Ни один циклический вид спорта не имеет такого широкого диапазона изменений мощности и продолжительности упражнений, как легкоатлетический бег. В настоящее время в беге разработана стройная система тренировки, характеризующаяся высокой эффективностью тренировочных средств и методов для развития физических качеств спортсменов, определяющих успех в этом виде спорта. Действенность этой системы проявилась в росте спортивных достижений в беге на различные дистанции. Обратная зависимость между мощностью и продолжительностью физической нагрузки в беге проявляется особенно чётко. При этом величина падения скорости бега с увеличением продолжительности работы оказывается неодинаковой на разных дистанциях.
Методы исследования: стандартизированные лабораторные испытания, позволяющие получить комплексную оценку аэробной и анаэробной работоспособности, тест максимальной анаэробной мощности, тест со ступенчато повышающейся нагрузкой, Вингейт тест.
Результаты. Рассмотрение факторов, определяющих специальную работоспособность спортсменов, позволяет выделить две их группы: факторы потенции и факторы производительности. Под факторами потенции понимается уровень развития биохимических и физиологических процессов, создающий предпосылки для достижения спортсменом определённого, максимального для данного уровня тренированности спортивного результата. Однако реально этот максимальный результат достигается далеко не всегда. Неустойчивость психики, нарушения техники выполнения упражнения и тому подобные факторы производительности могут помешать этому. Биохимические процессы, лежащие в основе проявления скоростно-силовых качеств, и системы, участвующие в энергообеспечении мышц, представляют собой факторы потенции. В легкоатлетическом беге, в отличие от многих ациклических видов спорта, они оказывают большое влияние на спортивный результат.
В ходе анаэробных превращений в организме накапливаются недоокисленные продукты распада: креатин, молочная и янтарная кислоты, a — глицерофосфат и некоторые другие вещества. Эти метаболиты устраняются в период отдыха после окончания работы, либо окисляясь до конечных продуктов обмена, либо преобразуясь вновь в те вещества, из которых они возникли во время работы: в креатинфосфат, глюкозу и гликоген и другие энергетические или структурные компоненты клеток. И окисление продуктов анаэробного распада, и ресинтез из них исходных веществ требуют потребления дополнительного количества кислорода по сравнению с тем, которое обеспечивает основной обмен в состоянии покоя. Это потребляемое сверх уровня покоя в период отдыха количество кислорода получило условное название «кислородного долга». Изменение потребления кислорода после работы имеет фазовый характер. В первой быстрой фазе, длящейся 4-6 минут, кислород расходуется преимущественно в реакциях ресинтеза АТФ и креатинфосфата, а также восполняются его запасы в миоглобиновом и гемоглобиновом депо. Во второй, медленной фазе, предельная продолжительность которой может составлять 1,5-2 часа, некоторое количество кислорода расходуется в процессах ресинтеза гликогена из молочной кислоты.
Энергообеспечение бега на дистанции 100 и 200 м (в зоне максимальной мощности) происходит почти полностью за счёт анаэробных процессов. Время бега на этих дистанциях слишком мало, чтобы обладающие инерционностью системы дыхания и кровообращения обеспечили поставку мышцам достаточного количества кислорода. Следует учитывать также ограничение внутриклеточной утилизации кислорода креатинфосфатом в первые секунды работы. В беге на 100 м только 5% энергии мышцы получают аэробным путём, часть необходимого для них кислорода извлекается из миоглобинового депо, поступление его из внешней среды незначительно. Кислородный долг составляет около 95% кислородного запроса (абсолютная его величина в ряде случаев достигает 10-12 литров). Около 80% анаэробного энергообразования приходится на долю креатинфосфокиназной реакции, остальное – на долю гликолиза. На первых метрах дистанции действует почти исключительно креатинфосфокиназный процесс. На остальной части дистанции поддержание достигнутой максимальной скорости бега обеспечивается одновременным использованием креатинфосфата и гликогена. Скорость гликолитического распада гликогена в условиях соревнований на эту дистанцию может в 1000 раз увеличиться по сравнению с уровнем покоя. Однако мышечные запасы гликогена не исчерпываются на этой дистанции даже при работе до изнеможения, тогда как концентрация креатинфосфата в этой ситуации может снижаться почти до нуля. При беге на 200 м распад креатинфосфата и анаэробный гликолиз также используются одновременно в энергетике работы, при этом в зависимости от индивидуальных особенностей спортсменов возможно вовлечение креатинфосфата и гликогена в энергетику примерно в одинаковом объёме, в других случаях гликолиз может стать преобладающим анаэробным процессом. Уже на 150-м метре дистанции запасы креатинфосфата в работающих мышцах заметно истощаются и темп бега снижается ~ на 10%. В энергетическом обеспечении бега к этому времени увеличивается роль аэробного метаболизма (до 10 – 20 %).
При беге на дистанции 100 и 200 м в мышцах, а потом и в крови повышается содержание креатина, неорганического фосфата, молочной кислоты. Выход молочной кислоты в кровь происходит в основном после окончания работы. Наивысшие концентрации молочной кислоты в крови наблюдаются в этом случае на 3 –5 минутах восстановительного периода и достигают 10–15 мМоль/л. Отставленный максимум молочной кислоты в крови объясняется не только замедленной диффузией, но и продолжением энергообразования в ходе гликолиза для ресинтеза креатинфосфата.
Несмотря на то, что скорость расходования энергии при беге на 100 и 200 м достигает очень высоких величин, снижение энергетических запасов в мышцах не является главной причиной падения работоспособности: после окончания работы не использованными остаются более половины энергетических источников мышц. Сдвиги во внутренней среде организма также относительно невелики (снижение рН артериальной крови незначительно – до 7,35 – 7,30). Кумулятивные биохимические изменения в организме при тренировке, направленной на совершенствование скоростных качеств спринтера, проявляются в накоплении в организме дополнительных запасов креатинфосфата, мышечного гликогена, повышении активности миозина как фермента, ускоряющего гидролиз АТФ, активности гликолитических ферментов, в основном в белых мышечных волокнах, увеличении содержания в мышцах сократительных и кальций связывающих белков.
Основными факторами, ограничивающими скорость бега на дистанции 400 м и способствующими развитию утомления, являются исчерпание ёмкости креатинфосфокиназной системы, существенное снижение гликогенных резервов мышц, накопление предельных концентраций молочной кислоты (в 25 – 30 раз превышающих уровень покоя), сильное закисление внутренней среды организма (рН артериальной крови может снижаться до 7,0–6,8 несмотря на буферирование производимых молочной кислотой ионов водорода). В мышцах и крови накапливаются также пировиноградная и фосфорная кислоты, креатин и креатинин. Появление большого количества кислых продуктов оказывает воздействие на проницаемость клеточных мембран. Увеличивается выход в кровь белков – альбуминов и глобулинов – и происходит проникновение их в мочу. Содержание белка в моче тем больше, чем тяжелее переносится организмом эта нагрузка субмаксимальной мощности. Закисление в клетках мозга вызывает падение активности ферментов энергетического обмена и усиление образования гамма-аминомасляной кислоты, входящей в состав «фактора торможения», предотвращающего чрезмерное истощение нервных клеток путём развития охранительного торможения в них. Сама гамма-аминомасляная кислота может выступать как тормозной медиатор, конкурирующий с ацетилхолином.
Преобладание гликолитического процесса в энергетике бега на 400 м приводит к быстрому снижению углеводных резервов мышц, поскольку гликолиз обладает небольшой эффективностью: в энергию АТФ превращается в нём в 12 раз меньшее количество энергии гликогена, чем в аэробном процессе. Транспорт глюкозы, мобилизованной из печени, кровью не может обеспечить компенсации даже одной десятой части затрат мышечного гликогена, хотя сердце работает с максимальным напряжением, а концентрация глюкозы несколько увеличивается по сравнению с уровнем покоя. По мере пробегания дистанции происходит постепенное снижение скорости гликолитического энергообразования не только из-за исчерпания мышечного гликогена, но и из-за падения активности ключевого фермента гликолиза – фосфофруктокиназы.
Продолжительность выхода на дорабочий уровень в содержании расходуемых веществ и продуктов распада после бега на 400 м составляет около 1,5 – 2 часов. Суперкомпенсация креатинфосфата происходит в те же сроки, что и после более коротких дистанций, суперпомпенсация гликогена наблюдается значительно позднее.
При беге на дистанции 800, 1000 и 1500 м креатинфосфокиназный механизм и анаэробный гликолиз вносят определённый вклад в ресинтез АТФ при работе, однако аэробный метаболизм становится доминирующим. На его долю приходится около половины общих энерготрат на дистанции 800 м и до 75% — на дистанции 1500 м. Запасов гликогена в работающих мышцах при его анаэробном окислении может хватить примерно на 1000 м дистанции, при аэробном окислении – значительно дольше. Содержание молочной кислоты в крови после пробегания дистанции 800 м может превышать 25 мМоль/л, после 1000 – метровой дистанции достигать величины 20 мМоль/л, после дистанции 1500 м, пробегаемой с соревновательной скоростью, наблюдались концентрации около 15 мМоль/л, соответственно довольно существенным может быть сдвиг рН. Для повышения выносливости в этих видах бега необходимо усиление кровоснабжения работающих мышц, повышение уровня кислородного потребления и увеличение буферных резервов, способных снизить закисление и предотвратить раннее развитие утомления.
При беге на дистанции 5000 и 10000 м аэробное окисление углеводов является основным способом энергообеспечения работы. На его долю приходится до 87% общих затрат энергии на дистанции 5000 м и около 97% — на дистанции 10000 м. Анаэробные процессы с большой скоростью протекают в самом начале работы и вновь ускоряются на финише, что может привести к победе в беге на длинные дистанции.
Чем более продолжительной является работа, тем большая роль в энергетике принадлежит гликогену печени. Свидетельством усиления его мобилизации является повышение примерно до 14 мМоль/л концентрации глюкозы в крови. В мобилизации гликогена печени возрастает роль гормона поджелудочной железы глюкагона. Расходование гликогена печени частично компенсируется возрастанием скорости превращения в ней аминокислот в глюкозу, стимулируемого глюкокортикоидами.
Бег на 1000, 1500, 3000 , 5000 м с соревновательной скоростью относятся к упражнениям зоны большой мощности (верхняя граница зоны находится на мощности около 60% , нижняя – около 20% от максимальной); бег на 10000 м и марафонский бег осуществляются в зоне умеренной мощности.
В зоне большой мощности усиленное разогревание организма может вызывать повышение температуры до 39°С и более. В связи с этим возрастает потоотделение, а также связанные с ним потери минеральных веществ и некоторых промежуточных продуктов обмена. Однако существенные сдвиги в водно-солевом балансе наблюдаются только на дистанциях 3000 м и более.
Положительные кумулятивные изменения при систематической тренировке бегунов на дистанции зоны большой мощности заключаются в увеличении запасов гликогена мышц и печени, количества ферментов аэробного обмена в митохондриях, содержания гемоглобина в крови и миоглобина в мышцах, повышения их сродства к кислороду. В процессе тренировки может усиливаться использование липидов в энергообеспечении мышц и несколько возрастать их запас в мышечных волокнах. Совершенствуется также нервная и гормональная регуляция метаболических процессов и физиологических функций, могут несколько увеличиться размеры сердца, количество кровеносных капилляров в мышцах. Изменения в системах, участвующих в анаэробном энергообразовании, менее выражены, чем при тренировках к дистанциям зоны субмаксимальной мощности.
При марафонском беге затраты энергии восполняются почти исключительно за счет аэробных процессов, анаэробные действуют только при стартовом разгоне, ускорениях на дистанции и на финише. ( В ряде случаев процессы на финише включают интенсификацию миокиназной реакции, если другие способы ресинтеза АТФ затруднительны).
В качестве источников энергии на этой дистанции используются углеводы и липиды. Использование липидов может компенсировать от 10 до 50% общих энергозатрат. Окисление продуктов липидного обмена протекает с более низкой скоростью, чем окисление углеводов и требует большего потребления кислорода, поэтому хорошо тренированный стайер, обладающий большим углеводным резервом, может дольше поддерживать достаточно высокую скорость бега, чем находящийся на более низком уровне тренированности. Регуляторные системы организма обеспечивают экономность использования энергетических источников, ограничивая мобилизацию жиров из жировых депо при высокой концентрации в крови продуктов углеводного метаболизма: молочной и пировиноградной кислот, глюкозы и др. У тренированных спортсменов активная мобилизация жиров из депо начинается при более высоких концентрациях этих веществ, чем у малотренированных. Одновременное использование углеводных и липидных источников энергии позволяет получать большее количество энергии в единицу времени.
На длинных и сверхдлинных дистанциях способность поддерживать высокую скорость бега в значительной мере зависит от максимальной производительности сердца и аппарата внешнего дыхания. Если работа выполняется в равномерном режиме, она происходит в условиях истинного устойчивого состояния, когда потребление кислорода в единицу времени обеспечивает полное удовлетворение кислородного запроса. Уровень кислородного потребления в устойчивом состоянии меняется в линейной зависимости от скорости бега. Он ниже максимума кислородного потребления данного спортсмена.
Концентрация молочной кислоты в крови при беге на длинные и сверхдлинные дистанции может повышаться не более, чем в 3 раза по сравнению с уровнем покоя на второй – десятой минутах работы, затем снижается до уровня покоя, несколько возрастая к концу работы в случае сильного финишного ускорения. Концентрация глюкозы в крови в начале работы повышается, однако к концу снижается ниже уровня покоя из-за исчерпания углеводных запасов мышц и печени.
Усиление мобилизации липидов из депо стимулируется нервными медиаторами, тиреотропином, адренокортикотропином, соматотропином, секретином, глюкагоном и может проявляться в повышении в крови концентраций жирных кислот, глицерина, кетоновых тел. По мере усиления утилизации мышцами, содержание жирных кислот и кетоновых тел в крови может снижаться. Уровень глицерина значительно дольше может оставаться повышенным, поскольку он медленно включается в энергетические процессы. Ацетилкофермент А, в больших количествах возникающий при окислении жирных кислот, является ингибитором фермента, участвующего в окислении пировиноградной кислоты, что ограничивает использование углеводов в энергообразовании и влечет за собой снижение скорости бега.
Мозг не использует жирные кислоты как источник энергии для своей работы, поскольку они практически не проникают через гемато-энцефалический барьер, поэтому снижение концентрации глюкозы в крови способствует развитию торможения в нервных центрах.
Длительная работа умеренной мощности сопровождается большими потерями воды и минеральных веществ с потом, а также нарушениями в нервной и гормональной регуляции обменных процессов.
При длительной работе происходят существенные изменения в белковом обмене: усиливается распад структурных белков, белков- ферментов, гемоглобина и миоглобина, нуклеопротеидов. Процессы их ресинтеза во время работы заторможены, что приводит к снижению их содержания в тканях и крови и увеличению концентраций продуктов распада, в частности, аммиака, мочевины и мочевой кислоты в крови и в моче.
Восстановительный период после бега на длинные и сверхдлинные дистанции продолжается до трёх и более суток.
Положительные кумулятивные изменения при систематической тренировке стайеров заключаются в преимущественном возрастании запасов гликогена в печени, легко мобилизуемых липидов в мышцах, миоглобина в мышцах и гемоглобина в крови, количества митохондрий и ферментов аэробного окисления в них, совершенствовании регуляторных систем, повышении способности мышц удерживать минеральные вещества и витамины внутри мышечных волокон.
Выводы
- На основании проведенных экспериментальных исследований установлен круг наиболее информативных показателей для проведения мониторинга состояния спортивной работоспособности в беге.
Список литературы
- Бреслав И.С., Волков Н.И., Тамбовцева Р.В. Дыхание и мышечная активность человека в спорте. М.: Советский спорт, 2013, 218 с.
- Волков Н.И., Корниенко Т.Г., Тамбовцева Р.В. Показатели вентиляционной стоимости и респираторного ответа в критических режимах мышечной деятельности у спортсменов, специализирующихся в беге на средние и длинные дистанции // Физиология человека, том 40, №4, с.1-7.[schema type=»book» name=»БИОХИМИЧЕСКАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА БЕГА НА РАЗЛИЧНЫЕ ДИСТАНЦИИ» description=» Целью настоящего исследования явилось изучение биохимических и биоэнергетических характеристик в беге на короткие, средние и длинные дистанции. Данное исследование явилось комплексным подходом к оценке количественного вклада различных факторов, влияющих на спортивный результат. Решение данных вопросов позволяет расширить диапазон аэробных и анаэробных возможностей организма спортсменов.» author=»Тамбовцева Ритта Викторовна» publisher=»БАСАРАНОВИЧ ЕКАТЕРИНА» pubdate=»2017-03-14″ edition=»ЕВРАЗИЙСКИЙ СОЮЗ УЧЕНЫХ_30.05.2015_05(14)» ebook=»yes» ]