- •Химическая структура мышц
- •Энергетическое обеспечение мышечной деятельности в зависимости от ее характера и длительности
- •Биохимические основы и закономерности спортивной тренировки
- •Биохимическое обоснование принципов спортивной тренировки
- •Биохимическая характеристика качеств мышечной деятельности и путей их развития
- •Последовательность биохимических изменений при тренировке и растренировке
Биохимические основы и закономерности спортивной тренировки
Спортивная тренировка является сложным педагогическим процессом, связанным с применением системы мероприятий, обеспечивающей эффективное решение задач физического развития, обучения и воспитания моральных, волевых, интеллектуальных и двигательных качеств. Так рассматривает ее теория физического воспитания.
Определяя спортивную тренировку с позиций биологических, можно констатировать, что она является активной адаптацией, приспособлением человека к интенсивной мышечной деятельности, позволяющим ему развивать большие мышечные усилия и выполнять работу большей интенсивности и длительности. Такая адаптация касается прежде всего процессов регуляции и координации функций при выполнении физических упражнений и сопровождается глубокими функциональными изменениями в организме, которые изучаются физиологией спорта. В основе же этих функциональных изменений лежат изменения биохимические, так как всякое изменение функции есть изменение обмена веществ данной ткани или данного органа и в конечном итоге организма в целом.
Поэтому естественно, что биохимические изменения, происходящие в организме под влиянием тренировки, не ограничиваются только мышечной системой, но распространяются на все ткани и органы — кровь, костную систему, печень, сердце, центральную нервную систему и т. д.
Мышечная деятельность как процесс, требующий определенной затраты энергии, сопровождается расщеплением АТФ, химическая энергия которой преобразуется в механическую энергию мышечных сокращений. Во время мышечной деятельности для ресинтеза АТФ интенсивно расходуются различные вещества: в мышцах — креатинфосфат, гликоген, жирные кислоты, кетоновые тела; в печени происходит расщепление гликогена с образованием сахара, переносимого кровью к работающим мышцам, сердцу и головному мозгу; усиленно расщепляются жиры, окисляются жирные кислоты и т. д. Одновременно в организме накапливаются продукты обмена веществ: фосфорная и молочная кислота, углекислота и другие, частично теряемые организмом, а частично используемые для ресинтеза исходных веществ.
Мышечная деятельность сопровождается увеличением активности ряда ферментов, катализирующих реакции обмена веществ; возрастает активность аденозинтрифосфатазы, фосфорилазы, гексокиназы, различных дегидрогеназ, цитохромоксидазы, протеиназ и липаз; интенсивнее протекают гликолиз и аэробное окисление.
При утомлении возможно снижение активности ряда ферментов, но в период отдыха она не только быстро восстанавливается, но и может превосходить исходный, дорабочий. уровень, при тяжелом утомлении активность ферментов долгое время остается сниженной.
Период отдыха характеризуется высокой интенсивностью аэробного окисленияи дыхательного фосфорилирования, которые дают энергию для активно идущих пластических процессов. Потребление кислорода в периоде отдыха после интенсивной мышечной деятельности всегда повышено. При этом главным субстратом аэробного окислении я становятся сначала образовавшаяся во время работы молочная кислота, а затем липиды и продукты их расщепления. О последнем свидетельствуют понижение в периоде отдыха дыхательного коэффициента, повышенная мобилизация жирных кислот и усиленное образования кетоновых тел, интенсивно потребляемых мышцами.
Наступающая во время отдыха активация ферментных систем аэробного окисления является следствием биохимических изменений, которые происходят в работающих мышцах.
Так, еще в 1930 г. О. Мейергоф показал, что накопление в мышцах молочной кислоты приводит к усилению тканевого дыхания, а это, в свою очередь, ведет к более энергичному окислению молочной кислоты. Удаление же ее избытка сопровождается возвращением тканевого дыхания к исходному уровню.
Дальнейшими исследованиями В. А. Энгельгардта, В. А. Белицера и ряда других авторов было установлено, что тканевое дыхание активируется прежде всего продуктами расщепления креатинфосфата и АТФ и зависит от наличия акцепторов богатых энергией фосфатных групп. Интенсивность тканевого дыхания (а при недостатке кислорода— гликолиза) тем больше, чем выше содержание в ткани АДФ и АМФ — веществ, способных присоединять богатые энергией фосфатные группы, которые образуются при анаэробном (гликолитическом) или аэробном окислении тех или иных субстратов.
Все это нашло выражение в правиле В. А. Энгельгардта о том, что всякая реакция расщепления всегда вызывает или усиливает реакцию, производящую ресинтез.
Ресинтез АТФ, креатинфосфата и гликогена возможен уже и во время работы. Так как наряду с ресинтезом идет интенсивное расщепление этих веществ, содержание их в мышцах при работе большой интенсивности остается пониженным, а при работе умеренной интенсивности лишь стремится к исходному уровню, как правило не достигая его.
Другое дело в периоде отдыха после работы, когда интенсивное расщепление источников энергии, необходимой для мышечных сокращений, прекращается. В мышцах имеется избыток АДФ, АМФ, не фосфорилированного креатина и неорганического фосфата. В крови и тканях содержится большие количество недоокисленных веществ, являющихся субстратами аэробного окисления. Процессы ресинтеза приобретают явный перевес, и происходит не только восстановление, но и сверхвосстановление источников энергии.
Эта закономерность, установленная К.Вейгертом, получила наименование закона суперкомпенсации и является одним из главных теоретических обоснований эффективности спортивной тренировки.
В самом деле, именно возможность повышения функционального уровня организма спортсмена в результате выполнения тренировочных нагрузок придает смысл этому процессу.
Если бы тренировка обеспечивала только восстановление (компенсацию) затраченных ресурсов, любой прогресс, рост результатов был бы невозможен.
Рис. Схема процессов расходования и восстановления источников энергии при мышечной деятельности:
I — работа; II — отдых, 1 — расходование, 2 — восстановление, 3 — сверхвосстановление (суперкомпенсация), 4 — возвращение к исходному уровню.
Исследования показали, что интенсивность восстановления и величина и длительность фазы сверхвосстановления зависят от интенсивности процессов расщепления. Чем интенсивнее (в известных пределах) расходование, тем быстрее идет ресинтез и тем значительнее выражены явления сверхвосстановления. Из сказанного ранее ясно, что чем выше будет к моменту окончания работы содержание АДФ, АМФ, креатина, неорганических фосфатов и недоокисленных веществ, тем интенсивнее будут процессы аэробного окисления и тем быстрее произойдет восстановление в организме дорабочих биохимических соотношений.
Исходя из изложенного в этой главе легко понять, что после упражнений максимальной и субмаксимальной мощности процессы биохимической реституции (восстановления биохимических соотношений, имевших место до работы) будут протекать быстрее, чем после более длительных упражнений средней и умеренной мощности. После очень длительной работы (например, после лыжных гонок на 50 км, марафонского бега, многокилометровых велогонок по шоссе и т. п.) процессы биохимической реституции протекают особен но долго; повышенная потребность в кислороде и усиленное его по требление могут быть в течение двух суток после выступления спортсмена в соревнованиях
Если интенсивность расщепления слишком высока или вследствие большой длительности работы расходуется очень много того или иного вещества, а работа приводит к значительному утомлению, ресинтез протекает более медленно и явления суперкомпенсации наступают много позднее.
Вместе с тем, если суперкомпенсация наступает быстро, повышенный уровень ресинтезируемого вещества в мышцах сохраняется более короткое время, чем в том случае, когда суперкомпенсадия развивается медленно. Так, например, после кратковременной интенсивной работы превышение исходного уровня гликогена в мышцах животных наступает уже после 1 часа отдыха, а через 12 часов уровень гликогена становится дорабочим, исходным. После же работы большой длительности суперкомпенсация наступает только через 12 часов, но зато повышенный, сверх исходного, уровень гликогена в мышцах сохраняется более трех суток.
Восстановление нормального содержания различных веществ, расходуемых во время работы, происходит в разное время. Прежде всего из крови и мышц устраняется избыток молочной кислоты (частично окисляемой, а частично используемой для ресинтеза гликогена), затем происходит ресинтез креатинфосфата, далее — гликогена и, наконец, белков. Например, после 15-минутной интенсивной работы содержание креатинфосфата в мышцах животных восстанавливается через 30—40 мин., гликогена — через час, а белков — через 6 часов. В ресинтезе этих веществ принимает участие АТФ. Поэтому энергично ресинтезируемая в период отдыха АТФ все время тратится, и восстановление ее нормального уровня в мышцах происходит в последнюю очередь.
Такой порядок восстановления нормальных биохимических соотношений в периоде отдыха является важной биологической закономерностью и имеет большое практическое значение в процессе спортивной тренировки. В биохимии спорта он получил название принипа геторохронности (разновременности) биохимической реституции (Н.Р.Чаговец, Н.Н. Яковлев).
В различных органах процессы биохимической реституции совершаются также неодновременно. Так, нормальное содержание гликогена прежде всего восстанавливается в головном мозгу, затем в миокарде, еще позднее — в скелетных мышцах и, наконец, в печени. Ресинтез гликогена в мозгу, миокарде и скелетных мышцах может происходить за счет внутренних ресурсов организма путем образования углеводов из веществ неуглеводной природы и из части образовавшейся во время работы молочной кислоты или путем перераспределения углеводов в организме. В последнем случае расщепление гликогена печени продолжается и во время отдыха, а поступающий в кровь сахар задерживается головным мозгом, миокардом и скелетными мышцами и используется для ресинтеза гликогена.
В печени гликоген во время отдыха может частично образовываться из молочной кислоты, но полное восстановление его нормального уровня возможно лишь за счет углеводов, поступающих в организм с пищей.
Одной из биохимических основ изменения организма под влиянием тренировки являются неизбежно наступающее при мышечной деятельности повышение активности ферментных систем и сверхвосстановление источников энергии, затрачиваемых во время работы. Так как и то и другое сохраняется в течение некоторого времени по окончании работы, последующая работа совершается в более выгодных биохимических условиях и, в свою очередь, приводит к дальнейшему повышению функционального уровня. Это подтверждается исследованиями химизма мышц при повторной работе, выполняемой в фазе сверхвосстановления после предыдущей работы. После такой повторной работы содержание гликогена и креатинфос-фата, а также активность ферментов оказываются существенно выше, чем после работы, которой предшествовал длительный период относительного покоя.
Явления сверхвосстановления распространяются не только на источники энергии, но и на мышечные белки, которые в некоторой степени расходуются во время работы. Происходящие во время отдыха ресинтез мышечных белков и синтез их из продуктов расщепления резервных белков печени, приносимых к мышцам кровью, лежат в основе наступающего под влиянием тренировки увеличения белковой массы мышц, т. е. их рабочей гипертрофии.
Тренирующий эффект, оказываемый физическими упражнениями, может сказываться непосредственно после его выполнения (срочный тренирующий эффект), проявляться в последующие дни (отставленный эффект) или быть следствием биохимических изменений, постепенно накапливающихся в процессе тренировки (кумулятивный эффект).
Резюмируя сказанное, следует подчеркнуть, что в мышце в результате работы происходят биохимические изменения, которые вследствие присущих им закономерностей неизбежно влекут за собой повышение функционального уровня. При этом правильное понимание химизма действия упражнения на организм возможно лишь при рассмотрении работы и отдыха как единого процесса. Биохимическая перестройка, начавшаяся во время работы, заканчивается в периоде отдыха.