Методы оценки функционального состояния
При изучении проблем физического воспитания невозможно решить задачу в целом без оценки функционального состояния организма занимающихся. Только комплексный учет данных педагогического и врачебного обследования позволяет дать объективную оценку влияния изучаемого фактора на функциональное состояние испытуемого и результаты его «внешней» деятельности. Поэтому в педагогических исследованиях материалы функционального тестирования рассматриваются не изолированно, а комплексно с вышеперечисленными уже методами.
Чтобы получить полноценное представление о функциональном состоянии организма человека, надо исследовать ряд показателей, характеризующих различные стороны его жизнедеятельности. Определение частоты сердечных сокращений (ЧСС), частоты дыхания (ЧД), измерение артериального давления крови (АД), жизненной ёмкости легких (ЖЁЛ), может дать педагогу много ценной информации для индивидуализации, оценки правильности построения занятий, определения функционального состояния организма.
Для оценки функциональной готовности занимающихся к выполнению первичной или повторной физической работы, а также для определения ее переносимости применяют ряд простых функциональных методов и заданий (тестов).
Приступая к исследованию функций систем и органов человека, прежде всего, необходимо определить ряд показателей в покое. Это те исходные данные, на которые необходимо опираться в процессе исследования.
Одним из доступных и дающих важную информацию показателей является пульс.
Есть несколько методов определения частоты пульса. Наиболее простой из них – пальпаторный (на сонной, височной и других, доступных для пульсации, артериях). Определяя пульс, следует помнить, что ССС очень чувствительна к различным влияниям (эмоциональным, физической нагрузке и т.д.). Пульс рекомендуется подсчитывать в покое по 10-ти секундным отрезкам 2-3 раза подряд, чтобы получить достоверные значения и заметить нарушение сердечного ритма (аритмия). Для получения более точного результата замер ЧСС рекомендуется делать за 1 мин. ЧСС в покое измеряется после 5-7 мин отдыха лежа на спине или сидя. Исходное положение для замера ЧСС стоя - опереться спиной о стену, чтобы ноги были на расстоянии ступни от стены, до замера постоять 1-2 мин.
После нагрузки надежнее подсчитывать частоту сердцебиений, положив руку на область сердца (область 4 межреберья под грудной мышцей); в области височной, сонной артерии.
Динамика ЧСС зависит от возраста, пола и интенсивности предстоящей работы. Примерно к 3-4 минуте равномерной работы наступает устойчивое состояние, и колебания ЧСС существенно снижаются. Исследуя пульс, определяют его частоту и ритм.
Частота дыхания -один из важнейших показателей и зависит от возраста, здоровья, уровня подготовленности, а во время физической нагрузки - от интенсивности. ЧД подсчитывается за 1 мин в состоянии покоя сидя. При этом дыхание должно быть естественным, обычным, без задержек и учащения. Для подсчета частоты дыхания нужно положить ладонь так, чтобы она захватила нижнюю часть грудной клетки и верхнюю часть живота. Дышать при этом следует равномерно. У детей 5 лет она составляет 19 вдохов и выдохов в минуту, а у взрослого колеблется в пределах 14 - 18 - в минуту. При занятиях физической культурой частота дыхания в покое снижается, составляя 10-15 в минуту. Физическую нагрузку в занятиях следует регулировать так, чтобы частота дыхания после занятий не превышала 30 у взрослых и 40 у детей, а восстановление её до исходной величины происходило не позднее, чем за 7-9 минут [24].
Для оценки функционального состояния организма человека наряду с измерением частоты пульса проводится измерение артериального давления. АД измеряется тонометром по методу Н.С. Короткова на правой руке в положении сидя после 5-10-минутного отдыха. Манжету накладывают на середину обнаженного плеча на 1-2 см выше локтевого сгиба. Рука обследуемого должна быть удобно расположена на столе и повернута ладонью вверх. Момент появления тонов соответствует систолическому давлению, а исчезновение их - диастолическому. Более эффективным является использование современных электронных тонометров.
Метод спирометрии позволяет определить жизненную емкость легких (ЖЁЛ). Измерение проводят сухим или воздушным спирометром. Наиболее удобен для исследования сухой спирометр, представляющий собой небольшую коробочку со шкалой с делениями, стрелкой и трубкой для выдоха, на которую одевается мундштук. Исследование проводят три раза, отмечая лучший результат. По показателям спирометрии можно до известной степени судить и о функции ССС. С возрастом показатели ЖЁЛ меняются.
Для определения функциональных возможностей занимающихся физическими упражнениями используются различные методы: спирометрия, динамометрия, пробы с дозированной нагрузкой.
Метод динамометрии определяет мышечную силу рук и силу мышц туловища. Становую силу мышц туловища исследуют специальным пружинным становым динамометром. Результат заносят в протокол.
Наибольшее значение при проведении функциональных проб имеют: самочувствие после пробы, свидетельствующее о том, как воспитанник перенес нагрузку; изменения частоты пульса, АД и т.д. Степень изменения гемодинамических показателей зависит в значительной мере от их исходных величин в состоянии покоя. Из всех гемодинамических показателей, прежде всего, исследуются частота пульса и АД. В норме при физической нагрузке происходят однонаправленные изменения АД и пульса. АД реагирует на нагрузку повышением максимального давления, что указывает на увеличение силы сердечных сокращений, снижением минимального. Соответственно повышается пульсовое давление, что косвенно свидетельствует об увеличении ударного объема сердца, учащается пульс. Все эти изменения возвращаются к исходным данным в течение 3-5 минут, причем, чем быстрее это происходит, тем, значит лучше функция ССС. Такая реакция, называется нормотонической; является благоприятной. Отсюда ясно, что чем интенсивнее выполняемая нагрузка, тем больше изменения пульса и АД. Разные величины сдвигов пульса, АД и длительности восстановления до исходного уровня зависят не только от интенсивности применяемой функциональной пробы, но и от физической подготовленности.
При нормотонической реакции на функциональную пробу с 30 приседаниями частота пульса учащается в пределах 60-80% от исходного показателя, увеличение свыше этого свидетельствует об ухудшении функциональной способности сердца. АД макс. не должно возрастать более чем на 15-30%, а АД мин. уменьшаться более чем на 10-35%. Пульсовое давление при данной пробе не должно повышаться больше чем на 60-80% по сравнению с исходными показателями. Процент увеличения пульсового давления не должен значительно отставать от процента учащения пульса.
Гипотоническая (астеническая) реакция характеризуется более значительным учащением пульса, при этом максимальное давление повышается незначительно. Такая реакция считается неблагоприятной. Она свидетельствует о том, что повышение функции кровообращения, обусловленное физической нагрузкой, обеспечивается не увеличением ударного объема, поскольку пульсовое давление повышается незначительно или не изменяется, а увеличением ЧСС. Учащение ЧСС при этом составляет 120-150%, в то время как пульсовое давление повышается всего на 12-25% или даже снижается. Такая реакция наблюдается при функциональной неполноценности ССС, при переутомлении, и после перенесенных заболеваний.
Гипертоническая реакция характеризуется значительным увеличением АД макс., частоты пульса и некоторым повышением АД мин. Время восстановления при этой реакции замедленно. К гипертонической реакции относится повышение АД мин. свыше 90 мм рт. ст. без значительного увеличения АД макс.
Реакция со ступенчатым подъемом АД макс. проявляется в выраженном учащении пульса, при этом АД макс.,максма измеренное сразу после нагрузки, ниже, чем на 2-3 минуте восстановительного периода. Такая реакция характерна для сердца с ослабленной функциональной способностью и обычно наблюдается после скоростных нагрузок. При этой реакции выявляется неспособность организма достаточно быстро обеспечить перераспределение крови, которое требуется для работающих мышц. Ступенчатая реакция отмечается при переутомлении и обычно сопровождается жалобами на боли и тяжесть в ногах после физической нагрузки, быструю утомляемость и др.
Функциональные пробы дополняют комплексное исследование рядом важных показателей: применяют функциональную пробу Мартинэ - Кушелевского в виде 30 приседаний; 60 подскоков в течение 30 сек. Оценка результатов пробы производится: а) по степени учащения пульса, АД;
б) по времени возвращения показателей к исходным данным.
Все исследования после нагрузки (определение частоты пульса, величины АД, частоты дыхания) необходимо проводить в течение первых 50 секунд. Начиная с 50 секунды после нагрузки (секундомер не останавливают), пульс подсчитывают каждые 10 сек., до возвращения его к исходной величине. Качество пробы оценивают по совокупности всех полученных показателей и характеру взаимоотношений, по внешнему виду и по поведению детей.
Благоприятными считают: учащение пульса на 6-7 ударов в 10 сек., повышение систолического давления на 16-22 мм, снижение АД мин. на 0-6 мм, среднее время для возвращения к исходным данным от 1 мин. 40 сек. до 2 мин. 30 сек.
Степень учащения пульса определяют в абсолютных цифрах, вычисляют по разности между величиной пульса после нагрузки и до нагрузки, полученное значение выражают в процентах по отношению к исходной величине. Например: до нагрузки пульс равен 16, после нагрузки 27, разность: 27-16 = 9. Получаем: 9х100:16 = 56 %.
При ухудшении адаптации ССС к физической нагрузке пульс учащается на 12-18 ударов в 10 сек. (что составляет 100-150 % от исходных данных), период восстановления длится 4-5 мин.
Таким образом, можно считать, что хорошая реакция- умеренное учащение пульса и небольшое повышение АД макс. при снижении АД мин. и увеличение пульсового давления с коротким восстановительным периодом.
Удовлетворительная реакция - резкое учащение пульса при более значительном увеличении максимального, незначительном снижении пульсового давления, замедленное восстановление всех показателей к первоначальному уровню.
Неудовлетворительная реакция - значительное учащение пульса, понижение АД макс. и повышение АД мин., уменьшение пульсовой амплитуды, значительное замедление восстановления (более 5 мин.) [21].
Кроме того, применяют пробы с переменой положения тела: ортостатическая пробазаключается в изменении положения тела относительно опоры. Проводят следующим образом: человек лежит в горизонтальном положении 2-3 мин., у него в течение 15 сек. подсчитывают частоту пульса и результат умножают на 4 - это исходная частота пульса. Далее измеряют АД и предлагают спокойно встать, сразу измеряют пульс и АД. В норме разница между частотой пульса в горизонтальном и вертикальном положениях не превышает 10-14 ударов в минуту, а АД колеблется в пределах + 10 мм рт. ст.
Благоприятным признаком считается увеличение пульсового давления, неблагоприятной реакцией - учащение пульса после пробы на 20 ударов в минуту и более, и значительное колебание АД, особенно если оно сопровождается снижением пульсового давления [23].
Клиностатическая проба проводится в обратном порядке по сравнению с ортостатической, т.е. частоту пульса и величину АД определяют сначала в вертикальном, а затем в горизонтальном положениях. В норме наблюдают замедление частоты пульса на 4-6 ударов в минуту; колебания АД не должны превышать допустимых значений.
Пробы с переменой положения отражают степень возбудимости нервной системы и могут быть использованы, начиная с 3-х летнего возраста. Кроме того, ценность указанных проб возрастает при оценке степени изменения регуляции сердечной деятельности, находящихся в состоянии перенапряжения, перетренировки, после различных заболеваний [20].
Функция дыхания осуществляется согласованной работой систем организма (дыхания, кровообращения и крови), тесно связанных между собой и обладающих возможностью взаимной компенсации. Резервный объем вдоха, дыхательный объем и резервный объем выдоха составляют ЖЕЛ. Процентное соотношение этих величин неодинаково у различных лиц и при разных состояниях организма. Оно колеблется в следующих пределах: резервный объем вдоха - 55-60 %, дыхательный объем - 10-15 % и резервный объем выдоха - 25-30 % ЖЕЛ.
Из большого числа различных расчетов должной ЖЕЛ наиболее простой, удобной является расчет по формуле Антонии:
Должная ЖЕЛ = основной обмен х 2,3 для мужского населения; а у женского населения = основной обмен х 2,1.
Для занимающихся физической культурой и спортом может быть рекомендовано применение уравнения Людвига: у мужчин должная ЖЕЛ = (40 х рост в см) + (30 х вес в кг) - 4400; у женщин должная ЖЕЛ = (40 х рост в см) + (10 х вес в кг) - 3800. При сравнении вычисленной должной ЖЕЛ с определяемой фактической ЖЕЛ - учитывается разброс нормальных значений + 25 % [13].
Определение ЖЕЛ может быть использовано для оценки функционального состояния с помощью функциональных проб дыхания Розенталя и Шафранского.
Проба Розенталя заключается в пятикратном измерении ЖЕЛ с интервалом в 15 секунд. У тренированных лиц отмечаются одинаковые данные или их увеличение. Снижение показателя может свидетельствовать об утомлении дыхательной мускулатуры или об изменении в состоянии дыхательного аппарата.
Проба Шафранского можно применяться, начиная с младших классов. Измеряется ЖЕЛ в покое и после 3 минутного бега в первые 15 сек., затем в конце 1, 2, 3-й мин. восстановительного периода. Обычно после выполнения бега ЖЕЛ изменяется в пределах + 200 мл с быстрым восстановлением на 2-3 мин. до уровня покоя [17].
При динамической спирометрии величину ЖЕЛ, измеренную сразу же после нагрузки, сравнивают с исходной величиной ЖЕЛ, полученной в покое. Оценка, как и в пробе Розенталя. Увеличение ее при последующих измерениях соответствует хорошей оценке, без изменений - удовлетворительной, уменьшение - неудовлетворительной.
Важным критерием оценки функционального состояния системы дыхания (как и кровообращения) являются типы легочной вентиляции.
С помощью измерения ЖЕЛ можно определить бронхиальную проходимость. Ее оценка имеет важное значение в характеристике вентиляции. Состояние бронхиальной проходимости можно определить с помощью форсированной ЖЕЛ.
Форсированная ЖЕЛ (ФЖЕЛ) определяется как обычная ЖЕЛ, но при максимально быстром выдохе. В норме она должна быть на 200 - 300 мл меньше ЖЕЛ. Увеличение этой разницы указывает на ухудшение бронхиальной проходимости.
Пробы с произвольной задержкой дыхания характеризуют функцию не только дыхания, но и кровообращения.
Проба Штанге - задержка дыхания на вдохе. Время задержки дыхания на вдохе измеряют после 3-5-минутного отдыха. Тестируемый в положении стоя делает три глубоких вдоха и на неполном 4-м вдохе задерживает дыхание, зажав нос пальцами. По секундомеру определяют время задержки дыхания. При утомлении время задержки резко снижается.
Проба Генчи -задержка дыхания на выдохе. При хорошем функциональном состоянии дыхание задерживается на выдохе до 45-60 секунд и более. При утомлении время задержки дыхания резко уменьшается. Интервал между замерами времени задержки дыхания на вдохе и выдохе не менее 5-7 мин [13].
Для оценки вегетативных реакций используют схему К. Л. Хилова в модификации П.И. Готовцева, которая характеризуется пятью степенями:
· нулевая степень реакции: пульс и АД не меняются;
· I степень: пульс не меняется, а АД изменяется (+10 мм рт. ст.);
· II степень: пульс не изменяется, АД макс. повышается или снижается от 9 до 20 мм рт. ст. Проявляются отчетливые реакции;
· III степень: пульс замедляется, АД макс. повышается более чем на 15 мм рт. ст., минимальное давление снижается на 5 мм и более, значительно выражены вегетативные и соматические реакции;
· IV степень: пульс замедлен, АД изменено, отклонение туловища. В хорошем состоянии подготовленности встречаются 0 и 1 степени реакций, в удовлетворительном - II степень, в период физического перенапряжения - III и IV степени.
Разработанная во ВНИИФК проба может проводиться в естественных условиях, что, несомненно, повышает её практическую значимость. Измерив АД и пульс, предлагают выполнить знакомое упражнение в зависимости от возрастных особенностей и подготовленности. Затем, наклонив туловище на 90о, закрывает глаза и вращается (с помощью врача или педагога) вокруг вертикальной оси со скоростью один оборот за 2 секунды. После 5 оборотов испытуемый сохраняет 5 с положение наклона и по команде выпрямляется, открывает глаза. После подсчета пульса и АД, исследования нистагма, вновь предлагают выполнить тот же комплекс движений, что и до пробы. Чем меньше при этом нарушается точность заданных движений, изменяются величины пульса и АД, тем выше подготовленность вестибулярного аппарата. Эту пробу можно использовать до занятия и после, а также в восстановительном периоде для оценки воздействия на вестибулярный аппарат [17].
Для определения приспособляемости организма к физическим нагрузкам также можно использовать и тест Руффье. Измеряется частота пульса в положении сидя после 5-минутного покоя, затем 30 приседаний в течение 30 с. В положении стоя измеряется пульс и в положении сидя через 1 мин. Оценка производится по формуле:
4х(Р1 + Р2 + Р3) – 200
где Р1 - пульс в покое, Р2 - пульс после приседаний;
Р3 - после минуты отдыха.
Индекс оценивается: 0 - отлично, 1 - 5 -хорошо, 6 – 10 удовлетворительно; 11- 15 – слабо; более 15 - неудовлетворительно.
Индекс Кердо позволяет оценить деятельность вегетативной нервной системы.Индекс Кердо (ИК) представляет собой соотношение АД диаст. (Д) и пульса (Р):
ИК = (1 – Д : Р) х 100)
У практически здоровых он близок к нулю; при преобладании симпатического тонуса увеличивается. При равновесии состояния вегетативной нервной системы ИК = 0. При сдвиге равновесия под влиянием симпатической нервной системы диастолическое АД падает, ЧСС растет, ИК > 0. При усиленном функционировании парасимпатической нервной системы ИК < 0. ИК информативен в тех занятиях, где нервно - психическое напряжение высокое.
Функциональная проба по Квергу определяет степень адаптации организма к разнохарактерной нагрузке,позволяя оценить общую тренированность и функциональное состояние сердечно-сосудистой системы.Функциональная проба по Квергу включает 30 приседаний за 30 с, максимальный бег на месте - 30 с, 3-минутный бег на месте с частотой 150 шагов в минуту и подскоки со скакалкой – 1 мин. Комплексная нагрузка длится 5 мин. Сразу после нагрузки в положении сидя измеряют пульс в течении 30 с (Р1), повторно – через 2 (Р2) и 4 мин. (Р3).
Индекс оценивается по формуле:
| длительность работы (сек.) × 100 |
| 2 × (Р1 + Р2 + Р3) |
где 105 и более - очень хороший результат, 99 - 104- хорошо, 93 - 98 – удовлетворительно, менее 92 – слабо [24].
Коэффициент выносливости (КВ) характеризует функциональное состояние ССС. Этот тест представляет собой интегральную величину, объединяющую ЧСС, систолическое и диастолическое давление и рассчитывается по следующей формуле:
КВ = (ЧСС х 10) : ПД
где КВ - коэффициент выносливости, ПД - пульсовое давление. В норме КВ равен 16. Увеличение указывает на ослабление деятельности ССС, уменьшение - на усиление. По мере развития выносливости числовые значения КВ снижаются.
Простой и доступной является проба Яроцкого: выполняют непрерывные кружения головой в одну сторону в темпе два движения в 1 секунду. Определяют по секундомеру, сколько времени испытуемый сохраняет при этом равновесие тела. В среднем результат равен около 27 секунд, а у спортсменов он может достигать 90 секунд [20].
Координация движений определяется с помощью различных проб, позволяющих выявить расстройство координации, или атаксию. Исследование этой сферы позволяет получить точную характеристику координации движений, определить слаженность работы коры головного мозга, подкорковых образований, мозжечка, вестибулярного и двигательного анализаторов.
Для оценки функции равновесия и координации специально проводят пробы с раздражением вестибулярного аппарата [14,15]. К ним можно отнести следующие пробы: равновесие в позе Ромберга, проба ходьбы, пальценосовая, игровое упражнение «ласточка». Нарушение функцииравновесия при выполнении этих проб проявляется нистагмом, промахиванием, неустойчивостью. Более эффективными для активно тренирующихся спортсменов являются специальные функциональные пробы с применением дозированных угловых ускорений и скоростей (Г.А. Шорин), проба Воячека.
При проведении пробы Воячека испытуемый сидит в кресле, наклонив голову под углом 90о и с закрытыми глазами. Раздражение полукружных каналов задают с помощью вращений (5 вращений за 10 сек.). После 5-секундной паузы ребенок поднимает голову. До и после вращения считают пульс и измеряют АД. Оценка результатов проводится по трем степеням выраженности реакции на вращение: 1. - слабая (тяга туловища в сторону вращения), 2 - средняя (наклон туловища), 3 - сильная (наклонность к падению). Одновременно оцениваются вегетативные симптомы: побледнение лица, холодный пот, учащение сердечных сокращений, изменение АД.
Статическая атаксия выявляется с помощью простой и усложненной проб Ромберга [13].