Система энергообеспечения для субмаксимальной мощности

Система энергообеспечения для субмаксимальной мощности

Если подходить строго, то после 3-4-ой минуты работы биохимические изменения в организме в существенной мере характерны для работы большой мощности. Но величина 5 минут является общепризнанной.

С биохимической точки зрения работа субмаксимальной мощности — это работа, энергообеспечение которой осуществляется преимущественно за счет бескислородного расщепления гликогена. То есть АТФ для данного вида мышечной работы синтезируется за счет использования энергии бескислородного распада гликогена.

Гликоген, за счет которого синтезируется АТФ при работе субмаксимальной мощности, берется из самих мышечных клеток, из крови, а также в несущественной степени поступает в кровь из мест своего резервного хранения (из печени).

Чтобы организм начал с высокой скоростью бескислородно расщеплять гликоген, ему необходимо от 10 до 20 секунд (максимальная скорость расщепления достигается после 50-60 секунд работы). Поэтому, работа субмаксимальной мощности может продолжаться с 10-20 секунды до 3-4 минуты околопредельной по напряженности деятельности.

Классическими примерами работы субмаксимальной мощности являются олимпийские беговые дистанции 400 м и 800 м, а также бег 1000 м, плавание 50 м, 100 м, 200 м, скоростной бег на коньках на дистанции 500 м, 1000 м, 1500 м, велогонки — гиты на 1000 м, гребля на дистанции 500 м и 1000 м и др.

Основная химическая реакция, которая дает энергию для образования АТФ при работе субмаксимальной мощности (бескислородный распад гликогена), имеет один очень неприятный побочный эффект — гликоген без участия кислорода может распадаться только частично, с образованием недоокисленных продуктов распада — низкомолекулярных кислот (молочной, пировиноградной и других).

Накопление кислот в мышечных клетках изменяет свойства их внутреннего содержимого, затрудняя протекание процесса мышечного сокращения. В таких условиях клетка стремится избавиться от кислот, отдавая их в протекающую мимо кровь. Кислоты проникают в кровь, потому что в клетках их концентрация выше, чем в протекающей мимо крови. Проникновение большого количества кислот в кровь приводит к изменению важной биологической константы — показателя кислотности-щелочности (ph) крови.
Подробнее об изменении ph при работе субмаксимальной мощности

Снижение ph крови изменяет свойства белков и является угрозой их разрушения. Именно поэтому в организме человека существуют мощные механизмы поддержания ph крови на строго определенном уровне. Эти механизмы называются буферными системами крови .
Однако скорость образования кислот при работе субмаксимальной мощности настолько высока, что буфферные системы крови не успевают нейтралировать закисление. Поэтому закисление крови имеет место, и это закисление очень велико.
У спортсменов высокого класса (мастера спорта и выше) закисление крови, возникающее вследствие выполнения работы субмаксимальной мощности на ответственных соревнованиях, может быть несовместимо с жизнью. Организм неспортсменов или спортсменов младших и средних разрядов не способен выдержать работу, приводящую к смерти в результате закисления крови.
Причины смерти спортсменов в результате выполнения работы субмаксимальной мощности

Большое количество продуктов распада, образующееся в ходе выполнения работы субмаксимальной мощности, поступая из клеток в близлежащие капилляры крови, обуславливает расширение мелких кровеносных сосудов и открытие резервных кровеносных сосудов (находившихся в закрытом состоянии в покое). Расширение сосудов в несколько раз увеличивает кровоток через работающие мышцы. В целом, за счет увеличения деятельности сердца, расширения сосудов и других механизмов кровоток через работающие мышцы может увеличиться в 20-25 раз (!) .

Если бы кислород мог доставляться тканям с той же скоростью, с которой он необходим для мышечного сокращения при работе субмаксимальной мощности, его потребление превысило бы максимально возможное потребление организмом кислорода в несколько раз. Но возможности системы дыхания насытить кровь кислородом, сердечно-сосудистой системы — доставить кислород нуждающимся тканям ограничены. Несмотря на то, что при работе субмаксимальной мощности система дыхания и сердечно-сосудистая система успевают выйти на предельную мощность своего функционирования, запрос работающих мышц в кислороде остается неудовлетворенным, именно поэтому гликоген распадется бескислородно с образованием кислот. Другая причина, по которой гликоген распадается бескислородно в том, что эта реакция протекает намного быстрее, чем кислородный распад того же гликогена. При работе же субмаксимальной мощности необходимо чрезвычайно быстрое освобождение энергии.

Несоответствие между запросом клеток в кислороде и реальными возможностями организма удовлетворить этот запрос называется кислородным долгом . Во время работы субмаксимальной мощности кислородный долг достигает предельных для данного организма величин.

У высококвалифицированных спортсменов кислородный долг может достичь 20-22 литров! То есть 20-22 литра кислорода (не воздуха, а кислорода ! ) организму необходимо потребить сверх нормы после окончания работы, чтобы ликвидировать задолженность перед организмом.

Высокий запрос сокращающихся мышц в кислороде заставляет систему дыхания и сердечно-сосудистую систему работать с предельной для них интенсивностью, а достаточная длительность работы позволяет этим системам успеть развернуть максимально возможную мощность своего функционирования.

Так, частота сердечных сокращений при работе субмаксимальной мощности может достигать 180-200 ударов в минуту (в покое — 60-80 ударов в минуту), частота дыхания — 50-70 дыхательных движений в минуту (в покое — 10-16 дыхательных движений в минуту), объем воздуха, поглощаемого за один вдох — 2-3 литра (в покое около 0.5 литра), объем крови, выбрасываемой сердцем за одно сокращение — 150-200 мл (в покое — 50-70 мл), время полного кругооборота крови — 6-7 секунд (в покое — 22-24 секунды), систолическое артериальное давление — 180-240 миллиметров ртутного столба (в покое — 115-125 миллиметров ртутного столба).
Данные получены на спортсменах мужчинах.

Источник

II. Зона работы субмаксимальной мощности

date image2015-05-20
views image9016

facebook icon vkontakte icon twitter icon odnoklasniki icon

Для работы субмаксимальной мощности характерна высокая частота движений, но меньшая, чем при работе максимальной мощности.

Работа проходит в субмаксимальной зоне мощности в упражнениях, длящихся от 20 секунд до 3-4 минут. К этой группе относятся: бег на 400, 800 и 1500 метров; конькобежный спорт, плавание, гребля, велосипедный спорт с временем работы до 4 минут.

Эта работа идет преимущественно за счет анаэробных источников энергии, но в этой зоне уже идут и аэробные процессы. Чем больше время работы (ближе к 3 минутам), тем большее значение имеют аэробные источники.

Работу в зоне субмаксимальной мощности можно разделить на две подгруппы:

1) работа, длящаяся до 50 секунд;

2) работа, длящаяся более 50 секунд (до 4 минут).

Работа до 50 секунд ведется преимущественно, как и в зоне максимальной мощности, за счет анаэробных источников, только в данном случае преобладает значение анаэробного расщепления глюкозы (гликолиза), а в зоне максимальной мощности — АТФ и КрФ. В кислородном долге преобладает лактатная фракция, но алактатная еще составляет значительную часть.

При работе, длящейся более 50 секунд (до 4 минут) лишь 15-20% энергии обеспечивается за счет АТФ и КрФ, 55% — за счет гликолиза и 25% — за счет аэробного

расщепления глюкозы, поэтому кислородный долг в основном составляет лактатная фракция.

В сравнении с зоной максимальной мощности в зоне субмаксимальной мощности суммарный кислородный запрос выше и составляет, в зависимости от времени работы, 20 -50л, а минутный – ниже (до 35л); кислородный долг в процентном отношении к запросу — меньше (75 — 85%), а в литрах – больше (до 35л).

Для этой зоны характерно резкое усиление кровообращения и дыхания (особенно при работе, длящейся более 50 секунд). При этом увеличиваются до предельных показателей ЧСС (200 — 220 уд/мин), ЧДД, систолический объем и минутный объем крови (до 35 — 40 литров).

Вследствие того, что в этой зоне интенсивно идут процессы гликолиза, образуется огромное количество молочной кислоты, что вызывает сдвиг рН крови и тканей в кислую сторону. Организм к концу работы находится практически в состоянии «отравления» молочной кислотой (содержание в крови 20 — 25 ммоль/л). При этом наблюдаются другие биохимические изменения: высокая концентрация в крови гормона роста, катехоламинов, увеличение содержания глюкозы. Таким образом, зона субмаксимальной мощности — является зоной максимальных физиологических сдвигов.

Спортивный результат при работе в этой зоне определяется возможностями нервно-мышечного аппарата, а также как мощностью гликолитической (анаэробной) энергетической системы, так и мощностью окислительной (аэробной) системы. Большое значение также имеет деятельность сердечно- сосудистой и дыхательной систем.

III. Зона работы большой мощности.

Работа в зоне большой мощности характерна для упражнений, длящихся от 3 до 20 -30 минут (бег от 3000 до 10000 метров).

Суммарный кислородный запрос в этой зоне выше, чем в субмаксимальной (на 10 км — около 130 л), а минутный ниже (5 -6 л).

Через несколько минут после старта потребление кислорода близко к МПК, но, несмотря на это, кислородный запрос все же превышает потребление, поэтому образуется кислородный долг. Кроме того, поддерживать потребление кислорода на уровне близком к МПК (он составляет около 80% от МПК) долго невозможно. Через некоторое время от начала работы потребление кислорода падает, что еще боле увеличивается кислородный долг. В итоге он составляет 20 — 30% от запроса. Лактатная фракция в долге преобладает над алактатной, т.к. за счет гликолиза обеспечивается 15 — 20% энергетических потребностей, а за счет АТФ и КрФ в мышцах только 5 — 10%.

Остальные энергетические потребности (около 80%) покрываются за счет окислительного фосфорилирования глюкозы.

Минутный объем крови в этой зоне составляет 25 — 35 литров, систолический -120 — 160 мл; минутный объем дыхания (МОД) — 130 — 160 л/мин. К З-4 минуте от начала работы ЧСС увеличивается до 180.

Ведущими физиологическими системами при работе в зоне большой мощности являются: сердечно — сосудистая и дыхательная системы, которые функционируют на пределе возможностей. Большую роль играют выделительные процессы в связи с необходимостью выведения молочной кислоты через пот и в связи с необходимостью увеличения теплоотдачи, т.к. температура тела увеличивается при таком режиме работы на 1-2 градуса по Цельсию.

Деятельность этих систем, а также аэробные возможности организма и запасы гликогена определяют работоспособность и спортивный результат при работе в этой зоне.

IV. Зона работы умеренной мощности.

Длительность работы в этой зоне может составлять несколько часов. В группу упражнений с умеренной мощностью входят: бег на 30 км и более (включая марафонский), лыжные гонки от 20 до 50 км, спортивная ходьба с дистанцией свыше 20 км.

Для упражнений в зоне умеренной мощности характерно наличие устойчивого состояния, т.е. равенства величин кислородного запроса и потребления. Наличие устойчивого состояния свидетельствует о том, что энергетические потребности организма практически полностью удовлетворяются за счет аэробных источников. Только в начале работы кислородный запрос превышает потребление.

Часть потребляемого кислорода идет на окислительный ресинтез АТФ, другая часть на непосредственное окисление углеводов и жиров.

В этой зоне возрастает роль жиров как источника энергии, а роль углеводов уменьшается.

Суммарный кислородный запрос составляет до 500 литров.

Потребление кислорода находится на уровне ниже 70% от МПК.

Кислородный долг и накопление молочной кислоты практически отсутствуют. Кислотность крови в норме.

ЧСС при работе в зоне умеренной мощности составляет 140 — 160 уд/мин. Температура тела может достигать 39-40 градусов по Цельсию.

К концу работы в этой зоне (особенно в условиях марафонского бега) наступает истощение запасов гликогена, что ведет к снижению уровня глюкозы в крови до 50 мг% (в норме уровень глюкозы 80 -110 мг%). Это может привести к нарушению работы головного мозга и, как следствие, к обмороку.

Для этой зоны характерно значительное потоотделение (теряется до 1 кг от массы тела в час), что ведет к увеличению вязкости крови, увеличению осмотического давления крови и потере солей. Для нейтрализации вышеперечисленных негативных последствий длительной работы рекомендуется прием растворов глюкозы на дистанции, обильное питье малыми порциями (по 150 — 250 мл) и солевые растворы после работы.

Работа переменной мощности.

Работа переменной мощности наблюдается в кроссах, велогонках и лыжных гонках с перепадом высот на дистанции.

Переменная мощность чаще встречается при работе длительностью более 30 минут.

Если перемена мощности связана с особенностями рельефа, то при преодолении подъемов увеличивается частота движений и сила сокращений мышц, т.е. возрастает мощность работы. При этом увеличивается ЧСС, возрастает систолическое артериальное давление, увеличивается частота дыхания (у велосипедистов может достигать 60 — 70 раз в минуту).

В связи со значительным увеличением ЧСС (до 200 — 210 ударов), укорачивается диастола, во время которой сердце наполняется кровью. Это ведет к снижению величины систолического объема.

Несмотря на то, что потребление кислорода у спортсменов высокого класса может достигать 90% от МПК, этого недостаточно для того, чтобы обеспечить возрастающую мощность работы. Спортсмен достигает ПАНО, возрастает значение анаэробных источников энергии, что ведет к росту кислородного долга и накоплению молочной кислоты.

При спусках мышцы расслабляются, снижается мощность работы. При этом ЧСС еще некоторое время (30 — 50 секунд) поддерживается на прежнем уровне, затем снижается. Падает систолическое артериальное давление. Частота дыхания, также как и ЧСС уменьшается не сразу. Это необходимо для ликвидации кислородного долга. При этом уровень молочной кислоты снижается.

Кратковременное увеличение мощности работы оказывает положительное влияние на приспособительные процессы в организме. Выбрасываемый адреналин увеличивает обмен веществ, усиливает мобилизацию гликогена, повышая уровень глюкозы в крови. Закисление тканей продуктами обмена, в том числе молочной кислотой, облегчает переход кислорода из капилляров в ткани, усиливая тканевое дыхание.

Длительность работы переменной мощности ограничивается истощением энергетических резервов и утомлением ЦНС, т.к. предъявляются большие требования к сенсорным системам и координации движений (например, в лыжных гонках на спусках с поворотами).

Источник

Основы энергообеспечения мышечной деятельности

Конспект по мотивам «ЧСС, лактат и тренировки на выносливость» (Янсен Петер)

Работающим мышцам необходима энергия. Аденозинтрифосфат (АТФ) — это универсальный источник энергии. АТФ распадается до аденозиндифосфата (АДФ). При этом высвобождается энергия.

При интенсивной мышечной работе запасы АТФ расходуются за 2 секунды. АТФ непрерывно восстанавливается (ресинтез) из АДФ. Выделяют три системы ресинтеза АТФ:

  • фосфатную,
  • лактатную,
  • кислородную.

Фосфатная система ресинтеза АТФ

Быстрый ресинтез АТФ в мышцах идет за счет креатинфосфата (КрФ). Запаса КрФ в мышцах хватает на 6-8 секунд интенсивной работы.

При максимальной нагрузке фосфатная система истощается в течение 10 секунд. В первые 2 секунды расходуется АТФ, а затем 6-8 секунд — КрФ. Через 30 секунд после физической нагрузки запасы АТФ и КрФ восстанавливаются на 70%, а через 3-5 минут — полностью.

Фосфатная система важна для взрывных и кратковременных видов физической активности — спринтеры, футболисты, прыгуны в высоту и длину, метатели диска, боксеры и теннисисты.

Для тренировки фосфатной системы непродолжительные энергичные упражнения чередуют с отрезками отдыха. Отдых должен быть достаточно длительным, чтобы успел произойти ресинтез АТФ и КрФ (график 1).

Восстановление АТФ и Крф

Через 8 недель спринтерских тренировок количество ферментов, которые отвечают за распад и ресинтез АТФ, увеличится. После 7 месяцев тренировок на выносливость в виде бега три раза в неделю запасы АТФ и КрФ вырастут на 25-50%. Это повышает способность спортсмена показать результат в видах деятельности, которые длятся не более 10 секунд.

Фосфатная система ресинтеза АТФ называется анаэробной и алактатной, потому что не нужен кислород и не образуется молочная кислота.

Кислородная система ресинтеза АТФ

Кислородная (аэробная) система ресинтеза АТФ поддерживает физическую работу длительное время и важна для спортсменов на выносливость. Энергия выделяется при взаимодействие углеводов и жиров с кислородом. Окисление углеводов требует на 12% меньше кислорода по сравнению с жирами. При физических нагрузках в условиях нехватки кислорода энергообразование происходит в первую очередь за счет окисления углеводов. После исчерпания запаса углеводов к энергообеспечению подключаются жиры. Запаса углеводов (гликоген в печени и мышцах) хватает на 60-90 минут работы субмаксимальной интенсивности. Запасы жиров в организме неисчерпаемы.

Важно. Тренированный спортсмен будет использовать больше жиров и меньше углеводов по сравнению с неподготовленным человеком. Тренированный человек экономит углеводы, запасы которых небезграничны.

Окисление жиров:

Жиры + кислород + АДФ → АТФ + углекислый газ + вода

Углекислый газ выводится из организма легкими.

Распад углеводов (гликолиз):

Первая фаза: глюкоза + АДФ → АТФ + молочная кислота

Вторая фаза: молочная кислота + кислород + АДФ → АТФ + углекислый газ + вода

Чем больше кислорода способен усвоить организм человека, тем выше аэробные способности. Высокие показатели лактата во время нагрузки указывают на несостоятельность аэробной системы. Тренировки могут улучшить аэробные способности на 50%. При недостатке кислорода молочная кислота накапливается в работающих мышцах, что приводит к ацидозу (закислению) мышц. Болезненность мышц — это характерная черта нарастающего ацидоза (боль в ногах у велосипедиста или бегуна, боль в руках у гребца).

Важно. Ацидоз начинается на ускорение. При нарастающем ацидозе спортсмен не способен поддерживать тот же уровень нагрузки. Спортсмен, способный оттягивать момент ацидоза, с большей вероятностью выиграет гонку.

Лактатная система ресинтеза АТФ

Прсле определенного уровня интенсивности работы организм переходит на бескислородное (анаэробное) энергообеспечение, где источник энергии — исключительно углеводы. Интенсивность мышечной работы резко снижается из-за накопления молочной кислоты (лактата).

Глюкоза + АДФ → молочная кислота + АТФ

Ресинтез АТФ идет за счет лактатного механизма:

  • несколько минут в начале любого упражнения пока легкие, сердце и системы транспорта кислорода не приспособятся к потребностям нагрузки;
  • при беге на 100, 200, 400 и 800 м, а также во время любой другой интенсивной работы, длящейся 2-3 мин;
  • в беге на 1500 м вклад аэробного и анаэробного энергообеспечения — 50/50;
  • при кратковременном увеличении интенсивности работы — при рывках, преодолении подъемов, во время финишного броска, например, на финише марафона или велогонки.

Лактат может быть в 20 раз выше нормы. Максимальная концентрация молочной кислоты достигается в беге на 400 м. С увеличением дистанции концентрация лактата снижается (График 2).

Лактат у бегунов

Отрицательные эффекты высокого лактата

  • Мышечная усталость. Если начать длительный бег в высоком темпе или рано приступить к финишному рывку, мышечная усталость, вслед за ростом концентрации лактата, не даст спортсмену выиграть гонку.
  • Ацидоз (закисление) мышечных клеток и межклеточного пространства. Может потребоваться несколько дней, чтобы ферменты снова нормально функционировали и аэробные возможности полностью восстановились. Частое повторение интенсивных нагрузок (без достаточного восстановления) приводит к перетренированности.
  • Повреждение мышечных клеток. После напряженной тренировки в крови повышается уровень мочевины, креатинкиназы, аспартатаминотрансферазы (АсАТ) и аланинаминотрансферазы (АлАТ). Это указывает на повреждение клеток. Чтобы показатели крови снова пришли в норму требуется от 24 до 96 ч. В это время тренировки должны быть легкими — восстановительными.
  • Нарушение мышечного сокращения влияет на координацию. Тренировки на технику не следует проводить если лактат выше 6-8 ммоль/л.
  • Микроразрывы. Незначительные повреждения мышц могут стать причиной травмы при недостаточном восстановление.
  • Замедляется образование КрФ. Лучше не допускать высоких показателей лактата во время спринтерских тренировок.
  • Снижается утилизация жира. При истощение запасов гликогена энергообеспечение окажется под угрозой, поскольку организм будет не способен использовать жир.

На нейтрализацию половины накопившейся молочной кислоты требуется около 25 минут; за 1 час 15 минут нейтрализуется 95% молочной кислоты. Активное восстановление («заминка») очень быстро снижает лактат. В восстановительной фазе лучше выполнять непрерывную, а не интервальную работу (График 3).

Восстановление

Энергетические запасы

Важно. Запаса АТФ хватает на 2-3 секунды работы максимальной мощности. Креатинфосфат (КрФ) расходуется через 8-10 секунд максимальной работы. Гликогеновые запасы заканчиваются через 60-90 минут субмаксимальной работы. Запасы жира практически неисчерпаемы (График 4).

Энергообеспечение во времени

Таблица 1.1 Порядок подключения энергетических систем при физической нагрузке максимальной мощности. Анаэробный — без участия кислорода; аэробный — с участием кислорода. Алактатный — молочная кислота не вырабатывается; лактатный — молочная кислота вырабатывается.

Источник

Поделиться с друзьями
Электрика и электроника