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. Мы ограничиваемся тремя тестами, наиболее часто используемыми для оценки работоспособности при деятельности, требующей выносливости. Эти пробы отвечаютустановленным тестовым критериям.

1.1. Максимальное потребление кислорода (Vo₂max)

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^-1*кг^-1. Интенсивной тренировкой выносливости можно довести максимальное потребление кислорода до уровня, вдвое превышающего эту величину.

1.2. Физическая работоспособность (PWC₁₇₀ или W₁₇₀)

Этот 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^-1, либо выражают относительно более низкой стандартной частоты, например, 130 мин^-1 (т. е. PWC₁₃₀). Размерность результата пробы — ватты.

Достоверность этого теста та же, что и определения максимального потребления кислорода. Хотя PWC-тест 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 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.

1.3. Частота сокращений сердца

Следует отметить, что при динамической работе с постоянным коэффициентом полезного действия частота сокращений сердца пропорциональна как потреблению кислорода, так и выполняемой нагрузке. При изменении коэффициента полезного действия сохраняется тесная связь между частотой сокращений сердца и потреблением кислорода, а связь между частотой сокращений сердца и выполняемой нагрузкой утрачивается. Во время легкой работы с постоянной нагрузкой частота сокращений сердца возрастает в течение первых 5—10 мин. и достигает постоянного уровня; это стационарное состояние сохраняется до завершения работы даже в течение нескольких часов.

Чем больше напряжение, тем выше уровень плато. Во время тяжелой работы, выполняемой с постоянным усилием, такое стабильное состояние не достигается; частота сокращений сердца увеличивается по мере утомления до максимума, величина которого неодинакова у отдельных лиц (подъем, обусловленный утомлением). Различие в характере изменений сердечной деятельности при легкой и тяжелой работе продемонстрировано в опытах, длительность которых доходила до 8 ч.

Таким образом, по изменениям частоты сокращений сердца можно различить две формы работы: легкая, неутомительная работа — с достижением стационарного состояния, и тяжелая, вызывающая утомление работа — с подъемом, обусловленным утомлением.

Любую работу (выполнение любого вида упражнений), можно оценить, исходя из энергетических затрат на ее выполнение, так как любое движение оценивается как изменение кинетической или потенциальной энергии изменения положения и рассчитывается по известным формулам: Работа: А= F-AS [Дж], где соответственно:

F — сила [Н]; AS — перемещение [м] Пример: работа по подъему 30 кг на высоту, равную 0,5 метра, будет равна

А = F·AS = 30 кг·9,81 м/с²·0,5 м = 147,15 Дж, если этот подъем осуществлен за 2 сек., то мощность, развитая при этом, будет равна

N — F/1 = 147,15 Дж / 2с = 73,575 Вт

Рис. 1. Изменение частоты сокращений сердца при динамической работе постоянной интенсивности. Темным обозначена «пульсовая сумма восстановления» — общее число ударов свыше базального уровня за период восстановления.

Даже после завершения работы частота сердечных сокращений изменяется в зависимости от имевшего место напряжения. После легкой работы она возвращается к первоначальному уровню в течение 3–5 мин.; после тяжелой работы период восстановления значительно дольше — при чрезвычайно тяжелых нагрузках он достигает нескольких часов. Другим критерием может служить общее число пульсовых ударов свыше базального уровня (начальной частоты пульса) в течение периода восстановления (пульсовая сумма восстановления). Этот показатель служит мерой мышечного утомления ^следовательно, отражает нагрузку, потребовавшуюся для выполнения предшествующей работы.

Когда следят непосредственно за сердечной деятельностью (путем измерения ЭКГ или давления), нужно использовать термин «скорость сокращений сердца»; термин же «частота пульса» применяют, когда регистрируют периферический пульс. Эти две величины различаются только при воздействиях на сердечную деятельность.

Пример. Непосредственно перед стартом на 3 км у специалиста была замерена частота пульса в покое (предположим, 72 удара в минуту). Сразу же после забега у него замеряется частота пульса после нагрузки. При этом существует важная особенность — частота пульса замеряется в течение того времени, пока не станет равной исходной, т. е. 72 удара в минуту.

Предположим, что восстановление произошло за б минут, при этом показатели были следующими:

Не нужны сложные приборы, не нужен квалифицированный медицинский персонал, практически не важен вид нагрузки (бег, отжимания, подъем тяжестей и т. д.) — важны лишь объем работы и соответствующая ему итоговая пульсовая сумма восстановления. Создать стандартные условия выполнения той или иной работы для любого командира — не проблема, проверить показатели и записать их — тем более. Через определенный период времени после этапа подготовки провести повторный контроль тоже не проблема. Информативность — полная.

Ударный объем

Ударный объем сердца в начале работы возрастает лишь на 20–30 %, а после этого сохраняется на постоянном уровне. Он немного падает лишь в случае максимального напряжения, когда частота сокращений сердца столь велика, что при каждом сокращении сердце не успевает целиком заполниться кровью. Как у здорового спортсмена с хорошо тренированным сердцем, так и у человека, не занимающегося спортом, сердечный выброс и частота сокращений сердца при работе изменяются приблизительно пропорционально друг другу, что обусловлено этим относительным постоянством ударного объема.

При динамической работе артериальное кровяное давление изменяется как функция выполняемой работы. Систолическое давление увеличивается почти пропорционально выполняемой нагрузке, достигая приблизительно 220 мм рт. ст. (29 кПа) при нагрузке 200 Вт.