Биохимические основы жизнедеятельности организма человека - Волков Н.И., Несен Э.Н. 2000

Биохимия спорта
Биохимические основы выносливости спортсменов
Биохимические факторы выносливости

Выносливость во многом определяет общий уровень работоспособности спортсмена. Характеризуется она продолжительностью работы на заданном уровне мощности до первых признаков выражен­ного утомления, которое приводит к снижению работоспособности. Определяется выносливость продолжительностью работы, выполненной до отка­за, т. е. предельным временем (t_пр).

Выносливость можно характеризовать отношением величины энергетических резервов, доступных для использования, к скорости расходования энергии при выполнении данного вида упражнений:

Другими словами, выносливость определяется време­нем функционирования с заданной интенсивностью до полного исчерпания имеющихся энергетических ресурсов.

Конкретное проявление выносливости всегда но­сит специфический характер, который зависит от ис­пользования в качестве источников энергии различ­ных метаболических процессов.

В соответствии с наличием трех различных меха­низмов энергообразования выделяются три состав­ляющие компонента выносливости — алактатный, гликолитический и аэробный. Общее проявление вы­носливости, оцениваемое по времени работы до от­каза, в этом случае может быть представлено как сумма различного сочетания параметров мощности, емкости и эффективности аэробного и анаэробного процессов:

В этом выражении значения весовых коэффициентов (а), соответству­ющие относительному вкладу каждого метаболического процесса в общую энергопродукцию, отражают соответствующую эффективность используе­мых метаболических источников. Таким образом, все разнообразные про­явления выносливости могут быть количественно оценены с помощью девяти биоэнергетических критериев — трех критериев мощности (алактатной, гликолитической, аэробной), трех критериев емкости (алактатной. гликолитической, аэробной) и трех критериев эффективности (алактатной. гликолитической, аэробной). Данные критерии могут быть установлены на основе точных эргометрических замеров внешне выполняемой механи­ческой работы либо путем прямых физиологических и биохимических из­мерений соответствующих биоэнергетических функций. Для этого применяются стандартизированные лабораторные и специальные ("полевые") тесты, ориентированные на избирательную оценку каждого отдельного компонента выносливости. Некоторые из наиболее информативных пока­зателей, используемых в качестве биоэнергетических критериев аэроб­ного и анаэробных компонентов физической работоспособности, приведе­ны в табл. 35.

Влияние отдельных компонентов в обоих проявлениях выносливости изменяется в зависимости от мощности и предельного времени выпол­нения упражнения. В умеренных упражнениях, где уровень общих затрат энергии не превышает значений максимального усиления скорости аэробного образования энергии, выносливость представлена преимущественно ее аэробным компонентом. С увеличением мощности упраж­нения выше критического уровня, соответствующего максимальному потреблению кислорода, роль аэробного компонента выносливости постепенно уменьшается и в такой же степени возрастает значение ана­эробных компонентов. В кратковременных упражнениях максимальной мощности проявления выносливости носят преимущественно ана­эробный характер с примерно равным представительством алактатного и гликолитического компонентов.

ТАБЛИЦА 35. Биоэнергетические критерии аэробного и анаэробных компонентов выносливости

Рис. 179 Зависимость мощности упражнения от предельного времени его выполнения

Иллюстрацией могут служить данные лабораторных опытов с выполне­нием упражнений на велоэргометре разной предельной продолжительнос­ти, представленные на рис. 179. Зависимость мощности от предельного времени работы описывается уравнением

(1)

где W_mах — наибольшая мощность, которая может быть развита в данном виде упражнения при отсутствии утомления; t — время выполнения упражнения; р — константа, называемая коэффициентом выносливости, ко­торая показывает, как быстро снижается мощность в результате утом­ления. Эта зависимость на графике с арифметическими координатами изображается плавно снижающейся кривой, относительная скорость па­дения которой задается численным значением коэффициента р. Площадь под кривой соответствует общему количеству выполненной работы и может быть разделена на две части: площадь, соответствующая работе, выполненной за счет аэробного образования энергии, и площадь, соот­ветствующая работе, выполненной за счет анаэробных источников энергии. При выполнении упражнений с субкритической мощностью теку­щее потребление кислорода полностью удовлетворяет энергетические потребности организма и работа совершается в условиях истинного ус­тойчивого состояния. С увеличением интенсивности упражнения растет и скорость потребления О₂ до тех пор, пока не будет достигнут уровень критической мощности (W_кр), при этом кислородный запрос сравняется с уровнем максимального потребления О₂.

Уровень критической мощности тем выше, чем больше аэробные возможности спортсмена, т. е. чем выше индивидуальный VO_2mах. При интенсивности упражнения, превышающей значение критической мощ­ности, работа выполняется в основном за счет анаэробных источников энергии с образованием значительного кислородного долга. В этих уп­ражнениях из-за малой эффективности анаэробного образования энергии наблюдается наибольшая скорость снижения мощности. В то же время в упражнениях субкритической мощности, когда работа выполня­ется главным образом за счет аэробного процесса, скорость развития утомления с увеличением предельного времени выполнения упражнения заметно снижается. Указанные особенности проявления выносливости следует учитывать при разработке тестов и отборе наиболее информа­тивных критериев, предназначенных для количественной оценки этого физического качества.

Дифференцированная оценка выносливости по параметрам мощнос­ти, емкости и эффективности может быть выполнена на основе измерении показателей внешне выполняемой работы (эргометрические критерии или путем прямых физиологических и биохимических измерений в упраж­нениях, когда можно достичь максимальных значений для этих биоэнерге­тических параметров.

В качестве эргометрических критериев выносливости, имеющих вы­сокую прогностическую значимость, наряду с показателями предельного времени и предельного количества выполненной работы используются показатели критической скорости, порога анаэробного обмена, дистанции анаэробных резервов, максимальной анаэробной мощности и т. д Эргометрические критерии для количественной оценки выносливости спортсменов могут быть разделены на частные (парциальные), отражающие особенности проявления выносливости в каком-либо одном виде упражнений, и обобщенные (зональные), характеризующие особенности проявления выносливости в определенной группе (зоне) упражнений сходных по какому-либо признаку. Так, к частным показателям выносливости относится предельное время работы с заданной интенсивностью рекордное время преодоления заданной дистанции в циклических упражнениях, индекс выносливости по Куретону и т. п. Обобщенные показатели выносливости обычно выводятся путем математического анализа результатов эргометрических определений различных упражнений. Наиболее часто для этих целей используется анализ зависимостей мощности — предельное время и работа — предельное время. Как уже отмечалось обобщенным показателем выносливости, выводимом из анализа это. зависимости, служит относительная скорость падения степенной кривой, которая выражается коэффициентом выносливости р. Этот коэффициент можно определить по зависимости мощность — время с логариф мическими координатами (рис. 180), где сплошная кривая разделяется на несколько линейных отрезков, каждому из которых соответствует уравнение

     (2)

Рис. 180 Логарифмический график зависимости мощности упражнения от предельного времени его выполнения

При логарифмическом преобразовании степенной зависимости ко­эффициент выносливости р становится равным тангенсу угла наклона каждого отрезка прямой. Наличие на графике нескольких прямолинейных отрезков, различающихся по углу наклона, свидетельствует о том, что в каждом временном диапазоне упражнений действуют свои, отличные друг от друга причины, обусловливающие развитие утомления и опреде­ляющие проявление выносливости в данном типе упражнения. Результа­ты исследований показывают, что основными причинами наблюдаемых различий в характере проявления выносливости являются особенности энергообеспечения в данном типе упражнений и, в частности, соотноше­ние аэробного и анаэробных процессов в общем энергетическом балан­се работы. Если результаты непосредственных измерений скорости энергопродукции в упражнениях разной предельной продолжительности представить в виде графика с логарифмическими координатами, то, как и в случае зависимости мощность — предельное время, кривая скорос­ти энергопродукции разделяется на ряд линейных участков, для каждого из которых характерно определенное значение константы "половинного" времени (рис. 181).

Различия кинетических констант указывает на смену метаболических состояний с увеличением предельной продолжительности упражнения. В диапазоне значений предельного времени до 16 мин (1000 с) выделено шесть различных зон, отличающихся по характеру энергетического обес­печения работы. При выполнении упражнений максимальной мощности с предельной продолжительностью до 6 с увеличивающаяся скорость энергопродукции обеспечивается в основном за счет максимальной актив­ности алактатного анаэробного процесса в работающих мышцах. В следу­ющем временном диапазоне выполнения упражнений от 6 до 20 с наблю­дается быстрое снижение скорости энергопродукции с константой поло­винного времени t¹/₂ = 21,5 с. Этот диапазон характеризуется смешанным алактатно-гликолитическим анаэробным энергообеспечением со значи­тельным исчерпанием емкости алактатного анаэробного источника. В ди­апазоне предельного времени от 20 до 45 с скорость энергопродукции оп­ределяется максимальным усилением анаэробного гликолитического про­цесса в работающих мышцах. Наибольшие размеры анаэробных измене­ний в организме при одновременном развертывании до максимального уровня аэробного энергообразования в работающих мышцах наблюдают­ся в диапазоне предельного времени выполнения упражнений от 45 до 180 с. Максимальное увеличение вклада аэробной энергетики достигается в диапазоне предельного времени 600 с. В дальнейшем изменения ско­рости энергопродукции связаны в основном с факторами, лимитирующи­ми емкость и эффективность аэробного преобразования энергии.

Для вывода обобщенных (зональных) показателей выносливости наря­ду с анализом зависимости мощность — предельное время широко используется также анализ взаимосвязи между предельной работой и предельным временем. Пример такого рода зависимости, полученный по данным лабораторных испытаний в работе на велоэргометре спортсменов высокой квалификации, приведен на рис. 182.

Рис. 181 Логарифмический график зависимости уровня энерго­продукции от предельного времени выполнения упражнения

Рис. 182 Зависимость предельной работы от предельного времени ее выполнения

Зависимость общего количества работы, выполненной до отказа, от определьного времени выполнения упражнения можно представить в виде уравнения

   W_пр = а + bt_пp,       (3)

де а и b — константы. Согласно данному уравнению, общее количество работы, выполненной до полного изнеможения, можно разделить на две оставляющие: 1 — работа, выполняемая за счет внутренних резервов, которые не восполняются в процессе упражнения (этой работе соответствуют значение нулевого коэффициента а); 2 — работа, выполняемая за счет метаболического источника, ресурсы которого восполняются по ходу упражнения со скоростью b; это количество работы задается произведениим bt_пp. Численное значение углового коэффициента b определяется как вангенс угла наклона прямой на графике и имеет мощность, соответству­ющую наибольшей скорости освобождения энергии в данном метаболическом процессе. Как видно из рис. 182, в изученном диапазоне предельного времени выделяются три участка прямолинейной зависимости, различающиеся по значениям коэффициентов а и b. Их значения могут быть использованы в качестве эргометрических эквивалентов мощности и ем­кости аэробного и анаэробных источников энергии.

Рис. 183 Зависимость прохождения дистанции от предельного времени в беге

В циклических упражнениях (ходьба, бег, плавание, гребля и т. п.) об­щему количеству работы, выполненной до отказа, эквивалентна длина преодолеваемой дистанции S. В этом случае уравнение (3) должно быть преобразовано следующим образом:

   S = а + bt_пp,       (4)

где а — отрезок дистанции, преодолеваемый за счет энергии резервного метаболического процесса; b — скорость передвижения на дистанции, соответствующая наибольшему усилению основного метаболического про­цесса. Определение констант данного уравнения по рекордным результа­там, показанным группой сильнейших бегунов страны на разных дистанци­ях, иллюстрирует график на рис. 183. Эргометрические константы а и b, относящиеся к разным группам дистанций, в данном случае так же, как и при обработке результатов лабораторных испытаний в работе на велоэр­гометре, соответствуют значениям мощности и емкости различных источ­ников энергии.

Наряду с регистрацией эргометрических показателей выносливости важное значение при избирательной оценке отдельных компонентов этого качества имеют прямые измерения биоэнергетических параметров мощнос­ти, емкости и эффективности. Прежде всего определяются МПК, величины кислородного долга, максимального накопления молочной кислоты в крови, "избыточного выделения" СO₂, наибольшего сдвига pH крови и др.

Таким образом, показатели выносливости зависят как от аэробных, так и анаэробных энергетических возможностей спортсменов, поэтому система тренировки на выносливость должна быть ориентирована прежде всего на повышение этих биоэнергетических свойств организма.