Глава 2.
БИОЛОГИЧЕСКИЕ ФАКТОРЫ, ОБУСЛОВЛИВАЮЩИЕ ВЫНОСЛИВОСТЬ
Являясь многофункциональным свойством человеческого организма, выносливость интегрирует в себе большое число разнообразных процессов, происходящих на различных уровнях: от клеточного и до целого организма.
Вместе с тем, в числе многих факторов особое место принадлежит энергетическому обеспечению мышечной деятельности. В большинстве видов спорта именно возможности системы энергообеспечения и умение рационально их использовать при выполнении двигательных действий, составляющих содержание тренировочной и соревновательной деятельности спортсменов, специализирующихся в том или ином виде спорта или его конкретной дисциплине, приобретают решающее значение для достижения высоких показателей выносливости спортсменов.
Hи одно движение не может быть выполнено без затрат энергии. Единственным универсальным и прямым источником энергии для мышечного сокращения служит аденозинтрифосфат (АТФ). Для того чтобы мышечные волокна могли длительно поддерживать свою сократительную способность, необходимо постоянное восстановление (ресинтез) АТФ с той же скоростью, с какой он расходуется.
Биоэнергетические факторы включают объем энергетических ресурсов, которым располагает организм, и функциональные возможности его систем (дыхания, сердечно-сосудистой, выделения и др.), обеспечивающих обмен, продуцирование и восстановление энергии в процессе работы. Образование энергии, необходимой для работы на выносливость, происходит в результате химических превращений. Основными источниками энергообразования при этом являются аэробные, анаэробные гликолитические и анаэробные алактатные реакции, которые характеризуются скоростью высвобождения энергии, объемом допустимых для использования жиров, углеводов, гликогена, АТФ, КТФ, а также допустимым объемом метаболических изменений в организме ( Волков, 1976).
Физиологической основой выносливости являются аэробные возможности организма, которые обеспечивают определенную долю энергии в процессе работы и способствуют быстрому восстановлению работоспособности организма после работы любой продолжительности и мощности, обеспечивая быстрейшее удаление продуктов метаболического обмена.
Анаэробные алактатные источники энергии играют решающую роль в поддержании работоспособности в упражнениях максимальной интенсивности продолжительностью до 15-20 с. Анаэробные гликолитические источники являются главными в процессе энергообеспечения работы, продолжающейся от 20 с до 5-6 мин.
Ресинтез АТФ в процессе мышечной деятельности осуществляется за счет метаболических процессов трех видов:
– алактатную анаэробную работоспособность (энергия АТФ и КрФ);
– гликолитическую анаэробную работоспособность (распад углеводов с накоплением МК);
– аэробную работоспособность (окислительное фосфорилирование углеводов и жиров).
Каждый из этих механизмов работоспособности может быть охарактеризован различными качественными характеристиками – критериями (Волков, 1986) (см, табл. 1):
– 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 максимальную производительность скорость освобождения энергии); максимальная мощность измеряется в единицах энергии и соотносится соответственно 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 алакгат-ного механизма, низшая – у гликолитического. Однако высокотренированные спортсмены могут достичь в аэробном механизме величины КПД (по уровню ПАНО) до 80 и даже до 90 %.
Каждый из этих критериев может быть охарактеризован различными показателями физиологическими и биохимическими.
Таблица 1
Качественные и количественные характеристики различных биоэнергетических механизмов выносливости
Аэробные способности позволяют длительное время выполнять работу вплоть до того уровня интенсивности, пока имеется возможность полного удовлетворения кислородного запроса организма в процессе самой работы. Это устойчивое, "стационарное" состояние может поддерживаться достаточно долго.
Однако достижение уровня максимальной мощности при аэробном энергообеспечении происходит лишь через 1-2 минуты от начала работы, а скорость ресинтеза АТФ даже при достижении максимальной аэробной мощности недостаточна для обеспечения интенсивной мышечной работы. Мощность работы, при которой достигается максимальное потребление кислорода, называется критической.
Усиление интенсивности физической нагрузки требует более быстрого поступления кислорода и глюкозы в мышцы. Поэтому скорость кровотока может увеличиться в 20 раз по сравнению с уровнем покоя за счет местного расширения кровеносных сосудов, а минутный объем дыхания и частота сердечных сокращений – в 2-3 раза.
При возрастании и интенсивности физической работы предел устойчивого состояния работоспособности может быть преодолен на незначительное время за счет дополнительного расщепления гликогена в реакции анаэробного гликолиза, т.е. за счет преимущественного использования внутримышечных энергетических резервов.
Максимальная мощность анаэробной гликолитической производительности достигается к 30-35 секунде от начала работы в этом режиме и не может продолжаться более 4 минут. Существенное значение для проявления гликолитической анаэробной способности имеет уровень тканевой адаптации к происходящим при этом резким ацидотическим изменениям (сдвигу кислотно-щелочного равновесия внутренней среды организма в кислую сторону из-за повышающейся концентрации молочной кислоты).
Здесь особо выделяется фактор психической устойчивости, который позволяет при напряженной мышечной деятельности преодолевать возникающие при утомлении болезненные ощущения и продолжать выполнять работу, несмотря на усиливающееся стремление прекратить ее.
При выполнении кратковременных мощных спуртов, рывков, прыжков, серий ударов, т.е. в скоростно-силовых упражнениях максимальной мощности, ресинтез АТФ осуществляется за счет анаэробного гидролиза креатинфосфата, уровень концентрации которого в мышцах быстро снижается и практически через 20 секунд доходит до физиологического предела. Достижение максимума анаэробной алактатной производительности происходит к 5-б-й секунде работы, а уровень 80-90 % от максимального достигается уже на 1-2 -и секунде при работе максимальной мощности.
Интенсивная мышечная деятельность в анаэробном режиме приводит к исчерпанию внутримышечных энергетических ресурсов, и организм работает при этом как бы в "долг". Восстановление израсходованных энергетических субстратов может происходить уже в ходе самой работы при кратковременном снижении ее интенсивности, или по окончании упражнения. Потребление кислорода при этом приблизительно соответствует тому количеству энергии, которое было преобразовано анаэробным путем в начале или во время мышечной деятельности и не компенсировалось за счет аэробных источников энергии. Возникающий таким образом "кислородный долг" может достигать 4 литров за счет анаэробного гидролиза креатинфосфата, и до 20 литров – за счет образования энергии путем гликолиза.
Полностью компенсация кислородной задолженности после интенсивных упражнений скоростно-силового характера осуществляется в период отдыха. Креатинфосфатная (алактатная) ее фракция восстанавливается в течение 1-3 минут, а гликолитическая (лактатная), связанная с окислением образовавшейся в мышцах молочной кислоты, может затягиваться до 30 и более минут после предельной работы.
Одним из важнейших 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".
Если рассматривать весьма сложную систему кислородного обеспечения организма (Кучкин, 1980), то ее полезный приспособительный результата – МПК – подчиняется количественным взаимосвязям, подчиняющимся принципу Фика (МОК = МПК/АВР О;), из которого МПК = МОК х АВР. 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 аэробной производительности (АП) в первую очередь связано с повышением производительности систем вентиляции, циркуляции и утилизации, правда, их включение идет не параллельно и постепенно всех разом, а гетерохронно: на начальном этапе адаптации преимущественно система вентиляции, затем циркуляция и на этапе высшего спортивного мастерства – система утилизации (Кучкин, 1983, 1986, 1999).
Общий размер прироста аэробной производительности разными авторами определяется от 20 до 100 %, однако исследования в лаборатории физиологии ВГАФК (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 (П этап адаптации) прирост МПК/вес замедляется и составляет около 10 %, а на этапе высшего спортивного мастерства (Ш этап адаптации) прирост минимален – до 5-7%.
Таким образом, начальный период адаптации является наиболее благоприятным для тренировки аэробных возможностей, а окончание этого этапа является ответственным за определение перспективности данного спортсмена в отношении аэробной работоспособности.
Большое значение для проявления выносливости имеют биоэнергетические процессы, протекающие в различных органах, тканях и организме в целом как в период физической нагрузки, так и в условиях восстановления.
По данным Б. Экблума и др (1967), объем процессов сгорания от общего расхода энергии при беге на коньках на дистанцию 500 м составляет 30 %, на 1500 м – 50 %, на 5000 м – 85 % и на, 10000 м – 93 %; процессов расщепления – на 70, 50, 15 и 7%. Соответственно изменяется и кислородный долг.
Важным источником повышения работоспособности в видах спорта на выносливость служит расширение способности тканей к утилизации кислорода. Установлено, что высшие спортивные достижения, связанные с максимальной выносливостью, могут быть показаны ори потреблении 02 до 80 мл на 1 кг веса в минуту и более. Эта суммарная цифра складывается из усвоения кислорода различными органами и тканями, которые обладают разной способностью к усвоению 02.
Выносливость в условиях длительной и напряженной заботы обеспечивается рядом компенсаторных механизмов на уровне внутри- и межмышечной координации. На первом уровне это, в частности, выражается в значительном увеличении амплитуды ЭМГ мышц при утомлении. Возрастание электрической активности (ЭА) мышц при утомлении объясняется тем, что сила сокращения каждой из активизированных двигательных единиц (ДЕ) снижается. Утомление локализуется главным образом в быстрых мышечных волокнах, в которых накапливается большое количество лактата. Вследствие этого для поддержания напряжения мышц на прежнем уровне в возбуждение вовлекается большее количество двигательных единиц (Tesch et al„ 1978; Maton, 1981; Верхошанский, 1988). Потенциал действующих и вновь мобилизованных ДЕ суммируется, и общий электрический эффект оказывается повышенным. Причем увеличение количества работающих ДЕ может привести к значительному увеличению общей ЭА только при наличии синхронизации разрядов мотонейронов.
При утомительных нагрузках, требующих значительных силовых напряжений, возможно перераспределение активности между группами ДЕ, в частности за счет изменения позы. Если в начале упражнения мышца работает как единое целое, то по ходу упражнения отмечается дифференциация в активности разных участков мышцы. Она работает в режиме взаимозамещаемости, что позволяет сохранять концентрацию возбуждения во времени и оптимальную длительность периодов активности и расслабления (Персон, 1969).
На уровне межмышечной регуляции напряженной двигательной деятельности компенсаторные реакции организма в связи с утомлением выражаются в перераспределении механической активности и изменении времени занятости в системе мышечных групп, задействованных в двигательном цикле. Так, в академической гребле наблюдалась большая вариативность в активности мышц, выражающаяся в перемещении максимума активности с одной группы мышц на другую (Лазарева, 1966; Моногаров, 1984).
Ограничение работоспособности в видах спорта, требующих выносливости, преимущественно связывается рабочей гипоксией мышц и как следствие с повышением уровня концентрации лактата и других продуктов анаэробного метаболизма в крови, что ведет к снижению сократительных свойств мышц (Margaria et а1., 1966 и др.).
Уровень выносливости весьма в большой степени зависит от функциональной устойчивости организма (Солопов и др., 2008, 2009, 2010; Горбанева и др., 2008; Солопов, Горбанева, 2010; Горбанева, Власов, 2011; Власов и др., 2011).
Давно показано, что выносливость, т.е. способность поддерживать высокую работоспособность на фоне сдвигов гомеостаза, обусловлена таким фактором, как индивидуальная устойчивость к сдвигам во внутренней среде (Летунов, 1966, 1967; Летунов, Мотылянская, 1971; Корженевский и др., 1993; Горбанева, 2008; Солопов и др., 2010). При выполнении упражнений на выносливость резервные возможности организма спортсменов в значительной степени определяются устойчивостью к двигательной гипоксии и функциональным состоянием сердечно-сосудистой системы (Корженевский и др., 1993).
Факторы функциональной устойчивости позволяют сохранить активность функциональных систем организма при неблагоприятных сдвигах в его внутренней среде, вызываемых работой (нарастание кислородного долга, увеличение концентрации молочной кислоты в крови и т.д.). От функциональной устойчивости зависит способность человека сохранять заданные технические и тактические параметры деятельности, несмотря на нарастающее утомление.
Напряженная мышечная деятельность связана, как известно, с накоплением в организме недоокисленных метаболических субстратов, в частности, лактата и пиро-виноградной кислоты (пирувата). Это вызывает значительные изменения кислотно-основного равновесия крови (метаболический ацидоз), приводит к угнетению всех жизнеобеспечивающих физиологических систем организма и оказывает отрицательное действие на сократительные свойства мышц, вызывая их быстрое утомление.
Выраженность метаболического ацидоза находится в прямой зависимости от интенсивности и продолжительности мышечной деятельности. С повышением уровня тренированности величина ацидотических сдвигов при стандартных нагрузках и нагрузках умеренной интенсивности уменьшается. При нагрузках максимальной и субмаксимальной мощности степень ацидотических сдвигов и изменения кислотно-щелочных параметров, служащих для поддержания активной реакции крови в физиологических пределах, выражена в большей степени у более квалифицированных спортсменов.
Высокий уровень и длительная стабильность спортивного результата тесно связаны с надежностью, как целостного организма, так и его различных функциональных систем. Надежность организма как живой системы зависит от его возможностей к переработке оптимального количества и качества информации, которая поступает из внешней и внутренней среды в процессе тренировки и восстановления, эффективности механизмов энергопродукции, надежности механизмов регуляции и функциональных возможностей исполнительных органов. Частью общей проблемы надежности является устойчивость организма и его функций. Она может рассматриваться с точки зрения как текущей устойчивости (в ходе выполнения упражнения, проведения тренировочного занятия), так и долговечности сохранения максимальной работоспособности (долговечности работоспособности и отдельных функций в течение тренировочного периода и жизненного цикла).
Функциональная устойчивость, наряду с функциональной экономичностью и мощностью, рассматривается как одно из условий оптимального функционирования основных физиологических систем в процессе выполнения конкретных двигательных задач в заданных рамках внешних условий, т.е. – высокой физической работоспособности (Withers et al., 1982; Мищенко, 1986; Артамонов, 1989; Горбанева, 2008; Солопов и др., 2010).
Термин «устойчивость» заимствован из теории систем управления, где под «устойчивостью» понимают способность технической системы восстанавливать своё исходное состояние – нормальный рабочий режим, после его нарушения в результате внешнего возмущения (Горожанин, 1984).
По отношению к биологическим системам в качестве меры устойчивости указывается на возможность использования представления о «запасе устойчивости», т.е. о широте функционального диапазона между «критическими» границами параметров системы, при которых может произойти потеря её жизненно важных функций. В таком случае, система с высокой степенью устойчивости будет отличаться большими «критическими» значениями параметров и большей удалённостью от этих «критических» границ (Горожанин, 1984).
Таким образом, возможности любых функциональных систем выражаются: а) в уровне предельной мобилизации соответствующих функций; б) в предельной длительности поддержания функциональной активности на необходимом уровне (Виру, 1983).
При характеристике двигательной системы В.С.Горожанин (1984) использовал термин «устойчивость» для блока энергообеспечения и определил его, как способность всей системы энергообеспечения функционировать длительное время в условиях постоянного изменения параметров внутренней среды и генерировать при этом необходимое количество энергии, требуемой для выполнения мышечной работы.
В свою очередь, А.А. Виру (1982) указывает, что работоспособность спортсмена во многом зависит от функциональной устойчивости, под которой понимается способность организма сохранять достаточно высокую функциональную активность различных систем в течение длительного времени для выполнения двигательных задач и удержания жизненно важных констант внутренней среды организма.
Таким образом, понятие «устойчивость» тесно связано с понятием «гомеостаза», который в широком смысле рассматривается как относительное динамическое постоянство параметров внутренней среды и устойчивости основных физиологических функций – кровообращения, дыхания, терморегуляции, обмена веществ и энергии (Кассиль и др., 1978).
Непосредственно при выполнении мышечной работы функциональная устойчивость рассматривается, как отражение способности удерживать высокие уровни энергетических процессов и формирования систем организма в условиях предельной интенсивности физических нагрузок, характерных для соревновательной деятельности в спорте (Мищенко, 1990), а также, как способность организма эффективно осуществлять специфическую двигательную деятельность (решать двигательную задачу) в условиях существенных сдвигов гомеостаза и при воздействии внешних и внутренних помех. При этом следует заметить, что функциональная устойчивость будет в определенной мере различаться по времени, по физиологическим механизмам, ее обеспечивающим, по характеру реакций различных функциональных систем, по структуре энергетического обеспечения и др., в зависимости от таких факторов, как – специфичность и мощность работы, внешние условия, уровень функциональной подготовленности, индивидуально-типологические особенности организма и др.
Функциональная устойчивость – это многокомпонентное свойство организма, которое включает в себя, соответственно структурным компонентам функциональной подготовленности, комплекс факторов, обусловливающих: 1) устойчивость функционирования систем организма (эффективно функционировать) и максимальные сдвиги параметров внутренней среды (Мищенко, 1990); 2) эмоциональную устойчивость и помехоустойчивость (Клесов, 1993; Ивойлов, 1987); 3) устойчивость психических и психомоторных функций (Герасименко, 1974; Конопкин и др., 1988).
Конец ознакомительного фрагмента.