Циклические виды спорта

Вопросы к занятию

1. Морфологическая организация скелетной мышцы.

2. Роль внутриклеточных структур в жизнедеятельности мышечной клетки.

3. Структурная организация и молекулярное строение миофибрилл.

4. Химический состав мышцы.

5. Роль АТФ в сокращении и расслаблении мышечного волокна.

6. Механизм мышечного сокращения. Последовательность химических реакций в мышце при ее сокращении.

7. Расслабление мышцы.

ТЕМА 2

БИОЭНЕРГЕТИЧЕСКИЕ ПРОЦЕССЫ ПРИ МЫШЕЧНОЙ ДЕЯТЕЛЬНОСТИ

Цель занятия: Изучить особенности процессов ресинтеза АТФ в энергетическом обеспечении различных мышечных упражнений и факторы, определяющие скорость их развертывания, максимальную мощность, метаболическую емкость и эффективность.

В двухфазной мышечной деятельности, т.е. при чередовании актов сокращения и расслабления, происходит несколько процессов, для протекания которых необходимо расщепление АТФ. Гидролиз АТФ происходит по уравнению:

АТФ-аза-

АТФ + Н₂О АДФ + Н₃РО₄ + 10 ккал

Наличие широкого круга процессов, потребляющих энергию при мышечной работе, обуславливает высокую скорость ее расходования. Запасы АТФ в мышечном волокне составляют 0,4 – 0,5 % от веса мышцы, их хватает на 0,5 – 1 сек. работы с субмаксимальной интенсивностью.

Мышечные волокна нормально работают только при содержании АТФ, колеблющемся в небольшом диапазоне. Накопление больших количсеств АТФ, чем 0,5 % (от веса мышцы) в мышце не происходит, так как возникает субстратное угнетение миозиновой АТФ-азы, препятствующее образованию связей между нитями актина и миозина, ведущее к утрачиванию сократительной способности мышцы. При концентрации АТФ 0,15-0,2 % от веса мышцы наблюдается затруднение в работе «кальциевого насоса», и становится невозможным разрыв между актином и миозином. Все вышесказанное предъявляет высокие требования к процессам, обеспечивающим восполнение (ресинтез) запасов АТФ.

При повышении работоспособности под влиянием физической тренировки происходит не только увеличение скорости расщепления АТФ при работе, но и совершенствование процессов, в которых АТФ ресинтезируется.

Ресинтез АТФ при мышечной работе можно выразить суммарным уравнением:

АДФ + Н₃РО₄ + энергия АТФ + Н₂О

Фосфорилирование АДФ неорганическим фосфатом в физиологических условиях требует затрат энергии в количестве около 10 ккал/моль. Нужное количество энергии освобождается в процессах двух типов: аэробных, происходящих с участием кислорода, и анаэробных, осуществляющих ресинтез АТФ без участия кислорода. Прежде чем переходить к характеристике различных путей ресинтеза АТФ, следует остановиться на показателях, позволяющих сравнивать, оценивать их достоинства и недостатки. К таким показателям относятся максимальная мощность процесса, скорость его развертывания, метаболическая емкость и эффективность.

Под максимальной мощностью понимается наибольшая скорость освобождения энергии, используемой для ресинтеза АТФ, в том или ином процессе (наибольшее количество АТФ, ресинтезируемое в единицу времени).

Скорость развертывания оценивается временем от начала работы до момента достижения процессом максимальной мощности.

Метаболическая емкость – общее количество энергии, которое может быть освобождено в процессе распада вещества до исчерпания возможносте й его мобилизации (общее количество ресинтезируемой АТФ).

Эффективность процесса – характеризуется отношением количества энергии, затраченной на выполнение механической работы, к общему количеству освободившейся энергии. Различают термодинамическую, метаболическую и механическую эффективность.

Термодинамическая эффективность - оценивается той долей энергии АТФ, которая преобразуется в механическую работу. В механическую работу преобразуется 40-49 % (0,4%) энергии, освобождающейся при расщеплении АТФ.

Метаболическая эффективность показывает, какая часть освободившейся в ходе химических превращений энергии фиксируется в макроэргических фосфатных связях АТФ. В частности, для аэробного окисления углеводов максимальная метаболическая эффективность составляет около 60%.

Механическая эффективность – количественно характеризует способность организма использовать энергию химических связей различных энергетических источников для обеспечения мышечной работы. Она рассчитывается как произведение термодинамической эффективности и метаболической.

Аэробный процесс – основной механизм ресинтеза АТФ, практически полностью обеспечивающий в обычных условиях энергетические потребности организма. Он характеризуется высокой эффективностью, большой метаболической емкостью, широким кругом субстратов окисления (субстратами аэробного окисления могут быть углеводы, липиды, продукты белкового обмена), отсутствием накопления в организме токсических продуктов обмена. Однако, многостадийность этого процесса, сложный путь транспорта кислорода к работающим органам и ограниченные возможности систем, обеспечивающих этот транспорт, ограничивают аэробный процесс по максимальной мощности. Наряду с этим, аэробный процесс имеет низкую скорость развертывания. У нетренированных лиц процесс аэробного ресинтеза АТФ достигает своей максимальной мощности только через 3-4 минуты после начала напряженной мышечной работы. Наибольшая скорость ресинтеза АТФ в аэробном процессе у лиц с высокой степенью тренированно сти, выполняющих разминку, достигается только к концу первой минуты интенсивной мышечной работы. Учитывая, что многие спортивные упражнения имеют продолжительность меньшую, чем нужно для полного включения аэробного процесса, даже такую скорость развертывания можно рассматривать как недостаточно высокую. Другая особенность аэробного процесса заключается в том, что и при максимальной мощности в единицу времени в нем образуется меньше АТФ, чем расходуется за это же время при интенсивной физической работе. При наличии только аэробного механизма энергообеспечения организма не обладал бы способностью быстро переходить от состояния покоя к напряженной работе, быстро повышать мощность по ходу упражнения, выполнять кратковременные интенсивные упражнения скоростно-силового характера.

Анаэробные процессы, включающие меньшее число химических реакций, чем аэробные, и не зависящие от поставки кислорода, превосходят аэробные процессы по скорости развертывания и характеризуются более высокой максимальной мощностью. Однако, их метаболическая емкость, зависящая от запасов креатинфосфата и гликогена, а также от устойчивости организма к воздействию продуктов анаэробного обмена значительно уступает аэробному процессу по метаболической емкости. Можно выделить три основных анаэробных процесса: креатинфосфокиназную реакцию, гликолиз и миокиназную реакцию. Во всех трех процессах ресинтез АТФ происходит путем взаимодействия АДФ с макроэргическими соединениями либо присутствующими в мышцах (АДФ и креатинфосфат), либо образующимися в процессе анаэробных окислительных превращений углеводов (дифосфоглицериновая и фосфопировиноградная кислоты). Следует рассмотреть локализацию этих энергопоставляющих процессов в мышечном волокне и их взаимоотношение при мышечной деятельности. Потребление АТФ миофибриллами в саркоплазме приводит к образованию АДФ, которая тут же в саркоплазме (на миофибриллах), регенирируется в АТФ в ходе креатинкиназной реакции. Креатинфосфат (КФ) отдает свою фосфатную группу и превращается в креатин.

Гликолиз также происходит в саркоплазме. Субстратом для него является глюкоза, которая образуется из мышечного гликогена или приносится в мышцу кровью. В процессе гликолиза ресинтезируется АТФ, а конечный продукт – молочная кислота - покидает мышцу, диффундируя в кровь. Аэробные процессы окисления локализованы в митохондриях, туда поступает кислород и субстраты окисления – образовавшаяся в процессе гликолиза пировиноградная кислота (ПВК) и жирные кислоты. ПВК и жирные кислоты окисляются, и в форме ацетил КоА вступают в цикл Кребса.

Следует указать на важную роль КФ в энергетике сердечной и скелетной мышц. КФ является связующим звеном между процессами, идущими с освобождением энергии (окислительное фосфорилирование, гликолиз), и процессами, ее потребляющими, он является переносчиком макроэргических фосфатных групп из митохондрий в саркоплазму - к миофибриллам. Мембраны митохондрий непроницаемы для АТФ, но проницаемы для КФ. Как только КФ отдает свою фосфатную группу АДФ, креатин проникает в митохондрии и получает от образовавшейся там АТФ фосфатную группу.

Далее КФ из митохондрий движется в саркоплазму и снова вступает в реакцию с АДФ, восстанавливая АТФ. Механизм этот зависит от соотношения АТФ/АДФ в саркоплазме. Чем больше расход АТФ и увеличение содержания АДФ, тем интенсивнее он работает.

При выполнении любой мышечной деятельности действуют все механизмы ресинтеза АТФ, хотя вклад каждого из них в ее энергетическое обеспечение зависит от мощности и продолжительности упражнения.

Существует определенная последовательность включения и преобладания различных путей ресинтеза АТФ по мере продолжения мышечной деятельности: первые 2 – 3 с. расщепляется только АТФ, затем от 3 до 20 с. ее ресинтез происходит в основном за счет креатинфосфата, через 30 – 40 с. работы с максимальной интенсивностью основная доля энергии вырабатывается за счет анаэробного гликолиза, дальнейшее увеличение продолжительности работы повышает значимость в энергообеспечении аэробного механизма.

Вопросы к занятию

1. Анаэробные и аэробные пути ресинтеза АТФ при мышечной деятельности.

2. Дать характеристику химическим превращениям в ходе креатинфосфокиназной реакции, ее мощности, емкости, скорости развертывания и роли при мышечной деятельности (привести примеры физических упражнений, где преобладает этот тип реакций).

3. Ресинтез АТФ в процессе гликолиза, эффективность и особенности этого процесса при мышечной деятельности.

4. Миокиназная реакция и ее роль в поддержании постоянства концентрации АТФ в работающих мышцах.

5. Роль ресинтеза АТФ в процессе аэробного окисления в обеспечении энергией длительной мышечной деятельности.

6. Взаимосвязь между анаэробным и аэробным процессами в мышцах.

ТЕМА 3

ДИНАМИКА БИОХИМИЧЕСКИХ ИЗМЕНЕНИЙ

В ОРГАНИЗМЕ ПРИ РАБОТЕ

БИОХИМИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ УТОМЛЕНИЯ

Цель занятия: Изучить динамику биохимических процессов при разных видах работы и при утомлении.

Мышечная деятельность приводит к многообразным изменениям обмена веществ, химизма органов и тканей. Изменения происходят не только в мышцах и органах, непосредственно связанных с обеспечением физической работы (сердце, легкие, и др.), но и во многих других органах и тканях, происходит перестройка обмена веществ всего организма. Совершенствуется нервная и гормональная регуляция обмена веществ. Усиливается поступление кислорода в организм и его транспорт к работающим органам и тканям.

При мышечной работе увеличивается потребление кислорода (в 20-30 раз и даже по сравнению с уровнем покоя), потребность же организма в нем («кислородный запрос») удовлетворяется не полностью, иногда лишь на 10 % и даже на 3-5 % от необходимого. Такая работа может выполняться непродолжительное время, так как обеспечивается в основном за счет внутримышечных механизмов энергообеспечения, которые ограничены. Это временное несоответствие между потребностью в кислороде и его потреблением, наблюдается, как правило, в начале работы и быстро ликвидируется благодаря перестройке обмена. Наступает состояние, при котором потребление кислорода соответствует потребности в нем. Это так называемое устойчивое состояние по потреблению кислорода. Наличие этого состояния является условием для осуществления любой продолжительной работы.

, При мышечной деятельности увеличивается скорость реакций распада АТФ и следовательно, активизируются процессы анаэробного и аэробного ресинтеза АТФ. Участие анаэробных процессов в энергообеспечении работы мышц приводит к снижению запасов креатинфосфата, используемых впервые секунды, и гликогена мышц.

При длительных упражнениях начинает использоваться и гликоген печени, так как запасов гликогена мышц оказывается недостаточно. В мышцах и крови накапливаются продукты анаэробного обмена: креатин, неорганический фосфат, молочная кислота. С увеличением длительности работы в энергообеспечении мышц в основном начинают использоваться продукты распада жиров – жирные кислоты и кетоновые тела. Таким образом, усиливается мобилизация энергетических ресурсов организма, что приводит к повышению содержания в крови глюкозы, жирных кислот, глицерина, кетоновых тел.

Продолжительная напряженная мышечная работа вызывает усилие распада белков и увеличение в крови продуктов белкового обмена (мочевины).

Таким образом, под влиянием физических упражнений происходят многообразные изменения обмена: повышение уровня окислительных процессов, распада энергетических запасов мышц (гликоген, триглицериды), мобилизация резервных питательных веществ организма (жирные кислоты, глицерин из жировой ткани, глюкоза из гликогена печени), поступление в кровь и доставка к мышцам и другим интенсивно работающим органам.

Наряду с усилением процессов обмена, направленных на энергообеспечение мышечной работы, в организме происходит снижение интенсивности процессов биосинтеза (белков и др.), угнетение процессов пищеварения, снижение скорости всасывания питательных вещества из кишечника и др. изменения.

Выполнение физических упражнений сопряжено со значительным повышением теплопродукции, что в свою очередь приводит к изменениям водно-солевого обмена в организме: потере воды, потере и перераспределению в организме минеральных солей и ионов.

Мышечная деятельность характеризуется усилением выработки гормонов и повышение их содержания в крови.

Степень выраженности изменений обмена в организме, сдвиги внутренней среды находятся в зависимости от мощности и продолжительности выполняемых упражнений, режима деятельности мышц, количества участвующих в работе мышечных групп и других особенностей работы.

Различия в характере метаболических процессов при разных видах работы определяются особенностями ее энергетического обеспечения. Они лежат в основе классификации мышечных упражнений на зоны относительной мощности: максимальной, субмаксимальной, большой и умеренной.

Зависимость биохимических процессов от мощности выполняемых упражнений и ее длительности выражается в том, что чем выше мощность, а, следовательно, больше скорость распада АТФ, тем в большей степени выражены анаэробные процессы ресинтеза АТФ. Мощность упражнения, при которой впервые обнаруживается усиление анаэробных реакций, называется порогом анаэробного обмена (ПАНО). У спортсменов он составляет 60-75% от критической мощности, т.е. от мощности, при которой достигается максимальное потребление кислорода (МПК). Мощность работы связана обратно пропорциональной зависимостью с ее продолжительностью.

Предельная длительность работы в зоне максимальной мощности составляет 12-20 сек., на уровне 90-100 % МПО₂ и работа обеспечивается

энергией в основном за счет креатинфосфата и частично за счет гликолиза.

В зоне субмаксимальной мощности – на уровне 80-90 % МПО₂, работа продолжается от 20 сек, до 2-3 мин., энергетическое обеспечение такой работы идет за счет гликолиза, о чем свидетельствует высокое содержание молочной кислоты в крови.

Длительность работы в зоне большой мощности (50-70 % МПО₂) составляет до 30 мин. и основное значение в обеспечении энергией приобретают аэробные процессы.

Наиболее интенсивные упражнения в зоне умеренной мощности (25-50 % МПО2), продолжительность которой может составлять до 4-5 часов, совершаются при максимуме аэробных процессов производства энергии. С точки зрения биоэнергетики полярные мощности физической нагрузки значительно различаются, и эти различия характеризуют степень и обратимость метаболических сдвигов, различные механизмы «запуска» и разный фон, на котором начинаются и протекают восстановительные процессы.

Значительное влияние на характер и глубину биохимических изменений при мышечной работе оказывает режим деятельности мышц (статический, динамический, смешанный).

Статический режим работы мышц снижает скорость кровообращения, в результате чего затрудняется снабжение мышц кислородом, питательными веществами, снижается скорость устранения продуктов обмена.

Биохимические изменения при такой работе связаны в основном с участием анаэробных процессов ресинтеза АТФ.

При динамическом режиме работы обеспечивается значительно лучшее снабжение тканей кислородом. В такой работе велика доля участия аэробного производства энергии.

Особенности энергетического обмена и характер биохимических изменений при мышечной деятельности определяются участием разного количества мышечных групп, участвующих в работе (локальных, региональных, глобальных).

Региональная и глобальная работы, при которых участвуют более 3/4 всех мышц тела (бег, плавание, лыжные гонки и т.д.) вызывают значительные биохимические изменения во всех органах и тканях организма. При выполнении такой работы усиливается деятельность дыхательной и сердечно - сосудистой систем, мышцы лучше обеспечиваются кислородом и обеспечение энергией происходит за счет аэробных процессов.

Локальная работа, в которой участвует 1/4 всех мышц тела, в организме в целом вызывает незначительные биохимические сдвиги.

В энергетическом обеспечении локальной работы велика доля анаэробных процессов.

При мышечной деятельности развивается состояние утомления, для которого характерно временное снижение работоспособности. В зависимости от интенсивности и длительности работ утомление может развиваться быстро или нарастать медленно. Поэтому различают две формы утомления:

1) быстро развивающееся и

2) медленно нарастающее.

В обоих случаях утомления возникают биохимические изменения в мышцах, характеризующиеся снижением содержания АТФ, К/Ф и гликогена, однако, они неспецифичны.

Обе формы утомления по происходящим биохимическим изменениям в мышцах и головном мозге нетождественны, хотя и имеют общие черты. Это снижение содержания АТФ, КФ и гликогена, и повышение уровня АДФ (правда, в мозге оно менее значительно и кратковременно). Специфичным для обеих форм утомления в мышцах являются снижение активности АТФ-азы миозина и возможностей выделения и поглощения Са²⁺саркоплазматическим ретикулом – параметров, непосредственно связанных с сокращением и расслаблением мышцы. К этому присоединяется и нарушение проводимости в нервно-мышечном синапсе. Что объясняется затруднением ресинтеза ацетилхолина из-за нехватки АТФ как источника энергии. В самой общей форме утомление можно охарактеризовать как обратимое нарушение физиологического и биохимического гомеостаза, которое компенсируется в послерабочем периоде. Утомление связано с большим или меньшим исчерпанием резервных возможностей организма продолжать работу. Причина возникновения утомления многообразны и в настоящее время окончательно не выяснены: слишком различаются по структуре, напряженности и характеру физические нагрузки, ведущие к утомлению.

При работе максимальной мощности энергообеспечение идет в основном за счет распада готовых фосфагенов в сокращающихся мышцах. Запасы их в переводе на кислородный эквивалент составляют примерно 40 мл/кг О₂, но не более половины спортсмен может реализовать в предельно напряженной работе. Наибольший выход ее не превышает 83,74-104,67 кДж (Борилкевич В.Е., 1982). Поскольку работа такого темпа продолжается за очень короткие интервалы времени, функция кардиореспираторного аппарата и состояние обмена приобретают ведущее значение лишь в восстановительном периоде.

Утомление, возможно, связано с несостоятельностью центрального механизма организации и координации движений такого темпа. Вероятны нарушения синаптической передачи на уровне – двигательное окончание – мышечное волокно вследствие остаточной деполяризации электровозбудимых мембран и развития парабиоза. Запасы фосфагенов, определяемые в мышце, суммарно могут быть пространственно недоступными для сократительных белков и работы ионных насосов из разных секторов клетки.

Работа субмаксимальной мощности на 40-80 % покрывается за счет анаэробных процессов. Максимально реализуемый энергетический выход гликолиза в кислородных эквивалентах оценивается у молодых мужчин примерно в 55-80 мл/кг 02, до 200 мл/кг 02 и более у высококвалифицированных спортсменов (Борилкевич В.Е.,1982). Работа завершается на фоне наибольших сдвигов гомеостаза: выраженной лактацидемии, ацидоза (до рН 6,8-6,9 в крови высокотренированных спортсменов), гипогликемии, обеднения запасов гликогена в мышцах и печени, снижения ударного объема сердца. Основную роль в возникновении утомления видят в общих и местных (в работающих мышцах) сдвигах обмена и в неспособности организма компенсировать далее острые нарушения гомеостаза.

При работе большой мощности явно преобладает аэробный путь энергообеспечения (75-97 %) и эффективность его, повидимому, зависит в основном от состояния кардиореспираторного аппарата и српособности организма длительно компенсировать нарастающие сдвиги кислотно-щелочного состояния, гипогликемию (энергетический голод мозга), нарушение терморегуляции.

Работа умеренной мощности характеризуется практически полным аэробным энергообеспечением и возможностью длительного выполнения. Утомление, по-видимому, обусловлено суммой причин: истощением углеводного резерва и нарушением питания мозга, накоплением и ухудшением функций митохондрий, нарушениями терморегуляции и способности устойчиво регулировать и поддерживать гомеостатические механизмы. С исчерпанием этой способности, в том числе резервов кардиореспираторной системы, и связано прекращение работы.

Вопросы к занятию

1. Зависимость биохимических процессов в организме от характера мышечной деятельности.

2. Характеристика биохимических изменений в организме при выполнении упражнений в различных зонах мощности.

3. Особенности биохимических процессов при различных режимах деятельности мышц.

4. Характеристика биохимических изменений в организме при выполнении упражнений с участием различного количества мышечных групп.

5. Механизм образования кислородного долга.

6. Биохимические изменения в организме при утомлении:

а) изменения в ЦНС;

б) изменения в мышцах;

в) понятие о доминирующей функции и «ведущем» звене утомления;

г) развитие охранительного торможения и роль – аминомасляной кислоты (ГАМК).

ТЕМА 4

БИОХИМИЧЕСКИЕ ИЗМЕНЕНИЯ В ОРГАНИЗМЕ В ПЕРИОД ОТДЫХА ПОСЛЕ МЫШЕЧНОЙ РАБОТЫ

Цель занятия: Изучить динамику биохимических процессов в организме в период «срочного и отставленного восстановления»

Период отдыха характеризуется устранением возникших во время работы изменений в обмене веществ, усиленным окислением промежуточных и повышенной скоростью образования конечных продуктов обмена. В период отдыха происходит синтез и накопление энергетических веществ, усиливается процесс биосинтеза белков. Период отдыха характеризуется повышенным уровнем окислительных процессов, повышенным потреблением кислорода, т.к. происходит ликвидация кислородного долга (в начале его быстрая и медленная фракции, сверхмедленная фракция может восстанавливаться в течение 2-х и более суток).

За кислородный долг принимают суммарную величину повышенного потребления кислорода (сверх обычного потребления для такого состояния в дорабочий период) после физической работы, т.е. кислородный долг составляет разницу между уровнем потребления кислорода после работы и обычной величиной потребления в таком состоянии. Кислородный долг оценивается в литрах. Кроме выражения его в абсолютных величинах (литры) часто прибегают к выражению кислородного долга в % к запросу, т.е. определяют его относительную величину по формуле:

кислородный долг, л * 100

-------------------------------------------------------- = долг в %

кислородный запрос за время работы, л

Алактатный кислородный долг направлен на синтез макроэргов – АТФ и креатинфосфата, ресатурацию миоглобина, восстановление содержания О₂ в жидкостях тела, обеспечение усиленной легочной вентиляции, а также церкуляции в начальной стадии периода восстановления и др.

Лактатный кислородный долг используется частично на окисление определенной доли молочной кислоты, а главным образом на окисление липидов – основных источников энергии в период восстановления, в том числе и для процесса глюконеогенеза из лактата и других предшественников глюкозы.

В период восстановления интенсивно устраняется повышенный уровень молочной кислоты лактата. Часть ее используется в качестве источника энергии, окисляясь до СО₂ и Н₂О, часть превращается в глюкозу и гликоген, часть выводится с мочой и потом. Превращение лактата в глюкозу носит название глюконеогенеза. Главные функции глюконеогенеза в период восстановления – это утилизация накопившейся во время работы молочной кислоты и ресинтез углеводов – глюкозы, из которой затем образуется гликоген. Глюконеогенез активно протекает лишь в печени и почках. Гормональными активаторами являются глюкокортикоиды, катехоламины, глюкоген, СТГ. Основными источниками глюконеогенеза в период отдыха являются: лактат, глицерин и аминокислоты (аланин, глутаминовая кислота и др.). Этот этап восстановления называется углеводным восстановлением.

Нормализация содержания в крови и тканях продуктов жирового обмена (кетоновых тел, свободных жирных кислот) происходит более медленно. Этап жирового восстановления характеризуется усиленным липогенезом в печени и жировой ткани. В последнюю очередь восстанавливаются белки. Этап белкового восстановления называется анаболическим восстановлением.

Возвращение показателей обмена к дорабочему исходному уровню происходит за счет аэробных путей ресинтеза АТФ. Интенсивность процессов восстановления, ресинтеза веществ, находится в зависимости от величины изменений, которые наблюдались в период физической работы.

Для обмена веществ периода отдыха характерно то, что разные виды обмена достигают дорабочего уровня, восстанавливаются не в одно время. Это явление получило название гетерохронности (разно – временности). Оно распространяется не только на разные показатели обмена, но и на исходные показатели при их определении в разных органах. Так быстро восстанавливается в мышцах содержание креатинфосфата, длительнее восстанавливается гликоген и наибольшее время требуется для восстановления белкового обмена. Если взять отдельный показатель, например, гликоген, то быстрее всего после работы он восстанавливается в мозге, далее в сердце, мышцах и дольше всего идет восстановление в печени

Второй особенностью обмена веществ периода отдыха является то, что для целого ряда показателей обмена характерно не только восстановление до исходного уровня, но и дальнейшее повышение, что получило название суперкомпенсации ( сверхвосстановление). Суперкомпенсация наблюдается в течение определенного времени. Далее след от воздействия нагрузки устраняется, показатель обмена возвращается к исходному, дорабочему уровню.

Таким образом, для обмена веществ периода отдыха (восстановительный) после физической работы характерно преобладание процессов ассимиляции над диссимиляцией, что при определенных условиях приводит к таким изменениям обмена, какие не регистрировались до физической работы (суперкомпенсации).

Явление сверхвосстановления наиболее демонстративно прослеживается на примере накопления энергетичсеского материала клетки, Вместе с тем, оно распространяется на более широкий круг биохимических процессов клетки, наиболее важными из которых являются: повышенный адаптивный (приспособительный) синтез белков (сократительные белки мышц и сердца, миоглобин и.др.), индукция ферментов. Это приводит к рабочей гипертрофии мышц, печени, миокарда, увеличению скорости окислительных процессов, эффективности использования АТФ для мышечного сокращения и совершенствования механизмов ее ресинтеза в процессе мышечной работы. Этому, например, способствует такое проявление суперкомпенсации как повышение уровня креатинфосфата и миоглобина мышц. Ряд биохимических проявлений сверхвосстановления настолько значителен, что может быть зарегистрирован с помощью гистологических (изменение размеров мышечных волокон, количества и формы митохондрий) и даже антропометрических и клинических методов (масса мышц, размеры сердца и печени).

На основании рассмотренных закономерностей обмена периода отдыха и работы можно заключить, что тренировочный процесс должен охватывать период работы, когда происходят характерные для нее изменения обмена, и отдыха (восстановления), во время которого наблюдается специфическая перестройка обмена, возникают адаптивные сдвиги. Закрепление этих здвигов приводит к изменению функциональных возможностей клетки, органа и всего организма.

Вопросы к занятию

1. «Срочное» и «отставленное» восстановления. Этапы.

2. Понятие о кислородном долге, кислородном запросе организма и устойчивом состоянии.

3. Суперкомпенсация биохимических субстратов в клетке и ее роль для тренировочного процесса.

4. Принцип биохимической гетерохронности в период восстановления.

ТЕМА 5

БИОХИМИЧЕСКИЕ ФАКТОРЫ СПОРТИВНОЙ РАБОТОСПОСОБНОСТИ

Цель занятия: Изучить аэробные и анаэробные факторы спортивной работоспособности и соотношение в уровнях их развития у представителей различных видов спорта.

Среди ведущих биохимических факторов, определяющих спортивную работоспособность наиболее важными являются биоэнергетические (аэробные и анаэробные) возможности организма. В зависимости от интенсивности и характера обеспечения, работу предложено делить на несколько категорий:

а) анаэробную (алактатную) зону мощности нагрузок;

б) анаэробную (гликолитическую) зону;

в) зону смешанного анаэробно-аэробного обеспечения (преобладают анаэробные процессы);

г) зону смешанного аэробно-анаэробного обеспечения (преобладают аэробные процессы);

д) зону аэробного энергообеспечения.

Анаэробная работа максимальной мощности (10-20 сек.) выполняется в основном на внутриклеточных запасах фосфагена (креатинфосфат + АТФ). Кислородный долг невелик, имеет алактатный характер и должен покрыть ресинтез израсходованных макроэргов. Существенного накопления лактата не происходит, хотя возможно вовлечение гликолиза в обеспечение таких кратковременных нагрузок и содержание лактата в работающих мышцах увеличивается.

Работа субмаксимальных мощностей в зависимости от темпа и продолжительности лежит в зонах анаэробного (гликолитического) и анаэробно-аэробного энергетического обеспечения. Ведущим становится вклад анаэробного гликолиза, что приводит к накоплению высоких внутриклеточных концентраций лактата, закислению среды, развитию дефицита НАД и аутоингибированию процесса. Лактат обладает хорошей, но конечной скоростью проникновения через мембраны и равновесие между его содержанием в мышцах и плазме устанавливается лишь спустя 5-10 мин. от начала работы.

При работе большой мощности преобладает аэробный путь энергообеспечения (75-98 %). Работа умеренной мощности характеризуется практически полным аэробным энергообеспечением и возможностью длительного выполнения от 1 час. до многих часов в зависимости от конкретной мощности. Существует значительное число показателей, используемых для выявления уровня развития, аэробного и анаэробного механизмов преобразования энергии.

Одним из них дают интегральную оценку этих механизмов, другие – позволяют охарактеризовать различные их стороны (скорость развертывания, мощность, емкость, эффективность) или состояние какого-либо отдельного звена или этапа. Наиболее информативными являются показатели, регистрируемые при выполнении тестирующих нагрузок, вызывающих близкую к предельной активацию соответствующих процессов преобразования энергии. При этом следует учесть, что анаэробные процессы обладают высокой специфичностью и в наибольшей мере включаются в энергетическое обеспечение только того вида деятельности, в котором спортсмен прошел специальную тренировку. Это значит, что для оценки возможностей использования анаэробных процессов энергообеспечения работы, у велосипедистов наиболее подходят велоэргометрические тесты, у бегунов – бег и т.д.

Большое значение для выявления возможностей использования различных процессов энергообеспечения имеют мощность, продолжительность и характер выполняемого тестирующего упражнения. Например, для оценки уровня развития алактатного анаэробного механизма наиболее подходящими являются кратковременные (20-30 сек.) упражнения, выполняемые с максимальной интенсивностью. Наибольшие сдвиги, связанные с участием гликолитического анаэробного механизма энергообеспечения работы обнаруживаются при выполнении упражнений длительностью 1-3 мин. с предельной для этой продолжительности интенсивностью. Примером может быть работа, состоящая из 2-4 повторных упражнений, продолжительностью около 1 мин., выполняемые через равные или сокращающиеся интервалы отдыха. Каждое повторное упражнение должно выполняться с наибольшей возможной интенсивностью. Состояние аэробных и анаэробных процессов энергообеспечения мышечной работы можно охарактеризовать с помощью теста со ступенчатым увеличением нагрузки до «отказа».

Показателями, характеризующими уровень анаэробных систем, являются величины алактатного и лактатного кислородного долга, природа которых рассмотрена ранее. Информативными показателями глубины гликолитических анаэробных сдвигов являются максимальная концентрация молочной кислоты в крови, показатели активной реакции крови (рН) и сдвига буферных оснований (ВЕ).

Для оценки уровня развития аэробных механизмов энергообразования используется определение максимального потребления кислорода (МПК) – наибольшего кислородного потребления в единицу времени, которое может быть достигнуто в условиях напряженной мышечной работы.

МПК характеризует максимальную мощность аэробного процесса и носит интегральный (обобщенный) характер, так как способность вырабатывать энергию в аэробных процессах определяется совокупной деятельностью многих органов и систем организма, ответственных за утилизацию, транспорт и использование кислорода. В видах спорта, где основным источником энергии является аэробный процесс, наряду с мощностью, большое значение имеет его емкость. В качестве показателя емкости используется время удержания максимального кислородного потребления. Для этого вместе с величиной МПК определяется значение «критической мощности»- наименьшей мощности упражнения, при которой достигается МПК. Для этих целей наиболее удобен тест со ступенчатым увеличением нагрузки. Затем (обычно на следующий день) спортсменам предлагается выполнить работу на уровне критической мощности. Фиксируется время, в течение которого может удерживаться «критическая мощность» и изменяется потребление кислорода. Время работы на «критической мощности» и время удержания МПК хорошо коррелируют между собой и являются информативными в отношении емкости аэробного пути ресинтеза АТФ.

Как известно, начальные этапы любой достаточно напряженной мышечной работы обеспечиваются энергией за счет анаэробных процессов. Основная причина этого – инертность систем аэробного энергообеспечения. После развертывания аэробного процесса до уровня, соответствующего мощности выполняемого упражнения, могут возникнуть две ситуации:

1) аэробные процессы полностью справляются с энергообеспечением организма;

2) наряду с аэробным процессом в энергообеспечении участвует анаэробный гликолиз.

Исследованиями показано, что в упражнениях, мощность которых еще не достигла «критической», и, следовательно, аэробные процессы не развернулись до максимального уровня, в энергетическом обеспечении работы на всем ее протяжении может участвовать анаэробный гликолиз. Та наименьшая мощность, начиная с которой в выработке энергии на всем протяжении работы, наряду с аэробными процессами, принимает участие гликолиз, получила название «порога анаэробного обмена» (ПАНО). Мощность ПАНО принято выражать в относительных единицах – уровнем потребления кислорода (в процентах от МПК), достигнутым во время работы. Улучшение тренированности к нагрузкам аэробной направленности сопровождается повышением ПАНО. Значение ПАНО зависит в первую очередь от особенностей аэробных механизмов энергообразования в частности, от их эффективности. Так как эффективность аэробного процесса может претерпевать изменения, например, за счет изменения сопряженности окисления с фосфорилированием, представляет интерес оценки этой стороны функциональной готовности организма. Наиболее важны внутри индивидуальные изменения этого показателя на разных этапах тренировочного цикла. Оценить эффективность аэробного процесса можно также в тесте со ступенчатым увеличением нагрузки при определении уровня кислородного потребления на каждой ступени.

Итак, участие анаэробных и аэробных процессов в энергетическом обеспечении мышечной деятельности определяется, с одной стороны, мощностью и другими особенностями выполняемого упражнения, с другой - кинетическими характеристиками (максимальная мощность, время удержания максимальной мощности, максимальная емкость и эффективность) процессов энергообразования.

Рассмотренные кинетические характеристики зависят от совместного действия множества тканей и органов и по-разному изменяются под воздействием тренировочных упражнений. Эту особенность ответной реакции биоэнергетических процессов на тренировочные нагрузки необходимо учитывать при составлении тренировочных программ.

Вопросы к занятию

1. Аэробные и анаэробные факторы спортивной работоспособности.

2. Биоэнергетические критерии физической работоспособности.

3. Охарактеризовать биохимические показатели уровня развития аэробной и анаэробных составляющих спортивной работоспособности.

4. Соотношение в уровнях развития аэробной и анаэробных составляющих спортивной работоспособности у представителей различных видов спорта.

5. Особенности биохимических изменений в организме в критических условиях мышечной деятельности:

а) при работе на уровне «порога анаэробного обмена» (панно);

б) на критической мощности;

в) мощности истощения;

г) на максимальной анаэробной мощности.

Зависимость этих изменений от уровня тренированности спортсмена.

6. Как влияет специализированная тренировка на уровень развития аэробных и анаэробных факторов?

ТЕМА 6

БИОХИМИЧЕСКИЕ ПРОЦЕССЫ ПРИ АДАПТАЦИИ ОРГАНИЗМА ЧЕЛОВЕКА К ФИЗИЧЕСКИМ НАГРУЗКАМ ПОД ВЛИЯНИЕМ СИСТЕМАТИЧЕСКИХ ЗАНЯТИЙ ФИЗТИЧЕСКИМИ УПРАЖНЕНИЯМИ И СПОРТОМ

Цель занятия: Изучить особенности биохимических изменений в организме в период «срочного», «отставленного» и «кумулятивного» тренирующих эффектов.

Адаптация организма к мышечной деятельности заключается в срочных адаптационных процессах, происходящих непосредственно во время работы мышц. Эти процессы включают в первую очередь мобилизацию энергетических ресурсов, транспорт кислорода и субстратов окисления к работающим мышцам, удаление конечных продуктов энергообмена и создание условий для пластического обеспечения работы мышц. Кроме того, срочные адаптационные процессы обеспечивают сохранение постоянства внутренней среды организма (гомеостаза).

Долговременные адаптационные процессы развиваются постепенно в результате длительного действия физических нагрузок и заключаются в том, что в усиленно функционирующих клетках активируется синтез разных структурных и ферментных белков, благодаря чему увеличивается функциональная мощность работающих клеточных структур, увеличивается число активно функционирующих структур.

В соответствии с тем, что адаптация к физическим нагрузкам включает срочные и долговременные адаптационные процессы в теории и практике спорта выделяют срочный, отставленный и кумулятивный тренировочные эффекты. Под срочным тренировочным эффектом подразумеваются биохимические изменения, происходящие в организме во время выполнения различных физических нагрузок (они были рассмотрены в предыдущих разделах).

Отставленный тренировочный эффект включает биохимические изменения, сохраняющиеся в организме на поздних фазах восстановления. В этот период происходит восстановление энергетических источников и разрушенных белковых структур, изменения гормональной активности.

Кумулятивный тренировочный эффект включает биохимические изменения, которые возникают в результате достаточно длительного периода систематической тренировки. Они заключаются в повышении в организме спортсменов уровня энергетических субстратов (КФ, гликогена, липидов), увеличении содержания структурных белков и ферментов, гемоглобина, миоглобина, повышении емкости буферных систем. Происходит также структурная перестройка организма, имеющая в своей основе биохимические изменения. Так, увеличиваются размеры сердца и капиллярная сеть в мышцах и органах, участвующих в обеспечении мышечной работы, повышает число митохондрий в клетках.

Все эти изменения носят специфический характер, т.е. зависят от специфики спорта, интенсивности и других характеристик выполняемой тренировочной работы.

В большой степени тренирующий эффект зависит от характера нагрузки, она должна быть адекватной, т.е. вызывать отчетливые специфические изменения, свойственные данному виду упражнения.

Особенности обмена периодов работы и отдыха, рассмотренные нами ранее, свидетельствуют, что тренирующие нагрузки должны быть не только специфичными по влиянию на обмен, но и достаточно большими по величине, превышать некоторый обычный уровень, чтобы вызвать желаемые адаптивные изменения обмена. Однако, как бы велика не была нагрузка и сколь значительными не были бы изменения обмена, через определенное время (тем большее, чем значительнее были изменения), след от воздействия нагрузки ликвидируется, более того, может наступить снижение тех или иных показателей, важных для обеспечения работы, ниже исходного уровня, функциональные возможности будут снижаться. Следовательно, для получения стойких адаптативных изменений обмена, повышения функциональных возможностей организма тренировочные нагрузки должны повышаться, Эффект от повторных нагрузок будет проявляться только при их рациональном сочетании с периодом отдыха.

Так, если повторные нагрузки будут предъявляться тогда, когда специфические изменения обмена еще не достигли исходного уровня, то под их влиянием будут происходить дальнейшие изменения обмена, их выраженность будет с каждым разом увеличиваться. В результате такого сочетания нагрузок и отдыха, могут возникнуть неспецифические, в том числе нежелательные изменения, приводящие к перетренировке (переутомлению).

Повторные нагрузки могут проводиться в период, когда след от предыдущей нагрузки полностью ликвидируется, т.е. достигнуто состояние, которое было до предыдущей тренировки. При таком сочетании нагрузок и отдыха, если они практикуются систематически, будет стабильно сохраняться достигнутый уровень тренированности (физической работоспособности). Такой вариант сочетания нагрузок и отдыха широко используется в практике оздоровительной физической культуры, а также в спорте, когда по определенным причинам (соревновательный период, переключение на тактическую или техническую подготовку в игровых видах спорта и т.п.) не ставится задача дальнейшего повышения достигнутого уровня тренированности.

Повышение функциональных возможностей (уровня тренированности) достигается тогда, когда повторные нагрузки по времени совпадают с фазой сверхвосстановления. В этом случае раз от раза будет иметь место прирост показателей обмена с соответствующим увеличением функционального уровня тренируемой функции. Следует отметить, что в полной мере это приемлемо только в больших циклах тренировки. В пределах отдельных тренировочных занятий и микроциклов прибегают к повторным нагрузкам (тренировкам) тогда, когда не наблюдается полного восстановления, что приводит к выраженному понижению показателей ведущей функции. Отдых между отдельными микроциклами обеспечивает достижение суперкомпенсации ведущей функции, поэтому с повторением очередного микроцикла повышается тренировочный эффект.

Так, как тренирующий эффект зависит от сочетания повторной нагрузки с фазой сверхвосстановления, то важно, чтобы она была достаточно выраженной и длительной, Это особенно важно, в связи с тем, что для обмена веществ периода отдыха характерно явление гетерохронности.

Выраженность тех или иных отличительных особенностей обмена зависит от направленности тренировки, преимущественного развития двигательных качеств.

При использовании биохимических методов могут быть решены многие вопросы, связанные с оценкой хода тренировочного процесса, определение уровня тренированности.

Вопросы к занятию

1. Характеристика «срочных», «отставленных» и «кумулятивных» биохимических изменений в организме, вызываемых тренировочным процессом.

2. Характеристика биологических принципов, лежащих в основе правильного построения тренировочного процесса.

3. Понятие об эффективных и неэффективных нагрузках.

4. Биохимическое обоснование «положительного», «отрицательного» тренирующих эффектов и «стабилизация спортивной формы» Их роль в тренировочном процессе.

5. Чем обусловлена специфичность биохимической адаптации, развивающейся в процессе систематической тренировки?

6. Биохимическое обоснование необходимости постепенного увеличения нагрузок в процессе тренировки.

7. Объяснить явление гетерохронности адаптационных процессов на примерах срочного, отставленного и кумулятивного эффектов тренировки.

8. Биохимическая характеристика фаз адаптации к мышечной нагрузке.

ТЕМА 7

БИОХИМТИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ СКОРОСТНО-СИЛОВЫХ КАЧЕСТВ СПОРТСМЕНОВ

Цель занятия: Изучить биохимические и структурные факторы, определяющие проявление мышечной силы и скорости сокращения и биохимические основы развития скоростно-силовых качеств спортсмена.

Физическими качествами человека, проявляющимися при мышечной деятельности, являются скоростно-силовые качества, важнейшие из них – это сила, скорость и мощность развиваемого усилия. Их проявление зависит от биохимических, физиологических и психологических особенностей организма спортсмена, его технической подготовки.

Скоростно-силовые качества спортсмена предопределяются генетическими структурными факторами, в частности, длиной саркомеров в миофибриллах, содержанием быстро и медленно сокращающихся волокон в мышцах. Белые быстрые (анаэробные) и красные медленные (аэробные) волокна различаются не только по внешнему виду, но и по характеру метаболизма. Красные мышечные волокна хорошо снабжаются кровью, содержат много митохондрий, имеют высокую активность гексокиназы и низкую активность фосфорилазы и АТФ - азы миозина и они обладают высокой способностью к аэробному окислению.

Белые мышечные волокна плохо снабжаются кровью, содержат мало митохондрий, обладают низкой активностью гексокиназы и высокой активностью фосфорилазы и АТФ -азы миозина. Так как величина максимальной скорости сокращения мышцы прямо пропорциональна относительно АТФ - азной активности, то в быстро сокращающихся белых волокнах, в которых АТФ - азная активность миозина высока, эта величина значительно выше, чем в медленно сокращающихся красных волокнах.

Величина максимальной мощности, развиваемой мышцей, отражающая совместный эффект проявления силы и скорости сокращения является линейной функцией от суммарной АТФ - азной активности. Суммарная АТФ- азная активность выше в быстро сокращающихся белых волокнах, в соответствии с этим, в этих волокнах величина максимальной мощности значительно выше, чем в медленно сокращающихся красных волокнах. Из биохимических факторов скоростно-силовые качества определяются в первую очередь содержанием сократительных белков актина и миозина, АТФ – азной активностью миозина, способностью к быстрому ресинтезу АТФ (главным образом, за счет КрФ), концентрацией ионов Са²⁺, Мg²⁺ и др. в мышечной ткани, способностью к быстрому их освобождению и связыванию.

В связи с тем, что структурные факторы скоростно-силовых качеств человека генетически обусловлены и не изменяются в процессе индивидуального развития под влиянием тренировки, то основными методами

для улучшения скоростно-силовых качеств спортсменов должны быть упражнения, направленные на усиление синтеза сократительных белков в мышцах и повышение АТФ - азной активности миозина.

С этой целью в скоростно - силовых видах спорта используются в основном методы максимальных усилий и повторных предельных упражнений.

Вопросы к занятию

1.Охарактеризуйте биохимические и структурные факторы, определяющие проявление мышечной силы и скорости сокращения.

2. Охарактеризуйте биохимический состав и структурные особенности мышечных волокон различных типов.

3. Какое значение имеет соотношение волокон различных типов для проявления силы скорости и выносливости?

4. Какая связь между силой, скоростью и мощностью, ее биохимические детерминанты.

5. Охарактеризуйте биохимические и структурные изменения в мышцах и нервных волокнах при тренировке с использованием скоростно-силовых упражнений.

6.Биохимическая характеристика современных методов тренировки, направленных на развитие максимальной мышечной силы, мышечной массы и скоростных качеств спортсменов.

ТЕМА 8

БИОХИМИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ ВЫНОСЛИВОСТИ

СПОРТСМЕНОВ

Цель занятия: Изучить биохимические факторы, определяющие проявление алактатного, гликолитического, аэробного компонентов выносливости, ее специфичность и биохимические основы методов совершенствования отдельных компонентов выносливости.

Выносливость можно определить как способность к выполнению какой-либо деятельности во времени без снижения эффективности, Она зависит от анаэробной и аэробной производительности человека. Аэробная производительность измеряется величиной максимального потребления кислорода, анаэробная производительность характеризуется максимальной относительной величиной кислородного долга. Выносливость человека к напряженной мышечной деятельности всегда носит специфический характер и определяется теми свойствами организма, которые препятствуют возникновению в организме изменений, вызывающих утомление, и обеспечивают устойчивость организма к возникающим при работе биохимическим изменениям. К числу таких свойств организма в первую очередь относятся особенности, которые определяются возможностями систем энергообеспечения. В соответствии с тремя основными путями ресинтеза АТФ принято различать три основные компонента выносливости: алактатный, гликолитический и аэробный.

Алактатный компонент выносливости зависит от запасов креатинфосфата в работающих органах, экономностью его расходования при работе и устойчивостью ферментов алактатной анаэробной системы (АТФ - азы миозина и креатинфосфокиназы) в условиях накопления продуктов анаэробного распада. Поэтому тренировка, используемая для совершенствования алактатного компонента выносливости должна привести к максимальному исчерпанию алактатных резервов в работающих мышцах и повысить устойчивость ферментов алактатной системы к накоплению продуктов анаэробного распада. С этой целью применяются методы повторной и интервальной работы с большим числом повторений кратковременных упражнений (10-15 сек.) высокой интенсивности (90-95 % Wmax) и паузами отдыха 2,5-3 мин, необходимыми для обеспечения восстановления алактатных резервов.

Возможности гликолитического компонента выносливости определяются углеводными ресурсами организма (в частности, гликогена мышц), экономичностью их расходования, активностью ферментов гликолиза и компенсаторными реакциями, обеспечивающими способность продолжать работу в условиях быстро нарастающих анаэробных изменений внутри организма. Высокая значимость компенсаторных реакций организма для протекания гликолитических процессов при мышечной деятельности связана с образованием молочной кислоты, вызывающей закисление среды, что приводит к снижению активности ферментов, особенно АТФ - азы и фосфофруктокиназы. Поэтому для гликолитического компонента выносливости первостепенное значение имеют возможности буферных систем организма, обладающих способностью связывать молочную кислоту, а также устойчивость ферментов к изменениям рН внутренней среды.

Для совершенствования гликолитического компонента выносливости могут использоваться методы однократной предельной, повторной и интервальной работы. Применяемые упражнения должны обеспечить предельное усиление гликолиза в работающих мышцах, для этого пригодны упражнения длительностью от 30 сек. до 3 мин. с помощью близкой к предельной. Интервалы отдыха между упражнениями должны быть непрерывно сокращающимися. Они определяются по показателю восстановления (соотношение содержания молочной кислоты в последнем повторении к ее содержанию в предыдущем).

Аэробный компонент выносливости, который представлен в работе небольшой мощности, но длительной зависит от аэробных энергетических возможностей спортсмена и способности к их мобилизации при работе, возможности и устойчивости систем, обеспечивающих доставку кислорода к работающим органам и тканям, количества и активности ферментов аэробного процесса.

Повышение физических возможностей при тренировке аэробного компонента выносливости связано с увеличением поступления крови и кислорода в клетки работающей мышцы, что объясняется адаптацией самих мышц, повышающей их возможности к аэробным процессам. Для развития их могут применяться методы однократной непрерывной работы (объем нагрузки составляет не менее 30 мин.), повторной (продолжительность упражнения не менее 3 мин) и несколько видов интервальной работы, в которых наибольшее воздействие оказывают интервалы отдыха.

Следует отметить, что максимальное развитие биохимических, молекулярных основ качеств двигательной деятельности происходит неодновременно: раньше всего максимума достигают основы выносливости к длительной работе, затем силы, в последнюю очередь -быстроты. При прекращении тренировки все постепенно возвращается к исходному уровню в обратном порядке: в первую очередь снижается быстрота, способность к скоростной работе максимальной и субмаксимальной мощности, позднее сила, а в последнюю очередь – выносливость к длительной работе в условиях устойчивого состояния.

Вопросы к занятию

1. Биохимические факторы, определяющие проявление алактатного, гликолитичесчкого и аэробного компонентов выносливости.

2. Биохимические показатели, применяемые для оценки выносливости.

3. Дайте биохимическое обоснование причин высокой специфичности анаэробных компонентов выносливости.

4. Какие биохимические факторы определяют положительную взаимосвязь аэробного компонента выносливости с гликолитическим?

5. Дайте биохимическое обоснование основным методическим приемам, используемым для совершенствования отдельных компонентов выносливости.

6. Особенности биохимических изменений в организме при применении непрерывных (равномерных и переменных), повторных и интервальных методов тренировки.

ТЕМА 9

ОСОБЕННОСТИ БИОХИМИЧЕСКИХ ИЗМЕНЕНИЙ В ОРГАНИЗМЕ ПРИ ЗАНЯТИЯХ РАЗЛИЧНЫМИ ВИДАМИ СПОРТА

Цель занятия: Изучить характер биохимических изменений в организме спортсменов при выполнении нагрузок различной мощности.

При рассмотрении биохимических изменений в организме, происходящих при занятиях различными видами спорта, наиболее удобно разделение всех спортивных упражнений на циклические и ациклические. Первые характеризуются повторностью фаз движения и различаются по относительной мощности работы, характеру движения в среде, в которой выполняется упражнение.

Вторым, т.е. ациклическим упражнениям свойственно отсутствие повторности фаз. Это кратковременные, однократные движения максимальной и субмаксимальной мощности и комбинации (прыжки, метания, поднятие тяжестей, гимнастические упражнении) или упражнения, совершаемые в переменных условиях, когда характер и мощность движения все время изменяются (единоборства, спортивные игры).

В биохимических изменениях, возникающих в организме при занятиях некоторыми видами спорта, обнаруживается выраженное сходство. Это обусловлено целым рядом причин. Во-первых, наиболее выраженные изменения в организме при мышечной деятельности связаны с деятельностью механизмов энергетического обеспечения работы. Существуют три основных механизма энергообеспечения: аэробный, связанный с использованием кислорода воздуха, анаэробный алактатный (креатинфосфатный) и анаэробный лактатный (гликолитический). Эти механизмы энергопродукции обеспечивают ресинтез основного энергетического источника мышц – АТФ. В зависимости от специфики выполняемой мышечной деятельности доля каждого из видов удельной энергопродукции будет меняться. Участие различных механизмов в энергетическом обеспечении работы и обусловленные их деятельностью биохимические изменения в организме определяются рядом факторов, в той или иной мере представленных во всех видах спорта. Среди этих факторов в первую очередь необходимо выделить следующие:

режим деятельности мышц (статический, динамический, смешанный);

количество участвующих мышц;

мощность и продолжительность работы.

Статический режим деятельности мышц затрудняет кровообращение, снабжение работающих мышц кислородом и питательными веществами, удаление продуктов распада. Это приводит к повышению роли анаэробных процессов в энергетическом обеспечении работы, т.е. делает ее более - анаэробной. Напротив, динамический характер способствует кровообращению в работающих мышцах, улучшает снабжение их энергетическими субстратами, кислородом, удаление продуктов распада, т.е. способствует аэробизации работы.

Выполнение одной и той же работы с участием различного числа мышечных групп сопровождается разными биохимическими сдвигами в организме. Уменьшение количества участвующих в работе мышц повышает значимость анаэробных процессов в энергетическом обеспечении работы, т.е. приводит к усилению анаэробных сдвигов в организме. Выполнение интенсивной мышечной работы с участием небольшого числа мышечных групп может сопровождаться анаэробными сдвигами в самих работающих мышцах. Однако в организме в целом это может и не вызывать существенных изменений. Значительные анаэробные сдвиги в организме происходят при выполнении интенсивной мышечной работы глобального характера, которая осуществляется при участии больших мышечных групп.

Наиболее важными факторами, определяющими характер и глубину биохимических изменений в организме, являются мощность и продолжительность упражнения.

Основное значение для биохимической оценки физических упражнений имеет их мощность, так как именно этим определяется величина кислородного запроса. От степени его удовлетворения зависит протекание химических процессов, связанных с энергетическим обеспечением мышечной деятельности и ресинтезом АТФ во время нее.

Между мощностью и продолжительностью упражнения существует обратная зависимость: чем интенсивней работа, тем более короткое время ее можно выполнять. Наиболее отчетливо эта зависимость проявляется в циклических видах спорта, например, в легкоатлетическом беге; средняя скорость бега быстро снижается с увеличением дистанции. Мощность и продолжительность упражнения определяют энергозатраты (общие и в единицу времени работы), как и участие различных энергообразующих механизмов в энергетическом обеспечении работы. В свою очередь участие в энергообеспечении различных механизмов преобразования энергии, степень их активизации в наибольшей мере определяют характер и глубину биохимических изменений.

Кратковременные упражнения высокой интенсивности обеспечиваются энергией преимущественно за счет анаэробных механизмов. С увеличением продолжительности работы возрастает роль анаэробных процессов.

Различия в энергетическом обеспечении упражнений разной мощности и продолжительности лежат в основе деления циклических видов спорта на зоны мощности. В соответствии с принятой классификацией все упражнения циклических видов спорта принято делить на четыре зоны мощности: максимальную (30 с), субмаксимальную (не более 5 мин), большую (до 40 мин) и умеренную (более 40 мин).

Упражнения циклических видов спорта, попадающие по своей мощности и продолжительности в одну и ту же зону мощности, характеризуются сходством биохимических изменений. Хотя специфика того или иного вида спорта может накладывать отпечаток на биохимические изменения в организме, и прежде всего на их глубину.

Циклические виды спорта

Л е г к а я а т л е т и к а

Наиболее наглядное представление о биохимических сдвигах в организме при выполнении упражнений разных зон мощности можно получить при анализе легкоатлетического бега. Ни один другой циклический вид спорта не имеет такого широкого диапазона мощности и продолжительности упражнений и такой высокой степени их градации.

Упражнения максимальной зоны мощности

(бег на 100 и 200 м)

Из-за кратковременности работы при ее выполнении в организме не происходит значительных изменений. Основной механизм энергообеспечения при беге на 100 м и креатинфосфатный, при беге на 200 м существенную роль играет и гликолиз. В мышцах происходит снижение содержания креатинфосфата и гликогена, повышается содержание креатина, неорганического фосфата, молочной кислоты, повышается активность ферментов анаэробного обмена. Выход молочной кислоты из мышц в кровь, протекающий сравнительно медленно, происходит в основном после окончания работы. Как правило, после работы максимальной интенсивности наивысшие концентрации в крови молочной кислоты наблюдаются на 5-10 мин восстановительного периода и достигают 100-150 мг %. Это связано не только с замедленным выходом молочной кислоты из мышц в кровь, но и с возможностью ее образования после работы, поскольку ресинтез креатин- фосфата частично происходит за счет гликолиза.

Происходит увеличение легочной вентиляции, потребление кислорода, частоты сердечных сокращений. Однако ни один из указанных показателей не достигает за время работы своих максимальных значений. В течение нескольких секунд после завершения работы может происходить дальнейшее увеличение частоты сердечных сокращений и потребление кислорода.

Потребляемое за работу количество кислорода составляет 5-10 % от кислородного запроса, который при работе максимальной интенсивности может превышать 30 л/мин. После работы образуется значительная величина кислородного долга (95% от кислородного запроса), содержащего алактатную и лактатную фракции. При этом после бега на 200 м величина алактатной фракции приближается к своему максимальному для данного испытуемого значению.