1.3. Биохимические особенности и адаптационные возможности организма при занятиях силовыми видами спорта

1.3.1. Особенности биохимических изменений в процессе занятий силовыми видами спорта

Организм человека – это единая система с характерными для нее уровнями организации: системным, органным, тканевым, клеточным и молекулярным. Каждый уровень представляет определенные биологические особенности, которые изучаются разными специалистами и дисциплинами (например, молекулярная биология, цитология, гистология и т.д.).

Для всех живых организмов характерны общие закономерности химического состава, строения и т.д. В то же время наблюдаются и различия у растений, животных и человека. Энергетическое пополнение потенциала развития организма достигается по-разному, так растения используют синтез органических веществ из неорганических, а животные и человек используют для построения и энергообеспечения организма поступление сложных органических соединений (белков, углеводов и жиров).

Молекулы органических веществ подвергаются в организме человека постоянным изменениям, которые регулируются биологическими катализаторами (ферментами), гормональной и нервной системами (рис. 22).

Рис. 22. Время протекания типичных реакций в организме

В процессе метаболизма происходят изменения, связанные с анаболизмом (ассимиляция2) и катаболизмом (диссимиляция3) и т.д., проявление которых свидетельствуют о наличии физиологических функций организма. Так, например, конформационные (позиционные)

2 совокупность процессов синтеза в живом организме 3разрушение органических соединений с превращением белков, нуклеиновых кислот, жиров, углеводов (в том числе введённых в организм с пищей) в простые вещества

19

изменения белков мышц – актина и миозина, а также химическая энергия АТФ (аденозинтрифосфорная кислота) приводят к сократительной способности мышц. Все процессы биохимического спектра в организме человека влияют и на физическую работоспособность, и на состояние здоровья.

Анаболизм – это синтез сложных химических молекул из простых. В процессе анаболизма образуются нуклеиновые кислоты, белки и другие макромолекулы. Катаболизм – это процесс распада сложных веществ до простых или до низкомолекулярных конечных продуктов распада (СО2, Н2О и др.) Анаболизм и катаболизм – разнонаправленные процессы, второй поставляет метаболиты и энергию для анаболизма, а он в свою очередь создает возможность процессов катаболизма. Скорость и баланс указанных процессов зависят и от возраста человека и его двигательной активности. В целом у взрослого человека эти два процесса сбалансированы и обладают динамическим равновесием. Нарушение этого процесса наблюдается при заболевании человека, нарушении питания, при чрезмерных физических нагрузках или нерациональной организации тренировочного процесса.

В период, когда спортсмен тренируется, повышается интенсивность процесса катаболизма, для того чтобы обеспечить энергией работающие мышцы. Это некоторым образом снижает скорость анаболического процесса, происходящего из-за дефицита энергии. После выполнения напряженной работы, спортсмен отдыхает, оба процесса начинают интенсивно функционировать для достижения динамического равновесия. Достигается это путем биосинтеза белка, процесс образования которого может длиться до 24 ч. Избыточное накопление отдельных энергетических субстратов и белковых соединений называется процессом сверхвосстановления, который впоследствии и приводит к приспособляемости организма к физическим нагрузкам и возможности повышения функционального состояния организма в тренировочном процессе.

При мышечной деятельности происходят адаптационные изменения, способствующие сохранению относительных границ химического гомеостаза. Например, механизмы переключения использования одних энергетических субстратов и для восстановления других. Эти процессы могут иметь следующий вид:

•взаимопревращение белков, жиров и углеводов;

•интеграция отдельных звеньев обмена веществ;

•наличие нескольких систем регуляции обмена веществ и т.д.

20

Регуляция механизмов адаптации обмена веществ организма человека связана с тремя системами: внутриклеточной, гормональной и нервной. Эти системы в свою очередь управляются более глобальными механизмами общей адаптации организма к физическим нагрузкам и другим воздействиям. Скорость метаболизма зависит от ряда факторов, ведущим из которых является генетический.

Биохимические факторы утомления

Утомление с точки зрения биохимических изменений в организме – это временное снижение работоспособности, свидетельствующее о возникновении неблагоприятных сдвигов в организме, ведущее к снижению работоспособности или отказу от работы.

В зависимости от того, каким видом деятельности занимался человек, причиной возникновения утомления могут быть:

•снижение энергетических ресурсов мышц;

•снижение активности ферментов;

•накопление продуктов метаболизма;

•нарушение гомеостаза;

•недостаточность функциональных структур, вызванных нарушениями пластического обеспечения;

•изменение в системах, отвечающих за регуляцию обмена веществ и т.д.

Интенсивность деятельности также имеет большое значение, так от того с какой интенсивностью занимается спортсмен, изменяется внутренняя структура биохимических процессов. Она же зависит от степени вовлечения мышечных групп в работу (табл. 1).

Таблица 1

Классификация упражнений по степени вовлеченности мышечных групп

21

На метаболические сдвиги влияет режим мышечной деятельности: динамический и статический. Динамический режим лучше обеспечивает снабжение кислородом ткани организма. Статический режим (изометрический), в отличие от динамического, вызывает ухудшение снабжения тканей кислородом. Прежде всего это связано с тем, что в результате сильного статического напряжения и значительного сокращения капилляры остаются пережатыми, вследствие чего происходит нарушение снабжения тканей не только кислородом, но и питательными веществами.

Изменения биохимических процессов в организме спортсмена зависят и от мощности выполняемой работы, ее продолжительности. Чем выше мощность, тем выше скорость расщепления АТФ, тем меньше возможность удовлетворения энергетического запроса организма за счет дыхания – подключается анаэробный ресинтез АТФ. С увеличением мощности увеличивается физическая нагрузка на организм, повышается уровень потребления кислорода, увеличивается сердечный выброс крови и артериовенозная разница по кислороду.

Мощность, при которой достигается максимальное потребление кислорода (МПК), называется критической. До достижения критической мощности любое увеличение тяжести работы сопровождается усилением аэробных процессов ресинтеза АТФ, а после достижения критической мощности – за счет анаэробных реакций.

Мощность работы, при которой отмечается усиление анаэробных реакций, называется порогом анаэробного обмена (ПАНО). После превышения ПАНО работа выполняется преимущественно за счет гликолиза (табл. 2), следовательно, при мощности, составляющей 60–85% от максимальной ведущим механизмом энергообеспечения является гликолиз. ПАНО у различных категорий занимающихся и не занимающихся спортом различается, это показано в табл. 2.

Таблица 2

Критическая мощность, при которой проявляется ПАНО у различных категорий занимающихся и не занимающихся спортом

22

Необходимо отметить, что чем больше мощность работы, тем быстрее происходят биохимические изменения, которые ведут к утомлению и прекращению работы.

Исходя из мощности работы и механизмов энергообеспечения, все циклические упражнения разделяют на четыре зоны [99]:

•зону максимальной мощности;

•зону субмаксимальной мощности;

•зону большой мощности;

•зону умеренной мощности.

Каждой зоне соответствует определенная продолжительность работы, которая является предельной. Краткая характеристика зон мощ-

ности представлена в табл. 3 [105].

Длительность работы в зоне максимальной мощности составляет 25–30 с. Работа обеспечивается за счет АТФ и креатинфосфата (КрФ) и частично за счет гликолиза, при этом снижения глюкозы крови не отмечается, учитывая, что основное энергообеспечение анаэробного характера, кислородный запрос, составляет 7–14 л, а кисло-

родный долг − 6–12 л. Содержание молочной кислоты не превышает 1,5 г/ л-1 (в норме 0,6 – 1,3 ммоль/л).

В зоне субмаксимальной мощности работа длится от 30 с до

3–5 мин. Работа осуществляется за счет анаэробного гликолиза, поэтому в крови накапливаются продукты метаболизма, в частности молочная кислота, содержание которой в крови достигает до 2,5 г/л-1 и более. Кислородный запрос при этом может составлять 20–40 л, а ки-

слородный долг достигать 20 л, что составляет 50 − 90% кислородного запроса. В то же время накапливаемые в крови продукты распада способствуют повышению проницаемости клеточных мембран, особенно для белков. Это приводит к увеличению белков в крови и появлению их в моче, концентрация ее достигает 1,5%.

23

24

Взоне большой мощности длительность работы может составлять от 5 до 50 мин. В этой зоне работа осуществляется преимущественно за счет аэробных процессов, т.к. анаэробные процессы в энергообеспечении начинают снижаться в связи с продолжительностью работы. Кислородный запрос в этой зоне мощности составляет 50–150 л, а энерготра-

ты в 1,5–2 раза превышают максимум аэробного производства энергии. Содержание молочной кислоты в крови составляет 1,5–1,8 г/л-1.

Взоне умеренной мощности продолжительность работы может

составлять от 50–60 до 4–5 ч. Вся работа выполняется при максимуме аэробного энергообеспечения. Кислородный запрос составляет 500–1500 л, а кислородный долг не превышает 5 л. Содержание молочной кислоты удерживается в диапазоне 0,6–0,8 г/л-1.

Определенную дифференциацию зон мощности провел Я.М. Коц [50], распределяя средства физической культуры на анаэробные и аэробные (табл. 4).

Как отмечает Н.И. Волков с соавторами [19, 20], в развитии мышечного утомления при реализации упражнений анаэробного характера очень важную роль играет истощение внутримышечных запасов фосфагенов, особенно в упражнениях максимальной и околомаксимальной мощности. К концу их выполнения содержание АТФ снижается на

30 − 50%, а КрФ на 80 − 90% от исходного уровня.

Учитывая, что для упражнений анаэробного характера фосфагены служат ведущим энергетическим субстратом, их истощение ведет к невозможности поддерживать требуемую мощность мышечных сокращений. Чем ниже мощность нагрузки, тем меньше снижается содержание фосфагенов в рабочих мышцах к концу работы и тем меньшую роль иг-

25

рает это снижение в развитии мышечного утомления. Такой механизм свойственен для двигательной деятельности в области тяжелой атлетики, т.к. все упражнения имеют преимущественно сложнокоординационный, взрывной и максимальный по мощности характер работы.

За время выполнения упражнений максимальной анаэробной мощности мышечный гликогенолиз не успевает развернуться, поэтому накопление лактата в мышечных клетках невелико. Чем ниже мощность нагрузки в упражнениях аэробной мощности, тем меньше роль анаэробного гликолиза в мышечной энергопродукции и, соответственно, тем ниже содержание лактата в мышцах в конце работы.

Следовательно, как и при выполнении упражнений максимальной анаэробной мощности, так и при выполнении упражнений немаксимальной аэробной мощности не происходит значительного накопления лактата в мышцах, и потому этот механизм не играет сколько-нибудь значительной роли в развитии мышечного утомления. В то же время накапливаемый лактат вызывает снижение Ph крови, влияя на Na+/Ca2+ и Na+/H+ обмен в клетке, а это в свою очередь опосредованно воздействует на снижение сократительной способности мышц.

При выполнении упражнений околомаксимальной и особенно субмаксимальной анаэробной мощности, а также максимальной аэробной мощности ведущую или существенную роль в энергообеспечении рабочих мышц играет анаэробный гликолиз (гликогенолиз). Большое количество молочной кислоты, которая образуется при этом, ведет к повышению концентрации водородных ионов в мышечных клетках. В результате этого отмечается торможение скорости проходящего гликолиза, что ведет к снижению энергопродукции, необходимой для мышечных сокращений, особенно для поддержания мощности движения. Для атлетов, развивающих преимущественно собственно-силовые и скоро- стно-силовые качества, резкое возрастание молочной кислоты становится преградой для дальнейшего выполнения движения. В результате этого происходит резкая остановка движения, которую атлет определяет как невозможность дальнейшего действия. При переключении двигательного действия на другой вид или остановке движения для отдыха двигательное действие можно продолжить с меньшим весом штанги, т.к. повторный выход на предыдущий вес, как показывает практика, неудачен. Аналогичные феномены отмечаются как в тяжелой атлетике, так и в пауэрлифтинге, хотя этот вид спорта ориентирован на развитие абсолютной, а не взрывной силы.

26

Для некоторых упражнений, например в гиревом спорте, решающую роль в развитии утомления играет истощение углеводных ресурсов, в первую очередь гликогена в рабочих мышцах и печени. Мышечный гликоген служит основным субстратом, не считая фосфагенов, для энергетического обеспечения анаэробных и максимальных аэробных упражнений. При выполнении их он расщепляется почти исключительно анаэробным путем с образованием лактата, из-за тормозящего действия которого высокая скорость расходования мышечного гликогена быстро уменьшается, что предопределяет кратковременность таких упражнений. Поэтому расход мышечного гликогена при их выполнении

невелик − до 30% от исходного содержания и не может рассматриваться как важный фактор мышечного утомления.

Таким образом, накопление молочной кислоты в рабочих мышцах является одним из ведущих механизмов мышечного утомления при выполнении упражнений субмаксимальной анаэробной мощности и очень

существенным − при выполнении упражнений околомаксимальной анаэробной и максимальной аэробной мощности.

Этот механизм отчетливо наблюдается при изучении двигательных действий спортсмена в гиревом спорте. Так многоповторная работа в зоне субмаксимальной и большой мощности приводит к накоплению лактата. Кроме этого, в процессе выполнения упражнений в гиревом спорте мышечный гликоген и глюкоза крови служат основным энергетическим источником сокращения мышц и поддержке мощности работы. В процессе двигательной деятельности мышечный гликоген в гиревом спорте расходуется особенно значительно, это можно наблюдать в возникновении мышечного «отказа». Таким образом при деятельности в гиревом спорте ведущим механизмом истощения мышц, или утомления, является практически полное расходование гликогена, особенно если на соревнованиях упражнения в толчке, рывке и толчке в длинном цикле следуют одно за другим.

В энергообеспечении работ более низкой мощности наряду с углеводами начинают использоваться жиры. Чем ниже мощность упражнения и выше его продолжительность, тем эффективнее они применяются как источник энергообеспечения.

27