Физиологические особенности циклических видов спорта

     Восстановление  АТФ при мышечном сокращении может  осуществляться за счет реакций, проходящих без кислорода (анаэробных), а также  за счет окислительных процессов  в клетках, связанных с потреблением кислорода (аэробных). Как только уровень АТФ в мышце начинает снижаться, а АДФ - повышаться, сразу же подключается креатинфосфатный источник восстановления АТФ.

     Креатинфосфатный источник является самым быстрым путем восстановления АТФ, который происходит без доступа кислорода (анаэробным путем). Он обеспечивает мгновенное восстановление АТФ за счет другого высокоэнергетического соединения - креатинфосфата (КрФ). Содержание КрФ в мышцах в 3-4 раза выше, чем концентрация АТФ. По сравнению с другими источниками восстановления АТФ, КрФ источник обладает наибольшей мощностью, поэтому он играет решающую роль в энергообеспечении кратковременных мышечных сокращений взрывного характера. Такая работа продолжается до тех пор, пока не будут значительно исчерпаны запасы КрФ в мышцах. На это уходит примерно 6-10 секунд. Скорость расщепления КрФ в работающих мышцах находится в прямой зависимости от интенсивности выполняемого упражнения или величины мышечного напряжения.

     Только  после того, как запасы КрФ в  мышцах будут исчерпаны примерно на 1/3 (на это уходит примерно 5-6 секунд), скорость восстановления АТФ за счет КрФ начинает уменьшаться, и к процессу восстановления АТФ начинает подключаться следующий источник - гликолиз. Это происходит с увеличением длительности работы: к 30 секунде скорость реакции уменьшается наполовину, а к 3-й минуте она составляет лишь около 1,5% от начального значения.

     Гликолитический источник обеспечивает восстановление АТФ и КрФ за счет анаэробного расщепления углеводов - гликогена и глюкозы. В процессе гликолиза внутримышечные запасы гликогена и глюкоза, поступающая в клетки из крови, расщепляются до молочной кислоты. Образование молочной кислоты - конечного продукта гликолиза - происходит только в анаэробных условиях, но гликолиз может осуществляться и в присутствии кислорода, однако в этом случае он заканчивается на стадии образования пировиноградной кислоты. Гликолиз обеспечивает поддержание заданной мощности упражнения от 30 секунд до 2,5 минут.

     Продолжительность периода восстановления АТФ за счет гликолиза ограничивается не запасами гликогена и глюкозы, а концентрацией молочной кислоты и волевыми усилиями спортсмена. Накопление молочной кислоты при анаэробной работе находится в прямой зависимости от мощности и продолжительности упражнения.

     Окислительный (оксидативный) источник обеспечивает восстановление АТФ в условиях непрерывного поступления кислорода в митохондрии клеток и использует долговременные источники энергии. Такие как углеводы (гликоген и глюкоза), аминокислоты, жиры, доставляемые в мышечную клетку через капиллярную сеть. Максимальная мощность аэробного процесса зависит от скорости усвоения кислорода в клетках и от скорости поставки кислорода в ткани.

     Наибольшее  количество митохондрий (центров "усвоения" кислорода) отмечается в медленно сокращающихся мышечных волокнах. Чем выше процент содержания таких волоком в мышцах, несущих нагрузку при выполнении упражнения, тем больше максимальная аэробная мощность у спортсменов и тем выше уровень их достижений в продолжительных упражнениях. Преимущественное восстановление АТФ за счет окислительного источника начинается при выполнении упражнений, длительность которых превышает 6-7 минут

     Энергообеспечение мышечного сокращения является определяющим фактором для выделения 4 зон мощности. 

     1.1.1 Зона максимальной мощности работы

     Данная  мощность работы характеризуется достижением  предельной физической возможности  спортсмена. Для её осуществления  необходима максимальная мобилизация энергетического обеспечения в скелетной мускулатуре, что связано исключительно с анаэробными процессами. Практически вся работа осуществляется за счёт распада макроэргов и только частично – гликогенолиза, поскольку известно, что уже первые сокращения мышц сопровождаются образованием в них молочной кислоты.

     Длительность  работы, например, в беге на 100 м меньше времени кругооборота крови. Уже  это свидетельствует о невозможности  достаточного обеспечения кислородом работающих мышц.

     Из–за кратковременности работы врабатывание вегетативных систем практически не успевает завершиться. Можно говорить только о полном врабатывании мышечной системы по локомоторным показателям (нарастание скорости, темпа и длинны шага после старта).

     В связи с малым временем работы функциональные сдвиги в организме невелики, причём некоторые из них увеличиваются после финиша.

     Работа  максимальной мощности вызывает незначительные изменения в составе крови  и мочи. Наблюдается кратковременное  повышение в крови содержания молочной кислоты (до 70-100 мг %), небольшое повышение процента гемоглобина за счёт выхода в общую циркуляцию депонированной крови, некоторое увеличение содержания сахара. Последнее обусловлено больше эмоциональным фоном (предстартовое состояние), нежели самой физической нагрузкой. В моче могут быть обнаружены следы белка. Частота сердечных сокращений после финиша доходит до 150-170 и более ударов в минуту, артериальное давление повышается до 150-180 мм. рт. ст.

     Дыхание при работе максимальной мощности увеличивается незначительно, но существенно возрастает после завершения нагрузки в результате большой кислородной задолженности. Так, лёгочная вентиляция после финиша может возрастать до 40 и более литров в минуту.

     Величина  кислородного запроса достигает предельных величин, доходя до 40 литров. Однако это не абсолютная его величина, а рассчитанная на минуту, т.е. на время, превышающее возможность организма выполнять работу этой мощности. По окончании работы, в связи с возникшей большой кислородной задолженностью, функции сердечнососудистой и дыхательной систем некоторое время остаются усиленными. Например, газообмен после пробегания спринтерских дистанций приходит к норме спустя 30-40 минут. За это время завершается в основном восстановление многих других функций и процессов.

     1.1.2 Зона субмаксимальной мощности работы

     В отличие от работы максимальной мощности, при этой, более длительной нагрузке, происходит резкое усиление кровообращения и дыхания. Это обеспечивает доставку к мышцам значительного количества кислорода в момент выполнения физической работы. Потребление кислорода достигает к концу 3-5 минут работы предельных или близких к ним величин. (5-6 литров в минуту). Минутный объём крови возрастает до 25-30 литров. Однако несмотря на это, кислородный запрос в этой зоне мощности оказывается намного больше фактического потребления кислорода. Он доходит до 25-26 л/мин. Следовательно, абсолютная величина кислородного долга достигает 20 и более литров, т.е. максимально возможных значений. Эти цифры свидетельствуют, что при работе субмаксимальной мощности в организме, хотя и в меньшей степени, чем при спринтерских дистанциях, анаэробные процессы в освобождение энергии преобладают над аэробными. В результате интенсивного гликогенолиза в мышцах, в крови накапливается большое количество молочной кислоты. В крови её содержание доходит до 250 и более мг %, что вызывает резкий сдвиг рН крови в кислую сторону (до 7,0-6,9). К резким сдвигам кислотно-щелочного равновесия в крови присоединяется повышение в ней осмотического давления, в результате перехода воды из плазмы в мышцы и потери её при пототделение. Всё это создаёт во время работы неблагоприятные условия для деятельности центральной нервной системы и мышц, вызывая снижение их работоспособности.

     Характерным для этой зоны мощности является то, что некоторые функциональные сдвиги нарастают на протяжении всего периода работы, достигая предельных величин (содержание молочной кислоты в крови, снижение щелочного резерва крови, кислородная задолженность и др.).

      Содержание молочной кислоты в крови после бега на короткие и средние дистанции (по Н.И. Волкову)

     Частота сердечных сокращений достигает 190-220 мм рт. ст., лёгочная вентиляция возрастает до 140-160 л/мин. После работы субмаксимальной мощности функциональные сдвиги в организме ликвидируются в течение 2-3 часов. Быстрее восстанавливается артериальное давление. Частота сердечных сокращений и показатели газообмена нормализуются позже.

     1.1.3 Зона большой мощности работы

     В этой зоне мощности работы, длящейся 30-40 минут, во всех случаях период врабатывания полностью завершается, и многие функциональные показатели затем стабилизируются на достигнутом уровне, удерживаясь на нём до финиша.

     Частота сердечных сокращений после врабатывания составляет 170-190 ударов в минуту, минутный объём крови находится в пределах 30-35 литров, лёгочная вентиляция устанавливается  на уровне 140-180 литров в минуту. Таким образом, сердечнососудистая и дыхательная системы работают на пределе (или почти на пределе) своих возможностей. Однако мощность работы в этой зоне несколько превышает уровень аэробного энергообеспечения. И хотя потребление кислорода может увеличиваться при выполнении данной работы до 5-6 литров в минуту, всё же кислородный запас превышает эти цифры, вследствие чего происходит постепенное нарастание кислородного долга, особенно ощутимое к концу дистанции. Стабилизация показателей сердечнососудистой и дыхательной систем при сравнительно небольшой кислородной задолженности (10-15 % от кислородного запроса) обозначается как кажущееся (ложное) устойчивое состояние. В связи с увеличением удельного веса аэробных процессов во время работы большой мощности, в крови спортсменов наблюдается несколько меньшие изменения, чем при работе субмаксимальной мощности. Так, содержание молочной кислоты достигает 200-220 мг %, рН сдвигается до 7,1-7,0. Несколько меньшее содержание молочной кислоты в крови при работе большой мощности связано и с её выведением органами выделения (почками и потовыми железами). Деятельность органов кровообращения и дыхания оказывается продолжительное время повышенной по окончание работы большой мощности. Требуется не менее 5-6 часов, чтобы были ликвидированы кислородный долг и восстановлен гомеостаз. 

     1.1.4 Зона умеренной мощности работы

     Характерной особенностью динамической работы умеренной  мощности является наступление истинного  устойчивого состояния. Под ним  понимается равное соотношение между кислородным запросом и кислородным потреблением. Следовательно, освобождение энергии идёт здесь преимущественно за счёт окисления в мышцах гликогена. Кроме того, только в этой зоне мощности работы, в связи с её длительностью, источником энергии являются липиды. Не исключается также окисление белков в энергообеспечение мышечной деятельности. Поэтому дыхательный коэффициент у марофонцев сразу после финиша (или в конце дистанции) обычно меньше единицы.

     Величины  потребления кислорода на сверхдлительных  дистанциях всегда устанавливаются  ниже их максимального значения (на уровне 70-80 %). Функциональные сдвиги в  кардиореспираторной системе заметно  меньше тех, которые наблюдаются  при работе большой мощности. Частота сердечных сокращений, обычно, не превышает 150-170 ударов в минуту, минутный объём крови равен 15-20 литров, лёгочная вентиляция 50-60 л/минуту. Содержание в крови молочной кислоты в начале работы заметно повышается, достигая 80-100 мг %, а затем приближается к норме. Характерным для этой зоны мощности является наступление гипогликемии, обычно развивающийся спустя 30-40- минут от начала работы, при которой содержание сахара в крови к концу дистанции может уменьшаться до 50-60 мг %. Наблюдается также выраженный лейкоцитоз с появлением незрелых форм лейкоцитов в 1 куб. мм может доходить до 25-30 тысяч.

     Существенное  значение для высокой работоспособности  спортсменов имеет функция коркового  слоя надпочечников. Недлительные интенсивные  физические нагрузки вызывают повышенное образование глюкокортикоидов. При работе же умеренной мощности, по-видимому, в связи с её большой длительностью, после первоначального усиления происходит угнетение продукции этих гормонов (А. Виру). Причём, у менее подготовленных спортсменов эта реакция особенно выражена.

     Необходимо  заметить, что при нарушениях равномерности  пробегания марафонских дистанций  или во время работы преодоления  подъёмов кислородное потребление  несколько отстаёт от увеличившего кислородного запроса и возникает небольшой кислородный долг, который погашается при переходе на постоянную мощность работы. Кислородный долг у марафонцев также, обычно, возникает в конце дистанции, в связи сфинишным ускорением. При работе умеренной мощности, вследствие обильного потоотделения, организмом теряется много воды и солей, что может привести к нарушениям водно-солевого равновесия и снижению работоспособности. Повышенный газообмен после этой работы наблюдается в течение многих часов. Восстановление же нормальной лейкоцитарной формулы и работоспособности продолжается несколько дней.