В данной статье мы затронем вопрос и выясним, что такое энергообеспечение организма. Тема не обширная, однако, важная для решения определенных вопросов.
Способы энергообеспечения – это те способы, с помощью которых наш организм будет решать вопросы, связанные с двигательной активностью. Задачи и нагрузки на организм могут быть разными, а значит и способов энергообеспечения несколько.
Фосфогенный
Первый способ энергообеспечения – фосфогенный. Источником энергии в этом способе служит креатин фосфат и АТФ. Способ активизируется тогда, когда мы совершаем работу с максимальной мощностью длительностью от 5 до 30 секунд.
Фосфагенный способ энергообеспечения тесно связан с интенсивностью нагрузок. Активно работает в тренировках на силу миофибрелярную гипертрофию. Так как креатин фосфата и АТФ в нашем организме не так уж и много, этот способ является самым коротким и сменяется на другой уже после 30 секунд физической активности.
Анаэробный гликолиз
Второй способ – анаэробный гликолиз , где источником энергии служит гликоген. Включается при работе от 30 секунд или 1 минуты и работает до 30 минуты. Анаэробный гликолиз задействуется у нас когда мы работаем на сахаплазматическую гипертрофию (в режиме многоповторки).
Аэробное окисление
Третий способ – аэробное окисление. Источником энергии для него служат жиры. Включается при тренировочной частоте сердечных сокращений, как правило, на 60 минуте. У тренированных людей процесс аэробного окисления может включиться на 30 или даже 20 минуте. Данный способ активно работает при монотонной и длительной работе, которую мы, как правило, совершаем на наших кардиотренировках.
Но монотонной не значит истощающей. К примеру, пульс 130 ударов в минуту подразумевает под собой, как правило, просто быструю ходьбу.
Девушки, которых как магнитом манит на кадиотренажеры, как только они начали свою тренировку, мы обращаемся к вам. Как вы видите, нет никакого логического смысла начинать нашу тренировку с кардио если мы хотим сжечь жир, потому что жиры начнут использоваться только после первого часа монотонной кардиоработы.
Подобный тренинг не логичен с точки зрения дефицита и времени, так как на такую работу, от которой мы получим желаемый результат, вы должны потратить минимум 2 часа вашего времени. Гораздо более эффективно проводить наши тренировки, после силовой тренировки, когда наш энергетические запасы креатин фосфата, АТФ, гликогена отчасти истощены. А симпатическая нервная система работает на полную катушку, то есть готова к двигательной активности и к окислению жиров в том числе.
За те же 2 часа работы, час силовой и час кардио при хорошей подготовке, вы приведете мышцы в тонус и будете более эффективно использовать жиры в качестве энергии на вашей кардиотренировки, убьете двух зайцев сразу.
Общая характеристика аэробной системы энергообеспечения
Аэробная система энергообеспечения значительно уступает алактатной и лактатной по мощности энергопродукции, скорости включения в обеспечение мышечной деятельности, однако многократно превосходит по ёмкости и экономичности (табл. 1).
Таблица № 1. Энергообеспечение мышечной работы
Особенностью аэробной системы является то, что образование АТФ в клеточных органелах-митохондриях, находящихся в мышечной ткани происходит при участии кислорода, доставляемого кислородтранспортной системой. Это предопределяет высокую экономичность аэробной системы, а достаточно большие запасы гликогена в мышечной ткани и печени, а также практически неограниченные запасы липидов - её ёмкость.
В наиболее упрощённом виде деятельность аэробной системы энергообеспечения осуществляется следующим образом. На первом этапе в результате сложных процессов происходит преобразование как гликогена, так и свободных жирных кислот (СЖК) в ацетил-кофермент А (ацетил-КоА) - активную форму уксусной кислоты, что обеспечивает протекание всех последующих процессов энергообразования по единой схеме. Однако до момента образования ацетил-КоА окисление гликогена и СЖК происходит самостоятельно.
Все многочисленные химические реакции, происходящие в процессе аэробного ресинтеза АТФ, можно разделить на три типа: 1 - аэробный гликолиз; 2 - цикл Кребса, 3 - система транспорта электронов (рис. 7).
Рис. 7. Этапы реакций ресинтеза АТФ в аэробном процессе
Первым этапом реакций является аэробный гликолиз, в результате которого осуществляется расщепление гликогена с образованием СО2 и Н2О. Протекание аэробного гликолиза происходит по той же схеме, что и протекание рассмотренного выше анаэробного гликолиза. В обоих случаях в результате химических реакций гликоген преобразуется в глюкозу, а глюкоза - в пировиноградную кислоту с ресинтезом АТФ. В этих реакциях кислород не участвует. Присутствие кислорода обнаруживается в дальнейшем, когда при его участии пировиноградная кислота не преобразуется в молочную кислоту в молочную кислоту, а затем в лактат, что имеет место в процессе анаэробного гликолиза, а направляется в аэробную систему, конечными продуктами которой оказывается углекислый газ (СО2), выводимый из организма лёгкими, и вода (рис. 8)
Рис. 8. Схематическое протекание анаэробного и аэробного гликолиза
Расщепление 1 моля гликогена на 2 моля пировиноградной кислоты происходит с выделением энергии, достаточной для ресинтеза 3 молей АТФ: Энергия + 3АДФ + Фн → 3АТФ
Из образовавшейся в результате расщепления гликогена пировиноградной кислоты сразу выводится СО2, превращая её из трёхуглеродного соединения в двухуглеродное, которое сочетаясь с коферментом А, образует ацетил- КоА, который включается во второй этап аэробного образования АТФ - цикл лимонной кислоты или цикл Кребса.
В цикле Кребса протекает серия сложных химических реакций, в результате которых происходит окисление пировиноградной кислоты - выведение ионов водорода (Н+) и электронов (е-), которые в итоге попадают в систему транспорта кислорода и участвуют в реакциях ресинтеза АТФ на третьем этапе, образуя СО2, который диффундируется в кровь и переносится в лёгкие, из которых и выводится из организма. В самом цикле Кребса образуется только 2 моля АТФ (рис. 9).
Рис. 9. Схематическое изображение окисления углеродов в цикле Кребса
Третий этап протекает в цепи транспорта электронов (дыхательной цепи). Реакции, происходящие с участием коферментов, в общем виде сводятся к следующему. Ионы водорода и электроны, выделяемые в результате реакций, протекавших в цикле Кребса и в меньшей мере в процессе гликолиза, транспортируются к кислороду, чтобы в результате образовать воду. Одновременно выделяемая энергия в серии сопряжённых реакций используется для ресинтеза АТФ. Весь процесс, происходящий по цепи передачи электронов кислороду называется окислительным фосфорилированием. В процессах, происходящих в дыхательной цепи, потребляется около 90 % поступающего к клеткам кислорода и образуется наибольшее количество АТФ. В общей сложности окислительная система транспорта электронов обеспечивает образование 34 молекул АТФ из одной молекулы гликогена.
Усвоение и абсорбция углеводов в кровоток происходит в тонком кишечнике. В печени они превращаются в глюкозу, которая в свою очередь может быть превращена в гликоген и депонируется в мышцах и печени, а также используется различными органами и тканями в качестве источника энергии для поддержания деятельности. В организме здорового с достаточным уровнем физической подготовленности мужчины с массой тела 75 кг содержится 500 - 550 г углеводов в виде гликогена мышц (около 80 %), гликогена печени (примерно 16 - 17 %), глюкозы крови (3 - 4 %), что соответствует энергетическим запасам порядка 2000 - 2200 ккал.
Гликоген печени (90 - 100 г) используется для поддержания уровня глюкозы крови, необходимого для обеспечения нормальной жизнедеятельности различных тканей и органов. При продолжительной работе аэробного характера, приводящей к истощению запасов мышечного гликогена, часть гликогена печении может использоваться мышцами.
Следует учитывать, что гликогенные запасы мышц и печени могут существенно увеличиваться под влиянием тренировки и пищевых манипуляций, предусматривающих углеводное истощение и последующее углеводное насыщение. Под влиянием тренировки и специального питания концентрация гликогена в печени может увеличиться в 2 раза. Увеличение количества гликогена повышает его доступность и скорость утилизации при выполнении последующей мышечной работы.
При продолжительных физических нагрузках средней интенсивности образование глюкозы в печени возрастает в 2 - 3 раза по сравнению с образованием её в состоянии покоя. Напряжённая продолжительная работа может привести к 7 - 10-кратному увеличению образования глюкозы в печени по сравнению с данными, полученными в состоянии покоя.
Эффективность процесса энергообеспечения за счёт жировых запасов определяется скоростью протекания липолиза и скоростью кровотока в адипозной ткани, что обеспечивает интенсивную доставку свободных жирных кислот (СЖК) к мышечным клеткам. Если работа выполняется с интенсивностью 50 - 60 % VO2 max, отмечается максимальный кровоток в адипозной ткани, что способствует максимальному поступлению в кровь СЖК. Более интенсивная мышечная работа связана с интенсификацией мышечного кровотока при одновременном уменьшении кровоснабжения адипозной ткани и, следовательно, с ухудшением доставки СЖК в мышечную ткань.
Хотя в процессе мышечной деятельности липолиз разворачивается, однако уже на 30 - 40-й минутах работы средней интенсивности её энергообеспечения в равной мере осуществляется за счёт окисления как углеводов, так и липидов. Дальнейшее продолжение работы, приводящее к постепенному исчерпанию ограниченных углеводных ресурсов, связано с увеличением окисления СЖК; например, энергообеспечение второй половины марафонской дистанции в беге или шоссейных велогонках (более 100 км) преимущественно связано с использованием жиров.
Несмотря на то что использование энергии от окисления липидов имеет реальное значение для обеспечения выносливости только при продолжительной мышечной деятельности, начиная уже с первых минут работы с интенсивностью, превышающей 60 % VO2max, отмечается освобождение из триацилглицеридов СЖК, их поступление и окисление в сокращающихся мышцах. Через 30 - 40 мин после начала работы скорость потребления СЖК возрастает в 3 раза, а после 3 - 4 часов работы - в 5 - 6 раз.
Внутримышечная утилизация триглицеридов существенно возрастает под влиянием тренировки аэробной направленности. Эта адаптационная реакция проявляется как в быстроте развёртывания процесса образования энергии за счёт окисления СЖК, поступивших из трицеридов мышц, так и в возрастании их утилизации из мышечной ткани.
Не менее важным адаптационным эффектом тренированной мышечной ткани является повышение её способности к утилизации жировых запасов. Так, после 12-недельной тренировки аэробной направленности способность к утилизации триглицеридов в работающих мышцах резко возрастала и достигала 40 %.
Роль белков для ресинтеза АТФ не существенна. Однако углеродный каркас многих аминокислот может быть использован в качестве энергетического топлива в процессе окислительного метаболизма, что проявляется при продолжительных нагрузках средней интенсивности, при которых вклад белкового метаболизма в энергопродукцию может достичь 5 - 6 % общей потребности в энергии.
Благодаря значительным запасам глюкозы и жиров в организме и неограниченной возможности потребления кислорода их атмосферного воздуха, аэробные процессы, обладая меньшей мощностью по сравнению с анаэробными, могут обеспечивать выполнение работы в течении длительного времени (т. е. их ёмкость очень велика при очень высокой экономичности). Исследования показывают, что, например в марафонском беге за счёт использования мышечного гликогена работа мышц продолжается в течении 80 мин. Определённое количество энергии может быть мобилизовано за счёт гликогена печени. В сумме это может обеспечить 75 % времени, необходимого для преодоления марафонской дистанции. Остальная энергия образуется в результате окисления жирных кислот. Однако скорость их диффузии из крови в мышцы ограничена, что лимитирует производство энергии за счёт этих кислот. Энергии, продуцируемой вследствие окисления СЖК, достаточно для поддержания интенсивности работы мышц на уровне 40 - 50 % VO2max, ВТО времы как сильнейшие марафонцы способны преодолевать дистанцию с интенсивностью, превышающей 80 - 90 % VO2max, что свидетельствует о высоком уровне адаптации аэробной системы энергообеспечения, позволяющем не только обеспечить оптимальное сочетание использования углеводов, жиров, отдельных аминокислот и метаболитов для производства энергии, но и экономное расходование гликогена.
Таким образом, вся совокупность реакций, обеспечивающих аэробное окисление гликогена, выглядит следующим образом. На первом этапе в результате аэробного гликолиза образуется пировиноградная кислота и ресинтезируется некоторое количество АТФ. На втором, в цикле Кребса, производится СО2, а ионы водорода (Н+) и электроны (е-) вводятся в систему транспорта электронов также с ресинтезом некоторого количества АТФ. И наконец, заключительный этап связан с образованием Н2О из Н+, е- и кислорода с высвобождением энергии, используемой для ресинтеза подавляющего количества АТФ. Жиры и белки, используемые в топлива для ресинтеза АТФ, также проходят через цикл Кребса и систему транспорта электронов (рис. 10).
Рис. 10. Схематическое изображение функционирования аэробной системы энергообеспечения
Лактатная система энергообеспечения.
В лактатной системе энергообеспечения ресинтез АТФ происходит за счёт расщепления глюкозы и гликогена при отсутствии кислорода. Этот процесс принято обозначать как анаэробный гликолиз. Анаэробный гликолиз является значительно более сложным химическим процессом по сравнению с механизмами расщепления фосфогенов в алактатной системе энергообеспечения. Он предусматривает протекание серии сложных последовательных реакций, в результате которых глюкоза и гликоген расщепляются до молочной кислоты, которая в серии сопряжённых реакций используется для ресинтеза АТФ (рис. 2).
Рис. 2. Схематическое изображение процесса анаэробного гликолиза
В результате расщепления 1 моля глюкозы образуется 2 моля АТФ, а при расщеплении 1 моля гликогена - 3 моля АТФ. Одновременно с высвобождением энергии в мышцах и жидкостях организма происходит образование пировиноградной кислоты, которая затем преобразуется в молочную кислоту. Молочная кислота быстро разлагается с образованием её соли - лактата.
Накопление молочной кислоты в результате интенсивной деятельности гликолитического механизма приводит к большому образованию лактата и ионов водорода (Н+) в мышцах. В результате, несмотря на действие буферных систем, постепенно снижается мышечный pH с 7,1 до 6,9 и даже до 6,5 - 6,4. Внутриклеточный pH, начиная с уровня 6,9 - 6,8 замедляет интенсивность гликолитической реакции восстановления запасов АТФ, а при pH 6,5 - 6,4 расщепление гликогена прекращается. Таким образом, именно повышение концентрации молочной кислоты в мышцах ограничивает расщепление гликогена в анаэробном гликолизе.
В отличие от алактатной системы энергообеспечения, мощность которой достигает максимальных показателей уже на первой секунде работы, процесс активизации гликолиза разворачивается значительно медленнее и достигает высоких величин энергопродукции только на 5 - 10 секундах работы. Мощность гликолитического процесса значительно уступает мощности креатинфосфокиназного механизма, однако является в несколко раз более высокой по сравнению с возможностями системы аэробного окисления. В частности, если уровень энергопродукции АТФ за счёт распада КФ составляет 9 - 10 ммоль/кг с.м.т./с (сырая масса ткани), то при подключении гликолиза объём производимой АТФ может увеличиться до 14 ммоль/кг с.м.т./с. За счёт использования обоих источников ресинтеза АТФ в течении 3-минутной интенсивной работы мышечная система человека способна вырабатывать около 370 ммоль/кг с.м.т. При этом на долю гликолиза приходится не менее 80 % общей продукции. Максимальная мощность лактатной анаэробной системы проявляется на 20 - 25-й секундах работы, а на 30 - 60-й секундах гликолитический путь ресинтеза АТФ является основным в энергообеспечении работы.
Ёмкость лактатной анаэробной системы обеспечивает её превалирующее участие в энергопродукции при выполнении работы продолжительность до 30 - 90 с. При более продолжительной работе роль гликолиза постепенно снижается, однако остаётся существенной и при более продолжительной работе - до 5 - 6 мин. Общее количество энергии, которое образуется за счёт гликолиза, наглядно может быть оценено и по показателям лактата крови после выполнения работы, требующей предельной мобилизации лактатной системы энергообеспечения. У нетренированных людей предельная концентрация лактата в крови составляет 11 - 12 ммоль/л. Под влиянием тренировки ёмкость лактатной системы резко возрастает и концентрация лактата в крови может достигать 25 - 30 ммоль/л и выше.
Максимальные величины энергообразования и лактата в крови у женщин на 30 - 40 % ниже по сравнению с мужчинами такой же спортивной специализации. Юные спортсмены по сравнению со взрослыми отличаются невысокими анаэробными возможностями. максимальная концентрация лактата в крови при предельных нагрузках анаэробного характера у них не превышает 10 ммоль/кг, что в 2 - 3 раза ниже, чем у взрослых спортсменов.
Таким образом, адаптационные реакции лактатной анаэробной системы могут протекать в различных направлениях. Одним из них является увеличение подвижности гликолитического процесса, что проявляется в значительно более быстром достижении его максимальной производительности (с 15 - 20 до 5 - 8 с). Вторая реакция связана с повышением мощности анаэробной гликолитической системы, что позволяет ей продуцировать значительно большее количество энергии в единицу времени. Третья реакция сводится к повышению ёмкости системы и, естественно общего объёма продуцируемой энергии, вследствие чего увеличивается продолжительность работы, преимущественно обеспечиваемая за счёт гликолиза.
Максимальное значение лактата и pH в артериальной крови в процессе соревнований по некоторым видам спорта представлены на рис. 3.
Рис.3. Максимальные значения лактата и pH в артериальной крови у спортсменов, специализирующихся в различных видах спорта: а - бег (400, 800 м); б - скоростной бег на коньках (500, 1000м); в - гребля (2000 м); г - плавание 100 м; д - бобслей; е - велогонки (100 км)
(Eindemann, Keul, 1977)
Они дают достаточно полное представление о роли лактатных анаэробных источников энергии для достижения высоких спортивных результатов разных видах спорта и об адаптационных резервах системы анаэробного гликолиза.
При выборе оптимальной продолжительности работы, обеспечивающей максимальную концентрацию лактата в мышцах, следует учитывать, что максимальное содержание лактата отмечается при использовании предельных нагрузок, продолжительность которых колеблется в пределах 1 - 6 мин. Увеличение продолжительности работы связано с уменьшением концентрации лактата в мышцах.
Для выбора оптимальной методики повышения анаэробных возможностей важно проследить особенности накопления лактата при прерывистой работе максимальной интенсивности. Например, одноминутные предельные нагрузки с четырёхминутными паузами приводят к постоянному увеличению лактата в крови (рис. 4) при одновременном снижениипоказателей кислотно-основного состояния (рис. 5).
Рис. 4. Изменение концентрации лактата в крови в процессе прерывистой максимальной нагрузки (одноминутные упражнения с интенсивностью 95 %, разделённые периодами отдыха длительностью 4 мин) (Hermansen, Stenswold, 1972)
Рис. 5. Изменение pH крови при прерывистом выполнении одноминутных нагрузок максимальной интенсивности (Hollman, Hettinger, 1980)
Аналогичный эффект отмечается и при выполнении 15 - 20-секундных упражнений максимальной мощности с паузами около 3 минут (рис. 6).
Рис. 6. Динамика биохимических изменений у спортсменов при повторном выполнении кратковременных упражнений максимальной мощности (Н. Волков и др., 2000)
Алактатная система энергообеспечения.
Эта система энергообеспечения является наименее сложной, отличается высокой мощностью освобождения энергии и кратковременностью действия. Образование энергии в этой системе происходит за счёт расщепления богатых энергией фосфатных соединений - аденозинтрифосфата (АТФ) и креатинфосфата (КФ). Энергия, образующаяся в результате распада АТФ, в полной мере включается в процесс энергообеспечения работы уже на первой секунде. Однако уже на второй секунде выполнение работы осуществляется за счёт креатинфосфата (КФ), депонированного в мышечных волокнах и содержащего богатые энергией фосфатные соединения. Расщепление этих соединений приводит к интенсивному высвобождению энергии. Конечными продуктами расщепления КФ являются креатин (Кр) и неорганический фосфат (Фн). Реакция стимулируется ферментом креатинкиназа и схематически выглядит следующим образом:
Энергия, высвобождаемая при распаде КФ, является доступной для процесса ресинтеза АТФ, поэтому за быстрым расщеплением АТФ в процессе мышечного сокращения незамедлительно следует его ресинтез из АДФ и Фн с привлечением энергии, высвобождаемой при расщеплении КФ:
Ещё одним механизмом алактатной системы энергообеспечения является так называемая миокиназная реакция, которая активизируется при значительном мышечном утомлении, когда скорость расщепления АТФ существенно превышает скорость её ресинтеза. Миокиназная реакция стимулируется ферментом миокиназа и заключается в переносе фосфатной группы с одной молекулы на другую и образованием АТФ и аденозинмонофосфата (АМФ):
Аденозинмонофосфат (АМФ), являющийся побочным продуктом миокиназной реакции, содержит последнюю фосфатную группу и в отличие от АТФ и АДФ не может быть использован в качестве источника энергии. Миокиназная реакция активизируется в условиях, когда в силу утомления другие пути ресинтеза АТФ исчерпали свои возможности.
Запасы КФ не могут быть восполнены в процессе выполнения работы. Для его ресинтеза может быть использована только энергия, высвобождаемая в результате распада АТФ, что оказывается возможным лишь в восстановительном периоде после окончания работы.
Алактатная система, отличаясь очень высокой скорость освобождения энергии, одновременно характеризуется крайне ограниченной ёмкостью. Уровень максимальной алактатной анаэробной мощности зависит от количества фосфатов (АТФ и КФ) в мышцах и скорости их использования. Под влиянием тренировки спринтерского характера показатели алактатной анаэробной мощности могут быть значительно повышены. Под влиянием специальной тренировки мощность алактатной анаэробной системы может быть увеличена на 40 -80 %. Например, спринтерская тренировка в течении 8 недель бегунов привела к увеличению содержания АТФ и КФ в скелетной мышце в состоянии покоя примерно на 10 %.
Под влиянием тренировки в мышцах не только увеличивается количество АТФ и Кф, но и существенно возрастает способность мышечной ткани к их расщеплению. Ещё одной адаптационной реакцией, определяющей мощность алактатной анаэробной системы, является ускорение ресинтеза фосфатов за счёт повышения активности ферментов, в частности креатинфосфокиназы и миокиназы.
Под влиянием тренировки существенно возрастают и показатели максимальной ёмкости алактатной анаэробной стстемы энергообеспечения. Ёмкость алактатной анаэробной системы под влиянием целенаправленной многолетней тренировки иожет возрастать в 2,5 раза. Это подтверждается показателями максимального алактатного О2-долга: у начинающих спортсменов он составляет 21,5 мл/кг, у спортсменов высокого класса может достигать 54,5 мл/кг.
Увеличение ёмкости алактатной энергетической системы проявляется и в продолжительности работы максимальной интенсивности. Так, у лиц не занимающихся спортом, максимальная мощность алактатного анаэробного процесса, достигнутая через 0,5 - 0,7 с после начала работы, может удерживаться не более 7 - 10 с, то у спортсменов высшего класса, специализирующихся в спринтерских дисциплинах, она может проявляться в течение 15 - 20 с. При этом большая продолжительность работы сопровождается и значительно большей её мощностью, что обусловливается высокой скоростью распада и ресинтеза высокоэнергетических фосфатов.
Концентрация АТФ и КФ у мужчин и женщин практически одинакова - около 4 ммоль/кг АТФ и 16 ммоль/кг КФ. Однако общее количество фосфогенов, которые могут использоваться при мышечной деятельности, у мужчин значительно больше, чем у женщин, что обусловлено большими различиями в общем объёме скелетной мускулатуры. Естественно, что у мужчин значительно больше ёмкость алактатной анаэробной системы энергообеспечения.
В заключении следует отметить, что лица с высоким уровнем алактатной анаэробной производительности, как правило, имеют низкие аэробные возможности, выносливость к длительной работе. Одновременно у бегунов на длинные дистанции алактатные анаэробные возможности не только не сравнимы с возможностями спринтеров, но и часто уступают показателям, регистрируемым у лиц, не занимающихся спортом.
Общая характеристика систем энергообеспечения мышечной деятельности
Энергия, как известно, представляет собой общую количественную меру, связывающую воедино все явления природы, разные формы движения материи. Из всех видов энергии, образующейся и использующейся в различных физических процессах(тепловая, механическая, химическая и др.)применительно к мышечной деятельности, основное внимание должно быть сконцентрировано на химической энергии организма, источником которой являются пищевые продукты и её преобразовании в механическую энергию двигательной деятельности человека.
Энергия, высвобождаемая во время расщепления пищевых продуктов, используется для производства аденозинтрифосфата (АТФ), который депонируется в мышечных клетках и является своеобразным топливом для производства механической энергии мышечного сокращения.
Энергию для мышечного сокращения даёт расщепление аденозинтрифосфата (АТФ) до аденозиндифосфата (АДФ) и неорганического фосфата (Ф). Количество АТФ в мышцах невелико и его достаточно для обеспечения высокоинтенсивной работы лишь в течении 1 - 2 с. Для продолжения работы необходим ресинтез АТФ, который производится за счёт энергоотдающих реакций трёх типов. Восполнение запасов АТФ в мышцах позволяет поддерживать постоянный уровень его концентрации, необходимый для полноценного мышечного сокращения.
Ресинтез АТФ обеспечивается как в анаэробных, так и в аэробных реакциях с привлечением в качестве энергетических источников запасов креатинфосфата (КФ) и АДФ, содержащихся в мышечных тканях, а также богатых энергией субстратов (гликоген мышц и печени, запасы липозной ткани и др.). Химические реакции, приводящие к обеспечению мышц энергией протекают в трёх энергетических системах: 1) анаэробной алактатной, 2) анаэробной лактатной (гликолитической), 3) аэробной.
Образование энергии в первых двух системах осуществляется в процессе химических реакций, не требующих наличия кислорода. Третья система предусматривает энергообеспечение мышечной деятельности в результате реакций окисления, протекающих с участием кислорода. Наиболее общие представления о последовательности включения и количественных соотношениях в энергообеспечении мышечной деятельности каждой из указанных систем приведены на рис. 1.
Возможности каждой из указанных энергетических систем определяются мощностью, т. е. скоростью освобождения энергии в метаболических процессах, и ёмкостью, которая определяется величиной и эффективностью использования субстратных фондов.
Рис. 1. Последовательность и количественные соотношения процессов энергообеспечения мышечной деятельности у квалифицированных спортсменов в различных энергетических системах (схема): 1 - алактатной; 2 - лактатной; 3 - аэробной
Любое двигательное действие осуществляется с помощью мышечного сокращения. Но для того, чтобы осуществить двигательное действие, помимо фазы сокращения, необходимо наличие фазы расслабления. Для последовательной смены фаз необходима энергия, именно о ней мы и поговорим в этой статье.
Для начала поверхностно разберем процесс произвольного мышечного сокращения. Этот процесс начинается с формирования двигательного импульса (потенциала действия) в коре головного мозга. Затем этот импульс двигаясь по нейронам достигает «границы» мышечной ткани, преодолевая нервно-мышечный синапс (место перехода двигательного импульса от нервной ткани к мышечной), вызывает серию реакций, заканчивающихся сокращением мышечной ткани. Ключевое место в этом процессе занимает молекула АТФ (аденозинтрифосфорная кислота).
При гидролизе (химическая реакция распада вещества при взаимодействии с водой) АТФ, энергия химической связи преобразуется в механическую энергию, позволяя актин-миозиновому комплексу (ключевой элемент мышечной системы, непосредственно способствующий мышечному сокращению) совершить механическую работу (перемещение).
Для мышечного расслабления, так же необходима энергия гидролиза АТФ, для разрыва связи актин-миозинового комплекса.
Теперь непосредственно поговорим о молекуле АТФ. Для продолжительного осуществления мышечной деятельности необходимо
огромное количество молекул АТФ, мы уже знаем, что эти молекулы занимают центральное место в мышечной деятельности. И тут мы сталкиваемся с главной проблемой энергетического обеспечения – очень малым запасом АТФ в мышечной ткани, около 5 ммоль/кг, этого количества «топлива» хватит на обеспечение работы продолжительностью до 2 секунд.
Для более продолжительной работы, нам необходимо постоянно восполнять запасы АТФ, процесс восполнения запасов АТФ называется ресинтезом АТФ и протекает с потреблением энергии.
Существует три пути ресинтеза АТФ: а) аэробный; б) креатинфосфатный (анаэробный-алактатный); в) гликолитический (анаэробный-лактатный).
Все пути ресинтеза АТФ (энергообеспечения), можно описать количественными критериями: а) максимальная мощность – наибольшее
количество АТФ, которое может образоваться в единицу времени данным путем ресинтеза, измеряется в кал/мин*кг мышечной ткани или Дж/мин*кг мышечной ткани; б) время развертывания – минимальное время, необходимое для выхода данного пути ресинтеза АТФ на свою максимальную мощность, измеряется в единицах времени (секундах, минутах); в) время удержания максимальной мощности – продолжительность функционирования пути ресинтеза АТФ на максимальной мощности, измеряется в единицах времени (секунды, минуты, часы); г) метаболическая емкость – суммарное количество АТФ, произведенное конкретным путем ресинтеза.
Краткая характеристика каждого из путей энергообеспечения (подробные механизмы протекания каждого из путей ресинтеза АТФ в данной статье описываться не будут, т.к. для этого придется использовать много специализированных понятий, что затруднит восприятие материала):
- 1. Аэробный путь ресинтеза АТФ (тканевое дыхание) – базовый путь ресинтеза АТФ, протекающий в митохондриях мышечных клеток. Для протекания данного пути ресинтеза необходимо наличие кислорода, поэтому он называется аэробным.
В ходе тканевого
дыхания от окисляемого вещества отнимается два атома водорода (2 протона и 2 электрона) и по дыхательной цепи передаются на молекулярный кислород (О2), доставляемый в мышцы по кровеносной системе, в результате чего возникает вода.
Благодаря энергии, выделяющейся при образовании воды, происходит синтез АТФ из АДФ (аденозиндифосфат, возникает в результате гидролиза АТФ) и фосфорной кислоты (Н3РО4).
На образовавшуюся молекулу воды приходится три молекулы АТФ (схема 1).
Скорость протекания данного пути ресинтеза АТФ, зависит от содержания в мышечной клетке АДФ, являющийся активатором тканевого дыхания. В покое, когда в мышечных клетках почти нет АДФ, тканевое дыхание функционирует очень медленно.
Данный путь ресинтеза АТФ характеризуется следующими количественными критериями:
- а) максимальная мощность – 350-450 кал/мин*кг.
Сравнивая этот показатель с показателями другимх путей ресинтеза АТФ, тканевое дыхание обладает самой низкой мощностью; - б) время развертывания – 3-4 минуты (у тренированных спортсменов может достигать 1 минуты). Это связано с необходимостью доставки
кислорода в мышцу, для этого необходимо максимальное развертывание дыхательной системы, сердечно-сосудистой системы и системы крови; - в) время работы на максимальной мощности – десятки минут. Такое продолжительное время поддержания максимальной мощности объясняется тем, что предшественниками окисляемого вещества могут выступать и углеводы и жиры и даже
аминокислоты; - г) метаболическая емкость – образуется огромное количество молекул АТФ, это возможно благодаря очень глубокому окислению веществ и длительному времени функционирования данного пути ресинтеза АТФ.
- а) максимальная мощность – 350-450 кал/мин*кг.
- 2. Креатинфосфатный (анаэробный-алактатный) путь ресинтеза АТФ – путь ресинтеза АТФ, обеспечивающий мышцы энергией до выхода аэробного пути на максимальную мощность и при выполнении работы высокой мощности. Содержание креатинфосфата в
мышечных клетках в состоянии покоя – 15-20 ммоль/кг.
Креатинфосфат относится к группе так называемых макроэргических соединений, обладая огромной энергией химических связей. Еще
одной важной характеристикой креатинфосфата является его высокое сродство к АДФ, как мы уже знаем, количество АДФ при физической работе возрастает. В результате химической реакции, остаток фосфорной кислоты с креатинфосфата переходит к АДФ,
образуя АТФ и креатин (схема 2).
Данный путь ресинтеза АТФ характеризуется следующими критериями:
- а) максимальная мощность – 900-1100 кал/мин*кг. Это в три раза выше чем при аэробном ресинтезе. Такая высокая мощность обусловлена высокой активностью ферментов, обеспечивающих протекание данной химической реакции;
- б) времяразвертывания – 1-2 секунды. Запаса АТФ в мышцах как раз хватает на это время. Такое быстрое развертывание объясняется механизмами регуляции данного пути ресинтеза АТФ, при достижении двигательным импульсом мышечной клетки, происходит высвобождение ионов Ca++ из своих депо, их концентрация в клетке увеличивается в 1000 раз, именно ионы Ca++ регулируют скорость протекания креатинкиназной реакции;
- в) время работы с максимальной мощностью – до 10 секунд, это связано с небольшим исходным запасом креатинфосфата в мышцах и высокой скоростью его расходования;
- г) метаболическая емкость – меньше чем у аэробного пути ресинтеза АТФ, это определяется малым временем функционирования с максимальной мощностью.
Теперь затронем вопрос соотношения между тремя путями ресинтеза АТФ. Исходной переменной, от которой будет зависеть вовлеченность каждого из процессов энергообеспечения, выступает мощность выполняемой работы. Чем выше мощность работы, тем больше количества АТФ необходимо произвести в единицу времени. Самое большое количество АТФ в единицу времени производится в процессе креатинфосфатной реакции, ее показатель лежит в диапазоне от 900 до 1100 кал/мин*кг. На втором месте по этому показателю находится гликолитический механизм энергообеспечения, его показатель приблизительно равен 800 кал/мин*кг.
Самым низким показателем максимальной мощности процесса энергообеспечения обладает аэробный механизм, примерно 400 кал/мин*кг. Энергообеспечение не может обеспечиваться исключительно одним из рассматриваемых механизмов в чистом виде, при работе любой мощности, все пути ресинтеза АТФ внося свой вклад в энергообеспечение, но в зависимости от мощности, один из
механизмов является ведущим.
Например, выполняя работу максимальной мощности, ведущим механизмом энергообеспечения будет выступать креатинфосфатный путь ресинтеза АТФ, как только будет исчерпан потенциал данного механизма энергообеспечения, нам придется снизить мощность выполняемой работы, либо прекратить ее выполнение.В качестве примера, хорошо иллюстрирующего вышесказанное, представьте, что вы хотите пробежать 3000 метров, удерживая максимальную скорость, вы вышли на стартовую линию и по сигналу стартового пистолета начали свой бег. На первых метрах дистанции, вы уверенно набираете скорость, энергетический запрос на выполнение данной работы возрастает.
Набрав максимальную скорость, примерно к 60 метру, вы чувствуете, что бежать быстрее не получается и стараетесь удерживать максимальную скорость, в этот момент, ваш энергетический запрос стабилизировался, а механизмы энергообеспечения вышли на максимальную мощность.
И вдруг, вы почувствовали, примерно на 110 метре дистанции, что вы больше не можете удерживать максимальную скорость, вы начинаете замедляться, именно в этот момент, вы попадаете в так называемую зону метаболического перехода, когда механизм энергообеспечения, прежде обеспечивающий поддержание максимальной мощности работы исчерпал свой ресурс, энергообеспечение «передается» следующему механизму, гликолитическому процессу, обладающего меньшей максимальной мощностью энергообеспечения.
Спустя еще несколько минут, 2-3 минуты, вы заметите, что ваша скорость продолжает снижаться, энергообеспечение переходит в «руки» аэробного процесса. К концу дистанции, ведущим путем ресинтеза АТФ уже будет выступать аэробный механизм.
В начале дистанции, развив максимальную скорость, энергообеспечение нашей работы, обеспечивалось креатинфосфатным путем ресинтеза АТФ, котрый обладает самым высоким уровнем максимальной мощности, а заканчивали дистанцию, используя аэробное энергообеспечение, обладающее наименьшей мощностью.В данном случае, мы не учитываем финишный рывок (спурт), который выполняется за счет креатинфосфатного пути, успеваюшего частично восстановить свой потенциал, пока мы находились в зоне аэробной работы. Схематично, вышесказанное можно представить следующим образом (схема 4).
сектор 3 – место метаболического перехода между гликолитическим и аэробным энергообеспечением; штриховой линией обозначается суммарная выработка АТФ" alt=" Примечание:
ось Х – время, с, мин (размерность не соблюдена);
ось У – мощность энергопроизводства, кал/мин*кг;
сектор 1 – место выхода креатинфосфатного пути энергообеспечения на максимальную мощность;
сектор 2 – место метаболического перехода между креатинфосфатным и гликолитическим механизмами энергообеспечения;
сектор 3 – место метаболического перехода между гликолитическим и аэробным энергообеспечением; штриховой линией обозначается суммарная выработка АТФ" src="https://4sport.ua/_upl/2/1445/4_1444905645.jpg">
Примечание:
ось Х – время, с, мин (размерность не соблюдена);
ось У – мощность энергопроизводства, кал/мин*кг;
сектор 1 – место выхода креатинфосфатного пути энергообеспечения на максимальную мощность;
сектор 2 – место метаболического перехода между креатинфосфатным и гликолитическим механизмами энергообеспечения;
сектор 3 – место метаболического перехода между гликолитическим и аэробным энергообеспечением; штриховой линией обозначается суммарная выработка АТФТеперь, когда мы имеем общее представление об энергообеспечении мышечной деятельности, можно осуществить перенос общих знаний в рамки спортивного скалолазания, используя дидактический принцип «от общего к частному». Рассмотрим энергообеспечение в трех, основных соревновательных дисциплинах спортивного скалолазания, в боулдеринге, трудности и скорости.
Но для рассмотрения картины энергообеспечения, нам необходимо ввести новое понятие – «мощность удержания зацепа». Это понятие актуально тем, что даже два одинаковых зацепа, расположенных на плоскостях с разными углами наклона, могут отличаться по показателю энергетического запроса для одного спортсмена. В данном случае, описанное выше положение, является исключительно моим субъективным допущение и безусловно требует экспериментального (констатирующего) подтверждения с использованием инструментальных методов. Мощность удержания зацепа занимает центральное место в описании процессов энергообеспечения.
Дальнейшая разработка данного понятия, может привести к использованию данного понятия, как одного из объективных параметров трассы, на сегодняшний день трассы оцениваются субъективно. Мощность удержания зацепа зависит от многих переменных, например, от массы спортсмена, от способа удержания зацепа, от технической подготовленности спортсмена и других. В дальнейшем данное понятие можно будет использовать, например, для оценки технической подготовленности спортсменов.
Боулдеринг, дисциплина, с которой мы начнем описание процессов энергообеспечения. Задача в боулдеринге – пройти серию коротких, но очень сложных трасс. Еще одно понятие, которое мы будем активно использовать – спортивное (соревновательное, специализированное) упражнение, есть процесс прохождения конкретного маршрута в боулдеринге, трудности или скорости, с соблюдением соревновательных условий.
Когда мы проходим предельную для себя боулдеринговую трассу, мышцы – сгибатели пальцев развивают максимальную силу, чтобы удерживать зацепы, соответственно развивается максимальная для нас мощность удержания зацепа. Удерживая такую зацепу даже три секунды, чтобы, например, перенести ногу, в наших мышцах должно ресентезироваться определенное количество АТФ, мы делаем следующий перехват и удерживаем следующую зацепу еще 2 секунды и срываемся, наша система энергообеспечения не смогла предоставить необходимое количество энергии (количество АТФ) для дальнейшего удержания зацепа.Как правило процесс преодоления соревновательной трассы в боулдеринге занимает небольшое количество времени, приблизительно 30 секунд, это время зависит от параметров трассы. Неудачные попытки занимают еще меньше времени. Поэтому энергообеспечение в боулдеринге осуществляется креатинфосфатным и частично гликолитическим путями ресинтеза АТФ В трудности дело обстоит иначе, задача в трудности сводится к преодолению длинной соревновательной трассы, 50-60 зацепов (финалы Кубков мира).
Время, затрачиваемое спортсмена на преодоление такой трассы, приблизительно 5-6 минут.
Мощность удержания отдельных зацепов ниже по сравнению с боулдерингом, исключения могут составлять ключевые участки трассы. Поэтому энергообеспечение осуществляется преимущественно гликолитическим процессом, мышцы – сгибатели пальцев в момент срыва «забиты» (утомлены), чувствуется жжение, оно связано с накоплением в мышце продукта гликолитического энергообеспечения – молочной кислотой.
Мышцы «набухают», это результат смещения водородного показателя (рН) внутри мышечной клетки в кислую сторону, вызывающего изменение проницаемости «стенок» клетки для молекул воды и вода из межклеточного пространства стремиться внутрь клетки.
В скоростном лазании спортсмены развивают высочайшую мощность, пробегая эталонную трассу за 5,6 секунды, спортсмен массой 70 кг развивает мощность в 1839 Вт. Поэтому энергообеспечение в скоростном лазании обеспечивается креатинфосфатным путем ресинтеза АТФ.В заключительной части статьи поговорим о том, какими способами можно повысить эффективность энергообеспечения на тренировочных занятиях. Эффективность энергообеспечения можно повысить совокупностью двух показателей, первый показатель – мощность процесса энергообеспечения, повышается за счет увеличения ферментативной активности в том или ином процессе энергообеспечения, второй показатель – емкость механизма энергообеспечения, повышается за счет увеличения концентрации продуктов, принимающих участие в окислительных процессах того или иного пути ресинтеза АТФ.
Результатом тренировок, направленных на повышение эффективности креатинфосфатного пути ресинтеза АТФ станет: увеличение концентрации в мышцах креатинфосфата и повышение активности фермента креатинкиназы в совокупности это приведет к повышению так называемого алактатного кислородного долга.
Результатом тренировок, направленных на повышение эффективности гликолитического пути ресинтеза АТФ станет: увеличение концентрации в мышечных клетках внутримышечного гликогена и повышение активности основных ферментов гликолиза – фосфорилазы и фосфофруктокиназы. Так же повысится резистентность (нечувствительность) тканей к снижению водородного показателя (рН), повысится эффективность буферных систем крови.
Ни в коем случае нельзя забывать о тренировке аэробного механизма энергообеспечения. Это очень важно, для представителей всех специализаций. В трудности аэробный механизм помогает восстановить концентрацию креатинфосфата в местах «отдыха» на трассе, хорошо развитые дыхательная и сердечно-сосудистая системы и система крови помогут утилизировать часть лактата. В боулдеринге, аэробный механизм так же помогает восстановить потенциал креатинфосфатного пути ресинтеза АТФ в перерыве между попытками и трассами (в рамках соревнований). В скоростном лазании, аэробный компонент полезен в случаях перестартовок, обеспечивая восстановление ведущего пути ресинтеза АТФ для данного соревновательного упражнения.
Задача данной статьи – познакомить с механизмами энергообеспечения мышечной деятельности, многие аспекты, затронутые в ней, раскрыты поверхностно, т.к. статья ориентирована на широкий круг читателей. Методики воспитания отдельных видов выносливости будут описаны в следующих статьях.
Все замечания и пожелания можно оставлять в комментариях или отправлять лично автору на электронный адрес: [email protected]
Моя статья о работе энергетических систем будет полезной тем, кто ходит на семинары инструкторов тренажёрного зала или групповых программ. Многие эту тему не понимают или понимают неправильно. Ниже я вкратце попытался разъяснить принцип включения различных систем в энергообеспечение физических нагрузок.
Д.А.Жабкин
РАБОТА ЭНЕРГЕТИЧЕСКИХ СИСТЕМ ОРГАНИЗМА ПРИ АЭРОБНЫХ ФИЗИЧЕСКИХ НАГРУЗКАХ
Общая характеристика энергетических систем организма
Для любого физиологического процесса в организме, требуется энергия. При мышечной деятельности происходит процесс преобразования химической энергии в механическую работу. Универсальным источником энергии в живом организме является молекула АТФ. Под действием фермента Ca 2+ -АТФ-азы АТФ гидролизуется, отсоединяя фосфатную группу в виде ортофосфорной кислоты, и превращается в АДФ, при этом высвобождается энергия.
АТФ + H 2 O → АДФ + H 3 PO 4 + 7,3 ккал (или 30 кДж)
Запас молекул АТФ в мышце ограничен (около 5 ммоль*кг-1 сырой массы ткани), что может обеспечить выполнение интенсивной работы в течение очень короткого времени (0,5-1,5 секунды или 3-4 одиночных сокращения максимальной силы). Поэтому расход энергии при работе мышцы требует постоянного его восполнения.
Дальнейшая мышечная работа происходит благодаря быстрому ресинтезу АТФ из продуктов её распада и такого количества энергии, которое выделилось при распаде:
АДФ + H 3 PO 4 + 7,3 ккал → АТФ
Мышца имеет 3 основных источника воспроизводства энергии:
1. Богатые энергией фосфатосодержащие вещества, которые присутствуют в тканях (АДФ, креатинфосфат);
2. Богатые энергией фосфатосодержащие вещества, которые образуются в процессе катаболизма гликогена, жирных кислот и других энергетических субстратов (дифосфоглицериновая кислота, фосфопировиноградная кислота и др.);
3. Энергия протонного градиента на мембране митохондрий, образующаяся в результате окисления различных веществ.
В зависимости от того, с помощью какого биохимического процесса поставляется энергия для получения молекул АТФ, выделяют 4 механизма ресинтеза АТФ в тканях или энергетические системы организма.
Для того, чтобы понять основные отличия энергетических систем, пользуются следующими характеристиками:
Ёмкость энергетической системы – это количество АТФ, способное образоваться за счёт данной системы.
Мощность энергетической системы – это количество АТФ, производимое системой за единицу времени.
Скорость развёртывания – время достижения максимальной мощности системы от начала работы.
Метаболическая эффективность – та часть энергии, которая накапливается в макроэргических связях АТФ. Она определяет экономичность выполняемой работы и оценивается коэффициентом полезного действия.
Таблица 1. Общая характеристика энергетических систем
| система | мощность, дж*кг*мин -1 | максимальная мощность | ёмкость, кДж*кг -1 | субстраты | основное ограничение | существенная роль | время восстановления |
|---|---|---|---|---|---|---|---|
| Фосфогенная | 3770 | 6-12 секунд, Время развёртывания: 0,5-0,7 сек | 630 | АТФ, КФ | содержание КФ | интенсивная кратковременная работа 2-30 сек | 40-60 мин |
| Лактатная | 2500 | 60-180 секунд Время развёртывания: через 20-40 сек | 1050 | глюкоза, гликоген | накопление молочной кислоты | кратковременная интенсивная работа от 3 сек до 3-х минут | 2-5 час |
| Аэробная | 1250 | 6-10 минут. Время развёртывания: через 2-3 мин | ∞ | глюкоза, гликоген | количество гликогена, скорость доставки О 2 | 5-24 час | |
| жирные кислоты | скорость доставки О 2 | Сутки, несколько суток |
Данные в таблице 1 получены путём измерения данных показателей у высококвалифицированных спортсменов. У нетренированных людей данные значения ниже.
Теперь остановимся поподробнее на отдельных энергетических системах.
Креатинфосфатная (фосфогенная, алактатная) система
АТФ в этой системе образуется в результате реакции Ломана, которая происходит в присутствии фермента креатинфосфаткиназы.
АДФ + КреатинФосфат → АТФ + креатин
Запасы креатинфосфата в волокне в 3-4 раза выше, чем АТФ. Но этого количества хватает для использования его в качестве источника энергии только на начальном этапе работы мышцы в первую минуту, до момента активизации других более мощных источников. По окончании работы мышцы реакция Ломана идет в обратном направлении, и запасы креатинфосфата в течение нескольких минут восстанавливаются.
Эта система определяет алактатную работоспособность мышц.
Максимальная алактатная мощность зависит от:
1. концентрации и активности фермента креатинфосфаткиназа (переносящего фосфатную группу с креатинфостфата на АДФ).
2. концентрации креатинфосфата.
Длительность удержания максимальной алактатной мощности составляет 6-12 секунд.
Алактатная емкость зависит от запасов креатинфосфата в мышце.
Эффективность креатинфосфаткиназной реакции очень велика (76%), так как реакция протекает непосредственно между двумя веществами на миофибриллах.
Лактатная (гликолитическая, лактацидная) система
Гликолиз – это процесс распада одной молекулы глюкозы на две молекулы молочной кислоты с выделением энергии, достаточной для фосфорилирования двух молекул АТФ, протекает в саркоплазме под воздействием 10 ферментов.
C 6 H 12 O 6 + 2H 3 PO 4 + 2АДФ → 2C 3 H 6 O 3 + 2АТФ + 2H 2 O
Гликогенолиз – это процесс распада гликогена.
N + 3H 3 PO 4 + 3АДФ → 2C 3 H 6 O 3 + n-1 + 3АТФ + 2H 2 O
Для работы этой системы используются в основном внутримышечные запасы гликогена, а также глюкоза, поступающая из крови.
Гликолиз протекает без потребления кислорода и способен быстро восстанавливать запасы АТФ в мышце. Достигает максимума через 30-40 секунд интенсивной работы.
Эта система определяет лактатную работоспособность мышц.
Максимальная лактатная мощность определяется главным образом концентрацией и активностью ключевых ферментов гликолиза, которые зависят от:
1. устойчивости ферментов гликолиза к повышению кислотности среды, которая ингибирует их активность.
2. устойчивости кислотно-щелочного равновесия внутренней среды мышц, в условиях усиленной выработки молочной кислоты.
Время удержания максимальной мощности данного метаболического процесса составляет 60-180 секунд.
Гликолитическая емкость определяется главным образом запасами гликогена в мышцах, гликоген печени для процессов гликолиза не обладает достаточной мобильностью.
Метаболическая эффективность гликолиза оценивается значениями КПД порядка 0,35-0,52. Это означает, что почти половина всей выделяемой энергии превращается в тепло и не может быть использована в работе.
Умеренный сдвиг pH в кислую сторону активирует работу ферментов дыхательного цикла в митохондриях и усиливает аэробное энергообразование.
Значительное накопление молочной кислоты, появление избыточного СО 2 , изменение рН и гипервентиляция лёгких, отражающие усиление гликолиза в мышцах, обнаруживаются при увеличении интенсивности нагрузки более 50% максимальной аэробной мощности. Этот уровень нагрузки обозначается, как порог анаэробного обмена (ПАНО). Чем раньше он будет достигнут, тем быстрее вступит в действие гликолиз, сопровождающийся накоплением молочной кислоты и последующим развитием утомления работающих мышц.
Величина ПАНО является важным показателем эффективности энергообразования в мышцах, роста степени тренированности, который широко используется при биохимическом контроле функционального состояния спортсмена. С ростом степени тренированности на выносливость ПАНО увеличивается, т.е. наступает при более интенсивной работе.
Миокиназная реакция
«Аварийный» путь ресинтеза АТФ:
АДФ + АДФ → АТФ + АМФ
Происходит в мышцах при значительном увеличении концентрации АДФ в саркоплазме. Такая ситуация возникает при выраженном мышечном утомлении, когда другие пути ресинтеза АТФ уже не справляются.
Эта реакция так же обратима и используется для поддержания постоянного уровня АТФ в мышцах.
Аэробная (кислородная, окислительная) система.
В обычных условиях аэробный механизм ресинтеза АТФ обеспечивает около 90% общего количества АТФ, ресинтезируемой в организме.
Окисление протекает в митохондриях под воздействием специальных ферментов и требует затрат кислорода, а соответственно и времени на его доставку. Такие процессы называются аэробными. Окисление происходит в несколько этапов, сначала идет гликолиз (см. выше), но образовавшиеся в ходе промежуточного этапа этой реакции две молекулы пирувата не преобразуются в молекулы молочной кислоты, а проникают в митохондрии, где окисляются в цикле лимонной кислоты до углекислого газа и воды, давая энергию для производства еще 36 молекул АТФ.
C 6 H 12 O 6 + 6O 2 + 38АДФ + 38H 3 PO 4 → 6CO 2 + 44H 2 О + 38АТФ
Итого распад глюкозы по аэробному пути дает энергию для восстановления 38 молекул АТФ. Т.е. окисление в 19 раз эффективнее гликолиза. Если во время гликолиза организм усваивает в виде АТФ лишь 3% энергии, заложенной в молекуле глюкозы, то при аэробном окислении этот показатель равен 55% (включая те самые 3%). К тому же аэробное окисление может использовать более энергоемкие субстраты, такие как жиры, которые дают в 2 раза больше энергии, чем то же количество углеводов.
Субстратами окисления являются любые органические вещества: белки, жиры, углеводы. Долевое участие будет зависеть от характера работы:
Эта система определяет аэробную работоспособность мышц.
Максимальная аэробная мощность зависит главным образом от:
1. плотности митохондрий в мышечных волокнах;
2. концентрации и активности окислительных ферментов;
3. скорости поступления кислорода вглубь волокна.
Объем кислорода доступного для окислительных реакций лимитируется:
1. состоянием кардио-респираторной системы;
2. капилляризация мышц;
3. концентрация миоглобина;
4. диаметр мышечного волокна (чем меньше диаметр волокна, тем лучше оно снабжается кислородом и тем выше его относительная аэробная мощность).
Показатель количества кислорода, усваиваемого единицей массы тела за единицу времени – МПК (максимальное потребление кислорода).
Скорость производства АТФ за счет окисления достигает максимальных значений на 2-3-й минуте работы, что связано с необходимостью развертывания множества процессов, обеспечивающих доставку кислорода к митохондриям. Время удержания максимальной аэробной мощности составляет примерно 6 минут, в дальнейшем аэробная мощность снижается по причине усталости всех активно работающих систем организма.
Аэробная ёмкость очень высокая, т.к. для окисления используются любые органические вещества.
Метаболическая эффективность этого механизма – около 50%. Она определяется по ПАНО: у нетренированных людей ПАНО наступает при потреблении кислорода примерно 50% от МПК, а у высокотренированных на выносливость – при 80-90% от МПК.
Общая характеристика аэробных физических нагрузок
В спортивный практике к упражнениям аэробного характера относят длительные физические упражнения, где относительный вклад аэробного процесса в затратах энергии превышает 70%.
К аэробным циклическим упражнениям (по Я.М.Коцу, 1986) относятся:
1. упражнения максимальной аэробной мощности (3-10 минут);
2. упражнения близкой к максимальной аэробной мощности (10-30 минут);
3. упражнения субмаксимальной аэробной мощности (30-80 минут);
4. упражнения средней аэробной мощности (80-120 минут);
5. упражнения малой аэробной мощности (более 120 минут).
Аэробный механизм является основным при таких видах спорта, как: бег на дистанции 5-25 км, велогонки, плавание на 800-1500 м, бег на коньках на 5-10 км и др.
Ёмкость аэробного механизма, которая в значительной степени определяется запасами гликогена в скелетных мышцах и печени, а также уровнем утилизации кислорода мышцами, существенно повышается уже в течение 1,5-2 месяцев тренировки на выносливость.
Мощность аэробного механизма, которая зависит от МПК и активности окислительных ферментов, также увеличивается в процессе адаптации к мышечной деятельности через 2-3 месяца тренировок.
Аэробная направленность физических нагрузок происходит, как правило, в зоне умеренной мощности. При этом упражнения выполняются при максимуме аэробного производства энергии.
Кислородный запрос может достигать 500-1500 л, кислородный долг не превышает 5 л (до 10%). Содержание молочной кислоты в крови составляет 0,6-0,8 г*л-1. В ходе работы она может извлекаться тканями и аэробно окисляться в них.
Вследствие усиленного использования запасов гликогена в печени, содержание глюкозы в крови становится ниже 0,8 г*л-1. В моче в значительном количестве появляются продукты распада белков. Отмечается потеря организмом воды и минеральных солей.
Основными упражнениями для развития аэробных процессов энергообеспечения будут физические нагрузки, относящиеся к зоне большой и умеренной мощности с интенсивностью работы на уровне ПАНО и 100% МПК.
Работа энергетических систем во время аэробной физической нагрузки
Для большей вариабельности рассмотрим несколько вариантов аэробной физической нагрузки.
При беге на длинные дистанции (5 и 10 км) аэробное окисление углеводов является основным механизмом энергообеспечения работы, так как на его долю приходится до 87% общих затрат энергии на дистанции 5 км и 97% на дистанции 10 км.
Вклад анаэробных источников на этих дистанциях также достаточно большой. Он может достигать 15% общих затрат энергии и играет важную роль при финишном ускорении, приносящем победу при беге на длинные дистанции.
Наиболее значительным фактором, влияющим на выносливость, является кислородное снабжение работающих мышц, поскольку потребление кислорода во время бега поддерживает максимальную скорость окисления углеводов. Порог анаэробного обмена у стайеров при работе достигается при 75-90% МПК.
При марафонском беге затраты энергии восполняются исключительно за счёт аэробного процесса. Погашение этих затрат невозможно только за счёт окисления углеводов из-за недостаточности запасов гликогена в работающих мышцах спортсмена, поэтому значительная часть энергии образуется за счёт окисления жиров, на долю которых может приходится от 10 до 50% общих затрат энергии.
Вклад жиров на длинных и сверхдлинных дистанциях у высокотренированных бегунов с большими запасами гликогена в работающих мышцах составляет 12-20%, у нетренированных бегунов – более 80%. Всего на дистанции марафонского бега окисляется около 300 г жиров.
Использование жиров в качестве источника энергии менее эффективно по сравнению с окислением углеводов, так как происходит с более низкой скоростью и с большим потреблением кислорода.
Рис 2. Механизмы энергообеспечения бега на 10 000 м и марафонского бега (пунктирная черта показывает момент исчерпания запасов гликогена)
При длительной работе наряду с увеличением использования в энергетическом обмене жиров может происходить новообразование углеводов из веществ неуглеводной природы (глюконеогенез).
Основным субстратом глюконеогенеза являются аминокислоты, часть которых накапливается в мышце при работе в результате распада тканевых белков.
Рассмотрим, как включаются в работу энергетические системы во время аэробных физических нагрузок.
Таблица 2. Вклад различных источников энергии в обеспечение ресинтеза АТФ при беге в аэробном режиме работы (в %).
| Дистанция, м | Креатинфосфат | Анаэробное окисление гликогена мышц | Аэробное окисление гликогена мышц | Глюкоза крови (гликоген печени) | Жирные кислоты |
|---|---|---|---|---|---|
| 1500 | Минимальный | 25 | 75 | - | - |
| 5000 | Минимальный | 12,5 | 87,5 | - | - |
| 10000 | Минимальный | 3 | 97 | - | - |
| Марафон | - | - | 75 | 5 | 20 |
| Супермарафон (84 км) | - | - | 35 | 5 | 60 |
| 24-часовой забег | - | - | 10 | 2 | 88 |
При переходе из состояния покоя к мышечной деятельности потребности в кислороде возрастает в несколько раз, но сразу она не может быть удовлетворена. Необходимо время, чтобы усилилась деятельность кардиореспираторной системы, чтобы кровь, обогащённая кислородом смогла дойти до работающих мышц. По мере усиления активности работы этих систем постепенно увеличивается потребление кислорода в работающих мышцах. Скорость потребления кислорода увеличивается до тех пор, пока не наступит истинное устойчивое состояние метаболических процессов, при котором потребление кислорода в данный момент времени точно соответствует потребности организма в нём (кислородному запросу).
До этого момента потребность организма в энергии обеспечивается большей частью за счёт работы анаэробных энергетических систем. Как мы уже отмечали выше, скорость развёртывания креатинфосфатной системы до полной мощности – доли секунды, лактатной – около половины минуты. В зависимости от того, какой кислородный запрос работы имеет нагрузка, кислородный дефицит на начальном её этапе восполняется за счёт разного участия анаэробных систем, но в любом случае развёртывания этих систем на полную мощность при нагрузках аэробного характера не требуется. В результате происходит накопление в организме недоокисленных продуктов анаэробного распада.
Рис 3. Кислородный приход, кислородный дефицит и кислородный долг при аэробной работе (а) лёгкой, (б) тяжёлой интенсивности. 1 – быстрый, 2 – медленный компоненты кислородного долга.
При работе в устойчивом состоянии часть анаэробных метаболитов может окисляться за счёт усиления аэробных реакций в процессе работы, а другая их часть устраняется после работы.
При выполнении работы с уровнем запроса около 50% МПК прирост концентрации молочной кислоты невелик (до 0,4-0,5 г/л), а при выполнении продолжительных нагрузок с уровнем запроса 50-85% МПК, возрастает до 1-1,5 г/л. Концентрация молочной кислоты значительно возрастает в первые 2-10 минут работы, а затем либо остаётся на прежнем уровне, либо снижается. То есть максимальная концентрация молочной кислоты в крови наблюдается до тех пор, пока не установилось устойчивое состояние, создающее условия для аэробного её окисления.
Для восстановления энергетических источников и окисления недоокисленных продуктов требуется дополнительное количество кислорода, поэтому некоторое время после окончания работы потребление его продолжает оставаться повышенным по сравнению с уровнем покоя. Этот излишек потребления кислорода в период восстановления получил название «кислородный долг».
Кислородный долг всегда больше кислородного дефицита. Чем больше интенсивность и продолжительность работы, тем кислородный долг выше.
После работы в устойчивом состоянии кислородный долг наполовину восполняется уже за 30 секунд, а полностью через 3-5 минут. После интенсивной работы «погашение» долга происходит в две фазы.
Быстрый (алактатный) компонент кислородного долга включает то количество кислорода, которое необходимо для ресинтеза АТФ и креатинфосфота. Он характеризует вклад креатинфосфатной энергетической системы в обеспечении выполненной работы.
Медленный (лактатный) компонент кислородного долга включает то количество кислорода, которое необходимо для окисления образовавшейся молочной кислоты при выполнении работы. Его величина характеризует участие лактатной энергетической системы, а при длительной работе – и других процессов, долю которых оценить весьма затруднительно. Медленный компонент устраняется наполовину за 15-25 минут, а полностью – за 1,5-2 часа.
Подводя итог, хочется отметить следующее:
Во время аэробной физической нагрузки работают все энергетические системы организма, но подавляющую роль играет аэробная система;
Все системы начинают работать одновременно с началом нагрузки, но за счёт разной скорости развёртывания процессов энергообразования, аэробная система полностью обеспечивает кислородный запрос не сразу, и на начальном этапе (несколько минут) кислородный приход компенсируют анаэробные энергетические системы.
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ
1. Волков Н.И., Несен Э.Н., Осипенко А.А., Корсун С.Н. Биохимия мышечной деятельности – Киев: Олимпийская литература, 2000
2. Граевская Н.Д., Долматова Т.И. Спортивная медицина: Курс лекций и практические занятия. В 2х частях. – М.: Советский спорт, 2004
3. Ким Н.К., Дьяконов М.Б. Фитнес. Учебник – М.: Советский спорт, 2006
4. Макарова Г.А. Медицинский справочник тренера – М.: Советский спорт, 2004
5. Руненко С.Д. Фитнес: мифы, иллюзии, реальность – М.: Советский спорт, 2005
6. Протасенко В.А. Думай! Или "Супертренинг" без заблуждений, - журнал «Мускуляр», 2001
7. Хоули Э., Дон Френкс Б. Руководство инструктора оздоровительного фитнеса – Киев. Олимпийская литература, 2004
Глава 6. Основы энергообеспечения мышечной деятельности в контактных стилях единоборств
Вы наблюдаете за поединком. Отмечаете начало, спортсмены проводят ложные выпады, постоянно двигаются, готовят атаки, защищаются. Неожиданно один из спортсменов взрывается и наносит серию ударов в разные уровни. Попадает, развивает успех, прибавляет темп и вдруг встает. В конце схватки значительно потерял в легкости, дыхание учащенное и начало атак стало заметно. Что происходит? Какие энергетические процессы произошли, и почему так реагирует организм на соревновательную нагрузку. Ответ в энергообеспечении мышечной деятельности.
Тренировочное воздействие на мышечную систему влечет за собой изменения в энергообеспечении движений. Неоспоримо, что существуют общепринятые модельные характеристики соревновательной техники. Специалисты, тренеры, спортсмены, ученые имеют свое представление об учебно-тренировочном процессе и используют знания, умения и опыт на практике. В общем, модельные параметры спортсмена-единоборца понятны всем. У каждого тренера свой стереотип мышления. И каждый старается под свой стереотип подстроить процесс подготовки спортсмена. В большинстве случаев предпочтение отдается скоростно-силовым параметрам, некоторые развивают специальную выносливость, кто-то делает упор на технику и тактику. Цель одна – спортивный результат.
В этой главе подробно изложены механизмы энергообеспечения мышечной деятельности применительно к контактным ударным единоборствам.
Поединок в тхэквондо длится шесть минут и состоит из трех раундов по две минуты с минутой отдыха между раундами. В каратэ поединок длится три минуты и если победитель не определился, то после решения судей добавляется еще две минуты. В кикбоксинге три раунда по две минуты с минутой отдыха между раундами. Из этого можно сделать вывод, что поединок поддерживается анаэробными энергетическими процессами.
Для совершения физической нагрузки различной интенсивности необходима энергия, обеспечивающая процесс мышечного сокращения. В организме существует несколько систем синтеза энергии, которые используются для обеспечения того или иного вида физической нагрузки. Все эти системы объединяет то, что конечным энергетическим субстратом является аденозинтрифосфорная кислота (АТФ). Существует несколько механизмов синтеза АТФ: с использованием кислорода (аэробный путь), без использования кислорода (анаэробный путь), а также с образованием или без образования молочной кислоты (лактата).
Рассмотрим механизмы энергообеспечения мышечной деятельности.
Первое Основу оценочного действия, качественного удара составляют БС-волокна. Не секрет, удар или серия ударов осуществляется за короткий промежуток времени. Не маловажную роль играет биомеханика движения, но суть удара в силе, скорости и точности. Необходимо развить максимальную мощность за минимальный промежуток времени.
Стартовое движение вообще, будь то прыжок, удар, поднятие тяжестей осуществляется за счет креатиновой энергетики. И называется анаэробная алактатная система (АТФ – креатин). Эта система типична для кратковременных усилий и является основной при предельных нагрузках скоростно-силового характера. По этому пути осуществляется энергообмен при выполнении работы очень высокой интенсивности (спринт, прыжки в высоту, поднятие тяжестей и т. д.). А также во всех случаях, когда мы стартуем внезапно из состояния покоя и наши мышцы начинают расходовать небольшое количество АТФ, накопленной в мышечных волокнах, а затем АТФ образуется благодаря креатинфосфату (КрФ), содержащему одну молекулу креатина и одну молекулу фосфата, которые соединены с помощью энергообразующей связи (-*-): Креатин – *-Р
При разрыве этой связи выделяется энергия, используемая для ресинтеза АТФ из АДФ и фосфата.
Эта система называется анаэробной, поскольку в ресинтезе не участвует кислород, и алактатной, поскольку молочная кислота не образуется. Количество АТФ, которое может образоваться в этом случае (примерно в четыре раза больше запаса АТФ), ограничено, так как запасы креатинфосфата в мышечных волокнах невелики. Они истощаются через 6-9секунд.
Оптимальная тренировка креатинфосфатной системы
Основной целью развития креатинфосфатной системы является увеличение содержания креатинфосфата в мышцах. Это достигается совершением тренировочной работы высокой интенсивности в 80–90 % от максимальной. Продолжительность выполняемых упражнений очень короткая от 5-10 до 20 секунд, а интервалы между повторным выполнением нагрузки должны быть достаточно продолжительными (от 1 мин. и более). Так как такие виды тренировок осуществляются с высокой ЧСС, то они могут быть рекомендованы только спортсменам с достаточной степенью тренированности сердечно-сосудистой системы, и, соответственно, их нежелательно использовать у спортсменов старших возрастных групп.
Второе Кратковременную мышечную работу, в контактных стилях единоборств: тхэквондо, каратэ и кикбоксинге продолжительностью до 3 минут осуществляет анаэробная лактатная система. Именно тренировка анаэробной лактатной системы способствует качественному выполнению взрывных мощных ударов руками и ногами в поединке, которые длится до трех минут с небольшими паузами отдыха.
Энергетический обмен при длительном выполнении упражнений в основном удел аэробных реакций, но анаэробные процессы тоже играют немалую роль. Например, переход из состояния покоя к действию (движению) всегда связан с усилением кислородного запроса. Но органы кислородного снабжения «тяжелы на подъем», они не могут быстро включиться в работу с максимальной интенсивностью. Здесь и выручает способность работать в условиях кислородной задолженности, так как накопить кислорода в организме можно немного: всего 400–500 мл в легких, 900-1000 – в крови, 300–400 – в мышцах и межтканевой жидкости. Увы, таких запасов хватает лишь на несколько секунд упражнений. (В организме имеется также механизм накопления кислорода в виде супероксидов или перекисных соединений. Этот механизм, вероятнее всего, используют йоги).
При физической работе, при воздействии патогенных факторов организму для сохранения гомеостаза необходимо затратить определенную дополнительную энергию. Аэробный процесс, как уже отмечалось, является самым экономичным (если сравнить с креатин-фосфатным, то в 38 раз), однако, он является достаточно медленным и не может обеспечить достаточным количеством энергии. В таких случаях в энергообеспечении организма повышается роль углеводов. Они расщепляются первыми, когда возникает необходимость в срочном образовании энергии. Например, при работе максимальной и субмаксимальной мощности около 70–90 % всей расходуемой энергии обеспечивается за счет гликолиза. Другими словами для более быстрого получения энергии организм усиливает гликолитический тип энергообмена, так как он более быстрый, чем кислородный и значительно продолжительнее креатин-фосфатного.
Его еще называют анаэробная гликолитическая система, поскольку молекулы сахара расщепляются без участия кислорода. Молекулы сахара, точнее говоря молекулы глюкозы, расщепляются не полностью, а лишь до образования молочной кислоты. Мышца фактически содержит не молекулы молочной кислоты, а отрицательно заряженный ион лактата (LА-) и положительно заряженный ион водорода (Н+), а также энергию, необходимую для образования АТФ из АДФ и фосфата: Глюкоза = LА- + Н+ + энергия
Оба этих иона могут рассматриваться как ненужные, служащие помехой для мышц. Они также могут попасть из мышцы в кровь даже во время работы мышцы, если эта работа будет достаточно продолжительной.
Принято считать, что мышца прибегает к анаэробной лактатной системе в том случае, когда интенсивность выполняемой работы такова, что запрос АТФ в минуту будет превышать количество АТФ, образуемое за счет аэробной системы.
Рис. 1 Факторы, обеспечивающие анаэробную производительность организма.
Анаэробная лактатная система важна в беге на дистанции 400 м, 800 м и даже на более длинную дистанцию 1500 м. В дальнейшем мы увидим, что здесь обычно участвует не вся мышца, а лишь часть ее волокон.
Зависимость анаэробных возможностей организма (анаэробная производительность) от ряда факторов отражена на рис. 1
Третье Молочная кислота, или лактат всегда присутствуют в организме. При определенных видах нагрузки лактат поглощается волокнами той или других мышц. Уровень индивидуальной тренированности способен поглотить и использовать разное количество лактата. Только узконаправленные тренировки на формирование активности ферментных систем, катализирующих анаэробные реакции приводят к повышению устойчивости организма к высокой концентрации лактата в крови.
На практике – это высокий темп, хлесткие, сильные и точные удары, быстрое восстановление.
Многие люди не знают, что наш организм и в состоянии покоя вырабатывает очень небольшое количество молочной кислоты. Такие небольшие количества молочной кислоты могут быть легко удалены из организма, однако они служат объяснением того, почему всегда имеются следы лактата в крови у человека.
Можно сказать, что количество молочной кислоты, образуемой в секунду мышцами и выделяемого в кровь увеличивается, когда когда мы увеличиваем интенсивность нагрузки, например, скорость или вес отягощения. Вплоть до определенной интенсивности нагрузки, организм может выделять в кровь всю молочную кислоту. Обычно она поглощается другими мышцами или другими мышечными волокнами той же самой мышцы, которая вырабатывает эту субстанцию, а также сердцем, печенью или почками. Таким образом, уровень лактата в крови всегда остается близким к базальной величине.
У тренированных к длительным нагрузкам людей образуется довольно большое количество лактата, но их организм способен поглотить большую часть его.
Молочная кислота вырабатывается мышцами и затем выделяется в кровь, где можно измерить ее концентрацию. Она присутствует как в мышечных волокнах, так и в крови в виде двух ионов, соответственно одной молекулы и одного электрически заряженного атома. Первый ион – это отрицательно заряженный ион лактата (LА-). Уровень этой субстанции в крови может быть, в частности, измерен. Второй ион – это положительно заряженный ион водорода (Н-). Именно второй ион вызывает большой дискомфорт, т. к. повышает уровень молочной кислоты в мышцах. Более того, он даже может нарушить надлежащую работу мышц. Уменьшение работоспособности мышц мы ощущаем после бега с высокой скоростью. Оно вызвано, большей частью, как раз повышением уровня молочной кислоты. Когда этот уровень превысит определенную величину, в мышечных волокнах происходят разные изменения (например, изменение митохондрий), которые могут сохраняться в течение нескольких часов (даже дней у индивидов, не привыкших выполнять нагрузки, связанные с образованием молочной кислоты). Восстановительные механизмы организма человека постепенно реконструируют состояние до нагрузки, в ряде случаев состояние, которое позволяет индивиду переносить высокий уровень молочной кислоты в крови.
Заметим, что ионы водорода служат помехой не только мышцам, но и мозгу как только они поступят в кровь, они достигают и ликвора (жидкость, окружающая мозг) Именно поэтому образование большого количества молочной кислоты негативно влияет на ясность ума, координацию и рефлекторные реакции. Все эти эффекты могут быть отчасти вызваны аммиаком, который также образуется в мышцах. Т. е. молочная кислота представляет собой, во многих отношениях, ненужную субстанцию, мешающую организму. Тем не менее, ее молекулы содержат энергию, поэтому важно, чтобы рабочие мышцы учились использовать этот источник энергии.
Уровень лактата в крови
Ниже перечислены общепринятые показатели уровня лактата в крови. Заметьте, что при использовании разных методов измерения могут иметься незначительные расхождения в полученных показателях.
Около 1 ммоль/л: в состоянии покоя и при беге в медленном темпе;
Около 2 ммоль/л: во время марафонского бега в постоянном темпе или со скоростью на уровне аэробного порога;
Около 4 ммоль/л: у большинства бегунов это будет показатель, измеренный при беге со скоростью на уровне анаэробного порога или же при беге со скоростью, которую спортсмен в состоянии поддерживать в течение одного часа при беге в постоянном темпе по ровной поверхности;
Около 18–20 ммоль/л: у спортсменов высокого класса после достижения лучшего личного результата на дистанции 400 м или 800 м; у элитных спортсменов этот показатель может быть больше 25 ммоль/л;
Другой надежный тест анаэробной производительности организма – максимальный кислородный долг. Одним из первых определил этот показатель, равный 18,7 л, английский физиолог Хилл. Последующие исследования позволили получить еще большую величину – 20–23 л. Так же, как и в случае с МПК, подобный кислородный долг наблюдается только у спортсменов высокого класса. У не занимающихся спортом или активной физкультурой он не превышает 4–7 л или 60-100 мг на 1 кг веса.
Четвертое отрицательные проявления повышения уровня лактата, указывает на неспособность аэробных систем энергообеспечения обеспечивать преодоления физической нагрузки высокой интенсивности. Высокие концентрации лактата в крови являются отражением развития ацидоза (закисления) как внутри самих мышечных клеток (внутриклеточный ацидоз), так и в межклеточных пространствах, их окружающих (внеклеточный ацидоз). Закисление мышечных клеток приводит к серьезным метаболическим нарушениям. Количество лактата более 7ммоль/л противопоказано для отработки технических элементов.
В практике тренировок часто применяется монотонное высокоскоростное воздействие. Где ЧСС более 90 % от максимума. Нет достаточных пауз для отдыха и восстановления. Спортсмен загружается по полной программе, перенапрягается, не восстанавливается.
Функционирование многих ферментных систем, в том числе аэробного энергообеспечения, резко нарушается при развитии ацидоза, что, в частности, отрицательно отражается на аэробной емкости. Причем изменения эти могут длительно сохраняться. Так, например, может понадобиться несколько дней для полного восстановления аэробной емкости после преодоления физической нагрузки, сопровождавшейся значительным накоплением лактата. Частое неконтролируемое повторение такой нагрузки при отсутствии полного восстановления аэробных систем приводит к развитию перетренированности. Длительное сохранение внутри– и внеклеточного ацидоза сопровождается повреждением клеточных стенок скелетной мускулатуры. Это сопровождается возрастанием концентрации в крови внутриклеточных веществ, содержание которых в крови при отсутствие повреждения мышечных клеток минимально. К таким веществам относятся креатин-фосфокиназа (КФК) и мочевина. Увеличение концентрации этих веществ – явный признак повреждения мышечных клеток. Если для снижения концентрации этих веществ в крови требуется 24–96 часов, то для полного восстановления нормальной структуры мышечных клеток необходим значительно более длительный период. В этот период возможно проведение тренировочной нагрузки только восстановительного характера.
Повышение уровня лактата сопровождается одновременным нарушением координации движений, что отчетливо проявляется в высокотехничных видах спорта. При уровне лактата в 6–8 ммоль/л проведение тренировок по отработке технических приемов считается нецелесообразным, т. к. при нарушенной координации движений сложно добиться технически грамотного исполнения требуемых упражнений.
При ацидозе, связанном с накоплением лактата, резко возрастает риск получения травм спортсменами. Нарушение целостности клеточных оболочек скелетных мышц приводит к их микронадрывам. Резкие и нескоординированные движения могут привести и к более серьезным травматическим повреждениям (надрывы или разрывы мышц, сухожилий, повреждения суставов).
В "закисленных" мышцах замедляется ресинтез (повторное образование) креатинфосфата. Это следует учитывать при тренировках ударной техники рук и ног, особенно при подведении к соревнованиям. В это время следует избегать интенсивных физических нагрузок, сопровождающихся накоплением лактата и истощением запасов креатинфосфата.
Разработаны специальные методики тренировки лактатной системы, направленные на повышение устойчивости организма к усиленному образованию и накоплению молочной кислоты. Основная задача таких тренировок сводится к адаптации организма спортсмена преодолевать соревновательную нагрузку в условиях повышенного образования и накопления молочной кислоты.
Виды тренировок лактатной системы:
1. Повторные тренировки.
Физическая нагрузка высокой интенсивности и продолжительностью от 20 до 180 секунд чередуется с интервалами отдыха от 30 до 60 секунд. Интервалы отдыха не должны быть слишком продолжительными, иначе будет происходить снижение содержания лактата. Количество серий от 2 до 10. Паузы отдыха между сериями от 5 до 7 минут. Обычно это достаточно жесткие по своей интенсивности тренировочные занятия, требующие тщательного контроля состояния спортсмена и правильного выбора объема и продолжительности нагрузки. Тренер в процессе тренировки должен контролировать ЧСС. Данный текст является ознакомительным фрагментом.
Из книги Теория и методика детско-юношеского дзюдо автора Шестаков Василий БорисовичРАЗДЕЛ IV МЕТОДИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ ОРГАНИЗАЦИИ СПОРТИВНОЙ ДЕЯТЕЛЬНОСТИ ДЗЮДОИСТОВ 10-16-ЛЕТНЕГО ВОЗРАСТА Деятельность дзюдоистов в процессе спортивной подготовки - это целенаправленная внешняя и внутренняя активность, обусловленная специфическими мотивами и интересами,
Из книги Греко-римская борьба: учебник автора Автор неизвестен Из книги Тхэквондо [Теория и методика. Том.1. Спортивное единоборство] автора Шулика Юрий АлександровичГлава 9. Основы функционального обеспечения деятельности тхэквондиста 9.1. Матрица функциональных качеств тхэквондиста и поэтапные задачи их формирования В предыдущих главах шел разговор о технике и тактике тхэквондо. Однако технические и тактические умения
Из книги Дзюдо [Система и борьба: учебник] автора Шулика Юрий Александрович Из книги Атлетическая гимнастика без снарядов автора Фохтин Владимир Георгиевич Из книги Триатлон. Олимпийская дистанция автора Сысоев ИгорьГлава 2 Физиология мышечной деятельности Ни один акт жизнедеятельности не осуществляется без мышечного сокращения, будь то сокращение сердечной мышцы, стенок кровеносных сосудов или движение глазного яблока. Мышцы - надежный биодвигатель. Их работа - не только
Из книги С самого начала (путь тренера) автора Головихин Евгений ВасильевичОценка систем энергообеспечения организма Оценка креатинфосфокиназного механизма энергообеспечения1. Уровень креатинфосфата в мышцах. Активность КФК.В тренированном организме эти показатели значительно выше, что свидетельствует о повышении возможностей
Из книги Теория и методика подтягиваний (части 1-3) автора Кожуркин А. Н.Глава 5. Адаптация мышечной ткани Уважаемые коллеги, как приятно, отработав 5–6 лет с группой спортсменов получить прекрасный качественный материал для спорта высших достижений. Каждый спортсмен представляет конечный результат, многолетней тренерской работы. Грамотно
Из книги Книга-оружие «Запрещенные» приемы удушения автора Травников Александр Игоревич2.3.2 Энергообеспечение мышечной деятельности. Таким образом, существует несколько способов энергообеспечения мышечной деятельности. Вопрос в том, в каком соотношении находятся пути ресинтеза АТФ при конкретной мышечной деятельности. Оказывается, это зависит от
Из книги Всестороннее руководство по развитию силы автора Хэтфилд ФредерикГлава 1. Удушающие захваты и приемы в системе боевых и спортивных единоборств В ОСНОВЕ ЭФФЕКТИВНОГО УДУШАЮЩЕГО ПРИЕМА ЛЕЖИТ ПРАВИЛЬНЫЙ
Из книги Психология спорта автора Ильин Евгений ПавловичВ тренировках на увеличение размеров мышц варьирование - ключ к достижению максимального увеличения мышечной массы. Используйте все приводимые методики, меняя их как во время подхода, так и между подходами. Для троеборцев увеличение размеров мышц за счет мышечной
Из книги К бою готов! Стрессоустойчивость в рукопашном бою автора Кадочников Алексей АлексеевичГЛАВА 1 Психология деятельности спортсмена Спорт – это специфический вид человеческой деятельности и в то же время – социальное явление, способствующее поднятию престижа не только отдельных личностей, но и целых общностей, в том числе и государства.В настоящее время
Из книги Скандинавская ходьба. Секреты известного тренера автора Полетаева АнастасияГлава 1 Условия деятельности в рукопашном бою Психология рукопашного боя призвана изучать закономерности проявления и развития психики человека, формирования психологии деятельности личности в специфических условиях военно-прикладной деятельности. К деятельности в
Из книги Как победить любого противника в экстренных ситуациях. Секреты спецназа автора Кашин Сергей Павлович Из книги Тайский бокс в свое удовольствие автора Шехов Владимир ГеннадьевичКраткая история возникновения видов единоборств «Верное поведение есть следствие познания его предпосылок» – так сказал один из известнейших философов прошлого века. Если взять это высказывание за некую аксиому, можно вывести следующее: чтобы изучить боевое
Из книги автораГлава 1. Отличие тайского бокса от других единоборств Тайский бокс - один их самых простых в освоении видов единоборств. Удары, которые в нем используются, понятны и лишены «изысков». Они очень быстро становятся естественными движениями тела бойца, неразрывно связанными
