4.1. Физиологические аспекты выносливости гликолитической направленности

Специальная выносливость спортсменов часто рассматривается как его тренированность, т. е. пригодность к выполнению специального круга спортивных заданий. С понятием выносливости тесно связано представление об утомлении и работоспособности. Утомление – это вызванное нагрузкой временное снижение работоспособности, а выносливость – это способность противостоять утомлению. В спортивной борьбе выделяются некоторые факторы, определяющие выносливость спортсмена: функциональные возможности, атлетическая подготовленность, техникотактическое мастерство, рациональная тактика и психологическая подготовленность.

Соревновательная деятельность в дзюдо протекает в режиме экстремальных нагрузок. Применение в поединке техникотактических действий требует от спортсмена максимальных мышечных усилий и умения проявлять их в быстро изменяющейся обстановке. Периоды высокой активности с паузами относительного отдыха составляют около 30 с, максимальный пульс равен 180–230 уд./мин, общий кислородный долг – от 5,0 до 7,9 л. Такой вид деятельности требует мобилизации функциональных возможностей организма и предъявляет высокие требования к работоспособности спортсмена. Таким образом, под специальной выносливостью дзюдоистов подразумевается готовность к демонстрации технико-тактического мастерства на высоком функциональном уровне.

Работа в гликолитической зоне интенсивности проходит на уровне ЧСС от 185 до 200 уд./мин, лактат колеблется от 11 до 20 ммоль/л, а потребление кислорода – 95-100 % МПК, что приводит к напряжению сердечно-сосудистой и дыхательной систем. Обеспечение энергией происходит за счет углеводов (аэробным и анаэробным путем). Работают смешанные и быстрые мышечные волокна, повышается легочная вентиляция и кислородный долг. Это увеличивает энергетическую стоимость работы, приводит к недостаточному обеспечению организма кислородом и заставляет энергетические системы переходить на анаэробные возможности образования АТФ.

Гликолитический путь относится к анаэробным способам образования АТФ. Источником энергии, необходимой для производства АТФ, является мышечный гликоген, концентрация которого в мышцах составляет 0,2–3%. При анаэробном распаде гликогена от его молекулы под воздействием фермента фосфорилазы поочередно отщепляются концевые остатки глюкозы в форме глюкозо-1-фосфата. Далее молекулы глюкозо-1-фосфата через ряд последовательных стадий превращаются в молочную кислоту, которая по своему химическому составу является как бы половинкой молекулы глюкозы. В процессе анаэробного распада гликогена до молочной кислоты, называемого гликолизом, образуются промежуточные продукты, содержащие фосфатную группу с макроэргической связью, которая легко переносится на АДФ с образованием АТФ.

Все ферменты гликолиза находятся в саркоплазме мышечных клеток. Гликолизу также подвергается глюкоза, поступающая из кровяного русла.

Регуляция скорости гликолиза осуществляется путем изменения активности двух ферментов: фосфорилазы и фосфофрукто-киназы. Фосфорилаза катализирует первую реакцию распада гликогена – отщепление от него глюкозо-1-фосфата. Этот фермент активируется адреналином, АМФ и ионами кальция, а ингибируется глюкозо-6-фосфатом и избытком АТФ. Второй регуляторный фермент гликолиза – фосфофруктокиназа – активируется АДФ и особенно АМФ, а тормозится избытком АТФ и лимонной кислотой. Наличие таких регуляторных механизмов приводит к тому, что в покое гликолиз протекает очень медленно, а при интенсивной мышечной работе его скорость резко возрастает и может увеличиваться по сравнению с уровнем покоя почти в 2000 раз, причем повышение скорости гликолиза может наблюдаться уже в предстартовом состоянии за счет выделения адреналина.

Максимальная мощность, образующаяся в результате гликолитического производства АТФ, – 750–850 кал/мин кг, что примерно вдвое выше соответствующего показателя образования энергии при аэробном производстве. Высокое значение максимальной мощности гликолиза объясняется содержанием в мышцах большого запаса гликогена, механизмами активации ферментов, приводящих к значительному росту скорости гликолиза, отсутствием потребности в кислороде.

Гликолитические процессы развертываются в течение 2030 с, время работы с максимальной мощностью – 2–3 мин. Существуют две основные причины такой небольшой величины этого критерия. Во-первых, гликолиз протекает с высокой скоростью, что быстро приводит к уменьшению в мышцах концентрации гликогена и, следовательно, к последующему снижению скорости его распада. Во-вторых, в процессе гликолиза образуется молочная кислота, накопление которой приводит к повышению кислотности внутри мышечных клеток. В условиях повышенной кислотности снижается образовательная активность ферментов, что также ведет к уменьшению скорости производства АТФ.

Гликолитический способ образования АТФ имеет ряд преимуществ перед аэробным путем. Он быстрее выходит на максимальную мощность, имеет более высокую величину максимальной мощности и не требует участия митохондрий и кислорода.

Однако это образование энергии имеет и существенные недостатки – процесс малоэкономичен. Распад до лактата одного остатка глюкозы, отщепленного от гликогена, дает только 3 молекулы АТФ, тогда как при аэробном окислении гликогена до воды и диоксида углерода образуется 39 молекул АТФ в расчете на один остаток глюкозы. Такая неэкономичность в сочетании с большой скоростью быстро приводит к исчерпанию запасов гликогена.

Другой серьезный недостаток гликолитического пути ресинтеза АТФ – образование и накопление лактата, являющегося конечным продуктом этого процесса. Повышение концентрации лактата в мышечных волокнах вызывает сдвиг рН в кислую сторону, при этом происходят конформационные изменения мышечных белков, приводящие к снижению их функциональной активности. Таким образом, накопление молочной кислоты в мышечных клетках существенно нарушает их нормальное функционирование и ведет к развитию утомления.

При снижении интенсивности физической работы, а также в промежутках отдыха во время тренировки образованный лактат может частично выходить из мышечных клеток в лимфу или кровь, что делает возможным повторное включение гликолиза.

После интенсивных непродолжительных нагрузок концентрация молочной кислоты в крови резко повышается и может достигать 18–20 ммоль/л, а у спортсменов высокой квалификации еще больших значений.

В результате систематических тренировок с использованием гликолитических нагрузок в мышечных клетках повышается концентрация гликогена и увеличивается активность ферментов гликолиза. У высокотренированных спортсменов наблюдается развитие резистентности тканей и крови к снижению рН, и поэтому они сравнительно легко переносят сдвиг водородного показателя крови до 7,0 и ниже.

В работе принимают участие быстрые гликолитические мышечные волокна, которые в ходе тренировки повышают порог анаэробного обмена, увеличивают легочную вентиляцию и образование кислородного долга.

В результате тренировочной и соревновательной деятельности дзюдоистов в организме происходят большие физиологические и биохимические сдвиги, которые подчиняются биологическим законам. Знание этих законов позволяет целенаправленно управлять подготовкой дзюдоистов и не допускать адаптационных срывов.

Физиология соревновательной деятельности в дзюдо

При построении специально-подготовительного мезоцикла тренировки необходимо проанализировать физиологические процессы, происходящие в организме дзюдоистов во время соревнований. Борьба дзюдо характеризуется нестандартными ациклическими движениями переменной интенсивности, связанными с использованием больших мышечных усилий при активном противодействии противнику. В ходе тренировочных занятий и соревновательных схваток происходят изменения в различных системах организма борцов.

Соревновательная нагрузка дзюдоиста складывается из пятиминутных схваток. Таких поединков может быть семь, и отдых между ними должен быть не менее пяти минут. При борьбе возникает очень большой расход энергии: за 1 мин он достигает в среднем 10–12 ккал и более.

Частота дыхания во время борьбы достигает 40–50 раз в 1 мин. При этом ритм дыхания непостоянен: в моменты статических напряжений оно реже, а после схваток чаще. Хорошо тренированные борцы могут регулировать дыхание. Общий запрос кислорода у борцов составляет около 16–37 л, потребление кислорода -1,8–2 л/мин. После схватки наблюдается кислородный долг, равный 25–43 % кислородного запроса. При борьбе возникает ряд положений тела, уменьшающих вентиляционные возможности легких, что ограничивает потребление кислорода.

У борцов, наряду с развитием анаэробных возможностей, большое значение имеет и повышение максимального потребления кислорода. Так, у квалифицированных спортсменов оно достигает 4,1–4,6 л/мин или 57 мл/кг/мин.

Кислородная потребность при борьбе может быть различной. Ее величина зависит от интенсивности работы. В связи с наличием статических напряжений во время схватки образуется кислородный долг, который может составить значительные величины.

В состоянии покоя частота сердцебиения у борцов равна в среднем 60–65 уд./мин. После схваток, в зависимости от их длительности и интенсивности, ЧСС оказывается увеличенной до 170–200 уд./мин, а систолическое артериальное давление – до 160–180 мм рт. ст. Это повышает требования к работе сердца и ведет к гипертрофии миокарда.

После тренировочных и соревновательных схваток отмечается увеличение в крови эритроцитов и гемоглобина. Количество лейкоцитов также увеличено. В связи с большим эмоциональным возбуждением борьба сопровождается значительным повышением уровня катехоламинов и глюкозы в крови (до 150–180 мг %). Увеличено и содержание молочной кислоты (до 130 мг % и больше).

Мощность работы во время соревновательной схватки может быть оценена как субмаксимальная, проходящая в гликолитическом режиме энерготрат. Для улучшения гликолитического компонента выносливости необходимо развить буферную систему крови, аэробные и смешанные возможности энергетического обеспечения, чтобы в период восстановления спортсмен мог быстро восстановить кислородный долг и как можно дольше использовать более эффективный аэробный режим образования АТФ.

В организме человека всегда имеются условия для сдвига активной реакции крови в сторону закисления или защелачивания, которые могут привести к изменению рН крови. В результате выполнения гликолитической нагрузки в клетках тканей образуются кислые продукты. Поддержание постоянства рН крови является важной физиологической задачей и обеспечивается буферными системами крови. К последним относятся гемоглобиновая, карбонатная, фосфатная и белковая.

Так как соревновательная борьба в основном проходит в условиях гликолитической нагрузки, тренировки должны быть направлены на совершенствование буферных систем крови.

Буферные системы нейтрализуют значительную часть поступающих в кровь кислот и щелочей, тем самым препятствуя сдвигу активной реакции крови. В организме в процессе обмена веществ в большей степени образуются кислые продукты. Поэтому запасы щелочных веществ в крови во много раз превышают запасы кислых. Они составляют щелочной резерв крови.

Гемоглобиновая буферная система на 75 % обеспечивает буферную емкость крови. Оксигемоглобин является более сильной кислотой, чем восстановленный гемоглобин. Оксигемоглобин обычно бывает в виде калиевой соли. В капиллярах тканей в кровь поступает большое количество кислых продуктов распада. Одновременно в тканевых капиллярах при диссоциации оксигемоглобина происходит отдача кислорода и появление большого количества щелочных солей гемоглобина. Последние взаимодействуют с кислыми продуктами распада, например угольной кислотой. В результате образуются бикарбонаты и восстановленный гемоглобин. В легочных капиллярах гемоглобин, отдавая ионы водорода, присоединяет кислород и становится сильной кислотой, которая связывает ионы калия. Ионы водорода используются для образования угольной кислоты, в дальнейшем выделяющейся из легких в виде воды и диоксида углерода.

Карбонатная буферная система по своей мощности занимает второе место. Она представлена угольной кислотой (Н₂СО₃) и бикарбонатом натрия или калия (NаНСО₃, КНСО₃) в пропорции 1/20. Если в кровь поступает кислота более сильная, чем угольная, то в реакцию вступает бикарбонат натрия. Образуются нейтральная соль и слабодиссоциированная угольная кислота. Последняя под действием карбоангидразы эритроцитов распадается на воду и диоксид углерода, который выделяется легкими в окружающую среду. Если в кровь поступает основание, то в реакцию вступает угольная кислота, образуя гидрокарбонат натрия и воду. Избыток бикарбоната натрия удаляется через почки. Бикарбонатный буфер широко используется для коррекции нарушений кислотно-основного состояния организма.

Фосфатная буферная система состоит из натрия дигидрофосфата (NаН₂РО₄) и натрия гидрофосфата (№₂НРО₄). Первое соединение обладает свойствами слабой кислоты и взаимодействует с поступившими в кровь щелочными продуктами. Второе имеет свойства слабой щелочи и вступает в реакцию с более сильными кислотами.

Белковая буферная система осуществляет роль нейтрализации кислот и щелочей благодаря амфотерным свойствам: в кислой среде белки плазмы ведут себя как основания, в основной – как кислоты.

Буферные системы имеются и в тканях, что способствует поддержанию рН тканей на относительно постоянном уровне. Главными буферами тканей являются белки и фосфаты.

Поддержание рН осуществляется также с помощью легких и почек. Через легкие удаляется избыток углекислоты. Почки при ацидозе выделяют больше кислого одноосновного фосфата натрия, а при алкалозе – больше щелочных солей: двухосновного фосфата натрия и бикарбоната натрия.

Учитывая вышесказанное, можно понять необходимость улучшения аэробного и гликолитического компонентов выносливости, которые связывает более эффективный аэробный механизм с менее продуктивным анаэробным процессом.

Наиболее обобщенным показателем развития аэробных и гликолитических возможностей спортсмена служит величина порога анаэробного обмена, достигаемого в процессе выполнения работы. Будучи зависимым от целого ряда факторов функциональной дееспособности, сердечно-сосудистой и дыхательной систем, от объема и состава крови и особенностей утилизации кислорода в тканях, а также буферных систем крови, этот показатель отражает состояние работоспособности организма на системном уровне. Данный показатель улучшается путем направленной физической подготовки, которая ведет к существенной перестройке в деятельности ведущих функциональных систем организма, выражающейся в повышении производительности сердечно-сосудистой системы, расширении капиллярной сети работающих мышц, повышении производительности системы дыхания, улучшении буферных систем крови и ферментативной деятельности гликолиза.

Чем выше порог анаэробного обмена, тем большую мощность работы может выполнять спортсмен в анаэробных условиях. Таким образом, основная задача гликолитического этапа тренировки заключается в том, чтобы, используя высокий порог анаэробного обмена, улучшить буферные системы крови. Этого можно достичь путем согласованных действий механизмов, обеспечивающих работу в гликолитическом режиме энергообеспечения.

Используя хорошую базу подготовки в аэробном режиме энерготрат, необходимо увеличивать интенсивность тренировки, подключая к выполнению упражнений быстрые мышечные волокна и повышая интенсивность выполнения заданий. Для успешного развития гликолитического энергообеспечения необходимо выполнять упражнения за уровнем порога анаэробного обмена.

Современные представления о биоэнергетике мышечной деятельности свидетельствуют о том, что основным механизмом закисления мышечных волокон является недовосстановление запасов молекул АТФ в них. В окислительных мышечных волокнах избыток ионов водорода поглощается митохондриями. В гликолитических мышечных волокнах митохондрий мало, поэтому происходит накопление ионов водорода и лактата, а работоспособность падает по мере закисления. Для роста локальной мышечной выносливости следует увеличить массу гликолитических мышечных волокон митохондрий и повысить эффективность буферных систем крови.

Мощность и продолжительность физического упражнения вызывают срочные адаптационные процессы в организме спортсменов. Анализ упражнений различной метаболической мощности показал, что наиболее эффективными для роста массы гликолитических волокон являются упражнения анаэробной мощности. Эффект влияния этих упражнений вызывает сильное закисление мышечных волокон, что ведет к тренировке буферных систем.

Наиболее эффективными для физической подготовки борцов являются физические упражнения анаэробной мощности, которые выполняются до локального утомления и повторяются через интервал отдыха, недостаточный для полного устранения ионов водорода и лактата из гликолитических мышечных волокон. В этом случае долговременный адаптационный процесс будет связан с ростом силы и гликолитических мышечных волокон.

Подводя итоги, можно сказать, что анаэробно-гликолитические тренировки должны быть направлены на увеличение способности дзюдоиста переносить кислородный долг, который возникает из-за увеличения нагрузки и перехода организма на анаэробное энергообеспечение, что совершенствует гемоглобиновую буферную систему.

Различают две фазы кислородного долга: быструю и медленную. Быстрая фаза отражает процесс окислительного ресинтеза фосфорсодержащих соединений (АТФ и КрФ), распадающихся при работе. Эта фаза носит название алактатной и составляет до 25 % от общей величины кислородного долга. Медленная фаза связана с окислительным устранением молочной кислоты, образовавшейся в ходе выполнения упражнения, и она обозначается как лактатный кислородный долг. Скорость лактатной фракции кислородного долга примерно в 30 раз медленнее скорости ликвидации его алактатной части.

Кислородный долг при работе анаэробно-гликолитической направленности может вызываться двумя факторами. При кратковременной интенсивной работе в образовании кислородного долга решающую роль играет расходование запасов КрФ и АТФ, а при продолжительной работе – расходование гликогена и смещение кислотно-основного равновесия. После работы, выполненной в устойчивом состоянии, кислородный долг наполовину восполняется уже за 30 с, а полностью – за 3–5 мин. После интенсивной работы восстановление кислородного долга происходит в две фазы: сначала быстрое, а затем – медленное затяжное возвращение к дорабочему уровню потребления кислорода.

Быстрый компонент кислородного долга (алактатный) включает то количество кислорода, которое необходимо для ресинтеза АТФ и КрФ. Он характеризует вклад креатинфосфатного механизма в энергетическое обеспечение работы. Медленный компонент кислородного долга (лактатный) включает то количество кислорода, которое необходимо для окисления образовавшейся молочной кислоты при выполнении работы. Его величина может характеризовать участие гликолитического механизма в энергетическом обеспечении мышечной работы. Медленный компонент кислородного долга восполняется наполовину за 15–25 мин, а полностью устраняется за 1,5–2 ч.

Потребление кислорода во время работы влияет на кислородный запрос и долг, что отражается на мощности выполняемого упражнения. Увеличение поступления кислорода в клетки работающих мышц и отвечает за увеличение тканевого дыхания организма спортсменов.

Таким образом, следующей задачей гликолитической тренировки является увеличение тканевого дыхания организма спортсменов. Тканевым дыханием называют обмен дыхательных газов, происходящий в массе клеток при биологическом окислении питательных веществ. В ходе окислительных процессов клетки поглощают из капилляров кислород и одновременно выделяют конечный продукт метаболизма – диоксид углерода. Недостаток кислорода лимитирует окислительные реакции значительно сильнее, чем их ограничивает неадекватное удаление диоксида углерода.

В анаэробных условиях необходимая клетке энергия может быть получена только в процессе гликолиза. Конечный продукт гликолиза – лактат – заключает в себе еще много энергии, поэтому данный путь метаболизма менее экономичен, чем аэробное разложение глюкозы. Для получения одного и того же количества энергии в анаэробных условиях в клетке должно расщепляться примерно в 15 раз больше глюкозы, чем в аэробных.

Количество кислорода, которое клетки могут использовать для окислительных процессов, зависит от величины конвекционного переноса кислорода кровью и уровня диффузии кислорода из капилляров в ткани. Поскольку единственным запасом кислорода в большинстве тканей служит его физически растворенная фракция, снижение поступления кислорода с кровью приводит к тому, что потребности тканей в кислороде перестают удовлетворяться, развивается кислородное голодание и замедляются обменные процессы.

В начальном периоде интенсивной мышечной нагрузки возросшая потребность скелетных мышц в кислороде частично удовлетворяется за счет кислорода, высвобождаемого миоглобином. В дальнейшем возрастает мышечный кровоток, и поступление кислорода к мышцам вновь становится адекватным. Количество кислорода, освобожденного оксимиоглобином, составляет часть кислородного долга, который должен быть восполнен в каждом мышечном волокне.

Обмен дыхательных газов между капиллярной кровью и тканями происходит, как и в легких, путем диффузии. Молекулы кислорода движутся по градиенту напряжения (парциального давления) этого газа из эритроцитов и плазмы в окружающие ткани. Одновременно происходит диффузия диоксида углерода, образующегося в окислительных процессах, из тканей в кровь. Энергией, обеспечивающей диффузию дыхательных газов, служит кинетическая энергия отдельных молекул этих газов. Таким образом, напряжение кислорода и диоксида углерода в крови играет большую роль в тканевом газообмене.

На обмен дыхательных газов в мышечных клетках влияет не только градиент напряжения этих газов между капиллярной кровью и клетками, но также количество капилляров и распределение кровотока в микроциркуляторном русле. От числа перффузируемых капилляров, их длины и расстояния между ними непосредственно зависят как площадь диффузионной поверхности, на которой происходит газообмен между кровью и тканью, так и диффузионное расстояние внутри ткани. Предыдущая работа в аэробной и аэробно-анаэробной направленности создает множественную капиллярную сеть, что в анаэробно-гликолитическом режиме способствует газообмену.

Напряжение кислорода в клетках в норме имеет промежуточное значение между напряжением кислорода в артериальной крови и минимальным значением, которое в органах с высокими потребностями в кислороде составляет около 1 мм рт. ст. Для нормального протекания окислительных процессов необходимо, чтобы напряжение кислорода в области митохондрий превосходило 0,1–1 мм рт. ст. Эта величина называется критическим напряжением кислорода в митохондриях. Если напряжение кислорода в участках цитоплазмы, непосредственно граничащих с митохондриями, падает ниже критического, то полное окисление становится невозможным, перенос водорода и электронов в дыхательной цепи подавляется, и в результате не может поддерживаться нормальная скорость энергетического обмена. Таким образом, важнейшим показателем, характеризующим снабжение тканей кислородом, служит напряжение кислорода в клетках, которое создается при работе анаэробно-гликолитической направленности.

Распределение парциального давления кислорода в работающих мышцах в наибольшей степени зависит от функционирования миоглобина в качестве буфера и транспортировщика кислорода. Диффузия кислорода в мышечной ткани при нагрузке создает очень большие градиенты парциального давления кислорода между кровью капилляров и снабжаемыми этими капиллярами мышечными клетками. Когда парциальное давление кислорода в мышечном волокне мало, столь же невелики и градиенты парциального давления кислорода в этом волокне. Следовательно, главным механизмом переноса кислорода в мышечных клетках должна быть облегченная диффузия.

При анаэробно-гликолитической работе повышенная потребность в кислороде может удовлетворяться как за счет увеличения снабжения кислородом, так и за счет более полной его утилизации. Поступление кислорода к тканям может увеличиваться за счет усиления кровотока, либо повышения содержания кислорода в артериальной крови, или в результате обоих этих эффектов. Однако повышение содержания кислорода в артериальной крови путем кратковременной гипервентиляции практически невозможно, поскольку в физиологических условиях насыщение гемоглобина кислородом уже составляет около 98 %. В связи с этим при увеличении потребности мышц в кислороде доставка последнего возрастает главным образом за счет повышения его утилизации.

При работе анаэробно-гликолитической направленности создается артериальная гипоксия, при которой снабжение мышечных клеток кислородом ограничено, и в результате организм спортсменов вынужден работать при уровне усвоения кислорода на 76–80 %. В этих условиях напряжение кислорода в капиллярной крови резко уменьшается, его падение приводит к венозной гипоксии. Благодаря этому ухудшение снабжения тканей кислородом частично компенсируется. Когда градиент напряжения кислорода между кровью и тканями становится слишком мал для того, чтобы кислород высвобождался в достаточном количестве, внутриклеточное напряжение кислорода в области венозного конца капилляра падает ниже критического уровня парциального давления кислорода в митохондриях. Это приводит к угнетению энергетического обмена, что наиболее эффективно укрепляет гемоглобиновую буферную систему, которая обеспечивает буферную емкость крови.

Следующая задача гликолитической тренировки направлена на совершенствование способности поддержания кислотнощелочного равновесия, которое обеспечивает осуществление физиологических процессов, протекающих в моторных единицах мышц.

В жидких средах организма находится определенная концентрация протонов водорода (Н⁺) и гидроксильных ионов (ОН^-).

Протоны водорода (Н⁺) образуются в основном при диссоциации (распаде на ионы) кислот. Сильные кислоты диссоциируют на ионы почти полностью, слабые – только частично.

Гидроксилы (ОН^-) образуются при диссоциации оснований или сложных органических соединений, имеющих ОН-группы: NaOH – Na⁺+OH^-.

Молекулы воды также увеличивают концентрацию Н⁺ и ОН^- в среде. Вода является слабым электролитом и частично диссоциирует на ионы: Н₂О = Н⁺ + ОН^-.

Протоны водорода легко гидратируются молекулами воды с образованием гидроксония Н₃О⁺, однако для простоты изложения его обозначают как протон Н⁺.

Концентрация свободных протонов водорода в водной среде определяет ее кислотность, а концентрация гидроксилов – щелочность среды. Соотношение концентрации свободных протонов водорода и концентрации гидроксилов Н⁺/ОН^- определяет активную реакцию среды, т. е. ее кислотно-щелочное состояние. Постоянство активной реакции внутренней среды организма называется кислотно-щелочным равновесием. Если концентрация Н⁺ больше, чем ОН^-, то водная среда кислая. Если гидроксилов больше, чем протонов водорода, – среда щелочная. При одинаковой их концентрации среда нейтральная. Для более точной характеристики активной реакции среды используют водородный показатель (рН). рН – это водородный показатель кислотнощелочного состояния водной среды организма.

Определение рН крови и мочи спортсмена является важным диагностическим показателем в практике спорта, так как при физических нагрузках наблюдаются значительные изменения рН внутренней среды организма, что влияет на многие физиологические процессы:

• состояние белков, особенно ферментов, и их биологическую активность: каждый фермент имеет свое значение рН, при котором он наиболее активен; обычно высокая метаболическая активность отмечается в пределах величин рН биологической среды; изменение рН существенно снижает активность ферментов и скорость регулируемых ими процессов;

• сократительную активность белков актина и миозина: понижение рН в скелетных мышцах уменьшает образование актомиозиновых мостиков в миофибриллах и снижает силу мышечного сокращения;

• транспорт ионов и возбудимость плазматических мембран: при закислении среды нервных и мышечных клеток снижается проводимость Ка⁺-К⁺ – насосов для ионов, что влияет на возбудимость этих тканей;

• освобождение Са²+ из саркоплазматического ретикулума и скорость сокращения скелетной мышцы: при активации процесса сокращения мышц отмечается повышение внутриклеточного рН, что способствует выходу Са²+ из мембран саркоплазматического ретикулума, где он депонируется; при продолжительной стимуляции мышц в клетках среда закисляется в результате образования молочной кислоты и подавляет силу сокращения мышц;

• при повышении рН скорость распада АТФ повышается, при этом увеличивается количество свободной энергии, которая может использоваться для осуществления полезной работы в клетках;

• возбудимость болевых рецепторов.

Кислотно-основное равновесие – необходимое условие для нормальной жизнедеятельности всех клеток организма. Изменение рН крови от 7,36 до 6,80 в нетренированном организме может привести к его гибели.

При физических нагрузках анаэробно-гликолитической направленности усиливается метаболизм, в том числе тех процессов, которые приводят к накоплению кислых продуктов. В скелетных мышцах в процессе гликолиза (анаэробного окисления глюкозы) накапливается молочная кислота. Она поступает в кровь и изменяет кислотно-щелочное равновесие организма. Интенсивные физические нагрузки анаэробной направленности приводят к значительному накоплению молочной кислоты в скелетных мышцах и выходу ее в кровь. При этом в скелетных мышцах и крови рН снижается до 7,0 или даже до 6,5. Закисление внутренней среды организма при физических нагрузках называется метаболическим ацидозом.

Метаболический ацидоз под воздействием физических нагрузок адаптируется к новым условиям. У высокотренированных спортсменов при развитии метаболического ацидоза обычно сохраняется высокая работоспособность за счет адаптации физиологических процессов организма к изменениям внутренней среды, а также за счет большой эффективности работы химических буферных систем, которые препятствуют изменению рН среды.

Некоторыми авторами получены данные о снижении pН крови у высококвалифицированных спортсменов до 6,9 и даже ниже. Одной из важных причин, позволяющих спортсменам выдерживать чрезвычайно высокую степень закисления крови, является появление у них видоизмененных белков, имеющих несколько иные физико-химические свойства. Эти белки не разрушаются в условиях снижения pH. Ацидоз является фактором, вызывающим утомление организма. После прекращения физической нагрузки рН мышц и крови быстро нормализуется (в пределах 30 мин). Болевые ощущения, связанные с изменением рН внутренней среды организма при физических нагрузках, также исчезают в этот период времени. Кислотно-щелочное изменение крови приводит к повышению артериально-венозной разницы по кислороду в организме дзюдоистов.

Следующая задача гликолитической тренировки направлена на повышение артериально-венозной разницы по кислороду. В состоянии покоя содержание кислорода в артериальной крови составляет 18–20 объемных %. Этот показатель снижается до 15–16 об. % в венозной крови. Различие в содержании кислорода в артериальной и венозной крови называют артериовенозной разницей по кислороду (АВР-О₂). Она отражает потребление тканями 4–5 мл О₂/100 мл крови. Количество потребляемого кислорода прямо пропорционально количеству, используемому для образования энергии путем окисления. Следовательно, с увеличением использования кислорода артериовенозная разница по кислороду также возрастает. Например, при интенсивной физической нагрузке анаэробно-гликолитической направленности АВР-О₂ в сокращающихся мышцах может возрастать до 15–16 об. %. При таком усилии кровь отдает больше кислорода активным мышцам, поскольку парциальное давление кислорода в них намного ниже, чем в артериальной крови. АВР-О₂ увеличивается также за счет активации диссоциации кислорода с гемоглобином под действием метаболита эритроцитов – 2,3-дифосфоглицерата. Увеличенная артерио-венозная разница по кислороду, обусловленная тренировкой, особенно проявляющаяся при анаэробно-гликолитических нагрузках, отражает повышенное извлечение кислорода тканями, а также более эффективное распределение крови. Возрастание потребления кислорода тканями создает благоприятные условия для совершенствования буферных систем организма спортсменов.

Таким образом, работа гликолитической направленности способствует повышению сократимости моторных двигательных единиц мышц в условиях внутримышечного закисления и острой нехватки кислорода, а также приводит к увеличению мощности буферных систем крови.