2. Обмен энергии. Энергозатраты

Обмен веществ между организмом и внешней средой сопровождается обменом энергии. Важнейшей физиологической константой организма челове- ка является то минимальное количество энергии, которое человек расходует в состоянии полного покоя. Эта константа называется основным обменом. Вели-

чина его зависит от массы тела: чем она больше, тем больше обмен, но эта за- висимость не прямолинейна.

Потребность организма в энергии оценивается в килокалориях. Естест- венно, эта потребность зависит от целого ряда факторов: уровня основного об- мена, интенсивности выполняемой работы и др. Соотношение количества энер- гии, поступившей в организм с пищей и израсходованной, называется энерге- тическим балансом, и находится он в тесной зависимости от характера жизне- деятельности.

Энергетический баланс в жизни современного человека очень часто су- щественно нарушается. В экономически развитых странах за последние 100– 150 лет удельный вес мышечной работы как генератора энергии, используемой человеком, сократился почти в 200 раз, что привело к снижению энергозатрат на мышечную деятельность. Дефицит энергозатрат, необходимых для нормаль- ной жизнедеятельности организма у городского населения, составляет около 500–750 ккал в сутки. Так, если минимальная величина суточных энергозатрат в норме составляет 2950–3850 ккал (конечно, в зависимости от возраста, пола и массы тела), то из них на мышечную деятельность должно расходоваться не менее 1200–1900 ккал. Остальные энергозатраты обеспечивают поддержание жизнедеятельности организма в состоянии покоя, нормальную деятельность систем дыхания и кровообращения, обменные процессы и т.д. (энергия основ- ного обмена).

Расход энергии тесно связан с особенностями различных физических уп- ражнений. Как известно, значительная группа разнообразных спортивных дис- циплин носит циклический характер, т.е. с повторяющейся биомеханической последовательностью выполнения (бег, плавание и т.п.). В то же время сущест- вует большая группа видов спорта и отдельных упражнений, особенностью ко- торых является нестандартность исполнения, – ациклические упражнения. Это различные единоборства, спортивные игры, гимнастика и т.д. Подобное много- образие характера движений не всегда позволяет точно определить их мощ-

ность (в кг/м) и соответственно расход энергии. Это легче выявить в цикличе- ских видах и сложнее в ациклических упражнениях.

При физических нагрузках циклического характера для определения осо- бенностей расхода энергии спортивные физиологи ориентируются на зоны от- носительной мощности выполнения отдельных упражнений, приведенные в табл. 7. Физиологические особенности выработки и расхода энергии организ- мом связаны с биохимическими процессами на уровне клетки. От этих процес- сов зависит методика подбора и применения отдельных тренировочных упраж- нений, характер их выполнения на учебно-тренировочных занятиях, содержа- ние разминки на соревнованиях и т.д.

Ключевыми понятиями в энергообеспечении мышечной деятельности яв- ляются анаэробный (бескислородный) и аэробный (кислородный) процессы выработки энергии в клетках нашего организма и расхода этой энергии в от- дельных физических упражнениях.

Анаэробный процесс. Непосредственным источником энергии в клетках при мышечном сокращении служит аденозинтрифосфорная кислота (АТФ). В результате биохимических превращений трех типов – фосфогенного, лактат- ного и окислительного – высвобождается энергия, необходимая для сокраще- ния мышц. Фосфогенный (без участия кислорода) включается первым и разря- жается очень быстро – за 5–10 с на 90–95%. Лактацидный источник энергии включается за фосфогенным и примерно втрое слабее его. Зато ёмкость этого источника бескислородного обмена в организме вдвое больше, и запас его ис- черпывается только к концу 2-й минуты непрерывной работы.

По мере расходования лактацидного источника в мышцах и крови накап- ливаются продукты распада – молочная кислота (лактат). Для её ликвидации и восстановления АТФ требуется кислород, но его практически нет, и образуется кислородный долг. Величина максимально возможного кислородного долга ха- рактеризует анаэробную производительность организма. У незанимающихся спортом она колеблется от 4 до 10 л, а у спортсменов – от 15 до 22 л. Чем выше концентрация лактата, тем сильнее ощущается утомление, преодоление которо-

го требует волевого усилия. Физически тренированные люди могут проявлять это усилие в большем диапазоне, так как они выработали на тренировках боль- шую способность к перенесению высокой концентрации лактата и преодоле- нию связанных с нею сдвигов в кислотно-щелочном равновесии в организме.

Аэробный (окислительный) процесс происходит параллельно. Но в связи с тем, что на первых двух минутах напряженной физической работы усиление дыхательной, сердечной деятельности и общего кровотока осуществляется с некоторым запозданием, этот процесс проявляется незначительно. Только к концу 3-й минуты он приближается к максимальному уровню потребления ки- слорода (МПК) данного человека. Все эти процессы анаэробного и аэробного обмена имеют свое яркое проявление при характеристике упражнений, относя- щихся к различным относительным зонам мощности: максимальной, субмак- симальной, большой и умеренной (табл. 7).

Таблица 7

Зоны относительной мощности в спортивных упражнениях

(по B.C. Фарфелю, Б.С. Гиппенрейтеру)

Степень мощно- сти	Продолжительность работы	Виды физических упражнений при рекордном выполнении
Максимальная	От 20 до 25 с	Бег 100 и 200 м. Плавание 50 м. Велогонка 200 м с хода
Субмаксимальная (ниже максималь- ной)	От 25 с до 3–5 мин	Бег 400, 800, 1000, 1500 м. Пла- вание 100, 200,400 м. Бег на коньках 500, 400, 1500, 3000 м. Велогонки 300, 1000, 2000, 3000 и 4000 м
Большая	От 3–5 до 30 мин	Бег 2, 3, 5, 10 км. Плавание 800, 1500 м. Бег на коньках 5, 10 км. Велогонки 5000, 10 000, 20 000 м
Умеренная	Свыше 30 мин	Бег 15 км и больше. Спортивная ходьба 10 км и больше. Бег на лыжах 10 км и больше. Велогон- ки 100 км и больше

Эти четыре зоны относительной мощности предполагают деление множе- ства различных дистанций на четыре группы: короткие, средние, длинные и

сверхдлинные. Мощность работы прямо зависит от ее интенсивности, а высво- бождение и расход энергии при преодолении дистанций, входящих в различные зоны мощности, имеют существенно отличающиеся физиологические характе- ристики (табл. 8).

Зона максимальной мощности. В ее пределах выполняется работа, тре- бующая предельно быстрых движений. Ни при какой другой работе не освобо- ждается столько энергии в единицу времени, сколько при работе с максималь- ной мощностью. Работа мышц совершается почти полностью за счет бескисло- родного (анаэробного) распада веществ. Практически весь кислородный запрос (долг) организма удовлетворяется уже после работы. Дыхание ограничено – спортсмен либо не дышит, либо делает несколько коротких вдохов. Из-за крат- ковременности работы кровообращение не успевает усилиться, частота же сер- дечных сокращений значительно возрастает к концу работы. Однако минутный объем крови увеличивается ненамного, потому что не успевает вырасти систо- лический объем крови в сердце. Зона субмаксимальной мощности. В мышцах протекают не только анаэробные процессы, но и процессы аэробного окисле- ния, доля которого увеличивается к концу работы из-за постепенного усиления кровообращения. Интенсивность дыхания также возрастает до самого конца работы. Все время прогрессирует кислородная задолженность. Кислородный долг к концу работы становится даже больше, чем при максимальной мощно- сти. В крови происходят большие химические сдвиги.

Зона большой мощности. Возможности аэробного окисления более высо- ки, однако они все же несколько отстают от анаэробных процессов, поэтому накопление кислородного долга все же происходит. К концу работы он бывает значителен. Большие сдвиги наблюдаются в химическом составе крови и мочи.

Зона умеренной мощности. Это уже сверхдлинные дистанции. Работа умеренной мощности характеризуется устойчивым состоянием, с чем связаны усиление дыхания и кровообращения пропорционально интенсивности работы и отсутствие накопления продуктов анаэробного распада. При многочасовой

работе наблюдается значительный общий расход энергии, что уменьшает угле- водные ресурсы организма.

Таблица 8

Физиологическая характеристика работы в зонах различной мощности

(по B.C. Фарфелю)

Показатель	Зоны относительной мощности работы
	максимальная субмакси- большая Умеренная мальная
Предельная длительность	До 25 с	От 25 с до 3–5 мин	От 3–5 до 30 мин	Свыше 30 мин
Величина по- требления ки- слорода	Незначитель- ная	Возрастает к максимальной	Максималь- ная	Пропорцио- нальна мощ- ности
Величина ки- слородного долга	Почти суб- максимальная	Субмакси- мальная	Максималь- ная	Пропорцио- нальна мощ- ности
Вентиляция легких и кро- вообращение	Незначитель- ная	Субмакси- мальная	Максималь- ная	Пропорцио- нальна мощ- ности
Биохимиче- ские сдвиги	Субмакси- мальные	Максималь- ные	Максималь- ные	Незначитель- ные

Таким образом, при тренировке на коротких, средних, длинных и сверх- длинных дистанциях и подобных упражнениях должны подбираться такие от- резки (упражнения) и такая интенсивность их преодоления, которые трениро- вали бы соответствующие этим дистанциям физиологические механизмы энер- гетического обмена, физиологически и психологически готовили бы трени- рующегося к преодолению тех трудностей и неприятных ощущений, с которы- ми связано возможно более быстрое (качественное) выполнение конкретных упражнений.

Общее представление о расходе энергии при различных видах физиче- ских упражнений показано в табл. 9.

В заключение необходимо отметить, что не вся энергия, расходуемая че- ловеком при совершении механической работы, используется непосредственно

на эту работу, ибо большая часть энергии теряется в виде тепла. Известно, что отношение энергии, полезно затраченной на работу, ко всей израсходованной энергии называется коэффициентом полезного действия (КПД). Считается, что наибольший КПД человека при привычной для него работе не превышает 0,30– 0,35. Следовательно, общие энергетические затраты организма минимум в 3 раза превышают затраты на совершение работы. Чаще же КПД равен 0,20–0,25, так как нетренированный человек тратит на одну и ту же работу больше энер- гии, чем тренированный. Так, экспериментально установлено, что при одной и той же скорости передвижения разница в расходе энергии между тренирован- ным спортсменом и новичком может достигать 25–30 %. Это подчеркивает экономизацию двигательной деятельности у тренированного человека.

Таблица 9

Примерный расход энергии при различных видах физических упражне- ний (по А.Я. Иващенко, И.П. Страпко)

Физические упражнения	Скорость, км/ч	Расход энергии, ккал
Ходьба	3,0–4,0 5,0–6,0	200–240 300–350
Бег	6,0–6,5 9,0–10,0 11,0–13,0	480–500 600–650 800–1000
Бег на лыжах	7,0–8,0 9,0–10,0 10,0–15,0	450–500 600–700 700–1100
Волейбол	-	250–300
Баскетбол	-	550–600
Футбол	-	450–500
Теннис	-	400–450
Утренняя гимнастика	-	40–50
Комплексное занятие по физической культуре, 9 мин	-	450–500