Глава 26

Рис. 26.7. Потребление кислорода во время легкой динамической работы постоянной интенсивности

сохраняется тесная связь между частотой сокращений сердца и потреблением кислорода, а связь между частотой сокращений сердца и выполняемой нагрузкой утрачивается. Пропорциональная зависимость между частотой сокращений сердца и потреблением кислорода может быть представлена в виде прямой (рис. 26.8), наклон которой широко варьирует у разных лиц и особенно зависит от возраста и пола. Для данного увеличения потребления кислорода частота сокращений сердца у детей нарастает более круто, чем у взрослых, а у женщин – круче, чем у мужчин [19, 31].

Рис. 26.8. Влияние возраста и пола на связь между частотой сокращений сердца и потреблением кислорода (или интенсивностью работы) во время динамической работы. Шкала интенсивности работы применима только к работе на эргометре при постоянной частоте его вращения, равной 60 об/мин. Использованы средние значения, приведенные в [25]

Наклон прямой на таком графике–«индекс работа–пульс» (ИРП)–прежде использовали для оценки работоспособности в условиях, требующих выносливости [19], однако в дальнейшем было показано, что ИРП не отражает увеличения работоспособности, достигаемого тренировкой выносливости.

Физиологические механизмы, лежащие в основе тесной связи между частотой сокращений сердца и потреблением кислорода, можно объяснить, руководствуясь следующей гипотезой [28]. Мышечные рецепторы, не идентичные мышечным веретенам, посылают текущую информацию о метаболической активности работающей мышцы в центр кровообращения. В результате этого не только локальный кровоток в мышце, но и сердечный выброс могут в широких пределах приспосабливаться к возникающим в данное время потребностям, причем сердечный выброс и частота сокращений сердца изменяются таким образом, что сохраняется пропорциональность между этими величинами. Постулированные мышечные рецепторы морфологически пока не идентифицированы, однако имеется много функциональных данных, подтверждающих их существование.

Потребление кислорода и частота сокращений сердца при работе с увеличивающейся интенсивностью. По мере увеличения интенсивности динамической работы сердце сокращается все чаще и скорость потребления кислорода возрастает (рис. 26.9);

чем больше нагрузка на организм, тем значительнее это увеличение по сравнению с уровнем в покое. Таким образом, частота сокращений сердца и потребление кислорода служат мерой физического напряжения. Состояния со значительным напряжением возникают в тех случаях, когда выполняется тяжелая работа, даже если при этом коэффициент полезного действия высок (25%), а также при легкой работе с низким коэффициентом полезного действия. Когда движения осуществляются с постоянной частотой, коэффициент полезного действия почти не меняется независимо от интенсивности работы. Поэтому, когда интенсивность работы постепенно увеличивается, а частота движений остается постоянной, потребление кислорода нарастает линейно, достигая максимума, а затем стабилизируется (рис. 26.9). В этом стационарном состоянии разница между потребностью в кислороде и его притоком увеличивается столь быстро, что наступает острое истощение. Частота сокращений сердца изменяется так же, как и интенсивность работы. По достижении максимальной частоты пульса через 10–30 мин тяжелой работы дополнительного его подъема, обусловленного утомлением, практически не наблюдается (рис. 26.9).

Дыхание. Во время легкой динамической работы минутный объем дыхания, как и сердечный выброс, увеличивается пропорционально потреблению кислорода. Это увеличение возникает в результате нарастания дыхательного объема и/или частоты дыхания (ср. гипервентиляция).

Рис. 26.9. Изменение потребления кислорода и частоты сокращений сердца при плавном увеличении интенсивности работы

Пропорциональность между потреблением кислорода и минутным объемом дыхания во время легкой работы, как предполагают, контролируется мышечными рецепторами, зависящими от метаболической активности, как и в случае–адаптации частоты сердечных сокращений. При тяжелой работе нарастание величины минутного объема дыхания заметно превышает сдвиги, пропорциональные изменениям в потреблении кислорода, потому что молочная кислота, образующаяся в мышце, действует как дополнительный стимулятор дыхания, вызывая метаболический ацидоз крови.

Показатели крови во время динамической работы

Во время и после динамической работы кровь претерпевает существенные изменения. По ним лишь изредка можно действительно оценить степень физического напряжения, но особое значение их состоит в том, что они служат источниками ошибок при лабораторной диагностике.

Уровни газов в крови. Во время легкой физической работы у здорового человека выявляются лишь незначительные изменения в парциальном давлении СО₂и О₂в артериальной крови. Тяжелая работа вызывает более существенные изменения. Как показано на рис. 26.10, наибольшие отклонения от уровня покоя составляют 8% для артериального PO₂, и 10%–для PCO_2.Насыщение кислородом смешанной венозной крови падает с ростом напряжения; соответственно этому артериовенозная разница по кислороду (авРO₂ ) увеличивается от значения, приблизительно равного 0,05 (уровень покоя), до 0,14 у нетренированных и 0,17 у тренированных лиц (рис. 26.10) [1, 29]. Это увеличение обусловлено повышенным извлечением кислорода из крови в работающей мышце.

Клетки крови. При физической работе показатель гематокрита увеличивается как в результате снижения объема плазмы (в связи с усиленной капиллярной фильтрацией), так и за счет поступления эритроцитов из мест их образования (при этом увеличивается доля незрелых форм). Отмечено также нарастание числа лейкоцитов (рабочий лейкоцитоз).

Число лейкоцитов в крови бегунов на длинные дистанции увеличивается пропорционально длительности бега на 5000–15000 клеток/мкл в зависимости от работоспособности (меньше у лиц с высокой работоспособностью) [39]. Увеличение происходит преимущественно за счет возрастания количества нейтрофильных гранулоцитов, так что при этом численное соотношение клеток разных типов меняется. Кроме того, пропорционально интенсивности работы увеличивается число тромбоцитов.

Рис. 26.10. Парциальное давление O₂, СO₂; и содержание О₂в крови при физической работе различной интенсивности. Спортсмены тренированы на выносливость. R–уровень в покое (по [29])

Кислотно–щелочное равновесие крови. Легкая физическая работа не влияет на кислотно–щелочное равновесие, так как все избыточное количество образующейся углекислоты выделяется через легкие. Во время тяжелой работы развивается метаболический ацидоз, степень которого пропорциональна скорости образования лактата; частично он компенсируется за счет дыхания (снижение артериального РCO₂).

Содержание питательных веществ в крови. Уровень глюкозы в артериальной крови у здорового человека мало изменяется во –время работы. Только при тяжелой и длительной работе происходит падение концентрации глюкозы в артериальной крови, что указывает на приближающееся истощение. Вместе с тем концентрация лактата в крови варьирует в широких пределах в зависимости от степени напряжения и длительности работы [9, 10]–соответственно скорости образования лактата в мышце, функционирующей в анаэробных условиях, и скорости его элиминации. Лактат разрушается или подвергается превращениям в неработающих скелетных мышцах, жировой ткани, печени, почках и миокарде. В условиях покоя концентрация лактата в артериальной крови составляет приблизительно 1 ммоль/л; при тяжелой работе длительностью около получаса или при крайне тяжелых кратковременных нагрузках с минутными интервалами могут быть достигнуты максимальные уровни, превышающие 15 ммоль/л. При длительной тяжелой работе

Рис. 26.11. Изменения концентраций лактата, глюкозы, глицерола и свободных жирных кислот в артериальной крови в течение 2 ч работы на эргометре, которой непосредственно предшествовал прием смешанной пищи или 200 г глюкозы; средняя частота пульса равна 150 мин^–1. Происходит отчетливое торможение липолиза после приема углеводов (по [13] с изменениями)

концентрация лактата сначала увеличивается, а затем падает (рис. 26.11).

Если рацион богат углеводами, концентрации свободных жирных кислот и глицерола мало изменяются под влиянием работы, так как секреция инсулина, обусловленная потреблением углеводов, тормозит липолиз [13, 34]. Однако при обычном рационе длительная тяжелая работа сопровождается увеличением концентраций свободных жирных кислот и глицерола в крови в 4 или более раз (рис. 26.11).

Другие вещества в крови. При физической нагрузке повышаются концентрации в крови некоторых ионов (например, калия) и органических веществ (например, трансаминаз). Эти сдвиги объясняют изменением проницаемости мембран в мышцах, благодаря которым внутриклеточные компоненты проникают в кровоток. Возвращение к начальным концентрациям требует в отдельных случаях нескольких дней. В целом изменения состава крови, обусловленные работой, могут быть трудноотличимы от сдвигов, вызванных заболеваниями (при серодиагностике).

Терморегуляция при динамической работе

Терморегуляция. Потоотделение обычно считается признаком тяжелой работы. Начало заметного потоотделения, однако, зависит не только от тяжести работы, но и от условий окружающей среды. Секреция пота начинается тогда, когда происходит превышение нейтральной температуры по причине либо усиленной теплопродукции во время мышечной работы, либо недостаточной теплоотдачи вследствие высокой температуры или влажности окружающей среды, несоответствующей одежды, отсутствия движения воздуха (конвекции) или, наконец, по причине нагревания тела избыточным тепловым излучением (например, в литейном цехе).

По мере увеличения интенсивности работы при постоянстве всех других условий потоотделение увеличивается приблизительно пропорционально ректальной температуре. В связи с охлаждающим эффектом испарения температура кожи во время потоотделения ниже, чем при внежелезистой потере воды. После длительного пребывания в условиях высокой температуры выделение пота снижается, вероятно, вследствие сужения «пор»–устьев протоков потовых желез. В нормальных климатических условиях средняя скорость потоотделения во время тяжелой физической работы или спортивной нагрузки составляет около 1 л/ч. При тяжелой работе в поту содержится молочная кислота (до 2 г/л), а также электролиты; большая часть кислоты образуется непосредственно в самих потовых железах, поэтому ее выведение не сказывается на кислотно–щелочном равновесии организма.

Кровообращение в коже. Под действием тепла в условиях покоя кровоток в коже усиливается [20]; при этом сердечный выброс может возрасти в 2 раза по сравнению с начальным уровнем. Снижение тонуса емкостных кожных сосудов не оказывает существенного влияния на человека, находящегося в положении сидя, однако в положении стоя возрастает ортостатическая непереносимость. Ненормально большое количество крови собирается в коже нижней половины тела, что приводит к уменьшению объема крови в грудной клетке; ударный объем уменьшается; как сердечный выброс, так и артериальное давление падают, несмотря на повышение частоты сокращений сердца, что может привести к тепловому коллапсу. Во время физической работы происходит общее сужение кожных артериол; по мере того как увеличивается интенсивность работы, выполняемой на жаре, скорость кровотока в коже нарастает не так быстро, как при умеренных температурах (рис. 26.12). Степень заполнения емкостных сосудов кожи в нормальном климате снижена при работе по сравнению с условиями покоя, однако повышенный сосудистый тонус, ответственный за этот эффект, почти полностью исчезает, когда работа производится в условиях повышенной температуры среды [20]. В результате этого наполнение интраторакальных сосудов и, следовательно, ударный объем продолжают уменьшаться так же, как и максимальный сердечный выброс и работоспособность при нагрузках, требующих выносливости.

Гормональная регуляция во время динамической работы

Во время и после физической работы концентрации многих гормонов в крови изменяются. В большинстве случаев, однако, этот эффект либо неспецифический, либо недостаточно понятный. Применительно к этим вопросам заслуживают специального рассмотрения три гормональные системы [4, 46].

Рис. 26.12. Кровоток в предплечье (Q) как мера кровоснабжения кожи в зависимости от температуры тела (пищеводная температура). При работе (частота сокращений сердца от 120 до 130 ударов в минуту) скорость кровотока в коже ниже, чем в эквивалентных условиях в покое, несмотря на повышенную теплопродукцию; в положении сидя кровоснабжение менее интенсивное, чем в положении лежа (по [38])

1. Симпато–адреналовая система. Во время физической работы в кровь выделяется повышенное количество адреналина, особенно из мозгового вещества надпочечников; норадреналин секретируется лишь в небольших количествах. Наряду с другими эффектами адреналин вызывает мобилизацию гликогена и жира из депо, стимулирует усиленную выработку циклического АМФ, а также активизирует сердечную деятельность и увеличивает ясность сознания. Секреция адреналина часто начинается до воздействия рабочей нагрузки (предстартовое состояние) или, самое позднее, совпадает с ее началом. Увеличение скорости секреции адреналина находит отражение в усиленной экскреции с мочой ванилилминдальной кислоты (ВМК)– продукта разрушения катехоламинов.

2. Система гипофиз–кора надпочечников. Спустя примерно 2 мин после начала работы происходит усиление секреции аденогипофизом АКТГ, который стимулирует выделение кортикостероидов из коркового вещества надпочечников. Значение кортикостероидов для выполнения физической нагрузки не совсем понятно, хотя известно, что они стимулируют мобилизацию гликогена.

3. Инсулино–глюкагоновая система. Изменения концентраций инсулина и глюкагона происходят очень неравномерно. Концентрация инсулина несколько снижается во время работы, уровень же глюкагона может как повышаться, так и снижаться. Такая вариабельность связана с влиянием многих гормонов на углеводный обмен и обмен жиров, а также с состоянием питания и тренированностью (выносливостью) человека. Влияние уровня инсулина на характер изменений концентрации глюкозы в крови при физической работе проиллюстрировано на рис. 26.13. Работа оказывает четкое гипогликемическое действие у хорошо адаптированных диабетиков.

Адаптация к статической работе

Статическая работа –выполняется посредством изометрических мышечных сокращений и может быть либо постуральной работой (сохранение определенной позы тела), либо поддерживающей работой (удерживание предметов). Как и динамическая работа, она требует определенного приспособления организма, связанного с изменениями энергообеспечения (рис. 26.4) и кровотока через мускулатуру.

Кровоснабжение и метаболизм в мышцах.

работоспособность зависит от местного кровотока менее, чем от максимального сердечного выброса [19]. Во время статической работы местный кровоток в мышце все более падает, по мере того как развиваемое усилие превышает приблизительно 30% максимального, а при усилии выше 70% изометрического максимума он блокируется. При высокой интенсивности статических сокращений, однако, максимальная длительность сокращения столь мала, что снабжение кислородом неадекватно. Снабжение мускулатуры кислородом может также уменьшаться, если во вдыхаемом воздухе недостаточно кислорода (на большой высоте), имеются нарушения газообмена или низка концентрация гемоглобина в крови. Однако у здорового человека в нормальных условиях (фракция О₂во вдыхаемом воздухе равна 0,2095) количество кислорода, достигающее мышц, лимитируется не дыханием, а главным образом максимальным сердечным выбросом. Даже при работе, вызывающей истощение, минутный объем дыхания увеличивается приблизительно лишь до уровня 80% максимального [9]. Очевидно, таким образом, что ни общепринятый показатель «жизненная емкость легких», ни какой–либо другой показатель дыхательной функции не могут в действительности отражать работоспособность здорового человека.

Работоспособность в условиях повышенной температуры среды. Пониженная работоспособность на жаре обусловлена падением объема крови в сосудах внутри грудной клетки, а не увеличением кровотока в сосудах кожи, которое выражено лишь в покое. Факторами, лимитирующими работоспособность на жаре, служат подъем температуры внутренних областей тела и нарушение водно–солевого баланса. Характер нарушений, возникающих по мере подъема температуры внутренних областей тела, зависит от температуры окружающей среды, величины потерь солей и жидкости и интенсивности работы, поэтому невозможно точно определить предел устойчивости относительно внутренней температуры. Ректальная температура, однако, не должна превышать 38 °С при длительной работе в условиях жары (опасность теплового коллапса). В тех видах спорта, где требуется выносливость, например при марафонском беге, организм может переносить подъем ректальной температуры до 41 °С [9], однако при более высоких температурах имеется риск теплового удара (центральный нервный коллапс).

Особые пределы работоспособности

Предел утомительной работы и максимальная работоспособность. Часто проводят различие между легкой, неутомительной работой и тяжелой работой, приводящей к утомлению. Это различие основано на представлении о том, что имеются два диапазона работоспособности, границу между которыми называют пределом утомительной работы (утомления) [9, 19]. Считается, что работа находится ниже этой границы, когда ее можно выполнять по меньшей мере в течение 8 ч без признаков мышечного утомления (легкая неутомительная работа в пределах выносливости); в этих пределах обмен веществ и кровоток в мышцах сбалансированы. Такую работу, например, все время выполняют сердечная и дыхательная мускулатура.

Выше предела утомления находится область максимальной работоспособности. Выполнение работы в этой области лимитировано временем, так как обмен веществ и кровоток в этом случае не сбалансированы. Чем длительнее работа, тем ниже максимальная работоспособность, и наоборот (рис. 26.15). Это соотношение основано на том, что в течение коротких интервалов времени большая часть энергии для мышечной работы может быть получена в анаэробных, а не в аэробных процессах (рис. 26.4), и чем выше потребность в энергии, тем быстрее наступает истощение.

Предел утомительной работы варьирует в зависимости от индивида. Поэтому вопрос о том, легкая данная работа или тяжелая, не может быть решен на основании некой абсолютной меры рабочей нагрузки; важно оценить реальную работоспособность конкретного человека. Для работы, превышающей предел утомления, степень усталости зависит от максимальной работоспособности человека в данный момент. Как предел утомительной работы, так и максимальную работоспособность можно изменить путем тренировки (см. ниже).

Предел утомительной работы при динамической работе. Работа с нагрузкой ниже предела утомления характеризуется следующими особенностями [19]: частота сокращений сердца–постоянная рабочая частота сокращений сердца, не возрастающая в связи с утомлением (ниже 130 ударов в 1 мин у нетренированных людей в возрасте 20–30 лет), пульсовая сумма восстановления – менее 100 ударов, время восстановления – менее 5 мин; другие характеристики–потребление кислорода на постоянном уровне (стационарное состояние), кислородный долг менее 4 л, отсутствие заметного увеличения уровня лактата в крови (предельная величина: 2,2 ммоль/л). У нетренированных мужчин в возрасте 20–30 лет предел утомления для работы, выполняемой на велоэргометре, составляет около 100 Вт, что соответствует потреблению кислорода, равному 1,5 л/мин. Работа с нагрузкой, превышающей этот уровень, лимитируется только что описанными факторами.

Предел работы у спортсменов. По концентрации лактата в плазме можно в определенной степени судить о метаболическом состоянии работающих мышц.

Рис. 26.16. Аэробноанаэробный переход и анаэробный порог при их определении по концентрации лактата в крови. Данные частоты сокращений сердца приведены для спортсмена, тренированного на выносливость (по [21] с изменениями)

В спортивной медицине оказалось полезным определять аэробноанаэробный переход, соответствующий подъему концентрации лактата до 2 ммоль/л, и анаэробный порог, означающий его концентрацию 4 ммоль/л (рис. 26.16). Анаэробный порог можно назвать пределом спортивной работы, потому что у спортсменов, деятельность которых требует выносливости, он служит хорошим показателем мышечной работоспособности. Однако этот предел не идентичен пределу утомительной работы, который более точно соответствует азробно–анаэробному переходу.

Предел утомления при статической поддерживающей работе. В течение длительного времени пределом для статической поддерживающей работы (сила сокращения, превышение которой приводит к нарушению метаболического баланса, т. е. предел утомления) считали уровень 15% максимального усилия (рис. 26.15). В соответствии с результатами недавно проведенных исследований, однако, представляется очень вероятным, что предел утомления для статической поддерживающей работы лежит ниже; в зависимости от индивида он находится на уровне от 5 до 10% максимальной силы. Расхождения определяются, вероятно, типом мышечных волокон, из которых состоит конкретная мышца, как показано на рис. 26.17 для максимальной длительности поддерживающей работы с нагрузкой 50% максимального усилия.

Градации работоспособности

Еще одна характеристика работоспособности, дополнительная к выносливости (предел утомления) и максимальной работоспособности, отражает необходимое для выполнения задачи волевое усилие. По этому признаку различают четыре ступени работоспособности [5]. Самая низшая ступень связана с автоматическими действиями прочно усвоенными стереотипами движений, которые можно произвольно начинать или останавливать, но в остальном совершаемыми автоматически. Следующая ступень соответствует так называемой физиологической готовности, т. е. деятельности при непрерывном контроле со стороны воли, никогда не становящейся столь интенсивной, чтобы вызывать ощущение напряжения или утомления. Нормальные резервы работоспособности, реализуемые при нагрузке, превышающей этот уровень, доступны только за счет усилия воли; работа в пределах этой ступени вызывает утомление. Четвертая, высшая ступень обусловлена резервами, которые защищены функциями вегетативной нервной системы и не могут быть мобилизованы даже при самой сильной произвольной попытке, а доступны организму лишь в экстренных ситуациях.

Работоспособность при болезненных состояниях.

Некоторые болезни сопровождаются снижением работоспособности или сопряжены с риском того, что физическая активность может стать дополнительным повреждающим фактором (например, причиной инфаркта миокарда у бегуна трусцой). Не всякий человек может выдержать нагрузку, соответствующую своей работоспособности, даже при физической работоспособности, превышающей средний уровень, особенно когда из–за хронических заболеваний (например, некоторых видов патологии сердца) физическая активность может служить и значительным фактором риска для здоровья.

В связи с этим следует отметить различия между работоспособностью и переносимостью нагрузки.

Предел переносимости нагрузки соответствует работоспособности, на которую человек способен без риска для его здоровья. Конечно, нет нужды советовать хроническим больным избегать всех физических или спортивных нагрузок. Однако эффекты тщательно подобранной спортивной нагрузки при некоторых заболеваниях таких, как сахарный диабет, гипертоническая болезнь и заболевания коронарных сосудов сердца, не всегда столь отчетливы, как это показано

Рис. 26.17. Статическая выносливость мышцы при удержании груза с усилием, равным 50% максимальной изометрической силы, как функция процентного содержания медленных мышечных волокон в мышце (по [37])

на рис. 26.13; часто в большей степени оказывается затронутой психосоциальная область. В связи с имеющимся риском контроль за физической активностью больного должен осуществлять врач, даже если человек обладает работоспособностью, превышающей среднюю. Аналогичным образом при текущих медицинских обследованиях рабочих не следует физическую работоспособность, превышающую средний уровень, автоматически принимать за признак особо хорошего здоровья. Работоспособность и состояние здоровья лишь до определенной степени соответствуют друг другу.

26.5. Утомление и истощение

Утомление и восстановление, определения

Утомление это состояние, вызываемое тяжелой работой и связанное с понижением работоспособности. Оно может быть физическим (мышечным) или нервнопсихическим (центральным) [6, 19, 31]. Обе формы утомления сочетаются при тяжелой работе, и их нельзя строго отделить одну от другой. Тяжелая физическая работа приводит в первую очередь к мышечному утомлению, а усиленная умственная или монотонная работа вызывает утомление центрального происхождения. Следует четко разграничивать утомление и усталость, обусловленную потребностью в сне [2].

Восстановление это процесс, начинающийся тогда, когда работа прерывается, снижается по напряженности или изменяется по характеру; оно соответствует снижению утомления и повышению работоспособности. Когда эти показатели возвращаются к исходным уровням, заканчивается и процесс восстановления.

Восстановление и распределение перерывов в работе. При выполнении работы, превышающей предел утомления данного человека, необходимо время от времени прекращать работу для восстановления. Так как восстановление наиболее быстро происходит в начале такого перерыва (на что указывает, например, изменение частоты сокращений сердца;

рис. 26.5), работу следует организовать согласно тому принципу, что много коротких перерывов лучше, чем несколько длинных [19]. Восстановление при тяжелой физической работе может происходить не только во время перерывов, но в известной мере и во время периодов более легкой работы (ниже предела утомления).

Физическое утомление

Физическое утомление развивается вследствие изменений в скелетной мускулатуре при длительной работе и связано с исчерпанием запасов энергии и накоплением молочной кислоты («вещества утомления»), приводящими к снижению работоспособности. Во время фазы восстановления, следующей за физической работой, запасы энергии восстанавливаются, а молочная кислота удаляется.

Утомление при динамической работе. При работе, лежащей ниже предела утомления, характер движений обеспечивает достаточный период для расслабления мышц, за время которого макроэргические фосфорные соединения, используемые при сокращении, могут регенерировать, а конечные продукты обмена удаляться. Время расслабления соответствует необходимому времени восстановления [28]. Поскольку в этом случае не наблюдается остаточных признаков утомления, такую работу называют неутомительной. При динамической работе, лежащей выше предела утомления, возможность непрерывного восстановления отсутствует, так как длительность периода расслабления меньше времени, необходимого для восстановления. Восстановление запасов энергии и удаление молочной кислоты происходят не полностью, и возникает накопление остаточного утомления [19]. В мышце исчерпываются богатые энергией субстраты и накапливаются конечные продукты метаболизма, утомление нарастает. Степень мышечного утомления при динамической работе, лежащей выше предела утомления, может быть определена на основании физиологических показателей (например, времени восстановления, пульсовойс уммы восстановления.

Синдром «хромой лошадки». Этот синдром, состоящий в онемении мышц и их болезненности, не обусловлен, как обычно считают, накоплением молочной кислоты в мускулатуре. Мышечная боль при давлении и движении возникает после того, как молочная кислота, накопившаяся во время работы, удалена из мышц. С лактатным механизмом не согласуется и то, что мышцы, в которых такая болезненность возникает наиболее часто, развивают значительную силу: это справедливо особенно для тех случаев, когда происходит нарушение внутримышечной координации, и при работе, осуществляемой с торможением (отрицательная работа). Развитие значительных усилий вызывает разрывы в области Z–пластинок, и по мере их восстановления происходит выделение веществ, вызывающих спустя определенное время мышечные боли.

Утомление при статической работе. Работа по удерживанию, которую приходится выполнять в каждодневной жизни, обычно превышает предел утомления. Вызываемое ею утомление связано с исчерпанием запасов энергии в последовательности, проиллюстрированной рис. 26.4. Только при работе поддерживания, требующей усилия менее 50% максимального и продолжающейся более 1 мин, кровоток становится фактором, ограничивающим работоспособность.

Нервнопсихическое утомление

Нервнопсихическое (центральное) утомление приводит к снижению трудоспособности из–за нарушений центральной нервной регуляции [б]. Среди его типичных симптомов следует отметить замедленную передачу информации, ухудшение функций мышления и решения задач, ослабление сенсорного восприятия и сенсомоторной функции. Такое утомление сопровождается отвращением к работе и снижением работоспособности, а иногда из–за него возникает склонность к депрессии, беспричинной тревоге или пониженной активности, а также раздражительность и неуравновешенность.

Нервнопсихическое утомление вызывают [6]: 1) длительная умственная работа, требующая усиленной концентрации, чрезвычайного внимания или тонкого навыка; 2) тяжелый физический труд; 3) однообразная работа в монотонном ритме; 4) шум, слабое освещение и температура воздуха, неблагоприятная для труда; 5) конфликты, озабоченность или отсутствие интереса к работе; 6) заболевание, боль и недостаточное питание.

Утомление центрального происхождения в отличие от мышечного утомления может исчезать мгновенно [6] при некоторых условиях, когда, например: 1) одна утомительная деятельность сменяется другой; 2) изменяется обстановка; 3) организм приходит в состояние тревоги при страхе или угрожающей опасности; 4) интерес к работе возобновляется благодаря новой информации; 5) изменяется настроение. Возможность внезапного исчезновения нервнопсихического утомления указывает на то, что оно не связано ни с накоплением «веществ утомления», ни с исчерпанием энергетических резервов. Скорее, нервнопсихическое утомление связано с ретикулярной формацией (см. ВАРС), активность которой изменяется не только при интенсивной умственной работе, но и под влиянием однообразной деятельности. Утомление, вызываемое однообразием работы, можно снизить путем смены канала восприятия информации, хотя таким способом нельзя предотвратить утомление при более длительных воздействиях. Например, при дальних поездках на автомобиле по шоссе нервнопсихическому утомлению можно противодействовать, слушая радио.

При физической работе нервнопсихическое утомление может возникать по причине афферентной импульсации от работающих мышц к головному мозгу, которая не только создает ощущение того, что мышцы устали (или даже болят), но и подавляет функцию коры (вызывая, таким образом, нервнопсихическое утомление) [45]. Возможно, что эти рецепторы идентичны мышечным рецепторам, о которых уже упоминалось.

Перегрузки и истощение

Перегрузка становится очевидной с появлением синдрома перегрузки, т. е. когда в течение длительного времени усталость не полностью компенсируется восстановлением (хроническое нарушение) или когда превышен максимальный предел кратковременных нагрузок (острое нарушение), как это бывает, например, если работа производится под влиянием стимуляторов. В особо тяжелых случаях поражаются органы, участвующие в поддержании позы и движениях (переломы костей, разрывы мышц и сухожилий, смещение межпозвонковых дисков, повреждение суставных менисков). Когда при некоторых видах деятельности на мышечно–скелетную систему в течение длительного периода времени действует избыточная механическая нагрузка, функции этой системы могут нарушаться и возможно развитие постоянных повреждений, например, деформации позвоночного столба у водителей грузовиков и тракторов. Часто повреждения суставов, связок и сухожилий происходят при чрезмерно активных спортивных тренировках и соревнованиях.

Истощение наступает в тех случаях, когда физическая или умственная работа с интенсивностью, превышающей предел выносливости, не заканчивается достаточно быстро или (в случае повторных максимальных усилий) не прерывается на достаточно длительный срок, чтобы произошло восстановление. Истощение неизбежно приводит к прекращению работы, если нарушается функция многих регуляторных систем.

Термин острое истощение используют применительно к резкому снижению работоспособности во время утомительной тяжелой работы. Состояние истощения сопровождается резким метаболическим ацидозом обнаружено снижение рН до 6,8 в крови и до 6,4 в мышце. Такие величины почти неизменно отмечаются у спортсменов на соревнованиях и тренировках, хотя те и не страдают хроническими расстройствами. В чрезвычайных ситуациях может развиваться более тяжелое истощение, и в этом случае нарушения могут приобрести постоянный характер. Время, необходимое для восстановления после нагрузок, вызвавших истощение, возрастает пропорционально тяжести истощения.

Если напряженная работа продолжается в течение длительного периода времени или повторяется слишком часто, может развиться состояние, называемое хроническим истощением. Оно сопровождается длительными расстройствами регуляторных систем (например, коркового вещества надпочечников), в некоторых случаях столь тяжелыми, что наступает смерть.

В противоположность ранее существовавшим представлениям сейчас известно, что при максимальной физической нагрузке функция сердечно–сосудистой системы у здорового человека существенно не нарушается. При тяжелой физической работе скорее, чем миокард, устает скелетная мускулатура; в «сердце спортсмена» имеются адаптивные, но не патологические изменения. Однако у тех, кто страдает заболеванием сердца, таким, например, как склероз коронарных сосудов, чрезмерные физические нагрузки могут вызвать поражение сердца; аналогичный результат может иметь и применение допинга. Даже для внешне здоровых людей существует риск того, что истощение может привести к летальному коллапсу (хотя вероятность его и чрезвычайно мала) предположительно в результате фибрилляции желудочков.

Реакция тревоги и адаптационный синдром тесно связаны с вегетативной нервной системой и эндокринной системой. Обе системы стереотипно реагируют на разнообразные нагрузки. Сначала происходит выделение адреналина и норадреналина, затем усиленное выделение АКТГ, стимулирующее секрецию глюкокортикоидов. Термин реакция тревоги используют применительно к этой ситуации в тех случаях, когда ответ особенно резко выражен [35]; состояние организма в этих условиях называют стрессом [27], а ситуации, вызывающие стресс, стрессовыми. К последним относятся все сильные физические и нервнопсихические нагрузки, в том числе чрезвычайно тяжелая работа, охлаждение и перегрев, недостаток кислорода во вдыхаемом воздухе, гипогликемия, заболевания, операции, раны, шумовое воздействие, внезапный испуг, беспокойство, боль и гнев. Когда стрессорные факторы действуют в течение длительного времени, развивается адаптационный синдром (Селье, [27]), при котором происходит гипертрофия коры надпочечников. Усиленное выделение адреналина во время стресса приводит к мобилизации резервов, защищенных вегетативной нервной системой [5]. В результате наступает кажущееся увеличение работоспособности, связанное с риском для здоровья .

Существует мнение, что, в частности, нервнопсихические факторы могут вызвать функциональные нарушения, если отсутствует возможность достаточного восстановления; такой синдром называют «вегетативной дистонией». Типичные симптомы при этом нарушенный сон, изменения в регуляции кровообращения, внезапные эпизоды потоотделения, постоянная усталость и снижение общей работоспособности.

Обратная связь и регуляция при выполнении работы

В спорте особенно четко проявляется то, что человек способен регулировать нагрузку в соответствии со своими физическими возможностями и резервами; истощение обычно не развивается до тех пор, пока не достигнута цель. Это же характерно и для сезонных работ (например, сбора урожая) и других нагрузок, приходящихся на определенное время.

Многие виды деятельности связаны с чередованием тяжелой и легкой работы, причем их смену можно так распределить во времени, что истощения не произойдет. Следовательно, в нормальных условиях люди способны избегать преждевременного утомления или истощения и, таким образом, оптимально использовать свои резервы работоспособности. Наблюдения таких ситуаций привели к гипотезе о том, что у человека имеется механизм, контролирующий распределение физической работы во времени и по количеству [46]. Если такой регуляторный механизм действительно существует, то истощение и перегрузка служат признаками его декомпенсации; они представляют собой эквивалент «аварийного тормоза», который препятствует потере работоспособности за счет вынужденного перехода к периоду восстановления. Декомпенсация подобного рода происходит, когда равновесие между напряжением и восстановлением нарушается под влиянием внешних воздействий, например, при некоторых видах работ на сборочных линиях, при специальной мотивации (разыгрывание призов) или при нарушении сигналов обратной связи.

26.6. Изменения работоспособности

Циркадианный ритм

Многие факторы, определяющие физическую и умственную работоспособность, систематически изменяются в течение дня. В обычных условиях эти ритмы часто «маскируются» внешними влияниями, поэтому в большинстве экспериментов по выявлению ритмов обследуемого полностью изолируют от окружающей среды. Такие опыты показали, что внутренний «циркадианный» ритм синхронизован с 24–часовым суточным циклом посредством внешних «увлекающих» (задающих ритм) факторов различного характера. Систематические исследования изменений работоспособности в течение суток в условиях работы или лабораторных тестах позволили выявить значительные вариации не только от одного человека к другому, но также и в зависимости от возникающих потребностей. Кривая, которую часто приводят, чтобы продемонстрировать связь между готовностью к работе и временем суток (рис. 26.18), представляет собой усредненные результаты, полученные для различных лиц в течение 19 лет в опытах по оценке частоты ошибок при определении показаний газовых счетчиков. Эту кривую ритма среднего уровня внимания в течение суток, полученную для небольшой группы людей, нельзя распространять на всех людей и на все виды трудовой деятельности.

Сменная работа

Наиболее распространенная форма сменной работы–это трехсменная система. Сутки разделяют на три 8–часовые рабочие смены, обычно начинающиеся в 6, 14 и 22 ч [14, 31]. У лиц, работающих в разные смены, происходит десинхронизация внешних сигналов, задающих ритм , причем природные сигналы, зависящие от вращения Земли, не меняются, а некоторые социальные сдвигаются

Рис. 26.18. Колебания «физиологической готовности к работе» в течение суток. По оси ординатотклонение (в %) от. среднесуточного значения (по [5])

в зависимости от смены. Трудности в адаптации особенно заметны в первые дни после изменения смены. Показано, что люди никогда не приспосабливаются к сменной работе на уровне своих биологических ритмов. При этом наиболее серьезные проблемы у работающих в разные смены возникают вследствие неадекватного (как количественно, так и качественно) сна, неудовлетворительного питания (по составу и времени приема пищи), а также отрыва от деятельности, связанной с семьей и отдыхом.

Люди различаются по способности приспосабливаться к постоянной ночной или сменной работе. Многие могут переносить постоянную ночную работу (например, в ресторанах, редакциях, больницах) без особых трудностей, а другим это тяжело. Подходит ли данный человек для сменной работы в силу предрасположенности, особенностей личной жизни и характера работы часто становится ясно лишь через несколько месяцев после ее начала. Непригодность может проявляться, например, в функциональных расстройствах. Человек, оказавшийся непригодным к этому виду деятельности, должен, не откладывая надолго, перейти на работу, не требующую сменной системы.

Идеального сменного режима не существует, как это видно из разнообразия существующих систем. Причина заключается в значительной вариабельности оказывающих влияние факторов с точки зрения как самого работника, так и требований, предъявляемых работой. Когда предложения, направленные на совершенствование трудового процесса, не учитывают должным образом сложностей сложившейся системы и дополнительных условий, они редко обеспечивают успех.

Сменная работа часто неизбежна, например, в промышленности, а также в других профессиональных сферах (больницы). В этих случаях труд и отдых должны быть распланированы таким образом, чтобы удовлетворялись повышенные потребности сменных и ночных работников в восстановлении сил.

Менструальный цикл

Вопреки распространенному мнению закономерная связь между работоспособностью и менструальным циклом отсутствует [7]. Обследования спортсменок показали, что у отдельных лиц работоспособность меняется в течение менструального цикла, однако сравнение данных, полученных для многих женщин, показало, что изменения работоспособности не коррелируют с какой–то конкретной фазой цикла. Максимальные спортивные достижения отмечаются в каждой фазе. Поэтому, готовясь к ситуациям, требующим физической нагрузки, нецелесообразно, за исключением отдельных случаев, вызывать сдвиг цикла.

Поддержание и повышение работоспособности

Поддержание работоспособности. В этом отношении следует учитывать влияние нескольких факторов и среди них правильного выбора рабочей нагрузки и распределения перерывов, оптимального питания, а также качественной и количественной полноценности сна [41]. Неправильная диета и нарушенный сон часто влияют на работоспособность и общее самочувствие у жителей промышленно развитых стран. Поэтому медики, в задачи которых входит контроль за здоровьем рабочих и спортсменов, могут внести очень ценный вклад в поддержание их работоспособности на высоком уровне. То, как человек проводит свободное время и отпуск, также влияет на работоспособность. Поскольку рабочая неделя у большинства групп населения укорочена и остается время для других занятий, этот фактор будет становиться все более важным.

Повышение работоспособности. Истинные увеличение работоспособности может быть достигнуто только тренировкой; другие мероприятия дают лишь кажущееся повышение за счет мобилизации резервов, защищенных вегетативной нервной системой. Эта зашита может быть преодолена, например, при особой мотивации, в экстренных ситуациях или под действием фармакологических препаратов.

Введение допинга. Этот термин означает попытку повысить работоспособность с помощью фармакологических препаратов. Считают, что некоторые вещества способны мобилизовать резервы, защищенные вегетативной нервной системой; к ним относятся препараты, имитирующие эффект адреналина (т. е. вызывающие искусственную реакцию тревоги) или подавляющие контроль по механизму обратной связи и, следовательно, передачу информации о симптомах истощения либо нарушающие обработку информации (психоактивные препараты). Употребление допинга, таким образом, связано со значительным риском для здоровья [9]. Стимуляторы вызывают тяжелые функциональные расстройства, служат причиной постоянных нарушений здоровья и даже коллапса, приводящего к смерти. Кроме того, существуют значительные разногласия в отношении того, может ли применение таких стимуляторов в спорте высокого класса вообще дать желаемый результат или близкий к нему.

Анаболики представляют собой вариант допинга; эти вещества воспроизводят анаболический эффект мужских половых гормонов, увеличивая и ускоряя образование белка в мышцах. Риск для здоровья заключается в их побочном влиянии на гормональный баланс и возможности повреждения сухожилий, связок и суставов из–за перегрузок.

26.7. Тренировка

Адаптивные процессы при тренировке

Определения. Термин тренировка означает здесь многократное выполнение человеком определенной физической или умственной работы независимо от того, принимает ли оно форму систематических занятий или происходит самопроизвольно в течение повседневной жизни. Тренировка приводит к активации адаптивных процессов в организме, способствующих сохранению или повышению работоспособности [1, 10, 17, 28].

Процесс тренировки можно описать с помощью схемы, представленной на рис. 26.1: определенный объем тренировки задается нагрузкой, тренировка представляет собой форму работы, а состояние тренированности выражается в долговременной адаптации ряда физиологических систем. Состояние тренированности, однако, не эквивалентно работоспособности. Некоторые люди после интенсивной тренировки, находясь на высоком уровне тренированности, оказываются способными выполнять работу, по интенсивности и тяжести лишь незначительно превышающую средний уровень, тогда как другие выполняют значительно более утомительную работу при очень малой тренированности. Причина этого, безусловно, заключена в том, что работоспособность определяется также и талантом. Этот термин включает в себя все влияющие на работоспособность факторы, которые от тренировки не зависят. Такие характеристики являются либо врожденными, либо приобретенными и закрепленными в раннем детстве. Таким образом, работоспособность в любое время зависит как от тренированности, так и от таланта.

Повышение работоспособности, достигаемое тренировкой, зависит от объема тренировки т.е. от ее интенсивности и длительности. Как схематически показано на рис. 26.19, работоспособность человека при постоянном объеме тренировки существенно возрастает уже в начальном периоде тренировки. В дальнейшем работоспособность повышается еще в некоторой степени, пока не достигнет стабильного устойчивого уровня (плато) (предел работоспособности). По достижении этого уровня дальнейшее повышение работоспособности возможно лишь в том случае, если нарастает объем тренировок. Стабильный уровень, который достигается путем предельного увеличения объема тренировок, отражает максимум работоспособности; продолжение тренировки не дает большего эффекта.

Эта временная кривая применима в принципе ко всем формам тренировки. Физиологические сдвиги, вызванные адаптацией в период тренировки, могут изменяться в обратном направлении после его прекращения. В случае адаптивных изменений сердечно–сосудистой и мышечной систем быстро приобретаемое состояние тренированности столь же быстро утрачивается. Приобретенные процессы координации, связанные с деятельностью центральной нервной системы, более устойчивы.

Рис. 26.19. Схема, иллюстрирующая определение предела работоспособности и максимальной работоспособности

стереотипы (например, письмо или игра на фортепиано), раз усвоенные, утрачиваются очень медленно, даже если их не практикуют годами.

Целенаправленная тренировка. Основной принцип заключается в том, что следует тренировать конкретную последовательность движений, в отношении которой желательно увеличить работоспособность. Только такая целенаправленная тренировка обеспечивает оптимальную адаптацию всех компонентов, важных для той или иной специальной работы. Чтобы усовершенствовать навыки выполнения хирургических операций, следует оперировать, а для повышения работоспособности при гребле надо больше грести. Другие формы тренировки полезны лишь в качестве дополнения.

Специальные формы тренировки. Программы тренировки со специальными целями, например на выносливость, дальность и силу, улучшают работоспособность только в отношении того, на что они рассчитаны. Процессы адаптации, связанные с тренировкой, существенно варьируют в зависимости от ее содержания. Может происходить адаптация скелетных мышц (метаболические изменения или увеличение площади поперечного сечения), сердца (сердце спортсмена) или дыхательной системы (увеличение максимальной дыхательной способности) либо нервной системы (внутри и межмышечная координация). Большая часть этих изменений очень существенна для повышения работоспособности. Например, у спортсмена, тренирующегося на выносливость, должен повыситься сердечный выброс, однако это само по себе не улучшит общую работоспособность, зависящую от большого числа других факторов.

Степень адаптации. Для того чтобы оценить степень адаптации, достигнутой систематической тренировкой, необходимо знать, каково было исходное состояние тренирующегося. Каждый здоровый человек в своей ежедневной деятельности подвергается воздействию разнообразных тренирующих стимулов; хотя они и невелики, их значение не следует недооценивать. На влияние этих стимулов ясно

указывает тот факт, что неподвижность (например, при наложении гипсовой повязки или при длительном постельном режиме) приводит к атрофии мышц. Очевидно, что любое снижение активности вызывает ухудшение состояния тренированности и, следовательно, работоспособности, а любое нарастание активности–улучшение этих показателей. Таким образом, состояние адаптации, или тренированности, различается не только у разных индивидов, но и у одного человека в зависимости от характера и величины повседневной активности.

Тренировка на выносливость вызывает отчетливые изменения многих физиологических показателей (табл. 26.2). Из них наиболее резко выражено увеличение сердечного объема (дилатация сердца) и массы сердца (гипертрофия мускулатуры стенки). Эта вызванная тренировкой адаптация сердца (сердце спортсмена) не является патологической, хотя когда–то ее ошибочно объясняли сердечной недостаточностью. У спортсменов, тренирующихся на выносливость, происходит также отчетливое повышение жизненной емкости легких, хотя оно вряд ли связано с работоспособностью. Главный фактор в работоспособности, требующей выносливости, это адекватное поступление кислорода в мышцы, которое определяется максимальным сердечным выбросом, а не дыханием.

Таблица 26.2. Сравнение физиологических параметров двух мужчин в возрасте 25 лет с массой тела 70 кг в случае интенсивной тренировки выносливости и без нее

Параметр	Нетренированный	Тренированный
Частота сокращений сердца в покое лежа, 1/мин	80	40
Максимальная частота сокращений сердца, 1/мин	180	180
Ударный объем в покое, мл	70	140
Максимальный ударный объем, мл	100	190
Сердечный выброс в покое, л/мин	5,6	5,6
Максимальный сердечный выброс, л/мин	18	35
Объем сердца, мл	700	1400
Масса сердца, г	300	500
Максимальный минутный объем дыхания, л/мин	100	200
Максимальное потребление кислорода, л/мин	2,8	5,2
Объем крови, л	5,6	5,9

Способность к тренировке и возраст. По мере старения человека его способность к тренировке снижается. Однако она зависит не только от возраста, но и от индивидуальных характеристик, поэтому в каждой возрастной группе есть люди, особенно хорошо или особенно плохо отвечающие на стимуляцию, обусловленную тренировкой. В любом случае регулярная тренировка может заметно задерживать снижение работоспособности, связанное с возрастом; даже если тренировки начинаются в пожилом возрасте, они все же могут повысить работоспособность.

Недостаток движения; лечебная физкультура

Недостаток движения приводит к потере физической работоспособности из–за атрофии мышц, ухудшения состояния тренированности на выносливость и т. д. Пониженная работоспособность, однако, не говорит о болезни, точно так же как повышенная работоспособность не означает, что человек отличается особенно хорошим здоровьем. Физическая активность позволяет увеличить работоспособность, но в то же время она может нанести и ущерб здоровью (профессиональные болезни, спортивные травмы). Необходимо проводить медицинский контроль, особенно при длительной напряженной работе.

Недостаток движения (гиподинамия) часто представляет собой важный в эпидемиологическом отношении фактор риска. В отличие от таких факторов риска, как курение, повышенное давление, ожирение, сахарный диабет и нарушенный жировой обмен, которые признаны основными и сами по себе коррелируют со значительным снижением среднестатистической продолжительности жизни, риск, обусловленный недостатком движения, остается предметом полемики [26, 43]. Возможно, что физическая активность имеет некоторое профилактическое значение в случае любого фактора риска например, при типичных осложнениях, наблюдаемых у больных, страдающих гипертензией и метаболическими нарушениями.

Лечебная физкультура. Кроме профилактического значения, упражнения могут иметь и лечебную ценность, как, например, тренировка для повышения выносливости у людей с заболеваниями сердечно–сосудистой системы и гимнастические упражнения при заболеваниях двигательного аппарата. Однако следует использовать физические упражнения в лечебных целях у больных только по рекомендации врача и под строгим врачебным контролем. Желаемые лечебные и профилактические эффекты следует сопоставить с риском травм при спортивных занятиях учитывая то, что многие люди (хотя и не все) считают, что физическая активность способствует улучшению их общего самочувствия.

26.8. Тесты на работоспособность и пригодность

Проведение тестов (проб) служит способом определения некоторых характеристик личности или поведения при исследованиях в области физиологии труда и спорта, а также при клинических исследованиях и диагностике [15]. Некоторые тесты более информативны, чем другие, причем имеются различные критерии для оценки пригодности теста. Главные из этих критериев объективность, надежность и достоверность; к второстепенным относятся степень стандартизации, сравнимость и экономичность [15].

Главные критерии ценности тестов

Объективность. Для объективного теста характерно то, что его результаты не зависят от исследователя. Многие методики проб не рассчитаны на полную объективность, поэтому невозможны их проведение и анализ полностью на базе компьютера.

Надежность. С помощью этого критерия оценивают, с какой точностью определены характеристики того или иного человека либо особенности его поведения. Надежность имеет несколько аспектов и зависит от таких факторов, как сущность теста и работа исследователя.

Достоверность. Достоверность теста–это степень реальности, с которой он позволяет оценить конкретные свойства индивида или его поведения. Достоверность также имеет несколько аспектов.

Например, необходимо убедиться в том, что тест на работоспособность действительно позволяет измерить работоспособность, а клиническая проба определить конкретный признак заболевания. Это можно проделать путем сравнения результатов, полученных другим независимым способом (внешний критерии), достоверность которого установлена. При разработке новых методик для тестов их достоверность обычно представляет наиболее трудную проблему. Недостаточно продемонстрировать правдоподобие теста, так как тесты, казавшиеся правдоподобными, неоднократно служили причиной неверных выводов и были в результате признаны неудовлетворительными.

В качестве примера рассмотрим определение жизненной емкости легких, спирометрическое измерение которой объективно и дает воспроизводимые результаты но только при том условии, что обследуемый сотрудничает с проводящим тестирование. Поскольку многие спортсмены, тренированные на выносливость, обладают необычно большой жизненной емкостью легких, следующий принцип теста может показаться правдоподобным: «Измерение жизненной емкости легких позволяет определить работоспособность человека в отношении деятельности, требующей выносливости». Однако оперные певцы и музыканты, играющие на духовых инструментах, также имеют жизненную емкость легких, превышающую норму, хотя и не обладают необычно высокой выносливостью с точки зрения спортивной физиологии. Жизненную емкость легких можно увеличить, прибегнув к соответствующим дыхательным упражнениям, которые вряд ли могут улучшить показатели работоспособности в пробах на выносливость. Если жизненную емкость легких оценивать по внешнему критерию «времени, необходимому для того, чтобы пробежать 5000 м» (типичный вид спорта, требующий выносливости), то ни оперный певец, ни тромбонист не смогут хорошо справиться с этой нагрузкой. Более приемлемая характеристика теста для определения жизненной емкости легких состоит в следующем: «Величина жизненной емкости легких служит показателем максимального объема воздуха, выдыхаемого при одном дыхательном движении; она зависит от механики дыхания у данного человека». Это, таким образом, тест на механику дыхания, а не на работоспособность для видов деятельности, требующих выносливости.

Если надежность и достоверность теста высоки, с его помощью можно легко различать испытуемых по степени развития данного признака, т.е. возможны правильные положительные и отрицательные решения. Однако никогда не бывают правильными все /00% решений. Критериями правильности решений служат специфичность и чувствительность теста. Специфичность означает степень, в какой тест обеспечивает принятие правильных отрицательных решений (рассчитывается как отношение числа правильных отрицательных решений к общему числу лиц, у которых данный признак отсутствует). Чувствительность означает, в какой степени тест обеспечивает принятие правильных положительных решений (рассчитывается как отношение числа правильных положительных оценок к общему числу лиц, у которых выявляется данный признак).

Проблема нормы

Диагноз часто можно поставить только тогда, когда имеется представительная величина для сравнения. На практике установить нормы для сравнения оказывается значительно сложнее, чем кажется (ср. [16] и нормальный вес. Недостаточно произвольно отобрать «здоровых» лиц и принять среднюю величину, полученную при их обследовании, за норму. Это обусловлено следующими причинами. 1. Понятие «здоровый человек» недостаточно точно определено. 2. Естественная индивидуальная вариабельность весьма существенна даже для здоровых людей в зависимости, например, от биологических ритмов, возраста и пола. 3. Следует учитывать также и внутрииндивидуальную вариабельность; например, после физической работы можно наблюдать существенные отклонения от нормы в отсутствие каких–либо патологических изменений. 4. Отклонения от нормы не обязательно связаны с патологией, так как состояния нормальный здоровый и ненормальный больной часто разделены широкой областью состояний «ненормальный–здоровый» без четких границ с обоих концов.

Тесты на работоспособность

Физиологические тесты на работоспособность это диагностические процедуры для определения физической работоспособности; подобно многим диагностическим процедурам, они несут некоторый элемент риска. В то время как эргометрические тесты с максимальной нагрузкой, выполняемые до момента предельного физического утомления, представляют незначительный риск для здорового человека, больные оказываются в этом отношении более уязвимыми, и их тестирование должно производиться только по медицинским показаниям и под наблюдением врача. Существует много видов физиологических проб [18, 30, 32]; все их невозможно здесь описать. Мы ограничимся тремя тестами, наиболее часто используемыми для оценки работоспособности при деятельности, требующей выносливости. Эти пробы отвечают установленным тестовым критериям.

Максимальное потребление кислорода (V’O₂ max). Максимальное потребление кислорода служит показателем аэробной работоспособности организма. Его определяют в условиях непрерывной или ступенчато увеличиваемой эргометрической нагрузки. Потребление кислорода сначала равномерно нарастает, а затем выравнивается при переходе в состояние истощения (максимальное потребление кислорода). Среднее потребление кислорода в области стабильного уровня для взрослого мужчины при массе тела 70 кг составляет около 3,0 л/мин, или 43 мл/мин·кг. Интенсивной тренировкой выносливости можно довести максимальное потребление кислорода до уровня, вдвое превышающего эту величину.

Физическая работоспособность (PWC₁₇₀ или W₁₇₀Этот тест также проводится при непрерывной или ступенчато возрастающей работе на эргометре; критическим показателем служит работа в тот момент, когда частота пульса достигает 170 ударов в минуту. Поскольку максимальная частота сокращений сердца снижается с возрастом, данные, получаемые для пожилых людей, либо экстраполируют относительно 170/мин, либо выражают относительно более низкой стандартной частоты, например 130/мин' (т.е. PWC₁₃₀). Размерность результата пробы–ватты. Достоверность этого теста та же, что и определения максимального потребления кислорода. Хотя PWCтест менее надежен, чем измерение максимального потребления кислорода, он особенно пригоден для массовых обследований, так как экономичен с точки зрения затрат времени и средств. Для лиц, не занимающихся спортом, в возрасте от 20 до 30 лет получены следующие средние величины: для женщин 2,3 Вт/кг, для мужчин 2,8 Вт/кг массы тела. Интенсивной тренировкой выносливости можно удвоить эти величины.

Аэробно-анаэробный переход и анаэробный порог. При увеличении эргометрической работы полезно измерять уровень нагрузки, при котором концентрация лактата в крови превысит величины 2 и 4 ммоль/л (начало перехода и порог соответственно). Результат этого теста более информативен, чем максимальное потребление кислорода при длительной (порядка часов) работе, требующей выносливости. У мужчин в возрасте 2030 лет аэробноанаэробный переход достигается при нагрузке порядка 1,25 Вт/кг, а анаэробный порог приблизительно при 2,5 Вт/кг массы тела. Нагрузка, при которой достигается анаэробный порог, выраженная в процентах от нагрузки, при которой потребление кислорода становится максимальным, характеризует зависимые от тренировки процессы адаптации в мышцах (состояние тренированности). Эта величина у нетренированных лиц составляет около 50 60%, а у высокотренированных в видах спорта, требующих выносливости, около 80%.

Объем сердца. Объем сердца в покое можно определить рентгенографически или при помощи ультразвукового исследования. Эта величина не является непосредственным показателем работоспособности она лишь указывает на степень адаптации сердца к тренировкам на выносливость (т.е. состояние тренированности на выносливость). Объем сердца здорового человека, не занимающегося спортом, составляет около 10 мл/кг массы тела. Объем сердца спортсмена с высокой тренированностью на выносливость может почти в два раза превышать эту величину (см. сердце спортсмена).

Значение массы тела. Результаты тестов на работоспособность часто выражают с учетом массы тела (относительные величины). Однако это обобщение непригодно для оценки индивидуальных случаев; следует принимать во внимание требования, предъявляемые конкретной задачей. Это необходимо по следующим причинам.

1. Когда человек перемещает только массу собственного тела, физиологические параметры работы у разных лиц можно наилучшим образом сопоставить, соотнеся их с массой тела.

2. Для случая переноски тяжестей полезнее выражать результаты по отношению к абсолютной работоспособности или к общей массе (масса тела плюс масса груза).

3. Если необходимо оценить работоспособность мускулатуры, предпочтительно соотнести результаты с массой мышц (с которой коррелирует «безжировая масса тела».

Интерпретация тестов на работоспособность. После того как установлены надежность и достоверность теста, можно делать точные и информативные выводы на основе его результатов, однако существуют два ограничения.

1. Строго говоря, результат теста применим только к тому виду работы, который подвергается тестированию. Выводы о работоспособности при других нагрузках оправданны только в том случае, если факторы, определяющие характер работы, в значительной степени сходны, причем можно ожидать, что такой перенос всегда будет сопровождаться потерей достоверности.

2. Результаты теста относятся только к работоспособности в момент проведения пробы.

Во многих случаях, однако, больший интерес представляет будущая работоспособность например, при поисках лиц, обладающих определенным профессиональным талантом или способностью к какому– то виду спорта. Поиск людей, обладающих необходимыми данными для выполнения работы, может преследовать две основные цели;

1) найти лиц, которые уже в настоящее время без обучения или тренировки полезны для выполнения конкретных задач; в этом случае имеющаяся в настоящее время работоспособность должна близко соответствовать требованиям задачи;

2) найти людей, чей талант (естественные способности) позволяет предполагать, что путем тренировки и обучения они смогут s будущем стать полезными для выполнения какой– либо работы, так что в дальнейшем можно ожидать соответствия между рабочими показателями и требуемыми характеристиками.

Тесты на пригодность. Способность, имеющуюся в настоящее время, можно оценить с помощью практических тестов, в которых за человеком наблюдают при выполнении им требуемой работы в течение более или менее продолжительного времени, или с помощью набора тестов, позволяющего оценить каждый вид способностей, необходимых для выполнения задания. Ни в одном случае нельзя делать прогнозы об увеличении будущей работоспособности.

Если требуется оценить работоспособность в будущем, после прохождения обучения или тренировки, необходимо использовать тесты для выявления способностей, результаты которых не зависят от тренировки. Тесты, которые строго отвечают этим критериям, чрезвычайно редки. Результаты большинства тестов на пригодность («талант»), включая определение умственного развития, можно улучшить специальной тренировкой.

Особый вид тестирования это медицинское обследование работающих в целях их безопасности и сохранения здоровья; в этом случае пригодность к выполнению работы определяют с точки зрения общего состояния здоровья, как в момент найма, так и периодически во время работы.

Прогноз работоспособности. Если определить имеющиеся в настоящее время способности с помощью тестов достаточно трудно, то еще сложнее оценить будущие способности. В некоторых ситуациях можно предсказать будущую работоспособность для групп людей, однако возникают существенные ограничения, когда речь идет об отдельном человеке. Поэтому любые прогностические задачи для выявления скрытого таланта у отдельного лица будь то к работе или к спорту могут дать лишь очень неполную информацию. Оценку работоспособности человека в настоящем или будущем не следует воспринимать слишком буквально. Уровни работоспособности всегда зависят от многих факторов, и редко можно быть уверенным, что результаты теста отражают их все. Кроме того, природа делает внезапные скачки; многие люди обнаруживают способность к самосовершенствованию. Прогнозу работоспособности не следует доверять больше, чем, скажем, прогнозу погоды, а ведь последний основывается на исследованиях в течение десятилетий.

В заключение, учитывая широко распространенную в промышленности и спорте тенденцию оценивать пригодность с помощью обширных наборов тестов и компьютерного анализа, следует отметить, что главное, от чего зависит прогноз, это достоверность тестов и трактовка результатов, а не объем программы тестирования.

Итоговый тест. Завершая изложение вопроса, необходимо высказать предупреждение: при выборе человека, пригодного к выполнению конкретной задачи, важно учесть конечный результат. Пригодность определяется действительным уровнем работоспособности, а совсем не тем, что этого человека предварительно отобрали на основании каких– либо тестов или по другим критериям. Предварительный отбор может помочь в выборе круга возможных вариантов для конкретного человека, однако никогда нельзя исключить ошибки в том или ином направлении.

26.9. Литература

Учебники и руководства

1. Astrand P.O. Rodahl К. Textbook of work physiology. New York. McGrawHill, 1977.

2. Baust W. (ed.). Ermiidung, Schlaf und Traum. Frankfurt/M:Fischer, 1971.

3. Franz I.W. Ergometrie bei Hochdruck und Koronarkranken in der taglichen Praxis. BerlinHeidelbergNew YorkTokyo. Springer, 1984.

4. Galho H. Hormonal and metabolic adaptation in exercise. StuttgartNew York. Thieme, 1983.

5. Graf O. Arbeitsablauf und Arbeitsrhythmus. In: [14].

6. Grandjean E. Physiologische Arbeitsgestaltung. ThunMunchen. Ott, 1979.

7. Hildebrandt G. (ed.). Biologische Rhythmen und Arbeit. WienNew York. Springer, 1976.

8. Hollmann W. Hochst und Dauerleistungsfahigkeit des Sporllers. Munchen. Barth, 1963.

9. Hollmann W. (ed.). Zentrale Themen der Sportmedizin. BerlinHeidelbergNew YorkTokyo. Springer, 1986.

10. Hollmann W., Hettinger T. Sportmedizin Arbeits und Trainingsgrundlagen. StuttgartNew York. Schattauer, 1984.

11. Keui ]., Doll E., Keppler D. MuskelstofTwechsel. Munchen. Barth, 1969.

12. Keui J., Berg A. Energiestoflwechsel und korperliche Leistung. In: [9].

13. Keui J., Haralambie G. Energiestoffwechsel und korperliche Leistung. In: Hollmann W. ,(ed.). Zentrale Themen der Sportmedizin. BerlinHeidelbergNew York. Springer, 1977.

14. Lehmann G. (ed.). Handbuch der gesamten Arbeitsmedizin, Bd. 1: Arbeitsphysiologie. BerlinMunchenWien. Urban & Schwarzenberg, 1961.

15. Lienert G. A. Testaufbau und Testanalyse. WeinheimBerlinBasel. Beltz, 1969.

16. Lollqen H. Kardiopulmonale Funktionsdiagnostik. Wehr/Baden. Ciba Geigy, 1983.

17. Marees H. de. Sportphysiologie. KolnMuhlheim. Tropon, 1979.

18. Mellerowicz H. (ed.). Ergometrie. MunchenBerlinWien. Urban & Schwarzenberg, 1979.

АТФ	4	Гликоген	4600
Креатинфосфат	15	Жиры	300000

Показатели работы сердечно–сосудистой системы во время динамической работы