Систематизация упражнений по характеру биохимических изменений при мышечной работе.

Установлено, что изменения скорости метаболических процессов при мышечной деятельности зависят от общего количества мышц, участвующих в работе, режима работы мышц (статического или динамического), ее интенсивности, длительности, числа повторений упражнений и пауз отдыха между ними.

В зависимости от количества мышц, участвующих в работе, ее делят на локальную (если в ней участвует менее 1/4 всех мышц тела), региональную и глобальную (если в ней участвует более 1/4 всех мышц тела).

Глобальная работа (ходьба, бег, плавание, лыжные гонки, бег на коньках и т. п.) вызывает большие биохимические сдвиги во всех органах и тканях организма. Локальная работа (спуск курка при стрельбе, перестановка шахматных фигур и т. п.) вызывает изменение в работающей мышце, но в организме в целом биохимические сдвиги невелики. Региональная работа (элементы различных гимнастических упражнений, удар по мячу стоя на месте и т. п.) вызывает большие биохимические сдвиги, чем локальная. Наблюдается следующая закономерность: чем больше мышечная работа локализована, при одинаковом объеме работы в целом, тем больше доля анаэробных реакций в ресинтезе АТФ. Глобальная работа вызывает наибольшее усиление деятельности дыхательной и сердечно-сосудистой систем, при ее выполнении мышцы лучше обеспечиваются кислородом, соответственно, в ее энергетическом обеспечении больше доля аэробных реакций.

Режим мышечной деятельности определяет характер метаболических сдвигов при работе. Статический (изометрический) режим мышечного сокращения приводит к пережиманию капилляров (если сила сокращения достаточно велика и превышает давление крови в артериолах) и, следовательно, к ухудшению снабжения мышц кислородом и питательными веществами. Работа мышц в статическом режиме обеспечивается анаэробными реакциями.

Динамический (изотонический) режим работы обеспечивает гораздо лучшее снабжение тканей кислородом, так как прерывисто сокращающиеся мышцы действуют как своеобразный насос, проталкивающий кровь через капилляры. Для отдыха после статической работы нужен не покой, а динамическая работа (например, штангист после подъема большого веса должен походить, чтобы быстрее отдохнуть).

Установлена зависимость биохимических процессов от мощности выполняемой мышечной работы и ее продолжительности: чем выше мощность, а, следовательно, больше скорость расщепления АТФ, тем меньше возможность удовлетворить энергетический запрос за счет дыхательных процессов и тем в большей мере выражены процессы анаэробного ресинтеза АТФ. С увеличением мощности выполняемой работы уровень потребления О₂и скорость аэробного энергообеспечения возрастают до максимальных значений, а с дальнейшим ростом мощности в некотором ее интервале остаются постоянными. При приближении мощности к максимальной доля аэробного процесса в энергообеспечении работы снижается, хотя потребность в энергии остается высокой, так как аэробные процессы не успевают развиться полностью при работе сравнительно кратковременной.

Мощность, при которой достигается максимум потребления кислорода (МПК), называется критической. До достижения критической мощности всякое увеличение тяжести работы сопровождается пропорциональным усилением аэробных процессов ресинтеза АТФ; при превышении критической мощности тяжесть работы может увеличиваться только за счет анаэробных процессов, развитие которых начинается еще до достижения критической мощности. Эта еще докритическая мощность упражнения называется порогом анаэробного обмена – это мощность, при которой впервые обнаруживается усиление анаэробных реакций. У людей, не занимающихся спортом, порог составляет 45 – 50 % от критической мощности, у спортсменов – 60 – 75 %.

После превышения порога анаэробного обмена доля анаэробных реакций в энергетическом обеспечении работы резко возрастает: выход энергии за счет гликолиза значительно увеличивается. Главным энергетическим источником гликолиз становится при мощности, составляющей 60 – 85 % от максимальной. Мощность, при которой достигается наивысшее развитие гликолитического процесса, называется мощностью истощения. Максимально возможную для человека мощность обозначают термином максимальная анаэробная мощность. При максимальной анаэробной мощности скорость образования энергии в креатинфосфокиназной реакции максимальна. (От максимума потребления кислорода до его минимума – фактически смена режимов энергообеспечения)

Мощность работы связана с ее предельной продолжительностью обратно пропорциональной зависимостью: чем больше мощность, тем быстрее происходят биохимические изменения, ведущие к утомлению, и тем меньше время работы. Если эту зависимость представить графически, отложив по вертикали логарифмы мощности (или скорости), а по горизонтали – логарифмы предельного времени работы с этой мощностью, то кривая будет иметь вид ломаной линии, разделенной на четыре отрезка, соответствующих четырем зонам относительной мощности (по классификации В. С. Фарфеля): максимальной (I), субмаксимальной (II), большой (III) и умеренной (IV). Предельная длительность работы в зоне максимальной мощности составляет 15 – 20 сек, в зоне субмаксимальной мощности – от 20 сек до 2 – 3 мин, в зоне большой мощности – до 30 мин, в зоне умеренной мощности – до 4 – 5 часов.

Наличие нескольких компонентов в логарифмическом графике зависимости «мощность – предельное время» указывает на то, что факторы, определяющие работоспособность организма в разных зонах относительной мощности, различны.

I. Работа в зоне максимальной мощности обеспечивается энергией в основном за счет АТФ и КрФ, частично – за счет гликолиза. Однако скорость гликолиза в этой зоне не достигает своих наивысших значений, поэтому содержание молочной кислоты в крови обычно не превышает 1 – 1,5 г/л, мобилизации гликогена печени почти не происходит, и содержание глюкозы в крови почти не изменяется по сравнению с уровнем покоя (увеличение наблюдается только за счет предстартовой реакции). Кислородный запрос может составлять 7 – 14 л, а кислородный долг – 6 – 12 л, то есть 90 – 95% от кислородного запроса.

II. Энергетическое обеспечение работы в зоне субмаксимальной мощности идет в основном за счет анаэробного гликолиза. В крови в большом количестве появляется молочная кислота (концентрация достигает 2,5 г/л и более). Кислородный запрос при работе в зонеIIможет достигать 20 – 40 л, а уровень энергетических затрат в 4 – 5 раз превышать максимум аэробного производства энергии. К концу работы в энергообеспечении возрастает доля аэробных реакций. Кислородный долг в этой зоне мощности наивысший (по абсолютным значениям – до 20 л) и составляет 50 – 90 % от кислородного запроса. Усиливается мобилизация гликогена печени, уровень глюкозы в крови достигает 2 г/л. Под влиянием продуктов анаэробного распада меняется проницаемость клеточных мембран для белков, увеличивается их содержание в крови, они могут выходить в мочу, где их концентрация достигает 1,5 %.

III. В зоне большой мощности при еще достаточно высоком уровне развития гликолиза основными становятся аэробные источники энергии. С увеличением продолжительности работы доля анаэробных процессов в энергообеспечении быстро снижается. Кислородный запрос при работе в зоне III может достигает значений 50 – 150 л, а уровень энергетических затрат в 1,5 – 2 раза превышает максимум аэробного производства энергии. Биохимические показатели: концентрация молочной кислоты в крови – 1,8 – 1,5 г/л, глюкозы – около 1,5 г/л, содержание белка в моче – около 0,6 %.

IV. Наиболее интенсивные упражнения в зоне умеренной мощности совершаются при максимуме аэробного производства энергии. Кислородный запрос может достигать 500 – 1500 л, кислородный долг не превышает 5 л. Содержание молочной кислоты в крови составляет 0,6 – 0,8 г/л и по ходу работы она может устраняться. Вследствие усиленного расхода запасов гликогена в печени содержание глюкозы в крови падает ниже 0,8 г/л. В моче в значительном количестве появляются продукты распада белков. Отмечается большая потеря организмом воды и минеральных солей.