5.1. Физиологические аспекты выносливости алактатной направленности

В скелетных мышцах человека выявлено три вида анаэробных процессов, в ходе которых осуществляется восстановление АТФ: креатинфосфокиназная реакция, миокиназная реакция и анаэробный гликолиз.

Самым мощным и самым быстрым анаэробным путем восстановления АТФ является креатинфосфокиназная реакция.

Креатинфосфокиназная реакция легко включается в процесс восстановления АТФ и служит своеобразным буфером, предотвращающим резкое снижение концентрации АТФ в мышцах. Метаболическая емкость этой реакции невелика и определяется содержанием КрФ в мышце (0,02-0,06 моля на грамм мышечной ткани, или 0,5–1,5 % от веса мышцы). Через 6–8 с работы максимальной интенсивности запасы КрФ снижаются настолько, что эта реакция теряет свою доминирующую роль в качестве основного источника восстановления АТФ. Скорость этой реакции через 30 с после начала интенсивного упражнения составляет уже около 50 % от ее максимального значения.

Как показано в работах Н.И. Волкова, распад фосфогенов при мышечной работе пропорционален мощности выполняемого упражнения. Уже к 12–15 с напряженной мышечной работы запасы фосфогенов в работающих мышцах снижаются с 17,6 до 8,7 ммоль. Вместе с этим снижается и мощность выполняемой работы.

Креатинфосфокиназная реакция имеет наибольшее значение в энергетическом обеспечении начальных этапов напряженной мышечной работы и при резких увеличениях мощности по ходу упражнения. Алактатный анаэробный механизм является основным в энергетическом обеспечении кратковременных упражнений максимальной интенсивности. Основное количество КрФ возобновляется за 5–8 мин восстановления. Креатинфосфат, затраченный на старте продолжительной работы, может частично восстанавливаться по ходу ее выполнения.

Как известно, скелетные мышцы человека представляют собой совокупность волокон разного типа (быстрых белых и медленных красных). Доказано, что у борцов в икроножных мышцах более 60 % от общего состава волокон приходится на долю быстросо-кращающихся волокон. Эти волокна отличаются более высокой АТФ-азной активностью и способностью развивать мощность в четыре раза более высокую, чем в медленносокращающих-ся волокнах. Следовательно, можно утверждать, что значение максимальной скорости отражает способность к развитию максимальной мощности в алактатном анаэробном процессе, где используется энергия расщепления АТФ и КрФ.

Заметное образование молочной кислоты в результате гликолитических реакций обнаруживается в скелетных мышцах только после того, как в ходе работы в значительной мере будут использованы наличные резервы КрФ. Скорость образования молочной кислоты при работе максимальной мощности тем выше, чем больше процент быстросокращающихся волокон в составе мышц, несущих основную нагрузку. При достижении определенных концентраций лактата и снижения внутриклеточного рН в мышцах обнаруживается падение АТФ-азной активности и уменьшение скорости ресинтеза АТФ в креатинфосфокиназной реакции.

Н.В. Яружным было установлено, что при выполнении упражнений максимальной мощности начало быстрого накопления молочной кислоты в крови точно совпадает с моментом начала падения максимальной мощности выполняемого упражнения. Этим значением определяется алактатная анаэробная емкость, а относительная величина скорости развития утомления здесь будет отражать эффективность использования внутриклеточных запасов АТФ и креатинфосфата.

Следует заключить, что к числу наиболее важных факторов, определяющих результат в упражнениях максимальной интенсивности, прежде всего относится высокий уровень развития мощности и силы специфических мышечных групп, а также тех биоэнергетических свойств организма, от которых в наибольшей степени зависит проявление специальной выносливости, в частности, алактатной и гликолитической анаэробной емкости. Важность анаэробного алактатного процесса в этой последовательности явления определяется тем фактом, что креатинфосфатный механизм, использующийся для быстрого восстановления АТФ, предоставляет необходимое время для развертывания более сложному гликолитическому процессу.

По мере исчерпания емкости алактатного анаэробного источника, который ограничивается внутримышечными запасами АТФ и КрФ, в действие вступает анаэробный гликолитический процесс. Гликолизом называется начальный этап расщепления углеводов, заканчивающийся образованием пировиноградной (в аэробных условиях) или молочной (в анаэробных условиях) кислот. Гликолиз протекает в саркоплазме мышечных клеток, и его ключевыми ферментами являются гексокиназа и фосфорилаза. Активаторами этих ферментов служат АДФ и неорганический фосфат, концентрация которых может увеличиваться при мышечной работе.

Следует отметить, что анаэробный гликолиз активируется не только при исчерпании запасов КрФ при нагрузках с высокой интенсивностью. Х. Шмидт (Schmidt) обнаружил, что после 10-секундной нагрузки мощностью 110 % от максимального потребления кислорода возрастает содержание лактата, и это указывает на то, что анаэробный гликолиз развивается сразу же с началом мышечных сокращений. Полученные в ходе исследований данные свидетельствуют о том, что активация анаэробного гликолиза и распад КрФ происходят практически одновременно. В итоге проведенных исследований установлено, что наиболее высокие скорости восстановления АТФ за счет КрФ и гликолиза при максимальных и околомаксимальных нагрузках проявляются в первые 10 с работы. Наибольшая мощность гликолиза достигается на 20–40 с от начала упражнения. Наблюдаемое быстрое снижение мощности выполняемой работы является результатом исчерпания внутримышечных резервов гликогена и накопления конечных продуктов анаэробного распада в тканях. При нагрузках продолжительностью до 30 с запасы КрФ истощаются между 10-й и 30-й с работы, а скорость гликолитического ресинтеза АТФ в первые 10 с работы составляет не более 50 % от его максимума. В среднем скорость гликолитического образования АТФ при 30-секундных нагрузках высокой интенсивности в 3–4 раза выше, чем это может быть обеспечено за счет только одного КрФ-механизма. Средняя скорость ресинтеза АТФ при 60-секундной физической нагрузке намного ниже той, которая происходит за 30 с. При высокоинтенсивной физической нагрузке продолжительностью от 60 до 90 с оценить гликолитическую продукцию АТФ вполне возможно по количеству лактата, выделяемого из работающих мышц. Согласно данным, суммарная продукция АТФ при интенсивной нагрузке составляет 60 % от гликолиза, 33 % от КрФ и 7 % – от миофибриллярных запасов АТФ.

Другим анаэробным вариантом восстановления АТФ в мышце является миокиназная реакция, в ходе которой происходит слияние двух молекул АДФ с образованием АТФ и АМФ. Эту реакцию, которая происходит в мышцах при значительном увеличении в саркоплазме концентрации АДФ, катализирует фермент аденилаткиназа. Такая ситуация возникает, когда скорость процессов восстановления АТФ не уравновешивает скорость расщепления АТФ. Исходя из этого, аденилаткиназную реакцию можно рассматривать как «аварийный механизм», который обеспечивает постоянство скорости восстановления АТФ. Результатом аденилаткиназной реакции является некоторое повышение содержания АМФ в саркоплазме, что ведет к активации ферментов гликолиза и способствует повышению общей скорости анаэробного восстановления АТФ. Аденилаткиназная реакция легко обратима, и она может использоваться для буферирования резких перепадов в скорости образования и использования АТФ. Восстановление АТФ в ходе аденилаткиназной реакции имеет место и при длительной мышечной деятельности в состоянии выраженного утомления, но в целом значение этой реакции в энергообеспечении мышечной деятельности невелико, так как запасы АДФ в мышечной клетке очень ограничены.

Для проведения технико-тактических действий борец должен совершать не только сильные, но и быстрые движения в условиях задержки дыхания и недостатка кислорода, происходящих в результате повышения интенсивности работы, и поэтому необходимо развивать алактатный механизм энергообеспечения.

Главным регулятором дыхания является гиперкапнический стимул. Вентиляторная чувствительность к гиперкапническому стимулу в среднем составляет 1,9–3,0 л/мин мл рт. ст., но может значительно выходить за эти границы, вплоть до полной резистентности. Тренировка должна быть направлена на снижение реакции дыхания на стимул диоксида углерода.

В период соревновательного цикла необходимо построить тренировочный цикл таким образом, чтобы происходило увеличение КрФ в мышцах. В мышечных клетках всегда имеется креатин-фосфат – соединение, содержащее фосфатную группу, связанную с остатком креатина макроэргической связью. Содержание КрФ в мышцах в покое составляет от 15 до 20 ммоль/кг.

КрФ обладает большим запасом энергии и высоким сродством к АДФ, поэтому он легко вступает во взаимодействие с молекулами АДФ, появляющимися в мышечных клетках при физической работе в результате гидролиза АТФ. В ходе этой реакции остаток фосфорной кислоты с запасом энергии переносится с креатин-фосфата на молекулу АДФ с образованием креатина и АТФ.

Эта реакция катализируется ферментом креатинкиназой. В связи с этим данный путь ресинтеза АТФ еще называется креатин-киназным.

При мышечной работе максимальной мощности активность креатинкиназы значительно возрастает за счет активирующего воздействия ионов кальция, концентрация которых в саркоплазме под действием нервного импульса увеличивается почти в 1000 раз. Другой механизм регуляции креатинфосфатной реакции связан с активирующим воздействием на креатинкиназу креатина, образующегося в ходе данной реакции. За счет этих механизмов активность креатинкиназы в начале мышечной работы резко увеличивается, и креатинфосфатная реакция очень быстро достигает максимальной скорости.

КрФ обладает большим запасом химической энергии, в то же время являясь веществом непрочным. От него легко может отщепляться фосфорная кислота, в результате чего происходит циклизация остатка креатина, приводящая к образованию креатинина.

Суммарные запасы АТФ и КрФ часто обозначают термином фосфагены.

Образование креатина происходит в печени с использованием трех аминокислот: глицина, метионина и аргинина. Вот почему в спортивной практике для повышения в мышцах концентрации КрФ используют в качестве пищевых добавок препараты глицина и метионина.

Креатинфосфатный путь ресинтеза АТФ характеризуется следующими величинами принятых количественных критериев:

• максимальная мощность работы составляет 900-1100 кал/ мин-кг, что в три раза выше соответствующего показателя для аэробного ресинтеза. Такая большая величина обусловлена высокой активностью фермента креатинкиназы и, следовательно, очень высокой скоростью креатинфосфатной реакции;

• время развертывания всего 1–2 с, исходных запасов АТФ в мышечных клетках хватает на обеспечение мышечной деятельности как раз в течение времени, и к моменту их исчерпания креатинфосфатный путь образования АТФ уже функционирует со своей максимальной скоростью. Такое малое время развертывания объясняется действием описанных выше механизмов регуляции активности креатинкиназы, позволяющих резко повысить скорость этой реакции;

• время работы с максимальной скоростью до 20 с, что связано с исходными запасами КрФ в мышцах.

Главными преимуществами креатинфосфатного пути образования АТФ являются очень малое время развертывания и высокая мощность, что имеет большое значение для единоборств.

Развитие алактатной выносливости направлено на совершенствование скорости расходования КрФ. Во время выполнения упражнения с максимальным напряжением в организме образуется алактатный кислородный долг. Алактатный кислородный долг – это повышенное потребление кислорода в ближайшее время после выполнения кратковременного упражнения максимальной мощности. Этот избыток кислорода требуется для обеспечения высокой скорости тканевого дыхания сразу же после окончания нагрузки, для создания в мышечных клетках повышенной концентрации АТФ. В этих условиях происходит фосфорилирование креатина с образованием креатинфосфата.

Синтез КрФ в мышечных клетках происходит во время их состояния покоя, т. е. отдыха спортсмена, путем взаимодействия креатина с избытком АТФ: Кр + АТФ ? КрФ + АДФ.

Частично запасы креатинфосфата могут восстанавливаться и при мышечной работе умеренной мощности, при которой АТФ синтезируется за счет тканевого дыхания в таком количестве, которого хватает на обеспечение сократительной функции и на восполнение запасов КрФ. Поэтому во время выполнения физической работы креатинфосфатная реакция может включаться многократно.

Исходя из такой характеристики креатинфосфатного пути ресинтеза АТФ, следует считать, что эта реакция является главным источником энергии для обеспечения кратковременных упражнений максимальной мощности: креатинфосфатная реакция может неоднократно включаться во время выполнения физических нагрузок, что делает возможным быстрое повышение мощности выполняемой работы.

Использование КрФ во время работы приводит к накоплению креатина, обратное превращение которого в креатинфосфат требует определенного количества кислорода. Отсюда следует, что алактатный кислородный долг характеризует вклад креатин-фосфатного пути ресинтеза АТФ в энергообеспечении выполненной физической нагрузки и дает оценку его метаболической емкости.

Таким образом, в организме дзюдоистов необходимо выработать условно-рефлекторный ответ использования КрФ, который включает в себя временные отрезки атаки спортсмена с расходованием КрФ и периодов отдыха с его восстановлением.

В результате систематических тренировок анаэробно-алактатной направленности в мышцах увеличивается концентрация КрФ и повышается активность креатинкиназы, что находит отражение в росте величины максимальной алактатной мощности.

В результате применения четырех разработанных циклов подготовки у дзюдоистов должны повыситься:

• максимальное потребление кислорода;

• специальная резистентность организма, т. е. приспособление к определенному виду нагрузки;

• порог анаэробного обмена;

• емкость буферных систем организма;

• количество креатинфосфата в мышцах;

• экономичность расхода энергии.

Такие изменения должны значительно улучшить специальную работоспособность дзюдоистов, создав задел для реализации скоростно-силового потенциала.

Повышение гормональной регуляции физической работоспособности

Важную роль в развитии физической работоспособности дзюдоистов играет гормональная регуляция функций органов, т. е. деятельность желез внутренней секреции и их гормонов.

В соревновательном периоде происходит дальнейшее совершенствование гормональной регуляции физической работоспособности дзюдоистов, которое осуществлялось в период выполнения нагрузки алактатной направленности. Максимальное воздействие нагрузки на организм спортсменов мобилизует работу желез внутренней секреции, повышая гормональную регуляцию физической работоспособности.

Железы внутренней секреции осуществляют свою регуляторную деятельность совместно с нервной системой и, таким образом, без нервной и эндокринной регуляции нормальное протекание физиологических процессов в организме невозможно. На работу скелетных мышц оказывают влияние гормоны различных желез внутренней секреции, такие как соматотропный, гормон роста, пролактин, липотропный гормон, тиреотропин, андренокорти-котропный, эндорфин, тироксин, паратиреидный, инсулиновый фактор роста, глюкокортикоидные, соматостатин, катехоламины и др.

Изменение внутренней среды организма под действием тренировочных нагрузок, таких как увеличение поступления кислорода или концентрации диоксида углерода, повышение молочной кислоты в мышечной ткани и т. д., приводит к повышению или уменьшению деятельности желез внутренней секреции и, соответственно, концентрации гормонов в крови, что приводит в действие адаптационные, восстановительные или компенсаторные механизмы, влияющие на развитие необходимой работоспособности спортсменов.

Совершенствование гормональной регуляции работоспособности дзюдоистов происходит в результате включения деятельности желез внутренней секреции в зависимости от направленности физической нагрузки, развивающей выносливость или силовые качества спортсменов.

Гипофиз является главной железой внутренней секреции, от деятельности которой зависит работа других желез. Гипофиз тесно связан с нервной системой (гипоталамусом). Через гипоталамус как нервный высший центр регуляции желез внутренней секреции гипофиз регулирует выработку соответствующих гормонов, выделяя либерины в общую кровеносную систему и стимулируя образование этих гормонов.

Основные гормоны гипофиза, влияющие на изменение внутренней среды организма при физической деятельности, поступают в общий кровоток и подносятся к мышцам. К основным гормонам гипофиза относятся:

• соматотропный гормон (СТГ), который увеличивает синтез белков, помогает клеткам усваивать питательные вещества, усиливает распад жиров в жировой ткани и их использование как источника энергии для мышечного сокращения;

• адренокортикотропный гормон (АКТГ) усиливает выделение гормонов коры надпочечников (глюкокортикостероидов), которая необходима для мышечной работы;

• вазопрессин – антидиуритический гормон, способствующий удержанию воды;

• гонадотропные гормоны (ФСГ, ЛГ) стимулируют функции половых желез, анаболические процессы, необходимые для увеличения силовых качеств мышц;

• тиреотропный гормон (Т3, Т4) стимулирует образование тиреоидных гормонов щитовидной железы.

Гормоны надпочечников, которые расположены над почками, представляют собой железы массой около 3–5 г. В них различают корковый слой и внутреннюю часть (мозговое вещество). По сути, это две разные железы, объединенные в одном органе.

Основные гормоны надпочечников, влияющие на изменение внутренней среды организма при физической деятельности:

А. Корковый слой:

• минералокортикоиды (альдостерон, ангининвазопрессин, ренин) регулируют обмен воды и минеральных веществ в организме, увеличивают выделение калия;

• глюкокортикоиды (кортизол, кортикостерон, гидрокортизон) активизируют глюконеогенез, тормозят синтез белков.

Б. Мозговое вещество:

• адреналин повышает возбудимость нервной системы, увеличивает частоту и силу сердечных сокращений, частоту и глубину дыхания, расширяет бронхи и кровеносные сосуды мышц, головного мозга, сердца, увеличивает скорость распада веществ, освобождая энергию для мышечного сокращения, стимулирует распад гликогена в печени и мышцах;

• норадреналин сужает кровеносные сосуды неработающих органов, служит медиатором проведения нервного импульса через синапс, повышает кровяное давление, стимулирует углеводный обмен, обеспечивает распад гликогена до глюкозы.

Гормоны щитовидной и паращитовидной желез. Щитовидная железа – одна из наиболее крупных желез внутренней секреции, ее масса у взрослого человека – от 30 до 60 г. Она расположена около гортани и имеет очень малые размеры – 4–8 мм.

Гормоны щитовидной железы, влияющие на изменение внутренней среды организма при физической деятельности:

• тироксин и трийодтиронин усиливают процессы окисления жиров, углеводов и белков в клетках, ускоряя обмен веществ в организме; повышают возбудимость центральной нервной системы;

• тирокальцитонин регулирует обмен кальция в организме, снижая его содержание в крови и повышая в костной ткани; уменьшает возбудимость центральной нервной системы;

Тиреоидные гормоны (Т3, Т4) повышают поглощение кислорода в митохондриях и эффективность использования натриевокалиевого насоса, увеличивают утилизацию АТФ.

Гормон паращитовидных желез – паратгормон – регулирует обмен кальция и фосфора. Он вызывает выход кальция из костной ткани, уменьшает выделение кальция почками и увеличивает выделение фосфора, повышая содержание кальция в крови, что приводит к возбудимости центральной нервной системы и мышечных клеток.

Гормоны поджелудочной железы, а именно островкового ее аппарата. Островки Лангерганса, расположенные в теле железы, составляют всего 1 % от всех клеток.

Основные гормоны поджелудочной железы, влияющие на изменение внутренней среды организма при физической деятельности:

• инсулин облегчает проникание глюкозы из крови в клетки мышц и жировой ткани, аминокислот – из крови в клетки, способствует синтезу белка и жиров, а также увеличивает запасы глюкозы в печени и мышцах в виде гликогена;

• глюкагон оказывает действие, во многом противоположное инсулину. Он усиливает распад цепочек глюкозы в клетках печени и обеспечивает ее выход в кровь; стимулирует распад жира в жировой ткани, обеспечивая распад и выход в кровь углеводов и жиров, дающих энергию для мышечного сокращения.

Гормоны вилочковой железы, расположенной за грудиной. Масса вилочковой железы взрослого человека достигает 25–30 г. С возрастом железа подвергается регрессу. Внутрисекреторная деятельность вилочковой железы изучена мало. В основном она является органом иммунитета, в котором происходит созревание иммунных клеток, но и оказывает определенное влияние при физических нагрузках.

Гормоны вилочковой железы, влияющие на изменение внутренней среды организма при физической деятельности – тимозин, Тимин, Т-активин – воздействуют на обмен углеводов и кальция, управляют иммунными реакциями при тяжелых и продолжительных нагрузках, участвуют в контроле за нервно-мышечной передачей.

Гормоны половых желез: у мужчин это два яичка, у женщин – два яичника, а также образующиеся в них фолликулы и желтое тело. Половые железы, функционируя как железы внешней секреции, выделяют в кровь половые гормоны.

Половые железы выделяют женские и мужские половые гормоны, но в разных количествах. Женские выделяют больше женских, а мужские – мужских.

Для увеличения силовых способностей ведущее значение имеют гормоны мужских половых желез, которые называются андрогены; гормоны женских половых желез имеют общее название – эстрогены и выполняют специфические функции, связанные с деятельностью женского организма.

Основной гормон мужских половых желез, влияющий на изменение внутренней среды организма при физической деятельности, – тестостерон оказывает стимулирующее действие на синтез белков, способствует высвобождению циркулирующего АМФ, что вызывает биохимический каскад реакций в мышцах, результатом которого является усиление анаболических процессов.

Таким образом, изменения активности желез внутренней секреции во время мышечной деятельности зависят от характера выполняемой работы, ее длительности и интенсивности. В любом случае эти изменения направлены на обеспечение максимальной спортивной работоспособности организма. Даже если организм еще не начал выполнять мышечную работу, но готовится к ее осуществлению (состояние спортсмена перед стартом), в организме наблюдаются изменения в деятельности желез внутренней секреции, характерные для начала работы.