Энергетическая характеристика физических упражнений 1 страница

Энергетическая стоимость служит важнейшей характеристикой упражнения. Для определения энергетической стоимости физического упражнения, используют два показателя: энергетическую.мощность и валовый (общий) энергетический расход.

Энергетическая мощность - это количество энергии, расходуемое в среднем за единицу времени при выполнении данного упражнения. Она измеряется обычно в физических единицах: ваттах, ккал/мин, килоджоулях в минуту, а также в "физиологических":

скорости потребления О2 (мл О2/мин) или в МЕТ,ах (метаболический эквивалент, т. е. количество О2) потребляемого в 1 мин- на 1 кг веса тела в условиях полного покоя лежа. 1 МЕТ равен 3,5 мл О2/кг мин).

Валовый (общий) энергетический расход - это количество энергии, расходуемой во время выполнения всего упражнения в целом. Валовый энергетический расход (общая энергетическая стоимость упражнения) может быть определен как произведение средней энергетической мощности на время выполнения упражнения.

При беге валовый энергетический расход на преодоление одинаковой дистанции в определенных пределах не зависит от скорости передвижения. Дело в том, что при увеличении скорости (энергетической мощности) время преодоления данной дистанции уменьшается, а при снижении скорости, наоборот, увеличивается, так что произведение энергетической мощности на время, т. е. общий энергетический расход, остается неизменным. Общая энергетическая стоимость преодоления одной и той же дистанции выше при беге, чем при ходьбе (до скорости около 8 км/ч): на каждый километр дистанции при ходьбе расходуется в среднем 0,72 ккал/кг веса тела у женщин и 0,68 ккал/кг веса тела у мужчин, а при беге соответственно 1,08 и 0,98 ккал/кг веса тела.

По показателям энергетической мощности физические упражнения обычно подразделяют на легкие, умеренные (средние), тяжелые и очень тяжелые (табл. 1).

Таблица 1. Классификация физических упражнений по расходу энергии (ккал/мин) у мужчин и женщин разного возраста.

Пол и возраст	Упражнения
	легкие	умеренные (средние)	тяжелые	очень тяжелые
Мужчины:
20-29	4,2	4,3-8,3	8,4-12,5	> 12,5
30-39	3,9	4,0-7,8	7,9-11,7	> 11,7
40-49	3,7	3,8-7,1	7,2-10,7	>10,7
50-59	3,2	3,3-6,3	6,4- 9,5	> 9,5
60-69	2,5	2,6-5,0	5,1- 7,5	> 7,5
Женщины:
20-29	3,2	3,3-5,1	5.2-7,0	> 7,0
30-39	2,9	3,0-4,2	4,3- 6,5	> 6,5
40-49	2,7	2,8-4.0	4,1- 6,0	> 6,0
50-59	2,2	2,3-3,8	3,9- 5,5	> 5,5
60-69	1,9	2,0-3,5	3,6- 5,0	> 5,0

При оценке тяжести упражнения по энергетическим показателям необходимо учитывать еще целый ряд факторов: характер выполняемой работы (статический или динамический), объем активной мышечной массы (локальное, региональное или глобальное упражнение), размеры или вес тела, возраст, пол и степень тренированности (физической подготовленности) человека, выполняющего данное упражнение, внешние условия выполнения данного упражнения.

Так, если выполняется очень тяжелая локальная работа, которая может продолжаться лишь несколько десятков секунд, скорость энерготрат организма не превышает 1,2 ккал/мин (табл. 2). Такая же скорость расхода энергии характерна для региональной работы средней (умеренной) тяжести, которая может выполняться много десятков минут, и для глобальной, но очень легкой работы (крайне медленная ходьба.по ровной местности), которая длится много суток подряд. Очень тяжелая глобальная работа для женщин в возрасте 50-59 лет с расходом энергии более 5,5 ккал/мин, которая может продолжаться лишь десятки секунд, является умеренной для мужчин 20-29 лет и может выполняться ими в течение нескольких часов (см. табл. 1).

Таблица 2. Классификация тяжести локальных, региональных и глобальных упражнений по энерготратам (ккал/мин)

Вид работы	Упражнения
легкие	умеренные (средние)	тяжелые
Локальная кистью	0,3-0,6	0,6-0,9	0,9- 1,2
Региональная
одной рукой	0,7-1,2	1,2-1,7	1,7-2,2
двумя руками	1,5-2,0	2,0-2,5	2,5-3,0
Глобальная	2,5-4,0	4,0-10,0	10,0-15,0

Особенно большие различия при энергетической оценке тяжести упражнений существуют между нетренированными людьми и высокотренированными спортсменами. Последние способны выполнять нагрузки с такими энергетическими затратами, которые недоступны нетренированным людям. У спортсменов в подавляющем числе видов спорта тяжесть физических упражнений по энергетическим (и другим) показателям превышает тяжелые или даже очень тяжелые нагрузки для нетренированных людей и является недоступной для последних (табл. 3).

Таблица 3. Энергетическая стоимость различных видов физкультурной и спортивной деятельности (по данным Е. М. Берковича, Н. В. Зимкина, Н. И. Волкова и др.)

Вид деятельности	Энерг.стоимость.(ккал/мин)
Покой: лежа	1,5
сидя	1,6
стоя	1,7
Ходьба:
3 км/ч
5 км/ч
7 км/ч
Бег:
8 км/ч*
18 км/ч (5,0м/с)**
23 км/ч (6,3 м/с)***
26 км/ч (7,2 м/с) ****
32 км/ч (8,8-м/с)*****
Плавание:
кроль 0,9 м/с
1,3 м/с
1,8 м/с
на спине 0,6 м/с
1,2 м/с
1,4 м/с
1,5 м/с
брасс 0,8 м/с
1,1 м/с
1,2 м/с
Ходьба на лыжах 13 км/ч
Бег на коньках
4 м/с
8 м/с
10 м/с
Езда на велосипеде
9 км/ч
15 км/ч
20 км/ч
более 30 км/ч
Гимнастика
сгибание туловища
обороты на перекладине,
прыжки
Танцы	3-8
Волейбол (развлек.)
Теннис
одиночный
парный
Борьба
Спортивные игры
(футбол, баскетбол, гандбол)	10-15

* Соответствует скорости бега трусцой.
** Соответствует скорости марафонского бега с результатом 2 час. 20 мин.
*** Соответствует скорости бега на 10 000 м с результатом около 28 мин.
**** Соответствует скорости бега иа 1500 м с результатом около 3 мин 40 с.
***** Соответствует скорости бега на 400 м с результатом 45 с.

С физиологической точки зрения, тяжесть одного и того же физического упражнения сильно изменяется в зависимости от условий его выполнения (например, в горах или при повышенных температуре и влажности воздуха), хотя энергетическая стоимость его остается почти или полностью такой же, что и в обычных условиях.

Таким образом, оценка тяжести упражнения только по энергетическим критериям недостаточна. Поэтому многие классификации физических упражнений наряду с энергетическими характеристиками' (отнесенными к весу или поверхности тела) учитывают также ряд других физиологических показателей (табл. 4): скорость потребления О2, частоту сердечных сокращений (ЧСС), легочную вентиляцию (ЛВ), температур'у тела, дыхательный коэффициент-(ДК), содержание молочной-кислоты в крови и др.

Таблица 4. Классификация физической работы по энергетическим и физиологическим показателям (по данным у нетренированных мужчин)

Тяжесть работы	Энергетическая мощность	Физиологические показатели	Вид деятельности (предельное время работы)
	ккал/мин*	МЕТ**	VO2 МЛ/КГ*МИН	VO2***, л/мин	ЧСС, уд/мин	ЛВ, л/мин	ДК	Ректальная температура	Лактат крови, мг%
Покой	1,2		3,5	0,25		8'	0,83	37,0	10-20
Легкая работа:
спокойная	3,5		10,5	0,75			0,85	37,0	10-20	Неопределенно долго
умеренная	7,5		21,0	1,50			0,85	37,5		Обычная трудовая деятельность (до 8 ч в день)
Средняя работа: оптимальная	10,0		28,0	2,00			0,90	38,0	20-30	Интенсивная трудовая деятельность (8 ч в день неск недель - сезонные работы)
Тяжелая работа: напряженная	12,5		35,0	2,50			0,95.	38,5		Занятия физкультурой (1 - 2 ч в день, 3 раза в неделю)
Очень тяжелая работа:
максимальная	15,0		42,0	3,00			1,00	39,0	50-60	Интенсивная тренировка (до 1-2 ч в день)
истощающая	более 15,0	более 12	более 42,0	более 3,0	более 180	более 120	более 1,00	более 39,0	более 60	Соревновательное упражнение (неск. мин)

* 1 ккал/мин = 426,85 кгм/мин= 69,767 Ватт= 4,186 кДж/мин.
** 1 МЕТ = 3,5 мл, О2/кг*мин - 0,0175 ккал/кг = 0,0732 КДж/кг.
*** 1 л потребления О2 =-5,05 ккал = 21,237 кДж

Физиологическая классификация спортивных упражнений

Все спортивные упражнения можно разделить на две большие группы. Для упражнений первой группы характерны очень большие (на соревновании - предельные) физические нагрузки, которые предъявляют исключительно высокие запросы к ведущим физиологическим системам и требуют предельного проявления таких двигательных физических качеств, как сила, быстрота или выносливость. К таким упражнениям относятся все виды легкой атлетики, плавание, лыжный и конькобежный спорт, гребля, спортивные игры, единоборства и т. д. Вторую, группу составляют технические упражнения: авто.мотоспорт, парусный, санный, парашютный, конный, авиа- и дельтапланеризм. Перемещение спортсмена в пространстве при выполнении упражнений первой, наиболее многочисленной группы осуществляется в основном за счет внутренних (мышечных) сил. При выполнении, технических упражнений перемещение спортсмена происходит главным образом за счет внешних (не мышечных) сил: тяги двигателя машины (в автоспорте), гравитационных сил (в санном, парашютном спорте), силы воздушного потока (в.парусном спорте, авиа- и дельтапланеризме). Успех в технических упражнениях в очень большой мере определяется техническим оборудованием (в конном спорте - качествами лошади) и степенью владения им. Эти спортивные упражнения требуют исключительно высокого развития у спортсменов специфических психофизиологических функций: внимания, быстроты реакции, тонкой координации движений и т. д. В то. же время упражнения в технических видах спорта" как правило, не предъявляют предельных требований к энергетической и мышечной системам, к системам вегетативного обеспечения, а также к физическим качествам: силе, мощности и выносливости.

Схема

В соответствии с.общей кинематической характеристикой упражнений, т. е. характером протекания во времени, упражнения первой группы делят на. циклические и ациклические* (см. схему на рис.)

К циклическим упражнениям локомоторного (переместительного) характера относятся бег и ходьба, бег на коньках и на лыжах, плавание, гребля, езда на велосипеде. Для этих упражнений характерно многократное повторение стереотипных циклов движений. При этом относительно постоянны не только общий рисунок движений, но и средняя мощность нагрузки или скорость перемещения спортсмена (велосипеда, лодки) по дистанции. Исключение составляют очень короткие циклические упражнения (дистанции) и начальный отрезок любой дистанции, т. е. период разгона, на протяжении которых скорость перемещения изменяется очень значительно. Иначе говоря, циклические упражнения - это упражнения относительно по стоянных структуры и мощности.

К ациклическим относятся такие упражнения, на протяжении выполнения которых резко меняется характер двигательной активности. Упражнениями такого типа являются все спортивные игры, спортивные единоборства, метания и. прыжки, гимнастические и акробатические упражнения, упражнения на водных и. горных лыжах, в фигурном катании на коньках. Для ациклических упражнений характерны также резкие изменения мощности по ходу их

Некоторые виды спорта включают разные упражнения - циклические и ациклические. Таковы, например.; многоборья в легкой атлетике, лыжное двоеборье, современное пятиборье. Поэтому понятие "соревновательное спортивное упражнение" и понятия "вид спорта" или "спортивная дисциплина" во многих случаях нетождественны. выполнения. Это справедливо не только для соревновательных, но и для тренировочных упражнений (например, повторное пробе-гание отрезков с различной скоростью).

Важнейшую классификационную характеристику упражнений, кроме технических, составляет их мощность. Учитывая, что она относительно постоянна в циклических упражнениях, их можно классифицировать по средней мощности нагрузки на протяжении любого (достаточно длинного) отрезка времени выполнения упражнения.

На протяжении выполнения ациклических упражнений выделяют периоды наибольшей активности (мощности) - рабочие периоды, чередуемые с промежуточными периодами относительно невысокой активности (мощности), вплоть до полного отдыха (нулевой мощности). При классификации ациклических упражнений остается неясным, оценивать ли мощность основных рабочих периодов ("пиковую" мощность) или "среднюю" мощность за все время упражнения, включая основные рабочие периоды и промежуточные периоды относительного или полного отдыха. Физиологическая характеристика ациклических упражнений при использовании каждого из таких показателей будет различной.

Механическая, или физическая, мощность выполняемого упражнения измеряется физическими величинами - в ваттах, кгм/мин. Она определяет физическую нагрузку. В подавляющем большинстве случаев очень трудно достаточно точно измерить физическую мощность спортивных упражнений. В циклических упражнениях мощность (физическая нагрузка) и скорость перемещения (при неизменной технике выполнения движений) связаны линейной зависимостью: чем больше скорость, тем выше физическая нагрузка.

Совокупность физиологических (и психофизиологических) реакций организма на данную физическую нагрузку позволяет определить физиологическую мощность нагрузки или физиологическую нагрузку на организм работающего человека. "Физиологическая нагрузка" или "физиологическая мощность" - понятия близкие к термину "тяжесть работы". У каждого человека при выполнении упражнения одного и того же характера в одинаковых условиях внешней среды физиологическая мощность нагрузки находится в прямой зависимости от физической нагрузки. Например, чем выше скорость бега, тем больше физиологическая нагрузка.

Однако одинаковая физическая нагрузка вызывает неодинаковые физиологические реакции у людей разного возраста и пола, у людей с неодинаковой степенью функциональной подготовленности (тренированности), а также у одного и того же человека в разных условиях (например, при повышенных или пониженных температуре или давлении воздуха). Кроме того, различные физиологические реакции наблюдаются у одного и того же человека при одинаковой по мощности физической нагрузке, выполняемой разными мышечными группами (руками или ногами) или при разных положениях тела (лежа или стоя). Так, у гребцов на каноэ; пловцов или бегунов, выполняющих одинаковую по физической мощности работу (с одинаковой скоростью потребления О2), физиологические нагрузки (реакции) сильно различаются.

Следовательно, показатели физической мощности упражнения не могут быть использованы в качестве критерия для единой физиологической классификации различных спортивных упражнений, выполняемых людьми разного пола и возраста, с неодинаковыми функциональными возможностями и подготовленностью (тренированностью) или одним и тем же спортсменом в разных условиях. Поэтому в качестве классификационного признака чаще используются показатели физиологической мощности или физиологической нагрузки.

Одним из таких показателей служит предельное время выполнения данного упражнения. Действительно, чем выше физиологическая мощность ("тяжесть работы"), тем короче предельное время выполнения работы (см. рис. 2 и 3). Проанализировав по данным, мировых рекордов зависимость между скоростью преодоления разных дистанции и предельным (рекордным) временем (см. рис. 3), В. С. Фарфель разделил "кривую рекордов" на четыре зоны относительной мощности: с предельной продолжительностью упражнений до 20 с (зона максимальной мощности), от 20 с до 3-5 мин (зона субмаксимальной мощности), от 3-5 до 30-40 мин (зона большой мощности) и более 40 мин (зона умеренной мощности). Такая классификация спортивных циклических упражнении получила широкое распространение.

Другой подход к характеристике физиологической мощности состоит в определении относительных физиологических сдвигов. Характер и величина, ответных физиологических реакций на одну и ту же физическую нагрузку зависят прежде всего от предел ь н ых функциональных возможностей ведущих (для данного упражнения) физиологических систем. При выполнении одинаковой физической нагрузки у людей с более высокими функциональными возможностями ведущих систем величина реакций (физиологические сдвиги) меньше, и следовательно, физиологическая нагрузка на ведущие (и другие) системы и соответственно на организм в целом относительно меньше, чем у людей с более низкими функциональными возможностями. Одинаковая физическая нагрузка будет относительно труднее ("тяжелее") для.вторых, и, следовательно, предельное время ее выполнения у них будет короче, чем у первых. Соответственно первые способны выполнять такие большие физические нагрузки, которые недоступны вторым.

Например, два спортсмена выполняют одну и ту же абсолютную физическую Нагрузку с одинаковым рабочим потреблением О2 - 3 л/мин. Однако у одного из спортсменов МПК равно 6 л/мин, а у другого - 4,5 л/мин. Соответственно относительная физиологическая нагрузка на. кислородтранспортную систему у этих спортсменов далеко не одинакова, так как у первого выполняемая физическая работа "нагружает" эту систему лишь на 50% от ее предельных возможностей, а у второго - на 75%. Следовательно, относительная физиологическая нагрузка у первого спортсмена меньше, чем у второго.

Таким образом, для физиологической классификации спортивных упражнений, используются показатели относительной физиологической "мощности: физиологической н а-грузки, физиологической напряженности, тяжести работы. Такими показателями служат относительные физиологические сдвиги, которые возникают в ведущих функциональных системах в ответ на данную физическую нагрузку, выполняемую в определенных условиях внешней среды. Эти сдвиги выявляются путем сравнения текущих рабочих показателей деятельности ведущих физиологических, систем с предельными (максимальными) показателями.

Классификация циклических упражнений

Рис. 4. Примерный вклад (в процентах) аэробных и анаэробных энергетических источников на разных дистанциях легкоатлетического бега

Рис. 5. Относительный вклад (в процентах) трех энергетических систем (I - фосфагенной, II - лактацидной, III - кислородной) при выполнении упражнений разной предельной продолжительности

Энергетические запросы организма (работающих мышц) удовлетворяются, как известно, двумя основными путями: анаэробным и аэробным. Соотношение этих двух путей энергопродукции неодинаково в разных циклических упражнениях (рис. 4). При выполнении любого упражнения практически действуют все три энергетические системы: анаэробные фосфагенная (алактатная) и лакта-цидная (гликолитическая) и аэробная (кислородная, окислительная). "Зоны" их действия частично перекрываются (рис. 5). Поэтому трудно выделить "чистый" вклад каждой из энергетических систем, особенно при работе относительно небольшой предельной продолжительности. В этой связи часто объединяют в пары "соседние" по энергетической мощности (зоне действия) системы: фосфагенную с лактацидной, лактацидную с кислородной. Первой при этом указывается система, энергетический вклад которой больше.

В соответствии с относительной нагрузкой на анаэробные и аэробные энергетические системы все циклические упражнения можно разделить на анаэробные и аэробные (см. схему на стр. 14). Первые - с преобладанием анаэробного, вторые - аэробного компонента энергопродукции. Ведущим качеством при выполнении анаэробных упражнений служит мощность (скоростно-силовые возможности), при выполнении аэробных упражнений- выносливость.

Соотношение разных путей (систем) знергопродукции в значительной мере определяет, характер и степень изменений в деятельности различных физиологических систем, обеспечивающих выполнение разных упражнений.

Анаэробные упражнения. Выделяются три группы анаэробных упражнений:

1. максимальной анаэробной мощности (анаэробной мощности);
2. околомаксимальной анаэробной мощности (смешанной анаэробной мощности);
3. субмаксимальной анаэробной мощности (анаэробно-аэробной мощности).

Энергетические и эргомет-рические характеристики анаэробных упражнений приведены в табл. 5.

Таблица 5. Энергетическая и эргометрическая характеристика анаэробных циклических упражнений

Группа	Анаэробный компонент энергопродукции, % от обшей энергопродукции	Соотношение трех энергетических систем, %	Рекордная мощность, ккал/мин	Предельная рекордная продолжительность при беге, с
фосфагенная + лактацидная	лактацидная + кислородная	кислородная
Максимальной анаэробной мощности	90-100					До 10
Околомаксимальной анаэробной мощности	75- 85					20-50
Субмаксимальной анаэробной мощности	60- 70					60-120

Упражнения максимальной анаэробной мощности (анаэробной мощности) - это упражнения с почти исключительно анаэробным способом энергообеспечения работающих мышц: анаэробный компонент в общей энергопродукции составляет от 9ч0 до 100%. Он обеспечивается главным образом за счет фосфагенной энергетической системы (АТФ + КФ) при некотором участии лактацидной (гликоли-тической) системы. Рекордная максимальная анаэробная мощность, развиваемая выдающимися спортсменами во время спринтерского бега, достигает 120 ккал/мин. Возможная предельная продолжительность таких упражнений - несколько секунд. Таковы, например, соревновательный бег на дистанциях до 100 м, спринтерская велогонка на треке, плавание и ныряние на дистанцию до 50 м.

Рис. 6. Изменения концентрации гормонов в плазме крови, лактата и глюкозы крови при беге на разные дистанции

Усиление деятельности вегетативных систем происходит в процессе работы постепенно (см. главу II. 2). Из-за кратковременности анаэробных упражнений во время их выполнения функции кровообращения и дыхания, не успевают достигнуть возможного максимума. На протяжении максимального анаэробного упражнения спортсмен либо вообще не дышит, либо успевает выполнить лишь несколько дыхательных циклов. Соответственно "средняя" легочная вентиляция не превышает 20-30% от. максимальной. ЧСС.повышается еще до старта (до 140-150 уд/мин) и во время упражнения продолжает расти, достигая наибольшего значения сразу после финиша - 80-90% от ''максимальной (160-180 уд/мин). Поскольку энергетическую основу этих упражнений составляют анаэробные процессы, усиление деятельности кардио-респираторной (кислородтран-спортной) системы практически не имеет значения для энергетического обеспечения самого упражнения. Концентрация лактата в крови за время работы изменяется крайне незначительно, хотя в рабочих мышцах она может достигать в конце работы 10 ммоль/кг и даже больше. Концентрация лактата в крови продолжает нарастатьна протяжении нескольких минут после прекращения работы и составляет максимально 5-8 ммоль/л (рис. 6).

Перед выполнением анаэробных упражнений несколько повышается концентрация глюкозы в крови. До начала и в результате -их выполнения в крови очень существенно повышается концентрация катехоламинов (адреналина и норадреналина) и гормона роста, но несколько снижается концентрация инсулина; концентрации глюкагона и кортизола заметно не меняются (см. рис. 6).

Ведущие физиологические системы и механизмы, определяющие спортивный результат в этих упражнениях,- центрально-нервная регуляция мышечной деятельности (координация движений с проявлением большой мышечной мощности), функциональные свойства нервно-мышечного аппарата (скоростно-силовые), емкость и мощность фосфагенной энергетической системы рабочих мышц.

Упражнения околомаксимальной анаэробной мощности (смешанной анаэробной мощности)-это упражнения с преимущественно анаэробным энергообеспечением работающих мышц. Анаэробный компонент в общей энергопродукции составляет 75- 85% - отчасти за снет фосфагенной и в наибольшей мере за счет лактацидной (гликолитической) энергетических систем. Рекордная околомаксимальная анаэробная мощность в беге - в пределах 50-100 ккал/мин. Возможная предельная продолжительность таких упражнений у выдающихся спортсменов, колеблется от 20 до 50 с. К соревновательным упражнениям относится бег на дистанциях 200-400 м, плавание на дистанциях до 100 м, бег на коньках на 500 м.

Рис. 7. Частота сердечных сокращений перед началом, во время и после бега на 200 и 400 м

Для энергетического обеспечения этих упражнений значительное усиление деятельности кислородтранспортной системы уже играет определенную энергетическую роль, причем тем большую, чем продолжительнее упражнение. Предстартовое повышение ЧСС очень значительно (до 150-160 уд/мин). Наибольших значений (80-90% от максимальной) она достигает сразу после финиша на 200 м и на финише 400 м (рис. 7). В процессе выполнения упражнения быстро растет легочная вентиляция, так что к концу упражнения длительностью около 1 мин она может достигать 50-60% от максимальной рабочей вентиляции для данного спортсмена (60-80 л/мин). Скорость потребления О2 также быстро нарастает на дистанции и на финише 400 м может составлять уже 70-80% от индивидуального МПК.

Дата добавления: 2015-05-09