Определение физической работоспособности с помощью
степ-теста
Тест заключается в подъемах на ступеньку, высота которой устанавливается в зависимости от длины ноги испытуемого. Бедро и голень образуют при подъеме угол 90 градусов. Частота подъемов – 30 в минуту. Каждый подъем выполняется на 4 счета (под метроном): 1 – одна нога на ступеньке; 2 – встать на ступеньку обеими ногами; 3 – опустить одну ногу на пол; 4 – стать двумя ногами на пол. Время выполнения работы – 2 минуты.
Из числа студентов выбирают двух испытуемых. Сформированные группы студентов в состоянии покоя регистрируют у них ЧСС, СД, ДД, ПД, СОК, МОК; испытуемые взвешиваются. Данные фиксируют в таблице 17.
После завершения работы вышеуказанные показатели фиксируют в течение 5 минут восстановительного периода.
Таблица 17 – Функциональные показатели организма
| Показатели | Покой | Восстановительный период | ||||
| ЧСС | ||||||
| СД | ||||||
| ДД | ||||||
| ПД | ||||||
| СОК | ||||||
| МОК |
Зная массу испытуемого, высоту ступеньки и число подъемов в минуту, необходимо рассчитать мощность работы, выполняемой при подъеме на ступеньку по следующей формуле:
W = P × n × h, где
W – мощность работы (кгм/мин);
P – масса тела испытуемого (кг);
n – число подъемов в минуту.
h – высота ступеньки (м).
Для определения абсолютной величины физической работоспособности применяют формулу Г. П. Юрко (1978г.):
ФР170 = W × (170 – ЧССпокоя) / (ЧССнагрузки – ЧССпокоя), где
ФР170 – физическая работоспособность;
W – мощность работы (кгм/мин);
ЧСС – частота сердечных сокращений.
Более информативным показателем является относительная величина физической работоспособности, рассчитанная на 1 кг массы тела. Она зависит от пола, возраста и тренированности человека.
Для этого полученную величину абсолютной физической работоспособности (ФР170) делят на вес испытуемого.
У нетренированного здорового человека она равна 10-15 кгм/мин/кг;
У спортсменов – до 20 кгм/мин/кг.
В зависимости от величины АД, полученной сразу после выполнения работы, различают следующие типы реакций на физическую нагрузку:
Нормотонический тип: СД достигает 180-190 мм рт.ст., ДД изменяется по сравнению с данными покоя в пределах 10 мм рт.ст.;
Гипертонический тип: СД превышает 190 мм рт.ст, ДД увеличивается более чем на 10 мм рт.ст.;
Гипотонический тип (астенический тип): СД изменяется в пределах 20 мм рт.ст., ДД остается прежним либо изменяется незначительно;
Дистонический тип: СД достигает 180-200 мм рт.ст., ДД снижается в пределах 30 мм рт.ст.
Нормотонический тип реакции принято считать нормальной реакцией организма на физическую нагрузку. Все другие типы реакций свидетельствуют о некотором нарушении соотношения симпатической и парасимпатической иннервации в организме.
Полученные данные заносятся в протокол занятия, и оформляется вывод (характеризуется абсолютная и относительная физическая работоспособность, сравниваются показатели КВП, ВИК, определяется тип реакции на нагрузку и оценивается функциональное состояние организма спортсменов).
Лабораторное занятие
Функциональную пробу, основанную на определении мощности мышечной нагрузки, при которой ЧСС повышается до 170 уд/мин, обозначают как пробу Sjostrand /170/ или как тест PWC170 (от первых букв английского обозначения термина «физическая работоспособность»).
Тест PWC170 был разработан в Каролинском университете в Стокгольме для определения физической работоспособности спортсменов. Название теста PWC происходит от первых букв английского термина, обозначающего физическую работоспособность (Physical Working Capacity).
Физическая работоспособность в тесте PWC170 выражается в величинах той мощности физической нагрузки, при которой ЧСС достигает 170 уд/мин. Выбор именно такой частоты сердечных сокращений основан на следующих двух положениях:
1. Зона оптимального функционирования кардиореспираторной системы у спортсменов ограничивается диапазоном пульса от 170 до 200 уд/мин. Таким образом, с помощью этого теста можно установить ту интенсивность физической нагрузки, которая выводит деятельность сердечно-сосудистой системы в область оптимального функционирования.
2. Между мощностью выполняемой нагрузки и ЧСС существует линейная зависимость вплоть до пульса равного 170 уд/мин. При более высокой частоте пульса эта зависимость утрачивается. Следовательно, чем больше мощность нагрузки, при которой ЧСС достигает 170 уд/мин, тем больше резервы сердечно-сосудистой системы, которые и определяют «потолок» физической работоспособности.
Велоэргометр (от греч. «ergon» – работа и «metreo» – меряю, измеряю) – аппарат, который служит для определения физической работоспособности, переносимости физических нагрузок (толерантности к физическим нагрузкам), а также для тренировок спортсменов и нетренированных здоровых и больных людей.
Работа на велоэргометре по характеру движений аналогична езде на велосипеде. Испытуемый вращает ногами педали обычно со скоростью 50-60 оборотов в минуту, вращение (посредством цепи) передается диску механическим или электрическим способом. Изменение скорости вращения педалей или силы торможения диска позволяет точно дозировать усилия, затрачиваемые на выполнение работы. Мощность работы выражается в ваттах.
На результаты велоэргометрии могут влиять различные факторы, поэтому необходимо соблюдать следующие условия:
– накануне и, особенно, в день исследования, запрещается употребление алкогольных и других возбуждающих напитков (чай, кофе), по возможности, не курить или максимально ограничить курение;
– перед исследованием избегать интенсивных и продолжительных физических и эмоциональных напряжений;
– непосредственно перед началом велоэргометрии испытуемому необходимо отдохнуть 15-20 минут лежа или сидя в кресле;
– помещение, в котором проводится исследование, должно иметь хорошую вентиляцию. Оптимальная температура воздуха от +18 до +22ºС, относительная влажность – 30-60 %.
– испытуемый работает на каждом уровне нагрузки 4-5 минут, периоды отдыха составляют 3-5 минут.
– для детей и женщин начинать нагрузку следует с 25 Вт (150 кгм/мин) и увеличивать на каждой последующей ступени на 25 Вт; для мужчин рекомендуется начинать с 50 Вт; для спортсменов начальная нагрузка составляет 100 Вт (600 кгм/мин) и на каждой ступени увеличивается на 100 Вт.
Цель: ознакомиться с методиками определения общей физической работоспособности по показателю PWC170.
Материалы и оборудование: велоэргометр или ступенька, весы, тонометр, фонендоскоп, спирт, вата.
Ход работы
Определение физической работоспособности с помощью РWС170
Из числа студентов выбираются два испытуемых. Сформированные группы студентов в состоянии покоя регистрируют у них ЧСС, СД, ДД, ПД, СОК, МОК. Данные фиксируют в таблице 18.
Таблица 18 – Функциональные показатели организма
| Показатели | Покой | Восстановительный период | ||||
| ЧСС | ||||||
| СД | ||||||
| ДД | ||||||
| ПД | ||||||
| СОК | ||||||
| МОК |
Испытуемому предлагается выполнить две нагрузки на велоэргометре в течение 5 минут с 3-минутным отдыхом между ними. Мощность физических нагрузок должна быть такова, чтобы ЧСС при выполнении этих нагрузок не превышала 170 уд/мин, а скорость педалирования – не более 60-70об/мин.
Аналогичная нагрузка может быть выполнена и на разновысотной ступеньке. Продолжительность выполнения нагрузок и время отдыха между ними такие же, как и на велоэргометре. Обе нагрузки выбираются с учетом пола и физической подготовленности испытуемого, но не должны быть для него предельными. Пример выбора нагрузок представлен в таблице 19.
В последние 15 с 5-й минуты каждой нагрузки подсчитывается ЧСС. Результат умножается на 4 и получается ЧСС за 1 мин.
Для перевода кгм/мин в Ватты необходимо число кгм/мин разделить на 6.
Таблица 19 – Мощность нагрузок, рекомендованная для определения физической работоспособности
| Обследуемые | Пол | 1-я нагрузка (кгм/мин) | 2-я нагрузка (кгм/мин) |
| Спортсмены | Женщины | ||
| Мужчины | |||
| Неспортсмены | Женщины | ||
| Мужчины |
После завершения работы вышеуказанные показатели фиксируют в таблице в течение 5 минут восстановительного периода.
На основании данных о мощности и по результатам зарегистрированной ЧСС рассчитывается абсолютная величина PWC170 (кгм/мин) по формуле:
| PWC170 = N2 + (N2 – N1) × | 170 – ƒ1 |
| ƒ2 – ƒ1 |
где:
PWC170 – физическая работоспособность;
N1 – мощность первой нагрузки (кгм/мин);
N2 – мощность второй работы (кгм/мин);
ƒ1 – ЧСС за 1мин в конце первой работы;
ƒ2 – ЧСС за 1 мин в конце второй работы.
Значения PWC170 зависят от возраста, пола, спортивной специализации и квалификации испытуемого.
Так, у женщин эта величина может составлять от 420 до 900 кгм/мин, у мужчин – от 850 до 1000 кгм/мин, у спортсменов – от 1000 до 2000 кгм/мин и даже более. В таблице 20 представлены данные о физической работоспособности у спортсменов и нетренированных лиц.
Таблица 20 – Физическая работоспособность у спортсменов и нетренированных лиц (по В.П. Карпману с соавторами, 1988)
| Наблюдаемые | PWC170 (+ | M | ) |
| σ | |||
| кгм/мин | кгм/мнн/кг | ||
| Спортсмены, тренирующиеся «на выносливость» | ±305 | 25,7 ±4,6 | |
| Спортсмены, занимающиеся игровыми видами спорта | ±280 | 19,3 ±2,7 | |
| Нетренированные лица | ±136 | 14,4 ±2,7 |
Зная величину абсолютной PWC170, необходимо рассчитать относительную величину PWC170 на 1 кг веса. Нормы относительной физической работоспособности представлены в таблице 21.
Таблица 21 – Уровень относительной физической работоспособности
| Относительная физическая работоспособность | PWC170 (кгм/мин/кг) |
| Низкая | 14 и меньше |
| Ниже средней | 15-16 |
| средняя | 17-18 |
| Выше средней | 19-20 |
| высокая | 21-22 |
| Очень высокая | 23 и более |
Аэробные возможности организма определяются и лимитируются величиной максимального потребления кислорода (МПК). МПК определяется в условиях напряженной работы длительностью 5 мин. Этот показатель представляет собой предельную для данного индивидуума величину кислорода в единицу времени (1 мин), которую способен утилизировать организм во время выполнения физической работы. МПК зависит от тренированности и спортивной специализации, возможностей сердечно-сосудистой, дыхательной систем и системы крови, а также от возраста, пола и веса индивидуума. Особенно большие значения МПК наблюдаются у спортсменов, специализирующихся в циклических видах спорта на выносливость. Наибольшие величины абсолютного МПК достигаются к 15-20 годам.
Определение максимума аэробной производительности организма оцениваются при помощи прямых и косвенных методик.
Прямое измерение МПК – точная, но сложная методика, требующая значительного технического оснащения. Прямые методики позволяют рассчитать количество потребленного кислорода, определив при помощи газоанализаторов его содержание во вдыхаемом и выдыхаемом воздухе и вычислив разницу его потребления.
Косвенные методики основаны на прямой зависимости изменений ЧСС и мощности выполняемой работы в нормальных условиях. Они получили широкое распространение из-за простоты и доступности. Косвенную оценку аэробных возможностей, согласно рекомендациям Международной Биологической Программы, можно производить путем регистрации мощности нагрузки и ЧСС.
Вследствие того, что измерение МПК – трудоемкий процесс с использованием сложного оборудования, на занятиях МПК определяют с использованием номограммы Астранда. (приложение 2)
Порядок расчета по номограмме Астранда
1. Осуществляется нахождение предполагаемой величины потребления кислорода (ПК) при выполнении стандартной работы. При выполнении степ-теста через точку, соответствующую массе тела испытуемого на шкале «вес» необходимо провести горизонтальную линию до шкалы «ПК», при выполнении нагрузки на велоэргометре горизонтальную линию следует проводится через точку, соответствующую мощности работы, до шкалы «ПК».
2. Полученная точка на шкале «ПК» соединяется с соответствующей точкой на шкале «частота сердцебиений, на которой откладывается достигнутая при работе ЧСС.
3. На средней шкале «МПК» считывается предполагаемая величина потребления кислорода.
Например (Рисунок 1, приложение 2),у испытуемого весом 61 кг при выполнении степ-теста частота сердцебиений достигла 156 ударов в 1 мин, предполагаемая величина МПК равна 2,4 л/мин; у испытуемого при работе на велоэргометре с нагрузкой 1200 кгм/мин частота сердцебиений достигла 166 ударов в 1 мин, предполагаемая величина МПК равна 3,6 л/мин. После получения собственных материалов результаты сравниваются с данными, представленными в таблицах 22, 23.
По данным Всемирной организации здравоохранения (ВОЗ), у не спортсменов величина МПК в среднем составляет 3,1 л/мин, или 44 мл/кг/мин, у женщин – на 17-26 % меньше.
Принято считать, что максимальная аэробная производительность у спортсменов высокого класса может достигать 6,5 л/мин, что в пересчете на 1 кг массы составляет до 90 мл/кг/мин.
Таблица 22 – Максимальное потребление кислорода у спортсменов, специализирующихся в разных видах спорта (Салтин, Астранд, 1967)
| Контингент | Абсолютная величина МПК (л/мнн) | Относительная величина МПК (мл/кг/мни) |
| Нетренированные | 3,1 | |
| Лыжники | 5,6 | |
| Стайеры | 4,8 | |
| Средневики | 5,4 | |
| Гимнасты | 3,9 |
Таблица 23 – Работоспособность бегунов на разных дистанциях по показателям МПК (мл/кг/мин) (по А.А. Гуминскому, 1975)
| Дистанции (м) | Условная оценка работоспособности | |||
| 100, 200, | 800, | 5000, 10 000, марафон | ||
| 45-49 | 50-54 | 53-57 | 55-59 | Очень низкая |
| 50-54 | 55-59 | 58-62 | 60-64 | Низкая |
| 55-59 | 60-64 | 63-67 | 65-69 | Средняя |
| 60-64 | 65-69 | 68-72 | 70-74 | Хорошая |
| 65-69 | 70-74 | 73-77 | 75-79 | Очень хорошая |
| >70 | >75 | >78 | >80 | Отличная |
Величину МПК можно рассчитать, если известно значение PWC170. Для спортсменов скоростно-силовых видов используется формула:
МПК = 1,7 PWC170 + 1240.
Для представителей циклических видов спорта формула несколько отличается:
МПК = 2,2 PWC170 + 1070.
Полученные данные заносятся в протокол занятия, в котором регистрируются полученные в ходе выполнения нагрузки показатели, рассчитываются значения PWC170 и МПК.
Полученные данные заносятся в протокол занятия, и оформляется вывод о физической работоспособности испытуемого.
Лабораторное занятие
Индекс степ-теста нашел широкое применение в спортивной практике. Функциональная проба рассчитана на здоровых молодых людей и позволяет объективно оценивать у них общую физическую работоспособность. Интенсивность выполняемой нагрузки во время проведения исследования велика и требует от испытуемого предельного физического напряжения. Существует несколько вариантов методики проведения степ-теста. Одной из наиболее распространенных является методика степ-теста в модификации Гарвардского университета.
В 1942 году в США в лаборатории утомления при Гарвардском университете в Бруа разработали тест для определения общей физической работоспособности и выносливости. Этот тест является информативным показателем оценки степени тренированности обследуемых лиц и влияния на них физических упражнений.
Цель: ознакомиться с методиками определения общей физической работоспособности по показателю индекса Гарвардского степ-теста.
Материалы и оборудование: ступенька высотой 50 см, метроном, тонометр, фонендоскоп, секундомеры, спирт, вата.
Ход работы