Работа в бескислородном (анаэробном) режиме обеспечивается энергией за счет процесса гликолиза, распада аденозинтрифосфорной кислоты (АТФ) и креатинфосфата (КРФ). У спортсменов стайеров часто определяют максимальную анаэробную мощность (МАМ). Перед проведением теста у спортсмена определяют вес. Тест выполняется с помощью лестницы, длина которой 5 метров, наклон 30 градусов, общая высота подъема составляет 2,6 метра. По команде тренера спортсмен с максимальной скоростью забегает вверх по лестнице, при этом максимально точно фиксируется время подъема. Затем для уточнения измеряется высота ступеней, считается их число и эти показатели перемножают. Таким получают высоту подъема.
По формуле рассчитывают мощность выполненной работы или максимальную анаэробную мощность
(МАМ):
W = р * h/t (кг м/с),
Где:
W - максимальная анаэробная мощность (МАМ); h - высота подъема (м); t - время подъема (с).
Для пересчета полученного результата в единицы мощности (ватты) его умножают на 9,81, а при умножении на 0,14 полученный результат МАМ будет переведен в ккал/мин. Эта величина характеризует абсолютную мощность механической работы. При КПД=25% расчет общих энерготрат проводят по формуле: W= W * 0,563 ккал/мин.
МАМ может в 6-10 раз превышать критическую мощность работы, при которой достигается максимальное потребление кислорода. Примеры величин МАМ в некоторых видах спорта приведены в таблице 3.14.
Таблица 3.14 Максимальная анаэробная мощность (МАМ), развиваемая спортсменами разной квалификации
Определение аэробно-анаэробного перехода
Помимо МПК важным показателем аэробных возможностей организма является уровень порога анаэробного обмена (ПАНО), который отражает эффективность использования аэробного потенциала. В последние годы все большее распространение получило мнение, что для развития аэробной работоспособности интенсивность нагрузок должна, соответствовать уровню ПАНО. Это положение одинаково важно как для спортивной, так и для оздоровительной тренировки, в процессе которых развивается общая выносливость организма. Известно, что у спортсменов с одинаковыми величинами МПК отмечается широкая вариабельность спортивных результатов.Это связывают с тем, что в видах спорта на выносливость, особенно в условиях соревнований, результат определяется не столько величиной аэробной мощности, сколько процентом ее использования для поддержания скорости движения (в беге, плавании и т.д.). Чем больше процент использования аэробного потенциала, тем выше результат. В связи с этим для оценки работоспособности спортсмена целесообразно определять индивидуальные соотношения аэробной и анаэробной энергопродукции или порог анаэробного обмена. Преимуществом такого подхода является и то, что на результат определения ПАНО не влияет мотивация обследуемого, отсутствие которой при нагрузочном тестировании часто не позволяет достичь абсолютного уровня МПК (прямое определение МПК).
Концепция аэробно-анаэробного перехода, границы которого определяются ПАНО-1 и ПАНО-2, изложена в работах W.Kindermann et all (1970-1985). ПАНО-1 обозначает верхнюю границу аэробного энергообеспечения и соответствует началу прироста лактата в крови (примерная концентрация 2 ммоль/л) при этом ЧСС достигает в среднем 140-170 уд/мин. ПАНО-2 соответствует началу исключительно анаэробной энергопродукции, отмечается заметное снижение рН крови. В зависимости от пола, возраста и физической подготовленности концентрация лактата крови при этом колеблется в пределах у взрослых 2,6-4,3 ммоль/л, а у детей и подростков в возрасте 10-16 лет равна 3,83,9 ммоль/л. При достижении ПАНО-2 ЧСС колеблется в среднем в пределах 175-200 уд/мин.
Важным аргументом в пользу определения параметров аэробно-анаэробного перехода (особенно по его индивидуальным показателям), как критерия работоспособности является тот факт, что при правильной организации тренировочного процесса ПАНО может увеличиваться на 45%, в то время как прирост абсолютных значений МПК только на 20-30% (Шварц В.Б., Хрущев С.В., 1984. 1991)
ПАНО-1 и ПАНО-2 можно определять как инвазивным методом (по показателям лактата крови), так и косвенным способом. Для косвенного определения ПАНО можно использовать метод, предложенный Conconi F. et all (1989). Он основывается на утрате на уровне ПАНО линейной зависимости между увеличением мощности нагрузки и повышением ЧСС. Тест заключается в пробежке 10-15 отрезков длиною 30-60 метров со ступенчато увеличивающейся скоростью. Тест можно проводить на беговой дорожке стадиона или в лабораторных условиях, используя тредмил (бегущую дорожку), на котором легче равномерно увеличивать скорость движений. При этом фиксируется время бега и ЧСС в конце каждого отрезка. Скорость бега и ЧСС до достижения уровня ПАНО увеличиваются линейно. Точка перелома кривой (для ее определения следует строить график зависимости «скорость-ЧСС») позволяет определить индивидуальный уровень ПАНО.
Упрощенный ориентировочный критерий (для лиц, занимающихся оздоровительной физкультурой) интенсивности нагрузки на уровне ПАНО - появление затруднений в дыхании (выраженная одышка). Оптимальной нагрузкой, соответствующей ПАНО, считается та мощность работы, при которой можно еще поддерживать ритм дыхания 3 шага - вдох, 3 шага - выдох (Суслов Ф., 1989). Момент, когда занимающийся вынужден вдыхать дополнительную порцию воздуха уже через рот, соответствует ЧСС около 150 уд/мин.
Данная информация важна не только для оптимальной дозировки интенсивности нагрузки или дозировки упражнений, но и для достижения необходимого тренировочного эффекта.
При недостаточном снабжении организма кислородом мышечная деятельность происходит преимущественно в анаэробных условиях. Способность выполнять мышечную работу в условиях кислородной задолженности называется анаэробной производительностью. Различают алактаткые и лактатные анаэробные механизмы, связанные с мощностью, емкостью и эффективностью креатинкиназного и гликолитического путей ресинтеза АТФ.
Алактатная анаэробная работоспособность оценивается по величине алактатной фракции кислородного долга, содержанию неорганического фосфора в крови, значению максимальной анаэробной мощности.
Лактатная анаэробная работоспособность оценивается по максимальной величине кислородного долга, лактатной его фракции, максимальному накоплению лактата в крови, сдвигу параметров кислотно-щелочного равновесия крови.
Развитие анаэробной системы у младших школьников отстает от аэробной. Максимальная величина кислородного долга у них на 60-65% ниже, чем у взрослых. Кислородная недостаточность у детей развивается быстрее. Способность выполнять работу в условиях кислородной задолженности более низкая, чем в старшем возрасте.
У мальчиков максимальная величина кислородного долга (МКД) увеличивается в возрасте 11-13 и 16-17 лет, но у старших школьников остается на 30% ниже, чем у взрослых.
В возрасте 13-14 лет повышается алактатная фракция кислородного долга. Лактатная при этом может не изменяться или несколько снижаться. К 16-17 годам увеличение суммарного кислородного долга происходит преимущественно за счет лактатной фракции.
У девочек развитие анаэробной производительности продолжается до 14 лет, затем стабилизируется. Наибольший прирост максимальной величины кислородного долга наблюдается в возрасте 10-11 лет.
Доля алактатной фракции возрастает от 8 до 10 лет и достигает максимальных значений в 12 лет. При систематических занятиях спортом МКД увеличивается, при этом если в возрасте 10-11 лет наблюдается повышение лактатной и алактатной фракции, то в 14-17 лет увеличение происходит преимущественно за счет лактатной фракции.
Предельная работа на уровне МПК происходит за счет значительного вклада аэробного и анаэробного гликолитического механизмов энергообеспечения.
У детей младшего школьного возраста содержание лактата в крови составляет 8,7-8,5 мм., у 10-11-летних - 11,5 мм., у взрослых - 12,5 мм.
У детей младшего школьного возраста быстро сокращающиеся гликолитические волокна еще не развиты, их объем составляет 8-15%. В возрасте 12 лет количество гликолитических волокон увеличивается до 23-33%, особенно в мышцах нижних конечностей. Одновременно возрастает мощность ферментативных систем анаэробного гликолиза, что приводит к значительной продукции молочной кислоты.
Максимальный прирост анаэробной работоспособности (по содержанию лактата) совпадает с четырехкратным увеличением количества гликолитических волокон и приходится на возраст 15 лет.
При выполнении детьми и подростками стандартных нагрузок равной интенсивности у детей наблюдаются большие величины лактата и более выраженные сдвиги параметров кислотно-щелочного равновесия крови (КЩР). Это связано с малой емкостью буферных систем. Уровня взрослых буферные системы достигают в пубертатном возрасте.
Дети дошкольного и младшего школьного возраста плохо переносят анаэробно-гликолитические нагрузки, приводящие к развитию ацидоза. Детям и подросткам трудно сохранять высокий уровень энергетического обеспечения интенсивной мышечной деятельности во времени, те. проявлять скоростную и специальную выносливость. Мощность работы, которая может быть сохранена в течение 3 мин. детьми 9 лет, составляет около 40%, а подростками 15 лет - 92% от мощности работы взрослого человека. Показатели скоростной выносливости в зоне субмаксимальной мощности мало изменяются в возрасте от 7 до 11 лет, но с началом периода полового созревания они резко возрастают. У девочек после 15 лет стабилизация выносливости оказывается окончательной и без применения специальных режимов двигательной активности в дальнейшем не растет.
Выносливость к статической работе обеспечивается преимущественно анаэробным гликолитическим механизмом энергообеспечения. Важнейшим фактором, определяющим предельную длительность статического усилия, является концентрация молочной кислоты.
Возрастной прирост выносливости при статической работе может происходить за счет возрастного снижения активности анаэробного гликолиза, а также повышения устойчивости тканей скелетных мышц (возможно, ЦНС) к ацидотическим сдвигам.
В отличие от других видов выносливости в этом случае в возрастной динамике почти не выражены половые различия.
Увеличение алактатной анаэробной производительности связано с запасами креатинфосфата (КФ) в организме, которые увеличиваются постепенно по мере роста мышечной массы.
У детей и подростков механизмы фосфорилирования креатина в КФ несовершенны. В связи с этим мышечная деятельность у них приводит к значительной экскреции креатина с мочой.
У детей 9-14 лет она достигает 200 мг/сут. Уменьшение экскреции креатина отражает степень созревания мышечной ткани.
Анаэробные тренировки (тренинг, упражнения) - это вид физической нагрузки, при которой мышечные движения совершаются за счет энергии полученной в ходе , то есть окисление происходит при отсуствии кислорода. Типичные анаэробные тренировки - силовой тренинг в , армреслинге и т.д. Анаэробные тренировки отличаются нагрузки (постоянная мышечная работа продолжается менее 3-5 минут, после чего требуется отдых). В анаэробных тренировках выделяются - короткий промежуток времени, в течение которого производится высокоинтенсивная работа с большими весами.
Анаэробные тренировки предназначены для повышения взрывной силы и увеличения мышечной массы.
Оценка анаэробной физической работоспособности
Для характеристики скоростно-силовых упражнений используют два основных показателя максимальную анаэробную мощность и максимальную анаэробную емкость.
Таблица 13 - Максимальная анаэробная мощность лиц разного возраста и пола (кг -1 м с -1)
Максимальная анаэробная мощность может поддерживаться только несколько секунд. Работа такой мощности выполняется исключительно за счет энергии анаэробного расщепления мышечных фосфагенов - АТФ и КФ. Поэтому запасы этих веществ и скорость их энергетической утилизации определяют максимальную анаэробную мощность. Короткий спринт и прыжки являются теми упражнениями, результаты которых зависят от максимальной анаэробной мощности. Для оценки максимальной анаэробной мощности часто используют тест Маргария, суть которого состоит во взбегании по ступенькам и измерении времени взбегания (Физиологическое тестирование спортсменов...,1998). Нормативные показатели максимальной анаэробной мощности приведены в таблице 13.
Рисунок 3 Кислородный дефицит и кислородный долг при кратковременной работе субмаксимальной аэробной мощности (Спортивная физиология, 1986)
Для оценки максимальной анаэробной емкости чаще всего используют показатель максимальной величины кислородного долга (МКД), который проявляется после работы предельной мощности (1-3 мин). Это обусловлено тем, что большая часть избыточного количества кислорода, потребляемого после работы, используется для восстановления , КФ и , использованных во время работы (рис. 3).
У неспортсменов МКД составляет: мужчины - 5 л (68 мл кг -1), женщины - 3,1 л (50 мл кг -1).
У спортсменов: мужчины - до 20 л и больше (140 мл-кг -1), женщины -10-12 л (95 мл-кг -1).
МКД состоит из двух компонентов - быстрого и медленного.
Быстрый (алактатный) компонент КД - характеризует фосфагенную часть анаэробной емкости, обеспечивающей выполнение кратковременных упражнений скоростно-силовой направленности (спринт). Ее определяют, рассчитывая величину КД 33 первые 2 мин восстановительного периода. Из этой величины можно выделить фосфагенный компонент КД, вычитая количество кислорода, связанного с миоглобином и находящегося в тканевых жидкостях.
Фосфагенный (АТФ + КФ) КД равен:
КД=КД 2 мин-550 * 0,6 * 5 / масса тела (кг -1)
где КД 2 мин - КД (ккалкг -1 массы -1), измеренный в течение двух минут восстановления после работы предельной мощности; 550 - приблизительная величина КД за 2 мин, используемого для восстановления кислородных запасов миоглобина и тканевых жидкостей; 0,6 - эффективность оплаты алактатного КД; 5 - калорический эквивалент 1 мл кислорода.
Типичная максимальная величина фосфагенного компонента КД = 100 ккал кг -1 или 1,5-2 л 02. В результате тренировок скоростно-силовой направленности этот показатель может увеличиваться в 1,5-2 раза (Мурза, Филиппов, 2001).
Медленная фракция КД связана с анаэробным гликолизом и затрачивается на ликвидацию молочной кислоты в организме путем ее окисления до С02 и Н20 или превращения в гликоген.
Для определения максимальной емкости анаэробного гликолиза можно использовать расчеты образования молочной кислоты в процессе мышечной работы, оценивая энергию, образованную за счет анаэробного гликолиза:
Энергия анаэробного гликолиза (кал-кг -1) = Содержание молочной кислоты в крови (г л -1) 0,76-220,
где содержание молочной кислоты определяется как разница между самой большой ее концентрацией на 4-5 минуте после работы (пик ее содержания в крови) и концентрацией в условиях покоя; 0,76 -- константа, используемая для коррекции уровня молочной кислоты в крови до уровня ее содержания во всех жидкостях; 220 - калорический эквивалент продукции 1 г молочной кислоты.
Максимальная емкость лактатного (гликолитического) компонента КД составляет:
- у нетренированных мужчин = 200 кал кг -1 (13 ммоль-л -1);
- у ведущих спортсменов = 400-500 кал-кг -1 (до 26 ммоль-л -1).
Высокая лактатная емкость обусловливает более высокую мощность и большее время ее удержания. Это обеспечивается включением в работу большой мышечной массы (рекрутированием), в том числе быстрых (гликолитического типа) мышечных волокон; развитием механизмов, позволяющих организму переносить более высокие концентрации молочной кислоты (низкие значения pH) за счет увеличения количества соответствующих изоферментов.
Для оценки анаэробной мощности и емкости можно использовать также такие тесты, как Квебекский 10-секундный велоэргометрический тест, а также промежуточные анаэробные тесты (30-секундный велоэргометрический тест Винтгейта, Квебекский 90-секундный велоэргометрический тест, 60-секундный прыжковый тест и др.) (Физиологическое тестирование спортсменов..., 1998). В зависимости от наличия соответствующего оснащения можно использовать один из них, а также непрямые методы оценки анаэробной работоспособности (варианты работы 12.1-12.4).
Определение алактатной анаэробной мощности по тесту Маргария
Оснащение : ступеньки, высота каждой -175 мм, два фотоэлемента с таймером (чувствительность 0,01 с), медицинские весы для взвешивания испытуемых.
Ход работы
Суть одного из вариантов теста Маргария: испытуемый находится на расстоянии 2 м от ступенек и по сигналу бежит с максимальной скоростью через две ступеньки вверх. Регистрирующие устройства находятся на 8-й и 12-й ступеньках.
Расчет проводят по формуле
Р = W * 9,8 * D / Т
где Р - алактатная мощность, Вт; 9,8 - ускорение свободного падения тела, мс -2 ; W- масса тела испытуемого, кг -1 ; D - вертикальная высота между первым и вторым переключающими устройствами, м; Т - время от первого до второго переключающего устройства, с.
Полученные данные сравнивают со значениями для людей нетренированных и ведущих спортсменов разного возраста, используя данные таблицы 13, и делают выводы об анаэробной алактатной мощности испытуемых.
Определение анаэробной возможности организма спортсменов по регистрации времени задержки дыхания
Оснащение : секундомер.
Ход работы
Не всегда есть возможность использовать сложную аппаратуру для определения анаэробных возможностей организма спортсменов прямыми методами. Поэтому была предложена простая и достаточно информативная методика, состоящая в максимальной задержке дыхания на вдохе до работы (в состоянии покоя) и сразу после выполнения работы, направленной на проявление скоростной выносливости. Такой работой может быть «челночный бег» (7 х 50 м).
Для исследования выбирают нескольких студентов разной специализации и разного уровня тренированности. По очереди они делают максимальную задержку дыхания до работы и сразу после работы. Процедура задержки дыхания: перед задержкой дыхания выполняют максимальный вдох и максимальный выдох (для вентиляции легких), затем делают глубокий вдох, поскольку при максимальном вдохе и чрезвычайно растянутых альвеолах будут раздражаться нервные окончания, что вызовет непроизвольное окончание задержки дыхания. После вдоха нос зажимают пальцами.
Время задержки дыхания в состоянии покоя рассматривают как показатель анаэробных возможностей организма, поскольку и время поддержания скоростной выносливости, и время максимальной задержки дыхания определяются устойчивостью организма к условиям недостатка кислорода.
Время задержки дыхания после работы свидетельствует о том, в какой степени во время работы спортсмен может использовать анаэробные возможности.
Чем меньшее время задержки дыхания после работы, тем эффективнее используются анаэробные возможности организма.
Исследования показали, что время задержки дыхания в состоянии покоя у квалифицированных футболистов в среднем составляет 90 с (70-120 с), а время задержки дыхания после работы - 5-7 с.
На основании полученных результатов рассчитывают показатель эффективности реализации анаэробных возможностей организма - коэффициент использования анаэробных возможностей организма (КИАнВ), это отношение времени максимальной задержки дыхания в состоянии покоя ко времени задержки дыхания после работы:
КИАнВ (уел. ед.) =время задержки дыхания в состоянии покоя, с/ время задержки дыхания после работы, с
Полученные результаты вносят в таблицу 14.
Данные, полученные во время обследования всех испытуемых, сравнивают, делают выводы об устойчивости к гипоксии, отражающей анаэробные возможности организма спортсменов. Делают также выводы об эффективности реализации анаэробных возможностей организма испытуемых по показателю КИАнВ.
Таблица 14 - Определение максимального времени задержки дыхания на вдохе и коэффициента использования анаэробных возможностей организма
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).
Анаэробная мощность
Анаэробная мощность – это максимальная способность двух анаэробных энергетических систем (АТФ + КФ) и гликолиза производить энергию. АТФ и КФ – высоко энергетичные сложные соединения, которые в ограниченном количестве содержатся в мышечных клетках. Они обеспечивают энергию для высокоинтенсивных нагрузок, продолжительность которых не превышает 6 - 8 с. Гликолиз поставляет энергию для интенсивной активности, длящейся 60 - 90 с. В результате анаэробного гликолиза образуются лактам и ионы водорода, по мере их накопления возникает утомление мышц.
Анаэробная мощность необходима для достижения успеха в видах спорта высокой интенсивности и небольшой продолжительности. Несмотря на создание ряда тестов, измерить уровень анаэробной мощности трудно. Чаще всего определяют уровень лактата в крови после изнурительной физической нагрузки, чтобы найти величину выделяемой анаэробной энергии. Наличие лактата свидетельствует о реакции гликолиза, однако количество лактата в крови, по всей видимости, не позволяет точно установить, сколько его было произведено мышцей. Это можно объяснить, исходя из трех вариантов: когда лактат покидает мышцу, некоторое его количество преобразуется; может наблюдаться различная вариабельность объема для разбавления лактата; трудно определить, когда наступило равновесие, и было ли оно вообще.
Другой тест основан на измерении дефицита кислорода после физической нагрузки до возвращения к исходному уровню. Трудность в данном случае состоит в том, что для того, чтобы синтезировать гликоген из лактата, требуется больше энергии, чем для того, чтобы освободить его в процессе преобразования гликогена; некоторое количество лактата окисляется во время физической нагрузки, что не отражается в количестве кислорода, потребляемого после завершения физической нагрузки; кроме того, помимо лактата и другие факторы вызывают повышенное потребление кислорода после изнурительной нагрузки.
Вычисляя дефицит кислорода при кратковременной суб максимальной нагрузке, можно довольно точно оценить анаэробную работу. Что касается максимальной нагрузки небольшой продолжительности (т.е. 1 - 10 мин), показатели дефицита кислорода можно использовать, если есть возможность определить энергетическую стоимость работы. В этом случае необходимо установить затраты энергии, определив механическую эффективность данного вида активности, или же установив взаимосвязь между интенсивностью нагрузки и потреблением кислорода.
Тесты, предусматривающие приложение максимального усилия в течение короткого периода времени (т.е. 0 - 30 с), могут оказаться недостаточно продолжительными, чтобы истощить все запасы анаэробной энергии, особенно производимой в результате гликолиза. В первые несколько секунд интенсивной нагрузки концентрация АТФ снижается на 2 %, а концентрация КФ - на 80 %. Эти алактацидные компоненты обусловливают примерно 25 - 30 % имеющейся анаэробной энергии у нетренированных или тренированных людей. Гликолиз обусловливает 60 % получаемой анаэробным путем энергии у нетренированных людей и 70 % - у тренированных.
Тренировочные занятия, направленные на повышение анаэробной энергетической способности мышц, предусматривают выполнение высокоинтенсивных упражнений продолжительностью 40 - 60 с несколько раз. Это позволяет повысить активность гликолитических ферментов, улучшить буферную способность и выведение лактата из работающих мышц. Тренировки на выносливость, улучшающие аэробную способность (например, улучшение мышечного кровотока и капилляризации, увеличение содержания гемоглобина, миоглобина и окислительных ферментов), способствуют повышению анаэробной способности, улучшая транспорт и окисление лактата.
