міокіназа

АДФ + АДФ---------------► АТФ +АМФ.

Аденозинмонофосфат (АМФ), що є побічним продуктом міокіназної реакції, має в своєму складі останню фосфатну групу і на відміну від АТФ і АДФ не може бути використаний в якості джерела енергії. Міокіназна реакція активізується в умовах, коли в силу стомлення інші шляхи ресинтезу АТФ вичерпали свої можливості.

Запаси КФ не можуть бути заповнені в процесі виконання роботи. Для його ресинтезу може бути використана тільки енергія, яка виникає в результаті розпаду АТФ, що виявляється можливим лише у відновлювальному періоді після закінчення роботи.

Алактатна система, відрізняється дуже високою швидкістю звільнення енергії, одночасно характеризується вкрай обмеженою ємністю. Концентрація АТФ у м'язовій тканині складає 4-6 моль/кг, а запаси КФ – 15-17 моль/кг м'язової тканини; відповідно за рахунок запасів фосфогенів на 1 кг м'язової маси може бути звільнена 0,19-0,23 ккал. При загальному обсязі м'язової маси близько 43% від маси тіла це становить для чоловіка маса тіла якого 70 кг 5,7-6,9 ккал; 80 кг – 6,6-7,9 ккал; 90 кг – 7,4-8, 9 ккал. Така ємність алактатної системи призводить до вичерпання її можливостей вже через 10 с після початку роботи.

Рівень максимальної алактатної анаеробної потужності залежить від кількості фосфатів (АТФ і КФ) у м'язах і швидкості їх використання. Під впливом тренування в м'язах не тільки збільшується кількість АТФ і КФ, але і вагомо зростає здатність м'язової тканини до їх розщеплення.

Ще однією адаптаційної реакцією, яка визначає потужність алактатної анаеробної системи, є прискорення ресинтезу фосфатів за рахунок підвищення активності ферментів, зокрема креатинфосфокінази і міокінази (Яковлєв, 1974; Коц, 1986). Більш того, здатність до підвищення швидкості розщеплення і ресинтезу фосфатів деякі фахівці (Голлнік, Германс, 1982) вважають більш важливою реакцією адаптації, що сприяє підвищенню потужності алактатної анаеробної системи, ніж збільшення кількості АТФ і КФ в м'язовій тканині. Непрямим підтвердженням цього можуть служити результати досліджень (Nevili et al., 1989), з яких виходить, що після 8-тижневого спринтерського тренування потужність роботи в 30-секундному бігу з максимальною швидкістю зросла на 60%, у той час як в м'язовій тканині досліджуваних суттєвого збільшення фосфагенів не відзначалося. Автори пояснюють цей факт збільшенням швидкості оберненості фосфагенів і активізацією анаеробного гліколізу.

Під впливом тренування суттєво зростають і показники максимальної ємності алактатної анаеробної системи енергозабезпечення. Збільшення ємності алактатної енергетичної системи проявляється в тривалості роботи максимальної інтенсивності. Так, якщо в осіб, які не займаються спортом, максимальна потужність алактатного анаеробного процесу, досягнута через 0,5-0,7 с після початку роботи, може утримуватися не більше 7-10с, то у спортсменів високого класу, які спеціалізуються в спринтерських дисциплінах (біг, ковзанярський спорт, велосипедний спорт та ін.), вона може проявлятися протягом 15-20 с. При цьому велика тривалість роботи супроводжується і значно більшою її потужністю, що обумовлюється високою швидкістю розпаду і ресинтезу високоенергетичних фосфатів (Hirvonen et al., 1987; Wilmore, Costill, 2004).

На закінчення слід зазначити, що особи з високим рівнем алактатної анаеробної продуктивності, як правило, мають низькі аеробні можливості, витривалість до тривалої роботи. Одночасно у бігунів на довгі дистанції алактатні анаеробні можливості не тільки не можна порівнювати з можливостями спринтерів, але й іноді вони поступаються показникам, що реєструється в осіб, які не займаються спортом.

3. Гліколітичний (лактатний) механізм ресинтезу АТФ

У лактатній системі енергозабезпечення ресинтез АТФ відбувається за рахунок розщеплення глюкози і глікогену за відсутності кисню. Цей процес прийнято позначати як анаеробний гліколіз. У процесі анаеробного гліколізу використовується глюкоза, що знаходиться в крові, а також утворюється в наслідок розщеплення глікогену, що міститься в м'язах і печінці. Анаеробний гліколіз забезпечує неповне розщеплення глюкози – утворення АТФ супроводжується накопиченням побічного продукту метаболізму – молочної кислоти.

Анаеробний гліколіз є значно більш складним хімічним процесом в порівнянні з механізмами розщеплення фосфагенів в алактатній системі енергозабезпечення. Він передбачає протікання серії складних послідовних реакцій, в результаті яких глюкоза і глікоген розщеплюються до молочної кислоти, яка в серії сполучених реакцій використовується для ресинтезу АТФ (рис. 2).

Рис. 2. Схематичне зображення процесу анаеробного гліколізу

В результаті розщеплення 1 моля глюкози утворюється 2 моля АТФ, а при розщепленні 1 моля глікогену – 3 моля АТФ. Одночасно з вивільненням енергії в м'язах і рідинах організму відбувається утворення піровиноградної кислоти, яка потім перетвориться в молочну кислоту. Молочна кислота швидко розкладається з утворенням її солі – лактату.

Максимальна потужність лактатного анаеробного процесу досягається через 15-45 с після початку інтенсивної роботи, висуваючи максимальні вимоги до анаеробного гліколізу, і може підтримуватися у молодих людей, які не займаються спортом, до 1,0-1,5 хв. У спортсменів високого класу, що спеціалізуються у видах спорту, тривалість змагальної діяльності яких коливається в межах 2 – 5 хв, лактатний анаеробний механізм енергозабезпечення може переважати протягом 3-4 хв.

На відміну від алактатної системи енергозабезпечення, потужність якої досягає максимальних показників вже на першій секунді роботи, процес активізації гліколізу розгортається значно повільніше і досягає високих величин енергетичного продукування тільки на 5-10-й секундах роботи. Потужність гликолітичного процесу значно поступається потужності креатинфосфокіназного механізму, однак є в кілька разів вищим в порівнянні з можливостями системи аеробного окислення.

Ємність лактатної анаеробної системи забезпечує її домінуючу участь в продукуванні енергії при виконанні роботи тривалістю від 30 до 90с. При більш тривалій роботі роль гліколізу поступово знижується, однак залишається суттєвою і при більш тривалій роботі – до 5-6 хв.

Адаптаційні реакції лактатної анаеробної системи можуть протікати в різних напрямках. Одним з них є збільшення рухливості гликолітичного процесу, що проявляється в значно більшій швидкості досягнення його максимальної продуктивності (з 15-20 до 5-8 с). Друга реакція пов'язана з підвищенням потужності анаеробної гліколітичної системи, що дозволяє їй продукувати значно більшу кількість енергії в одиницю часу. Третя реакція зводиться до підвищення ємності системи і, природно, загального обсягу енергії, що продукується, внаслідок чого збільшується тривалість роботи, яка переважно забезпечується за рахунок гліколізу.

4. Аеробна система енергозабезпечення рухової активності

Аеробна система енергозабезпечення значно поступається алактатній і лактатній по потужності енергопродукції, швидкості включення в забезпеченні м'язової діяльності, однак багатократно перевершує по ємності і економічності.

Особливістю аеробної системи є те, що утворення АТФ в клітинних органелах – мітохондріях, що знаходяться в м'язовій тканині і примикають до міофібрил, або розкиданих по саркоплазмі, відбувається за участю кисню, який доставляється киснево-транспортною системою, чим зумовлюється висока економічність аеробної системи, а достатньо великі запаси глікогену в м'язовій тканині й печінці, а також практично необмежені запаси ліпідів у адіпозній та м'язовій тканинах – її ємність.

Всі численні хімічні реакції, які виникають в процесі аеробного ресинтезу АТФ, можна розділити на три типи: 1 – аеробний гліколіз; 2 – цикл Кребса, 3 – система транспорту електронів.

Першим етапом реакцій є аеробний гліколіз, в результаті якого здійснюється розщеплення глікогену з утворенням С0₂ і Н₂0. Протікання аеробного гліколізу відбувається за тією ж схемою, що і протікання розглянутого вище анаеробного гліколізу. В обох випадках в результаті хімічних реакцій глікоген перетворюється в глюкозу, а глюкоза – в піровиноградну кислоту з ресинтезом АТФ. У цих реакціях кисень не бере участь. Присутність кисню проявляється в подальшому, коли за його участі піровиноградна кислота не перетворюється в молочну кислоту, а потім у лактат, що має місце в процесі анаеробного гліколізу, а направляється в аеробну систему, кінцевими продуктами якого стає вуглекислий газ (С0₂), який виведиться з організму легенями, і вода.

З утвореної в результаті розщеплення глікогену піровиноградної кислоти відразу виводиться С0₂, перетворюючи її з трьовуглецевої сполуки у двовуглецеву, яка поєднуючись з коферментом А, утворює ацетил-КоА, який включається у другий етап реакцій аеробного утворення АТФ – цикл лимонної кислоти або цикл Кребса.

У циклі Кребса протікає серія складних хімічних реакцій, в результаті яких відбувається окислення піровиноградної кислоти – виведення іонів водню (Н⁺) і електронів (е-), які в результаті потрапляють в систему транспорту кисню і беруть участь в реакціях ресинтезу АТФ на третьому етапі, утворюючи С0₂, який дифундує в кров і переноситься в легені, з яких і виводиться з організму. У самому циклі Кребса утворюється тільки 2 моля АТФ.

Третій етап реакцій протікає в ланцюзі транспортування електронів (дихального ланцюга). Реакції, що відбуваються за участю коферментів, в загальному вигляді зводяться до наступного. Іони водню і електрони, що виділяються в результаті реакцій, що протікають в циклі Кребса і в меншій мірі в процесі гліколізу, транспортуються до кисню, щоб в результаті утворити воду. Одночасно енергія, яка виділяється в серії сполучених реакцій використовується для ресинтезу АТФ. Весь процес, що відбувається по ланцюгу передачі електронів кисню, називається окислювальним фосфорилюванням.

Рис.3 Схематичне протікання анаеробного і аеробного гліколізу

Проте в цілому глікогенні ресурси м'язів і печінки, можливості глюконеогенезу обмежені і дозволяють забезпечити виділення 1200-2000 ккал енергії (приблизно 5000-8400 кДж), що недостатньо для повноцінного забезпечення тренувальної, а також тривалої змагальної діяльності, характерної для шосейних велосипедних гонок, марафонського бігу, тріатлону та ін. Енергозабезпечення в зазначених видах діяльності багато в чому визначається здатністю організму спортсмена до окислення жирів, запаси і енергоємність яких значно перевершує аналогічні показники глікогену.

Жирові запаси, що звільняються в результаті ліполізу, приблизно в рівній мірі охоплюють два джерела. Перший – ліпозна тканина, з якої в кров надходить близько половини ВЖК(вільних жирних кислот), які доставляються до м'язових кліток для подальшої утилізації. Друге джерело – внутрішньо м'язовий триацилгліцерол, який зберігається в адіпозних клітинах, що знаходяться між волокнами, або у вигляді тріацілгліцеролових утворень безпосередньо у волокнах, і використовуються для розщеплення та подальшої постачання ВЖК в плазму крові.

Хоча в процесі м'язової діяльності ліполіз розгортається поступово, проте вже на 30-40-й хвилинах роботи середньої інтенсивності її енергозабезпечення в рівній мірі здійснюється за рахунок окислення як вуглеводів, так і ліпідів. Подальше продовження роботи, призводить до поступового вичерпання обмежених вуглеводних ресурсів, пов'язано із збільшенням окислення СЖК; наприклад, енергозабезпечення другої половини марафонській дистанції в бігу, або шосейних гонках (більше 100 км) переважно пов'язано з використанням жирів.

Роль білків для ресинтезу АТФ не суттєва. Однак вуглецевий каркас багатьох амінокислот може бути використаний як енергетичне паливо в процесі окислювального метаболізму, що проявляється при тривалих навантаженнях середньої інтенсивності, при яких внесок білкового метаболізму в продукування енергії може досягти 5-6% загальної потреби в енергії. Витрата нескоротливої фракції білків супроводжується звільненням окремих амінокислот, які можуть бути піддані окисленню в скелетних м'язах (Graham et al., 1999). Розпад білків, що відбувається в м'язах при напруженій фізичній роботі, не лише вносить певний внесок у задоволення потреб організму в енергії (Lemon, Mullin, 1980), але і значною мірою зумовлює специфічність м'язової адаптації як реакцію на навантаження різного переважного напрямку (Hickson, Wolinsky, 1989). Згідно з дослідженнми А. Виру (1987) і після закінчення напруженої роботи розпад м'язових білків може продовжуватися, що, однак, слід розглядати не як показник превалюючого розпаду скорочувальних білків, а як відображення рівня їх перетворення, що лежить в основі адаптаційних реакцій, які відбуваються в м'язовій тканині.

5. Класифікація вправ залежно від енергетичних механізмів забезпечення м'язової діяльності.

Енергетичні запити організму (працюючих м'язів) задовольняються, як відомо, двома основними шляхами: анаеробним і аеробним. Співвідношення цих двох шляхів енергетичного продукування неоднакова в різних по потужності і тривалості вправах. При виконанні будь-якої фізичної роботи діють практично всі три енергетичні системи: анаеробні фосфагенна (алактатна) і лактатна (гліколітична) і аеробна (киснева, окислювальна). "Зони" їх дії частково перекриваються. Тому важко виділити "чистий" внесок кожної з енергетичних систем, особливо при роботі відносно невеликої граничній тривалості. У цьому зв'язку часто об'єднують в пари "сусідні" з енергетичної потужності (зоні дії) системи: фосфагенів з лактатною, лактатний з кисневою. Першою при цьому вказується система, енергетичний внесок якої більше.

Відповідно до відносного внеску анаеробної і аеробної енергетичних систем, вправи можна розділити на анаеробні і аеробні. Перші – з переважанням анаеробного, другі – аеробного компонента продукування енергії. Провідною якістю при виконанні анаеробних вправ служить потужність (швидкісно-силові можливості), при виконанні аеробних вправ – витривалість.

Співвідношення різних шляхів (систем) енергетичної продукції значною мірою визначає, характер і ступінь змін у діяльності різних фізіологічних систем, що забезпечують виконання різних вправ.

Анаеробні вправи. Виділяються три групи анаеробних вправ:

1. Максимальної анаеробної потужності (анаеробної потужності);

2. Майжемаксимальної анаеробної потужності (змішаної анаеробної потужності);

3. Субмаксимальної анаеробної потужності (анаеробно-аеробної потужності).

Енергетичні та ергонометричні характеристики анаеробних навантажень наведено в табл. 1.

Таблиця 1. Енергетичні та енергометричні характеристики анаеробних навантажень

Група	Анаеробний компонент енергетичної продукції, % від загального продукування енергії	Відношення 3-х енергетичних систем, %	Рекордна потужність, ккал/хв..	Максимально рекордна тривалість при бігу, с.
Фосфагенна + лактатна	Лактана + киснева	киснева
Максимальної анаеробної потужності	90-100					До 10
Майжемаксимальної анаеробної потужності	75- 85					20-50
Субмаксимальної анаеробної потужності	60- 70					60-120

Виконання вправ максимальної анаеробної потужності (анаеробної потужності) забезпечується майже виключно анаеробним способом енергозабезпечення працюючих м'язів: анаеробний компонент у загальній енергетичній продукції становить від 90% до 100%. Він забезпечується головним чином за рахунок фосфагенної енергетичної системи (АТФ + КФ) при деякій участі гліколітичної системи. Можлива гранична тривалість такої роботи – до 10 секунд. Такі, наприклад, змагальний біг на дистанціях до 100м, спринтерська велогонка на треку, плавання і пірнання на дистанцію до 50м.

Провідні фізіологічні системи і механізми, що визначають спортивний результат в цій зоні потужності - центрально-нервова регуляція м'язової діяльності (координація рухів з проявом великої м'язової потужності), функціональні властивості нервово-м'язового апарату (швидкісно-силові), ємність і потужність фосфагенної енергетичної системи робочих м'язів.

Через короткочасність анаеробних вправ під час їх виконання функції кровообігу і дихання не встигають досягти можливого максимуму. Протягом максимального анаеробного навантаження спортсмен або взагалі не дихає, або встигає виконати лише кілька дихальних циклів. Відповідно "середня" легенева вентиляція не перевищує 20-30% від максимальної, ЧСС підвищується ще до старту (до 140-150 уд./хв.) і під час роботи продовжує зростати, досягаючи найбільшого значення відразу після фінішу – 80-90% від максимальної (160-180 уд./.хв). Оскільки енергетичну основу цього навантаження складають анаеробні процеси, посилення діяльності кардіо-респіраторної (кисневотранспортної) системи практично не має значення для енергетичного її забезпечення. Концентрація лактату в крові за час роботи змінюється вкрай незначно, хоча в робочих м'язах вона може досягати в кінці роботи 10 ммоль/кг і навіть більше. Концентрація лактату в крові продовжує наростати протягом декількох хвилин після припинення роботи і складає максимально 5-8 ммоль/л.

Виконання вправ майжемаксимальної анаеробної потужності (змішаної анаеробної потужності) передбачає переважно анаеробний механізм енергозабезпеченням працюючих м'язів. Анаеробний компонент у загальній продукції енергії становить 75 – 85% - частково за рахунок фосфагенної і в найбільшій мірі за рахунок гліколітичної енергетичних систем. Можлива гранична тривалість такої роботи у видатних спортсменів коливається від 20 до 50 с. До змагальних вправ відноситься біг на дистанціях 200-400 м, плавання на дистанціях до 100 м, біг на ковзанах на 500 м.

Провідні фізіологічні системи і механізми, що визначають спортивний результат в діапазоні майжемаксимальної анаеробної потужності, ті ж, що і в попередній зоні і, крім того, потужність гліколітичної енергетичної системи робочих м'язів.

Для енергетичного забезпечення такої роботи значне посилення діяльності киснево-транспортної системи вже відіграє певну енергетичну роль, причому тим більшу, чим триваліше вправа.

У процесі виконання роботи швидко зростає легенева вентиляція, так, що в разі її тривалості близько 1 хв. до її кінця вона може досягати 50-60% від максимальної робочої вентиляції для даного спортсмена (60-80 л/хв). Швидкість споживання О₂ також швидко наростає на дистанції і на фініші 400 м може становити вже 70-80% від індивідуального МСК.

Концентрація лактату в крові після вправи досить висока – до 15 ммоль/л у кваліфікованих спортсменів. Вона тим вище, чим більше дистанція і вище кваліфікація спортсмена. Накопичення лактату в крові пов'язано з дуже великою швидкістю його утворення в робочих м'язах (як результат інтенсивного анаеробного гліколізу).

Вправи субмаксимальної анаеробної потужності (анаеробно-аеробної потужності) припускають переважання анаеробного компонента енергозабезпечення працюючих м'язів. У загальній енергетичній продукції організму він досягає 60-70% і забезпечується переважно за рахунок гліколітичної енергетичної системи. В енергозабезпеченні цієї роботи значна частка належить кисневій (окислювальній, аеробній) енергетичній системі. Можлива гранична тривалість змагальних вправ у видатних спортсменів – від 1 до 2 хв. До змагальних вправ відносяться: біг на 800 м, плавання на 200 м, біг на ковзанах на 1000 і 1500 м, заїзди на 1 км у велоспорті (трек).

Потужність і гранична тривалість цих вправ такі, що в процесі їх виконання показники діяльності киснево-транспортної системи (ЧСС, серцевий викид, ЛВ, швидкість споживання О₂) можуть бути близькі до максимальних значень для даного спортсмена або навіть досягати їх. Чим тривалішою є робота, тим вище на фініші ці показники і тим значніше частка аеробної енергетичної продукції при її виконанні. В кінці таких навантажень реєструється дуже висока концентрація лактату в робочих м'язах і крові – до 20 – 25 ммоль/л. Відповідно рН крові знижується до 7,0. Зазвичай помітно підвищена концентрація глюкози в крові – до 150 мг%, високий вміст в плазмі крові катехоламінів та гормону росту.

Провідні фізіологічні системи і механізми – ємність і потужність гліколітичної енергетичної системи робочих м'язів, функціональні (потужностні) властивості нервово-м'язового апарату, а також киснево-транспортні можливості організму (особливо серцево-судинної системи) і аеробні (окислювальні) можливості робочих м'язів. Таким чином, навантаження цієї групи пред'являють дуже високі вимоги як до анаеробних, так і до аеробних можливостей спортсменів.

Аеробні вправи. Потужність роботи в цих навантаженнях така, що енергозабезпечення робочих м'язів може відбуватися (головним чином або винятково) за рахунок окислювальних (аеробних) процесів, пов'язаних з безперервним споживанням організмом і витрачанням працюючими м'язами кисню. Тому в деяких джерелах (Я. Коц) потужність такої роботи пропонують оцінювати за рівнем дистанційного споживання О₂. Якщо дистанційне споживання О₂ співвіднести з певною аеробною потужністю в даної людини (тобто з його індивідуальним МСК), то можна отримати уявлення про відносну аеробну фізіологічну потужність виконуваної ним роботи. За цим показником серед аеробних вправ виділяються п'ять груп.

1. Максимальної аеробної потужності (95-100% МСК);

2. Майже максимальної аеробної потужності (85-90% МСК);

3. Субмаксимальної аеробної потужності (70-80% МСК);

4. Середньої аеробної потужності (55-65% від МСК);

5. Малої аеробного потужності (50% від МСК і менш).

В даний час прийнята дещо інша класифікація аеробних вправ, заснована не на ступені напруги аеробних механізмів енергозабезпечення, що визначаються за величиною МСК в процесі роботи, а на величині фізіологічної потужності роботи (В.М. Платонов). У цьому випадку виділяють вправи субмаксимальної, середньої і малої аеробного потужності, які по параметрах тривалості і інтенсивності роботи відповідають таким з попередньої класифікації. Навантаження максимальної і майже максимальної аеробної потужності по класифікації Я. Коца в останніх класифікаціях В.Н.Платонова в якості аеробних взагалі не розглядаються, скоріше за все тому, що є змішаними анаеробно-аеробними та аеробно-анаеробними. Ми в своїй лекції вважаємо за необхідне зупинитися на всьому спектрі вправ, підкресливши лише, що навантаження максимальної і майже максимальної аеробної потужності по класифікації Я. Коца не відносяться до категорії чисто аеробних, а є комбінованими.

У таблиці 2 представлені основні характеристики обговорюваних нами вправ. Як ми бачимо, по мірі зниження потужності роботи і, відповідно, збільшення її граничної тривалості зменшується частка анаеробного (гліколітичного) компонента енергетичної продукції. Відповідно знижуються концентрація лактату в крові і приріст концентрації глюкози в крові (гіперглікемія). При вправах тривалістю в кілька десятків хвилин гіперглікемії взагалі не спостерігається. Більш того, в кінці таких вправ може відзначатися зниження концентрації глюкози в крові (гіпоглікемія). Зі збільшенням тривалості аеробних вправ підвищується температура тіла, що висуває підвищені вимоги до системи терморегуляції.

Таблиця 2. Енергетична і ергометричні характеристики аеробних навантажень

Група	Дистанційне споживання О2, % від МСК	Співвідношення 3-х енергетичних систем, %	Головні енергетичні субстрати	Рекордна потужність кал/хв.	Рекордна тривалість, хв.
Фосфогенна + лактат на	Лактатна + кисень	Киснева
Максимальна аеробна потужність	95-100		55-40	25-40	М’язовий глікоген		3- 10
Майжемаксимальна аеробна потужність	85- 90	10-5	20-15	70-80	М’язовий глікоген, жири і глюкоза крові		10- 30
Субмаксимальна аеробна потужність	70-80				М’язовий глікоген, жири і глюкоза крові		30-120
Середня аеробна потужність	55-65				Жири, м‘язовий глікоген і глюкоза крові		120-240
Мала аеробна потужність	50 і нижче				Жири, м’язовий глікоген, і глюкоза крові	12 і нижче	> 240

* Перераховано в порядку значення (питомого внеску)

У вправах максимальної аеробної потужності (з дистанційним споживанням кисню 95-100% від індивідуального МСК) переважає аеробний компонент продукції енергії – він становить до 60-70%. Однак енергетичний внесок анаеробних (переважно гліколітичних) процесів ще дуже значний. Основним енергетичним субстратом при цьому є м'язовий глікоген, який розщеплюється як аеробним, так і анаеробним шляхом (в останньому випадку з утворенням великої кількості молочної кислоти). Гранична тривалість таких вправ – 3-10 хв. До змагальних вправ цієї групи відносяться: біг на 1500 і 3000 м, біг на 3000 і 5000 м на ковзанах, плавання на 400 і 800 м, академічне веслування (класичні дистанції), заїзди на 4 км на велотреку.

Через 1,5-2 хв. після початку вправ досягаються максимальні для даної людини ЧСС, систолічний об'єм крові і серцевий викид, робоча ЛВ, швидкість споживання О₂ (МСК). По мірі продовження вправи ЛВ, концентрація в крові лактату і катехоламінів продовжує наростати. Показники роботи серця і швидкість споживання О₂ або утримуються на максимальному рівні (при стані високої тренованості), або починають трохи знижуватися.

Після закінчення вправи концентрація лактату в крові досягає 15-25 ммоль/л у зворотній залежності від граничної тривалості вправи і в прямій – від кваліфікації спортсмена (спортивного результату).

Провідні фізіологічні системи і механізми – загальні для всіх аеробних вправ; крім того, суттєву роль відіграє потужність гліколітичної енергетичної системи робочих м'язів.

У вправах майже максимальної аеробної потужності (з дистанційним споживанням О₂ 85-95% від індивідуального МСК) до 90% всієї продукції енергії забезпечується окислювальними (аеробними) реакціями в робочих м'язах. В якості субстратів окислення використовуються в більшій мірі вуглеводи, ніж жири (дихальний коефіцієнт близько 1,0). Головну роль відіграють глікоген робочих м'язів і в меншій мірі – глюкоза крові (на другій половині дистанції). Рекордна тривалість роботи до 30 хв. До цієї групи відносяться: біг на дистанціях 5000 і 10 000 м, плавання на дистанції 1500 м, біг на лижах до 15 км і на ковзанах на 10 000 м.

У процесі виконання вправ ЧСС знаходиться на рівні 90-95%, ЛВ – 85-90% від індивідуальних максимальних значень. Концентрація лактату в крові після вправи у висококваліфікованих спортсменів – близько 10 ммоль/л. У процесі виконання вправи відбувається істотне підвищення температури тіла – до 39 °.

Провідні фізіологічні системи і механізми – загальні для всіх аеробних вправ і, крім того, ємність кисневої (окисної) системи, яка залежить найбільшою мірою від запасів глікогену в робочих м'язах, і печінки і від здібності м'язів до підвищеної тривалої утилізації (окислення) жирів.

У вправах субмаксимальної аеробної потужності (з дистанційним споживанням О₂ 70-80% від індивідуального МСК) більше 90% всієї енергії утворюється аеробним шляхом. Окислювальному розщепленню піддаються в дещо більшій мірі, вуглеводи, ніж жири (дихальний коефіцієнт приблизно 0,85-0,90). Основними енергетичними субстратами служать глікоген м'язів, жири робочих м'язів і крові та (по мірі продовження роботи) глюкоза крові. Рекордна тривалість роботи – до 120 хв. У цю групу входять: біг на 30 км і більше (включаючи марафонський біг), лижні гонки на 20-50 км, спортивна ходьба до 20 км.

Протягом вправи ЧСС знаходиться на рівні 80-90%, а ЛВ – 70-80% від максимальних значень для даного спортсмена. Концентрація лактату в крові звичайно не перевищує 4 ммоль/л. Вона помітно збільшується тільки на початку бігу або в результаті тривалих підйомів. Протягом виконання цих вправ температура тіла може сягати 39-40 °.

У вправах середньої аеробної потужності (з дистанційним споживанням О₂ 55-65% від індивідуального МСК) майже вся енергія робочих м'язів забезпечується аеробними процесами. Основним енергетичним субстратом служать жири робочих м'язів і крові, вуглеводи грають відносно меншу роль (дихальний коефіцієнт близько 0,8). Гранична тривалість вправи – до декількох годин. До вправ цієї групи відносяться: спортивна ходьба на 50 км, лижні гонки на наддовгі дистанції (більше 50 км).

Кардіореспіраторні показники не перевищують 60-75% від максимальних для даного спортсмена. Багато в чому характеристики цих вправ і вправ попередньої групи близькі.

При навантаженнях малої аеробного потужності (з дистанційним споживанням О₂ 50% і менше від індивідуального МСК) практично вся енергія робочих м'язів забезпечується за рахунок окислювальних процесів, в яких витрачаються головним чином жири й у меншому ступені вуглеводи (дихальний коефіцієнт менше 0,8). Вправи такої відносної фізіологічної потужності можуть виконуватися протягом багатьох годин. Це відповідає побутовій діяльності людини (ходьба) або вправам в системі занять масової або лікувальною фізичною культурою.

6. Загальна фізіологічна класифікація фізичних вправ.

Величезна кількість фізичних, у тому числі спортивних, вправ обумовлює необхідність їх класифікації. Класифікація може бути заснована на будь-якій ознаці, в тому числі і на тих або інших фізіологічних особливостях. Нині існуюча фізіологічна класифікація об'єднує в групи фізичні вправи з подібними функціональними характеристиками.

Найбільш загальна фізіологічна класифікація фізичних вправ може бути проведена на основі виділення трьох основних характеристик активності м'язів, що здійснюють відповідну вправу:

1) обсяг активної м'язової маси;

2) тип м'язових скорочень (статичний або динамічний);

3) сила або потужність скорочень.

В залежності від обсягу активної м'язової маси всі фізичні вправи класифікують на локальні, регіональні (часткові) і глобальні (загального впливу).

1) До локальних відносяться вправи, в здійсненні яких бере участь менш 1/3 всієї м'язової маси тіла (стрільба з лука, з пістолета, певні гімнастичні вправи). До регіональних (часткового впливу) відносяться вправи, в здійсненні яких бере участь приблизно від 1/3 до 2/3 всієї м'язової маси тіла (гімнастичні вправи, виконувані тільки м'язами рук і поясу верхніх кінцівок, м'язами тулуба і т. п.). Глобальними (загального впливу) називаються вправи, в здійсненні яких бере активну участь 2/3 і більше всієї м'язової маси тіла (біг, веслування, їзда на велосипеді та ін.) Переважна більшість спортивних вправ відноситься до глобальних.

Рис. 5. Залежність граничного часу роботи від сили скорочення при локальній статичній роботі (ліворуч) і від потужності (частоти рухів) при локальній динамічній роботі (праворуч)

2) У відповідності з типом скорочення основних м'язів, що здійснюють виконання даної вправи, всі фізичні вправи можна розділити відповідно на статичні і динамічні. До статичних вправ відноситься, наприклад, збереження фіксованої пози при утриманні стійки на кистях (у гімнастів), в момент пострілу (у стрільця). Більшість фізичних вправ відноситься до динамічних. Такі всі види локомоцій: ходьба, біг, плавання та ін. Вони характеризуються зменшенням довжини м'язових волокон при напрузі.

3) При класифікації фізичних вправ за силою скорочення провідних м'язових груп слід враховувати дві залежності: "сила – швидкість" і "сила – тривалість" м'язового скорочення.

Відповідно до залежності "сила – швидкість" при динамічному скороченні демонстрована сила обернено пропорційна швидкості скорочення м'язів (швидкості руху переміщуваної ланки тіла): чим більше ця швидкість, тим менше демонстрована сила. Інше, формулювання цієї залежності: чим більше зовнішнє навантаження (опір, вага), тим нижче швидкість укорочення (руху) і тим більше демонстрована сила, і навпаки, чим менше зовнішнє навантаження, тим вище швидкість руху і менше, демонстрована м'язова сила. Здобуток сили на швидкість м'язового скорочення визначає його потужність.

Залежність "сила – тривалість" м'язових скорочень, виражається в тому, що чим більше сила (або потужність) скорочень м'язів, тим коротше їх гранична тривалість. Це справедливо як для локальної та регіональної статичної і динамічної роботи (рис. 5), так і для глобальної роботи (рис. 6).

За проявом в момент фізичного навантаження силі і потужності м'язових скорочень і пов'язаної з ними граничної тривалості роботи всі фізичні вправи можна розділити на три групи: силові, швидкісно-силові (потужностні) і на витривалість.

Рис. 6. Крива залежності рекордного (граничного) часу від швидкості в бігу (Б), плаванні (П) і бігу на ковзанах (К) (В. С. Фарфель)

Силовими можна вважати вправи з максимальним або майже максимальним напруженням основних м'язів, яке вони проявляють у статичному або динамічному режимі при малій швидкості – руху (з великим зовнішнім опором, вагою). Силовим вправам відповідає ліва частина кривої "сила – швидкість". Гранична тривалість вправ з максимальним проявом сили обчислюється кількома секундами. Сила є основною руховою якістю, що визначає успіх виконання силових вправ.

Швидкісно-силовими (потужностними) є такі динамічні вправи, у яких провідні м'язи одночасно проявляють відносно великі силу і швидкість скорочення, тобто велику потужність. Максимальна потужність м'язового скорочення досягається в умовах максимальної активації м'яза при швидкості скорочення близько 30% від максимальної для ненавантаженого м'яза. На кривій "сила – швидкість" швидкісно-силові вправи займають положення – до 50-60% від максимальної швидкості. Максимальну потужність м'язи розвивають при зовнішньому опорі (вантажі), що становить 30-50% від їх максимальної (статичної) сили. Гранична тривалість вправ з великою потужністю м'язових скорочень знаходиться в діапазоні, від 3-5 с до 1-2 хв. – у зворотній залежності від потужності м'язових скорочень (навантаженні). Потужність грає найважливішу роль в швидкісно-силових вправах.

Вправами на витривалість вважаються такі вправи, при виконанні яких провідні м'язи розвивають не дуже великі по силі і швидкості скорочення, але здатні підтримувати або повторювати їх протягом тривалого часу – від декількох хвилин до багатьох годин (в зворотній залежності від сили або потужності м'язових скорочень). Витривалість – провідна фізична якість для вправ цієї групи.

4) У відповідності із загальною кінематичною характеристикою вправ, тобто характером протікання в часі, вправи ділять на циклічні і ациклічні.

До циклічних вправ локомоторного (тих, що переміщують) характеру відносяться біг і ходьба, біг на ковзанах і на лижах, плавання, веслування, їзда на велосипеді. Для цих вправ характерне багаторазове повторення стереотипних циклів рухів. При цьому відносно постійні не тільки загальний малюнок рухів, але і середня потужність навантаження або швидкість переміщення спортсмена (велосипеда, човни) по дистанції. Виняток становлять дуже короткі циклічні вправи (дистанції) і початковий відрізок будь-якої дистанції, тобто період розгону, протягом яких швидкість переміщення змінюється дуже значно. Інакше кажучи, циклічні вправи – це вправи відносно постійної структури та потужності.

До ациклічним відносяться такі вправи, протягом виконання яких різко змінюється характер рухової активності. Вправами такого типу є всі спортивні ігри, спортивні єдиноборства, метання і стрибки, гімнастичні і акробатичні вправи, вправи на водних і. гірських лижах, у фігурному катанні на ковзанах. Для ациклічних вправ характерні також різкі зміни потужності по їх ходу.

Деякі види спорту включають різні вправи – циклічні і ациклічні. Такі, наприклад, багатоборства в легкій атлетиці, лижне двоборство, сучасне п'ятиборство.

7. Класифікація вправ залежно від потужності роботи.

Найважливішу класифікаційну характеристику вправ складає їх потужність. Виділяють механічну або фізичну потужність і фізіологічну потужність навантаження.

Механічна, або фізична, потужність виконуваного навантаження вимірюється фізичними величинами – у ватах, кг*м/хв. У переважній більшості випадків дуже важко досить точно виміряти фізичну потужність спортивних вправ.

Під фізіологічною потужністю розуміють сукупність фізіологічних (і психофізіологічних) реакцій організму на дане фізичне навантаження. "Фізіологічне навантаження" або "фізіологічна потужність" – поняття близькі до терміну "важкість роботи". Вона визначається з одного боку фізичною потужністю, а з іншого – індивідуальною реакцією організму людини на це навантаження за біохімічними показниками, змінам в діяльності ССС, дихальної системи інших фізіологічних функцій. Ця реакція залежить від віку, статі, ступеня тренованості, умов навколишнього середовища та інших факторів. Результатом чого, за певних умов, є не тільки різна реакція організму різних людей, але й різна реакція однієї і тієї ж людини на однакове фізичне навантаження.

З точки зору фізіології, фізіологічна потужність є більш інформативним показником, тому при класифікації фізичних навантажень в якості класифікуючої ознаки використовується саме цей фактор. У цьому випадку виділяють чотири зони відносної потужності: з гранично можливою тривалістю вправ до 20 с (зона максимальної потужності), від 20 с до 3-5 хв. (зона субмаксимальної потужності), від 3-5 до 30-40 хв. (зона великої потужності) і більше 40 хв. (зона помірної потужності). Така класифікація спортивних навантажень набула широкого поширення.