Восстановление (ресинтез) АТФ осуществляется за счет химических реакций двух типов: анаэробных, протекающих при отсутствии кислорода; аэробных (дыхательных), при которых поглощается кислород из воздуха.
Анаэробные реакции не зависят от поступления кислорода в ткани и активизируются при нехватке АТФ в клетках. Однако освободившаяся химическая энергия используется для механической работы крайне неэффективно (только около 20–30%). Кроме того, при распаде вещества без участия кислорода внутримышечные запасы энергии расходуются очень быстро и могут обеспечить двигательную активность только в течение нескольких минут. Следовательно, при максимально интенсивной работе в короткие промежутки времени энергетическое обеспечение осуществляется преимущественно за счет анаэробных процессов. Последние включают в себя два основных источника энергии: креатин-фосфатную реакцию, связанную с распадом богатого энергией КрФ, и так называемый гликолиз, при котором используется энергия, выделяемая при расщеплении углеводов до молочной кислоты (Н3РО4). На рис. 5.9 представлено изменение интенсивности креатинфосфатного, гликолитического и дыхательного механизмов энергообеспечения в зависимости от продолжительности упражнения (по Н. И. Волкову). Следует подчеркнуть, что в соответствии с различиями в характере энергетического обеспечения мышечной деятельности принято выделять аэробные и анаэробные компоненты выносливости, аэробные и анаэробные возможности, аэробную и анаэробную производительность. Анаэробные механизмы наибольшее значение имеют на начальных этапах работы, а также в кратковременных усилиях высокой мощности, значение которой превышает ПАНО.
Рис. 5.9.
Усиление анаэробных процессов происходит также при всевозможных изменениях мощности в ходе выполнения упражнения, при нарушении кровоснабжения работающих мышц (натуживание, задержка дыхания, статические напряжения и т.д.). Аэробные же механизмы играют главную роль при продолжительной работе, а также в ходе восстановления после нагрузки (табл. 5.6).
Таблица 5.6
Источники энергообеспечения работы в отдельных зонах относительной мощности и их восстановление (по Н. И. Волкову)
Зона мощности |
Время работы |
Пути ресинтеза |
Источники энергии |
Время восстановления |
||
Анаэробно-алактатная направленность |
||||||
Максимальная |
От 2-3 с до 25–30 с |
Креатинфосфат реакция, гликолиз |
АТФ, КрФ, гликоген |
|||
Анаэробно-гликолитическая направленность |
||||||
Субмаксимальная |
От 30-40 с до 3–5 мин |
|
Гликолиз, креатинфосфат реакция |
КрФ, гликоген мышц и печени, липиды |
||
Смешанная анаэробно-аэробная направленность |
||||||
От 3-5 до 40-50 мин |
Аэробное окисление, гликолиз |
Гликоген мышц и печени, липиды |
||||
Аэробная направленность |
||||||
50-60 мин до 4–5 ч и более |
Аэробное окисление |
Преимущественно гликоген печени и мышц, липиды |
Сутки, несколько суток |
В своей совокупности анаэробные и аэробные процессы вполне характеризуют функциональный энергетический потенциал человека – его общие энергетические возможности. В связи с этими основными источниками энергии некоторые авторы (Н. И. Волков, В. М. Зациорский, А. А. Шепилов и др.) выделяют три составных компонента выносливости: алактатный анаэробный; гликолитический анаэробный; аэробный (дыхательный ). В этом смысле различные виды "специальной" выносливости могут быть рассмотрены как комбинации из указанных трех компонентов (рис. 5.10). При напряженной мышечной деятельности прежде всего развертывается креатинфосфатная реакция, которая после 3–4 с достигает своего максимума. Но малые запасы КрФ в клетках быстро исчерпываются, и мощность реакции резко падает (ко второй минуте работы она составляет ниже 10% от своего максимума).
Рис. 5.10.
Гликолитические реакции раскрываются медленнее и достигают максимальной интенсивности к 1–2 мин. Выделенная при этом энергия обеспечивает деятельность в течение более продолжительного времени, так как в сравнении с КрФ запасы миоглобина в мышцах превалируют значительно больше. Но в процессе работы накапливается значительное количество молочной кислоты, что уменьшает способность мышц к сокращению и вызывает "охранительно-тормозные" процессы в нервных центрах.
Дыхательные процессы развертываются с полной силой к 3–5 минутам деятельности, чему активно содействуют продукты распада анаэробного обмена (креатинмолочная кислота), которые стимулируют потребление кислорода в процессе дыхания. Из вышеизложенного становится очевидным, что в зависимости от интенсивности, продолжительности и характера двигательной деятельности будет увеличиваться значение того или иного компонента выносливости (табл. 5.7).
Таблица 5.7
Соотношение аэробных и анаэробных процессов энергетического обмена при беге на различные дистанции (по Н. И. Волкову)
Дистанция, м |
Время, с/мин |
Скорость, |
Потребление О2, % от потребности в О2 |
Кислородный долг, 02 – долг в % от потребности в О2 |
Алактатный долг, % от общего долга |
Лактатный долг, % от общего долга |
Молочная кислота в крови, мг, % |
При характеристике выносливости наряду с нашими знаниями о том, как изменяются их компоненты в зависимости от мощности и продолжительности двигательной деятельности, необходимо вскрыть индивидуальные возможности спортсмена для аэробной и анаэробной производительности. Для этой цели в практике физиологического и биохимического контроля используются различные показатели, которые раскрывают особенности и механизмы мышечной энергетики (А. Хилл, Р. Маргария, Ф. Хенри, Н. Яковлев, В. Михайлов, Н. Волков, В. Зациорский, Ю. Верхошанский, Т. Петрова с соавторами, А. Сысоев с соавторами, В. Пашинцев и др.) .
Анаэробная производительность – это совокупность функциональных свойств человека, обеспечивающих его способность совершать мышечную работу в условиях неадекватного снабжения кислородом с использованием анаэробных источников энергии, т.е. в бескислородных условиях. Основные показатели:
- мощность соответствующих (внутриклеточных) анаэробных систем;
- общие запасы энергетических веществ в тканях, необходимые для ресинтеза АТФ;
- возможности компенсации изменений во внутренней среде организма;
- уровень адаптации тканей к интенсивной работе в гипоксичных условиях.
Аэробные возможности определяются свойствами различных систем в организме, обеспечивающих "доставку" кислорода и его утилизацию в тканях. К этим свойствам относится эффективность:
- внешнего дыхания (минутный объем дыхания, максимальная легочная вентиляция, жизненная емкость легких, скорость, с которой осуществляется диффузия газов, и т.д.);
- кровообращения (пульс, ЧСС, скорость кровяного тока и др.);
- утилизации кислорода тканями (в зависимости от тканевого дыхания);
- согласованности деятельности всех систем.
Основные факторы, определяющие МПК, более подробно представлены на рис. 5.11.
Рис. 5.11.
Аэробную производительность принято оценивать по уровню МПК, по времени, необходимому для достижения МПК, и по предельному времени работы на уровне МПК. Показатель МПК наиболее информативен и широко используется для оценки аэробных возможностей спортсменов.
По МПК можно узнать, сколько кислорода (в литрах или миллилитрах) способен потребить организм человека за одну минуту. Как видно на рис. 5.11, к функциональным системам, обеспечивающим высокие величины МПК, относятся аппарат внешнего дыхания, сердечно-сосудистая система, системы кровообращения и тканевого дыхания.
Здесь же отметим, что интегральным показателем деятельности аппарата внешнего дыхания является уровень легочной вентиляции. В состоянии покоя спортсмен делает 10–15 дыхательных циклов, объем выдыхаемого за один раз воздуха составляет около 0,5 л. Легочная вентиляция за одну минуту в этом случае составляет 5–7 л.
Выполняя упражнения субмаксимальной или большой мощности, т.е. когда деятельность дыхательной системы полностью развернута, увеличивается как частота дыхания, так и его глубина; величина легочной вентиляции составляет 100–150 л и более. Между легочной вентиляцией и МПК существует тесная взаимосвязь. Выявлено также, что размеры легочной вентиляции не являются лимитирующим фактором МПК. Следует отметить, что после достижения предельного потребления кислорода легочная вентиляция все еще продолжает расти с увеличением функциональной нагрузки или продолжительности упражнения.
Среди всех факторов, определяющих МПК, ведущее место отводится сердечной производительности. Интегральным показателем сердечной производительности является минутный объем сердца. При каждом сокращении сердце выталкивает из левого желудочка в сосудистую систему 7–80 мл крови (ударный объем) и более. Таким образом, за минуту в покое сердце перекачивает 4–4,5 л крови (минутный объем крови – МОК). При напряженной мышечной нагрузке ЧСС повышается до 200 уд/мин и более, ударный объем также увеличивается и достигает величин при пульсе 130–170 уд/мин. При дальнейшем возрастании частоты сокращений полость сердца не успевает полностью наполниться кровью, и ударный объем уменьшается. В период максимальной сердечной производительности (при ЧСС 175–190 уд/мин) достигается максимум потребления кислорода.
Установлено, что уровень потребления кислорода во время выполнения упражнений с напряжением, вызывающим учащение сердечных сокращений (в диапазоне 130–170 уд/мин), находится в линейной зависимости от минутного объема сердца (А. А. Шепилов, В. П. Климин).
Экспериментальные исследования последних лет показали, что степень увеличения ударного объема во время мышечной работы гораздо меньше, чем полагали ранее. Это дает возможность считать, что ЧСС является основным фактором повышения сердечной производительности при мышечной работе. Более того, установлено, что вплоть до частоты 180 уд/мин ЧСС с повышением тяжести работы увеличивается.
О максимальных величинах пульса во время наибольших (предельных) нагрузок единого мнения нет. Некоторые из исследователей фиксировали очень большие величины. Так, Н. Нестеренко получил результат ЧСС в 270 уд/мин; М. Окрошидзе и др. приводят величины в 210–216 уд/мин; по данным Н. Кулика, пульс во время соревнований колебался в диапазоне 175–200 уд/мин; в исследованиях А. Шепилова пульс лишь иногда превышал 200 уд/мин. Наиболее оптимальной ЧСС, позволяющей достичь максимума сердечной производительности, считается ЧП в 180–190 уд/мин. Дальнейшее увеличение ЧСС (выше 180–190 уд/мин) сопровождается отчетливым снижением ударного объема. В восстановительном периоде изменение ЧСС зависит от мощности упражнения и продолжительности его выполнения, от степени тренированности спортсмена.
Следует всегда помнить, что кислородная емкость крови имеет существенное значение при определении МП К. В норме она составляет 20 мл на 100 мл крови. Уровень МПК зависит от веса тела и квалификации спортсменов. По данным П. О. Астранда, у сильнейших борцов Швеции МПК составил от 3,8 до 7 л/мин. Для борца – это уникальный показатель. У "короля" лыж С. Ернберга, выступавшего в 1960-е гг., величина МПК была равна 5,88 л/мин. Однако в перерасчете на 1 кг веса тела С. Ернберг имел показатель МПК, равный 83 млДмин кг) (своеобразный мировой рекорд по тем временам), а МПК у шведского борца-тяжеловеса составил всего 49 млДмин кг).
Следует учитывать, что уровень максимальных аэробных возможностей зависит от квалификации спортсменов. Например, если у здоровых, не занимающихся спортом мужчин, МПК составляет 35–55 млДмин кг), то у спортсменов средней квалификации он равен 56–65 млДмин-кг). У особо выдающихся спортсменов этот показатель может достигать 80 млДмин кг) и более. В подтверждение этого обратимся к показателям МПК у высококвалифицированных спортсменов, специализирующихся в различных видах спорта (табл. 5.8). Необходимо отметить, что показатели аэробной производительности значительно изменяются под влиянием тренировок, в которых применяются упражнения, требующие высокой активизации сердечно-сосудистой и дыхательной систем.
Таблица 5.8
Средние величины МПК у представителей различных видов спорта
Виды спорта |
Количество обследованных |
млДмин кг) |
|
Марафонский бег |
|||
Бег на длинные дистанции |
|||
Велоспорт (шоссейные гонки) |
|||
Плавание (длинные дистанции) |
|||
Скоростной бег на коньках (стайеры, многоборцы) |
|||
Лыжный спорт |
|||
Плавание (брасс) |
|||
Плавание (кроль) |
|||
Ходьба на 20 и 50 км |
|||
Бег на средние дистанции |
|||
Скоростной бег на коньках (спринт) |
|||
Велосипед (трек) |
|||
Гребля на каноэ |
|||
Плавание (короткие дистанции) |
|||
Волейбол |
|||
Бег на короткие дистанции |
|||
Гимнастика |
Многие исследователи показали, что уровень МПК под влиянием тренировок увеличивается на 10–15% от исходного уже в течение одного сезона. Однако при прекращении тренировок, направленных на развитие аэробной производительности, уровень МПК довольно быстро снижается.
Как видно, энергетические возможности человека определяются целой системой факторов, которые в своей совокупности являются главным (но не единственным) условием для достижения высоких спортивных результатов. В практике имеется много случаев, когда спортсмены с высокими анаэробными и аэробными возможностями показывали посредственные результаты.
Наиболее часто причина кроется в слабой технической (в некоторых случаях волевой и тактической) подготовке. Совершенная координация двигательной деятельности является важной предпосылкой для полноценного использования энергетического потенциала спортсмена.
Охарактеризованные биоэнергетические факторы выносливости ни в коем случае не исчерпывают проблему структуры и механизмов этого основного двигательного свойства человека. Исключительно важной для процессов утомления и физической работоспособности является роль нервной системы. К сожалению, ее ведущее положение все еще слабо изучено. Независимо от этого влияние ряда факторов уже не подлежит сомнению. Так, например, считается доказанным, что поддержание импульсного потока на определенном уровне (соответствующем необходимой скорости движения) является одним из главных условий для продолжительной двигательной деятельности. Иными словами, первичным звеном и наиболее общим фактором, характеризующим выносливость, составляют нейронные системы высших уровней управления. Об этом свидетельствует ряд факторов. Так, например, связь гипоталамус – гипофиз – железы внутренней секреции становится неустойчивой у посредственных бегунов на длинные дистанции (большинство из них имеют слабую нервную систему). И наоборот, у 1200 высококвалифицированных бегунов на средние и длинные дистанции – лыжников, конькобежцев, велосипедистов и др. (с сильной нервной системой) – установлена высокая функциональная устойчивость системы: гипоталамус – гипофиз – надпочечные железы (В. С. Горожанин, П. 3. Сирис).
С энергетической точки зрения, все скоростно-силовые упражнения относятся к анаэробным. Предельная продолжительность их - менее 1-2 мин. Для энергетической характеристики этих упражнений используется два основных показателя: максимальная анаэробная мощность и максимальная анаэробная емкость (способность). Максимальная анаэробная мощность. Максимальная для данного человека мощность работы может поддерживаться лишь несколько секунд. Работа такой мощности выполняется почти исключительно за счет энергии анаэробного расщепления мышечных фосфагенов - АТФ и КрФ. Поэтому запасы этих веществ и особенно скорость их энергетической утилизации определяют максимальную анаэробную мощность. Короткий спринт и прыжки являются упражнениями, результаты которых зависят от максимальной анаэробной мощности,
Для оценки максимальной анаэробной мощности часто используется тест Маргарин. Он выполняется следующим образом. Испытуемый стоит на расстоянии 6 м перед лестницей и вбегает по ней, как только можно быстрее. На 3-й ступеньке он наступает на включатель секундомера, а на 9-й - на выключатель. Таким образом, регистрируется время прохождения расстояния между этими ступеньками. Для определения мощности необходимо знать выполненную работу - произведение массы (веса) тела испытуемого (кг) на высоту (дистанцию) между 3-й и 9-й ступеньками (м)-и время преодоления этого расстояния (с). Например, если высота одной ступеньки равна 0,15 м, то общая высота (дистанция) будет равна 6 * 0,15 м =0,9 м.При весе испытуемого 70 кг и времени преодоления дистанции 0,5 с. мощность составит (70 кг*0,9 м)/0,5с = 126 кгм/а.
В табл. 1 приводятся "нормативные" показатели максимальной анаэробной мощности для женщин, и мужчин.
Таблица 1 Классификация показателей максимальной анаэробной мощности (кгм/с, 1 кгм/с = 9,8 Вт.)
Классификация |
Возраст, лет |
|
посредственная |
||
отличная |
||
посредственная |
||
отличная |
Максимальная анаэробная емкость. Наиболее широко для оценки максимальной анаэробной, емкости используется величина максимального кислородного долга - наибольшего кислородного долга, который выявляется после работы предельной продолжительности (от 1 до 3 мин). Это объясняется тем, что наибольшая часть избыточного количества кислорода, потребляемого после работы, используется для восстановления запасов АХФ, КрФ и гликогена, которые расходовались в анаэробных процессах за время работы. Такие факторы, как высокий уровень катехоламинов в крови, повышенная температура тела и увеличенное потребление О 2 часто сокращающимся сердцем и дыхательными мышцами, также могут быть причиной повышенной скорости потребления О 2 во время восстановления после тяжелой работы. Поэтому имеется лишь весьма умеренная связь между величиной максимального долга и максимальной анаэробной емкостью.
В среднем величины максимального кислородного долга у спортсменов выше, чем у неспортсменов, и составляют у мужчин 10,5 л (140 мл/кг веса тела), а у женщин-5,9 л (95 мл/кг веса тела). У неспортсменов они равны (соответственно) 5 л (68 мл/кг веса тела) и 3,1 л (50 мл/кг веса тела). У выдающихся представителей скоростно-силовых видов спорта (бегунов на 400 и 800 м) максимальный кислородный долг может достигать 20 л (Н. И. Волков). Величина кислородного долга очень вариативна и не может быть использована для точного предсказания результата.
По величине алактацидной (быстрой) фракции кислородного долга можно судить о той части анаэробной (фосфагенной) емкости, которая обеспечивает очень кратковременные упражнения скоростно-силового характера (спринт).
Простое определение емкости алактацидного кислородного долга состоит в вычислении величины кислородного долга за первые 2 мин восстановительного периода. Из этой величины можно выделить "фосфагенную фракцию" алактацидного долга, вычитая из алактацидного- кислородного долга количество кислорода, используемого для восстановления запасов кислорода, связанного с миоглобином и находящегося в тканевых жидкостях: емкость "фосфагенного"
(АТФ + КФ) кислородного долга (кал/кг веса.тела) = [ (О 2 -долг 2мин - 550) * 0,6 * 5 ] / вес тела (кг)
Первый член этого уравнения - кислородный долг (мл), измеренный в течение первых 2 мин восстановления после работы предельной продолжительности 2- 3 мин; 550 - это приблизительная величина кислородного долга за 2 мин, который идет на восстановление кислородных запасов миоглобина и.тканевых жидкостей;г 0,6 - эффективность оплаты алактацидного кислородного долга; 5 - калорический эквивалент 1 мл О 2 .
Типичная максимальная величина "фосфагенной фракции" кислородного долга - около 100 кал/кг веса тела, или 1,5-2 л О2-В результате тренировки скоростно-силового характера она может увеличиваться в 1,5-2 раза.
Наибольшая (медленная) фракция кислородного долга после работы предельной продолжительности в несколько десятков секунд связана с анаэробным гликолизом, т.е. с образованием в процессе выполнения скоростно-силового упражнения молочной кислоты, и потому обозначается как лактацидный кислородный долг. Эта часть кислородного долга используется для устранения молочной кислоты из организма путем ее окисления до СО2 и Н2О и ресинтеза до гликогена.
Для определения максимальной емкости анаэробного гликолиза можно использовать расчеты образования молочной кислоты в процессе мышечной работы. Простое уравнение для оценки энергии, образующейся за счет анаэробного гликолиза, имеет вид: энергия анаэробного гликолиза (кал/кг веса тела) = содержанию молочной кислоты в крови (г/л) * 0,76 * 222, где содержание молочной кислоты определяется как разница между наибольшей концентрацией ее на 4-5-й мин после работы (пик содержания молочной кислоты в крови) и концентрацией в условиях покоя; величина 0,76 - это константа, используемая для коррекции уровня молочной кислоты в крови до уровня ее содержания во всех жидкостях; 222 - калорический эквивалент 1 г продукции молочной кислоты.
Максимальная емкость лактацидного компонента анаэробной энергии у молодых нетренированных мужчин составляет около 200 кал/кг веса тела, что соответствует максимальной концентрации молочной кислоты в крови около 120 мг% (13 ммоль/л). У выдающихся представителей скоростно-силовых видов спорта максимальная концентрация молочной кислоты в крови может достигать 250-300 мг%, что соответствует максимальной лактацидной (гликолитической) емкости 400-500 кал/кг веса тела.
Такая высокая лактацидная емкость обусловлена рядом причин. Прежде всего, спортсмены способны развивать более высокую мощность работы и поддерживать ее более продолжительно, чем нетренированные люди. Это, в частности, обеспечивается включением в работу большой мышечной массы (рекрутированием), в том числе быстрых мышечных волокон, для которых характерна высокая гликолитическая способность. Повышенное содержание таких волокон в мышцах высококвалифицированных спортсменов - представителей скоростно-силовых видов спорта - является одним из факторов, обеспечивающих высокую гликолитическую мощность и емкость. Кроме того, в процессе тренировочных занятий, особенно с применением повторно-интервальных упражнений анаэробной мощности, по-видимому, развиваются механизмы, которые позволяют спортсменам "переносить" ("терпеть") более высокую концентрацию молочной кислоты (и соответственно более низкие значения рН) в крови и других жидкостях тела, поддерживая высокую спортивную работоспособность. Особенно это характерно для бегунов на средние дистанции.
Силовые и скоростно-силовые тренировки вызывают определенные биохимические изменения в тренируемых мышцах. Хотя содержание АТФ и КрФ в них несколько выше, чем в нетренируемых (на 20-30%), оно не имеет большого энергетического значения. Более существенно повышение активности ферментов, определяющих скорость оборота (расщепления и ресинтеза) фосфагенов (АТФ, АДФ, АМФ, КрФ), в частности миокиназы и креатин" фосфокиназы (Яковлев Н. Н.).
Максимальное потребление кислорода. Аэробные возможности человека определяются, прежде всего, максимальной для него скоростью потребления кислорода. Чем выше МПК, тем больше абсолютная мощность максимальной аэробной нагрузки. Кроме того, чем выше МПК, тем относительно легче и потому длительнее выполнение аэробной работы.
Например, спортсмены А и Б должны бежать с одинаковой скоростью, которая требует у обоих одинакового потребления кислорода - 4 л/мин. У спортсмена А МПК. равно 5 л/мин и потому дистанционное потребление О 2 составляет 80% от его МПК. У спортсмена Б МПК равно 4,4 л/мин н, следовательно, дистанционное потребление О 2 достигает 90% от его МПК. Соответственно для спортсмена А относительная физиологическая нагрузка при таком беге ниже (работа "легче"), и потому он может поддерживать заданную скорость бега в течение более продолжительного времени, чем спортсмен Б.
Таким образом, чем выше МПК у спортсмена, тем более высокую скорость он может поддерживать на дистанции, тем, следовательно, выше (при прочих равных условиях) его спортивный результат в упражнениях, требующих проявления выносливости. Чем выше МПК, тем больше аэробная работоспособность (выносливость), т.е. тем больший объем работы аэробного Характера способен выполнить человек. Причем эта зависимость выносливости от МПК проявляется (в некоторых пределах) тем больше, чем меньше относительная мощность аэробной нагрузки.
Отсюда понятно, почему в видах спорта, требующих проявления выносливости, МПК у спортсменов выше, чем у представителей других видов спорта, а тем более чем у нетренированных людей того же возраста. Если у нетренированных мужчин 20-30 лет МПК в среднем равно 3-3,5 л/мин (или 45- 50 мл/кг * мин), то у высококвалифицированных бегунов-стайеров и лыжников оно достигает 5-6 л/мин (или более 80 мл/кг * мин). У нетренированных женщин МПК равно в среднем 2-2,5 л/мин (или 35-40 мл/кг * мин), а у лыжниц около 4 л/мин (или более 70 мл/кг * мин).
Абсолютные показатели МПК (л О 2 /мин) находятся в прямой связи с размерами (весом) тела. Поэтому наиболее высокие абсолютные показатели МПК имеют гребцы, пловцы, велосипедисты, конькобежцы. В этих видах спорта наибольшее значение для физиологической оценки данного качества имеют абсолютные показатели МПК.
Относительные показатели МПК (мл О 2 /кг * мин) у высококвалифицированных спортсменов находятся в обратной зависимости от веса тела. При беге и ходьбе выполняется значительная работа по вертикальному перемещению массы тела и, следовательно, при прочих равных условиях (одинаковой скорости передвижения) чем больше вес спортсмена, тем больше совершаемая им работа (потребление О 2). Поэтому бегуны на длинные дистанции, как правило, имеют относительно небольшой вес тела (прежде всего за счет минимального количества жировой ткани и относительно небольшого веса костного скелета). Если у нетренированных мужчин 18-25 лет жировая ткань составляет 15- 17% веса тела, то у выдающихся стайеров - лишь 6- 7% Наибольшие относительные показатели МПК обнаруживаются у бегунов на длинные дистанции и лыжников, наименьшие - у гребцов. В таких видах спорта, как легкоатлетический бег, спортивная ходьба, лыжные гонки, максимальные аэробные возможности спортсмена правильнее оценивать по относительному МПК.
Уровень МПК зависит от максимальных возможностей двух функциональных систем: 1) кислородтранспортной системы, абсорбирующей кислород из окружающего воздуха и транспортирующей его к работающим мышцам и другим активным органам и тканям тела; 2) системы утилизации кислорода, т. е. мышечной системы, экстрагирующей и утилизирующей доставляемый кровью кислород. У спортсменов, имеющих высокие показатели МПК, обе эти системы обладают большими функциональными возможностями.
3. Факторы, определяющие аэробную производительность
Важнейшим из всех рассмотренных параметров биоэнегетиических механизмов является показатель мощности аэробных механизмов - показатель МПК, который в значительной мере определяет общую физическую работоспособность. Вклад этого показателя в специальную физическую работоспособность в циклических видах спорта, в дистанциях, начиная со средних дистанций, составляет от 50 до 95%, в игровых видах спорта и единоборствах - от 50 до 60% и более. По крайней мере, во всех видах спорта, по мнению А.А. Гуминского (1976) величина МПК определяет так называемую "общую тренировочную работоспособность" .
МПК у физически малоподготовленных мужчин в возрасте 20-30 лет в среднем составляет 2,5-3,5 л/мин или 40-50 мл/кг.мин (у женщин примерно на 10% меньше). У выдающихся спортсменов (бегунов, лыжников и т.д.) МПК достигает 5-6 л/мин (до 80 мл/кг.мин и выше). Движение атмосферного кислорода в организме от легких до тканей определяет участие в кислородном транспорте следующих систем организма: система внешнего дыхания (вентиляция), система крови, сердечно-сосудистая система (циркуляция), система утилизации организмом кислорода.
Повышение и совершенствование (повышение КПД) аэробной производительности (АП) в процессе тренировки в первую очередь связано с повышением производительности систем вентиляции, затем циркуляции и утилизации; их включение идет не параллельно и постепенно всех разом, а гетерохронно: на начальном этапе адаптации доминирует система вентиляции, затем циркуляции и на этапе высшего спортивного мастерства - система утилизации (С.Н. Кучкин, 1983, 1986).
Общий размер прироста АП разными авторами определяется от 20 до 100%, однако исследования в лаборатории физиологии ВГАФК (С.Н. Кучкин, 1980, 1986) показали, что общий размер прироста показателя относительного МПК составляет в среднем 1/3 от исходного (генетически детерминированного уровня) - т.е. около 35%. Причем на этапе начальной подготовки прирост МПК наиболее ощутим и составляет до 20% (половину от общего прироста), на этапе спортивного совершенствования (II этап адаптации) прирост МПК/вес замедляется и составляет около 10%, а на этапе высшего спортивного мастерства (III этап адаптации) прирост минимален - до 5-7%.
Таким образом, начальный период адаптации является наиболее благоприятным для тренировки аэробных возможностей, а окончание этого этапа является важным для определения перспективности данного спортсмена в отношении аэробной работоспособности.
Рассмотрим кратко основные изменения в системах организма, ответственных за кислородный транспорт при развитии выносливости.
В системе внешнего дыхания в первую очередь увеличиваются резервы мощности – это показатели ЖЕЛ, МВЛ, силы и выносливости дыхательных мышц. Так, у высококвалифицированных пловцов, гребцов-академистов показатели ЖЕЛ могут достигать 8-9 литров, а МВЛ – до 250-280 л/мин и выше. Резервы мощности – это резервы первого эшелона, и включаются они в повышение АП уже на начальных этапах адаптации. Поэтому всем начинающим спортсменам и в начале общеподготовительного периода можно смело рекомендовать разнообразные дыхательные упражнения, что будет способствовать лучшей аэробной адаптации.
На более поздних этапах адаптации улучшается способность к мобилизации резервов мощности, а позднее – повышается экономичность (эффективность) внешнего дыхания (С.Н. Кучкин, 1983, 1986, 1991). Так, спортсмены-мастера могут использовать ЖЕЛ на 60-70% при тяжелой работе (против 30-35% - у начинающих). Более эффективно поглощается кислород из вдыхаемого воздуха (по показателям коэффициента использования кислорода, вентиляционного эквивалента и др.), что обеспечивает высокие величины МПК при вентиляции «всего» в 100-120 л/мин и невысокой частоте дыхания. Этому способствуют и механизмы более эффективной работы системы тканевой утилизации кислорода в работающих мышцах, в которых может использоваться почти 100% доставляемого к ним кислорода.
В системе крови , как правило, не наблюдается повышенного содержания эритроцитов и гемоглобина. Но увеличение обмена циркулирующей крови (преимущественно за счет плазмы), появление так называемой гемоконцентрации (увеличения содержания гемоглобина за счет выхода части плазмы в ткани), в результате которой при работе циркулирующая кровь имеет на 10-18% гемоглобина больше, что приводит к повышению так называемой кислородной емкости крови .
Значительные изменения при развитии выносливости происходят в системе циркуляции – сердечно-сосудистой системе . В первую очередь это сказывается на повышении резервов мощности – производительности сердца (систолический объем может достигать 180-210 мл, что при эффективной ЧСС в 180-190 уд/мин может дать МОК в 32-38 литров/мин). Это связано с обязательным увеличением общего объема сердца с 750 мл до 1200 мл и более, обусловленных рабочей гипертрофией и тоногенной дилотацией (расширением) полостей сердца.
Резервы регуляторных механизмов заключаются формировании брадикардии покоя и относительной рабочей брадикардии при выполнении аэробной работы. Сравните: резерв по ЧСС у тренированных равен: , а у нетренированных –
. То есть, только по ЧСС резерв с тренировкой составит 164%.
Еще один важный регуляторный механизм: через сосуды работающих мышц у тренированных проходит гораздо больше крови, чум в неработающие мышцы. В.В. Васильева (1986) показала, что это связано с изменением просвета сосудов в соответствующих мышцах. Совершенствование системы утилизации связано в значительной мере с изменениями в работающих мышцах: увеличением количества медленных мышечных волокон с аэробными механизмами энергопродукции; рабочей гипертрофией саркоплазматического типа и увеличением количества митохондрий; значительно более высокой капилляризацией, а, следовательно, более высоким кислородным обеспечением; значительным аэробными биохимическими перестройками в мышцах (повышение емкости и мощностиаэробного механизма за счет увеличения содержания и активности ферментов окислительного метаболизма в 2-3 раза, увеличения содержания миоглобина в 1,5-2 раза, а также гликогена и липидов на 30-50% и др.).
Таким образом, тренировка выносливости вызывает следующие основные функциональные эффекты:
Повышение и совершенствование всех качественных и количественных показателей аэробного механизма энергообеспечения, что проявляется при максимальной аэробной работе.
Повышение экономичности деятельности организма, что проявляется в уменьшении затрат на единицу работы и в меньших функциональных сдвигах при стандартных нагрузках (ЧСС, вентиляция, лактат и др.) .
Повышение резистентности – способности организма противостоять сдвигам во внутренней среде организма, сохраняя гомеостаз, компенсируя эти сдвиги.
Совершенствование терморегуляции и повышение резервов энергетических ресурсов.
Повышение эффективности координации работы двигательных и вегетативных функций при непосредственной регуляции посредством нервных и гуморальных механизмов.
Введение
ГЛАВА І. Морфо - функциональные особенности женского организма 9-37
ГЛАВА 2. Организация, объём и методы исследования 38-46
ГЛАВА 3. Физическая работоспособность и энергообеспечение у женщин севера в различные фазы овариально-менструального цикла 47-93
3.1. Особенности аэробной и анаэробной работоспособности женского организма 47-68
3.2. Особенности энергообеспечения у женщин Севера при субмаксимальных физических нагрузках 69-93
ГЛАВА 4. Характеристика аэробной и анаэробной работоспособности женщин севера в различные сезоны года 94-119
Заключение 120-129
Указатель литературы 133-161
Введение к работе
Актуальность проблемы. Изучение закономерностей изменения физической работоспособности женского организма в условиях Севера, энергетического обеспечения мышечной деятельности в различные периоды имеет весьма важное значение в физиологии труда, эрганомике, спорте /36,123/.
Известно, что изменение концентрации женских половых гормонов - эстрогенов и прогестерона обеспечивает формирование фаз овариально-менструального цикла. Являясь важным звеном в цепи адаптационно-трофических реакций данная группа гормонов обеспечивает возможность адекватного приспособления женского организма к окружающей среде, в том числе и физическим нагрузкам/5,7,39/. Кроме того, рядом авторов неоднократно отмечалась выраженная вариабельность гормональной активности у жительниц Севера/31,44,96,174,178,182/.
К одним из наиболее эффективных факторов воздействия на репродуктивную систему относятся условия освещенности. Во многом это обусловлено тем, что режим светового воздействия влияет на биоритмы и функциональную активность эпифиза, с которым гонады в целом находятся в антагонистических отношениях /44/.
В условиях высоких широт сложный комплекс климато-географических особенностей включает в себя резкие сезонные контрасты продолжительности светового дня. Имеются данные свидетельствующие о более напряженном состоянии системы гипофиз-гонады у женщин Европейского Севера, чем у женщин других широт, что проявляется в повышении базального уровня гонадотропинов, расширении лимитов варьирования центральных и перефирических гормонов, а также наличии сезонных перестроек гормонального профиля ^1,42,44,96,174,178,182/.
Исходя из этого, можно предположить, что аэробная и анаэробная производительность женского организма, энергетическое обеспечение физических нагрузок, его структура должны изменяться в зависимости от фаз овариально-менструального цикла и сезонов года.
Однако, до сих пор эти вопросы остаются окончательно не решенными. Поэтому проведение данного исследования является актуальным как в теоретическом, так и в практическом отношении.
Цель и задачи исследования. Целью настоящего исследования явилось изучение аэробной и анаэробной работоспособности у молодых женщин Европейского Севера в различные фазы овариально-менструального цикла.
Для достижения поставленной цели решались следующие задачи:
Установить особенности максимальной мощности, емкости и мобилизуемости аэробной системы у женщин в различные фазы ОМЦ.
Выявить изменения емкости и эффективности анаэробной системы в динамике ОМЦ.
3. Определить энергообеспечение при субмаксимальных нагрузках в разные фазы ОМЦ.
4. Установить сезонные изменения аэробной и анаэробной производительности в зависимости от фаз ОМЦ.
Положения, выносимые на защиту. 1. Аэробная и анаэробная производительность женского организма находится в определенной зависимости от фаз ОМЦ. 2. Менструальная фаза, характеризующаяся как период нестабильности гормонального профиля и лабильности ЦНС, выделяется наименьшей аэробной и анаэробной работоспособностью. Энергетическая стоимость физической нагрузки в эту фазу максимальна. 3. Физическая раотоспособность в весенний сезон понижается относительно осенне-зимнего периода.
Новизна исследования. Впервые в условиях Европейского Севера изучены особенности аэробной и анаэробной производительности женского организма в различные фазы ОМЦ.
Выявлены особенности функционирования энергетических систем в динамике ОМЦ.
Получены данные об особенностях реакции женского организма на физическую нагрузку в различные сезоны года.
Научно-практическая значимость исследования.
Полученные результаты, об особенностях функционирования аэробной и анаэробной энергетических систем в динамике ОМЦ и различные сезоны года, расширяют современные представления об изменении физической работоспособности женского организма, что необходимо учитывать при планировании тренировочного процесса женщин в условиях Европейского Севера.
Материалы исследования включены в учебный курс по физиологии спорта для студентов Поморского международного педагогического университета (акт внедрения от 24 января 1996 г.).
Апробация работы. Результаты работы докладывались и обсуждались на заседаниях кафедр медико-биологических дисциплин и валеологии ПМПУ (Архангельск, 1993-1996); межвузовской научной конференциии "Ломоносовские чтения" (Архангельск, 1993-1996); региональной конференции "Физическое воспитание и спортивная медицина на Севере" (Архангельск, 1995), научно-методической конференции "Дети Севера: здоровье, рост и развитие" (Архангельск, 1995). VII Соловецком международном форуме (Архангельск, 1996); всероссийской научно-практической конференции " Оздоровление населения, физвоспитание и спорт" (Чебоксары, 1996).
По материалам диссертации опубликовано 7 печатных работ. -&-Структура и объем диссертации. Диссертация изложена на 163 страницах машинописного текста и состоит из введения, 4 глав, заключения, выводов и приложения. Работа иллюстрирована 24 таблицами и 17 рисунками. Библиография включает 207 отечественных и 64 зарубежных публикаций.
Организация, объём и методы исследования
В исследовании были заняты студентки факультета физической культуры Поморского педагогического университета в возрасте от 17 до 26 лет. Все лица, участвовавшие в исследовании, имели средний уровень физической подготовленности, были обследованы врачами специалистами и признаны практически здоровыми. Помимо этого проводилось измерение длины, массы тела, окружности грудной клетки, динамометрия правой и левой кисти, а также измерение становой силы. Средний уровень антропометрических признаков составил: длина тела -164,2±1,09 см., масса тела - 60,03+1,28 кГ, окружность грудной клетки -86,4+1,04 см.
Помимо оценки физического развития, проводилось анкетирование, с целью изучения характеристики менструальной функции.
Наиболее часто встречающаяся продолжительность ОМЦ составила 28-30 дней (75%). Длительность менструальной фазы колебалась от 3-4 дней (27%) до 6-7 дней (8%). У 76% обследованных количество выделений было умеренным, у 22% - обильным, у 2% - скудным. 59% обследованных при менструации не испытывали болевых ощущений. Предменструальный синдром обнаружен у 60% студенток, в основном в форме нагрубания молочных желез, а также болей внизу живота и пояснице. У 81% спортсменок выявлен регулярный менструальный цикл. Однако у 22% из них наблюдались задержки менструации. Все испытуемые во время менструации участвовали в тренировках и 72% - в соревнованиях. При этом характер нагрузок у 73% оставался обычным, у 27% снижался объем и интенсивность тренировочного процесса. Почти половина обследованных спортсменок (52%) отмечали снижение физической работоспособности в период менструации, 11%- в постменструальную фазу, 9%- в период овуляции, 25%- в предменструальную фазу.
Фазы менструального цикла определялись методом опроса, а также с помощью таблицы Кнауса /200/. Основу данной работы составили 3 серии исследований состоящие из 5 этапов.
В первой серии изучались аэробная и анаэробная производительность женского организма в динамике ОМЦ. В исследовании принимали участие 30 девушек, студенток факультета физической культуры.
Для определения аэробной и анаэробной производительности была предложена непрерывная ступенчато-возрастающая нагрузка мощностью 1,5-2-2,5 Вт на кГ массы тела. Длительность работы на первых двух ступенях составила 2 минуты - время, позволяющее организму выйти на оптимальный уровень функционирования. На последней ступени работа проводилась "до отказа", т.е. невозможности далее поддерживать заданную скорость педалирования.
Ступенеобразно возрастающая нагрузка дает возможность стандартизировать результаты спироэргометрии с помощью одного из следующих критериев: 1) достижение максимального потребления кислорода (образования плато потребления кислорода); 2) достижение определенного уровня возрастной аэробной способности по частоте сердечных сокращений; 3) появление симптомов, требующих прекращения теста.
Аэробную и анаэробную производительность женского организма оценивали по следующим критериям /232, 250, 251,258/: I - Максимальная аэробная мощность - наивысшая интенсивность аэробного метаболизма в процессе напряженной мышечной деятельности, свидетельствующая о достижении аэробным обменом максимального копредела, а следовательно и о полном истощении функциональных возможностей организма. Количественная мера максимальной аэробной мощности максимальное потребление кислорода (МПК). Это обусловлено следующим. Повышение потребления кислорода при мышечной работе происходит пропорционально ее мощности. Когда достигается индивидуальный критический уровень аэробного метаболизма, потребление кислорода прекращает увеличиваться, т.е. стабилизируется, несмотря на дальнейшее повышение мощности нагрузки. Этот уровень потребления кислорода при определенном значении "критической мощности" и принято считать МПК /187/. II - Емкость аэробной производительности - продолжительность работы, которая может быть выполнена за счет аэробного метаболического энергообеспечения, т.е. способность максимально долгое время удерживать состояние, при котором организм потребляет околопредельное количество кислорода (95+5%). В качестве показателя емкости используется время удержания МПК или суммарное потребление кислорода потребленного за это время. III - Мобилизуемость (подвижность) аэробной производительности подразумевает скорость включения физиологических систем кислородного обеспечения при переходе организма из состояния покоя к физической нагрузке, т.е. время выхода организма на уровень МПК. IV - Ёмкость фосфагенной и гликолитической системы оценивали по величине максимального кислородного долга, т.к. усиленное потребление кислорода в период реституции необходимо для восстановления нормального уровня АТФ, КрФ и кислородных запасов в организме, а также снижения концентрации в крови молочной кислоты, которая образуется при физической работе. Молочная кислота образуется из пировиноградной кислоты в процессе гликолиза, который приводит к восстановлению уровня АТФ. V - Эффективность анаэробной метаболической системы - по скорости оплаты кислородного долга. Во второй серии исследований изучалась динамика работоспособности женского организма в различные сезоны года в зависимости от фаз менструального цикла, В данных исследованиях принимали участие 2 группы девушек по 30 человек в каждой. Каждая группа обследовалась в определенную фазу ОМЦ: первая - в менструальную, вторая - в постменструальную, третья -в овариальную, четвертая в предменструальную. Исследования проводились в три этапа, соответствующих осеннему, зимнему и весеннему сезонам года (в октябре, январе и апреле соответственно). Для определения производительности женского организма в различные сезоны года была предложена нагрузка "до отказа" мощностью 2,5 Вт на кГ массы тела.
Особенности аэробной и анаэробной работоспособности женского организма
Под аэробной работоспособностью понимают предельный объем работы, который может быть выполнен за счет аэробных источников энергообеспечения. Аэробная работоспособность во многом зависит от энергетических источников организма, эффективности их использования и особенностей развития утомления и лишь в небольшой степени - от предельных функциональных возможностей таких важных систем, как сердечно-сосудистая и дыхательная /27,114/.
Аэробная способность зависит от резервов сердца, возможностей кровоснабжения работающих мышц, кислородной емкости крови и т.д. Если какое-либо звено в цепи факторов обеспечивающих высокий уровень обменных процессов при физических нагрузках нарушается, то неизбежно снижается и аэробная производительность организма. С другой стороны, тренирующий режим, увеличивая адаптационные возможности, приводит к увеличению аэробной способности /4,70,73,90,114,135,168/.
Для оценки аэробной производительности существует несколько критериев, главным из которых является потребление кислорода во время работы и максимальное потребление кислорода.
Исследование газообмена в состоянии относительного мышечного покоя (табл.1) показало, что ПК достигает своего максимума во II фазу цикла (0,29+0,02 л/мин), достоверно снижаясь к концу МЦ (0,25+0,02 л/мин).
Однако при пересчете ПК на кГ массы тела минимальная интенсивность ПК выявлена в менструальную фазу. Во вторую фазу цикла отмечено наибольшее ПК на кГ массы тела.
Наибольшие показатели ВУГ отмечены во II и III фазах (0,25+0,02 и 0,26±0,02 л/мин). Исследование динамики дыхательного коэффициента в покое показало, что во II и IV фазы данный показатель составляет 0,74 ±0,05 и 0,77+0,06 усл.ед. соответственно, что свидетельствует о том, что в качестве энергетических субстратов в эти фазы организм использует преимущественно жиры. В менструальную фазу ДК значительно повышается и составляет уже 0,85+0,06 усл.ед., что указывает на смешанное углеводно-жировое обеспечение. Наибольший ДК отмечен в овариальную фазу цикла. В этот период в качестве преимущественного использования энергетических субстратов выступают углеводы (ДК=1,0±0,13)
Велоэргометрический тест вызвал закономерное увеличение всех показателей газообмена (рис.1). На первой ступени работы минимальный прирост ПК отмечен в постменструальную фазу цикла (233,63%). Максимальное увеличение данного показателя зарегистрировано в овариальную фазу (327,73%). На второй и третьей ступенях нагрузки наибольший прирост ПК по сравнению с периодом относительного мышечного отмечен в овариальную фазу (443,81% на второй ступени и 557,97% на третьей ступени). Значения относительного потребления кислорода при выполнении непрерывной ступенчато-возрастающей нагрузки, по отношению к данным покоя, выраженные в процентах, практически соответствуют значениям валового ПК.
Выделение углекислого газа увеличивалось пропорционально изменению мощности нагрузки, но в большей степени, чем ПК. Наибольший прирост ВУГ на первой ступени зарегистрирован в I фазу -347%, на второй и третьей в IV - 529,94% и 866,74% соответственно.
Изменение ДК при выполнении мышечной работы было менее выражено, чем изменение ПК и ВУГ. Наибольшее увеличение ДК произошло в постменструальную фазу. В предменструальную фазу наблюдается снижение ДК относительно покоя на всех ступенях нагрузки.
В менструальную фазу количество человек, достигших уровень максимального потребления кислорода было наибольшим (60%). Наименьшее число вышедших на МПК зарегистрировано в овариальную фазу (40%).
Время выхода на уровень МПК (табл.2), характеризующее подвижность аэробной системы, у обследованных нами девушек имело свои наибольшие величины в предменструальную фазу (7,88±0,66 мин). Наименьшее время мобилизации аэробной системы отмечено в овариальную фазу (6,92±0,52 мин).
Показателем, характеризующим емкость аэробной системы, принято считать время удержания МПК. Максимальное время удержания МПК отмечено в постменструальную фазу (2,44±0,68 мин) (табл.2) Наименьшая аэробная емкость наблюдалась в менструальную фазу цикла (1,61+0,26 мин).
Особенности энергообеспечения у женщин Севера при субмаксимальных физических нагрузках
В постменструальную фазу - 191,0%», 458,5%», 510,3% соответственно. В овариальную фазу прирост потребления кислорода приблизительно равен таковому в менструальную фазу и составил 203,9%, 498,5% и 576,0% соответственно. В предменструальную фазу обнаружены наибольшие величины этого показателя - на первой минуте - 229%, на второй - 496,2%, на третьей - 579,5%. Достоверные отличия абсолютных величин потребления кислорода по фазам ОМЦ отмечены на первой и третьей минутах работы. Причем, существенно ниже потребление кислорода было во II фазу цикла.
Значения относительного потребления кислорода при выполнении субмаксимальных физических нагрузок по отношению к данным до нагрузки, выраженные в процентах, практически соответствуют значениям валового потребления кислорода. Достоверных отличий интенсивности потребления кислорода во время выполнения нагрузки не зарегистрировано.
Выделение углекислого газа во время работы увеличивалось пропорционально увеличению времени нагрузки. Начиная со второй минуты работы величины прироста выделения углекислого газа были значительно выше прироста потребления кислорода. Так, в менструальную фазу на первой минуте работы выделение углекислого газа увеличилось на 219,6%, на второй минуте - на 586,9%, на третьей -на 683,5%. В постменструальную фазу - на 181,9%, 583,9%, 712,3% соответственно. В овариальную фазу отмечен наибольший прирост выделения углекислого газа - 241,3%, 673,7%, 816,1% соответственно. В предменструальную фазу ВУГ увеличилось на 230,8%, 588,9%, 756,1%.
По валовым значениям выделение углекислого газа во время выполнения нагрузки имело наибольшие величины в менструальную (1,07±0,06 л/мин на 1-й мин. работы, 2,29±0,09 л/мин на 2-й мин. работы), а наименьшие - на 1-й минуте в овариальную фазу (О.88±0,05 л/мин), на 2-й - в предменструальную (2,12+0,08 л/мин)
Изменение ДК при субмаксимальной нагрузке было менее выражено, чем потребление кислорода и выделение углекислого газа. Так, на первой минуте работы во II и IV фазы ДК снизился по сравнению с периодом покоя на 5,7% и 0,9% соответственно. В I и Ш фазы дыхательный коэффициент увеличился соответственно на 7,4% и 6,93%. На второй минуте наблюдалось увеличение ДК в I фазу на 20,4%, во II - на 19,04%, в III - 27,82%, В IV - на 14,16%. На третьей минуте - на 29,6%, 27,62%, 33,66% и 23,9% соответственно. Достоверные отличия абсолютных значений ДК в различные фазы ОМЦ выявлены на третьей минута работы.
Одной из важнейших функциональных систем организма, наиболее реактивно отвечающей на изменения гомеостаза в организме, является сердечно-сосудистая система.
На третьей минуте работы субмаксимальной аэробной мощности (рис.6) наименьший прирост ЧСС выявлен в менструальную фазу (148,7%). В постменструальную, овариальную и предменструальную фазы цикла увеличение ЧСС относительно донагрузочного уровня было примерно одинаковым (161,5%, 161,8%, 163,1% соответственно). Систолическое давление к концу работы в I фазу увеличилось на 34,7%, во II - на 31,3%, В III - на 27,8%, В IV - на 30,1%, диастолическое - на 5,8%, 10,1%, 0,6%, 4,8% соответственно. Наибольший прирост среднего артериального давления отмечен в I половине цикла, начиная с овариальной фазы прирост СрАД существенно снижается (в I - 20,9%, во II - 21,8%, в III - 15,0%, в IV - 17,9%).
Наибольшее увеличение кислородного пульса зарегистрировано в овариальную фазу (61,1%), наименьшее - в постменструальную (29,5%). По абсолютным значениям достоверное снижение кислородного пульса отмечено в постменструальную фазу (9,87+0,31 мл/мин) (табл.10).
Энергия, необходимая для выполнения мышечной работы производится не только при непосредственном участии кислорода, но поставляется и другими - анаэробными источниками энергии. Вклад этих систем можно оценить по величине кислородного долга и изменению концентрации молочной кислоты в крови, определяемых в процессе восстановления. Потребление кислорода на первой минуте восстановления (табл.11) в овариальную фазу имело наибольшее значение. Минимальная величина была зарегистрирована в постменструальную фазу цикла. На второй минуте восстановления достоверное снижение потребления кислорода отмечено во второй половине цикла, т.е. после наступления овуляции. Аналогичные изменения выявлены и по отношению потребления кислорода к массе тела.
Выделение углекислого газа в течении всего восстановительного периода было ниже в постменструальную фазу. Максимальные значения ВУГ на первой и второй минуте восстановления обнаружено в предменструальный период.
Динамика дыхательного коэффициента на первой минуте восстановления не имеет достоверных отличий между фазами, тогда как на второй минуте восстановления этот показатель достоверно ниже во II и III фазы цикла (1,58±0,04 и 1,68+0,05).
Характеристика аэробной и анаэробной работоспособности женщин севера в различные сезоны года
В связи с полученными данными о динамике аэробной и анаэробной производительности, а также энергетического обеспечения физической нагрузки на протяжении менструального цикла, для получения более полного представления о физической работоспособности женского организма представилось необходимым изучить физическую работоспособность при работе до отказа в различные сезоны года. Для этого были выбраны две фазы МЦ: менструальная и овариальная, в связи с тем, что данные фазы являются противоположными по уровню концентрации половых гормонов.
Анализ газообмена в период относительного мышечного покоя (табл.17) свидетельствует о том, что осенний сезон характеризуется наибольшими величинами ПК и ВУГ в менструальную фазу цикла. Динамика дыхательного коэффициента свидетельствует о преобладании смешанного углеводно-жирового обмена весной и осенью и углеводного зимой. Весной ДК достоверно повышается относительно осени и достоверно снижается относительно зимы (Р 0,001).
В овариальную фазу МЦ отмечена тенденция повышения газообмена в зимний сезон, хотя достоверных отличий не выявлено. Минимальные показатели абсолютного и относительного ПК, а также ВУГ отмечены весной. Отношение выделенного углекислого газа к потребленному кислороду во все сезоны года указывает на смешанное использование жиров и углеводов в качестве энергетических субстратов.
При переходе из состояния относительного мышечного покоя к мышечной деятельности и в I и в III фазы менструального цикла происходит закономерное усиление метаболических процессов (табл.18). К концу первой минуты работы в менструальную фазу скорость ПК по сравнению с фоновым уровнем выросла осенью на 159,27%, зимой на 189,49%, весной на 269,2% (рис.10). Динамика ПК отнесенного на кГ массы тела сохранила ту же тенденцию. Выделение углекислого газа после первой минуты нагрузки во все сезоны года увеличивалось примерно одинаково: на 272,6% осенью, на 251,1% зимой, на 276,0% весной. Реакцией организма на мышечную нагрузку в менструальную фазу явилось некоторое снижение ДК на первой минуте работы. Вторая минута работы характеризовалась дальнейшим приростом ПК и ВУГ. Тенденция увеличения скорости и интенсивности ПК в менструальную фазу цикла осталась прежней - наибольший прирост ВУГ по сравнению с донагрузочным уровнем зарегистрирован осенью (501,18%), наименьший - зимой (474,82%). На последней минуте аэробной работы в менструальную фазу наибольшее увеличение скорости ПК произошло весной (775,7%). Однако максимальная абсолютная величина ПК отмечена в осенний период (2,22+0,09 л/мин) (Р 0,05) (табл.18). Интенсивность ПК увеличивается на 589,9% осенью, на 665,5% зимой и на 597,7% весной. Динамика изменения относительного ПК осталась прежней: максимальная интенсивность ПК зарегистрирована осенью (37,46±1,28 мл/мин кГ), минимальная весной (30,91±1,14 мл/мин кГ). ВУГ в менструальную фазу во все сезоны увеличилось более чем в 7 раз. Наибольший прирост наблюдался в осенний период (778,6%), тогда же отмечено максимальное валовое ВУГ (2,72±0,12 л/мин). Тенденция изменения ДК была аналогична изменению ВУГ. Наибольшее количество человек вышедших на уровень МПК в менструальную фазу выявлено в весенний сезон. Помимо этого весенний сезон характеризуется минимальной мощностью аэробного энергообеспечения и максимальным временем удержания МПК 3,25±0,73 мин) (таблЛ9). Наименьшее количество обследованных достигших уровень максимальной аэробной мощности зарегистрировано зимой, тогда же наблюдалась наименьшая подвижность аэробного метаболизма (5,75+1,13 мин). В овариальную фазу наибольший прирост показателей газообмена на протяжении всего периода мышечной деятельности отмечен весной (рисії). Абсолютные же показатели скорости и интенсивности ПК, а также ВУГ в III фазу МЦ имеют свои максимальные значения в зимний сезон. ДК в овариальную и фазу в период напряженной мышечной деятельности значительно выше в осенний сезон. Минимальные величины ДК отмечены весной. Максимальное количество обследованных, вышедших на уровень МПК, в овариальную фазу зарегистрировано в осенний сезон (47%). В зимний сезон количество человек достигших уровня максимальной аэробной мощности резко упало и составило всего 20% от числа обследованных.
Восстановление (ресинтез) АТФ осуществляется за счет химических реакций двух типов:
- - анаэробных, протекающих при отсутствии кислорода;
- - аэробных (дыхательных), при которых поглощается кислород из воздуха.
Анаэробные реакции не зависят от поступления кислорода в ткани и активизируются при нехватке АТФ в клетках.
Однако освободившаяся химическая энергия используется для механической работы крайне неэффективно (только около 20-30%). Кроме того, при распаде вещества без участия кислорода внутримышечные запасы энергии расходуются очень быстро и могут обеспечить двигательную активность только в течение нескольких минут.
Следовательно, при максимально интенсивной работе в короткие промежутки времени энергетическое обеспечение осуществляется преимущественно за счет анаэробных процессов.
Последние включают в себя два основных источника энергии: креатин-фосфатную реакцию, связанную с распадом богатого энергией КрФ, и так называемый гликолиз, при котором используется энергия, выделяемая при расщеплении углеводов до молочной кислоты (Н3РО4).
На рис. 4 представлено изменение интенсивности креатинфосфатного, гликолитического и дыхательного механизмов энергообеспечения в зависимости от продолжительности упражнения (по Н.И. Волкову). Следует подчеркнуть, что в соответствии с различиями в характере энергетического обеспечения мышечной деятельности принято выделять аэробные и анаэробные компоненты выносливости, аэробные и анаэробные возможности, аэробную и анаэробную производительность.
Анаэробные механизмы наибольшее значение имеют на начальных этапах работы, а также в кратковременных усилиях высокой мощности, значение которой превышает ПАНО.
Рис. 4. - Изменение интенсивности креатинфосфатного, гликолитического и дыхательного механизмов в зависимости от продолжительности упражнения:
Усиление анаэробных процессов происходит также при всевозможных изменениях мощности в ходе выполнения упражнения, при нарушении кровоснабжения работающих мышц (натуживание, задержка дыхания, статические напряжения и т. д.).
Аэробные же механизмы играют главную роль при продолжительной работе, а также в ходе восстановления после нагрузки (табл. 2), характеризуют функциональный энергетический потенциал человека - его общие энергетические возможности.
Таблица 2. - Источники энергообеспечения работы в отдельных зонах относительной мощности и их восстановление (по Н.И. Волкову):
В связи с этими основными источниками энергии некоторые авторы (Н.И. Волков, В.М. Зациорский, А.А. Шепилов и др.) выделяют три составных компонента выносливости:
- - алактатный анаэробный;
- - гликолитический анаэробный;
- - аэробный (дыхательный).
В этом смысле различные виды "специальной" выносливости могут быть рассмотрены как комбинации из указанных трех компонентов (рис. 5).
При напряженной мышечной деятельности прежде всего развертывается креатинфосфатная реакция, которая после 3-4 с достигает своего максимума. Но малые запасы КрФ в клетках быстро исчерпываются, и мощность реакции резко падает (ко второй минуте работы она составляет ниже 10% от своего максимума).
Рис. 5. - Относительный энергетический вклад анаэробных (Ан) и аэробных (Аэ) механизмов в обеспечении бега на разные дистанции:
Гликолитические реакции раскрываются медленнее и достигают максимальной интенсивности к 1-2 мин. Выделенная при этом энергия обеспечивает деятельность в течение более продолжительного времени, так как в сравнении с КрФ запасы миоглобина в мышцах превалируют значительно больше. Но в процессе работы накапливается значительное количество молочной кислоты, что уменьшает способность мышц к сокращению и вызывает "охранительно-тормозные" процессы в нервных центрах. Дыхательные процессы развертываются с полной силой к 3-5 минутам деятельности, чему активно содействуют продукты распада анаэробного обмена (креатинмолочная кислота), которые стимулируют потребление кислорода в процессе дыхания. При характеристике выносливости наряду с нашими знаниями о том, как изменяются их компоненты в зависимости от мощности и продолжительности двигательной деятельности, необходимо вскрыть индивидуальные возможности спортсмена для аэробной и анаэробной производительности. Для этой цели в практике физиологического и биохимического контроля используются различные показатели, которые раскрывают особенности и механизмы мышечной энергетики (А. Хилл, Р. Маргария, Ф. Хенри, Н. Яковлев, В. Михайлов, Н. Волков, В. Зациорский, Ю. Верхошанский, Т. Петрова с соавторами, А. Сысоев с соавторами, В. Пашинцев и др.). Анаэробная производительность - это совокупность функциональных свойств человека, обеспечивающих его способность совершать мышечную работу в условиях неадекватного снабжения кислородом с использованием анаэробных источников энергии, т. е., в бескислородных условиях.
Основные показатели:
- - мощность соответствующих (внутриклеточных) анаэробных систем;
- - общие запасы энергетических веществ в тканях, необходимые для ресинтеза АТФ;
- - возможности компенсации изменений во внутренней среде организма;
- - уровень адаптации тканей к интенсивной работе в гипоксичных условиях.
Из вышеизложенного становится очевидным, что в зависимости от интенсивности, продолжительности и характера двигательной деятельности будет увеличиваться значение выносливости (табл. 3).
Таблица 3. - Соотношение аэробных и анаэробных процессов энергетического обмена при беге на различные дистанции (по Н.И. Волкову):
Аэробные возможности определяются свойствами различных систем в организме, обеспечивающих "доставку" кислорода и его утилизацию в тканях. К этим свойствам относится эффективность:
- - внешнего дыхания (минутный объем дыхания, максимальная легочная вентиляция, жизненная емкость легких, скорость, с которой осуществляется диффузия газов, и т. д.);
- - кровообращения (пульс, ЧСС, скорость кровяного тока и др.);
- - утилизации кислорода тканями (в зависимости от тканевого дыхания);
- - согласованности деятельности всех систем.
Основные факторы, определяющие МПК, более подробно представлены на рис. 6.
Рис. 6. - Основные факторы, определяющие МПК:
Аэробную производительность принято оценивать по уровню МПК, по времени, необходимому для достижения МПК, и по предельному времени работы на уровне МПК. Показатель МПК наиболее информативен и широко используется для оценки аэробных возможностей спортсменов.
По МПК можно узнать, сколько кислорода (в литрах или миллилитрах) способен потребить организм человека за одну минуту. Как видно на рисунке, к функциональным системам, обеспечивающим высокие величины МПК, относятся аппарат внешнего дыхания, сердечнососудистая система, системы кровообращения и тканевого дыхания.
Здесь же отметим, что интегральным показателем деятельности аппарата внешнего дыхания является уровень легочной вентиляции. В состоянии покоя спортсмен делает 10-15 дыхательных циклов, объем выдыхаемого за один раз воздуха составляет около 0,5 л. Легочная вентиляция за одну минуту в этом случае составляет 5-7 л.
Выполняя упражнения субмаксимальной или большой мощности, т. е., когда деятельность дыхательной системы полностью развернута, увеличивается как частота дыхания, так и его глубина, величина легочной вентиляции составляет 100-150 л. и более.
Между легочной вентиляцией и МПК существует тесная взаимосвязь. Выявлено также, что размеры легочной вентиляции не являются лимитирующим фактором МПК.
Следует отметить, что после достижения предельного потребления кислорода легочная вентиляция все еще продолжает расти с увеличением функциональной нагрузки или продолжительности упражнения.
Среди всех факторов, определяющих МПК, ведущее место отводится сердечной производительности. Интегральным показателем сердечной производительности является минутный объем сердца.
При каждом сокращении сердце выталкивает из левого желудочка в сосудистую систему 7-80 мл. крови (ударный объем) и более. Таким образом, за минуту в покое сердце перекачивает 4-4,5 л. крови (минутный объем крови - МОК). При напряженной мышечной нагрузке ЧСС повышается до 200 уд/мин и более, ударный объем также увеличивается и достигает величин при пульсе 130-170 уд/мин.
При дальнейшем возрастании частоты сокращений полость сердца не успевает полностью наполниться кровью, и ударный объем уменьшается. В период максимальной сердечной производительности (при ЧСС 175-190 уд/мин) достигается максимум потребления кислорода.
Установлено, что уровень потребления кислорода во время выполнения упражнений с напряжением, вызывающим учащение сердечных сокращений (в диапазоне 130-170 уд/мин), находится в линейной зависимости от минутного объема сердца (А.А. Шепилов, В.П. Климин).
Экспериментальные исследования последних лет показали, что степень увеличения ударного объема во время мышечной работы гораздо меньше, чем полагали ранее. Это дает возможность считать, что ЧСС является основным фактором повышения сердечной производительности при мышечной работе. Более того, установлено, что вплоть до частоты 180 уд/мин ЧСС с повышением тяжести работы увеличивается. О максимальных величинах пульса во время наибольших (предельных) нагрузок единого мнения нет. Некоторые из исследователей фиксировали очень большие величины. Так, Н. Нестеренко получил результат ЧСС в 270 уд/мин, М. Окрошидзе и др. приводят величины в 210-216 уд/мин, по данным Н. Кулика, пульс во время соревнований колебался в диапазоне 175-200 уд/мин, в исследованиях А. Шепилова пульс лишь иногда превышал 200 уд/мин. Наиболее оптимальной ЧСС, позволяющей достичь максимума сердечной производительности, считается ЧП в 180-190 уд/мин. Дальнейшее увеличение ЧСС (выше 180-190 уд/мин) сопровождается отчетливым снижением ударного объема. В восстановительном периоде изменение ЧСС зависит от мощности упражнения и продолжительности его выполнения, от степени тренированности спортсмена. Следует всегда помнить, что кислородная емкость крови имеет существенное значение при определении МП К. В норме она составляет 20 мл. на 100 мл. крови. Уровень МПК зависит от веса тела и квалификации спортсменов. По данным П. О. Астранда, у сильнейших борцов Швеции МПК составил от 3,8 до 7 л/мин. Для борца - это уникальный показатель. У "короля" лыж С. Ернберга, выступавшего в 1960-е гг., величина МПК была равна 5,88 л/мин. Однако в перерасчете на 1 кг. веса тела С. Ернберг имел показатель МПК, равный 83 мл., Дмин/кг) (своеобразный мировой рекорд по тем временам), а МПК у шведского борца-тяжеловеса составил всего 49 мл., Дмин/кг). Следует учитывать, что уровень максимальных аэробных возможностей зависит от квалификации спортсменов. Например, если у здоровых, не занимающихся спортом мужчин, МПК составляет 35-55 мл., Дмин/кг), то у спортсменов средней квалификации он равен 56-65 мл., Дмин/кг). У особо выдающихся спортсменов этот показатель может достигать 80 мл., Дмин/кг) и более.
Таблица 4. - Средние величины МПК у представителей различных видов спорта:
В подтверждение этого обратимся к показателям МПК у высококвалифицированных спортсменов, специализирующихся в различных видах спорта. Необходимо отметить, что показатели аэробной производительности значительно изменяются под влиянием тренировок, в которых применяются упражнения, требующие высокой активизации сердечнососудистой и дыхательной систем.
Многие исследователи показали, что уровень МПК под влиянием тренировок увеличивается на 10-15% от исходного уже в течение одного сезона. Однако при прекращении тренировок, направленных на развитие аэробной производительности, уровень МПК довольно быстро снижается.
Как видно, энергетические возможности человека определяются целой системой факторов, которые в своей совокупности являются главным (но не единственным) условием для достижения высоких спортивных результатов. В практике имеется много случаев, когда спортсмены с высокими анаэробными и аэробными возможностями показывали посредственные результаты. Наиболее часто причина кроется в слабой технической (в некоторых случаях волевой и тактической) подготовке. Совершенная координация двигательной деятельности является важной предпосылкой для полноценного использования энергетического потенциала спортсмена.
Охарактеризованные биоэнергетические факторы выносливости ни в коем случае не исчерпывают проблему структуры и механизмов этого основного двигательного свойства человека.
Исключительно важной для процессов утомления и физической работоспособности является роль нервной системы. К сожалению, ее ведущее положение все еще слабо изучено. Независимо от этого влияние ряда факторов уже не подлежит сомнению.
Так, например, считается доказанным, что поддержание импульсного потока на определенном уровне (соответствующем необходимой скорости движения) является одним из главных условий для продолжительной двигательной деятельности. Иными словами, первичным звеном и наиболее общим фактором, характеризующим выносливость, составляют нейронные системы высших уровней управления. Об этом свидетельствует ряд факторов. Так, например, связь гипоталамус - гипофиз - железы внутренней секреции становится неустойчивой у посредственных бегунов на длинные дистанции (большинство из них имеют слабую нервную систему).
И наоборот, у 1200 высококвалифицированных бегунов на средние и длинные дистанции - лыжников, конькобежцев, велосипедистов и др. (с сильной нервной системой) - установлена высокая функциональная устойчивость системы: гипоталамус - гипофиз - надпочечные железы