Теория

Биоэнергетика мышечной деятельности и принципы спортивной тренировки

Реакция расщепления уникальной молекулы аденозинтрифосфорной кислоты (АТФ) сопровождается освобождением энергии, преобразуемой в процессе мышечного сокращения в мышечную работу. Эта реакция является единственным и непосредственным источником энергии для всей жизнедеятельности организма, в том числе для сокращения и расслабления мышц. Запасы АТФ в мышечных клетках относительно постоянны, но настолько незначительны, что их хватит лишь на 3-4 одиночных мышечных сокращений максимальной интенсивности, если отключить все механизмы ресинтеза (воспроизводства) этого макроэргического соединения. В процессе жизнедеятельности количество молекул АТФ в клетках восстанавливается (ресинтезируется) из продуктов их распада с той же скоростью, с какой они расщепляются. За сутки организм производит до 60 кг этих удивительных молекул.

Основным, в повседневной жизнедеятельности человеческого организма, является аэробный процесс энергообразования. Он обеспечивает организм энергией большую часть времени суток и всей его жизни. Ресинтезируемые при этом молекулы АТФ и их энергия обеспечивают работу сердца, дыхание, мыслительные процессы, синтез белков, жиров, углеводов в организме, рост костей, мышц и т. д.

Мощность аэробного энергообразования и другие его параметры (метаболическая подвижность и емкость) минимальны у нетренированного человека, но значительно возрастают под воздействием регулярных тренировок. Чем лучше развит (тренирован) аэробный процесс, тем больше он дает энергии и в паузах отдыха (между упражнениями, сериями упражнений, между тренировками и т.д.). Тем быстрее организм восстанавливается в этих паузах, так как для восстановления истраченных энергоресурсов, для обеспечения пластических процессов (воссоздание белков, углеводов, жиров) требуется энергия.

Метаболическая мощность аэробного энергообразования колеблется от 0,8 до 1,8 кДж/кг/мин., в зависимости от специфики функциональной подготовки спортсмена. Этот процесс является ведущим в энергообеспечении стайеров-бегунов, марафонцев, лыжников и т. д.

Метаболическая подвижность аэробного процесса (время, в течение которого достигается максимальная метаболическая мощность энергообразования) у нетренированного человека очень низкая и достигает 3 минут, и более. Целенаправленные тренировки значительно улучшают этот компонент, и у высококвалифицированного спортсмена максимальная метаболическая мощность аэробного процесса энергообразования достигается уже через 1,5 минуты после старта.

Метаболическая емкость этого процесса (общее количество образующейся энергии) практически безгранична для продолжительной работы умеренной мощности.

Аэробное энергообразование в клетках осуществляют клеточные органеллы – митохондрии. Число их и размеры несколько различаются у людей, что обеспечивает и различия в возможностях энергообразования. Иногда эти различия настолько значительны, что приходится говорить уже о митохондриальной дисфункции (МД), как патологическом состоянии.

Митохондриальная дисфункция является фактором риска таких тяжелых заболеваний как гипертрофическая кардиомиопатия, рассеянный склероз, боковой амиотрофический склероз, дисплазия соединительной ткани и др.

У 20 % женщин наблюдается митохондриальная дисфункция, которую наследуют их дети. Необходимо отметить, что митохондриальную систему, а

значит и аэробную систему энергообразования, люди наследуют только от матерей. Это необходимо учитывать при наборе подростков в спортивные секции, особенно в тех видах спорта, где аэробное энергообразование является главным фактором успеха. Это стайерские дистанции в легкой атлетике, плавании, конькобежном спорте и т. д.

Но, следует иметь в виду, что под воздействием систематических многолетних тренировок в клетках увеличиваются количество митохондрий и их размеры. То есть митохондриальная дисфункция может устраняться таким естественным способом. Кроме того, существую возможности коррекции МД и фармакологическими средствами.

Анаэробная работа субмаксимальной мощности может продолжаться (у спринтеров-легкоатлетов) на предельной интенсивности от 20-40 секунд до 2 минут. Столь значительно, под влиянием тренировок, увеличение метаболической емкости гликолиза. Достигаемая в процессе многолетних тренировок спринтеров его (гликолиза) предельная мощность энергообразования составляет 2,5 кДж/кг/мин. По мнению В.С. Финогенова (1981 г.) такая мощность энергообразования поддерживается не более 40 — 60 секунд, а затем начинается постепенное некоторое её снижение.

Метаболическая подвижность гликолиза, у начинающего спортсмена, составляет 1,5 минуты, а у высококвалифицированного этот процесс набирает максимальную мощность всего за 20 — 30 секунд!

Анаэробную работу максимальной мощности, у нетренированного человека, креатинфосфокиназный процесс обеспечивает энергией не более 2–3 секунд. У тренированного спринтера-профессионала метаболическая емкость этого процесса достигает 8–10 секунд. И максимальная метаболическая мощность данного вида анаэробного энергообразования у тренированного спортсмена достигает 3,7 кДж/кг/мин.

Метаболическая подвижность креатинфосфокиназного процесса энергообразования, у нетренированного человека, составляет 2-3 секунды. Но годы упорных тренировок приводят к удивительным сдвигам и у спринтера-профессионала этот процесс может набирать максимальную мощность за десятые доли секунды.

Сопоставление приведенных выше цифровых параметров метаболических процессов однозначно показывает, что скоростно-силовая работа (субмаксимальной и максимальной мощности) не может быть обеспечена энергией за счет аэробного процесса. Энергетическое обеспечение работы максимальной и субмаксимальной мощности осуществляется, преимущественно, анаэробными процессами, соответственно, креатинфосфокиназной реакцией и гликолизом.

Их метаболическая подвижность, мощность и емкость зависят от величины запасов энергосубстратов (креатинфосфата и гликогена) в клетках. Но существует еще целая группа биохимических и физиологических факторов предопределяющих возможность оптимизации параметров процессов энергообразования.

В нетренированных мышцах содержание креатинфосфата не превышает 0,5% от общего веса мышцы. В тренированных мышцах спортсмена запасы креатинфосфата возрастают до 1,5%, и поэтому эффективное креатинфосфокиназное энергообразование в них может продолжаться 8 — 10 сек. (у нетренированного человека 2-3сек.). К 30-й секунде работы мощность этого процесса снижается вдвое и далее понижается практически до ноля, за 2-3 мин.

Снижение метаболической мощности креатинфосфокиназной реакции после 8 — 10 секунд работы компенсируется энергией набирающего мощность другого анаэробного процесса энергообразования – гликолиза. Но он, в этой ситуации, не является единственным источником энергии, так как ещё продолжается угасающая креатинфосфокиназная реакция.

При напряженной работе включение гликолитического процесса и увеличение мощности аэробной энергопродукции происходит практически одновременно, сразу же после снятия креатинфосфатного блока. Первые 10-15 сек. всякой работы аэробный процесс ограничивается реализацией имеющихся в организме кислородных запасов, сконцентрированных в миоглобине. Дальнейшая интенсификация процесса связана с активацией системы транспорта кислорода. То есть скоростные возможности спортсмена при работе субмаксимальной мощности предопределяются так же подвижностью и мощностью аэробного процесса энергообразования.

— Биологические принципы спортивной тренировки

Планируя тренировки, тренер должен руководствоваться главными биологическими принципами, вытекающими из знания основных закономерностей адаптации организма к физическим нагрузкам. Этими принципами являются:

принцип специфичности действия нагрузок на организм,

принцип сверхотягощения,

принцип последовательности адаптационных процессов,

принцип обратимости действия нагрузок,

принцип взаимодействия эффектов нагрузок,

принцип цикличности.

Специфичность действия физических нагрузок – (и избирательность их тренирующего воздействия на организм) проявляется выраженными адаптационными процессами и специфическими изменениями в наиболее нагружаемых органах и системах.

Определённый набор физических упражнений и пауз отдыха между ними вызывает совершенствование алактатного анаэробного механизма энергообразования. Для развития и совершенствования другого анаэробного механизма – гликолитического, требуются специфические упражнения иной интенсивности и продолжительности, и необходимы иные паузы отдыха между ними.

Резко отличается, от двух предыдущих, специфический набор нагрузок и пауз отдыха, вызывающих увеличение метаболической подвижности, мощности, ёмкости и эффективности аэробного процесса энергообразования.

Сверхотягощение (критическая нагрузка, физический стрессор) физических нагрузок – обязательное условие тренировочного процесса, так как величина нагрузки должна превышать некую пороговую её величину, с которой начинаются адаптационные сдвиги в организме и совершенствование тренируемого биохимического процесса.

Необходимо отметить, что при слишком длительном использовании упражнения оно постепенно утрачивает характер сверхотягощения, стрессорный характер, и потому перестаёт возбуждать адаптационные перестройки и развитие тренируемой функции. Следовательно, чтобы стимулировать дальнейшие адаптационные изменения необходимо прогрессирующее увеличение интенсивности и объёма физических нагрузок, величина которых не должна быть ниже значений порога анаэробного обмена (ПАНО).

Вместе с тем, нельзя забывать об индивидуальных пределах адптации, пренебрежение которыми превращает нагрузку из адекватной в нагрузку чрезмерную (чрезмерный физический стрессор). При этом возникает срыв адаптации (состояние дистресса) и запускается механизм формирования патологического состояния.

Последовательность адаптации к нагрузкам — проявляется разновремённостью биохимических процессов и, связанных с ними, изменений в организме. Срочный тренировочный эффект проявляется, прежде всего, в анаэробной (алактатной) системе энергообразования, затем

изменениями гликолиза. В последнюю очередь, отмечаются изменения параметров процесса аэробного энергообразования (окислительного фосфорилирования).

Под воздействием физических нагрузок сначала возрастает метаболическая мощность процессов энергообразования, затем их метаболическая ёмкость и, в последнюю очередь, увеличивается эффективность.

Разновремённость процесса биохимического восстановления организма после прекращения нагрузки, проявляется в том, что суперкомпенсация для различных энергосубстратов наступает в определённой временой последовательности. В первую очередь происходит восстановление и суперкомпенсация запасов креатинфосфата в клетке, затем восстанавливаются гликоген, липиды и, в последнюю очередь, белки.

Обратимость действия физических нагрузок — демонстрируется постепенным исчезновением всех положительных сдвигов, вызванных систематическими тренировками, если их прекратить. Так, фаза суперкомпенсации энергосубстратов, возникающая в определенный момент восстановления организма после нагрузки, через определённое время сменяется возвращением количества энергосубстратов к исходному (дорабочему) уровню. Уменьшение напряженности тренировок или их прекращение на какое-то время ведёт к снижению силы, скорости движений, ухудшаются выносливость и работоспособность.

Следовательно, тренировки необходимо повторять, а, для прогрессирующего увеличения запасов энергосубстратов, каждую последующую тренировку (или некоторые из них) необходимо начинать в момент высшего уровня фазы суперкомпенсации. Такая тактика и ведет к прогрессирующему увеличению количества энергосубстратов, ферментов в клетках мышц, печени. Поэтому увеличивается мышечная масса и т.д.

Принцип взаимодействия эффектов (срочных и отставленных) тренировочных нагрузок — заключается не только в суммации этих эффектов. Их кумулятивный эффект может быть больше этой суммы, так как адаптационный процесс, вызванный одним упражнением, может значительно увеличить эффективность последующих.

То есть, имеет место положительное взаимодействие эффектов, но возможно получение отрицательного или нейтрального взаимодействия. На эффективность тренировочного процесса могут оказывать положительное или отрицательное воздействие различные факторы.

К таким факторам, прежде всего, следует отнести восстановительные мероприятия, среди которых необходимо выделить влияние сна на восстановительные процессы.

В процессе рабочего дня в организме спортсмена накапливаются разннобразные токсины. Это избыточные свободные радикалы, альдегиды и другие метаболиты, устранение которых из организма особенно интенсивно происходит в процессе сна. Такая детоксикация клеток происходит с активнейшим участием соматотропина – гормона роста. Когда человек засыпает, в его организме резко активируется производство этого гормона. Пик его продуцирования достигается к 23 часам и сохраняется до 1 часа ночи. Основная функция этого гормона заключается в очищении клеток нервной, мышечной и других систем от накопившихся токсинов.

Кроме того, соматотропин активирует синтез клеточных сократительных белков, ферментов, антител и т.д. То есть, он, самым непосредственным образом, обеспечивает восстановление (и сверхвосстановление) организма и его готовность к эффективному выполнению новых тренировочных нагрузок.

Следовательно, продолжительность сна, оптимальное время отхода ко сну и время пробуждения, рациональное питание, питьевой режим, психоэмоциональное состояние, адаптогены, климатические факторы, витаминизация, климат и многие другие факторы обеспечивают взаимодействие тренировочных эффектов.

Цикличность тренировочного процесса — связана с фазовым характером адаптации к тренировкам различной направленности и взаимодействием эффектов нагрузок. Поэтому тренировочные занятия должны проводиться циклами четко спланированных и многократно повторяемых воздействий на ведущие функциональные системы.

В подобных циклах осуществляется конкретная задача подготовки спортсмена. Такие циклы последовательно сменяют друг друга на различных этапах процесса подготовки к соревнованиям.

Пермь Питер Пятигорск