Источник: "Методы исследования и фармакологической коррекции физической работоспособности человека".
Под ред. академика РАН И.Б. Ушакова Изд.: Медицина, 2007 г.
Проба PWC170
ВОЗ в 1968 г. для определения физической работоспособности человека рекомендована проба Physical Working Capaciti (PWC), разработанная в Каролинском университете в Стокгольме Шестрандом в 50-х годах XX в. Эта проба обозначается ВОЗ как ?170.
Физическая работоспособность в пробе PWC170 выражается в величинах той мощности физической нагрузки, при которой ЧСС достигает величины 170 уд/мин. Выбор именно этого значения ЧСС основан на следующих двух положениях.
Первое положение заключается в том, что зона адекватного функционирования кардиореспираторной системы с физиологической точки зрения ограничивается диапазоном изменения ЧСС от 100—110 до 170—180 уд/мин. Следовательно, с помощью этой пробы можно установить ту интенсивность физической нагрузки, которая «выводит» деятельность сердечно-сосудистой системы, а вместе с ней и всей кардиореспираторной системы, в область оптимального функционирования.
Второе положение базируется на том, что взаимосвязь между ЧСС и мощностью выполняемой физической нагрузки имеет линейный характер у большинства здоровых людей вплоть до ЧСС, равной 170 уд/мин. При более высокой ЧСС линейный характер зависимости между ЧСС и мощностью физической нагрузки нарушается.
В Каролинском университете, где проба PWC170 была впервые внедрена в практику, она проводилась следующим образом. Испытуемый выполнял на велоэргометре непрерывную работу с повышающейся через каждые 6 мин (ступенчато) мощностью вплоть до ЧСС, равной 170 уд/мин (величина ЧСС определялась на последней минуте каждой ступени). Частота вращения педалей поддерживалась постоянной, равной 60—70 оборотов в минуту. Однако такая процедура проведения пробы была весьма обременительной для испытуемого и занимала много времени. Все это не способствовало широкому распространению пробы.
В дальнейшем величину PWC170 стали определять более простым способом, используя для этого две или три нагрузки умеренной мощности. Величина PWC170 в этом случае находится путем графической экстраполяции. Для этого испытуемому предлагается выполнить две нагрузки разной мощности (W, и W2). На последней минуте этих нагрузок определяется ЧСС (соответственно f1 и f2). Далее в системе прямоугольных координат откладываются точки, соответствующие ЧСС при работе на указанных мощностях. Учитывая, что между ЧСС и мощностью физической нагрузки имеется линейная взаимосвязь, через эти точки проводится прямая линия до пересечения ее с линией, соответствующей ЧСС, равной 170 уд/мин. Из полученной таким образом точки опускается перпендикуляр на ось абсцисс. Координата пересечения этого перпендикуляра и оси абсцисс соответствует величине PWC170.
Графическое определение величины PWC170 имеет определенный недостаток — неизбежны погрешности, возникающие в процессе графических работ. В связи с этим было предложено простое математическое выражение, позволяющее определить величину PWC170, аналитически (без построения графиков):
PWC170= W1 + (W2 - W1)(170 - f1)/(f2 - f1),
где PWC170 — мощность физической нагрузки на велоэргометре, при которой достигается ЧСС, равная 170 уд/мин; W, и W2 — мощность первой и второй нагрузок, кгм/мин или Вт; f1 и f2 — ЧСС в конце первой и второй нагрузок.
Первая нагрузка обычно имеет небольшую мощность. Величину этой мощности подбирают индивидуально в зависимости от возраста и массы тела испытуемого по табл. 5.
После первой нагрузки испытуемый, сидя на велоэргометре, отдыхает в течение 3 мин, затем ему предлагается выполнить вторую, более интенсивную нагрузку. Выбор мощности второй нагрузки в значительной мере определяет точность экстраполяционного определения PWCI70. Очевидно, что чем ближе будет ЧСС во время второй нагрузки к величине 170 уд/мин, тем точнее будет определена величина PWC170. При этом оптимальную мощность для второй нагрузки можно подобрать на основании данных о ЧСС во время первой нагрузки по табл. Продолжительность первой и второй нагрузок равна 5 мин. Вся процедура исследования занимает около 13 мин.
Ориентировочные значения мощности первой нагрузки, рекомендуемые для определения PWC170 у здоровых нетренированных лиц [Карпман В. Л. и др., 1988]
|
Масса тела, кг |
Мощность первой нагрузки, Вт |
|
59 |
50 |
|
60—64 |
65 |
|
65-69 |
80 |
|
70—74 |
100 |
|
75-79 |
115 |
|
80 и более |
130 |
Ориентировочные значения мощности второй нагрузки, рекомендуемые при определении PWC170 [Карпман В. Л. и др., 1988]
|
Мощность первой нагрузки, Вт |
Мощность второй нагрузки, при ЧСС первой нагрузке, Вт | ||||
|
80-89 уд/ мин |
90-99 уд/ мин |
100-109 уд/мин |
110-119 уд/мин |
120-129 уд/мин | |
|
65 |
180 |
165 |
150 |
130 |
115 |
|
80 |
195 |
180 |
165 |
150 |
130 |
|
100 |
210 |
195 |
180 |
165 |
150 |
|
115 |
230 |
210 |
195 |
180 |
165 |
|
130 |
250 |
230 |
210 |
195 |
180 |
Для получения адекватных результатов необходимо строго придерживаться изложенной методики.
Как видно, нагрузка, используемая в пробе PWC170, задается в сравнимых, имеющих физическую размерность величинах. В этом отношении проба PWC170 выгодно отличается от гарвардского степ-теста. Второе важное достоинство теста PWC170 состоит в том, что задаваемые нагрузки далеки от предельных и поэтому их выполнение испытуемыми не представляет больших трудностей и не требует особой мотивации.
Определение физической работоспособности с помощью теста PWC170 позволяет получить обширную информацию, которая может быть использована как для характеристики резервов организма испытуемого, так и для динамического наблюдения за его физической подготовленностью. Учитывая, что при этом может изменяться масса тела испытуемых, а также для нивелирования индивидуальных различий в массе у разных людей, величины PWC170 рассчитываются на 1 кг массы тела. В этом случае размерность показателя — Вт/кг.
У здоровых молодых нетренированных мужчин величины PWC170 колеблются в пределах 115—180 Вт, а у женщин — 75— 125 Вт. Относительная величина PWC170 нетренированных лиц составляет в среднем 2,5 Вт/кг у мужчин и 1,7 Вт/кг у женщин. У спортсменов эти величины значительно выше и достигают у некоторых 300—400 Вт, а относительные величины — 5,0 Вт/кг.
Величина PWC170 может быть определена не только путем экстраполяции, но и прямым путем. В последнем случае имеется в виду определение той мощности физической нагрузки, при которой ЧСС реально достигает величины 170 уд/мин. Для этого испытуемый выполняет нагрузку на велоэргометре, а его ЧСС находится под контролем автокардиолидера или кардиомонитора. Путем произвольного повышения мощности можно увеличить ЧСС до любого заданного уровня, в рассматриваемом случае до 170 уд/мин. Многочисленными исследованиями доказано, что величины PWCl70, определенные прямым и экстраполяционным путями, практически одинаковы.
Для определения физической работоспособности у нетренированных взрослых людей может быть использован модифицированный вариант велоэргометрического теста PWC170 — проба PWCap (А — age, F— frequency).
Суть модификации состоит в том, что у лиц разного возраста в большом диапазоне непредельной мышечной работы наблюдается практически линейная зависимость между ЧСС и мощностью физической нагрузки. Это позволяет использовать известные положения, лежащие в основе теста PWC170, при определении физической работоспособности у всех людей (вне зависимости от возраста) с патологически ненарушенным автоматизмом клеток синусового узла. Однако индикаторный пульс при этом не должен оставаться постоянным, так как при любых сопоставимых нагрузках степень повышения ЧСС у здоровых нетренированных людей практически одинакова. Это нивелирует уровень физической работоспособности у лиц диаметрально разного возраста, оцениваемой по данным одного постоянного значения индикаторного пульса, будь то, например, 150 или 170 уд/мин.
В связи со структурной и функциональной возрастной инволюцией миокарда, изменением нейрогуморальной регуляции сердечной деятельности и другими причинами возможности повышения ЧСС становятся с возрастом все более ограниченными, поэтому на уровне предельных физических нагрузок в каждом последующем десятилетии жизни ЧСС повышается в меньшей степени, чем в предыдущем. Если для молодых людей ЧСС, равная 170 уд/мин, характеризует оптимальное функционирование сердечно-сосудистой системы, то у людей зрелого и пожилого возраста она может свидетельствовать уже о максимальной реакции на физическую нагрузку. У них адаптация и к субмаксимальным физическим нагрузкам, вызывающим подъем ЧСС до таких же, как у молодых людей, величин, сопровождается более напряженным режимом деятельности системы кровообращения. Об этом, в частности, можно судить по результатам измерения системного АД. Во время мышечной работы у лиц старшего возраста систолическое и диастолическое АД выше, чем у молодых, при одной и той же ЧСС. Поэтому, вероятно, будет выше и значение показателя, характеризующего сопротивление работе левого желудочка,— артериальный импеданс. Эти различия в сердечной деятельности касаются и ряда других физиологических показателей, характеризующих тяжесть физической нагрузки — например, способа энергетического обеспечения работающих мышц, соотношения между аэробными и анаэробными источниками удовлетворения кислородных запросов организма.
Все это говорит о том, что диапазон изменения ЧСС в зоне оптимального функционирования системы кровообращения (в частности, ЧСС, характеризующая начало этой зоны) индивидуален для каждой конкретной возрастной группы. Поэтому при определении физической работоспособности у лиц старших возрастных групп представляется оправданным ориентироваться на мощность физической нагрузки, при которой ЧСС равна не 170 уд/мин, как у молодых, а меньшей величине.
Значение ЧСС, равное 170 уд/мин, соответствует примерно 87 % от максимального ее значения у молодых людей. Есть предположение, что у лиц старшего возраста начало зоны оптимального функционирования системы кровообращения характеризует ЧСС, соответствующую примерно тому же проценту от максимальных для этого возраста величин. Значения ЧСС для лиц с десятилетним возрастным диапазоном могут быть установлены по табл. 7 либо (более точно) по формуле:
ЧССинд = (220 — возраст) • 0,87,
где ЧССинд — индикаторное значение ЧСС.
Такой подход имеет некоторые ограничения, связанные с тем, что данные, характерные для предельных режимов физической нагрузки, используются для нормирования ЧСС при непредельных нагрузках. Однако недостаточная точность в выборе индикаторной ЧСС, характеризующей начало зоны оптимального функционирования системы кровообращения, в таком случае компенсируется возможностью оценивать физическую работоспособность в возрастном аспекте, а также возможностью сопоставлять эти данные с результатами определения МПК, показателями производительности системы кровообращения, целым рядом других морфофункциональных характеристик сердца (максимальным ударным и минутным объемом крови во время физической нагрузки, объемом сердца, объемом полости левого желудочка, массой его миокарда и т. д.).
Методика проведения пробы PWCAF, последовательность действий, критерии прекращения нагрузки и противопоказания к ее использованию в основном аналогичны тем, которых придерживаются при определении величины PWC170.
При выборе величины первой нагрузки мощность работы для здоровых нетренированных взрослых мужчин с предполагаемой нормальной физической подготовленностью определяется в 1 Вт на 1 кг массы тела, для не занимающихся физическим трудом или спортом с предполагаемой низкой физической работоспособностью — 0,5 Вт на 1 кг массы тела (для женщин соответственно 0,5 и 0,25 Вт на 1 кг массы тела). При определении мощности второй нагрузки, как правило, исходят из следующего. Желательно, чтобы ЧСС в конце второй нагрузки была примерно на 10—15 уд/мин меньше значений индикаторной ЧСС, выбранной при проведении пробы для лиц разного пола. Зная реальную ЧСС и мощность первой нагрузки, а также учитывая, что при увеличении мощности на 17 Вт ЧСС повышается у мужчин примерно на 8—12 уд/мин, а у женщин на 13—17 уд/мин, с помощью представленных ниже уравнений можно определить мощность второй нагрузки ?2, достаточной для повышения ЧСС до необходимого уровня.
Максимальная ЧСС и соответствующая ей индикаторная ЧСС, используемая при определении физической работоспособности [Карпман В. Л. и др., 1988]
|
Возрастной диапазон, годы |
Величина ЧСС, уд/мин | |
|
максимальная, рассчитанная по формуле: 220 — возраст |
индикаторная, используемая в тестах PWC170 и PWCаf | |
|
20-29 |
195 |
170 |
|
30-39 |
185 |
161 |
|
40-49 |
175 |
152 |
|
50-59 |
165 |
143 |
Мужчины: W2 ~ (F — f1 — 13)/0,59 + W1;
Женщины: W2 ~ (F — f1 — 13)/0,89 + W1,
где F— индикаторное значение ЧСС; W1 и W2 выражены в ваттах.
Показатель физической работоспособности можно определить по формуле:
PWCaf = W1 + (W2 - W1)(F - f1)/(f2 - f1),
где PWCAF— показатель физической работоспособности с учетом с возрастных изменений ЧСС; W1 и W2 — мощности первой и второй нагрузок соответственно; f1 и f2 — ЧСС в конце первой и второй нагрузок; F— ЧСС, составляющая примерно 87 % от максимального возрастного пульса).
При обследовании лиц старше 30 лет помимо изучения медицинского анамнеза, обязательной записи ЭКГ и измерения АД в условиях покоя, проводятся регулярные наблюдения с регистрацией ЭКГ и измерением АД каждые 2 мин в процессе выполнения физических нагрузок, в конце паузы отдыха между нагрузками и в первые 5 мин после окончания второй нагрузки.
Определению физической работоспособности по результатам пробы PWCaf У лиц старше 40 лет должно предшествовать (за один или несколько дней до пробы) ЭКГ-исследование в условиях физической нагрузки с целью объективизации состояния коронарного кровообращения.
Г. М. Яковлев (1979) предложил следующую формулу для расчета планируемой субмаксимальной реакции ЧСС:
Р = Р1 + К(215 - В - Р1),
где Р — планируемая ЧСС; Р1 — исходная ЧСС в покое; В — возраст обследуемого; К — коэффициент, характеризующий уровень физической подготовленности: 0,9 — спортсмены, 0,8 — здоровые люди, 0,7 — больные ИБС без инфаркта миокарда в анамнезе, 0,5 — перенесшие инфаркт миокарда.
Оценка результатов пробы. Физическую работоспособность можно оценить, сравнивая величину, рассчитанную по результатам проведения пробы, со значениями, приведенными в табл. 8, а также путем анализа индивидуальной динамики уровня физической работоспособности на разных этапах обследования.
Чем больше величина PWCaf, тем большую мышечную работу может выполнить человек при оптимальном функционировании системы кровообращения, значит, тем выше его физическая работоспособность. Индивидуальные колебания физической работоспособности, как уже отмечалось, определяются в основном производительностью кардиореспираторной системы.
Оценка физической работоспособности у лиц разного пола и возраста по результатам пробы PWCaf [Карпман В. Л. и др., 1988]
|
Возраст, годы |
Показатель физической работоспособности, Вт | ||||
|
низкая |
ниже средней |
средняя |
выше средней |
высокая | |
|
Женщины | |||||
|
20-29 |
<449 |
450-549 |
550-749 |
750-849 |
>850 |
|
30-39 |
<399 |
400-499 |
500-699 |
700-799 |
>800 |
|
40-49 |
<299 |
300-399 |
400-599 |
600-699 |
>700 |
|
50-59 |
<199 |
200-299 |
300-499 |
500-599 |
>600 |
|
Мужчины | |||||
|
20-29 |
<699 |
700-849 |
850-1149 |
1150-1299 |
>1300 |
|
30-39 |
<599 |
600-749 |
750-1049 |
1050-1199 |
>1200 |
|
40-49 |
<499 |
500-649 |
650-949 |
950-1099 |
>1100 |
|
50-59 |
<399 |
400-549 |
550-849 |
850-999 |
>1100 |