Текст книги "Физическая подготовка квалифицированных дзюдоистов к главному соревнованию года"

Аэробный механизм образования АТФ включает реакции окислительного фосфорилирования, протекаемые в митохондриях.

Аэробный механизм ресинтеза АТФ в обычных условиях обеспечивает около 90 % общего количества АТФ, ресинтезируемой в организме. Ферментные системы аэробного обмена расположены в основном в митохондриях мышц. Механизм аэробного окисления питательных веществ носит название «окислительное фосфорилирование».

В качестве продуктов аэробного окисления используются глюкоза, высшие жирные кислоты, отдельные аминокислоты, кетоновые тела, молочная кислота и другие недоокисленные продукты метаболизма. Все эти вещества постепенно превращаются в единое вещество – ацетил-КоА, который окисляется в цикле лимонной кислоты до конечных продуктов диоксида углерода и воды с участием многочисленных окислительных ферментов и кислорода, доставляемого к тканям гемоглобином эритроцитов крови, а в скелетных мышцах – с участием кислорода, накапливаемого белком миоглобина. Скорость образования АТФ в процессе окислительного фосфорилирования зависит от следующих факторов:

• соотношения АТФ/АДФ (при отсутствии в клетке АДФ синтез АТФ не происходит);

• количества кислорода в клетке и эффективности его использования;

• активности многочисленных окислительных ферментов;

• количества систем дыхательных ферментов в митохондриях;

• целостности мембран митохондрий;

• количества митохондрий в клетке;

• концентрации гормонов, регуляторов процесса аэробного окисления веществ.

Снижение концентрации АТФ, наблюдаемое сразу после начала выполнения интенсивной физической нагрузки, активирует дыхательную и сердечно-сосудистую системы, доставляющие кислород к клеткам.

Количество кислорода, потребляемого легкими, прямо пропорционально количеству кислорода, используемому в процессах окислительного фосфорилирования. Это позволяет определять величину аэробного энергообразования по поступлению кислорода. Нормализация частоты дыхания и ЧСС происходит только после удовлетворения повышенных потребностей клеток в АТФ.

При потреблении одинакового количества кислорода объем выполненной работы станет бо льшим в том случае, если энергетическим субстратом будут углеводы, а не жиры. Углеводы являются более эффективным «топливом» по сравнению с жирами, так как на их окисление требуется на 12 % меньше кислорода в расчете на молекулу синтезированной АТФ. Поэтому в условиях недостаточного количества кислорода при физических нагрузках энергообразование происходит в первую очередь за счет окисления углеводов. Поскольку запасы углеводов в организме ограничены, ограничена и возможность их использования в видах спорта, требующих проявления общей выносливости. После исчерпания запасов углеводов к энергообеспечению работы подключаются жиры, запасы которых позволяют выполнить очень длительную работу. Учитывая, что жирные кислоты содержат большое количество энергии, весьма важно развивать способность организма спортсмена к более ранней их мобилизации для энергообеспечения работы. Для этого рекомендуется периодически применять в тренировке аэробные нагрузки. В качестве продукта окисления могут использоваться и белки, которые распадаются на аминокислоты, способные превращаться в глюкозу или другие метаболиты аэробного процесса окисления. Однако вклад белков в образование энергии при мышечной деятельности составляет всего 5-10 %.

Мощность аэробного энергообразования оценивается по величине максимального потребления кислорода (МПК), достигнутого при выполнении мышечной работы. У спортсменов эта величина составляет в среднем 5,5–6 л/ мин, а у не занимающихся спортом – 2,5–3,5 л/мин. Поскольку она отражает скорость потребления кислорода в работающих мышцах, а на скелетные мышцы приходится большая часть активной массы тела, то в целях сравнения аэробных способностей разных людей величину МПК обычно выражают в расчете на 1 кг массы тела. У молодых людей, не занимающихся спортом, МПК составляет 40–45 мл/кг/мин, у спортсменов в видах спорта на выносливость – 80–90 мл/кг/мин.

Максимальная мощность аэробного процесса достигается на 2-3-й минутах неинтенсивной работы и может поддерживаться до 15-30-й минуты. В более длительных упражнениях она постепенно уменьшается.

Наиболее интенсивно протекают процессы аэробного энергообразования в медленносокращающихся мышечных волокнах. Следовательно, чем выше процентное содержание таких волокон в мышцах, несущих основную нагрузку при выполнении упражнения, тем больше максимальная аэробная мощность у спортсменов и тем выше физическая работоспособность при продолжительной работе.

Метаболическая емкость аэробного механизма практически безгранична, поскольку имеются большие запасы энергетических источников, дающих большое количество образования АТФ. Так, при окислении 1 молекулы глюкозы в аэробных условиях образуется 38 молекул АТФ, тогда как в анаэробных – только 2 АТФ, а при окислении высших жирных кислот образуется еще больше энергии – 130 АТФ.

Эффективность энергообразования этого механизма также высокая и составляет около 50 %. Определяется она по порогу анаэробного обмена (ПАНО): у нетренированных людей ПАНО наступает при потреблении кислорода примерно 50 % от уровня максимального потребления кислорода, а у высокотренированных в видах спорта на выносливость – при 80–90 % МПК. Увеличение показателя ПАНО под влиянием специальной тренировки связано с повышением (адаптацией) возможностей кислород-транспортной системы, а также ферментативных, регуляторных и других систем.

Таким образом, в многоступенчатой дыхательной цепи наиболее эффективный процесс синтеза АТФ происходит при участии кислорода. Кислород способен окислять многие органические соединения и при этом выделять большое количество энергии в той мере, в какой это нужно организму, и улучшать физическую работоспособность спортсменов.

После окончания работы в мышцах начинаются восстановительные процессы. Восполняются до исходного уровня запасы АТФ, КрФ и гликогена. Удаляются продукты обмена (углекислый газ, вода, аммиак и т. д.). Идет подготовка к новой работе. Чтобы израсходовать в мышцах 1 г углеводов нужно 0,8 л кислорода, 1 г белков – 0,95 л, 1 г жиров – 2 л.

Не отрицая важности всех функциональных систем организма при увеличении аэробного компонента выносливости, следует сказать, что основная принадлежит кислородотранспортной.

Кислородтранспортная система организма спортсменов

Дыхание является одной из жизненно важных функций организма, направленной на поддержание оптимального уровня окислительно-восстановительных процессов в клетках. Дыхание – это сложный биологический процесс, который обеспечивает доставку кислорода тканям, использование его клетками в процессе метаболизма и удаление образовавшегося диоксида углерода.

Ритмическая последовательность вдоха и выдоха, а также изменение характера дыхательных движений в зависимости от состояния организма регулируются дыхательным центром, который находится в продолговатом мозге и включает центр вдоха, ответственный за стимуляцию вдоха, и центр выдоха, стимулирующий выдох. Легкие работают с очень большим резервом: в состоянии покоя у человека используется лишь около 5 % их поверхности, доступной для газообмена. Если функция легких или работа сердца не обеспечивает достаточной скорости легочного кровотока, то у человека возникает одышка.

Для развития спортивной работоспособности интерес представляют дыхательные мышцы, сокращения которых изменяют объем грудной клетки. Существуют два механизма, вызывающие изменение объема грудной клетки: поднятие и опускание ребер и движения купола диафрагмы. Дыхательные мышцы подразделяются на мышцы вдоха и выдоха.

Мышцами вдоха являются диафрагма, наружные межреберные и межхрящевые мышцы. При спокойном дыхании объем грудной клетки изменяется в основном за счет сокращения диафрагмы. При глубоком форсированном дыхании участвуют дополнительные мышцы вдоха: трапециевидные, передние лестничные и грудино-ключично-сосцевидные. Мышцами выдоха являются внутренние межреберные и мышцы брюшной стенки, или мышцы живота. В фазу вдоха наружные межреберные мышцы, сокращаясь, поднимают ребра, а в фазу выдоха ребра опускаются благодаря активности внутренних межреберных мышц.

Дыхание состоит из следующих основных этапов:

• внешнего дыхания, обеспечивающего газообмен между легкими и внешней средой;

• газообмена между альвеолярным воздухом и притекающей к легким венозной кровью;

• транспорта газов кровью;

• газообмена между артериальной кровью и тканями;

• тканевого дыхания.

Транспорт газов кровью. Кислород и диоксид углерода в свободном растворенном состоянии переносится в незначительном количестве. Основной объем этих газов транспортируется в связанном состоянии. Главным транспортировщиком кислорода является гемоглобин. С помощью гемоглобина транспортируется также до 20 % диоксида углерода.

Внутреннее, или тканевое дыхание можно разделить на два этапа:

• обмен газов между кровью и тканями;

• потребление клетками кислорода и выделение диоксида углерода.

Так как газообмен между воздухом и кровью осуществляется в альвеолах, важна не общая вентиляция легких, а вентиляция альвеол.

Состав вдыхаемого, выдыхаемого и альвеолярного воздуха. Атмосферный воздух, которым дышит человек, имеет относительно постоянный состав. В выдыхаемом воздухе меньше кислорода и больше диоксида углерода, в альвеолярном воздухе еще меньше кислорода и больше диоксида углерода.

Транспорт газов кровью. Перенос кислорода из альвеолярного воздуха в кровь и диоксида углерода из крови в альвеолярный воздух происходит путем диффузии. Движущей силой диффузии является разность парциального давления (напряжения) кислорода и диоксида углерода в крови и в альвеолярном воздухе. Молекулы газа, в силу диффузии, переходят из области большего его парциального давления в область низкого парциального давления.

Транспорт кислорода. Степень насыщения гемоглобина кислородом, т. е. образование оксигемоглобина, зависит от напряжения кислорода в крови. Когда напряжение кислорода в крови равно нулю, в ней находится только восстановленный гемоглобин. Повышение напряжения кислорода приводит к увеличению количества оксигемоглобина. Особенно быстро уровень оксигемоглобина возрастает (до 75 %) при увеличении напряжения кислорода от 10 до 40 мм рт. ст., а при напряжении кислорода, равном 60 мм рт. ст., насыщение им гемоглобина достигает 90 %. При дальнейшем повышении напряжения кислорода насыщение гемоглобина кислородом идет очень медленно. Если концентрация кислорода повышается, то процесс идет в сторону образования оксигемоглобина и сдвигов рН в щелочную сторону и снижения напряжения двуокиси углерода.

Максимальное количество кислорода, которое может связать кровь при полном насыщении гемоглобина кислородом, называется кислородной емкостью крови. Она зависит от содержания гемоглобина в крови.

Транспорт диоксида углерода. Диоксид углерода быстро переходит из плазмы крови в эритроциты. Соединяясь с водой, он образует слабую угольную кислоту. В плазме эта реакция идет медленно, а в эритроцитах, под влиянием фермента карбоангидразы, она резко ускоряется.

Клеточное дыхание. Основными процессами, обеспечивающими клетку энергией, являются аэробный и анаэробный этапы дыхания. С кровью кислород проникает в митохондрии клетки.

В митохондриях кислород вступает в многоступенчатую реакцию с различными питательными веществами – белками, углеводами, жирами и др. Этот процесс называется клеточным дыханием. В результате выделяется химическая энергия, которую клетка запасает в особом веществе – аденозинтрифосфорной кислоте (АТФ).

Кислородный этап дыхания. Продукты расщепления глюкозы попадают в митохондрию. Там от них сначала отщепляется молекула двуокиси углерода, который выводится из организма при выдохе. Остальное окисление происходит в последовательной цепи реакций, так называемом цикле Кребса, где синтезируются дополнительные молекулы АТФ.

Жиры тоже участвуют в этой цепочке, но их расщепление требует времени, поэтому, если энергия нужна срочно, то организм использует не жиры, а углеводы. Могут окисляться для энергетических нужд и белки, но лишь в крайнем случае, например при длительном голодании. Белки для клетки – это неприкосновенный запас.

Главный по эффективности процесс синтеза АТФ происходит при участии кислорода в многоступенчатой дыхательной цепи. Кислород способен окислять многие органические соединения и при этом сразу выделять много энергии. Но такое количество энергии для организма было бы губительно. Роль дыхательной цепи и всего аэробного, т. е. связанного с кислородом, дыхания состоит именно в том, чтобы организм обеспечивался энергией непрерывно и небольшими порциями в той мере, в какой это нужно организму. Дыхательная цепь в совокупности с циклом Кребса и гликолизом позволяет довести количество АТФ с каждой молекулы глюкозы до 38. При гликолизе это соотношение было лишь 2:1. Таким образом, коэффициент полезного действия аэробного дыхания намного выше.

Борьба дзюдо характеризуется нестандартными ациклическими движениями переменной интенсивности, связанными с использованием больших мышечных усилий при активном противодействии противнику.

В ходе тренировочных занятий и соревновательных схваток происходят изменения в функциях газотранспортной системы.

При борьбе происходит очень большой расход энергии: за 1 мин он достигает в среднем 10–12 ккал и более.

Частота дыхания во время борьбы достигает 40–50 раз в мин. При этом ритм дыхания непостоянен: в моменты статических напряжений оно реже, а после схваток хорошо тренированные борцы могут регулировать дыхание. Общий кислородный запрос у борцов составляет около 16–37 л, потребление кислорода 1,8–2 л/мин. После схватки наблюдается кислородный долг, равный 25–43 % кислородного запроса. При борьбе возникает ряд положений тела, уменьшающих вентиляционные возможности легких, что ограничивает потребление кислорода.

У борцов наряду с развитием анаэробных возможностей большое значение имеет и повышение МПК. Так у квалифицированных спортсменов оно достигает 4,1–4,6 л/мин или 57 мл/кг/мин.

Кислородная потребность при борьбе может быть различной. Ее величина зависит от интенсивности работы. В связи с наличием статических напряжений во время схватки образуется кислородный долг, который может достигать значительных величин.

Кровообращение. В состоянии покоя частота сердцебиений у борцов равна в среднем 60–65 уд./мин. После схваток, в зависимости от их длительности и интенсивности, ЧСС оказывается увеличенной до 170–200 уд./мин. Артериальное давление при этом поднимается до 160–180 мм рт. ст. Это повышает требования к деятельности сердца и ведет к гипертрофии миокарда.

После тренировочных и соревновательных схваток отмечается увеличение в крови эритроцитов и гемоглобина. Количество лейкоцитов также увеличено. В связи с большим эмоциональным возбуждением борьба сопровождается значительным повышением уровня катехоламина и сахара в крови (до 150–180 мг %). Увеличено и содержание молочной кислоты (до 130 мг % и больше).

Мощность работы во время соревновательной схватки может быть оценена как субмаксимальная.

После интенсивной схватки увеличение ударного выброса происходит не за счет мобилизации роста остаточного диастолического объема крови, а в результате повышения сократительной функции миокарда.

При увеличении объема общих или специальных упражнений, выполняемых в основном в аэробном режиме, мобилизуются механизмы циркуляторной производительности и наблюдается увеличение конечного диастолического объема сердца.

Эффективность газотранспортной системы при развитии аэробного компонента выносливости можно определить по:

1) поступлению кислорода в организм путем газообмена в легких;

2) транспорту кислорода к работающим тканям;

3) утилизации диоксида углерода в тканях.

С учетом этих факторов состояние тренированности и высокий уровень спортивных достижений может быть охарактеризован тремя основными показателями:

1) величиной максимального потребления кислорода (махУО₂);

2) уровнем анаэробного (лактатного) порога (ПАНО);

3) экономичностью движений.

Первые два показателя имеют чисто физиологическое значение и при правильном и целенаправленном построении тренировочного процесса обнаруживают выраженное увеличение. Экономичность движений чаще всего является врожденным качеством и настолько гармонична с точки зрения биомеханики, что позволяет спортсмену даже с менее высокими функциональными показателями демонстрировать отличные спортивные результаты. Экономичность движений определяется, в частности, скоростью сокращения и расслабления скелетной мускулатуры, быстротой проведения нервного возбуждения к мышцам и т. д.

Наиболее обобщенным показателем развития аэробных возможностей спортсмена служит величина максимального потребления кислорода, достигаемого в процессе выполнения работы. Будучи зависимым от целого ряда факторов: функциональной дееспособности, сердечно-сосудистой и дыхательной систем, от объема и состава крови и особенностей утилизации кислорода в тканях, – этот показатель отражает состояние работоспособности организма на системном уровне. В видах деятельности, связанных с проявлением выносливости, физическая работоспособность растет вместе с увеличением аэробных возможностей. Это достигается путем направленной физической подготовки, которая ведет к существенной перестройке в деятельности ведущих функциональных систем организма, выражающейся в повышении производительности сердечно-сосудистой системы, расширении капиллярной сети работающих мышц, повышении производительности системы дыхания и т. п.

Чем выше величина максимально возможной скорости потребления кислорода, тем большую мощность работы может выполнять спортсмен в аэробных условиях.

Другим критерием общей выносливости является аэробная емкость, которая рассматривается как способность удерживать максимально долгое время состояние, при котором возможно поддерживать околопредельный уровень потребления кислорода. В качестве показателя емкости используют время удержания критической мощности или суммарное количество кислорода, поглощаемое за это время. Еще одним показателем аэробного механизма энергообеспечения является его подвижность (эффективность). Под этим понятием рассматривается время выхода организма на уровень максимального потребления кислорода. Более подготовленные спортсмены могут выходить на этот уровень за 2,5–3 мин, в то время как спортсмены низкой квалификации достигают максимального потребления кислорода только к 5–6 мин работы.

Величина максимального потребления кислорода характеризует суммарную мощность аэробных систем энергообеспечения во время максимальной физической нагрузки. Такой нагрузке соответствует максимальное значение ЧСС. Поэтому имеется четкая взаимосвязь между величиной максимального потребления кислорода и максимумом ЧСС. Учитывая высокую информативность и доступность в технике измерений показателя ЧСС, следует подробнее остановиться на вопросе его физиологической значимости.

Как уже отмечалось, большинство экспериментальных исследований, проведенных на спортсменах, показывают, что основной причиной, ограничивающей размеры аэробной работоспособности, является фактор сердечной производительности. Установлено, что минутный объем (МО) сердца увеличивается линейно с ростом уровня потребления кислорода или мощностью выполняемого упражнения.

Показано, что наиболее высокие величины сердечной производительности наблюдаются при достижении уровня максимума кислорода потребления. Увеличение тяжести работы выше этого уровня ведет к падению сердечной производительности и соответствующему снижению уровня потребления кислорода.

Частота пульса, так же как и величина минутного объема сердца, обнаруживает линейное увеличение с ростом мощности выполняемого упражнения. В момент достижения максимума аэробной производительности частота пульса устанавливается обычно в пределах от 170 до 190 уд./мин со средним значением 180 уд./мин. Дальнейшее повышение ЧСС является малоэффективным, т. к. при этом уменьшается ударный и минутный объем сердца. Интересно, что ЧСС на уровне максимального потребления кислорода не обнаруживает каких-либо специфических различий в зависимости от типа выполняемой работы или тренированности испытуемых. С увеличением мощности работы свыше уровня, который соответствует максимуму аэробной производительности, ЧСС все еще продолжает возрастать.

Такие производные ЧСС, как общая пульсовая стоимость работы (пульсовая стоимость + пульсовая сумма восстановления) и составляющие ее части, находятся в определенной зависимости от мощности выполняемого упражнения и уровня потребления кислорода при выполнении упражнения.

Ударный объем сердца (УО) – другой компонент сердечной производительности – растет асимптотически в ответ на увеличение мощности выполняемой нагрузки, достигая максимальных величин при ЧСС около 130 уд./мин. В диапазоне от 130 до 170 уд./мин УО сердца остается неизменным, но он понижается при более высоких значениях ЧСС. Это уменьшение УО зависит от ухудшения коронарного кровообращения из-за изменившихся условий механической работы сердца.

Непосредственно во время работы МО сердца при максимальном мышечном усилии может увеличиваться в пять раз. При этом ЧСС увеличивается в 2–3 раза, а УО возрастает с 60 до 150 мл.

Заслуживает специального рассмотрения еще один метаболический критерий выносливости, получивший за последние годы достаточно широкое применение в физиологии мышечной деятельности. Это так называемый анаэробный порог. Определение анаэробного порога заключается в нахождении таких «критических» значений мощности, выше которых энергетический запрос уже не может быть обеспечен только аэробным путем. При повышении интенсивности нагрузки выше анаэробного порога усиление гликолитического распада углеводов в тканях сопровождается образованием молочной кислоты. Включение анаэробных источников может быть установлено по увеличению лактата в крови выше некоторого базового уровня, составляющего около 4 ммоль/л. Значение конкретного уровня мощности, при котором начинает включаться анаэробный механизм с образованием лактата важно как для экспериментальных, так и для практических целей.

Получаемая при определении ПАНО физиологическая информация имеет значение для решения диагностических и прогностических задач в спортивной практике. Тренировка на выносливость ведет к увеличению как максимального потребления кислорода, так и порога анаэробного обмена.

Есть все основания полагать, что важным фактором, определяющим уровень анаэробного порога, является степень привычности к конкретной физической деятельности. Этот фактор может быть поставлен в прямую зависимость от развития адаптации в процессе тренировки. Он подтверждает то, что анаэробный порог отражает уровень функциональных возможностей в конкретной физической деятельности.

Помимо ограничения аэробных возможностей со стороны производительности сердечно-сосудистой системы, эти функциональные свойства человеческого организма ограничиваются также способностью к утилизации кислорода митохондриями скелетных мышц. Эта способность исчерпывается еще до того, как достигаются предельные возможности системы кровообращения.

Аэробная производительность поддается заметному развитию в процессе тренировки. Этому способствуют различные тренировочные программы, реализация которых связана с проявлением качества выносливости. Вместе с тем имеются сведения, что уровень аэробной производительности в значительной степени зависит также и от генетических факторов.

Проведенный обзор выполненных к настоящему времени исследований показывает, что для достижения высоких результатов в видах спорта со значительным проявлением выносливости требуется высокий уровень развития аэробных возможностей спортсмена.