Систематизация упражнений по характеру биохимических изменений при мышечной работе

Установлено, что изменения скорости метаболических процессов при мышечной деятельности зависят от общего количества мышц, участвующих в работе, режима работы мышц (статического или динамического), ее интенсивности, длительности, числа повторений упражнений и пауз отдыха между ними.

В зависимости от количества мышц, участвующих в работе, ее делят на локальную (если в ней участвует менее 1/4 всех мышц тела), региональную и глобальную (если в ней участвует более 1/4 всех мышц тела).

Глобальная работа (ходьба, бег, плавание, лыжные гонки, бег на коньках и т. п.) вызывает большие биохимические сдвиги во всех органах и тканях организма. Локальная работа (спуск курка при стрельбе, перестановка шахматных фигур и т. п.) вызывает изменение в работающей мышце, но в организме в целом биохимические сдвиги невелики. Региональная работа (эле­менты различных гимнастических упражнений, удар по мячу стоя на месте и т. п.) вызывает большие биохимические сдвиги, чем локальная. Наблюдается следующая закономерность: чем больше мышечная работа локализована, при одинаковом объеме работы в целом, тем больше доля анаэробных реакций в ресинтезе АТФ. Глобальная работа вызывает наи­большее усиление деятельности дыхательной и сердечно-сосудистой систем, при ее выполнении мышцы лучше обеспечиваются кислоро­дом, соответственно, в ее энергетическом обеспечении больше доля аэробных реакций.

Режим мышечной деятельности определяет характер метаболических сдвигов при работе. Статический (изометрический) режим мы­шечного сокращения приводит к пережиманию капилляров (если сила сокращения достаточно велика и превышает давление крови в артериолах) и, следовательно, к ухудшению снабжения мышц кис­лородом и питательными веществами. Работа мышц в статическом режиме обеспечивается анаэробными реакциями.

Динамический (изотонический) режим работы обеспечивает гораздо лучшее снабжение тканей кислородом, так как прерывисто сокращающиеся мышцы действуют как своеобразный насос, про­талкивающий кровь через капилляры. Для отдыха после статической работы нужен не покой, а динамическая работа (например, штангист после подъема большого веса должен походить, чтобы быстрее отдохнуть).

Установлена зависимость биохимических процессов от мощности выполняе­мой мышечной работы и ее продолжительности: чем выше мощность, а, следовательно, больше скорость расщепления АТФ, тем меньше возможность удовлетворить энер­гетический запрос за счет дыхательных процессов и тем в большей мере выражены процессы анаэробного ресинтеза АТФ. С увеличением мощности выполняемой работы уровень потребления О₂ и скорость аэробного энергообеспечения возраста­ют до максимальных значений, а с дальнейшим ростом мощности в некотором ее интервале остаются постоянными. При приближении мощности к максимальной доля аэробного процесса в энергообес­печении работы снижается, хотя потребность в энергии остается высокой, так как аэробные процессы не успевают развиться полностью при работе сравнительно кратковременной.

Мощность, при которой достигается максимум потребления кислорода (МПК), называется критической. До достижения критической мощности всякое увеличение тяжести работы сопровождается пропорциональным усилением аэробных процессов ресинтеза АТФ; при превышении критической мощности тяжесть работы может увеличиваться только за счет анаэробных процессов, развитие которых начинается еще до достижения критической мощности. Эта еще докритическая мощность упражнения называется порогом анаэробного обмена – это мощность, при которой впер­вые обнаруживается усиление анаэробных реакций. У людей, не занимающихся спортом, порог составляет 45 – 50 % от критической мощности, у спортсменов – 60 – 75 %.

После превышения порога анаэробного обмена доля анаэробных реакций в энергетическом обеспечении работы резко возрастает: выход энергии за счет гликолиза значительно увеличивается. Главным энергетическим источником гликолиз становится при мощности, составляющей 60 – 85 % от максимальной. Мощность, при которой достигается наивысшее развитие гликолитического процесса, называется мощностью истощения. Максимально возможную для человека мощность обозначают термином максимальная анаэробная мощность. При максимальной анаэробной мощности скорость образования энергии в креатинфосфокиназной реакции максимальна. (От максимума потребления кислорода до его минимума – фактически смена режимов энергообеспечения)

Мощность работы связана с ее предельной продолжительностью обратно пропорциональной зависи­мостью: чем больше мощ­ность, тем быстрее происходят биохимические изменения, ведущие к утомлению, и тем меньше время работы. Если эту зависимость представить графически, отложив по вертикали логариф­мы мощности (или скорости), а по горизонтали – логарифмы пре­дельного времени работы с этой мощностью, то кривая будет иметь вид ломаной линии, разделенной на четыре отрезка, соответствующих четырем зонам относительной мощности (по классификации В. С. Фарфеля): максимальной (I), субмаксимальной (II), большой (III) и умеренной (IV). Предельная длительность работы в зоне макси­мальной мощности составляет 15 – 20 сек, в зоне субмаксимальной мощности – от 20 сек до 2 – 3 мин, в зоне большой мощности – до 30 мин, в зоне умеренной мощности – до 4 – 5 часов.

Наличие нескольких компонентов в логарифмическом графике зависимости «мощность – предельное время» указывает на то, что факторы, определяющие работоспособность организма в разных зонах относительной мощности, различны.

I. Работа в зоне максимальной мощности обеспечивается энерги­ей в основном за счет АТФ и КрФ, частично – за счет гликолиза. Однако скорость гликолиза в этой зоне не достигает своих наи­высших значений, поэтому содержание молочной кислоты в крови обычно не превышает 1 – 1,5 г/л, мобилизации гликогена печени почти не происходит, и содержание глюкозы в крови почти не из­меняется по сравнению с уровнем покоя (увеличение наблюдается только за счет предстартовой реакции). Кислородный запрос может составлять 7 – 14 л, а кислородный долг – 6 – 12 л, то есть 90 – 95% от кислородного запроса.

II. Энергетическое обеспечение работы в зоне субмаксимальной мощности идет в основном за счет анаэробного гликолиза. В кро­ви в большом количестве появляется молочная кислота (концент­рация достигает 2,5 г/л и более). Кислородный запрос при работе в зоне II может достигать 20 – 40 л, а уровень энергети­ческих затрат в 4 – 5 раз превышать максимум аэробного произ­водства энергии. К концу работы в энергообеспечении возрастает доля аэробных реак­ций. Кислородный долг в этой зоне мощности наивысший (по абсолютным значениям – до 20 л) и составляет 50 – 90 % от кислородного запроса. Усиливается мобилизация гли­когена печени, уровень глюкозы в крови достигает 2 г/л. Под влиянием продуктов анаэробного распада меняется прони­цаемость клеточных мембран для белков, увеличивается их со­держание в крови, они могут выходить в мочу, где их концентрация достигает 1,5 %.

III. В зоне большой мощности при еще достаточно высоком уровне развития гликолиза основными становятся аэробные источники энергии. С увеличением продолжительности работы доля анаэробных процессов в энергообеспечении быстро снижается. Кислородный запрос при работе в зоне III может достигает значений 50 – 150 л, а уровень энергетических затрат в 1,5 – 2 раза превышает максимум аэробного производства энергии. Биохимические показатели: концентрация молочной кислоты в крови – 1,8 – 1,5 г/л, глюкозы – около 1,5 г/л, содер­жание белка в моче – около 0,6 %.

IV. Наиболее интенсивные упражнения в зоне умеренной мощности совершаются при максимуме аэробного производства энергии. Кислородный запрос может достигать 500 – 1500 л, кислородный долг не превышает 5 л. Содержание молочной кислоты в крови составляет 0,6 – 0,8 г/л и по ходу работы она может устраняться. Вследствие усиленного расхода запасов гликогена в печени со­держание глюкозы в крови падает ниже 0,8 г/л. В моче в значи­тельном количестве появляются продукты распада белков. Отме­чается большая потеря организмом воды и минеральных солей.

Лекция № 6