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

Биохимия спорта
Биохимические изменения в организме при выполнении упражнений различной мощности и продолжительности
Классификация физических упражнений по характеру биохимических изменений при мышечной работе

В зависимости от количества мышц, принимающих участие в процессах сокращения, физическую работу разделяют на локальную (участвует менее 1/4 всех мышц тела), региональную и глобальную (участвует более 3/4 всех мышц тела).

Локальная работа (спуск курка при стрельбе, переставление шахмат­ных фигур и т. п.) может вызывать изменения в работающей мышце, од­нако в целом в организме биохимические сдвиги незначительны.

Региональная работа (элементы различных гимнастических упражне­ний, удар по мячу стоя на месте и т. п.) вызывает гораздо большие био­химические сдвиги, чем локальная мышечная работа, что зависит от доли анаэробных реакций в ее энергетическом обеспечении.

Глобальная работа (ходьба, бег, плавание, лыжные гонки, бег на конь­ках и т. п.) вызывает большие биохимические сдвиги во всех органах и тканях организма. Глобальная работа вызывает значительное усиление де­ятельности дыхательной и сердечно-сосудистой систем, мышцы лучше обеспечиваются кислородом, следовательно, в их энергетическом обеспе­чении большая доля аэробного ресинтеза АТФ.

На метаболические сдвиги в организме влияет режим мышечной дея­тельности. Выделяют статический и динамический режимы работы. Стати­ческий (изометрический) режим мышечного сокращения приводит к пере­жатию капилляров при значительной силе сокращения и, следовательно, к ухудшению снабжения мышц кислородом и питательными веществами. При таком виде работы велика доля участия анаэробных реакций. Дина­мический (изотонический) режим работы обеспечивает гораздо лучшее снабжение тканей кислородом, поскольку прерывисто сокращающиеся мышцы действуют как своеобразный насос, проталкивающий кровь через капилляры. Для отдыха после статической работы требуется не покой, а динамическая работа (например, штангист после подъема большого веса, чтобы быстрее отдохнуть, должен походить).

Изменения биохимических процессов в организме зависят от мощнос­ти выполняемой мышечной работы и ее продолжительности. При этом чем выше мощность, а следовательно, больше скорость расщепления АТФ, тем меньшая возможность удовлетворения энергетического запроса за счет дыхательных окислительных процессов и тем в большей степени под­ключаются процессы анаэробного ресинтеза АТФ.

С увеличением мощности выполняемой работы уровень потребления О₂ и скорость аэробного энергообеспечения возрастают до максимальных значений. Мощность, при которой достигается максимальное потребление кислорода, называется критической (W_крит). До достижения критической мощности любое увеличение тяжести работы сопровождается пропорцио­нальным усилением аэробных процессов ресинтеза АТФ, а после дости­жения критической мощности — только за счет анаэробных процессов, развитие которых начинается при мощности ниже критической. Мощность упражнения, при которой обнаруживается усиление анаэробных реакций, называется порогом анаэробного обмена (W_ПАНО). У людей, не занимаю­щихся спортом, ПАНО отмечается при 50 % критической мощности, у спортсменов различных видов спорта — 60—75 %, у специализирующихся на выносливость — 85—90 %. После превышения ПАНО доля анаэробных реакций в энергетическом обеспечении работы резко возрастает за счет увеличения скорости гликолиза. Следовательно, гликолиз как механизм энергообразования ведущую роль играет при мощности, составляющей 60—85 % максимальной. Мощность, при которой достигается наивысшее pазвитие гликолитического процесса, называется мощностью истощения (W_ист). Максимально возможная для человека мощность обозначается как максимальная анаэробная мощность (W_ма). При такой мощности предель­ных значений достигает скорость образования энергии в креатинфосфокиназной реакции.

Мощность работы связана обратно пропорциональной зависимостью с ее продолжительностью, при этом чем больше мощность, тем быстрее происходят биохимические изменения, ведущие к утомлению и прекращению работы. Исходя из мощности работы и механизмов энергообеспечения все циклические упражнения, согласно классификации В С. Фарфеля (1975), разделяют на четыре зоны: максимальную, суб­максимальную, большую и умеренную. Предельная длительность работу в зоне максимальной мощности составляет 25—30 с, в зоне субмаксимальной мощности — от 30 с до 3—5 мин, в зоне большой мощности — от 3-5 до 50 мин, а в зоне умеренной мощности — от 50—60 мин до 4—5 ч. основные биохимические показатели крови при выполнении работы в цельных зонах мощности представлены в табл. 27, а направленность источники энергообеспечения работы в отдельных зонах мощности и про­должительность их восстановления после работы — в табл. 28.

ТАБЛИЦА 27. Динамика биохимических показателей крови при физических нагрузках разной мощности

ТАБЛИЦА 28. Биохимическая характеристика физических нагрузок в разных зонах относительной мощности

Работа в зоне максимальной мощности обеспечивается энергией основном за счет АТФ и КрФ, частично — за счет гликолиза. Однако скорость гликолиза в этой зоне не достигает своих максимальных значений. поэтому содержание молочной кислоты в крови обычно не превышает 1,5 г ⋅ л^-1. При этом содержание глюкозы крови существенно не изменяется по сравнению с уровнем покоя (а если и увеличивается, то только счет предстартовой реакции), поскольку мобилизация гликогена печени почти не происходит. Кислородный запрос может составлять 7—14 л, а кислородный долг — 6—12 л, т. е. 90—95 % кислородного запроса.

Энергетическое обеспечение работы в зоне субмаксимальной мощ­ности осуществляется в основном за счет анаэробного гликолиза, что приводит к большому накоплению молочной кислоты в крови (концентра­ция ее может достигать 2,5 г ⋅ л^-1 и более). Кислородный запрос при такой работе может достигать 20—40 л, а уровень энергетических затрат может в 4—5 раз превышать максимум аэробного механизма энергообра­зования. К концу работы возрастает доля аэробных реакций в ее энерго­обеспечении. Кислородный долг в этой зоне мощности наиболее значите­лен по абсолютным значениям (до 20 л) и составляет 50—90 % кислород­ного запроса. Усиливается мобилизация гликогена печени, уровень глюко­зы в крови может достигать 2 г ⋅ л^-1. Под влиянием продуктов анаэробного распада увеличивается проницаемость клеточных мембран для белков, что приводит к увеличению их содержания в крови и появлению в моче, где их концентрация достигает 1,5 %.

При мышечной работе в зоне большой мощности основную роль иг­рают аэробные источники энергии при достаточно высоком уровне разви­тия гликолиза. Доля анаэробных процессов в энергообеспечении работы быстро уменьшается по мере увеличения ее продолжительности. При та­кой работе кислородный запрос может достигать 50—150 л, а уровень энергозатрат в 1,5—2 раза может превышать максимум аэробного произ­водства энергии. Содержание молочной кислоты в крови составляет 1,5— 1,8 г ⋅ л^-1, глюкозы — около 1,5 г ⋅ л^-1, содержание белка в моче меньше, чем при работе субмаксимальной мощности.

Наименее интенсивные упражнения в зоне умеренной мощности вы­полняются при максимуме аэробного производства энергии. Кислородный запрос может достигать 500—1500 л, кислородный долг не превышает 5 л. 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 большая по­теря организмом воды и минеральных солей.

При тренировке на выносливость большую роль играют аэробные про­цессы энергообеспечения организма, поэтому основными упражнениями для их развития будут физические нагрузки, относящиеся к зоне большой умеренной мощности с интенсивностью работы на уровне W_ПAHO и W_крит. Развитие специальной скоростной выносливости обеспечивается высоким уровнем аэробных и гликолитических процессов во время работы. Это достигается использованием в тренировке упражнений, относящихся пре­имущественно к зоне субмаксимальной мощности с интенсивностью работы на уровне W_ист. Для совершенствования двигательного качества максимальной силы и быстроты должны применяться упражнения зоны максимальной мощности с предельной и околопредельной интенсивностью ра­боты на уровне Wм_a, так как они оказывают наибольшее воздействие на развитие креатинфосфатного механизма ресинтеза АТФ.

В последние годы разработана более дробная классификация циклических физических упражнений. Так, согласно Я.М. Коцу (1986), физические упражнения делят на восемь групп: три — анаэробные и пять — аэробные.

К анаэробным упражнениям относятся: 1 — упражнения максимальной анаэробной мощности (до 15—20 с); 2 — близкой к максимальной (до 20— 45 с); 3 — субмаксимальной анаэробной мощности (до 45—120 с).

К аэробным упражнениям относятся: 1 — упражнения максимальной аэробной мощности (3—10 мин); 2 — близкой к максимальной (10— 30 мин); 3 — субмаксимальной (30—80 мин); 4 — средней (80—120 мин); 5 — малой аэробной мощности (более 2 ч).

КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ

1. Чем определяется характер биохимических процессов энергообеспе­чения при мышечной деятельности?

2. Какова последовательность включения биохимических систем энерго­обеспечения организма во время работы различной мощности и про­должительности?

3. Каковы энергетические ресурсы, обеспечивающие мышечную работу различной мощности и продолжительности?

4. Как изменяется скорость ресинтеза АТФ в аэробных и анаэробных процессах в зависимости от внутриклеточного напряжения кислорода?

5. Какова роль гемоглобина и миоглобина в обеспечении организма кис­лородом?

6. Какие биохимические изменения происходят в сердечной мышце, го­ловном мозгу, работающих мышцах и в крови при выполнении мышеч­ной работы?

7. Что лежит в основе классификации физических упражнений по зонам относительной мощности?

8. Каковы особенности кислородного и энергетического обеспечения ор­ганизма при работе в различных зонах мощности?

9. Какие биохимические изменения происходят в крови при выполнении физических нагрузок в различных зонах мощности?

10. Какова взаимосвязь биохимических процессов энергетического обме­на с мощностью работы на уровнях W_ПАНО, W_крит, W_ист, W_ма?

11. Дайте биохимическую характеристику избранного вида спорта, учи­тывая классификацию физических упражнений по зонам относитель­ной мощности работы.

12. Обоснуйте необходимость применения в избранном виде спорта ос­новных тренировочных упражнений исходя из динамики биохимических процессов энергообеспечения при различной мощности (W_ПАНО, W_крит, W_ист, W_ма)