Энергообеспечение мышечной работы

 

Источники энергообразо­вания	Пути образования энергии	Время обра­зования, с	Срок дейст­вия	Продолжи­тельность максимально­го выделения
Алактатные анаэробные     Лактатные анаэробные   Аэробные	Креатинфосфокиназная и миокиназная реакции, АТФ мышц   Гликолиз с образованием молочной кислоты   Окисление углеводов и жиров кислородом возду­ха	15—20     90—180	До 30 с   От 30 с до 5—6 мин   До не­скольких часов.	До 10 с   От 30 с до I мин 30 с     2—5 мин

Анаэробные лактатные источники связамы с запа­сом гликогена в мышцах и печени, который расщепляется до мо­лочной кислоты с образованием АТФ и фосфокреатина (глико­лиз). По сравнению с анаэробными алактатными источниками этот путь энергообразования характеризуется более замедленным действием, меньшей мощностью, однако значительно большей про­должительностью (см. табл. 16) и является основным в работе, продолжительность которой составляет от 30 с до 6 мин.

Анаэробные источники энергии во много раз менее экономич­ны, чем аэробные, и используются тогда, когда поступление кис­лорода к работающим органам недостаточно для удовлетворения их потребностей. Это имеет место в начале любой, даже малоинтенсивной работы, а также тогда, когда потребность организ­ма в энергии превышает возможности аэробных путей энерго­обеспечения.

Аэробные энергетические источники мышечной работы предполагают окисление углеводов и жиров кислородом воздуха. Развертывание аэробных процессов происходит постепен­но, максимума они достигают обычно через 2—5 мин после на­чала интенсивной работы. Благодаря значительным запасам глю­козы и жиров в организме и неограниченной возможности потреблния кислорода из атмосферы, аэробные источники, обладая меньшей мощностью по сравнению с анаэробными, могут, одна­ко, обеспечивать выполнение работы в течение длительного вре­мени.

Можно считать, что повышение максимального потребления О2в равной мере связано с возрастанием минутного сердечного выброса вследствие увели­чения систолического объема и с возрастанием артериовенозной разницы, т. е. повышение потребления кислорода работающими мышцами играет такую же роль в увеличении максимального потребления О2 как и по­вышение максимальной сердечной производительности. При этом увеличение потребления кислорода работающими мышцами свя­зано с повышением концентрации митохондрий в скелетных мыш­цах и увеличением утилизации более высокого процента кислоро­да из крови.

Рис. 37. Изменение интенсивности биохимических процессов, поставляющих энергию для мышечной деятельности, в зависимости от продолжительности ра­боты (по Н. И. Волкову):

7 — аэробный механизм; 2— анаэробный лактатный механизм; 3 — анаэробный алактатный механизм,

Соотношение различных путей энергообеспечения зависит от продолжительности работы (рис. 37): при увеличении ее повышается роль аэробной производительности. Например, исследо­вания в беге показали, что при работе, продолжительность кото­рой превышает 2 мин, аэробные пути энергообеспечения преоб­ладают над анаэробными. Этот факт подтверждается результатами исследования связи между уровнем достижений в беге на раз­личные дистанции и величинами mах Vо₂ и 0₂-долга. Как видно на рис. 38, наибольшее влияние показателя максимальной аэроб­ной мощности обнаруживается на длинных дистанциях показателя максимальной анаэробной емкости — на коротких и средних дистанциях.

Таким образом, продол­жительность соревнователь­ной деятельности в различ­ных видах спорта определя­ет преимущественную моби­лизацию тех или иных по­ставщиков энергии. Легкоат­летические прыжки и мета­ния, прыжки на лыжах с трамплина, рывок и толчок штанги в тяжелой атлетике, прыжки в воду, спринтер­ский бег, спринтерская гонка на треке и др. обеспечивают­ся алактатными анаэробными возможностями. Анаэробные лактат-ные источники играют большую роль в энергообеспечении гребли, бега на средние дистанции, большинства дисциплин плавания, раз­личных видов борьбы, бокса, велосипедного спорта (гит на 1000 м с места, индивидуальная и командная гонки преследования на 4 км) и др. Аэробные источники энергии являются основным пу­тем энергообеспечения в велосипедном спорте (шоссе), плавании на 800 и 1500 м, беге на 5000 и 10 000 м, марафонском беге, лыж­ных гонках, в беге на коньках на 5000 и 10 000 м. Велика роль аэробных источников в комплексе с анаэробнымц в единоборствах, спортивных играх, сложнокоординационных видах спорта (особен­но в фигурном катании на коньках).

Мощность и емкость различных источников энергообеспечения работы в значительной мере обусловливаются структурой мышеч­ной ткани — соотношением в ней медленных и быстрых мышечных волокон, возможности окислительного метаболизма у которых существенно различаются. Путем направленной тренировки можно добиться значительного увели­чения способности всех типов мышц к аэробному метаболизму, однако их взаимное соотношение остается без изменений: быстрые волокна обладают в несколько раз меньшей способностью к окис­лительному метаболизму, чем медленные (Д. О. Холлоши, 1982). Гликолитические возможности быстрых мышечных волокон зна­чительно выше гликолитических возможностей медленных воло­кон.

При продолжительной работе (до трех часов) на уровне 65% от mах Vо₂ первыми теряют гликоген медленные мышечные волокна. При продолжении работы истощаются гликогенные ресур­сы быстрых волокон. При выполнении работы высокой интен­сивности, наоборот, первыми теряют запасы гликогена быстрые волокна. Это свидетельствует о преимущественном вовлечении в работу различной интенсивности мышечных волокон разного типа.

Рассматривая роль аэробного пути энергообеспечения работы в процессе соревновательной деятельности, следует остановиться на двух очень важных факторах. Первый из них — это время врабатывания систем, ответственных за потребление, транспорт и утилизацию кислорода, т. е. способность организма спортсмена быстро достигать предельных для данной работы величин потреб­ления кислорода. Известно, что деятельность систем кровообра­щения и дыхания максимально активизируется в течение пример­но 2—5 мин после начала напряженной работы. Вполне понятно, что чем раньше будут достигнуты высокие величины потребления кислорода, тем большей будет доля экономичного аэробного пути в энергообеспечении работы. Второй фактор — способность удер­живать длительное время максимально высокие для данной ра­боты величины потребления кислорода.

Весьма существенно, что способности организма к быстрой ак­тивизации деятельности систем кровообращения и дыхания и к удержанию длительное время наибольших для данной работы ве­личин потребления кислорода слабо связаны с уровнем mах Vо₂. Следовательно, в процессе тренировки необходимо применять ме­тоды и средства, позволяющие избирательно воздействовать на развитие указанных способностей. Специальной тренировкой мож­но добиться сокращения времени врабатывания систем кровооб­ращения и дыхания с 2—5 мин до 45—60 с и увеличения времени удержания максимальных для данной работы величин потребле­ния кислорода с 2—5 мин до 1—2 часов.

Экономичность работы и эффективность использования функ­ционального потенциала. Соотношение использования малоэко­номичных анаэробных источников энергии и экономичных аэроб­ных, а также величины общих энергетических трат на единицу выполненной работы характеризуют уровень ее экономичности.

При выполнении стандартной работы спортсмены более высо­кой квалификации тратят энергию более экономично. У мастеров спорта уровень кислородного запроса примерно в 2 раза меньше, чем у спортсменов III разряда. Одна и та же стандартная работа у спортсменов низкой квалификации по сравнению со спортсме­нами высокой квалификации в большей степени обеспечивается за счет неэкономичных анаэробных поставщиков энергии. У них выше «величины кислородного долга, больше сдвиги в показате­лях ЧСС, частоты дыхания, легочной вентиляции.

У спортсменов по сравнению с людьми, не занимающимися спортом, больше экономичность не только при выполнении стан­дартной работы, но и в тех случаях, когда величина нагрузки выражается в процентах максимального индивидуального потреб­ления кислорода (рис. 39). Это свидетельствует не только о по­вышенной доставке кислорода к мышцам, но и о более эффектив­ной его утилизации в самих мышцах.

Весьма важными параметрами, влияющими на экономичность работы и эффективность, энергообеспечения, являются отношение уровня потребления кислорода в процессе соревновательной деятельности к максимальным аэробным возможностям и величина порога анаэробного обмена. Увеличение содержания лактата в крови, свидетельствующее о наступлении порога анаэробного -обмена, наблюдается при такой интенсивности работы, при кото­рой потребление кислорода достигает примерно 50% от мах Уо_2. Однако эта величина может колебаться в весьма широких пре­делах (40—70% и выше уровня мах Уо₂) и зависит от многих причин. В их числе можно назвать приспособительные возможно­сти кислородтранспортной системы к интенсивной работе, а так­же различное содержание в мышечной ткани медленных волокон (в которых эффективность окислительных процессов обусловли­вает высокое содержание гемоглобина, окислительных ферментов и митохондрий) и быстрых (в которых преобладает анаэробный гликолиз даже в условиях работы относительно малой интенсив­ности). Следует учитывать, что неодинаковая природа нервных возбуждений волокон различного типа не позволяет путем спе­циальной тренировки осуществить их замену, хотя она и приво­дит к избирательной гипертрофии тех или других.

Способность выполнять работу при высоком проценте потреб­ления кислорода от уровняmах Vо₂ без значительного накопле­ния молочной кислоты в крови является важным фактором, опре­деляющим уровень развития выносливости. Например, бегуны высокого класса могут выполнить работу, требующую затрат 80— -90% mах Vо₂ без существенного накопления лактата в крови, в то время как у нетренированного человека он начинает интен­сивно накапливаться при работе на уровне 40—50% mах Vо_2/

Продолжительность работы при высоком проценте потребле­ния 0₂ также существенно связана с квалификацией спортсменов. Например, бегуны-марафонцы высокой квалификации могут рабо­тать на уровне потребления 0₂, достигшем 80—85% от mах Vо₂ более 2 ч.

У спортсменов высокого класса величина mах Vо₂ является относительно постоянной и даже напряженная тренировка аэробных возможностей не всегда приводит к ее заметному увеличению. В то же время «процентный максимум», при котором в организме начинает накапливаться молоч­ная кислота, значительно увеличивается в результате тренировки. Так, у нетренированного челове­ка концентрация лактата повы­шается несущественно до нагру­зок, составляющих 50—60% от индивидуального mах Vо_{2 .}. Это критический уровень, выше кото­рого продуцирование лактата рез­ко усиливается (рис. 40). У спортсменов высокого класса кри­тический уровень значительно вы­ше и может достигать 70—80% и более от уровня mах Vо_2. По мнению американского специали­ста в области физиологии мышеч­ной деятельности Д. Мейхью (1978), бегун на 10000 м, увели­чивающий в процессе работы по­требление Ог с 80 до 90% от mах Vо_{2 .} может улучшить резуль­таты на 3,03 мин. Происходит это не только вследствие экономич­ных аэробных реакций, дающих дополнительно значительное ко­личество энергии, но и благодаря отсутствию отрицательного дейст­вия накапливающегося в тканях лактата на спортивную технику, скоростные возможности и психическое состояние спортсме­на.

Следует, однако, учитывать, что способность к достижению значительных величин, порога анаэробного обмена тесно корре­лирует с количеством медлен­ных волокон в мышечной ткани (рис. 41). При небольшом их ко­личестве накопление лактата про­исходит уже при интенсивности на уровне 50-55% от mах Vо_{2 .}; спортсменыотличающиеся большим количеством медленных мышечных волокон, могут работать без накопления лактата при интенсивности,80—85% от mах Vо_{2. .}

Фактором, ограничивающим спортивные достижения, может быть неспособность спортсмена использовать имеющийся функ­циональный потенциал в специфических условиях соревнователь­ной деятельности. Так, у пловцов высокого класса, специализи­рующихся в плавании вольным стилем, величины mах Vо₂ обыч­но колеблются в диапазоне 60—80 мл/кг-мин. В то же время средние величины потребления О₂, регистрируемые при плавании с соревновательной скоростью, составляют 60—70% mах Vо_{2 .} При этом у одних спортсменов величины потребления О₂ в про­цессе: плавания достигают 75—80% mах Vо_{2 .} а у других — не превышают 45—50%. Вполне естественно, что это кардинальным образом влияет на механизм энергообеспечения работы и уро­вень выносливости пловцов. Примерно такое же положение от­мечается у специализирующихся в спортивной борьбе, гребле на байдарках, велосипедном спорте.

Специфичность приспособительных реакций и функциональных проявлений. Одной из характеристик, определяющих уровень мас­терства в современном спорте, является специфичность адапта­ционных процессов, которые происходят в организме спортсмена в ответ на тренировочные воздействия. Функциональные резервы организма могут быть успешно реализованы в процессе соревно­ваний в двух случаях: 1) если они явились результатом применения специфических, характерных для данного вида спорта, средств и методов тренировки; 2) если они явились результатом применения неспецифических для данного вида спорта упражне­ний, однако на последующих этапах тренировки с помощью комп­лекса специально-подготовительных средств приобрели специфи­ческий характер, соответствующий требованиям данного вида спорта.

Подтверждением этому могут служить следующие данные. Две группы испытуемых трени­ровались в течение месяца, применяя упражнения различного ха­рактера: первая — упражнения для мышц рук, вторая — для мышц ног. В результате тренировки у испытуемых обеих групп намного возросли функциональные возможности, что выразилось в умень­шении гемодинамических реакций на стандартные нагрузки. Од­нако приспособительные реакции носили своеобразный характер; возросшие возможности системы кровообращения у представите­лей первой группы выявились только с помощью стандартной нагрузки для рук; эффект тренировки во второй группе прояв­лялся в том случае, если в качестве стандартной использовалась нагрузка для ног. Объяснить эти факты можно формированием строго специфических изменений на уровне мышечной ткани в ответ на применяемые средства тренировочного воздействия. Б. Д. Кретти (1978) указывает, что при развитии выносливости исключительно важно учитывать специфичность работы. Упражнения на выносливость с нагрузкой на одну ногу не вызовут со­ответствующих компенсаторных изменений в мышечных клетках другой ноги; езда на велосипеде существенно не повлияет на вы­носливость в беге.

Авторы исследований приводят следующий факт. У девушек близнецов, одна из которых занималась плаванием и стала спортсменкой высокого класса, а другая прекратила серьезные занятия плаванием и сипстематически не тренировалась в течении двух лет, при беге не было выявлено различий в величинах аэробной производительности. Однако при плавательной нагрузке у нетренированной девушки величина потребления кислорода составила лишь 83% от доступной ее сестре.

Таким образом, повыщеная аэробной и анаэробной произво­дительности организма еще не является свидетельством возрос­шего уровня специальной выносливости в работе, требующей вы­сокой анаэробной, аэробной или смешанной производительности. Возросшие энергетические возможности реализуются в соревно­ваниях лишь в том случае, если в. соревновательной и предшествовашеи ей тренировочной деятельности, приведшей к приросту энергетических возможностей, отмечается достаточно полное со­ответствие как по составу работающих мышц, так и по характеру работы. Это объясняет необходимость функционального совер­шенствования организма спортсмена в строгом соответствии е тре­бованиями соревновательной деятельности.

Специфичность приспособительных реакций характерна не только для проявления физических качеств и возможностей ве­гетативной нервной системы но и для психических проявлений, в частности для волевой стимуляции работоспособности при вы­полнении напряженной мыщечной работы.

Известно, что психическая устойчивость играет важную роль в достижении высоких спортивных результатов. Однако уровень проявления этого качества зависит от характера выполняемой работы. Сравнительные исследования психического состояния и функциональных проявлений спортсменов в процессе выполнения специфических и не специфическихх нагрузок показали, что у спорт­сменов высокого класса после специфической нагрузки регистри­руются значительно большие величины 0₂-долга, чем после неспецифической. Причина этого кроется прежде всего в различном уровне психической устойчивости спортсменов к выполнению спе­цифической и неспецифической работы. Специфическая нагрузка является привычной для испытуемых, тяжелые ощущения утом­ления, сопутствующие ей, хорошо знакомы и поэтому преодоле­ваются усилием воли относительно легко.

Устойчивость и вариабельность двигательных навыков и ве­гетативных функций. Устойчивость двигательных навыков — одно из необходимых условий усп^_ШНой соревновательной деятельно­сти. Сохранению этой устойчивости могут помешать различные сбивающие факторы, возникающие в процессе соревнований: из­лишнее психическое возбуждение необычная окружающая обста­новка, активное противодействие соперников, действия судей, поведение болельщиков и т. д. Таким фактором может быть и не­рациональная тренировка на заключительном этапе. Однако в подавляющем большинстве видов спорта наиболее мощным сбивающим фактором является утомление, прогрессирующее в процессе соревновательной деятельности.

Способность к сохранению структуры двигательных навыков, на всей протяжении соревновательной дистанции, поединка, игры приобретается в результате напряженной предварительной тренировочной работы, в процессе которой наряду со становлением устойчивых двигательных характеристик совершенствуется спор­тивная техника в условиях прогрессирующего утомления.

Однако анализ техники спортсменов, специализирующихся в различных видах спорта, свидетельствует о том, что даже спорт­смены исключительно высокой квалификации оказываются не в состоянии сохранить двигательные характеристики постоянны­ми в течение всего времени соревновательной борьбы.

Это предопределяет необходимость выделить в качестве одно­го из факторов, влияющих на уровень спортивного мастерства, вариабельность двигательных навыков, обусловленную функцио­нальным состоянием спортсмена в конкретный момент. Исследо­вания показывают, что в процессе выполнения соревновательныхупражнений, особенно связанных с предельной мобилизацией анаэробных возможностей, ряд существенных технических харак­теристик у многих выдающихся спортсменов претерпевает зна­чительные изменения. Они носят компенсаторный характер, что позволяет спортсменам сохранить заданную скорость при прогрес­сирующем утомлении. Например, велосипедисты высокой квалификации при работе на велоэргометре в условиях жестко регла­ментированной частоты педалирования поддерживают скорость в период утомления преимущественно за счет компенсаторных из­- менений сократительной деятельности мышц; кинематические же и динамические характеристики основных составляющих педали­ рования остаются неизменными (рис. 42). Компенсаторные изме­нения проявляются прежде всего в увеличении амплитуды коле­баний биопотенциалов исследуемых мышц, что свидетельствует о приведении в деятельное состояние дополнительных, ранее не функционировавших двигательных единиц с. более высоким поро­гом возбудимости. Кроме того, в период компенсированного утом­ления происходит нерераспределение активности мышц, изменяются пространственные и временные характеристики биоэлектри­ческой активности.

Следовательно, компенсаторные изменения параметров спор­тивной техники, направленные на поддержание высокой работо­способности в Состоянии прогрессирующего утомления, могут про­текать различными путями. В одних случаях это изменения дина­мических и кинематических характеристик движений, в других, когда темп движений строго регламентирован,— изменения сокра­тительной активности мышц.

В. Д. Моногаров и В. С. Мищенко (1979) приводят данные о вариабельности вегетативных функций у велосипедистов высокого класса при стабильной работоспособности в процессе гонок на шоссе и треке. Работа на каждом отрезке дистанции характеризуется определенной для данного отрезка активностью кислородтранспортной системы (рис. 43) Следовательно, многообразные изменения двигательных и ве­гетативных функций, происходящие в различных фазах напряженной мышечной деятельности, необходимо принимать во вни­мание при разработке средств педагогического воздействия.