Работоспособность - потенциальная способность человека выполнять максимально возможное количество работы на протяжении заданного времени и с определенной эффективностью. Работоспособность человека зависит от уровня его тренированности, степени закрепления рабочих навыков, физического и психического состояния, выраженности мотивации к труду и других факторов. Различают физическую и умственную работоспособность.

Под понятием "резервы" в физиологии подразумевается запас веществ или сил, которые тем или иным способом сберегаются организмом от их расходования до момента, когда они будут необходимы и могут быть использованы. Для того чтобы оценить резерв той или иной физиологической функции организма, необходимо определить предельный, т.е. максимальный уровень активности тои или иной системы и величину расхода энергии в обычных условиях функционирования. Такие данные получены для систем, обеспечивающих мышечную деятельность человека (система крови, дыхания, кровообращения), но пока не получены для систем, обеспечивающих прием и переработку информационной нагрузки.

Физический труд оказывает наиболее существенное влияние на функционирование сердечно-сосудистой системы. Минутный объем кровообращения (МОК) увеличивается за счет увеличения систолического объема сердца и ЧСС. Систолический объем при тяжелой физической работе возрастает в 1,5 -- 3 раза (в среднем в 2 раза). Основной прирост МОК происходит за счет увеличения ЧСС. При легкой работе и работе средней тяжести ЧСС увеличивается параллельно увеличению потребления кислорода, обеспечивая аэробный характер обменных процессов в работающих мышцах. Так происходит до ЧСС, равной 170 уд. в 1 мин. Именно до этой частоты существует линейная зависимость между развиваемой человеком мощностью и ЧСС. Дальнейший рост ЧСС сопровождается уменьшением кислород-транспортной функции вследствие уменьшения объема систолического выброса и, следовательно, минутного объема кровообращения (МОК). В связи с этим определение физической работоспособности осуществляют при нагрузках, при которых ЧСС не превышает 170 уд. в 1 мин.

Физическая работоспособность является обобщенным показателем функциональных возможностей организма, когда при работе на предельной мощности обеспечиваются максимальное потребление кислорода (МПК) и его транспорт к работающим мышцам.

В настоящее время для оценки способности организма человека к осуществлению мышечной деятельности за счет мобилизации источников окислительного энергообразования получил широкое распространение метод определения аэробной (кислородной) работоспособности. О ней судят по величине максимально потребленного кислорода, необходимого для выполнения самой тяжелой мышечной работы, на которую способен организм обследуемого человека.

Для определения аэробной способности пользуются такими мышечными нагрузками, как ходьба с возрастающей скоростью по "бегущей дорожке", подъем на лестницу с определенной высотой ступеней (степ-тест), вращение педалей велоэргометра с заданным сопротивлением.

В последнее время велоэргометрия наиболее широко применяется при определении физиологических резервов организма, поскольку совершаемая работа может быть измерена с высокой точностью, так как на ее величину не влияет вес тела испытуемого, а влияет только сопротивление вращению педалей.

Таким образом, физическая работоспособность может быть охарактеризована величиной максимального потребления кислорода (МПК), которая тем выше, чем тяжелее и интенсивнее выполняемая работа. Величина МПК отражает уровень физической работоспособности человека. Существуют эмпирически рассчитанные таблицы должных величин максимального потребления кислорода (ДМПК), которые характеризуют максимальный физиологический предел работоспособности с учетом возраста, пола и веса тела.

Основным преимуществом метода определения аэробной работоспособности является то, что предельные возможности организма к энергообразованию выражаются количеством поглощенного кислорода. В этих же величинах, т.е. в количестве потребленного кислорода может быть измерена и аэробная стоимость повседневных видов работ, связанных с мышечной деятельностью и таким образом по разности между максимальной величиной аэробной работоспособности и аэробной стоимостью повседневной мышечной деятельности может быть вычислен резерв, которым располагает организм для обеспечения работы мышц.

По такому же принципу определяется и максимальная производительность сердечно-сосудистой системы. В качестве показателей используют величину минутного объема крови или частоту пульса. Максимальный минутный объем крови или максимальная частота пульса при максимально тяжелой мышечной работе дают представление о величине резерва системы кровообращения как важнейшей функции организма.

По результатам определения физической работоспособности и МПК оценивают уровень физического состояния.

Вместе с тем, существуют достаточно точные и надежные способы определения работоспособности человека и в анаэробной зоне, например расчет максимальной анаэробной мощности (МАМ), дающие представление о энергетических резервах организма, освобождаемых в условиях кислородного голодания на режимах работы максимальной мощности.

1. Определение физической работоспособности при помощи теста PWC170 методом степ-теста

Наименование теста PWC происходит от первых букв английского термина "физическая работоспособность" (Physical Working Capacity). Он был предложен Шестрандом для определения физической работоспособности спортсменов. Физическая работоспособность в этом тесте выражается в величинах мощности физической нагрузки, при которой ЧСС достигает 170 ударов в мин. Такая ЧСС выбрана потому, что:

Между мощностью выполняемой нагрузки и ЧСС существует линейная зависимость вплоть до ЧСС 170 уд./мин., а при более высокой частоте эта зависимость утрачивается. Следовательно, чем больше мощность нагрузки, при которой ЧСС равно 170 уд/мин., тем больше резервы кардио-респираторной системы, которые определяют уровень физической работоспособности. У здоровых нетренированных мужчин PWC170 находится в диапазоне 700-1100 кгм/мин., у женщин - 450-750 кгм/мин., а в пересчете на кг массы тела, соответственно - 15,5 и 10,5 кгм/мин. У спортсменов PWC170 достигает 1500-1700 кгм/мин.

Зона оптимального функционирования кардио-респираторной системы у спортсменов ограничивается диапазоном пульса от 170 до 200 ударов в минуту. С помощью этого теста можно установить ту интенсивность физической нагрузки, которая выводит деятельность ССС за пределы оптимального функционирования.

Цель работы: рассчитать величину PWC170 , используя степ-тест.

Оборудование: скамейка для степ-теста, секундомер, весы, метроном, калькулятор.

Ход работы: Испытуемый в течение 3 минут совершает подъемы на ступень высотой 35 см с частотой 20 подъемов в минуту (частота метронома 80 ударов в мин.). На один удар метронома совершается одно движение. Сразу по окончании нагрузки считают пульс в течении 10 с (P1). Далее сразу же выполняется нагрузка с частотой 30 подъемов в минуту (120 ударов/мин.). Снова считают пульс сразу по окончанию нагрузки (P2).

Затем определяют PWC170 с помощью таблицы 1. На горизонтальной линии находят ЧСС после первой нагрузки, а на вертикальной, соответственно, после второй. Пересечение двух показателей дает величину PWC170 в пересчете на 1 кг веса тела.

Общая работоспособность рассчитывается следующим образом:

PWC170 (кгм/мин) = А X М,

Где:

А - величина относительного PWC170 (табл.1)

М - масса тела испытуемого.

Таблица. Определение относительного PWC170/кг с помощью степ-теста

При отсутствии полученных в ходе опыта ЧСС, относительный PWC170 можно найти по формуле:

A=7,2х[1+0,5x(28-P1)/(P2-p1)

2. Определение физической работоспособности при помощи теста PWC170 методом велоэргометрии

Цель работы: рассчитать величину PWC170 с помощью велоэргометрии и сравнить ее у разных испытуемых Оборудование: велоэргометр; секундомер; таблица Белоцерковского. Ход работы: У испытуемого в состоянии покоя в положении сидя определите ЧСС. Затем выполните работу на велоэргометре в течение 5 мин. Частота вращения педалей должна быть 60 - 70 об/мин. Мощность первой нагрузки (W1) зависит от массы человека. Определите ее по табл.2. Для практически здорового мужчины она составляет примерно 1 Вт/кг; для человека, не занимающегося физическим трудом (тренировками) -- 0,5 Вт/кг.

Таблица. Зависимость мощности первой нагрузки (W2) от массы человека

Таблица. Ориентировочные значения мощности 2-й нагрузки (кгм/мин), рекомендуемые при определении теста PWC170

В конце 1-й нагрузки подсчитайте ЧСС за 30 с и в зависимости от нее и величины 1-й нагрузки определяют по таблице Белоцерковского величину 2-й нагрузки (W2).

После 3-минутного перерыва исследований на протяжении 5 мин поработайте со 2-й нагрузкой (W2). В конце 2-й нагрузки вновь определите ЧСС за 30 с.

Физическую работоспособность определите по формуле Карпмана:

PWC170 = W1 + (W2 - W1) (170 - f1)/(f2-f1)

Где:

PWC170, -- уровень физической работоспособности при ЧСС = 170 уд./мин.;

W1 и W2 - мощность 1-й и 2-й нагрузок;

f1 и f2 - ЧСС за 30 с в конце 1-й и 2-й нагрузок.

Обработайте и сравните результаты у нескольких испытуемых с разным уровнем физического развития и спортсменов с разной специализацией. Сделайте выводы.

3. Определение физической работоспособности при помощи теста PWC170 графическим методом

Между мощностью выполняемой нагрузки и ЧСС до 170 уд/мин существует линейная зависимость. Это позволяет определить физическую работоспособность графическим методом.

Цель работы: рассчитать величину PWC170 графическим методом и сравнить ее у разных испытуемых

Оборудование: велоэргометр; секундомер.

Ход работы: Выполните две нагрузки (по 5 мин каждая) с 3-минутным интервалом между ними.

Величина 1-й нагрузки (W1) - 0,5 Вт/кг, величина 2-й нагрузки (W2) - 2,0 - 4,0 Вт/кг. В конце каждой нагрузки измерьте ЧСС за 30 с. Мощность каждой нагрузки отложите на оси абсцисс, а соответствующие им показатели ЧСС -- на оси ординат. На пересечении этих показателей найдите две точки, через которые проведите прямую от нулевой точки до пересечения с линией, соответствующей ЧСС 170 в 1 мин. Из точки пересечения этих прямых опустите перпендикуляр на ось абсцисс, определяя таким образом величины PWC170 (кгм/мин) и мощность работы в Вт (6 кгм/мин = 1 Вт). Полученные данные занесите вследующую таблицу.

Таблица. Физическая работоспособность по тесту PWC170

Данные последней графы сравните со среднестатистическими.

Для нетренированных мужчин до 30 лет средняя величина PWC170: Вт/ кг - 2,6; кгм/мин - 1027; кгм/(мин кг) - 15,5.

У нетренированных женщин до 30 лет средняя величина PWC170: Вт/кг - 1,75; кгм/мин - 640; кгм/(мин кг) - 10,5.

Оцените также уровень физической работоспособности, сопоставляя данные последней графы табл. 2 с данными табл. 3.

Кроме того, рассчитайте величину относительного PWC170/ кг по формуле:

PWC170/кг = PWC170/ M

Где:

PWC170 - общая работоспособность;

М - масса тела в кг.

Оцените физическое состояние испытуемого , используя данные таблицы.

Таблица. Уровень физической работоспособности PWC170/ кг (кгм/(мин кг)

4. Оценка физической работоспособности по методу Гарвардского степ-теста

Тест был разработан в Гарвардском университете (США) в 1942 и является универсальным методом оценки физической работоспособности. Величина индекса Гарвардского степ-теста (ИГСТ) оценивает скорость восстановления пульса после стандартной физической нагрузки.

Цель работы: определить физическую работоспособность с помощью ИГСТ.

Оборудование: секундомер, скамья для степ-теста, метроном, тонометр.

Ход работы: в состоянии покоя у испытуемого регистрируют пульс за 30 мин. и АД. Высоту ступени и время восхождения подбирают, руководствуясь данными таблицы 6.

Таблица 6. Параметры выполнения работы при вычислении ИГСТ

Осуществляют подъем на ступень с частотой 30 раз в 1 мин в течение 5 мин. Частота подъема задается метрономом - 120 ударов в минуту. Время восхождения может быть ограничено 2 - 3 мин. Регистрацию ЧСС проводят в первые 30 сек на 2, 3 и 4-й минутах восстановительного периода. Сразу же после нагрузки регистрируют АД.

Рассчитывают индекс Гарвардского степ-теста (ИГСТ) по формуле:

ИГСТ = T x 100/(f1+f2+f3) x 2

Где:

Т - время восхождения на ступень в сек;

f1,f2,f3 - пульс за 30 сек на 2, 3 и 4-й минутах восстановления.

Результаты работы сравните с оценочными данными след. таблицы.

Таблица. Оценка физической работоспособности по величине ИГСТ

Затем определяют тип реакции ССС на физическую нагрузку, в соответствии с таблицей 8. Отмечают изменение систолического (СД), и диастолического (ДД) артериального.

Таблица. Реакция ССС на физическую нагрузку

Делают заключение о физической работоспособности в соответствии с таблицей 9.

Таблица. Физическая работоспособность по результатам ИГСТ и измерения АД

Протокол оформляют в виде таблицы 10. Сравнивают результаты у нескольких испытуемых. Делают выводы.

5. Определение физической работоспособности по восстановлению ЧСС (проба Руфье-Диксона)

В качестве главных критериев при оценке работоспособности в системе тестов с использованием физических нагрузок с последующим изучением быстроты восстановления ЧСС учитываются прежде всего стандартные реакции организма на нагрузку: экономичность реакции и быстрая восстанавливаемость.

Цель работы: оценить физическую работоспособность по скорости восстановления ЧСС с помощью пробы Руфье.

Оборудование: Секундомер.

Ход работы: оценка работоспособности происходит следующим образом. У испытуемого считают пульс сидя в состоянии покоя в течение 15 с. Затем выполняются 30 приседаний за 45 с. Затем вновь регистрируют пульс на первых и последних 15 с 1 минуты восстановления. Индекс рассчитывают по формуле:

ИР = [ 4 ( P1+P2+P3 ) - -200 ] / 10

Где:

ИР - индекс Руфье;

P1- ЧСС в покое сидя за 15 с;

P2 - ЧСС за первые 15 с первой минуты восстановления;

P3 - ЧСС за последние 15 с первой минуты восстановления.

Оценка результатов производится по таблице 11:

Таблица 11. Оценочная таблица для расчета индекса Руфье-Диксона

Таблица. Результаты исследования

6. Определение аэробных возможностей организма по величине максимального потребления кислорода (МПК)