Введение. Последовательность включения различных метаболических составляющих в процессе напряженной мышечной деятельности у спортсменов высокой квалификации циклических видов спорта напрямую зависит от параметров мощности и продолжительности выполняемых упражнений. Биоэнергетические особенности кинетики метаболических функций при напряженной мышечной деятельности целесообразно изучать с помощью стандартизированных лабораторных тестов. Анализ градаций физических упражнений и метаболических состояний дает возможность выделять строгие количественные критерии при выборе оптимального объема и интенсивности используемых нагрузок [1,2,3].
Методы исследования: Комплексное тестирование анаэробной работоспособности спортсменов циклических видов спорта (легкая атлетика, конькобежный спорт) в лабораторных условиях. Возраст спортсменов – от 17 до 25 лет, n = 27.
Результаты. Как показывают результаты наших исследований, выполненных на легкоатлетах и конькобежцах в лабораторных условиях, наиболее существенными факторами в условиях напряженной мышечной деятельности, являются те метаболические компоненты, которые происходят в диапазоне анаэробного и аэробного обмена. Затраты энергии при выполнении упражнений разной мощности и продолжительности составляет от 4 до 25% общих энерготрат. Наиболее подробная картина изменения показателей метаболических процессов проявляется при анализе зависимостей «работа — предельное время» и «мощность — предельное время». В данном случае, мы видим, что в функциях предельного времени упражнения определяются три участка прямолинейной зависимости, которые различаются значениями коэффициентов а и b. Константы для данных прямых линий количественно определяются параметрами мощности и емкости разных источников энергообразования. В упражнениях максимальной мощности полученные результаты измерений образуют прямую линию, которая выходит от начала координат. Резервного источника энергии здесь нет и имеющиеся запасы макроэргических фосфогенных компонент постоянно используются в ходе выполняемого упражнения. В упражнениях предельной продолжительности более двух минут основным источником энергообразования выступает аэробное окисление углеводов. Критическая мощность составляет приблизительно 370 вт.
Емкость этих упражнений, состоящая из суммарной емкости алактатного и гликолитических анаэробных процессов составляет 23 кДж. Кинетика мощностных процессов в зависимости от предельной продолжительной работы аппроксимируется степенным уравнением: W (t) = W0.t—p, где W(t) – это мощность при предельном времени упражнения, Wо – это наибольшая мощность, которая развивается в упражнении при отсутствии утомления, t – время выполнения упражнения, р – константа выносливости, характеризующая скорость падения мощности вследствие утомления.
При выполнении упражнений умеренной мощности, кинетические изменения предельного времени имеют постоянный характер с невысоким градиентом снижения, и потребление кислорода полностью удовлетворяет энергообеспечению и энергообразованию организма. Экстраполированная прямая линия пересекает ее в зоне критической мощности, которая соответствует экстенсивному усилению аэробных метаболических процессов. Повышение мощности при кратковременных интенсивных упражнениях выполняются за счет анаэробных метаболических процессов. Однако эти упражнения малоэффективны с точки зрения анаэробного энергообразования и определяются быстрым развитием утомления и как итог – это быстрая скорость снижения мощности. Конечно же главные причины кроются в биохимических процессах, являющиеся краеугольным камнем в развитии и изменении кинетики энергетической структуры любого упражнения и установлении баланса в соотношении анаэробного и аэробного метаболических процессов.
В свое время Фарфель В.С. [4] в соответствии с различным положением отрезков на логарифмической кривой «мощность-предельное время» выделил четыре зоны метаболической относительной мощности – это максимальная, субмаксимальная, большая и умеренная.
Для наших испытуемых диапазон максимальной мощности определялся предельным временем в десять секунд. В этом отрезке коэффициент выносливости составил 0,075, а максимальная анаэробная мощность составила 980,7 Ватт. Коэффициент утомления в субмаксимальной зоне мощности с временем от 10 до 150 секунд вследствие нарастающего утомления составил 0,166. Между тем, в диапазоне большой мощности с временем от 150 до 600 секунд, коэффициент утомления составил 0,112.
Если рассматривать динамику потребления кислорода в упражнениях с разной предельной продолжительностью, то здесь выделяются три последовательных фазы: рост уровня кислорода, связанный с лаг-периодом (в нашем эксперименте этот период происходит в первые 15-30 секунд), затем диапазон быстрого роста функции, происходящий от 30 до 45 секунд и медленное увеличение кислорода-потребления до устойчивых значений в упражнениях больше одной минуты. В этих упражнениях при переходе на медленную компоненту уровень потребления кислорода достигает 70-80% от максимальной VО2. Если рассматривать кинетические составляющие уровня выделения углекислого газа, то в отличие от скоростной динамики потребления кислорода, выделяются только две фазы. В частности, выделяется период начальной задержки, охватывающий 30 секунд после начала упражнений, а также очень быстрый однофазный рост при достижении устойчивого состояния на следующей стадии упражнения. Пиковые значения, которые достигаются к концу упражнения, практически не различаются в разных упражнениях длительностью больше одной минуты. Различия появляются в более мощных упражнениях с временных диапазоном 31, 35, 38, 42 секунды для 1, 2, 3, 6 минутных упражнений. Соответственно большая мощность упражнений будет вызывать большие сдвиги выделения углекислого газа.
После выполнения 15-секундного упражнения, скорость потребления кислорода увеличивается сразу после окончания работы. Скорость потребления кислорода достигает значений 2,5 л/мин, затем за 1,5 минуты отдыха быстро уменьшается и достигает 1 л/мин.
После снижения потребления кислорода, его значения возвращаются к исходной предрабочей величине в течение 20-30 минут.
В таблице 1 показаны динамические характеристики скорости потребления О2 в восстановительном периоде. Константа (К) и время (t1/2) достигают наибольших значений при выполнении 120-секундного упражнения и возрастают вместе с ростом продолжительности работы. Однако при увеличении продолжительности упражнения эти показатели достоверно снижаются. Параметры «половинного времени» в упражнениях кратковременного характера в медленной фракции потребления кислорода в восстановительный период имеют более низкие значения по сравнению с упражнениями длительного характера (таблица 2).
Таблица 1. Анализ зависимости «работа – предельное время»
| Критерии эргометрии | Время
(секунды) |
Результат |
| Работа в зоне алактатных анаэробных процессов (а1), кДж | 0-10 | 6, 08 |
| Работа в зоне гликолитич. анаэробных процессов (а2), кДж | 10-45 | 16, 68 |
| Суммарная анаэробная работа (а3), кДж | 45-150 | 22,76 |
| Wал. – алактатная анаэробная мощность, вт | 0-10 | 980,7 |
| Wгл. – гликолитическая анаэробная мощность, вт | 10-45 | 510 |
| Wкр. – критическая аэробная мощность, вт | 45-150 | 369,4 |
Таблица 2 – Динамические постоянные скорости потребления кислорода в восстановительный период
| Длительность
упражнений (сек) |
Быстрый компонент | Медленный компонент | ||
| 15 | К1 | t 1/2 сек | К2 | t ½ мин |
| 2,31 | 18 | 0,16 | 4,35 | |
| 30 | 1,98 | 21 | 0,28 | 2,50 |
| 60 | 1,39 | 30 | 0,11 | 6,25 |
| 120 | 1,07 | 39 | 0,07 | 9,75 |
| 180 | 1,16 | 36 | 0,08 | 9,01 |
| 360 | 1,26 | 33 | 0,09 | 7,50 |
Максимальные значения накопления молочной кислоты в крови, характеризующее усиление анаэробного метаболизма в тканях, систематически увеличивается с ростом длительности упражнения практически до 120 секунд. Наивысших значений этот показатель показывает в упражнениях продолжительностью две минуты. Однако при дальнейшем росте предельной продолжительности упражнений концентрация молочной кислоты в крови снижается по экспоненте. При этом, параметры суммарного кислородного запроса связаны линейной зависимостью с предельным временем работы, где значения нулевого коэффициента соответствуют самой большой величине образованного кислородного долга. Между тем уровень кислородного запроса в упражнениях неодинаковой предельной продолжительности снижается при увеличении предельного времени по экспоненте. Данные изменения кислородного запроса при напряженной мышечной деятельности напрямую связаны с теми коренными изменениями, которые происходят в диапазоне анаэробного клеточного метаболизма.
Чтобы определить количественное нормирование нагрузок при занятиях спортом необходимо выявить зависимости определения переходных периодов метаболических составляющих, которые отражают динамику относительной мощности (MMR) и отношение кислородного запроса к уровню текущего потребления (гипоксический индекс) в упражнениях разной предельной длительности (рисунок 1).
lgW, lg ГИ
По оси абсцисс – логарифм времени
По оси ординат – логарифм относительной мощности и гипоксического коэффициента
Рисунок 1. Динамика зависимости параметров относительной мощности (MMR) и гипоксического индекса (ГИ) в упражнениях различной предельной продолжительности
Как мы видим (в нижней части графика) динамика относительной мощности при выполнении упражнений максимальной интенсивности с предельным временем до 20 секунд определяется низким градиентом снижения, что связано с исчерпанием креатинфосфатных анаэробных резервов в рабочих мышцах и как следствие – развитие охранительного торможения в моторных центрах центральной нервной системы. Наибольшая скорость снижения относительной мощности, которая связана с усилением малоэффективного анаэробного гликолиза, а также изменение гомеостаза кислотно-щелочного равновесия в работающих мышцах и в крови наблюдается при выполнении упражнений от 20 до 150 секунд. Если интенсифицируются аэробные процессы при выполнении более длительных по времени упражнений, находящиеся в зоне большой мощности, то скорость снижения относительной мощности достоверно уменьшается. На рисунке 6, который показывает изменения гипоксического индекса, четко выделяются четыре отрезка с неодинаковым углом наклона по отношению к оси абсцисс. Эти точки перелома показывают нам переход от одного варианта гипоксического состояния к другому. Характерно, что такая тенденция отмечается как у легкоатлетов, так и у конькобежцев, что свидетельствует об общей биологической закономерности изменения метаболических состояний при разных нагрузках. Данные отрезки на логарифмической кривой, как состояния адаптационного биохимического гомеостаза можно отнести к нескольким вариантам различных гипоксических состояний:
1 – это степень скрытой гипоксии, связанная с выполнением упражнений умеренного характера с предельной продолжительностью 10 минут и более.
2 – это степень компенсированной гипоксии, связанная с выполнением упражнений в зоне большой мощности с предельной продолжительностью выполнения упражнений в диапазоне от 2,5 до 10 минут.
3 – это степень выраженной гипоксии с нарастающей декомпенсацией, связанная с выполнением упражнений в зоне субмаксимальной мощности во временном диапазоне от 20 до 150 секунд.
4 – это степень декомпенсированной гипоксии, связанная с выполнением упражнений максимальной мощности с предельным временем меньше 20 секунд.
Таким образом, подводя итог проведенным небольшим исследованиям, можно сказать, что при напряженной мышечной деятельности выбор определенной продолжительности начального ускорения и мощности, может значительно сказаться на метаболических и энергетических составляющих всей производимой работы и вызвать мощные изменения метаболизма целостного организма. Искусственно изменения мощность и ускорение можно добиться правильного воздействующего эффекта на метаболические переходные периоды с целью повышения физической работоспособности без нанесения вреда здоровью спортсменов и увеличить спортивное долголетие.
Список литературы
- Бреслав И.С., Волков Н.И., Тамбовцева Р.В. Дыхание и мышечная активность человека в спорте. М.: «Советский спорт». 333 с.
- Волков Н.И. Биоэнергетические процессы при мышечной деятельности // Физиология человека / под общей ред. В.И. Тхоревского. – М.: Физкультура, образование и наука, 2001: 259-294.
- Волков Н.И., Тамбовцева Р.В., Юриков Р.В. Метаболические состояния у спортсменов при напряженной мышечной деятельности переменного характера // Физиология человека – 2012. – Т38. — №4. – с. 1-9.
- Фарфель В.С. Физиологические основы классификации физических упражнений // Руководство по физиологии. Физиология мышечной деятельности, труда и спорта. – Л.: Наука, 1969: 425-439.[schema type=»book» name=»ОЦЕНКА МЕХАНИЗМОВ АНАЭРОБНОГО ЭНЕРГООБЕСПЕЧЕНИЯ ЛЕГКОАТЛЕТОВ И КОНЬКОБЕЖЦЕВ» description=»Основной целью данного исследования явилось изучение и оценка механизмов анаэробного энергообеспечения в разных видах спортивной деятельности с целью совершенствования и повышения спортивной работоспособности в различных зонах мощности. В эксперименте участвовали высококвалифицированные легкоатлеты и конькобежцы. Использовались стандартные лабораторные тесты. Было показано, что при напряженной мышечной деятельности выбор определенной продолжительности начального ускорения и мощности, может значительно сказаться на метаболических и энергетических составляющих всей производимой работы и вызвать мощные изменения метаболизма целостного организма. Искусственно изменения мощность и ускорение можно добиться правильного воздействующего эффекта на метаболические переходные периоды с целью повышения физической работоспособности.» author=»Тамбовцева Ритта Викторовна» publisher=»Басаранович Екатерина» pubdate=»2016-12-09″ edition=»euroasia-science.ru_#29_25.08.2016″ ebook=»yes» ]