Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:Биохимические основы спортивной работоспособности. Учебное пособие
.pdf
Министерство образования и науки Российской Федерации
федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение
высшего образования
«САНКТ-ПЕТЕРБУРГСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ
ПРОМЫШЛЕННЫХ ТЕХНОЛОГИЙ И ДИЗАЙНА»
П. Б. Джалилов Е. В. Гусельникова Е. А. Стогова
2
УДК 796:577.1(075.8)
Д40
Джалилов, П. Б.
Биохимические основы спортивной работоспособности: учеб.
пособие/ П. Б. Джалилов, Е. В. Гусельникова, Е. А. Стогова. – СПб.:
ФГБОУВО «СПбГУПТД», 2018. – 131 с.
ISBN 978-5-7937-1577-5
ББК 75.0я73
Д40
Рецензенты:
кандидат педагогических наук, профессор
кафедры теории и методики атлетизма ФГБОУВО «Национальный
государственный университет физической культуры, спорта и здоровья имени
П. Ф. Лесгафта, Санкт-Петербург»
А. Х. Талибов;
профессор кафедры физического воспитания ФГБОУВО «Санкт-
Петербургский государственный университет промышленных технологий
и дизайна», заслуженный тренер России
Г. В. Осипов
В учебном пособии изложены биоэнергетические и структурно-
функциональные основы спортивной работоспособности при утомле-
нии, восстановлении и в процессе адаптации к мышечным нагрузкам.
В заключительной части пособия описано влияние на работоспособ-
ность пищевых факторов, разрешенных лекарственных средств и
допингов.
Предназначено для студентов очной и заочной форм обучения.
УДК 796:577.1(075.8)
ББК 75.0я73
ISBN 978-5-7937-1577-5 ФГБОУВО «СПбГУПТД», 2018
Джалилов П. Б., 2018
Гусельникова Е. В., 2018
Стогова Е.А., 2018
3
ВВЕДЕНИЕ
Спортивная работоспособность является важнейшим качеством,
определяющим спортивно-техническое мастерство представителей многих
видов спорта. Ярко выраженные тенденции современного спорта –
повышение тренировочных и соревновательных нагрузок, увеличение числа
тренировок, усложнение техники выполнения спортивных упражнений еще
больше повышают роль спортивной работоспособности в достижении высоких
спортивных результатов. Повышение спортивной работоспособности
представляет собой первоочередную задачу, стоящую перед тренерами и
преподавателями физического воспитания. Только на строго научной основе,
опираясь на закономерности биохимических и физиологических процессов,
протекающих в организме спортсмена, творчески используя эти знания в
тренировочном процессе, можно в современных условиях, когда физические
нагрузки приближаются к пределу функциональных возможностей организма,
находить новые методы и средства повышения спортивной
работоспособности.
4
1. КОМПОНЕНТЫ СПОРТИВНОЙ РАБОТОСПОСОБНОСТИ
1
С биологических позиций спортивную работоспособность (специальную
работоспособность) можно определить как структурно-функциональный
потенциал или состояние организма спортсмена, позволяющее ему выполнять
специфические физические нагрузки определенной мощности и
продолжительности.
Спортивная работоспособность – качество интегральное, проявление
которого зависит от многих факторов. Н. И. Волков1 выделяет следующие
факторы, лимитирующие спортивную работоспособность:
возможности энергетического обеспечения мышечной деятельности;
функциональное состояние и развитие основных систем организма
(мышечной, кардио-респираторной, нервной, эндокринной, пищеварительной,
выделительной, иммунной и др.);
техника выполнения физических нагрузок, характерных для данного
вида спорта;
тактика ведения спортивной борьбы;
психологическая подготовка спортсмена.
Первые два фактора определяют, преимущественно, физическую
подготовку спортсмена или физическую работоспособность. Их обычно
называют факторами потенций или внутренних возможностей. Остальные
факторы (техника, тактика и психологическая подготовка) являются
факторами производительности, от которых зависит проявление факторов
потенций. Только при наличии хорошей техники, правильно избранной
тактики, высокой мотивации возможна реализация в полной мере внутренних
возможностей спортсмена. В свою очередь, без хорошего развития физической
работоспособности факторы производительности оказываются неэффективными.
Из перечисленных факторов все же наибольшее значение имеет
состояние биоэнергетики, так как не возможно выполнить какую-либо работу
без затраты энергии.
Как известно, энергообеспечение мышечной работы осуществляется,
главным образом, за счет трех путей ресинтеза АТФ: креатинфосфатного
(алактатного), гликолитического (лактатного) и аэробного (тканевого
дыхания). В зависимости от доминирования того или иного пути ресинтеза
АТФ в энергообеспечении выполняемой работы выделяют три ком- понента
работоспособности: алактатная работоспособность, лактатная работоспособность и аэробная работоспособность.
Часто алактатную и лактатную работоспособность объединяют в
анаэробную работоспособность.
спорт, 1986. – 384 с.
Биохимия / под ред. В. В. Меньшикова и Н. И. Волкова. – М.: Физкультура и
5
Аэробная работоспособность проявляется при выполнении длительных
физических нагрузок, а анаэробная работоспособность обеспечивает
возможность выполнения кратковременных нагрузок высокой и максимальной
интенсивности.
Выделенные компоненты работоспособности в равной мере относятся
как к общей, так и к специальной работоспособности.
В данном пособии, в основном, рассматривается общая (физическая)
работоспособность, так как в ее основе, прежде всего, лежат биохимические
механизмы.
ТЕСТЫ ДЛЯ САМОКОНТРОЛЯ
1. Фактором потенций, лимитирующим спортивную работоспособ-
ность, является:
а) возможность энергообеспечения мышц;
б) психологическая подготовка;
в) тактика ведения спортивной борьбы;
г) техника выполнения упражнений.
2. Фактором производительности, лимитирующим спортивную ра-
ботоспособность, является:
а) количество миофибрилл в мышцах;
б) концентрация гемоглобина в крови;
в) техника выполнения упражнений;
г) функциональное состояние печени.
3. Алактатная работоспособность в бόльшей мере проявляется
при выполнении нагрузок…
а) максимальной мощности; в) большой мощности;
б) субмаксимальной мощности; г) умеренной мощности.
4. Фактором производительности, лимитирующим спортивную ра-
ботоспособность, является:
а) концентрация глюкозы в крови;
б) концентрация креатинфосфата в мышцах;
в) целеустремленность и сила воли;
г) функциональное состояние почек.
5. Лактатная работоспособность преимущественно проявляется
при выполнении нагрузок…
а) максимальной мощности; в) большой мощности;
б) субмаксимальной мощности; г) умеренной мощности.
6. Фактором потенций, лимитирующим спортивную работоспо-
собность, является:
а) внушение и гипноз; в) техническая подготовка;
б) развитие мускулатуры; г) целеустремленность и сила воли.
6
7. Фактором потенций, лимитирующим спортивную работоспособ-
ность, является:
а) психологическая подготовка;
б) развитие путей ресинтеза АТФ;
в) тактика ведения спортивного состязания;
г) техника выполнения упражнений.
8. Фактором производительности, лимитирующим спортивную ра-
ботоспособность, является:
а) АТФ-азная активность миозина;
б) возможности кальциевого насоса;
в) содержание в крови кетоновых тел;
г) тактика ведения спортивной борьбы.
9. Фактором потенций, лимитирующим спортивную работо-
способность, является:
а) мотивация;
б) резистентность организма к лактату;
в) тактика ведения спортивного состязания;
г) техническая подготовка.
10. Аэробная выносливость преимущественно проявляется при
выполнении нагрузок…
а) максимальной мощности; в) большой мощности;
б) субмаксимальной мощности; г) умеренной мощности.
2. БИОЭНЕРГЕТИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ
КОМПОНЕНТОВ РАБОТОСПОСОБНОСТИ
2.1. Молекулярные механизмы мышечного сокращения
и расслабления
Мышечная деятельность состоит из двух чередующихся фаз: сокраще-
ния и расслабления.
Мышечное сокращение является сложным механо-химическим процесс-
сом, в ходе которого происходит преобразование химической энергии
гидролитического расщепления АТФ в механическую работу, совершаемую
мышцей.
В настоящее время этот механизм еще полностью не раскрыт. Но
достоверно известно следующее:
1. Источником энергии, необходимой для мышечной работы является
АТФ.
2. Гидролиз АТФ, сопровождающийся выделением энергии, катализи-
руется миозином, который, как уже отмечалось, обладает ферментативной
активностью.
7
3. Пусковым механизмом мышечного сокращения является повышение
1
концентрации ионов Са
2+
в саркоплазме миоцитов, вызываемое двигательным
нервным импульсом.
4. Во время мышечного сокращения между толстыми и тонкими нитями
миофибрилл возникают поперечные мостики или спайки.
5. Во время мышечного сокращения происходит скольжение тонких
нитей вдоль толстых, что приводит к укорочению миофибрилл и всего
мышечного волокна в целом.
Имеется много гипотез, пытающихся объяснить молекулярный
механизм мышечного сокращения. Наиболее обоснованной в настоящее время
является гипотеза «весельной лодки» или «гребная гипотеза» Х. Хаксли. В
упрощенном виде её суть заключается в следующем.
В мышце, находящейся в состоянии покоя, толстые и тонкие нити
миофибрилл друг с другом не соединены, так как участки связывания на
молекулах актина закрыты молекулами тропомиозина.
Мышечное сокращение происходит под воздействием двигательного
нервного импульса, представляющего собою волну повышенной мембранной
проницаемости, распространяющуюся по нервному волокну1. Эта волна
повышенной проницаемости передается через нервно-мышечный синапс на Т-
систему саркоплазматической сети и в конечном итоге достигает цистерн,
содержащих в большой концентрации ионы кальция. В результате
значительного повышения проницаемости стенки цистерн (это тоже
мембрана!) ионы кальция выходят из цистерн и их концентрация в
саркоплазме за очень короткое время (около 3 мс) возрастает примерно в 1000
раз. Ионы кальция, находясь в высокой концентрации, присоединяются к
белку тонких нитей – тропонину и меняют его пространственную форму
(конформацию). Изменение конформации тропонина, в свою очередь,
приводит к тому, что молекулы тропомиозина смещаются вдоль желобка
фибриллярного актина, составляющего основу тонких нитей, и освобождают
тот участок актиновых молекул, который предназначен для связывания с
миозиновыми головками. В результате этого между миозином и актином (т. е.
между толстыми и тонкими нитями) возникает поперечный мостик,
расположенный под углом 90º. Поскольку в толстые и тонкие нити входит
большое число молекул миозина и актина (около 300 в каждую), то между
мышечными нитями образуется довольно большое количество поперечных
мостиков или спаек.
Образование связи между актином и миозином сопровождается
повышением АТФ-азной активности последнего (т. е. актин действует подобно
аллостерическим активаторам ферментов), в результате чего происходит
гидролиз АТФ:
Нервное волокно состоит из аксонов – отростков нервных клеток, представляющих собою
трубочки, образованные их плазматической мембраной.
8
АТФ + Н2О АДФ + Н3РО4 + энергия.
За счет энергии, выделяющейся при расщеплении АТФ, миозиновая
головка подобно шарниру или веслу лодки поворачивается, и мостик между
толстыми и тонкими нитями оказывается под углом 45º, что приводит к
скольжению мышечных нитей навстречу друг другу (рис. 1).
а б
Рис. 1. Образовавшиеся мостики между толстыми и тонкими нитями
располагаются под углом 90º (а); после поворота мостики оказываются
под углом 45º (б)
Совершив поворот, мостики между толстыми и тонкими нитями
разрываются. АТФ-азная активность миозина вследствие этого резко
снижается, и гидролиз АТФ прекращается. Но если двигательный нервный
импульс продолжает поступать в мышцу и в саркоплазме сохраняется высокая
концентрация ионов кальция, поперечные мостики вновь образуются, АТФ-
азная активность миозина возрастает, и снова происходит гидролиз новых
порций АТФ, дающий энергию для поворота поперечных мостиков с
последующим их разрывом. Это ведет к дальнейшему движению толстых и
тонких нитей навстречу друг другу и укорочению миофибрилл и мышечного
волокна.
В результате многократного образования, поворота и разрыва мостиков
мышца может максимально сократиться, при этом тонкие нити наслаиваются
друг на друга (иногда могут переплетаться), а толстые нити упираются в Z-
пластинку (при сверхмаксимальном сокращении их концы даже могут быть
расплющены) (рис. 2).
Рис. 2. Схема строения участка максимально укороченной миофибриллы
Каждый цикл сокращения (образование, поворот и разрыв мостика)
требует расходования одной молекулы АТФ в качестве источника энергии.
Учитывая, что во всей мышце во время её сокращения возникает огромнейшее
9
количество поперечных мостиков, затраты АТФ на энергообеспечение
мышечной деятельности очень велики.
Расслабление мышцы (релаксация) происходит после прекращения
поступления двигательного нервного импульса. При этом проницаемость
стенки цистерн саркоплазматического ретикулума уменьшается, и ионы
кальция под действием кальциевого насоса, использующего энергию АТФ,
уходят в цистерны. Их концентрация в саркоплазме быстро возвращается к
исходному уровню. Снижение концентрации кальция в саркоплазме вызывает
изменение конформации тропонина, что приводит к фиксации молекул
тропомиозина в определенных участках актиновых нитей и делает
невозможным образование поперечных мостиков между толстыми и тонкими
нитями. За счет упругих сил, возникающих при мышечном сокращении в
коллагеновых нитях, окружающих мышечное волокно, оно при расслаблении
возвращается в исходное положение.
Возвращению мышцы в исходное состояние также способствует
сокращение мышц-антагонистов.
Таким образом, процесс мышечного расслабления или релаксация, так
же как и процесс мышечного сокращения, осуществляется с использованием
энергии гидролиза АТФ.
Гладкие мышечные волокна по строению существенно отличаются от
поперечно-полосатых. В гладких мышечных клетках нет миофибрилл. Тонкие
нити присоединяются к сарколемме, толстые находятся внутри волокон
(рис. 3).
Рис. 3. Схема расположения толстых и тонких нитей в гладких
мышечных волокнах
В гладких мышечных волокнах отсутствуют также цистерны с ионами
кальция. Под действием нервного импульса ионы Са
2+
поступают в
саркоплазму из внеклеточного вещества. Поступают ионы кальция в
саркоплазму медленно и также медленно уходят из волокна после
прекращения поступления нервного импульса. Поэтому гладкие мышцы
медленно сокращаются и медленно расслабляются.
Итак, обе фазы мышечной деятельности – сокращение и расслабление –
протекают при обязательном использовании энергии, которая выделяется при
гидролизе АТФ:
АТФ + Н2О АДФ + Н3РО4 + энергия.
10
Однако запасы АТФ в мышечных клетках незначительны (в покое
концентрация АТФ в мышцах около 5 ммоль/л) и их достаточно для
мышечной работы в течение 1–2 с. Поэтому для обеспечения более
продолжительной мышечной деятельности в мышцах должно происходить
пополнение запасов АТФ. Образование АТФ в мышечных клетках
непосредственно во время физической работы называется ресинтезом АТФ и
идет с потреблением энергии.
Поэтому при функционировании мышц в них одновременно протекают
два процесса: гидролиз АТФ, дающий необходимую энергию для сокращения
и расслабления, и ресинтез АТФ, восполняющий потери этого вещества. Если
для обеспечения мышечного сокращения и расслабления используется только
химическая энергия АТФ, то для ресинтеза АТФ пригодна химическая энергия
самых разнообразных соединений: углеводов, жиров, аминокислот и
креатинфосфата.
Вышесказанное может быть представлено следующей схемой:
Сокращение Расслабление
АТФ + Н2О АДФ + Н3РО4 + энергия
АДФ + Н3РО4 + энергия АТФ
Углеводы Жиры Аминокислоты Креатинфосфат
В зависимости от источника энергии выделяют три основных пути
ресинтеза АТФ: креатинфосфатный, лактатный и аэробный.
Для каждого компонента работоспособности характерно преобладание
того или иного пути ресинтеза АТФ как основного источника энергии.
2.2. Алактатная работоспособность
Алактатная работоспособность проявляется при выполнении физических
нагрузок в зоне максимальной мощности, т. е. нагрузок предельно возможной
мощности, которую можно сохранить лишь в течение 15–20 с.
Мышечная работа максимальной мощности, как известно,
обеспечивается креатинфосфатным путем ресинтеза АТФ. В мышечных
клетках всегда имеется креатинфосфат – соединение, содержащее
фосфатную группу, связанную с остатком креатина макроэргической
связью. Содержание креатинфосфата в мышцах в покое – 15–20 ммоль/кг.
Креатинфосфат обладает большим запасом энергии и высоким
сродством к АДФ. Поэтому он легко вступает во взаимодействие с
молекулами АДФ, появляющимися в мышечных клетках при физической
работе в результате гидролиза АТФ. В ходе этой реакции остаток фосфорной
кислоты с запасом энергии переносится с креатинфосфата (Кр~Ф) на молекулу
АДФ с образованием креатина (Кр) и АТФ:
Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]