Физиология с основами биохимии. Кучерявый В. В. Физиология с Основами биохимии
 Скачать 3.15 Mb.
|
|
Тема 29. Биохимические основы работоспособности. Тема 30. Биохимические способы повышения спортивной работоспособности. Тема 29. БИОХИМИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ РАБОТОСПОСОБНОСТИ. Вопросы лекции и семинарского занятия. 1. Компоненты спортивной работоспособности. 2. Алактатная работоспособность. 3. Лактатная работоспособность. 4.Аэробная работоспособность. 5. Специфичность спортивной работоспособности. 6. Возрастные особенности работоспособности. 7.Биохимия и педагогические методы развития компонентов работоспособности. 1. Компоненты спортивной работоспособности. С биологической точки зрения спортивную работоспособность можно определить как структурно-функциональный потенциал или состояние организма спортсмена, позволяющее ему выполнять специфические физические нагрузки определенной мощности и продолжительности. Спортивная работоспособность качество интегральное, проявление которого зависит от многих факторов. Можно выделить следующие факторы ограничивающие работоспособность спортсмена: возможности энергетического обеспечения мышечной деятельности; функциональное состояние и развитие основных систем организма (мышечной кардиореспираторной, нервной, эндокринной, пищеварительной, выделительной, иммунной и т. д.) ; техника выполнения физических нагрузок характерных для данного вида спорта; тактика ведения спортивной борьбы; психологическая подготовка спортсмена. Первые два фактора определяют преимущественно физическую подготовку спортсмена или физическую работоспособность. Их обычно называют факторами внутренних возможностей. Остальные факторы – техника, тактика, психологическая подготовка – являются факторами производительности, от которых зависит проявление факторов возможностей. Только при высоких показателях факторов производительности могут проявиться факторы возможности. Из всех перечисленных факторов наибольшее значение имеет состояние биоэнергетики, так как невозможно выполнить какую-либо работу без затрат энергии. В энергообеспечении организма решающую роль играет ресинтез АТФ. В зависимости от доминирования алактатного, лактатного или аэробного пути ресинтеза АТФ в энергообеспечении выполняемой работы выделяют три компонента работоспособности: алактатную, лактатную и аэробную. Часто первые два вида работоспособности объединяют и называют анаэробной работоспособностью. Аэробная работоспособность проявляется при выполнении длительных физических нагрузок, а анаэробная работоспособность обеспечивает возможность выполнения кратковременных нагрузок высокой и максимальной интенсивности. Выделенные компоненты работоспособности в равной мере относятся, как к общей, так и специальной работоспособности. Мы рассмотрим, главным образом, общую работоспособность, так как биохимические механизмы лежат, прежде всего, в ее основе. 2. Алактатная работоспособность. Алактатная работоспособность проявляется при выполнении нагрузок в зоне максимальной мощности, то есть нагрузок , которые можно сохранит в пределах 15 – 20 сек. Такие нагрузки, преимущественно обеспечиваются креатинфосфатным способом образования АТФ, то есть алактатными способами. Поэтому мощность этих нагрузок в значительной степени зависит от содержания в мышцах креатинфосфата и активности фермента креатинкиназы, который отвечает за синтез креатинфосфата. К основным структурным факторам, которые ограничивают алактатную работоспособность, является количество миофибрилл и развитие саркоплазматической сети. Чем меньше миофибрилл, тем медленнее и слабее мышечное сокращение. Чем хуже развита саркоплазматическая сеть, те хуже проведение мышцей нервного импульса. К структурным факторам можно отнести количество нервно-мышечных синапсов, обеспечивающих передачу нервных импульсов от нервов к мышцам. Еще одним структурным фактором можно считать содержание в мышцах белка коллагена, участвующего в мышечном расслаблении. Наиболее важным функциональным фактором, лежащим в основе лактатной работоспособности, является активность ферментов, участвующих в мышечной деятельности. От АТФазной активности миозина зависит количество энергии АТФ, преобразованной в механическую работу, то есть мощность выполняемых физических нагрузок. Активность кальциевого насоса определяет быстроту мышечной релаксации, от которой зависят скоростные качества мышцы. Перечисленные структурные и функциональные факторы действуют неодинаково в мышечных волокнах разных типов. Выделяют три типа волокон в мышцах. 1. Тонические (красные, медленные, S-волокна) содержат относительно большое количество митохондрий, много миоглобина, но мало миофибрилл. Они сокращаются медленно, развивают небольшую мощность, но длительное время. 2. Фазические (белые, быстрые, F-волокна) имеют много миофибрилл, хорошо развитую саркоплазматическую сеть, к ним подходит много нервных окончаний. Митохондрий в них значительно меньше. Это волокна, рассчитанные на высокую скорость и силу сокращения, но при этом они не могут сокращаться долго, так как работают на запасах креатинфосфата и гликогена. 3. Переходные мышечные волокна занимают по своему строению и функционированию промежуточное положение. Соотношение между различными типами мышечных волокон генетически предрасположено. Хотя все же при усиленных тренировках можно увеличить количество миофибрилл в быстрых волокнах, увеличив тем самым их работоспособность и вызвав гипертрофию мышцы, но все же этот сдвиг не может из стайера сделать спринтера. § 3. Лактатная работоспособность. Лактатная работоспособность реализуется, как правило, при выполнении физических нагрузок в зоне субмаксимальной мощности продолжительностью до 5 минут. Такие нагрузки в основном обеспечиваются лактатным ресинтезом АТФ. Эти нагрузки так и называют лактатные. Их абсолютная мощность зависит от дорабочей концентрации мышечного гликогена и активности ферментов, участвующих в гликолизе. Возможности лактатного компонента работоспособности обусловлены практически теми же структурными и функциональными факторами, описанными выше в отношении алактатной работоспособности. Однако их влияние менее выражено, так как за счет лактатного компонента выполняется работа с меньшей силой и скоростью по сравнению с лактатными нагрузками. В отличие от алактатного компонента, очень важным фактором, влияющим на лактатную работоспособность, являются компенсаторные возможности организма, обеспечивающие устойчивость к возрастанию кислотности. При бурном течении гликолиза происходит образование и накопление в мышечных волокнах больших количеств лактата. Происходит сдвиг рН в кислую сторону. При этом происходят конфирмационные изменения мышечных белков-ферментов, что приводит к снижению их активности. Отрицательно меняется и сократительная способность мышечных клеток. Нейтрализация молочной кислоты осуществляется буферными системами за счет щелочных компонентов. Однако буферная емкость организма и особенно крови под влиянием тренировок практически не меняется. В настоящее время считается, что развитие резистентности к повышению кислотности у высокотренированных спортсменов связано не с увеличением щелочного резерва организма, а с выработкой новых, более устойчивых к изменению рН изоферментов и с формированием комплекса приспособительных механизмов, дающих организму возможность работать в условиях значительного закисления. Еще один функциональный фактор, влияющий на лактатную работоспособность - это наличие в мышцах фермента лактатдегидрогеназы. Этот фермент предпочтительно катализирует превращение пировиноградной кислоты в молочную и наоборот. Лактатдегидрогеназа является причиной высокой работоспособности скелетных мышц с большим содержанием быстрых волокон. 4. Аэробная работоспособность. Внутримышечными структурными факторами, лежащими в основе аэробной работоспособности, являются количество митохондрий в мышечных клетках и содержание в них миоглобина. Аэробные нагрузки, прежде всего, связаны с аэробным способом ресинтеза АТФ, которое протекает в митохондриях. Миоглобин же хранитель и переносчик кислорода в мышечных клетках, то есть от его концентрации завит снабжение этим газом митохондрий. Связь между концентрацией миоглобина и аэробной способностью мышечной ткани уже стала аксиомой. Но аэробная способность мышцы к работе в большей мере обусловлено внемышечными факторами: функциональным состоянием вегетативных и регуляторных систем организма, запасами внемышечных источников энергии. В обеспечении аэробных нагрузок активное участие принимает нервная система., формирующая и направляющая мышцы, система кровоснабжения, доставляющая в мышцы, пожалуй, главный лимитирующий фактор – кислород. Последнее означает, что количество эритроцитов в крови во многом определяет способность организма к аэробной работе. Большой вклад в обеспечение аэробных возможностей организма вносит и печень. Печень обеспечивает мышцы внемышечными источниками энергии. Важную роль в процессах аэробного обмена играют гормоны. Наибольший вклад в эти процессы вносят гормоны надпочечников. Процессы аэробного и анаэробного ресинтеза АТФ взаимосвязаны, так как анаэробные процессы многократно повторяются во время мышечной работы, а для пополнения запасов креатинфосфата и удаления лактата из мышц необходимы процессы аэробного дыхания. И в значительной мере эти процессы связаны с работой печени. Еще раз необходимо подчеркнуть, что все виды работоспособности зависят также от технической, тактической и психологической подготовки. Хорошая технико-тактическая подготовка позволяет спортсмену экономно и рационально использовать энергетические резервы и тем самым дольше сохранять работоспособность. За счет высокой мотивации, большой силы воли спортсмен может продолжить выполнение работы даже в условиях наступления в организме значительных биохимических и функциональных изменений. 5. Специфичной спортивной работоспособности. Спортивная работоспособность характеризуется специфичностью, проявляющейся в значительной мере при выполнении нагрузок характерных для данного вида спорта, которым занимается конкретный спортсмен. Специфичность работоспособности в значительной мере обусловлена тем, что ряд факторов, лимитирующих качества двигательной деятельности являются сугубо специфическими для каждой спортивной дисциплины. Специфичность работоспособности ещё связана с тем, что при выполнении упражнений, используемых в данном виде спорта, совершенствуется техника движений, повышается их эффективность. Более высокая специфичность характерна для анаэробных компонентов работоспособности, связанных преимущественно с внутримышечными факторами возможностей (количеством миофибрилл, концентрацией мышечного креатинфосфата и гликогена, активность внутримышечных ферментов). Развитие этих факторов в отдельных мышцах у спортсменов разных специализаций неодинаково, так как при выполнении упражнений, свойственных конкретному виду спорта, в основном функционируют только определенные группы мышц. Поэтому за счет тренировок именно у этих мышечных групп повышается работоспособность. Аэробная работоспособность менее специфична. Эта работоспособность аэробного компонента обусловлена тем, что наряду с внутримышечными факторами (количество митохондрий, внутримышечные запасы источников энергии, активность внутримышечных ферментов энергетического обмена) важнейшее значение для проявления аэробной работоспособности имеют внемышечные факторы. Эти факторы требуют хорошего функционирования сердечнососудистой и дыхательной систем, печени, высокой емкости крови, а также запасы легкодоступных для использования энергетических субстратов. Поэтому спортсмен, имеющий высокий уровень работоспособности, может проявить аэробную работоспособность не только в том виде деятельности, где он прошел специализированную подготовку, но и в других видах мышечной работы. Например, квалифицированный лыжник может показать неплохие результаты при беге на длинные дистанции. 6. Возрастные особенности работоспособности. Хорошо известно, что физическая работоспособность зависит от возраста. По мере роста и увеличения массы тела работоспособность возрастает, но развитие отдельных компонентов работоспособности происходит неодинаково. Анаэробные способы образования АТФ у детей развиты недостаточно, содержание креатинфосфата в их мышцах значительно ниже, чем у взрослого, что существенно ограничивает алактатную работоспособность ребенка. С возрастом, с увеличением мышечной массы возможности этого пути ресинтеза АТФ увеличиваются. Особенно быстро развиваются возможности креатинфосфатного пути ресинтеза АТФ в 15 – 17 лет и достигают наибольшего развития к 19 – 20 годам. Сохраняется высокая алактатная работоспособность до 30-летнего возраста, после чего наблюдается снижение. Лактатная работоспособность у детей и подростков тоже находится на более низком, чем у взрослого человека уровне. Это обусловлено меньшими запасами гликогена в мышцах и высокой чувствительностью детского организма к повышению кислотности вследствие накопления лактата. Величина кислородного долга и концентрации молочной кислоты в крови у детей и подростков после выполнения максимальных нагрузок на уровне индивидуального рекорда намного меньше, чем у людей в зрелом возрасте. Так, у 9-летненего ребенка мощность работы, при которой наблюдается наибольшее развитие гликолиза, на 60% меньше, чем у зрелого человека, а максимальное накопление молочной кислоты в крови в 2 раза меньше. Начиная с 15 – 16 лет возможности лактатного пути ресинтеза АТФ увеличиваются пропорционально нарастанию веса тела, и наибольшая лактатная работоспособность отмечается в 20 – 22 года. Аэробная работоспособность у детей невысокая, хотя в детском организме тканевое дыхание протекает в покое с более высокой скоростью, чем у взрослых. Это обусловлено тем, что рост и развитие детского организма требуют значительных энергозатрат. Поэтому в растущем организме процесс аэробного окисления протекает более интенсивно, чем у взрослого человека. Причем, чем возраст меньше, тем выше скорость тканевого дыхания в состоянии покоя. Об этом свидетельствует поглощение кислорода, рассчитанное на 1 кв. м поверхности тела. У трехлетнего ребенка поглощение кислорода на 1 кв. м поверхности тела больше, чем у взрослого человека – на 95%, у шестилетнего – на 66%, а у девятилетнего – на 36%. Однако резервы аэробного энергообразования у детей и подростков не велики. Это связано с тем, что системы организма, отвечающие за энергообеспечение (дыхательная, сердечнососудистая, эндокринная и др.), функционируют почти на уровне своих физиологических возможностей. С 9 – 10- летнего возраста наблюдается интенсивное развитие аэробного пути ресинтеза АТФ, его возможности увеличиваются пропорционально массе тела. Наибольшее развитие аэробной работоспособности отмечается только к 20 – 25 годам – в период физиологической зрелости организма. За счет регулярных тренировок высокий уровень аэробной работоспособности можно сохранить до 40 – 45 лет. 7. Биохимия и педагогические методы развития работоспособности. Все виды биохимической работоспособности связаны с определенными двигательными качествами. Например, алактатная работоспособность связана с быстротой и силой, а аэробная работоспособность – с выносливостью. Быстрота – это комплекс функциональных свойств организма, непосредственно и преимущественно определяющих время двигательного действия. Сила – это способность преодолевать внешнее сопротивление либо противодействовать ему посредством мышечных напряжений. Сила и быстрота непосредственно связаны с количеством креатинфосфата в мышце. Чтобы увеличить количество креатинфосфата необходимо выполнять кратковременные (не более 10 сек) упражнения, выполняемые с предельной мощностью (бег на 50 – 60 м, прыжки, заплыв на 10 – 15 м, упражнения на тренажерах, подъем штанги и т д.). Хороший эффект дают интервальные тренировки, состоящие из серии упражнений максимальной мощности. Упражнения делаются 8 – 10 сек, а отдых между ними составляет 20 – 30 сек. Именно при таком режиме часть гликолитического ресинтеза АТФ идет на восстановления креатинфосфата. Многократное применение таких тренировок ведет к повышению в мышцах креатинфосфата и положительно сказывается на развитии скоростно-силовых качеств. Для развития силы часто используется метод повторных упражнений с напряжением 80 – 90% максимальной силы. Наиболее эффективным считается отягощение 85% . в этом случае число повторений «до отказа» обычно 7 – 8. Каждое упражнение на определенные мышцы выполняется сериями по 5 – 10 повторений. Скорость выполнения упражнений зависит от цели тренировки. Для одновременного развития силы и быстроты упражнения проводятся в взрывчато-плавном режиме начальная фаза движения выполняется с большой скоростью, а завершается оно как можно более плавно. Время восстановления после скоростно-силовой тренировки составляет 2-3 дня. Спортивно-педагогическими критериями лактатного компонента работоспособности являются величины скоростных и силовых нагрузок, выполняемых с субмаксимальной мощностью. (их продолжительность не более 5 минут). Главными биохимическими критериями такой тренировки является: 1. тренировка должна приводить к резкому снижению содержания гликогена в мышцах. 2. во время тренировки в мышцах и крови должна накапливаться молочная кислота. Для достижения этой цели могут быть использованы методы повторной и интервальной работы. Это предельные нагрузки продолжительностью несколько минут. Хороший эффект дает постепенное снижение времени отдыха между рабочими интервалами. Промежутки отдыха между упражнениями короткие, их недостаточно для восстановления запасов гликогена, его запасы сильно снижаются, а это является обязательным условием суперкомпенсации. Главной целью тренировок направленных на повышение аэробной выносливости является улучшение работы кардиореспираторной системы. С этой целью применяются различные варианты повторной и интервальной тренировки, а также непрерывная длительная работа равномерной и переменной мощности. Например, для повышения в мышцах миоглобина может быть использована миоглобиновая интервальная тренировка. Спортсменам предлагается очень короткие (не более 5 – 10 сек.) нагрузки средней интенсивности, чередуемые с такими же короткими промежутками отдыха. Выполняемые в таких условиях нагрузки в основном обеспечиваются кислородом, который депонирован в мышечных клетках в форме миоглобина. Короткий отдых между упражнениями достаточен для восполнения запасов кислорода в мышцах. Использование тренировок на среднегорье и использование неспецифических нагрузок, типа подвижных игр способствует развитию аэробных возможностей организма. |