С увеличением мощности работы ЧД у детей младшего школьного возраста увеличивается. Наиболее выраженные изменения наблюдаются у детей 7 - 8 лет при увеличении мощности нагрузок до 50%. При дальнейшем увеличении мощности дыхание меняется незначительно. У детей 9 - 10 лет констатируется более плавное увеличение ЧД. У детей 7 - 8 лет в процессе работы 70% от максимальной мощности отмечается наибольшая ЧД, равная 55,1 +-2,3. У девочек дыхание оказывается менее частым, чем у мальчиков. Возрастные различия по этому параметру не выявляются (табл. 30).
Зависимости изменения глубины дыхания от мощности нагрузки у детей 7 - 8 лет не было обнаружено. Также не проявились и половые различия. У школьников 9 - 10 лет с увеличением мощности нагрузки дыхательный объем (ДО) увеличивается. Причем у мальчиков 9 - 10 лет он достигал наибольших значений при нагрузке 70% от максимальной, у девочек - при нагрузке 50%. Таким образом, необходимый минутный объем дыхания (МОД) при интенсивной мышечной деятельности у детей 9 - 10 лет обеспечивался за счет более частого и глубокого дыхания.
При нагрузке 50% от максимальной интенсивности отчетливо проявлялись возрастные различия. Легочная вентиляция у школьников 9 - 10 лет больше, чем у 7 - 8-летних. Различия между мальчиками и девочками в средних значениях МОД при нагрузках разной мощности не обнаруживаются. Скорость восстановления легочной вентиляции у девочек ниже, чем у мальчиков.
Любое мышечное сокращение связано с затратами энергии, восстановление которой осуществляется за счет аэробных и анаэробных химических реакций тканевого метаболизма. В зависимости от характера физической нагрузки один из этих двух механизмов энергообразования в мышцах может стать преобладающим. Отражением степени активности анаэробных процессов при мышечной деятельности служит величина кислородного долга, мерилом аэробной производительности является рабочее потребление кислорода.
В серии лабораторных исследований при работе на велоэргометре получены данные, характеризующие особенности кислородного запроса и эффективность систем дыхания и кровообращения в ответ на нагрузки разной интенсивности у детей 7 - 8 и 9 - 10 лет. Состояние активности анаэробных и аэробных процессов в энергообеспечении работающих мышц отражает отношение величин кислородного долга к кислородному запросу. ОКД = О2 долг/О2 запрос х 100, где ОКД - относительный кислородный долг, показывающий в процентах степень активности анаэробного обмена.
Нагрузка максимальной интенсивности (100%) выполнялась детьми 7 - 8 лет с мощностью 13,3 кГм/мин кг в течение 11,2 с (0,18 мин) и обеспечивалась на 91,5% за счет анаэробных процессов (табл. 31). Она характеризовалась относительно небольшим кислородным запросом, но энергетическая стоимость ее была высокой. Уровень потребления кислорода за время работы увеличился незначительно, что сочеталось с достоверно меньшей кислородной эффективностью дыхания и кровообращения в сравнении с исходными величинами (табл. 32).
После окончания работы с максимальной интенсивностью потребление кислорода у детей 7 - 8 лет к 30-й с восстановительного периода увеличивалось почти в 2 раза по сравнению с рабочим уровнем и достигало 22,3 мл/мин кг. Столь стремительное его повышение связано с возросшей производительностью кислородно-транспортной системы организма (рис. 34). Начиная с 30-й с восстановительного периода потребление кислорода быстро возвращалось к исходным значениям. Ликвидация кислородного долга заканчивалась у детей 7 - 8 лет на 2-й мин восстановительного периода.
Рис. 34. Характер ликвидации кислородного долга у мальчиков 7 - 8 лет после нагрузок разной интенсивности
У детей 9 - 10 лет мощность работы при максимальной интенсивности составляла 16,2 кГм/мин, а длительность ее - 11,1 с (0,19 мин). Удовлетворение кислородного запроса за счет анаэробных реакций организма достигало 95,5% (см. табл. 31). Динамика изменения потребления кислорода и показателей эффективности дыхания и кровообращения во время работы и после ее окончания мало отличалась у детей 9 - 10 и 7 - 8 лет (см. табл. 32).
Возрастные особенности у детей 9 - 10 лет проявлялись в раннем периоде восстановления и характеризовались более высокой эффективностью дыхания и кровообращения. Так, если коэффициент утилизации кислорода (КИО2) у детей 7 - 8 лет повышался до 31,4, то у детей 9 - 10 лет - до 38,5 (р<0,05). Кислородный эффект дыхательного цикла в первой возрастной группе увеличивался до 16,2 мл/цикл, а во второй - до 22,6 мл/цикл (р<0,05). Кислородная производительность сердца соответственно составляла 4,7 и 5,8 мл/уд (р<0,05). Ликвидация кислородного долга протекала несколько быстрее у детей 7 - 8 лет.
При исследовании взрослых показано, что кратковременные нагрузки, при которых кислородный долг достигает 90 - 97% кислородного запроса вызывают резкое снижение креатин-фосфата (КрФ) в мышцах.
Нагрузка интенсивностью 80% выполнялась детьми 7 - 8 лет с мощностью 11,9 кГм/мин кг в течение 53,7 с (0,90 мин). Обеспечение кислородного запроса за счет анаэробных источников энергии составило 72,2%. Выполнение работы, вплоть до ее окончания, сопровождалось повышением потребления кислорода. К концу выполнения данной нагрузки у детей 7 - 8 лет отмечался рост эффективности кислородно-транспортной системы организма (табл. 33).
В восстановительном периоде, после окончания работы, потребление кислорода продолжало увеличиваться и на 30-й с достигало 30,4 мл/мин кг. Одновременно наблюдались высокие значения показателей кислородной эффективности дыхания и кровообращения по сравнению с рабочим уровнем. В отличие от нагрузки максимальной интенсивности ликвидация кислородного долга у детей 7 - 8 лет после выполнения нагрузки с интенсивностью 80% была несколько затянутой и величина его была значительно выше.
Дети 9 - 10 лет выполняли нагрузку интенсивностью 80% в течение 54,5 с (0,91 мин) при мощности работы 13,0 кГм/мин кг. Нагрузка удовлетворялась на 77,6% за счет анаэробных источников энергии.
При изучении структуры кислородного запроса и эффективности системы дыхания и кровообращения во время работы интенсивностью 80% между детьми 7 - 8 и 9 - 10 лет не было выявлено достоверных возрастных различий. Величины ОКД у детей обеих возрастных групп были практически одинаковыми.
Возрастные особенности обнаруживались в раннем периоде восстановления по показателям кислородной производительности сердца и дыхания. Так, кислородный эффект сердечного цикла был достоверно выше у детей 9 - 10 лет с первых секунд восстановления, а эффект дыхательного цикла только после 30-й с реституции. После окончания работы в обеих возрастных группах у детей резко возрастал КИО2, но если у 9-10-летних рост этого показателя отмечался до 2-й мин, то у 7 - 8-летних только до конца 1-й мин восстановления, а затем начинал снижаться. Ликвидация кислородного долга протекала быстрее у детей 9 - 10 лет.
Согласно современным представлениям, физическая нагрузка, предельная продолжительность которой около 1 мин, вызывает повышение содержания молочной кислоты в крови во время ее выполнения. Однако наиболее интенсивный выход ее в кровь отмечается только в восстановительном периоде. Это говорит о том, что основным энергетическим субстратом для ресинтеза АТФ в скелетных мышцах при выполнении нагрузки интенсивностью 80% совместно с КрФ является глюкоза, расщепление которой при данном режиме работы ведет к накоплению молочной кислоты.
Нагрузка интенсивностью 70% обеспечивалась у детей 7 - 8 лет преимущественно за счет аэробных реакций энергообразования. При этом мощность работы составила 9,5 кГм/мин кг, а время выполнения - 5 мин. Под влиянием нагрузки большой интенсивности динамика потребления кислорода характеризовалась появлением так называемого устойчивого состояния, которое устанавливалось в среднем на 2-й мин работы (табл. 34). При интенсивном рабочем потреблении кислорода обеспечивалось постоянство эффективности систем дыхания и кровообращения. Так, кислородная эффективность сердечного сокращения во время работы поддерживалась постоянной на уровне 5,24 - 5,22 мл/уд, а дыхательного цикла соответственно 16,6 - 16,8 мл/цикл.
Несмотря на то что участие аэробных процессов в энергообеспечении работы большой интенсивности достигало 71,1%, в организме детей 7 - 8 лет произошло значительное накопление продуктов анаэробного обмена, о чем свидетельствовала величина кислородного долга, составившая у них 45,9 мл/кг. Ликвидация кислородного долга характеризовалась повышенной по сравнению с уровнем работы эффективностью систем дыхания и кровообращения. После 1-й мин восстановления показатели кислородно-транспортной системы организма детей 7 - 8 лет начинали снижаться к исходным величинам.
Нагрузка интенсивностью 70% выполнялась детьми 9 - 10 лет в течение 7,5 мин. Мощность работы составляла 10,9 кГм/мин кг и обеспечивалась на 75,7% за счет аэробных реакций организма. В динамике потребления кислорода начиная с 4-й мин работы отмечается устойчивое состояние. По показателям кислородной эффективности систем дыхания и кровообращения устойчивый уровень устанавливается несколько раньше, на 2-й мин работы (табл. 35).
В раннем периоде восстановления на фоне снижающейся интенсивности потребления кислорода наблюдается повышение эффективности кислородно-транспортной системы. Кислородная производительность дыхания и кровообращения по окончанию работы увеличивалась до 30-й с, а затем начинала снижаться. При этом показатель КИО2 продолжал расти до 3-й мин восстановительного периода. Погашение кислородного долга, величина которого составила у детей 9 - 10 лет 58,6 мл/кг, заканчивалось к 9-й мин восстановления.
Изучение возрастных особенностей реакции организма детей 7 - 8 и 9 - 10 лет в ответ на нагрузку 70% максимальной интенсивности показало, что уровень обеспечения их мышечной деятельности энергией за счет аэробных процессов был практически одинаковым. Интенсивность потребления кислорода хотя и была несколько выше у детей 9 - 10 лет, но достоверных различий ни в период работы, ни в период восстановления выявлено не было (р>0,05). Реакция на нагрузку характеризовалась устойчивым состоянием в динамике потребления кислорода у детей обеих возрастных групп, однако выход на рабочий уровень осуществлялся быстрее у 7 - 8-летних. Кислородная производительность дыхания и кровообращения как в работе, так и после ее окончания была выше у детей 9 - 10 лет (р>0,05). Величина кислородного долга оказалась несколько ниже у детей 7 - 8 лет, и ликвидация его заканчивалась у них быстрее. Следует отметить, что дети 9 - 10 лет смогли более длительно выполнять нагрузку интенсивностью 70% от максимальной по сравнению с детьми 7 - 8 лет.
Как показывают представленные данные, работа в режиме большой интенсивности значительно активизирует аэробные процессы организма детей младшего школьного возраста, на что указывает высокий уровень рабочего потребления кислорода. Поддержание этого уровня в процессе выполнения нагрузки сопровождается увеличением кислородного долга и характеризуется аэробно-анаэробной направленностью воздействия на организм указанной нагрузки.
Нагрузка интенсивностью 50% выполнялась детьми 7 - 8 лет с мощностью 7,2 кГм/мин кг в течение 15,4 мин. Вклад аэробных процессов в энергообеспечение работающих мышц достигал 82,3%. Нагрузка характеризовалась «устойчивым состоянием» в динамике потребления кислорода начиная с 3-й мин работы. Уровень потребления кислорода в процессе выполнения нагрузки был значительно ниже, чем при нагрузке интенсивностью 70% и составлял 21,9 - 22,7 мл/мин кг (табл. 36). В отличие от нагрузки 70% КИО2 у детей 7 - 8 лет во время работы был несколько выше, а эффективность дыхательного и сердечного циклов ниже.
После окончания работы потребление кислорода снижалось, а показатели кислородной эффективности дыхания и кровообращения увеличивались. Кислородный долг у детей 7 - 8 лет после нагрузки умеренной интенсивности ликвидировался к 6-й мин восстановительного периода.
У детей 9 - 10 лет мощность работы интенсивностью 50% составила 8,0 кГм/мин кг, длительность 19,3 мин. Доля участия аэробных процессов достигала 88,8%. Устойчивый уровень в потреблении кислорода устанавливался на 4-й мин работы. Интенсивность потребления его к этому времени достигала 25,1 мл/мин кг и была достоверно ниже, чем при нагрузке интенсивностью 70% (р<0,05) (табл. 37).
С первых секунд восстановления на фоне снижающегося потребления кислорода отмечался рост эффективности системы дыхания и кровообращения. Величина кислородного долга у детей 9 - 10 лет была относительно небольшой, и погашение его заканчивалось к 6-й мин периода восстановления.
При сравнении возрастных особенностей детей 7 - 8 и 9 - 10 лет во время выполнения нагрузки умеренной интенсивности не выявлены преимущества в структуре кислородного запроса у детей 9 - 10 лет, хотя у них и отмечается тенденция к более высокому потреблению кислорода на 1 кг массы тела по сравнению с детьми 7 - 8 лет (р>0,05). Во время выполнения данной нагрузки у детей 9 - 10 лет была достоверно выше кислородная производительность дыхания и кровообращения. Длительность работы с нагрузкой умеренной интенсивности у детей 9 - 10 лет на 23% выше, чем у детей 7 - 8 лет.
Отличительной особенностью реакций организма на данную нагрузку по сравнению с нагрузкой интенсивностью 70% является повышение экономичности механической работы при сниженном уровне потребления кислорода у детей обеих возрастных групп. Этот факт объясняется сравнительно незначительным участием анаэробных процессов в энергообеспечении мышц при нагрузках интенсивностью 70%. Применение длительных нагрузок в процессе тренировочных занятий приводит к увеличению содержания гликогена, миоглобина, повышает возможности дыхательного ресинтеза АТФ, однако не оказывает существенного влияния на содержание КрФ и на интенсивность гликолиза. Особенностью результата воздействия физической нагрузки невысокой интенсивности является также повышение использования внемышечных источников энергии в процессе работы. При этом в организме расходуются не только внемышечные углеводы, но и неуглеводные субстраты, в частности увеличивается мобилизация депонированного жира. Можно полагать, что тренирующая направленность длительных малоинтенсивных нагрузок будет характеризоваться нарастанием концентрации энергетических субстратов и повышением активности организма младших школьников в использовании резервных источников энергии.
Прослеживается высокая степень тесноты связи между величинами ОКД и предельной продолжительностью работы (р=0,77 - 0,81). Анаэробный и дыхательный пути ресинтеза АТФ находятся в зависимости от предельной длительности и мощности нагрузки (рис. 35). По мере увеличения предельной продолжительности работы структура кислородного запроса у детей младшего школьного возраста изменяется, что связано с повышением активности дыхательных процессов на фоне снижающейся активности анаэробных процессов. Преобладание аэробных реакций над анаэробными в обеспечении работающих мышц энергией отмечается при нагрузках, предельная продолжительность которых свыше 2,5 мин. У детей 7 - 8 лет это зона нагрузок от 0 до 10,5 кГм/мин кг, а у детей 9 - 10 лет - от О до 11,5 кГм/мин кг. Если учесть, что величина нагрузки задавалась темпом движений, то оказывается, что аэробная направленность в энергообеспечении сохраняется у младших школьников до частоты движений, равной 74 - 76% от максимальных ее значений.
Рис. 36. Изменение интенсивности метаболических процессов у мальчиков 7 - 10 лет в зависимости от предельной продолжительности работы
Нагрузка интенсивностью 70%, как показал расчет по специальной номограмме, выполняется детьми младшего школьного возраста на уровне 84 - 87% от МПК. В свою очередь повышение интенсивности нагрузки до 80% или, наоборот, снижение ее до 50% от максимальной величины ведет к уменьшению рабочего потребления кислорода до 61,8% МПК у детей обеих возрастных групп. По сравнению с нагрузкой 80% от максимальной интенсивности длительность работы интенсивностью 50% возрастает у детей 7 - 8 лет в 17,4 раза, а у детей 9 - 10 лет в 21,2 раза.
Анализ кислородной стоимости механической работы показал, что по мере снижения интенсивности нагрузки у детей 7 - 10 лет наблюдается процесс экономизации в потреблении кислорода на фоне увеличения предельной продолжительности выполнения нагрузки.
Таким образом, рассмотренные результаты свидетельствуют о том, что длительность нагрузки и ее энергетическая стоимость во многом зависят не столько от рабочего уровня потребления кислорода или величины кислородного долга, сколько от их соотношения в структуре кислородного запроса, т. е. степени участия аэробного и анаэробного процессов в удовлетворении энергетических нужд организма во время работы.
На основании исследования кислородного запроса и эффективности кислородных режимов дыхания и кровообращения у детей младшего школьного возраста при выполнении нагрузок разной интенсивности можно заключить, что повышение мощности работы изменяет уровень функциональной активности вегетативных систем.
