Биоэнергетические механизмы выносливости

(работоспособности)

Биоэнергетические возможности организма являются важнейшими для выносливости и работоспособности, так как работающие мышцы требуют немедленного поступления энергии. Эта энергия берется при сокращении только при распаде АТФ, а так как запасы ее в организме весьма ограничены, то на первый план выступают механизмы ресинтеза АТФ, которые бывают аэробными и анаэробными.

Поэтому выделяют: алактатную анаэробную работоспособность (энергия АТФ и КрФ); гликолитическую анаэробную работоспособность (распад углеводов с накоплением молочной кислоты - МК); аэробную работоспособность (окислительное фосфорилирование углеводов и жиров).

Каждый из этих механизмов работоспособности может быть охарактеризован различными качественными и количественными характеристиками - критериями (Н.И. Волков, 1986; см. табл. 2):

- подвижности, т.е. скорости развертывания механизма с выходом на уровень 100% мощности; подвижность КрФ, гликолитического и аэробного механизма измеряется временем и меняется от одного до другого на порядок (1:10:100);

- мощности, отражающей максимальное количество энергии, дающее данным механизмом; максимальная мощность измеряется в единицах энергии и соотносится как 3:2:1;

- емкости, характеризующей общее количество энергии, даваемое данным механизмом; емкость указанных механизмов соотносится также примерно на порядок 1:10:100;

- эффективности, отражающей КПД данного механизма, т.е. количество энергии, идущей непосредственно на ресинтез АТФ); эффективность из всех биоэнергетических механизмов наивысшая у алактатного механизма, средняя – у аэробного, низшая - у гликолитического. Однако высокотренированные спортсмены могут достичь в аэробном механизме величины КПД (по уровню ПАНО) до 80 и даже до 90% (например, Е. Садовый, трехкратный Олимпийский чемпион по плаванию в Барселоне, имел показатель ПАНО даже выше 90% от МПК).

Каждый из этих критериев может быть охарактеризован различными физиологическими и биохимическими показателями (см. табл.2).

Таблица 3

Качественные и количественные характеристики различных

биоэнергетических механизмов спортивной работоспособности

Энергетические механизмы	Качественные критерии
подвижности	мощности	емкости	эффективности

Алактатный анаэробный (КрФ)	2-3 с (н) 1-2 с (т)	Максимальная анаэробная мощность (МАМ) 3600 кДж/кг мин ПАМ (пиковая) КрФ/t мм/кг мин 60 (н) – 102 (т)	600 кДж/кг, 5-6 с (н) 6-8 с (т) алакт. 0₂ долг (0₂ДАLа) ∑ КрФ мм/кг 20 (н) – 55 (т)	70-80 % Скорость оплаты алактатного долга О₂
Анаэробный гликолитический	20-30 с (т) 40-60 с (н)	Скорость накопления молочной кислоты (НL/t) мм/кг мин Скорость избыточного выделения СО₂ (Ехс СО₂); 2500 кДж/кг мин	1050 кДж/кг 90-120 с (т) лактатный долг (О₂ DLа) Нlа max мм/кг 0,8 (н) – 2,2 (т)	35 (н)– 50 (т)% Механический эквивалент молочной кислоты (W/Hla)

Аэробный (окисление до Н₂О и СО₂)	2-2,5 мин (т) 3-7 мин (н)	МПК, л/мин, мл/кг мин - 35-45 (н) –75-80 (т); критическая мощность W кр; 1250 кДж/кг мин	t уд. МПК, ∑VO₂ приход 1-3 мин (н) 15-30 мин (т)	45% (н) – 85% (т) ПАНО в % от МПК 44 (н) - 85 (т) Кислородный эквивалент работы (КЭР)

Примечание: н – нетренированные; т - тренированные

3. Факторы, определяющие аэробную производительность

Важнейшим из всех рассмотренных параметров биоэнегетиических механизмов является показатель мощности аэробных механизмов - показатель МПК, который в значительной мере определяет общую физическую работоспособность. Вклад этого показателя в специальную физическую работоспособность в циклических видах спорта, в дистанциях, начиная со средних дистанций, составляет от 50 до 95%, в игровых видах спорта и единоборствах - от 50 до 60% и более. По крайней мере, во всех видах спорта, по мнению А.А. Гуминского (1976) величина МПК определяет так называемую "общую тренировочную работоспособность".

МПК у физически малоподготовленных мужчин в возрасте 20-30 лет в среднем составляет 2,5-3,5 л/мин или 40-50 мл/кг.мин (у женщин примерно на 10% меньше). У выдающихся спортсменов (бегунов, лыжников и т.д.) МПК достигает 5-6 л/мин (до 80 мл/кг.мин и выше). Движение атмосферного кислорода в организме от легких до тканей определяет участие в кислородном транспорте следующих систем организма: система внешнего дыхания (вентиляция), система крови, сердечно-сосудистая система (циркуляция), система утилизации организмом кислорода.

Повышение и совершенствование (повышение КПД) аэробной производительности (АП) в процессе тренировки в первую очередь связано с повышением производительности систем вентиляции, затем циркуляции и утилизации; их включение идет не параллельно и постепенно всех разом, а гетерохронно: на начальном этапе адаптации доминирует система вентиляции, затем циркуляции и на этапе высшего спортивного мастерства - система утилизации (С.Н. Кучкин, 1983, 1986).

Общий размер прироста АП разными авторами определяется от 20 до 100%, однако исследования в лаборатории физиологии ВГАФК (С.Н. Кучкин, 1980, 1986) показали, что общий размер прироста показателя относительного МПК составляет в среднем 1/3 от исходного (генетически детерминированного уровня) - т.е. около 35%. Причем на этапе начальной подготовки прирост МПК наиболее ощутим и составляет до 20% (половину от общего прироста), на этапе спортивного совершенствования (II этап адаптации) прирост МПК/вес замедляется и составляет около 10%, а на этапе высшего спортивного мастерства (III этап адаптации) прирост минимален - до 5-7%.

Таким образом, начальный период адаптации является наиболее благоприятным для тренировки аэробных возможностей, а окончание этого этапа является важным для определения перспективности данного спортсмена в отношении аэробной работоспособности.

Рассмотрим кратко основные изменения в системах организма, ответственных за кислородный транспорт при развитии выносливости.

В системе внешнего дыхания в первую очередь увеличиваются резервы мощности – это показатели ЖЕЛ, МВЛ, силы и выносливости дыхательных мышц. Так, у высококвалифицированных пловцов, гребцов-академистов показатели ЖЕЛ могут достигать 8-9 литров, а МВЛ – до 250-280 л/мин и выше. Резервы мощности – это резервы первого эшелона, и включаются они в повышение АП уже на начальных этапах адаптации. Поэтому всем начинающим спортсменам и в начале общеподготовительного периода можно смело рекомендовать разнообразные дыхательные упражнения, что будет способствовать лучшей аэробной адаптации.

На более поздних этапах адаптации улучшается способность к мобилизации резервов мощности, а позднее – повышается экономичность (эффективность) внешнего дыхания (С.Н. Кучкин, 1983, 1986, 1991). Так, спортсмены-мастера могут использовать ЖЕЛ на 60-70% при тяжелой работе (против 30-35% - у начинающих). Более эффективно поглощается кислород из вдыхаемого воздуха (по показателям коэффициента использования кислорода, вентиляционного эквивалента и др.), что обеспечивает высокие величины МПК при вентиляции «всего» в 100-120 л/мин и невысокой частоте дыхания. Этому способствуют и механизмы более эффективной работы системы тканевой утилизации кислорода в работающих мышцах, в которых может использоваться почти 100% доставляемого к ним кислорода.

В системе крови, как правило, не наблюдается повышенного содержания эритроцитов и гемоглобина. Но увеличение обмена циркулирующей крови (преимущественно за счет плазмы), появление так называемой гемоконцентрации (увеличения содержания гемоглобина за счет выхода части плазмы в ткани), в результате которой при работе циркулирующая кровь имеет на 10-18% гемоглобина больше, что приводит к повышению так называемой кислородной емкости крови.

Значительные изменения при развитии выносливости происходят в системе циркуляции – сердечно-сосудистой системе. В первую очередь это сказывается на повышении резервов мощности – производительности сердца (систолический объем может достигать 180-210 мл, что при эффективной ЧСС в 180-190 уд/мин может дать МОК в 32-38 литров/мин). Это связано с обязательным увеличением общего объема сердца с 750 мл до 1200 мл и более, обусловленных рабочей гипертрофией и тоногенной дилотацией (расширением) полостей сердца.

Резервы регуляторных механизмов заключаются формировании брадикардии покоя и относительной рабочей брадикардии при выполнении аэробной работы. Сравните: резерв по ЧСС у тренированных равен: , а у нетренированных –

. То есть, только по ЧСС резерв с тренировкой составит 164%.

Еще один важный регуляторный механизм : через сосуды работающих мышц у тренированных проходит гораздо больше крови, чум в неработающие мышцы. В.В. Васильева (1986) показала, что это связано с изменением просвета сосудов в соответствующих мышцах. Совершенствование системы утилизации связано в значительной мере с изменениями в работающих мышцах: увеличением количества медленных мышечных волокон с аэробными механизмами энергопродукции; рабочей гипертрофией саркоплазматического типа и увеличением количества митохондрий; значительно более высокой капилляризацией, а, следовательно, более высоким кислородным обеспечением; значительным аэробными биохимическими перестройками в мышцах (повышение емкости и мощностиаэробного механизма за счет увеличения содержания и активности ферментов окислительного метаболизма в 2-3 раза, увеличения содержания миоглобина в 1,5-2 раза, а также гликогена и липидов на 30-50% и др.).

Таким образом, тренировка выносливости вызывает следующие основные функциональные эффекты:

1. Повышение и совершенствование всех качественных и количественных показателей аэробного механизма энергообеспечения, что проявляется при максимальной аэробной работе.

2. Повышение экономичности деятельности организма, что проявляется в уменьшении затрат на единицу работы и в меньших функциональных сдвигах при стандартных нагрузках (ЧСС, вентиляция, лактат и др.) .

3. Повышение резистентности – способности организма противостоять сдвигам во внутренней среде организма, сохраняя гомеостаз, компенсируя эти сдвиги.

4. Совершенствование терморегуляции и повышение резервов энергетических ресурсов.

5. Повышение эффективности координации работы двигательных и вегетативных функций при непосредственной регуляции посредством нервных и гуморальных механизмов.