и туризма (ГЦОЛИФК)

2Московский физико-технический институт

3ГБОУ ВПО Первый МГМУ им. И.М. Сеченова, Москва, кафедра лечебной физкультуры и спортивной медицины

РЕЗЮМЕ: Основная цель работы изучить аэробные возможности футболистов различного амплуа и квалификации с использованием метода кардиоинтервалометрии. Для решения поставленной цели были обследованы футболисты от уровня второго дивизиона до уровня команд премьер лиги (n=115, возраст футболистов 17-36 лет, вес 77,3±7,8 кг, рост 182,4±6,6 см). Все спортсмены выполнили тест со ступенчато повышающейся мощностью на велоэргометре, исходная мощность 37,5 Вт, каждые 2 мин мощность увеличивалась на 37,5 Вт, при постоянном темпе педалирования – 75 об/мин. Одновременно регистрировали ЧСС, вариативность кардиоинтервалов и определяли кардиоинтервальный порог для каждого футболиста с помощью пульсометра Polar rs800. Были рассчитаны средние значения показателей кардиоинтервального порога (КАнП): дисперсия кардиоинтервалов SD 1 (мс); мощность МКАнП (Вт), МоКАнП (Вт/кг); ЧСС КАнП (уд/мин). Показано, что у защитников и полузащитников выступающих в премьер-лиги относительная мощность МоКАнП (Вт/кг) статистически достоверно выше по сравнению с игроками первого и второго дивизиона (p<0,001). Достоверных различий между нападающими премьер-лиги и первого дивизиона по относительной мощности (МоКАнП, Вт/кг) не выявлено (p>0,05), при этом дисперсия SD 1(мс), при фиксировании кардиоинтервального порога, в среднем равна – 2,00±0,55 (мс) у всех футболистов. Метод кардионтервалометрии имеет высокую надежность (Rtt=0,97) и позволяет с высокой точностью определять по статистическому анализу кардиоинтервалов аэробные возможности футболистов.

КЛЮЧЕВЫЕ СЛОВА: анаэробный порог, методика, вариативность ритма сердца.

ABSTRACTION : For the solution of a goal football players of different sports skill were surveyed (the second division to level of teams of premieres of league, including players of a national team of team), all n=115 of players (age of 17-36 years, mass of a body 77,3±7,8 kg, growth 182,4±6,6 by sm) was surveyed. All examinees carried out the test with in steps raising capacity on bicycle ergometer. The initial capacity was 37,5 W and increased by 37.5 W every 2 min. The pedaling rate remained constant (75 rpm). At the same time registered HR, the cardiac rhythm and cardio interval threshold for each football player was studied using a Polar rs800cx.By results of the carried-out testing average values of indicators of a heart rate threshold (KANP) were calculated: dispersion (variability) cardio interval SD 1 (ms); capacity МКАnP (W), MoKANP (W/kg); ChSS KANP (heartbeat / mines). Were as a result defined and) indicators of aerobic possibilities of football players of various level of skill and role according to a cardiointervalometriya, than level of skill of the football player is higher, than subjects is statistically authentically higher absolute МКАnP and relative capacity of a cardio interval threshold of MOKANP, above ChSSКАnP and mass of a body of football players; б) dispersion of SD1 (ms), at fixation of a cardio interval threshold, is on the average equal – 2,00±0,55 (ms) at all football players; в) the method allowing with high reliability (Rtt=0,97) to define aerobic possibilities of football players on the statistical analysis of variability cardio interval is developed.

KEYWORDS : anaerobic threshold, method, cardio interval variability.

Введение. Критерием смены биоэнергетических механизмов энергообеспечения являются аэробный и анаэробный пороги [1, 2]. По ЧСС не возможно определить зоны энергетической производительности, необходимы более информативные показатели. В спортивной практике стали использовать показатели молочной кислоты в крови, регистрируемые при прохождении дистанции с различной скоростью [1, 13].

В полевых условиях (в тренировочном процессе) многократно брать пробы крови трудно – неудобно для испытуемого. В связи с этим остается актуальным поиск полевых методов определения анаэробного порога, например, по анализу ритма сердца [8, 11]. Делается это на основе анализа вариативности сердечного ритма, т.е. вариации кардиоинтервалов (в миллисекундах, мс) между последовательными сердечными сокращениями [3, 4, 6, 14, 15].

В работе С.К. Сарсания [6] было замечено, что с ростом ЧСС вариативность RR-интервалов уменьшается, поэтому интересно более подробно изучить это явление. Позже в работах J.R.P. Lima et al. (1999), G.K. Karapetian et al. (2008), Simões, Rodrigo P. (2010) было показано, что существует корреляционная связь между лактатным АнП и мощностью (скоростью) в момент появления минимальной величины дисперсии кардиоинтервалов. Однако величины коэффициентов корреляции были получены недостаточно высокими (r=0,6-0,8). Возможной причиной увеличения дисперсии показателей является несовершенство методики определения момента появления АэП и АнП.

В нашей работе [8] было показано, что во время выполнения теста со ступенчато повышающейся нагрузкой вентиляционный АнП (по легочной вентиляции) и найденный кардиоинтервальный порог в момент появления плато на кривой «SD 1 – мощность» не совпадают по показателям мощности.

Для изучения зависимостей между мощностью АнП и «плато SD 1 / мощность» был проведен регрессионный анализ.

В результате была установлена связь между потреблением кислорода на уровне вентиляционного анаэробного порога (ВАнП) и дисперсии «плато SD1 / мощность», были вычислены коэффициенты уравнения множественной регрессии :

VO 2 AnT = 0,35 + 0,01 * SD 1 W + 0,0016 * SD 1 HR + 0,106 * SD 1 ,

(R=0,98, D=96%, σ=0,10 погрешность оценки функции 0,26 л/мин, р<0,001),

где W (Вт) – мощность, HR – ЧСС (уд/мин), SD 1 – дисперсия кардиоинтервалов (мс) в момент регистрации кардиоинтервального порога.

Эти физиологические закономерности можно использовать (цель исследования) для определения анаэробного порога футболистов различной квалификации и амплуа по кардиоинтервальному порогу.

Методика. В ходе исследования определялся анаэробный порог по кардиоинтервальному порогу у футболистов различной квалификации и амплуа при выполнении теста со ступенчато повышающейся нагрузкой.

Для решения поставленной цели были обследованы футболисты от уровня второго дивизиона до уровня команд премьер лиги (n=115, возраст футболистов 17-36 лет, вес 77,3±7,8 кг, рост 182,4±6,6 см). Все спортсмены выполнили тест со ступенчато повышающейся мощностью на велоэргометре «Monark-828E», исходная мощность 37,5 Вт, каждые 2 мин мощность увеличивалась на 37,5 Вт, при постоянном темпе педалирования – 75 об/мин. Одновременно регистрировали мощность, ЧСС, вариативность кардиоинтервалов с помощью пульсометра Polar rs800 для каждого футболиста (рис. 1).

Статистический анализ проводился с использованием пакета анализа данных Microsoft Excel.

Результаты исследования. Определение анаэробного порога по кардиоинтервальному порогу у футболистов различного амплуа и квалификации .

Work_42_pic1

Рис. 1. Схема динамики изменения ЧСС (уд/мин) и дисперсии кардиоинтервалов SD1 (мс) при выполнении теста со ступенчато повышающейся нагрузкой

Таблица 1

Результаты тестирования аэробных возможностей футболистов (n=115)

Показатели

КАнП

SD, мс

МКАнП,

Вт

МКАнП, Вт/кг

ЧСС КАнП уд/мин

Вес,

кг

ВАнП мл/кг/мин

x

x

x

x

x

x

ВРАТАРИ

ПЛ n=6

1,9

0,47

272,0

37,1

3,05

0,42

151,8

9,6

89,2

4,1

39,5

4,0

ПД n=5

2,6

0,94

251,6

43,7

2,96

0,52

154,2

6,2

85,1

2,9

39,9

4,8

ВД n=5

2,2

0,06

210,0

30,0

2,65

0,27

148,6

16,7

79,1

7,8

36,9

2,5

 

ЗАЩИТНИКИ

ПЛ n=11

1,9

0,84

279,9

33,9

3,50

0,38

155,6

6,7

80,2

7,0

44,9

3,7

ПД n=11

2,0

0,49

240,7

48,0

2,93

0,54

150,9

12,5

82,0

4,3

39,1

5,5

ВД n=11

2,2

0,50

191,1

31,1

2,60

0,29

142,4

9,8

73,3

7,5

37,2

3,1

 

ПОЛУЗАЩИТНИКИ

ПЛ n=11

1,9

0,61

278,0

25,0

3,55

0,33

167,5

30,7

78,5

4,5

46,0

3,8

ПД n=21

1,9

0,43

209,2

42,2

2,81

0,58

149,6

12,8

74,6

5,6

38,7

6,3

ВД n=14

1,8

0,32

171,6

23,5

2,49

0,35

146,0

9,1

69,3

4,6

36,1

3,7

 

НАПАДАЮЩИЕ

ПЛ n=7

2,0

0,24

273,4

19,5

3,34

0,16

152,9

10,7

82,0

5,9

43,2

2,4

ПД n=7

1,8

0,38

225,3

40,0

2,95

0,47

146,9

10,2

76,4

6,7

39,8

5,2

ВД n=6

1,9

0,16

187,8

21,7

2,59

0,13

141,8

6,0

72,6

8,1

36,8

2,1

Примечание: ПЛ – Премьер-лига, ПД – Первый дивизион, ВД – Второй дивизион, КАнП – кардиоинтервальный порог, МКАнП – мощность кардиоинтервального порога, ВАнП – вентиляционный анаэробный порог.

Были рассчитаны средние значения показателей кардиоинтервального порога (КАнП) :

  • дисперсия (вариативность) кардиоинтервалов SD 1 (мс);
  • мощность абсолютная МКАнП (Вт), относительная МоКАнП (Вт/кг);
  • ЧСС КАнП (уд/мин).

Из табл. 1 видно, что кардиоинтервальный порог наблюдается в момент появления плато на кривой, у всех футболистов на уровне SD 1=2,00±0,55 мс, при этом мощность у футболистов разной квалификации и амплуа достоверно различается.

Показано, что у защитников и полузащитников выступающих в премьер-лиги относительная мощность МоКАнП (Вт/кг) статистически достоверно выше по сравнению с игроками первого и второго дивизиона (p<0,001). Статистически достоверных различий между нападающими премьер-лиги и первого дивизиона по относительной мощности (МоКАнП, Вт/кг) не выявлено (p>0,05), но, у нападающих премьер-лиги наблюдается большая масса тела (p>0,1), а по абсолютной мощности кардиоинтервального порога между двумя группами футболистов наблюдаются достоверные различия (p<0,05).

При сравнении вратарей была выявлена тенденция к увеличению абсолютной и относительной мощности кардиоинтервального порога (МоКАнП, Вт/кг) с ростом спортивного мастерства (от второго дивизиона до уровня премьер-лиги), различия не достоверны (p>0,1).

Как показано в табл.1, футболисты премьер-лиги при высокой относительной мощности кардиоинтервального порога (МоКАнП, Вт/кг) характеризуются более высокими значениями SD 1 (мс), различия статистически достоверны (p<0,05).

Так же была выявлена тенденция к росту массы тела футболистов разного амплуа от уровня второго дивизиона до уровня премьер-лиги, различия достоверны (p<0,05), при чем за счет увеличения мышечной массы, обхвата бедра и скоростно-силовых возможностей [7, 9].

Показатели потребления кислорода на уровне вентиляционного ВАнП были вычислены по ранее разработанной [8] формуле:

Данные о потребление кислорода представлены в табл.1 в относительных значениях.

Полученные результаты согласуются с данными [7, 9], где проводилось сравнение футболистов разного уровня мастерства по оценке аэробных возможностей мышц ног (потребления кислорода на уровне вентиляционного ВАнП), однако не согласуются с приводимыми величинами ПК АнП футболистов ведущих команд России [5], по нашим данным соответствующих только уровню игроков второго дивизиона. Такое различие возможно, например, при обследовании футболистов в разные периоды годичного цикла, в данной работе обследование футболистов проводилось в середине соревновательного периода, а в приводимой работе З.Г. Орджоникидзе (2007) в переходный период.

Однако не всегда низкие аэробные возможности мышц ног футболистов характерны для переходного периода. Например, после смены главного тренера, в связи с неудовлетворительным выступлением команды, по результатам обследования были получены низкие значения ПК АнП (35,6±4,2 мл/кг/мин) для начала соревновательного периода команды первого дивизиона. Квалификация нового главного тренера позволила учесть при планировании физической, технико-тактической подготовки индивидуальные особенности футболистов и применить для повышения аэробных возможностей – биологически целесообразные средства и методы тренировки. В результате после завершения соревновательного периода произошло статистически достоверное увеличение ПК АнП (с 35,6±4,2 до 49,0±7,5 мл/кг/мин, p<0,001), что в итоге привело к успешному выступлению команды.

Надежность теста. С целью определения надежности разработанного теста была сформирована группа из n=48 футболистов, которая через две недели прошла повторное тестирование, в результате которого степень надежности полученных результатов при повторном тестировании была Rtt=0,97. Коэффициент корреляции был достоверен при уровне значимости р<0,01, что говорит о высокой надежности разработанного метода.

Выводы

  1. Разработан метод, позволяющий с высокой точностью и надежностью (Rtt=0.97) определять по кардиоинтервальному порогу аэробные возможности футболистов.
  2. По кардиоинтервальному порогу определены показатели аэробных возможностей футболистов различного уровня мастерства и амплуа, чем выше уровень мастерства футболиста, тем статистически достоверно выше абсолютная (МКАнП), относительная мощность (МоКАнП), частота сердечных сокращений (ЧССКАнП) на уровне кардиоинтервального порога, а также масса тела футболистов.
  3. Дисперсия SD 1(мс), при фиксировании кардиоинтервального порога, в среднем равна – 2,00±0,55 (мс) у всех футболистов.

Литература

        1. Аулик И.В. Определение физической работоспособности в клинике и спорте / И.В. Аулик. – М.: Медицина, 1990. – 234 с.
        2. Волков Н.И. Биоэнергетика напряженной мышечной деятельности человека и способы повышения работоспособности спортсменов : автореф. дис. д-ра биолог. наук / Волков Николай Иванович; НИИ нормальной физиологии им. П.К. Анохина. М., 1990. – 83 с.
        3. Баевский Р.М. Синусовая аритмия с точки зрения кибернетики / Р.М. Баевский // Математические методы анализа сердечного ритма. – М.: Наука, 1968. – С. 9-30.
        4. Жемайтите Д.И. Ритмичность импульсов синоатрикулярного узла в покое и при ишемической болезни сердца. – Автореф. дисс. канд. мед. наук / Жемайтите Д.И.. – Каунас, 1965. – С. 51.
        5. Орджоникидзе З.Г.Состояние функциональной готовности спортсменов из состава ведущих футбольных команд России / З.Г. Орджоникидзе, В.И. Павлов, Н.И.Волков, А.Е. Дружинин // Физиология человека. – 2007. – Т.33. – № 4. – . 114-118.

        6. Сарсания С.К. Физиологические аритмии сердца : Автореф. дис. … канд. мед. наук / Сарсания Сергей Константинович. – М., 1968.- 24 c.

        7. Селуянов В.Н. Контроль физической подготовленности в спортивной адапталогии / В.Н. Селуянов, С.К. Сарсания, К.С. Сарсания, Л.В. Слуцкий. Б.А. Стукалов // Теория и практика физической культуры. – 2008. – № 5. – С. 36-38, 55-56.
        8. Селуянов В.Н. Определение анаэробного порога по данным легочной вентиляции и вариативности кардиоинтервалов / В.Н. Селуянов, Е.М. Калинин, Г.Д. Пак, В.И. Маевская, А.Н. Конрад // Физиология человека. – 2011. – № 6. – С. 106-110.
        9. Селуянов В.Н. Физическая подготовка футболистов / В.Н. Селуянов, С.К. Сарсания, К.С. Сарсания. – М. : ТВТ ДИВИЗИОН, 2004. – 192 с.
        10. Brunetto A.F. Ventilatory threshold and heart rate variability in adolescents / A.F. Brunetto, B.M. Silva, B.T. Roseguini, D.M. Hirail et al // Rev. Bras. Med. Esporte. Vol. 11. – Nº 1 – Jan/Fev, 2005. p. 28-33.
        11. Karapetian G.K. Use of heart rate variability to estimate LT and VT / G.K. Karapetian, H.J. Engels, R.J. Gretebeck // Int. J. Sports. Med. – 2008. – Vol.29. – P.652-657.
        12. Lima J.R.P. Limiar de variabilidade da frequencia cardiaca / J.R.P. Lima, M.A.P. Kiss // Rev. BrasAtiv. Fis. Saude. – 1999. – №9. – P. 29-38.
        13. Simões R.P. Heart rate variability and blood lactate threshold interaction during progressive resistance exercise in healthy older men / R.P. Simões, G. R. Mendes, V. Castello, H.G. Machado et al.// Journal of Strength & Conditioning Research. – 2010. – Vol.24. – P.1313-1320.
        14. Tulppo M.P. Quantitative beat-to-beat analysis of heart rate dynamics during exercise / M.P. Tulppo, T.H. Makikallio // Am. J. Physiol . – 1996. – P.244-252.
        15. Voss A. The application of methods of non-linear dynamics for the improved and predictive recognition of patients threatened by sudden cardiac death / A. Voss, J. Kurths, J. Kleiner. – Cardiovascular Research, 1996. – P. 419-433.