Источники аэробной энергии при мышечной деятельности. Аэробная мощность
Источники аэробной энергии при мышечной деятельности
Источником энергии при мышечной деятельности является аденозинтрифосфат (АТФ). Существует три механизма поступления АТФ: алактатный; окислительное фосфорилирование; гликолитический.
В начале мышечного сокращения креатинфосфат (КФ) обеспечивает быстрое восполнение АТФ, однако запасы КФ ограничены, поэтому он снабжает мышцы энергией только в течение нескольких секунд. По мере продолжения или усиления мышечной активности основным источником АТФ становятся жирные кислоты, которые вступают в реакцию окислительного фосфорилирования. По мере увеличения интенсивности расщепления АТФ при интенсивной физической нагрузке обеспечение мышц АТФ осуществляется в результате гликолиза.
Аэробная мощность
Аэробная мощность - это интенсивность использования аэробной энергии; ее нередко определяют как объем (V) кислорода (02), поглощаемый за минуту при максимальной нагрузке. Аэробную мощность обычно выражают в миллилитрах кислорода на килограмм массы тела. Аэробная мощность играет важную роль при прерывистой или длительной активности. Когда продолжительность физической активности превышает 3 мин, значение аэробного пути производства энергии резко возрастает.
Хотя высокий уровень аэробной мощности является обязательным условием успешного выступления в видах спорта на выносливость, предсказать успех на основании только этого показателя невозможно. Более точным прогностическим фактором успеха в видах спорта на выносливость является анаэробный порог, т.е. интенсивность физической активности, при которой повышается уровень лактата в крови. У хорошо подготовленных спортсменов, занимающихся аэробными видами спорта, анаэробный порог может превышать 90% ХЮ. Этот порог представляет собой верхний предел энергообеспечения за счет преимущественно аэробных источников.
Тренировочные занятия аэробной направленности повышают сердечный выброс, объем циркулирующей крови, а также потребление артериального кислорода мышцей, что приводит к увеличению аэробной мощности.
Спортсмены с более высокими показателями аэробной мощности быстрее восстанавливаются после интенсивных нагрузок анаэробной направленности по сравнению со спортсменами, чьи показателя аэробной мощности ниже. Уровень аэробной мощности в значительной мере обусловлен генетически. В результате тренировок его можно увеличить только на 20 - 25 %.
Чтобы точно определить уровень аэробной мощности, требуется современное лабораторное оборудование – можно оценить на основании субмаксимальных тестов, однако степень погрешности составляет 15 %, что неприемлемо, если мы имеем дело с сильнейшими спортсменами.
Простым полевым тестом для оценки уровня аэробной мощности является тест, предусматривающий измерение дистанции, которую спортсмен преодолевает за 12 мин
www.medmoon.ru
Аэробная работоспособность Биохимические факторы
Аэробный механизм ресинтеза АТФ в обычных условиях обеспечивает около 90 % общего количества АТФ, ресинтезируемой в организме. Ферментные системы аэробного обмена расположены в основном в митохондриях мышц. Механизм аэробного окисления питательных веществ носит название «окислительное фосфорилирование.
В качестве субстратов аэробного окисления используются глюкоза, высшие жирные кислоты, отдельные аминокислоты, кетоновые тела, молочная кислота и другие недоокисленные продукты метаболизма. Все эти вещества постепенно превращаются в единое вещество — ацетил-КоА, который далее окисляется в цикле лимонной кислоты до конечных продуктов СО2 и Н2О с участием многочисленных окислительных ферментов и вдыхаемого кислорода, доставляемого к тканям гемоглобином эритроцитов крови, а в скелетных мышцах — с участием кислорода, накапливаемого белком миоглобина. Энергия окисления накапливается в восстановленной форме переносчиков водорода НАДН2 и ФАДН2, которые передают высокоэнергетические электроны по дыхательной цепи на вдыхаемый кислород, а протоны водорода создают на мембране митохондрий протонный градиент, который является движущей силой для генерирования АТФ в процессе окислительного фосфорилирования. Когда разница протонного градиента достигает определенной величины (200 мВ), протоны движутся через мембрану митохондрий и взаимодействуют с кислородом с образованием Н2О.
При потреблении одинакового количества кислорода объем выполненной работы будет большим в том случае, если энергетическим субстратом будут углеводы, а не жиры. Углеводы являются более эффективным "топливом" по сравнению с жирами, так как на их окисление требуется на 12 % меньше кислорода в расчете на молекулу синтезированной АТФ. Поэтому в условиях недопоступления кислорода при физических нагрузках энергообразование происходит в первую очередь за счет окисления углеводов.
Поскольку запасы углеводов в организме ограничены, ограничена и возможность их использования в видах спорта, требующих проявления общей выносливости. После исчерпания запасов углеводов к энергообеспечению работы подключаются жиры, запасы которых позволяют выполнять очень длительную работу. Так, в марафонском беге за счет использования мышечного гликогена работа мышц продолжается в течение 80 мин. Часть АТФ может быть получена за счет мобилизации гликогена печени. Следовательно, за счет углеводов можно обеспечить энергией 75 % марафонской дистанции. Остальное количество энергии образуется за счет окисления жирных кислот. Учитывая, что жирные кислоты содержат большое количество энергии, весьма важно развивать способность организма спортсмена к более ранней их мобилизации для энергообеспечения работы. Для этого рекомендуется периодически использовать в тренировке аэробные нагрузки — бег на сверхдлинные дистанции (по 30-40 км и более).
В качестве субстрата окисления могут использоваться и белки-, которые распадаются на аминокислоты, способные превращаться в глюкоз или другие метаболиты аэробного процесса окисления. Однако вклад белков в образование энергии при мышечной деятельности составляет всего 5-10%.
Максимальная мощность аэробного механизма наименьшая и составляет 1,2 кДж∙кг-1∙мин-1 и в равной степени зависит от скорости поступлениия и скорости утилизации О2 в клетках. Мощность аэробного энергообразования оценивается по величине максимального потребления кислорода (МПК), достигнутого при выполнении мышечной работы. У спортсменов эта величина составляет в среднем 5,5-6 л∙мин-1, а у неспортсменов ‒ 2,5-3,5 л∙мин-1. Поскольку она отражает скорость потребления О2 в работающих мышцах, а на скелетные мышцы приходится большая часть активной массы тела, то в целях сравнения аэробных способностей разных людей величины МПК обычно выражают в расчете на 1 кг массы тела. У молодых людей, не занимающихся спортом, МПК составляет 40-45 мл∙кг-1∙мин-1 (800-1000 Дж∙кг-1∙мин-1), у спортсменов, занимающихся видами спорта на выносливость, ‒ 80-90 мл∙кг-1∙мин-1 (1600-1800 Дж∙кг-1∙мин-1).
Максимальная мощность аэробного процесса достигается на 2-3-й минуте неинтенсивной работы у спортсменов и на 4-5-й минуте ‒ у неспортсменов и может поддерживаться до 15-30-й минуты. В более длительных упражнениях она постепенно уменьшается. При марафонском беге средний уровень аэробной энергопродукции составляет 80-85 % максимальной аэробной мощности.
Наиболее интенсивно протекают процессы аэробного энергообразования в медленносокращающихся мышечных волокнах. Следовательно, чем выше процентное содержание таких волокон в мышцах, несущих основную нагрузку при выполнении упражнения, тем больше максимальная аэробная мощность у спортсменов и тем выше физическая работоспособность при продолжительной работе.
Метаболическая емкость аэробного механизма практически безгранична, поскольку имеются большие запасы энергетических источников, дающих большое количество ресинтезируемой АТФ. Так, при окислении 1 молекулы глюкозы в аэробных условиях образуется 38 молекул АТФ, тогда как в анаэробных — только 2 АТФ:
C6h22O6 + 6O2 - 6CO2 + 6h3O + 38АТФ
При окислении высших жирных кислот, например пальмитиновой, образуется еще больше энергии:
C16h42O2 + 23O2 - 6CO2 + 146h3O + 130(129)АТФ
Эффективность энергообразования этого механизма также высокая и составляет около 50 %. Определяется она по порогу анаэробного обмена (ПАНО): у нетренированных людей ПАНО наступает при потреблении кислорода примерно 50 % от уровня VO2max, а у высокотренированных на выносливость — при 80-90 % МПК. Увеличение показателя ПАНО под влиянием специальной тренировки связано с повышением (адаптацией) возможностей кислородтранспортной системы, а также ферментативных, регуляторных и других систем.
Аэробный механизм энергообразования является основным при длительной работе большой и умеренной мощности: беге на дистанции 5000 и 10 000 м, марафонском беге на 25 000 м, велогонках, плавании на 800 и 1500 м, беге на коньках на 5000 и 10 000 м. Он является биохимической основой общей выносливости.
biofile.ru
12 Основы энергообеспечения
обычно выражается в процентах от МПК.
Анаэробный порог может с большей уверенностью предсказать ваш результат на дистанции, длящейся от 30 минут до 4 часов, нежели величина МПК. На практике, скорость бега, при которой бегун достигает анаэробного порога, вероятнее прогнозирует результат в марафоне, чем его МПК
У нетренированных людей анаэробный порог составляет 50% МПК, а у тренированных - 70%. Такие высокие показатели аэробных способностей тренированных людей означают, что они могут выполнять нагрузку при более высоком проценте от своего МПК.
Системы энергообеспечения физической нагрузки
Большинство людей или, по крайней мере, многие могут объяснить, как мотор в их автомашине приходит в действие. Они знают, что для того чтобы сжигать топливо, мотору необходим кислород. Они знают, что по мере того как скорость машины растет, двигателю требуется больше топлива и больше кислорода. Они также знают, что если они не обеспечат машину топливом и кислородом, то она просто не поедет.
Подобным же образом в организм человека должна постоянно поступать энергия для выполнения множества сложных задач. Во время физической нагрузки вашему организму требуется больше энергии. Необходимо любым способом предоставить эту дополнительную энергию, иначе вы непременно остановитесь. Существует две взаимосвязанных системы энергообеспечения организма: одна из них функционирует в присутствии кислорода, другая - без кислорода. Это, соответственно, аэробная и анаэробная системы.
АТФ - энергетическая валюта
Высокоэнергетическое химическое соединение аденозинтрифосфат (АТФ) используется во всех процессах внутри клетки, которые требуют энергии. Энергия, выделяемая в результате распада АТФ, используется для поддержания всех функций организма, в частности для мышечного сокращения. Именно поэтому АТФ считается "энергетической валютой" клетки. Другое высокоэнергетическое соединение, которое называется креатин-фосфат(КрФ), дает небольшой запас "быстрой" энергии. Энергия, высвобождаемая при распаде запасов АТФ и КрФ, способна поддерживать нагрузку максимальной мощности (например, бег на 100 метров) в течение6-8с (см. Схему12-1).
Для постоянного обеспечения мышц энергией запасы АТФ должны непрерывно восполняться. Мышечные клетки образуют и поддерживают запасы АТФ, утилизируя глюкозу из углеводов, жирные кислоты из жиров, и в меньшей степени, аминокислоты из белков. Организм освобождает энергию из пищевых или собственных запасов углеводов, жиров и белков для синтеза новых высокоэнергетических молекул АТФ.
studfiles.net
Таблица 15 максимальная аэробная мощность у спортсменов различных специализаций и нетренированных мужчин
Таблица 15
Максимальная аэробная мощность у спортсменов различных
специализаций и нетренированных мужчин
(по данным различных авторов)
| Специализация | МПК (мл/мин/кг) | ||
| Astrand, 1970 | Wilmore, 1984 | В.Л.Карпман, 1988 | |
| Лыжные гонки | 83 | 83 | 77 |
| Бег на длинные дистанции | 80 | 72 | 74 |
| Бег на средние дистанции | 76 | - | 72 |
| Конькобежный спорт | 78 | 66 | 75 |
| Велосипедный спорт (шоссе) | 75 | 70 | 74 |
| Плавание | 67 | 59 | 70 |
| Гребля на байдарке | 70 | 63 | 69 |
| Спортивная ходьба | 71 | - | 67 |
| Теннис | 59 | - | 62 |
| Борьба | 57 | 59 | 60 |
| Хоккей | 52 | 56 | 60 |
| Футбол | 51 | 58 | 57 |
| Гимнастика | - | 46 | 47 |
| Тяжелая атлетика | - | 45 | 45 |
| Метания | - | 44 | 42 |
| Нетренированные | 43 | 42 | 43 |
Представляют также интерес данные о величине аэробной мощности у населения стран с различным уровнем двигательной активности (табл.16).
Наиболее высокие значения МПК отмечены у жителей Швеции (58 мл/кг) – страны с традиционно высоким уровнем развития массовой физической культуры. На втором месте активные американцы (49 мл/кг), и замыкают таблицу показатели населения Индии (36,8 мл/кг/), большая часть которого склонна к пассивному созерцательному образу жизни. Средние показатели аэробных возможностей населения нашей страны практически не отличаются от индийцев (36-38 мл/кг). У лежачих больных величина МПК не превышает 28-30 мл/кг, а после перенесенного инфаркта миокарда – 21-25 мл/кг. То есть уровень аэробных возможностей организма четко отражает состояние здоровья и физическую подготовленность индивида. Таковы результаты массовых исследований, выполненных под эгидой ВОЗ в рамках международной антикоронарной программы.
Таблица 16
Максимальная аэробная производительность у нетренированных
популяций разных стран (по данным различных зарубежных авторов)
| Страна | Возраст (лет) | МПК (мл/мин/кг) | Год |
| США | 10 – 17 | 49,0 | 1949 |
| Швеция | 12 - 20 | 57,8 | 1960 |
| ГДР | 10 - 19 | 46,0 | 1961 |
| США | 18 - 30 | 43,5 | 1955 |
| Норвегия | 18 - 30 | 44,0 | 1973 |
| Швеция | 18 - 30 | 58,0 | 1970 |
| Великобритания | 18 - 30 | 41,0 | 1972 |
| Нигерия | 18 - 30 | 46,0 | 1972 |
| Канада | 18 - 30 | 44,5 | 1941 |
| Япония | 18 - 30 | 45,0-55,0 | 1967 |
| Индия | 17 - 25 | 36,8 | 1974 |
Повышение аэробных возможностей и общей выносливости является наиболее важным свойством всех циклических упражнений. Поэтому они и получили название аэробных или просто «аэробики» (Купер).
«Аэробика» - э
то система физических упражнений, энергообеспечение которых полностью осуществляется за счет использования (потребления) кислорода без образования кислородной задолженности.
По определению Американского института спортивной медицины (АИСМ), к аэробным относятся только те циклические упражнения, в которых участвует не менее 2/3 мышечной массы тела. Для достижения положительного эффекта продолжительность аэробных упражнений должна быть не менее 30 мин, а интенсивность – не выше уровня ПАНО (рис. 3).
Рис.3. Зоны тренировочного режима у бегунов.
А – неподготовленных; Б – хорошо тренированных.
Во втором случае уровень ПАНО выше, а границы аэробной зоны шире.
Именно для циклических упражнений, направленных на развитие общей выносливости, характерны важнейшие морфофункциональные изменения системы кровообращения и дыхания: повышение сократительной и «насосной» функции сердца, улучшение утилизации миокардом кислорода, капилляризация миокарда и работающих скелетных мышц, «рабочая гиперемия» и нормализация артериального давления и другие. Ациклические же упражнения такими свойствами не обладают. Поэтому основой комплексной программы «Аполлон» мы и избрали аэробную тренировку на выносливость. То есть т и п нагрузки, наиболее полно соответствующий задачам профилактики наркомании и реабилитации, - это аэробные циклические упражнения, самым простым и доступным из которых является оздоровительный бег.
Объем нагрузки (продолжительность или километраж). По степени воздействия на организм в оздоровительной физической культуре (так же, как и в спорте) различают пороговые, оптимальные, пиковые нагрузки, а также сверхнагрузки. Однако эти понятия относительно физической культуры имеют несколько иной физиологический смысл.
Пороговая нагрузка – это нагрузка, превышающая уровень привычной двигательной активности, та минимальная величина тренировочной нагрузки, которая дает необходимый оздоровительный эффект: возмещение недостающих энергозатрат, повышение функциональных возможностей организма и снижение факторов риска. С точки зрения возмещения недостающих энергозатрат, пороговой является такая продолжительность нагрузки, такой объем бега, которые соответствуют расходу энергии не менее 2000 ккал в неделю. Такой расход энергии обеспечивается при беге продолжительностью около 3 ч (3 раза в неделю по 1 ч), или 30 км бега при средней скорости 10 км/ч, так как при беге в аэробном режиме расходуется примерно 1 ккал/кг на 1 км пути (0,98 у женщин и 1,08 ккал/кг у мужчин).
Повышение функциональных возможностей наблюдается у начинающих бегунов при недельном объеме медленного бега, равном 15 км. Американские и японские ученые наблюдали повышение МПК на 14% после завершения 12-недельной тренировочной программы, которая состояла из 5-километровых пробежек 3 раза в неделю (К.Купер,1970; Doba,1983). Французские ученые (Leon, Bloor, 1976) при принудительной тренировке животных на тредбане (3 раза в неделю по 30 мин) через 10 недель обнаружили значительное увеличение плотности капиллярного русла миокарда и коронарного кровотока. Нагрузки, вдвое меньшие по объему (по 15 мин), подобных изменений в миокарде не вызывали.
Снижение основных факторов риска также наблюдается при объеме бега не менее 15 км в неделю. Так, при выполнении стандартной тренировочной программы (бег 3 раза в неделю по 30 мин) отмечалось отчетливое снижение артериального давления до нормальных величин. Нормализация липидного обмена по всем показателям (холестерин, ЛНВ, ЛВП) отмечается при нагрузках свыше 2 ч в неделю. Сочетание таких тренировок с рациональным питанием позволяет успешно бороться с избыточной массой тела. Таким образом, минимальной нагрузкой для начинающих, необходимой для профилактики сердечно-сосудистых заболеваний и укрепления здоровья, следует считать 15 км бега в неделю, или 3 занятия по 30 мин.
Оптимальная нагрузка – это нагрузка такого объема и интенсивности, которая дает максимальный оздоровительный эффект для данного индивида. Зона оптимальных нагрузок ограничена снизу уровнем пороговых, а сверху – максимальных нагрузок. На основании многолетних наблюдений было выявлено, что оптимальные нагрузки для подготовленных бегунов составляют 40-60 мин 3-4 раза в неделю (в среднем 30-40 км в неделю). Дальнейшее увеличение количества пробегаемых километров нецелесообразно, поскольку не только не способствует дополнительному приросту функциональных возможностей организма (МПК), но и создает опасность травматизации опорно-двигательного аппарата, нарушения деятельности сердечно-сосудистой системы (пропорционально росту тренировочных нагрузок). Так, Купер (1986), на основании данных Далласского центра аэробики, отмечает рост травматизации опорно-двигательного аппарата при беге более 40 км в неделю. Tuckman (1983) наблюдал улучшение психического состояния и настроения, а также снижение эмоциональной напряженности у женщин при недельном объеме бега 40 км. Дальнейшее увеличение тренировочных нагрузок сопровождалось ухудшением психического состояния. При увеличении объема беговых нагрузок у молодых женщин до 50-60 км в неделю в ряде случаев отмечалось нарушение менструального цикла (в результате значительного снижения жирового компонента), что может стать причиной половой дисфункции. Некоторые авторы беговым «барьером» называют 90 км в неделю, превышение которого может привести к своеобразной «беговой наркомании» в результате чрезмерной гормональной стимуляции (выделение в кровь эндорфинов). Нельзя не учитывать также отрицательное влияние больших тренировочных нагрузок на иммунитет, обнаруженное многими учеными (В.Л.Шубик, М.Я.Левин,1984, и др.).
В связи с этим все, что выходит за рамки оптимальных тренировочных нагрузок, не является необходимым с точки зрения здоровья. Оптимальные нагрузки обеспечивают повышение аэробных возможностей, общей выносливости и работоспособности, то есть уровня физического состояния и здоровья. Максимальная длина тренировочной дистанции в оздоровительном беге не должна превышать 20 км, поскольку с этого момента в результате истощения мышечного гликогена в энергообеспечение активно включаются жиры, что требует дополнительного расхода кислорода и приводит к накоплению в крови токсичных продуктов. Бег на 30-40 км требует повышения специальной марафонской выносливости, связанной с использованием свободных жирных кислот (СЖК), а не углеводов. Задача же оздоровительной физкультуры – укрепление здоровья путем развития общей (а не специальной) выносливости и работоспособности.
Проблемы марафонского бега. Преодоление марафонской дистанции является примером сверхнагрузки, которая может привести к длительному снижению работоспособности и истощению резервных возможностей организма. В связи с этим марафонская тренировка не может быть рекомендована для занятий оздоровительной физкультурой (тем более, что она не приводит к увеличению «количества» здоровья) и не может рассматриваться как логическое завершение оздоровительного бега и высшая ступень здоровья. Более того, избыточные тренировочные нагрузки, по мнению некоторых авторов, не только не препятствуют развитию возрастных склеротических изменений, но и способствуют их быстрому прогрессированию (А.Г.Дембо,1980, и др.).
В связи с этим целесообразно хотя бы вкратце остановиться на физиологических особенностях марафонского бега.
В последние годы марафонская дистанция становится все более популярной, несмотря на трудности, связанные с ее преодолением и экстремальным воздействием на организм. Бегу на сверхдлинные дистанции присущ аэробный характер энергообеспечения, однако соотношение использования углеводов и жиров для окисления различно в зависимости от длины дистанции, что связано с запросами мышечного гликогена. В мышцах нижних конечностей у спортсменов высокого класса содержится 2% гликогена (2 г на 100 г мышечной ткани), а у любителей оздоровительного бега – всего 1,46%. Запасы мышечного гликогена не превышают 300-400 г, что соответствует 1200-1600 ккал (при окислении 1 г углеводов освобождается 4,1 ккал). Если учесть, что при аэробном беге расходуется 1 ккал/кг на 1 км пути, то спортсмену весом 60 кг этого количества энергии хватило бы на 20-25 км. Таким образом, при беге на дистанцию до 20 км запасы мышечного гликогена полностью обеспечивают мышечную деятельность, и никаких проблем возмещения энергетических ресурсов не возникает. Причем на долю углеводов приходится около 80% общих энергозатрат, а на долю жиров – только 20%. При беге на 30 км и более запасов гликогена уже явно не хватает, и вклад жиров в энергообеспечение (за счет окисления СЖК) возрастает до 50% и более. В крови накапливаются токсичные продукты обмена, отравляющие организм. При продолжительности бега 4 ч и более эти процессы достигают максимума, и концентрация мочевины в крови (показатель интенсивности белкового обмена) достигает критических величин (10 ммоль/л). Питание на дистанции не решает проблемы нехватки углеводов, так как во время бега процессы всасывания из желудка нарушены. У недостаточно подготовленных бегунов падение глюкозы в крови может достигать опасных величин – 40-45 мг% вместо 100 мг% (норма).
Дополнительные трудности возникают также вследствие потери жидкости с потом - до 5-6 л, а в среднем – 3-4% массы тела. Особенно опасен марафон при высокой температуре воздуха, что вызывает резкое повышение температуры тела. Испарение с поверхности тела 1 мл пота приводит к отдаче 0,5 ккал тепла. Потеря 3 л пота (средняя потеря во время марафонского забега) обеспечивает теплоотдачу около 1500 ккал. Так, во время Бостонского марафона у бегунов 40-50 лет наблюдалось повышение температуры тела (по данным телеметрической регистрации) до 39-41 градусов. В связи с этим возрастала опасность теплового удара, особенно при недостаточной подготовленности; описаны даже случаи смерти от теплового удара во время марафона (Doba, 1983).
Отрицательное влияние на организм может оказать и подготовка к марафону, требующая значительного увеличения тренировочных нагрузок. Американские авторы Браун и Грэхем (1989) отмечают, что для успешного преодоления марафона необходимо последние 12 недель перед стартом бегать ежедневно минимум по 12 км или по 80-100 км в неделю, что значительно больше бегового оптимума (уже не оздоровительная, а профессиональная тренировка). У людей старше 40 лет такая нагрузка нередко приводит к перенапряжению миокарда, двигательного аппарата или центральной нервной системы. Вот почему, прежде чем приступить к марафонской тренировке, необходимо решить, какую цель вы преследуете, и трезво взвесить свои возможности – с учетом физиологического эффекта марафона. Тем же, кто достаточно подготовлен и во что бы то ни стало решил подвергнуть себя этому нелегкому испытанию, необходимо пройти цикл специальной марафонской тренировки. Смысл ее состоит в том, чтобы безболезненно и как можно раньше «приучить» организм к использованию для энергообеспечения жиров (СЖК), сохраняя, таким образом, запасы гликогена в печени и мышцах и предотвращая резкое снижение глюкозы в крови (гипогликемию) и уровня работоспособности. Для этого необходимо постепенно увеличивать дистанцию воскресного бега до 30-38 км, не изменяя при этом объемы нагрузок в остальные дни. Это позволит избежать чрезмерного увеличения суммарного объема бега и перенапряжения опорно-двигательного аппарата.
Интенсивность нагрузки. Интенсивность нагрузки зависит от скорости бега и определяется по ЧСС или в процентах от МПК.
В зависимости от характера энергообеспечения все циклические упражнения делятся на четыре зоны тренировочного режима (рис.3).
1. Анаэробный режим – скорость бега выше критической (выше уровня МПК), содержание молочной кислоты (лактата) в крови достигает 15-25 ммоль/л. В оздоровительной тренировке не используется.
2. Смешанный аэробно-анаэробный режим – скорость между уровнями ПАНО и МПК, лактат крови – от 5 до 15 ммоль/л. Периодически может использоваться хорошо подготовленными бегунами для развития специальной (скоростной) выносливости при подготовке к соревнованиям.
3. Аэробный режим – скорость между аэробным порогом и уровнем ПАНО (2,0-4,0 ммоль/л). Используется для развития и поддержания уровня общей выносливости.
4. Восстановительный режим – скорость ниже аэробного порога1, лактат меньше 2 ммоль/л. Используется как метод реабилитации после перенесенных заболеваний.
Тренировка в оздоровительном беге должна проводиться в аэробной зоне энергообеспечения, так как образование кислородной задолженности у неподготовленных бегунов может привести к спазму коронарных сосудов. Это значит, что интенсивность нагрузки должна быть не выше уровня ПАНО. Этот показатель аэробных возможностей организма может значительно варьироваться в зависимости от возраста и уровня физической подготовленности. Его величина наиболее точно может быть выражена в процентах от МПК; у начинающих физкультурников соответствует примерно 50-60% от индивидуальных значений МПК. С увеличением стажа занятий и ростом тренированности в упражнениях на выносливость уровень ПАНО может возрастать до 75-80% МПК, вследствие чего границы аэробной зоны значительно расширяются (рис.3), а скорость бега возрастает при той же концентрации лактата в крови (до 4,0 ммоль/л).
ПАНО является более информативным показателем аэробных возможностей, чем МПК. С ростом тренированности в процессе занятий оздоровительной физкультурой увеличение МПК наблюдается лишь в течение первого года занятий. В дальнейшем повышение аэробной производительности и выносливости осуществляется именно за счет повышения уровня ПАНО, который приближается к уровню МПК. В связи с этим у начинающих любителей бега скорость должна соответствовать 50-60% МПК, а у опытных бегунов с многолетним стажем занятий она может возрастать до 75-80% МПК, что соответствует уровню их индивидуального ПАНО. Более высокая интенсивность занятий в оздоровительной физкультуре считается нецелесообразной (Hollman, 1981; Купер, 1987, и др.).
Таким образом, наиболее физиологически обоснованной является дозировка интенсивности нагрузки в процентах от МПК, которую достаточно точно можно определить по частоте сердечных сокращений, так как между этими показателями существует прямая корреляционная зависимость (табл.17). Эту зависимость наглядно отражает формула Хольмана: оптимальная ЧСС равна 180 минус возраст, что соответствует 60% МПК (интенсивность нагрузки, оптимальная для начинающих бегунов). В связи с повышением уровня ПАНО в процессе тренировки, хорошо подготовленные бегуны могут пользоваться формулой 190 минус возраст (75% МПК).
Таблица 17
refdb.ru
Развитие аэробной мощности | Мастерская Л.А. Остапенко
Если вы заинтересованы в развитии аэробной мощности, то лучше всего работать на велотренажере, поскольку он дает возможность в широких пределах варьировать мощность выполняемой работы. По моим наблюдениям, интервальная схема нагрузки - очень эффективный и результативный прием совершенствования этого важного качества - аэробной мощности, а это качество спортсмена срабатывает почти в любом виде спорта, где нужно иметь солидный ее запас.
Как образец такой работы может выступать занятие на велотренажере, в котором выполняется 5 минут вращения педалей на уровне нагрузки, которая обеспечивает частоту пульса, равную 85% от максимальной (напомню, что максимальную ЧСС следует определять по распространенной популярной формуле "220 минус возраст в годах"), вслед за чем выполняется 5 минут работы на частоте пульса около 80% от максимальной, а затем еще 5 минут "восстановительной" работы на самом низком уровне мощности (1 зона), которую может обеспечить велотренажер. В ходе последнего отрезка впемени, однако, вы должны сохранять темп вращения педалей около 90 оборотов в минуту. Это повторяется 5 раз подряд.
Уверяю вас, это работа не для неподготовленных людей - ею могут заниматься атлеты, имеющие опыт работы в устойчивой зоне пульса, разумеется, в пределах аэробной ("жиросжигающей") зоны. Занятие подобного рода выводит вас на такой уровень обмена, который будет достаточно долго сохранять повышенную ЧСС и, разумеется, повышенный темп обменных процессов.
Еще один вариант интервального режима работы на велотренажере - это короткие "спурты" на фоне работы при устойчивой ЧСС. Наиболее яркий пример - 8 секундный спринт на максимальной скорости вращения педалей, на который вы только способны. Далее у вас есть 52 секунды на "восстановление", при котором вы просто сохраняете скорость вращения педалей около 90 оборотов в минуту, прежде чем повторить очередной спринт в течение 8 секунд.
Если вы прежде не прибегали к такому варианту работы, попробуйте начинать не с 8-, а с 5-секундного спринта, и по мере того, как постепенно адаптируетесь к интервальной работе, удлиняйте "спринты", скажем, на 1 секунду каждую неделю.
Это мощная метаболическая нагрузка, которая требует включения подавляющего объема всех энергосистем в ходе одного занятия, и она является превосходным тренировочным стимулом.
ostapenko.sportservice.ru
КОНТРОЛЬ МОЩНОСТИ И ЕМКОСТИ АЭРОБНЫХ ПРОЦЕССОВ
⇐ ПредыдущаяСтр 8 из 11Следующая ⇒Для оценки мощности и емкости аэробных процессов используется значительное количество достаточно информативных биологических показателей. В их числе есть комплексные показатели (например, максимальное потребление кислорода, максимальная вентиляция легких, порог анаэробного обмена, сердечный выброс и др.), позволяющие дать интегральную оценку аэробных возможностей, и локальные (например, количество МС-волокон, артерио-венозная разница кислорода, объем митохондриальной массы и др.), при помощи которых могут быть оценены отдельные возможности системы внешнего дыхания, крови, кровообращения, мышечного аппарата. Перейдем к рассмотрению отдельных показателей, наиболее часто применяемых в процессе контроля выносливости спортсменов.
Максимальноепотребление кислорода (УОгтах).
Этот показатель отражает скорость максимального потребления кислорода и используется для оценки мощности аэробного процесса. Регистрируются абсолютные показатели максимального потребления кислорода (VO2 лмин"1), которые находятся в прямой зависимости от массы тела спортсмена, и относительные (УОг мл-мин" кг"1), находящиеся в обратной зависимости от массы тела.
Чем выше уровень максимального потребления кислорода, тем выше доля аэробного обеспечения при выполнении стандартной работы, ниже относительная мощность аэробного процесса, выраженная в процентах от максимального уровня. Спортсмены высокого класса отличаются исключительно высокими величинами УОгшах: абсолютные значения у мужчин могут достигать 6—7 л, относительные — 85—95 мл-мин"1-кг"1, у женщин — соответственно 4—4,5 и 65—72 млмшг'-кг"1.
Максимальная вентиляция легких (VE)(лмин' ) используется для оценки мощности системы внешнего дыхания. Предельные показатели регистрируются в условиях произвольной вентиляции и обычно составляют у нетренированных мужчин 110—120 л-мин"1, у женщин — 90—100 л-мин"1. У спортсменов высокого класса регистрируются исключительно высокие величины: до 190—200 л и более — у мужчин, до 130—140 л и более — у женщин.
Время достижения максимальных для данвой работы показателей потребления кислородаотражает способность к быстрой мобилизации возможностей аэробного процесса. У нетренированных спортсменов максимальные для данной работы величины потребления кислорода регистрируются обычно через 2—3 мин после ее начала. Спортсмены высокого класса, особенно специализирующиеся в гребле, беге на дистанциях 400, 800 и 1500 м, плавании на дистанциях 100, 200 и 400 м способны к значительно более интенсивной мобилизации аэробного процесса и часто достигают предельных показателей уже через 30—40 с после ее начала.
Порог анаэробного обмена (ПАНО)наступает при критической мощности работы, когда мощность аэробного процесса оказывается недостаточной для энергообеспечения работы. Происходит активное включение анаэробного гликолитического процесса, сопровождающееся накоплением лактата.
В спортивной практике ПАНО оценивается по величине потребления кислорода при постоянном уровне лактата в крови (около 4 ммоль-л" ) в процентах по отношению к уровню УОгтах. У нетренированных лиц порог анаэробного обмена находится примерно на уровне 50—55 % VChmax. У спортсменов высокого класса (например, бегунов-стайеров, велосипедистов-шоссейников) может достигать 85—90 % VChmax.
Продолжительность работы на уровне ПАНОслужит хорошим показателем оценки емкости аэробного процесса. Нетренированные спортсмены обычно не могут работать на этом уровне более 5—6 мин, у спортсменов высокого класса, специализирующихся в видах спорта, предъявляющих высокие требования к аэробной производительности, продолжительность работы на уровне ПАНО может достигать 1,5—2 ч.
Время удержания максимальных для данной работы величин вентиляции легких (VE)также используется для оценки емкости аэробного процесса. Легочную вентиляцию на уровне 80 % максимальной высококвалифицированные спортсмены способны поддерживать в течение 10—15 мин, а выдающиеся стайеры — до 30—40 мин и более, нетренированные лица — до 3—5 мин.
О повышении эффективности легочной вентиляции принято судить по вентиляционному эквиваленту 02, т. е. по объему легочной вентиляции на один литр потребленного кислорода (VE/VO2). В результате тренировки у квалифицированных спортсменов наблюдается тенденция к снижению количества вентилируемого воздуха при одинаковом потреблении кислорода по сравнению с нетренированными лицами.
Сердечный выброс(л-мин'1) отражает способность сердца прокачивать большое количество крови по сосудам и определяется количеством крови, выбрасываемым в сосудистую систему за 1 мин. В состоянии покоя сердечный выброс обычно составляет 4,5—5,5 л, у тренированных лиц незначительно (на 5—10 %) меньше, чем у нетренированных. При предельных физических нагрузках сердечный выброс возрастает в несколько раз: у нетренированных — в среднем в 4 раза (до 18—20 лмин"1), а у спортсменов высокого класса, специализирующихся в видах, требующих высокого уровня аэробной производительности, — в 8—10 раз (до 40—45 лмин"1 и более).
Систолический выбросиспользуется для оценки мощности системы центральной гемодинамики и определяется количеством крови, выбрасываемым желудочками сердца при каждом сокращении. В условиях покоя у нетренированных лиц систолический объем составляет 60—70 мл, у тренированных — 80—90 мл, у спортсменов высокой квалификации — 100—110 мл. При выполнении максимальной работы систолический объем увеличивается у нетренированных лиц до 120—130 мл, у тренированных — до 150—160 мл, у выдающихся спортсменов — 200—220 мл.
Систолический объем возрастает пока ЧСС не превышает 180—190 в 1 мин, а у особо подготовленных спортсменов — даже до 200—220 в 1 мин. Дальнейший прирост ЧСС, как правило, сопровождается уменьшением систолического выброса.
Объем сердца(мл) у нетренированных мужчин составляет 11,2 мл на 1 кг массы тела, у женщин — 8—9 мл. У спортсменов высокого класса (бегунов на длинные дистанции, велогонщиков, лыжников) часто отмечается объем сердца, достигающий у мужчин 15,5—16 мл/кг, или 1100—1200 мл и более (зарегистрированы случаи, когда сердце выдающихся спортсменов достигало 1300—1400 и даже 1500—1700 мл, а у женщин — 1200 мл).
Частота сокращений сердца (в 1мин). В процессе контроля обычно регистрируются показатели ЧСС в покое, при стандартной нагрузке, а также максимальные показатели ЧСС. Снижение ЧСС в покое в определенной мере отражает производительность и экономичность функционирования сердечно-сосудистой системы. У не занимающихся
спортом ЧСС в покое составляет обычно 70—80 в 1 мин, у спортсменов высокой квалификации может снижаться до 40—50 идаже 30—40 в 1 мин.
При стандартной нагрузке у высокотренированных спортсменов отмечаются более низкие величины ЧСС по сравнению с нетренированными лицами, а при предельных нагрузках ЧСС у не занимающихся спортом обычно не превышает 175—190 в 1 мин, в то время как у бегунов-стайеров, велосипедистов-шоссейников, лыжников максимальные показатели ЧСС могут достигать 210—230 и даже 250 в 1 мин и более.
Способность сердца к напряженной работе в течение длительного времениво многом отражает емкость аэробного процесса. Спортсмены, отличающиеся особо высоким уровнем адаптации сердца, способны в течение 2—3 ч работать при ЧСС 180—200 в 1 мин, систолическом выбросе 170—200 мл, сердечном выбросе 35—42 л, т. е. поддерживать околопредельные (90—95 % максимально доступных величин) показатели сердечной деятельности очень длительное время. Нетренированные лица, имея почти в два раза меньшие величины систолического выброса и минутного объема крови, способны поддерживать их лишь в течение 5—10 мин.
Артерио-венозная разность кислородапри нагрузках, предъявляющих максимальные требования к аэробным процессам, является важным показателем утилизации кислорода работающими мышцами.
Адаптационные перестройки гемодинамического и метаболического характера приводят к тому, что у спортсменов высшего класса (например, у велосипедистов-шоссейников, лыжников, бегунов на длинные дистанции) отмечаются различия в содержании кислорода в артериальной и венозной крови, достигающие 18—19 об. %, в то же время у нетренированных лиц при предельных нагрузках
отмечаются величины, обычно не превышающие 10-11 об. %.
Мышечный кровоток.В процессе тренировки совершенствуется перераспределение кровотока между активными и неактивными органами, так что максимальная доля сердечного выброса, которая может быть направлена к работающим мышцам, у спортсменов при выполнении максимальной работы составляет 85—90 %, у нетренированных — 60—70 %, при этом условия кровоснабжения жизненно важных неактивных органов и тканей тела у спортсменов лучше, чем у не занимающихся спортом. Благодаря увеличению объема капиллярной сети максимально возможный мышечный кровоток при интенсивных нагрузках у спортсменов выше, чем у нетренированных лиц, а при стандартных — значительно ниже (рис. 30.24, 30.25).
Капилляризация мышечных волокон.Степень капилляризации мышечных волокон отражает аэробную производительность мышц, определяет емкость кровотока в рабочих мышцах и возможности передачи энергетических веществ (прежде всего кислорода) через капиллярно-клеточные мембраны. В результате тренировки увеличивается число капилляров, приходящихся на одно мышечное волокно. Среднее число капилляров на 1 мм^ поперечника мышечных волокон у нетренированных составляет 325, а у спортсменов — 400—450. У квалифицированных спортсменов мышечное волокно может быть окружено 5—6-ю капиллярами, у женщин — 4—5, в то время как у не занимающихся спортом — 3—4-я капиллярами (Коц, 1986).
Композиция и структурные особенности мышечных волоконпрямо связаны с возможностями спортсмена к проявлению различных видов выносливости. Установление в структуре мышечной ткани повышенного количества МС-волокон отражает биологические предпосылки мыши к выносливости при работе аэробного характера, а БСа- и БСб-волокон — к выносливости при работе аэробного характера. Увеличение площади волокон того или иного типа в поперечном срезе мышц отражает прирост выносливости к работе аэробного или анаэробного характера.
Хорошо известно, что чем больше объемная плотность и размеры митохондрий и соответственно выше активность митохондриальных ферментов
окислительного метаболизма, тем выше способность мышц к утилизации кислорода, доставляемого с кровью. Поэтому определение доли митохондрий в исследуемом объеме, поверхности митохондрий в ткани мышц, поверхности митохондриальных крист, которые под влиянием напряженной тренировки могут возрастать соответственно на 15—25, 35—45 и 65—75 %, помогает оценить способность мышц утилизировать кислород и осуществлять аэробный ресинтез АТФ.
Количество мышечного гликогена свидетельствует о способности мышц к выполнению длительной работы и является одним из важных показателей, отражающих емкость аэробного процесса. Под влиянием тренировки количество гликогена в мышцах может возрасти на 50—60 % и более (Wil-more, Costill, 1994).
Увеличению объема информации, отражающей уровень аэробных возможностей спортсмена, способствует регистрация и многих других достаточно информативных показателей: общего объема циркулирующей крови и соответственно количества гемоглобина, объема циркулирующей плазмы, объема циркулирующих эритроцитов, концентрации белка в плазме крови, максимального систолического и пульсового давления, способности мышц окислять углеводы, и особенно жиры, и др. Эти показатели в совокупности с перечисленными позволяют еще в большей мере изучить аэробные возможности спортсменов и выявить резервы их дальнейшего увеличения.
КОНТРОЛЬ ЭКОНОМИЧНОСТИ
Для контроля экономичности расходования энергетического потенциала используются разнообразные показатели, регистрируемые в процессе выполнения специфических нагрузок различной мощности и продолжительности, и в восстановительном периоде после их окончания.
Выделяют интегральные показатели, несущие совокупную информацию о механической эффективности работы и экономичности энергетических процессов. В спортивной практике наиболее широко применяется регистрация механической эффективности работы (определяется как отношение количества энергии, необходимой для выполнения работы, к реально затраченному количеству энергии на ее выполнение). В условиях стандартных нагрузок механическая эффективность работы выше у квалифицированных спортсменов и колеблется в пределах 25—27 %, у лиц, не занимающихся спортом, — в пределах 20—22 %.
Кислородная стоимость работы оценивается по количеству кислорода, затраченного на единицу работы (мл Ог/Вт). У спортсменов высокого класса кислородная стоимость работы на 40—60 % выше, чем у лиц, не занимающихся спортом.
Более всестороннему контролю экономичности способствует регистрация значительного количества локальных показателей, ориентированных на оценку экономичности отдельных функций, определяющих механическую эффективность работы и экономичность энергетических процессов. К таким показателям относятся: гемодинамический и
вентиляционный эквиваленты, ватт-пульс, пульсовая стоимость работы и др.
Гемодинамический эквивалент(усл. ед.) представляет собой отношение сердечного выброса к потреблению кислорода и отражает эффективность утилизации кислорода из крови, протекающей к работающим органам. У спортсменов высокого класса, отличающихся высокой эффективностью системы утилизации кислорода, часто регистрируются величины порядка 6,25—6,50 усл. ед., в то время как у спортсменов, специализирующихся в скоростно-силовых видах спорта, а также у лиц, не занимающихся спортом, гемодинамический эквивалент обычно не опускается ниже 8—9 усл. ед.
Вентиляционный эквивалент(усл. ед.) представляет собой отношения легочной вентиляции к потреблению кислорода, отражает эффективность утилизации кислорода из воздуха, поступающего в легкие. У спортсменов высокого класса эффективность утилизации кислорода выше (24,5 усл. ед.), чем у нетренированных лиц и у представителей скоростно-силовых видов спорта (30—35 усл. ед.)
Показатель кислородной стоимости дыхания(мл Ог/л Ог) характеризует механическую эффективность аппарата внешнего дыхания, определяется отношением потребления кислорода, затраченного на работу дыхательных мышц, к потреблению кислорода во время работы. Под влиянием тренировки кислородная стоимость дыхания существенно снижается и у высококвалифицированных спортсменов составляет 140 л/мин — 2,6 мл Ог/л О2, тогда как у малотренированных спортсменов — 4,8—5 мл Ог/л 02.
Пульсовая стоимость работы(уд.) характеризуется общим количеством сокращений сердца при выполнении стандартной по мощности и длительной работы. Регистрируется суммарная частота сокращений сердца, затраченная на выполнение заданной работы за вычетом ЧСС покоя. Наиболее точная характеристика имеет место в том случае, если определяется избыточное количество сокращений сердца, зарегистрированное как во время выполнения работы, так и в восстановительном периоде (Платонов, 1980).
Читайте также:
lektsia.com
Аэробная и анаэробная энергетическая система. Итоги
Ну, что давайте подытожим:
В организме мирно сосуществуют 2 основные энергетические системы, обеспечивающие образование АТФ: анаэробная и аэробная.
1. Анаэробная система:
а) Аэробная алактатная (фосфатная) .
Источники энергии:
• АТФ
• Креатин-фосфат
Скорость образования АТФ: очень высокая.
Объем производства АТФ: очень ограниченный из за малого количества и креатин-фосфата в мышцах.
Используется: взрывной кратковременной работе (продолжительностью до 7-12 секунд).
б) Анаэробная лактатная (гликолитическая).
Источники энергии:
• Гликоген мышц и печени и глюкоза крови
Скорость образования АТФ: высокая.
Объем производства АТФ: ограниченный из-за накопления лактата (молочной кислоты) в мышцах, что приводит к утомлению.
Используется: при выполнении упражнений высокой интенсивности и малой продолжительности (1-3 минуты).
2. Аэробная .
а) Аэробный гликолиз
Источники энергии:
• Гликоген мышц, печени и глюкоза крови
Скорость образования АТФ: медленная.
Объем производства АТФ: ограничивается запасами гликогена. Напрямую зависит от скорости доставки кислорода к работающим мышцам.
Используется: при выполнении аэробных упражнений средней интенсивности (продолжительностью более 3 минут).
б) Аэробное окисление жирных кислот
Источники энергии:
• Жирные кислоты
Скорость образования АТФ: медленная.
Объем производства АТФ: неограниченный. Напрямую зависит от скорости доставки кислорода к работающим мышцам. Сжигание жира требует большого потребления кислорода.
Используется: при выполнении аэробных упражнений низкой и средней интенсивности продолжительностью более 20 минут (после истощения запасов гликогена).
Вот интересно, после изучения систем энергообразования в наших мышцах, у вас не возникло мысли о том, что раз существуют такие разные способы извлечения энергии, то неплохо было бы и самим мышцам придать эдакую «специализацию» или «предрасположенность» к получению энергии тем или иным способом? Вы не поверите, но мудрая мать-природа именно так и рассудила! Именно поэтому у нас и существуют различные типы мышечных волокон. Вот они:
Типы мышечных волокон>>
www.hudeika.ru
