Биохимические изменения в организме, происходящие при выполнении упражнений различной мощности и продолжительности в разных видах спорта

Степень биохимических изменений определяется мощностью и продолжительностью физической нагрузки и зависит от используемого механизма ресинтеза АТФ. Именно уровень физической нагрузки запускает как анаэробный механизм ресинтеза АТФ, так и аэробный.

Нагляднее всего взаимосвязь двух механизмов энергообеспечения можно рассмотреть, анализируя затраты энергии при беге на различные дистанции.

Абсолютно анаэробной дистанцией является бег на 100 м. В этом случае ресинтез АТФ идет за счет кретинфосфата и анаэробного гликолиза. Время, за которое спортсмены проходят дистанцию, не позволяет использовать аэробные источники энергии.(Табл 1)

Однако, даже на 200 метровой дистанции энергетический вклад аэробного механизма составляет всего несколько процентов.

Таблиця 1

Изменение концентрации основных субстратов и метаболитов анаэробного механизма ресинтеза АТФ

Основные субстраты и метаболиты анаэробного ресинтеза АТФ
Показатели в мышце	В состоянии покоя	После 6-10 с физической работы	После 30 с физической работы	В состоянии изнеможения
АТФ	5	5	3	3
КрФ	17	12	5	1
Гликоген	85	74	68	50
Лактат	2	7	22	32
рН	7,0	6,9	6,7	6,3

На дистанции в 400 м энергозатраты на 75% обеспечиваются за счет анаэробного механизма. Из них на долю креатинфосфатного ресинтеза АТФ приходится около 10% на старте и финише. Лимитирующим фактором на этой дистанции являются ограниченные возможности креатин-фосфокиназного механизма и накопление молочной кислоты.

Перспективным направлением в тренировке является увеличение доли аэробного ресинтеза АТФ

На дистанции 800 м соотношение энергетического вклада анаэробного и аэробного механизмов в ресинтез АТФ примерно равны. Накопление же молочной кислоты, будет ограничивать возможности организма спортсмена также, как и на дистанции 400 метров. Следовательно, более ранний переход на аэробный обмен имеет большое значение на этих дистанциях.

На 10 км дистанции основную нагрузку по энергообеспечению организма несет аэробный механизм ресинтеза АТФ. Поэтому возможности спортсмена определяют сердечно-сосудистая и дыхательная системы, обеспечивающие доставку кислорода для поддержки скорости окислительного фосфорилирования.

На марафонской дистанции затраты энергии восполняются исключительно за счет аэробного механизма. Но, в отличие от более коротких дистанций, при марафонском беге углеводного запаса недостаточно. Организм начинает использовать липиды. У спортсмена липиды обеспечивают до 50%, а у лиц, не занимающихся спортом — до 80% необходимой энергии. Для окисления липидов необходимо значительно больше кислорода, чем при использовании углеводных субстратов. Это увеличивает нагрузку на сердечно-сосудистую и дыхательную системы. Продолжительность нагрузки приводит к истощению резервов эндокринной системы и утомлению нервной системы. Утомление при длительных нагрузках большой мошности носит комплексный характер и включает в себя изменения на клеточном, органном и системном уровнях.

Процессы энергообмена в органах зависят от доступности субстратов. Так в миокарде при любых условиях основным энергетическим обменом является аэробный. В состоянии покоя основными субстратами являются глюкоза, кетоновые тела и жирные кислоты. При интенсивной физической работе в крови возрастает концентрация молочной кислоты. Именно она становится главным энергетическим субстратом миокарда. Фермент лактатдегидрогеназа (ЛДГ) переводит молочную кислоту в пировиноградную, которая включается в цикл трикарбоновых кислот в виде Ацетил-КоА. Таким образом, при любой интенсивности работы сердечная мышца не испытывает дефицита в энергетических субстратах.

При увеличении физической нагрузки мышц в головном мозге увеличивается потребление глюкозы и кислорода, повышается потребление фосфолипидов и аминокислот. Однако, их дезаминирование приводит к росту концентрации аммиака. Накопление аммиака. в свою очередь, является одним из факторов утомления.

В печени с началом физической работы усиливается распад гликогена, а при продолжительной работе активизируется распад высших жирных кислот до кетоновые тела.

По объёму задействованных мышц и видам выполняемой работы физические упражнения классифицируются на:

• локальную работу, при которой задействовано 25% мышечной массы тела (стрельба из пистолета или винтовки, шахматы, шашки) - биохимические сдвиги незначительны;

• региональную работу — задействовано 50% мышц (теннис; игровые виды спорта, велосипед; гребля каноэ и байдарка) – происходят большие биохимические сдвиги, особенно в показателях субстратов и метаболитов энергетического обмена;

• глобальную работу — участвуют более 75% мышечной массы тела (ходьба, бег, плавание, лыжи, коньки, различные виды единоборств) — очень большие биохимические сдвиги по многим показателям.

На метаболические изменения влияет режим мышечной деятельности. Он может быть статическим и динамическим. Эти два вида мышечного напряжения оказывают разное влияние на кровоток. Мышечное напряжение усиливает или замедляет кровоток в венах, что приводит к ухудшению транспорта к работающим мышцам кислорода и удалению метаболитов.

С увеличением мощности работы растет потребление О₂ и наступает момент, когда аэробный механизм не обеспечивает энергетический запрос. Этот момент называется порогом анаэробного обмена (ПАНО). Показателем превышения анаэробного порога является концентрация в крови лактата. Уровнем ПАНО принято считать концентрацию лактата в крови в 4 ммоль/литр.

Режим бега со скоростью ниже анаэробного порога получил название аэробного. Это основной режим для занятий оздоровительным бегом. Он способствует созданию необходимой функциональной базы подготовленности. Нижней границей этого режима выбран уровень концентрации лактата в крови равный 2 ммоль/литр. Он получил название аэробного порога.

Режимы бега со скоростью ниже аэробного порога получили название восстановительных, или компенсаторных. Они очень важны для оздоровительного бега (рис. 21).

Критерии анаэробного порога более информативны, чем МПК, ибо он значительно выше коррелирует с физической работоспособностью бегуна.

 

Рис. 21. Режимы бега в зависимости от концентрации молочной кислоты

Как же определить эффективные режимы бега? Опыт подготовки бегунов в спорте показывает, что наиболее подходящим критерием является частота сердечных сокращений (ЧСС).

Исследования, проведенные в ряде зарубежных лабораторий, показали, что можно обойтись и более простыми критериями. Уровню аэробного порога (2 ммоль) соответствует скорость бега, при которой бегуны могут спокойно разговаривать, не чувствуя значительных затруднений в дыхании. Если бегуну при движении ритм дыхания достаточен, то есть при беге на 4 шага он делается вдох и на 4 шага выдох (при условии дыхания носом и ртом одновременно), то концентрация лактата в крови не превышает 3 ммоль. Если бегун перешел на ритм дыхания - 3 шага вдох - 3 шага выдох, то он достиг порога анаэробного обмена (4 ммоль) или уже перешел его.

Таблица 3

Энергозатраты в различных видах спорта

Бег легкоатлетический
метры	100	200	400	800	1500	3000			5000	10000	42195
Ккал	18	25	40	60	100	210			310	590	2300
Бег на коньках
метры	500		1500				5000			10000
Ккал	35		65				200			410
Плавание
метры	100			200				400
Ккал	50			80				150
Лыжные гонки
км	10			30				50
Ккал	550			1800				3600
Велогонки
км	1		10	20				50		100
Ккал	55		300	500				1100		2300