Учебник (Ткаченко) - основы физиологии человека Том 2 (не весь)

спортсмен, тем большую скорость он может сообщить снаряду или собственному телу. Максимальная мощность является результатом оптимального сочетания силы и скорости. Отсюда следует, что мощность можно увеличить за счет повышения либо силы, либо скорости сокращения, либо силы и скорости одновременно.

Силовой компонент мощности. В значительной мере мощность определяется максимальной силой участвующих в работе мышц. Максимальная динамическая сила, измеряемая при концентрическом сокращении мышц, меньше, чем максимальная сила в изометрическом режиме. В связи с высокой специфичностью эффектов тренировки, изометрические нагрузки мало влияют на динамическую силу, а динамические - на статическую. Отсюда следует, что для повышения динамической силы необходимо использовать, в первую очередь, динамические нагрузки.

Одной из разновидностей динамической мышечной силы является взрывная сила, характеризующая способность к быстрому проявлению мышечной силы. Взрывная сила определяет результативность метателей, прыгунов, спринтеров, борцов др. Критерием оценки и количественным показателем взрывной силы является градиент силы, то есть скорость ее нарастания. Градиент силы определяется как отношение величины максимально достигаемой силы ко времени ее нарастания.

Основными факторами, ответственными за развитие взрывной силы, являются координационные способности моторных центров и скоростные сократительные способности мышц. Среди координационных способностей центральной нервной системы основное значение имеют частота импульсации мотонейронов в начале разряда и степень синхронизации импульсации разных двигательных нейронов. Чем больше начальная частота импульсации (активации мышечных клеток), тем быстрее нарастает сила мышц.

Скоростные сократительные свойства скелетной мышцы зависят также от ее композиции, то есть соотношения числа быстрых и медленных волокон. Быстрые волокна составляют значительно большую часть мышечной массы у представителей скоростносиловых видов спорта (спринтеры, прыгуны, метатели; рис.27.5).

Рис.27.5. Процент площади, занимаемой быстрыми мышечными волокнами в икроножной мышце у легкоатлетов разной специализации и нетренированных мужчин.

351

Скоростной компонент мощности, развиваемой спортсменом во время выполнения физических упражнений, определяется, вопервых, силой сокращения мышц. Согласно второму закону Ньютона, чем больше усилие прилагается к массе тела, тем больше скорость, с которой оно движется. Отсюда, чем больше сила мышц бедра, тем выше предельная скорость бега спринтера. Во-вторых,

скоростными сократительными свойствами мышц. Чем больший процент быстрых волокон в мышце, тем с большей скоростью может выполняться каждое отдельное движение, тем большее количество двигательных циклов может совершаться в единицу времени. У выдающихся спринтеров процент быстрых мышечных волокон значительно выше, чем у неспортсменов. И, в-третьих, внутри — и

межмышечными координационными способностями центральной нервной системы.

Физиологические основы аэробной выносливости. Под

выносливостью понимают способность человека длительное время поддерживать определенный вид деятельности. Выносливость специфична, то есть проявляется у каждого человека лишь при выполнении определенного вида деятельности. В спортивной физиологии под выносливостью понимают способность человека длительное время выполнять глобальную динамическую работу аэробного характера. Большой аэробной выносливости требуют, например, такие спортивные упражнения, как бег на дистанции 1500 м и больше, академическая гребля, лыжные гонки, шоссейные велогонки, бег на коньках на дистанциях 3000 м и более, плавание на длинные дистанции, спортивная ходьба, ориентирование.

Во всех видах спорта, требующих выносливости, спортсмены должны обладать большими аэробными возможностями: максимальной скоростью потребления кислорода и способностью длительное время поддерживать высокую скорость потребления кислорода.

Аэробные возможности человека определяются, прежде всего, максимально возможной для него скоростью потребления кислорода. Чем она больше, тем большую мощность работы может выполнять спортсмен в аэробных условиях. Чем длительнее по времени эта работа может продолжаться, тем, следовательно, выше его спортивный результат. Максимальное потребление кислорода у лиц, тренирующих выносливость, значительно выше, чем у не спортсменов того же возраста и пола. Так, например, если у нетренированных мужчин 20-29 лет максимальное потребление кислорода составляет 2,5-3,5 л/мин (или 40-50 мл/мин/кг), то у бегунов-стайеров и лыжников высокой квалификации она достигает 5-6 л/мин (или 75-80 мл/мин/кг). У нетренированных женщин максимальное потребление кислорода равно 1,5-2,5 л/мин (или 30-40 мл/мин/кг), а у спортсменок лыжниц составляет около 4 л/мин (или более 70 мл/ мин/кг).

Выделяют абсолютные показатели максимального потребления кислорода (л/мин) и относительные, то есть максимальное потребление кислорода, отнесенное к единице массы тела (мл/мин/кг). Абсолютные показатели максимального потребления кислорода на-

352

ходятся в прямой зависимости от размеров тела. Они наибольшие у гребцов, пловцов, конькобежцев, велосипедистов. В этих видах спорта абсолютные величины максимального потребления кислорода имеют наибольшее значение для оценки состояния тренированности.

Относительные показатели максимального потребления кислорода у высококвалифицированных спортсменов находятся в обратной зависимости от массы тела. Наибольшие величины относительных показателей характерны для лыжников и бегунов на длинные дистанции, наименьшие — для гребцов. У спортсменов, специализирующихся в беге на длинные дистанции, в спортивной ходьбе, ориентировании, лыжных гонках, максимальные аэробные возможности и состояние тренированности оценивают по относительным величинам максимального потребления кислорода.

Уровень максимального потребления кислорода зависит от максимальных возможностей: (1) системы доставки кислорода к работающим мышцам и другим усиленно функционирующим органам;

(2) системы потребления кислорода, включающей, в основном, работающие мышечные клетки.

Система доставки кислорода. Предельные возможности организма доставлять кислород к усиленно функционирующим органам и тканям определяются системами внешнего дыхания и крови, а также сердечнососудистой системой.

Внешнее дыхание. У спортсменов, тренирующих выносливость,

максимальные величины легочной вентиляции при работе значительно больше, чем у нетренированных лиц. У бегунов-стайеров во время бега на длинные дистанции легочная вентиляция длительное время поддерживается на уровне 120140 л/мин. У нетренированных людей ее максимальные величины обычно не превышают 70100 л/ мин. Поскольку частота дыхания по мере тренировки не возрастает, прирост легочной вентиляции достигается лишь увеличением дыхательного объема. Значительное возрастание максимально возможных величин дыхательного объема у спортсменов происходит вследствие повышения на 15-25% легочных объемов и емкостей и, следовательно, жизненной емкости легких, которая у гребцов, например, достигает 8-9 л.

Другим результатом тренировки системы внешнего дыхания является повышение эффективности легочной вентиляции. Об этом свидетельствует увеличение вентиляционного эквивалента кислорода,

то есть объема дыхания, затрачиваемого на один литр использованного кислорода.

В процессе тренировки значительно возрастает диффузионная способность легких как в покое, так и при физических нагрузках. У бегуновмарафонцев, например, она даже в покое почти не отличается по величине от диффузионной способности легких при максимальной работе у нетренированных лиц.

В результате тренировки повышается вентиляционный анаэробный порог, то есть мощность работы, начиная с которой легочная вен-

353

тиляция растет быстрее, чем интенсивность нагрузки. Так, у нетренированных людей вентиляционный анаэробный порог соответствует мощности нагрузки в пределах 50-60%, а у хорошо тренированных спортсменов — 80-85% от максимального потребления кислорода. Итак, главный эффект тренировки выносливости в отношении функций внешнего дыхания состоит в увеличении предельных величин рабочей и произвольной легочной вентиляции вследствие возрастания легочных объемов и емкостей, в повышении эффективности легочной вентиляции и в увеличении диффузионной способности легких.

Система крови. Транспорт кислорода и аэробная выносливость человека зависят от объема крови и содержания в ней эритроцитов и гемоглобина. При тренировке выносливости объем крови у спортсмена значительно возрастает. С учетом массы тела у бегунов-стайеров, лыжников, велосипедистов-шоссейников он на 15-20% больше, чем у нетренированных людей. У представителей скорост-но-силовых видов спорта (спринтеры, метатели, прыгуны, борцы и др.) объем крови почти не отличается от его величин у неспортсменов. Таким образом, увеличение объема крови является результатом тренировки выносливости.

Увеличение объема крови происходит, в основном, за счет повышения объема плазмы. При этом величина гематокрита, от которой в значительной мере зависит вязкость крови, у спортсменов несколько ниже, чем у нетренированных лиц. Увеличение объема плазмы у лиц, тренирующих выносливость, связано с повышением общего содержания белков в крови вследствие усиления их синтеза в печени.

Содержание эритроцитов и гемоглобина в крови определяют ее кислородную емкость, а значит и способность доставлять кислород к работающим мышцам. В связи с этим довольно неожиданно выглядит отсутствие существенной разницы в содержании эритроцитов и гемоглобина у тренированных лиц с высокой аэробной выносливостью (эритроциты — 4,77 млн/мм3; гемоглобин — 14,6 — 16,0 г %) и нетренированных (эритроциты — 4,97 млн/мм3; гемоглобин — 15,1 г %). В то же время, из-за большего (на 15-20%) объема крови у спортсменов значительно выше общее количество эритроцитов и содержание гемоглобина в крови. Так, у тренированных на выносливость мужчин общее содержание в крови гемоглобина равно

10001100 г, или 13-16 г/кг массы (у женщин 700850 г или 12 г/кг),

а у нетренированных — соответственно 700-900 г или 10-12 г/кг (у женщин 400-500 г или 7-9 г/кг). Одной из причин, стимулирующих усиленный эритропоэз и образование гемоглобина, является рабочий гемолиз, то есть разрушение эритроцитов во время интенсивных тренировочных и соревновательных нагрузок.

Как у спортсменов, так и у нетренированных лиц при нагрузках любой аэробной мощности содержание кислорода в артериальной крови по сравнению с состоянием покоя не снижается. Небольшое уменьшение насыщения гемоглобина кислородом компенсируется

354

Урежение частоты сердечных сокращений в покое у спортсменов компенсируется более высокими показателями систолического объема. Так, если у нетренированного в положении лежа частота сердечных сокращений составляет 7075 уд/мин, а систолический объем — 80-90 мл, то у тренированных соответственно — 40-45 уд/ мин и 100-120 мл. Возрастание систолического объема в результате длительной тренировки является следствием увеличения объема полостей сердца и сократительной способности миокарда желудочков.

Максимальные величины деятельности сердца при выполнении аэробных физических упражнений у спортсменов также значительно больше, чем у нетренированных (табл.27.1). В связи с тем, что максимальная частота сердечных сокращений при тренировке выносливости не возрастает, но даже несколько снижается (на 3-5 уд/ мин), существенно большие величины минутного объема кровообращения у спортсменов обусловлены исключительно повышением систолического объема. Чем больше возрастает систолический объем, тем больше повышается минутный объем кровообращения, а значит и максимальное потребление кислорода. Следовательно, увеличение систолического объема — это основной результат тренировки выносливости для сердечно-сосудистой системы. Максимально возможный систолический объем у нетренированных мужчин обычно не превышает 110-130 мл, тогда как у хорошо тренированных он может достигать 180-210 мл.

Таблица 27.1 Показатели деятельности сердца в покое и при физической работе у нетренированных и тренированных мужчин и женщин

356

Высокий уровень аэробной работоспособности спортсменов зависит не только от больших величин минутного объема кровообращения, но и от способности наиболее эффективного его использования. Эта способность определяется величиной артерио-венозной разницы по кислороду и совершенством механизмов перераспределения крови между активными и неактивными органами и тканями. Чем больше артерио-венозная разница по кислороду, тем более эффективно используется минутный объем кровообращения. По мере тренировки выносливости при любых нагрузках артерио-венозная разница по кислороду увеличивается. Поскольку содержание О2 в ' артериальной крови у спортсменов и не спортсменов практически не отличается ни в покое, ни при аэробных нагрузках любой мощности, увеличение артерио-венозной разницы по кислороду вызывается снижением содержания О2 в смешанной венозной крови, то есть большей его утилизацией. При максимальной аэробной работе у нетренированных лиц содержание О2 снижается в среднем до 55 млО2/л крови, а у тренированных — до 25 мл/О2/л крови. Следовательно, лица, тренирующие выносливость, более эффективно используют один и тот же объем притекающей к их мышцам крови, извлекая из него больше кислорода.

("Великими стайерами не становятся, а рождаются"). Это значит, что человек уже с момента рождения, имея больше медленных волокон, чем быстрых, обладает предпосылками к достижению выдающихся результатов в видах спорта, требующих выносливости. Изменить тренировкой соотношение медленных и быстрых волокон практически невозможно. В то же время при неменяющемся соотношении числа медленных и быстрых волокон тренировка выносливости приводит к превращению быстрых гликолитических волокон в быстрые окислительно-гликоли-тические. Благодаря этому увеличивается общее число волокон, способных длительно работать в аэробных условиях.

357

В процессе тренировки выносливости происходит рабочая гипертрофия саркоплазматического типа. Помимо увеличения содержания в клетке энергетических субстратов, у высокотренированных спортсменов значительно возрастает число и плотность центральных (на 50%) и поверхностных (на 300%) митохондрий. Следствием этого является существенное увеличение утилизации мышцей приносимого кровью кислорода.

Усиление процессов утилизации кислорода в мышечных клетках происходит одновременно с ростом числа капилляров, окружающих мышечные волокна, особенно медленного типа. Так, у тренированных на выносливость лиц каждое медленное волокно окружено 6-7 капиллярами, а быстрое — 3-4. У неспортсменов эти цифры составляют соответственно 3,5-4,5 и 2,5-3,2. Увеличение плотности капилляров, обусловленное образованием новых капилляров, происходит лишь в мышцах, тренирующих выносливость. Благодаря повышенной плотности капилляров в мышце (400500 на 1 мм2 вместо 300-350 на 1 мм2 у нетренированных) улучшается обмен жидкостью между интерстициалъным пространством и кровью, сокращается путь транспорта кислорода и других веществ от капилляра до клетки и обратно, увеличивается поверхность диффузии. Все это способствует повышению аэробной мышечной работоспособности.

Повышение выносливости в результате тренировки связано также со значительными адаптивными изменениями метаболических процессов в мышце: увеличивается содержание и активность ферментов окислительного метаболизма (в 2-3 раза), возрастает содержание миоглобина (в 1,5-2 раза), повышается содержание энергетических субстратов — гликогена мышц и липидов (на 30-50%), усиливается способность мышц использовать гликоген и, особенно, жиры

("жировой сдвиг").

Таким образом, длительная тренировка выносливости вызывает, вопервых, значительное усиление деятельности систем захвата кислорода из окружающего воздуха, доставки его к работающим мышечным волокнам и использования клетками для нужд метаболизма. Во-вторых, способствует повышению эффективности деятельности систем дыхания, крови и кровообращения во время выполнения физических упражнений.

27.4.Физическая работоспособность в особых условиях окружающей среды

Влияние температуры и влажности воздуха на физическую работоспособность. Во время интенсивной и длительной физической работы теплопродукция в мышцах возрастает в 20-25 раз по сравнению с условиями покоя. Почти все тепло передается в кровь и переносится с нею в ядро тела, температура которого повышается до 39-40°С. При прочих равных условиях, чем выше температура окружающего воздуха, тем больше поднимается температура тела при работе (рис.27.6). Снижение работоспособности при выполнении интенсивных физических нагрузок на фоне повышенных температуры и влажности

358