Циклические виды спорта 3 страница

Вопросы к занятию

1.Охарактеризуйте биохимические и структурные факторы, определяющие проявление мышечной силы и скорости сокращения.

2. Охарактеризуйте биохимический состав и структурные особенности мышечных волокон различных типов.

3. Какое значение имеет соотношение волокон различных типов для проявления силы скорости и выносливости?

4. Какая связь между силой, скоростью и мощностью, ее биохимические детерминанты.

5. Охарактеризуйте биохимические и структурные изменения в мышцах и нервных волокнах при тренировке с использованием скоростно-силовых упражнений.

6.Биохимическая характеристика современных методов тренировки, направленных на развитие максимальной мышечной силы, мышечной массы и скоростных качеств спортсменов.

ТЕМА 8

БИОХИМИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ ВЫНОСЛИВОСТИ

СПОРТСМЕНОВ

Цель занятия: Изучить биохимические факторы, определяющие проявление алактатного, гликолитического, аэробного компонентов выносливости, ее специфичность и биохимические основы методов совершенствования отдельных компонентов выносливости.

Выносливость можно определить как способность к выполнению какой-либо деятельности во времени без снижения эффективности, Она зависит от анаэробной и аэробной производительности человека. Аэробная производительность измеряется величиной максимального потребления кислорода, анаэробная производительность характеризуется максимальной относительной величиной кислородного долга. Выносливость человека к напряженной мышечной деятельности всегда носит специфический характер и определяется теми свойствами организма, которые препятствуют возникновению в организме изменений, вызывающих утомление, и обеспечивают устойчивость организма к возникающим при работе биохимическим изменениям. К числу таких свойств организма в первую очередь относятся особенности, которые определяются возможностями систем энергообеспечения. В соответствии с тремя основными путями ресинтеза АТФ принято различать три основные компонента выносливости: алактатный, гликолитический и аэробный.

Алактатный компонент выносливости зависит от запасов креатинфосфата в работающих органах, экономностью его расходования при работе и устойчивостью ферментов алактатной анаэробной системы (АТФ - азы миозина и креатинфосфокиназы) в условиях накопления продуктов анаэробного распада. Поэтому тренировка, используемая для совершенствования алактатного компонента выносливости должна привести к максимальному исчерпанию алактатных резервов в работающих мышцах и повысить устойчивость ферментов алактатной системы к накоплению продуктов анаэробного распада. С этой целью применяются методы повторной и интервальной работы с большим числом повторений кратковременных упражнений (10-15 сек.) высокой интенсивности (90-95 % Wmax) и паузами отдыха 2, 5-3 мин, необходимыми для обеспечения восстановления алактатных резервов.

Возможности гликолитического компонента выносливости определяются углеводными ресурсами организма (в частности, гликогена мышц), экономичностью их расходования, активностью ферментов гликолиза и компенсаторными реакциями, обеспечивающими способность продолжать работу в условиях быстро нарастающих анаэробных изменений внутри организма. Высокая значимость компенсаторных реакций организма для протекания гликолитических процессов при мышечной деятельности связана с образованием молочной кислоты, вызывающей закисление среды, что приводит к снижению активности ферментов, особенно АТФ - азы и фосфофруктокиназы. Поэтому для гликолитического компонента выносливости первостепенное значение имеют возможности буферных систем организма, обладающих способностью связывать молочную кислоту, а также устойчивость ферментов к изменениям рН внутренней среды.

Для совершенствования гликолитического компонента выносливости могут использоваться методы однократной предельной, повторной и интервальной работы. Применяемые упражнения должны обеспечить предельное усиление гликолиза в работающих мышцах, для этого пригодны упражнения длительностью от 30 сек. до 3 мин. с помощью близкой к предельной. Интервалы отдыха между упражнениями должны быть непрерывно сокращающимися. Они определяются по показателю восстановления (соотношение содержания молочной кислоты в последнем повторении к ее содержанию в предыдущем).

Аэробный компонент выносливости, который представлен в работе небольшой мощности, но длительной зависит от аэробных энергетических возможностей спортсмена и способности к их мобилизации при работе, возможности и устойчивости систем, обеспечивающих доставку кислорода к работающим органам и тканям, количества и активности ферментов аэробного процесса.

Повышение физических возможностей при тренировке аэробного компонента выносливости связано с увеличением поступления крови и кислорода в клетки работающей мышцы, что объясняется адаптацией самих мышц, повышающей их возможности к аэробным процессам. Для развития их могут применяться методы однократной непрерывной работы (объем нагрузки составляет не менее 30 мин.), повторной (продолжительность упражнения не менее 3 мин) и несколько видов интервальной работы, в которых наибольшее воздействие оказывают интервалы отдыха.

Следует отметить, что максимальное развитие биохимических, молекулярных основ качеств двигательной деятельности происходит неодновременно: раньше всего максимума достигают основы выносливости к длительной работе, затем силы, в последнюю очередь -быстроты. При прекращении тренировки все постепенно возвращается к исходному уровню в обратном порядке: в первую очередь снижается быстрота, способность к скоростной работе максимальной и субмаксимальной мощности, позднее сила, а в последнюю очередь – выносливость к длительной работе в условиях устойчивого состояния.

Вопросы к занятию

1. Биохимические факторы, определяющие проявление алактатного, гликолитичесчкого и аэробного компонентов выносливости.

2. Биохимические показатели, применяемые для оценки выносливости.

3. Дайте биохимическое обоснование причин высокой специфичности анаэробных компонентов выносливости.

4. Какие биохимические факторы определяют положительную взаимосвязь аэробного компонента выносливости с гликолитическим?

5. Дайте биохимическое обоснование основным методическим приемам, используемым для совершенствования отдельных компонентов выносливости.

6. Особенности биохимических изменений в организме при применении непрерывных (равномерных и переменных), повторных и интервальных методов тренировки.

ТЕМА 9

ОСОБЕННОСТИ БИОХИМИЧЕСКИХ ИЗМЕНЕНИЙ В ОРГАНИЗМЕ ПРИ ЗАНЯТИЯХ РАЗЛИЧНЫМИ ВИДАМИ СПОРТА

Цель занятия: Изучить характер биохимических изменений в организме спортсменов при выполнении нагрузок различной мощности.

При рассмотрении биохимических изменений в организме, происходящих при занятиях различными видами спорта, наиболее удобно разделение всех спортивных упражнений на циклические и ациклические. Первые характеризуются повторностью фаз движения и различаются по относительной мощности работы, характеру движения в среде, в которой выполняется упражнение.

Вторым, т.е. ациклическим упражнениям свойственно отсутствие повторности фаз. Это кратковременные, однократные движения максимальной и субмаксимальной мощности и комбинации (прыжки, метания, поднятие тяжестей, гимнастические упражнении) или упражнения, совершаемые в переменных условиях, когда характер и мощность движения все время изменяются (единоборства, спортивные игры).

В биохимических изменениях, возникающих в организме при занятиях некоторыми видами спорта, обнаруживается выраженное сходство. Это обусловлено целым рядом причин. Во-первых, наиболее выраженные изменения в организме при мышечной деятельности связаны с деятельностью механизмов энергетического обеспечения работы. Существуют три основных механизма энергообеспечения: аэробный, связанный с использованием кислорода воздуха, анаэробный алактатный (креатинфосфатный) и анаэробный лактатный (гликолитический). Эти механизмы энергопродукции обеспечивают ресинтез основного энергетического источника мышц – АТФ. В зависимости от специфики выполняемой мышечной деятельности доля каждого из видов удельной энергопродукции будет меняться. Участие различных механизмов в энергетическом обеспечении работы и обусловленные их деятельностью биохимические изменения в организме определяются рядом факторов, в той или иной мере представленных во всех видах спорта. Среди этих факторов в первую очередь необходимо выделить следующие:

режим деятельности мышц (статический, динамический, смешанный);

количество участвующих мышц;

мощность и продолжительность работы.

Статический режим деятельности мышц затрудняет кровообращение, снабжение работающих мышц кислородом и питательными веществами, удаление продуктов распада. Это приводит к повышению роли анаэробных процессов в энергетическом обеспечении работы, т.е. делает ее более - анаэробной. Напротив, динамический характер способствует кровообращению в работающих мышцах, улучшает снабжение их энергетическими субстратами, кислородом, удаление продуктов распада, т.е. способствует аэробизации работы.

Выполнение одной и той же работы с участием различного числа мышечных групп сопровождается разными биохимическими сдвигами в организме. Уменьшение количества участвующих в работе мышц повышает значимость анаэробных процессов в энергетическом обеспечении работы, т.е. приводит к усилению анаэробных сдвигов в организме. Выполнение интенсивной мышечной работы с участием небольшого числа мышечных групп может сопровождаться анаэробными сдвигами в самих работающих мышцах. Однако в организме в целом это может и не вызывать существенных изменений. Значительные анаэробные сдвиги в организме происходят при выполнении интенсивной мышечной работы глобального характера, которая осуществляется при участии больших мышечных групп.

Наиболее важными факторами, определяющими характер и глубину биохимических изменений в организме, являются мощность и продолжительность упражнения.

Основное значение для биохимической оценки физических упражнений имеет их мощность, так как именно этим определяется величина кислородного запроса. От степени его удовлетворения зависит протекание химических процессов, связанных с энергетическим обеспечением мышечной деятельности и ресинтезом АТФ во время нее.

Между мощностью и продолжительностью упражнения существует обратная зависимость: чем интенсивней работа, тем более короткое время ее можно выполнять. Наиболее отчетливо эта зависимость проявляется в циклических видах спорта, например, в легкоатлетическом беге; средняя скорость бега быстро снижается с увеличением дистанции. Мощность и продолжительность упражнения определяют энергозатраты (общие и в единицу времени работы), как и участие различных энергообразующих механизмов в энергетическом обеспечении работы. В свою очередь участие в энергообеспечении различных механизмов преобразования энергии, степень их активизации в наибольшей мере определяют характер и глубину биохимических изменений.

Кратковременные упражнения высокой интенсивности обеспечиваются энергией преимущественно за счет анаэробных механизмов. С увеличением продолжительности работы возрастает роль анаэробных процессов.

Различия в энергетическом обеспечении упражнений разной мощности и продолжительности лежат в основе деления циклических видов спорта на зоны мощности. В соответствии с принятой классификацией все упражнения циклических видов спорта принято делить на четыре зоны мощности: максимальную (30 с), субмаксимальную (не более 5 мин), большую (до 40 мин) и умеренную (более 40 мин).

Упражнения циклических видов спорта, попадающие по своей мощности и продолжительности в одну и ту же зону мощности, характеризуются сходством биохимических изменений. Хотя специфика того или иного вида спорта может накладывать отпечаток на биохимические изменения в организме, и прежде всего на их глубину.

Циклические виды спорта

Л е г к а я а т л е т и к а

Наиболее наглядное представление о биохимических сдвигах в организме при выполнении упражнений разных зон мощности можно получить при анализе легкоатлетического бега. Ни один другой циклический вид спорта не имеет такого широкого диапазона мощности и продолжительности упражнений и такой высокой степени их градации.

Упражнения максимальной зоны мощности

(бег на 100 и 200 м)

Из-за кратковременности работы при ее выполнении в организме не происходит значительных изменений. Основной механизм энергообеспечения при беге на 100 м и креатинфосфатный, при беге на 200 м существенную роль играет и гликолиз. В мышцах происходит снижение содержания креатинфосфата и гликогена, повышается содержание креатина, неорганического фосфата, молочной кислоты, повышается активность ферментов анаэробного обмена. Выход молочной кислоты из мышц в кровь, протекающий сравнительно медленно, происходит в основном после окончания работы. Как правило, после работы максимальной интенсивности наивысшие концентрации в крови молочной кислоты наблюдаются на 5-10 мин восстановительного периода и достигают 100-150 мг %. Это связано не только с замедленным выходом молочной кислоты из мышц в кровь, но и с возможностью ее образования после работы, поскольку ресинтез креатин- фосфата частично происходит за счет гликолиза.

Происходит увеличение легочной вентиляции, потребление кислорода, частоты сердечных сокращений. Однако ни один из указанных показателей не достигает за время работы своих максимальных значений. В течение нескольких секунд после завершения работы может происходить дальнейшее увеличение частоты сердечных сокращений и потребление кислорода.

Потребляемое за работу количество кислорода составляет 5-10 % от кислородного запроса, который при работе максимальной интенсивности может превышать 30 л/мин. После работы образуется значительная величина кислородного долга (95% от кислородного запроса), содержащего алактатную и лактатную фракции. При этом после бега на 200 м величина алактатной фракции приближается к своему максимальному для данного испытуемого значению.

Таблица

Энергетическое обеспечение мышечной деятельности

Восстановление после работы максимальной интенсивности протекает сравнительно быстро и завершается к 35-40 мин восстановительного периода.

Кумулятивные биохимические изменения в организме при тренировке упражнениями максимальной зоны мощности заключаются в накоплении в организме креатинфосфата, гликогена мышц, повышении активности ряда ферментов, особенно АТФ-азы, креатинфосфокиназы, ферментов гликолиза, повышении содержания сократительных белков и других изменениях.

После 30-40-минутного отдыха выполнение упражнения можно повторять. Однако в спортивной практике часто применяют интервальный метод, при котором период отдыха спринтеров постепенно сокращается. Это повышает аэробную способность организма и его адаптацию к работе в условиях гипоксии.

Постоянная тренировка упражнениями максимсальной мощности способствует накоплению в мышцах креатинфосфата, сократительных белков и гликогена, повышает активность АТФ-азы, креатинфосфатазы и ферментов гликолиза.

Упражнения субмаксимальной зоны мощности

(бег 400, 800, 1000, 1500 м)

Основным механизмом энергообеспечения является гликолиз, но важную роль играют креатинфосфатные и аэробнвые процессы. Значимость аэробного механизма повышается с увеличением продолжительности работы (в пределах данно й зоны мощности). Пробегание дистанций легкоатлетического бега, относящихся к субмаксимальной зоне мощности, сопровождается повышением активности ферментов энергетического обмена, накоплением в организме наибольших количеств молочной кислоты, концентрация которой в крови может достигать 250 мг % и более. Часть молочной кислоты связывается буферными системами организма, которые исчерпывают себя при выполнении упражнений этой зоны на 50-60 %. Происходит значительный сдвиг рН внутренней среды в кислую сторону. Так, рН крови у квалифицированных спортсменов сможет снижаться до значения 6, 9-7, 0.

Накопление больших количеств молочной кислоты в крови меняет проницаемость почечных канальцев, вследствие чего в моче появляется белок. В мышцах, и отчасти в крови, повышается содержание пировиноградной кислоты, креатина, фосфорной кислоты.

Непосредственно в процессе бега на дистанции, относящиеся к зоне субмаксимальной мощности, происходит повышение содержания сахара в крови. Однако из-за кратковременности работы это повышение не столь значительно.

Легочная вентиляция и потребление кислорода во время бега приближаются к своим максимальным значениям. Близких к максимальным значениям достигает и частота сердечных сокращений (до 200 уд/мин и выше).

После бега на 400-1500м у спортсменов зарегистрированы близкие к максимальной для них величины кислородного долга (90-50 %), содержащего как алактатную, так и лактатную фракции.

Выполнение субмаксимальных нагрузок значительно повышает активность обмена веществ в организме, при котором может наступить частичное разобщение процессов окислительного фосфорилирования, вызывающее повышение температуры тела на 1-1, 5^оС. Это усиливает потоотделение, сопровождающееся выведением из организма части молочной кислоты, а также фосфатов, содержание которых в крови повышено.

В связи с тем, что при беге на средние дистанции энергообеспечение организма происходит анаэробным и аэробным путями, в организме бегунов в процессе работы в значительной мере используются внутримышечные энергетические субстраты (креатинфосфат, гликоген), а также гликоген печени. Об этом свидетельствует существенное повышение содержания сахара в крови (до 2, 4 г/л), которое на финише может снижаться (особенно у малотренированных спортсменов) в результате преждевременного развития тормозных процессов в центральной нервной системе.

Характерной особенностью нагрузки субмаксимальной мощности является наличие «мертвой точки» (внезапное понижение работоспособности), которая наступает при беге на 800м – на 60-80с, при беге на 1500м – на 2-3 мин и может быть преодолена волевым усилием спортсменов. При правильной организации тренировки, оптимальном распределении сил на дистанции подобное состояние организма может и не наступить

Основной причиной «мертвой точки» являются биохимические нарушения в отдельных зонах головного мозга, что свидетельствует о кортикальном происхождении этой точки.

Все биохимические изменения, возникающие в организме спортсменов при беге на средние дистанции, могут наблюдаться также при беге на такие дистанции с барьерами. Продолжительность восстановительного периода после пробега средних дистанций составляет от одного до двух часов.

В процессе тренировки спортсменов упражнениями субмаксималоьной мощности особое внимание следует уделять усовершенствованию анаэробных путей ресинтеза АТФ, а также адаптации спортсменов к значительному повышению кислотности среды их организма. Не менее важно развивать и аэробные возможности организма. Поэтому правильная постановка тренировочных занятий в этом виде спорта значительно повышает накопление в организме креатинфосфата и гликогена мышц и печени, интенсифицирует реакции гликолиза и окислительного фосфорилирования (путем увеличения количества и повышения активности ферментов), а также повышает буферную емкость систем организма.

Упражнения большой зоны мощности

Бег на 10000м, как и спортивная ходьба, относится к упражнениям большой зоны мощности, продолжающимся 20-30 мин. Основным механизмом энергообеспечения является аэробный процесс, но роль гликолиза еще велика. Основным источником энергии является гликоген мышц и печени, содержание которого в процессе работы существенно понижается. Об интенсивном расходовании гликогена печени свидетельствует повышение концентрации сахара в крови, но на длинных дистанциях эта концентрация может понижаться. При более продолжительной работе на дистанции кроме углеводов на энергетические цели активно используются резервные липиды, в связи с чем в кроки повышается уровень нейтральных липидов, а также кетоновых тел, образующихся при окислении жирных кислот. Основное количество энергии дают аэробные процессы, деятельность которых усиливается до максимального уровня. Это обеспечивается максимальным увеличением потребления кислорода, которое сохраняется у квалифицированных спортсменов практически на протяжении всей работы, и значительным повышением активности ферментов аэробного обмена. В свою очередь, максимальное потребление кислорода обеспечивается дыхательной и сердечно - сосудистой системы (так, частота пульса достигает 190 уд/мин и более), а также повышением содержания гемоглобина в крови за счет выхода в кровяное русло из депо богатой гемоглобином крови.

Происходит значительное разогревание организма, температура тела может повыситься до 39^о и более. Это усиливает потоотделение, сопровождающееся выносом из организма минеральных веществ, части продуктов анаэробного обмена.

Продолжительность восстановительного периода после бега на дистанции данной зоны мощности составляют от 6-12 ч до суток. При этом ликвидируется кислородный долг, устраняется избыток молочной кислоты, восстанавливается израсходованный энергетический потенциал организма за счет рационального питания.

Тренировка упражнениями большой мощности направлена прежде всего на развитие аэробного и гликолитического путей энергообеспечения, увеличение кислородной емкости крови и мышц, повышение уровня легко мобилизуемых источников энергии (гликогена печени и мышц, внутримышечных резервных липидов) и активности ферментов. Существенное изменение при этом происходит в сердечно - сосудистой системе: увеличиваются размеры сердца, возрастает количество кровеносных капи лляров в мышцах, что способствует более успешному выполнению специфической для бегунов работы.

Упражнения умеренной зоны мощности

Бег на (15, 20, 30км и 42195м) является работой умеренной мощности, которая, в отличие от прежних видов легкоатлетического бега, выполняется в условиях стойкого равновесия между кислородной потребностью организма и потреблением кислорода. Расход энергии в единицу времени при беге на эти дистанции сравнительно невысок, однако общие энергозатраты велики и могут достигать 2000 ккал и более. Основной механизм энергообеспечения аэробный. Анаэробные процессы могут играть некоторую роль только при стартовом разгоне, рывках на дистанции и, на финише.

Анаэробные сдвиги в организме, как правило, бывают незначительными, величина кислородного долга, образующегося после такой работы, невелика. Поэтому повышение уровня молочной кислоты в крови спортсменов сравнительно невелико и достигает 0, 2-0, 7 г/л. Основное количество молочной кислоты образуется в начальной фазе работы и в процессе дальнейшего выполнения нагрузки подвергается интенсивному окислению, в связи с чем на финише содержание молочной кислоты в крови спортсменов может понижаться до исходного уровня. Работа в зоне умеренной мощности совершается в истинном устойчивом состоянии, т.е. аэробные процессы, совершающиеся за счет кислорода, полностью удовлетворяют энергетические потребности работы. Уровень текущего О₂- потребления на дистанциях умеренной зоны мощности ниже максимального для спортсмена уровня.

В качестве источника энергии используются углеводы и липиды, содержание которых к концу работы заметно снижается. Концентрация сахара в крови в начале работы повышается, но затем, по мере исчерпания углеводных ресурсов печени, понижается. К 40-50- мин работы содержание сахара в крови возвращается к уровню покоя, если работа совершается дольше этого периода, может снизиться ниже уровня. При высоком эмоциональном возбуждении в организме более тренированных спортсменов наблюдается еще более выраженное снижение уровня сахара. Такая значительная гипогликемия отрицательно сказывается на функционировании нервной системы и может сопровождаться появлением обморочного состояния. Причиной гипогликемического состояния является не полное исчезновение углеводных запасов, а развитие охранительного торможения центральной нервной системы и снижение секреции гормонов надпочечниками, что сопровождается резким угнетением процессов расщепления оставшегося в организме гликогена до глюкозы. Стимуляция распада гликогена введением в организм адреналина, без приема пищи, может повысить снизившийся уровень сахара в крови до нормы.

Предупредить такую «финишную» гипогликемию можно правильной организацией основного питания (за 2, 5-3 ч до старта) и дополнительным питанием (раствор «спортивного напитка») спортсменов на дистанции. С использованием липидов в качестве источника энергии связано повышение содержания в кроки промежуточных продуктов липидного обмена: свободных жирных кислот, ацетоуксусной кислоты, β - оксимасляной кислоты, ацетона.

Высокая интенсивность обмена веществ в организме спортсменов, выполняющих работу умеренной мощности, повышает температуру тела до 39, 5^оС и сопровождается большими потерями воды и минеральных веществ. Последнее является одной из важных причин утомления при беге на длинные и сверхдлинные дистанции. Поэтому бегуны на длинные и сверхдлинные дистанции и представители других видов спорта, относящихся к этой зоне мощности, нуждаются в повышенном потреблении солей Nа, К, фосфорной кислоты и некоторых других минеральных веществ.

При длительной работе происходят существенные изменения в белковом обмене: снижается содержание структурных белков, белков ферментов, хромопротеидов (гемоглобина, миоглобина), нуклепротеидов и др. Причина этого - рассогласование процессов распада и синтеза белка. Первые при работе не только продолжаются, но и усиливаются вследствие высокой интенсивности обмена веществ, большой функциональной нагрузки, падающей при работе на структурные и другие белки, вторые, требующие для своего протекания энергии АТФ, при работе приостанавливаются из-за дефицита АТФ, используемого при процессах энергетического обеспечения работы.

При беге на длинные дистанции могут происходить существенные изменения гормональной деятельности (снижается продукция гормонов), что приводит к снижению содержания их в крови. Особенно тяжело преодоление сверхдлинных дистанций сказывается на растущем организме, поэтому этот вид упражнений не рекомендуется для юных спортсменов. Восстановительный период после бега на длинные и сверхдлинные дистанции продолжается до 3 и более суток.

Кумулятивные биохимические изменения при тренировке на дистанциях зоны умеренной мощности обеспечивают преимущественно повышение возможностей аэробного механизма преобразования энергии. Как правило, они более выражены, чем у бегунов на дистанции зоны большой мощности. Особенно существенно увеличивается содержание гликогена в печени, легко мобилизуемых липидов, миоглобина в мышцах, количество митохондрий и ферментов аэробного обмена. Заметно увеличиваются размеры сердца, число мышечных капилляров, улучшается регуляция деятельности сердечно - сосудистой и дыхательной систем.