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

Биохимия спорта
Биоэнергетика мышечной деятельности
Подключение энергетических систем при различных физических нагрузках и их адаптация в процессе тренировки

В условиях относительного покоя и при работе умеренной интенсивности АТФ в скелетных мышцах восстанавливается посредством аэробного ме­ханизма. На максимальную мощность он выходит на 2—4-й минуте работы у неспортсменов и уже на 1-й минуте — у спортсменов, поддерживая ее в течение нескольких часов.

При анаэробной физической работе происходит повышение мощнос­ти креатинфосфокиназного (алактатного) и гликолитического (лактатного) механизмов энергообразования. При очень интенсивных физических на­грузках (максимальной и субмаксимальной мощности) основными в ресинтезе АТФ становятся анаэробные механизмы: алактатный при работе в те­чение 10—30 с и лактатный — в течение 30 с — 6 мин. Относительный вклад механизмов анаэробного и аэробного энергообразования в энерге­тику различных упражнений представлены на рис. 130.

Рис. 130 Последовательность и вклад механизмов анаэробного и аэробного энергообразования в энергетику различных упражнений

Работа различной мощности и продолжительности обеспечивается различными механизмами энергообразования. Это хорошо прослеживает­ся по общему энергетическому вкладу каждого механизма в энергообес­печение бега на разные дистанции (рис. 131). С увеличением продолжи­тельности бега уменьшается доля анаэробных механизмов энергообразо­вания и увеличивается доля аэробного энергообразования. Однако в усло­виях соревнований наблюдается максимальное усиление всех систем, обеспечивающих специальную работоспособность, а предоминирование какой-то отдельной системы зависит от продолжительности упражнения. Поэтому при построении тренировки необходимо развивать производи­тельность каждой энергетической системы.

В спортивной практике физические упражнения, в которых вклад анаэробных алактатного и гликолитического процессов составляет бо­лее 60 % энергетического запроса, обычно относят к упражнениям ана­эробного характера. Длительные физические упражнения, где относи­тельный вклад аэробного процесса в затратах энергии превышает 70 %, относят к упражнениям аэробного характера. Упражнения, при которых аэробные и анаэробные процессы энергообеспечения имеют примерно равное значение, относятся к смешанным анаэробно-аэробным наг­рузкам. К этим упражнениям относится бег на дистанции 1000 и 3000 м (см. рис. 131).

Каждый механизм энергообразования имеет определенные резер­вы, которые раскрываются или развиваются в процессе адаптации к специфической физической тренировке. Аэробная производитель­ность спортсменов, специализирующихся в видах спорта на выносли­вость, зависит от адаптационных изменений мощности и емкости аэробного механизма энергообеспечения мышечной деятельности. Емкость аэробного механизма, которая в значительной степени опреде­ляется запасами гликогена в скелетных мышцах и печени, а также уровнем утилизации О₂ мышцами, существенно повышается уже в тече­ние 1,5—2 месяцев тренировки на выносливость (рис. 132). Мощность аэробного механизма, которая зависит от МПК и активности окисли­тельных ферментов, также увеличивается в процессе адаптации к мышечной деятельности через 2—3 месяца тренировки. Значительно повышается активность окислительных ферментов (табл. 24). Более медленно происходит увеличение емкости капилляров и доставка кислорода в мышцы. Увеличивается количество гемоглобина в крови и миоглобина в мышцах, количество, величина и плотность митохондрий, что повышает способность мышц утилизировать кислород и осу­ществлять аэробный ресинтез АТФ. В таких условиях повышается спо­собность тренированных мышц окислять пировиноградную кислоту, что предотвращает накопление молочной кислоты, а также усиливает окис­ление жиров. Это обеспечивает более эффективное выполнение дли­тельной работы.

Рис. 131 Относительный энергетический вклад анаэробных (Ан) и аэробных (Аэ) механизмов в обеспечение бега на разные дистанции

Рис. 132 Адаптационные изменения мощности (VО₂) и емкости отдельных механизмов энергообеспечения мышечной работы в процессе специфической тренировки

ТАБЛИЦА 24. Активность окислительных мышечных ферментов

* Значительное отличие от показателя нетренированного испытуемого

В процессе скоростной тренировки существенно изменяются ана­эробные механизмы энергообеспечения. Отмечается увеличение их мощ­ности и емкости (см. рис. 132). Это связано с повышением активности фер­ментов анаэробных механизмов (см. табл. 22) и запасов энергетических субстратов. Так, при адаптации содержание креатинфосфата в скелетных мышцах может увеличиваться в 1,5—2 раза, а содержание гликогена — почти в 3 раза. Уровень молочной кислоты у спортсменов — спринтеров высокого класса после работы может достигать 25—30 ммоль ⋅ л^-1, тогда как у нетренированных при такой же физической работе — 6—12 ммоль ⋅ л^-1. Связано это с повышением буферной емкости крови, которая при ана­эробной тренировке увеличивается на 20—50 %. Алактатный механизм у высококвалифицированных спринтеров может обеспечивать скоростную работу в течение 15—45 с, а лактатный — до 3—4 мин. Это необходимо учи­тывать при подборе тренирующих нагрузок.

КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ

1. Что понимают под механизмами или путями ресинтеза АТФ? Какие знаете пути ресинтеза АТФ в скелетных мышцах?

2. По каким критериям оцениваются энергетические возможности путей ресинтеза АТФ?

3. Дайте общую характеристику механизмам ресинтеза АТФ.

4. Какой из механизмов ресинтеза АТФ обладает наибольшей макси­мальной мощностью, метаболической емкостью и эффективностью?

5. Что понимают под скоростью развертывания механизма ресинтеза АТФ? От чего она зависит и какое значение имеет в энергообеспе­чении мышечной работы?

6. Выполнение какой работы обеспечивает креатинфосфокиназный путь ресинтеза АТФ? В чем его преимущества и недостатки?

7. Как изменяется креатинфосфокиназный механизм ресинтеза АТФ в процессе работы?

8. В каких типах мышечных волокон хорошо функционируют анаэробные механизмы ресинтеза АТФ?

9. Какие ключевые ферменты гликолитического пути ресинтеза АТФ и ка­ковы его энергетические возможности?

10. Какую физическую работу обеспечивает гликолитический путь ресин­теза АТФ? Какие адаптационные изменения при мышечной деятель­ности характерны для него?

11. В чем суть миокиназного пути ресинтеза АТФ и каково его значение при мышечной деятельности?

12. Назовите основные энергетические субстраты, реакции и энергети­ческий выход аэробного механизма ресинтеза АТФ.

13. Почему аэробный путь ресинтеза АТФ имеет малую скорость развер­тывания?

14. Как регулируется скорость митохондриального окисления во время ра­боты?

15. Как влияет тренировка на аэробный механизм ресинтеза АТФ?

16. Какова последовательность подключения различных механизмов энер­гообеспечения при выполнении мышечной работы?

17. Что понимают под ПАНО, как его определяют?

18. Как изменяется ПАНО у спортсменов при тренировке и каковы биохи­мические основы таких адаптационных изменений?