Энергетическая характеристика скоростно-силовых упражнений
также рис. 29).
Таблица 8. Соотношение и площадь поперечного сечения быстрых и медленных мышечных волокон икроножной мышцы у американских легкоатлетов и у нетренированных мужчин (Д. Костилл и др., 1976)
| Спортивная специализация и квалификация (спортивный результат) | % быстрых волокон | Площадь поперечного сечения, мкм2 | % площади, занимаемой быстрыми | |
| быстрых волокон |
медленных волокон |
волокнами | ||
| Спринт (n=2): 100 м-10,5 с | 76,0 (79,0 и 73,0)- | 6034 | 5878 | 76,5 |
| Прыжки в длину (n= 2): 7,52 и 8,41 м | 53 3 (56,0 и 50,7) | 6523 | 4718 | 62,2 |
| Метание диска (n= 2): 60,9 и 61,3 м и толкание ядра (n= 2): 18,9 и 19,7 м | 62,3 (87,048,0) | 9483 | 7702 | 66,0 |
| Бег на средние дистанции (n= 7): 800 м -1.51,5 (1:48,9-1.54,1) | 48,1 (59,530,6) | 7117 | 6099 | 53,5 |
| Нетренированные мужчины (n=11) | 47,4 (62,026,8) | 4965 | 5699 | 44,0 |
Внутри- и межмышечная координация также способствует увеличению скорости движения (мощности), так как при координированной работе мышц их усилия кооперируются, преодолевая внешнее сопротивление с большей скоростью. В частности, при хорошей межмышечной координации сократительное усилие одной мышцы (или группы мышц) лучше соответствует пику скорости, создаваемой предыдущим усилием другой мышцы (или группы мышц). Соответственно следующее усилие становится более эффективным.
Скорость и степень расслабления мышц-антагонистов может быть важным фактором, влияющим на скорость движения. Если требуется увеличить скорость движения, необходимо выполнять в тренировочных занятиях специфические движения (такие же, как в соревновательном упражнении) со скоростью, равной или превышающей ту, которая используется в тренируемом упражнении.
Энергетическая характеристика скоростно-силовых упражнений
С энергетической точки зрения, все скоростно-силовые упражнения относятся к анаэробным. Предельная продолжительность их - менее 1-2 мин. Для энергетической характеристики этих упражнений используется два основных показателя: максимальная анаэробная мощность и максимальная анаэробная емкость (способность). Максимальная анаэробная мощность.
Максимальная для данного человека мощность работы может поддерживаться лишь несколько секунд. Работа такой мощности выполняется почти исключительно за счет энергии анаэробного расщепления мышечных фосфагенов - АТФ и КрФ.
Поэтому запасы этих веществ и особенно скорость их энергетической утилизации определяют максимальную анаэробную мощность. Короткий спринт и прыжки являются упражнениями, результаты которых зависят от максимальной анаэробной мощности,
Для оценки максимальной анаэробной мощности часто используется тест Маргарин. Он выполняется следующим образом.
Испытуемый стоит на расстоянии 6 м перед лестницей и вбегает по ней как только можно быстрее. На 3-й ступеньке он наступает на включатель секундомера, а на 9-й - на выключатель.
Таким образом регистрируется время прохождения расстояния между этими ступеньками. Для определения мощности необходимо знать выполненную работу - произведение массы (веса) тела испытуемого (кг) на высоту (дистанцию) между 3-й и 9-й ступеньками (м)-и время преодоления этого расстояния (с).
Например, если высота одной ступеньки равна 0,15 м, то общая высота (дистанция) будет равна 6 * 0,15 м =0,9 м.При весе испытуемого 70 кг и времени преодоления дистанции 0,5 с. мощность составит (70 кг*0,9 м)/0,5с = 126 кгм/а.
В табл. 9 приводятся нормативные показатели максимальной анаэробной мощности для женщин, и мужчин.
Таблица 9 Классификация показателей максимальной анаэробной мощности (кгм/с, 1 кгм/с = 9,8 Вт.)
| Классификация | Возраст, лет | |
| 15-20 | 20-30 | |
| Мужчины: | ||
| плохая | Менее 113 | Менее 106 |
| посредственная | 113-149 | 106-139 |
| средняя | 150-187 | 140-175 |
| хорошая | 188-224 | 176-210 |
| отличная | Более 2-24 | Более 210 |
| Женщины: | ||
| плохая | Менее 92 | Менее 85 |
| посредственная | 92-120 | 85-111 |
| средняя | 121-151 | 112-140 |
| хорошая | 152-182 | 141-168 |
| отличная | Более 182 | Более 168 |
Ма ксимальная анаэробная емкость. Наиболее широко для оценки максимальной анаэробной, емкости используется величина максимального кислородного долга - наибольшего кислородного долга, который выявляется после работы предельной продолжительности (от 1 до 3 мин). Это объясняется тем, что наибольшая часть избыточного количества кислорода, потребляемого после работы, используется для восстановления запасов АХФ, КрФ и гликогена, которые расходовались в анаэробных процессах за время работы.
Такие факторы, как высокий уровень катехоламинов в крови, повышенная температура тела и увеличенное потребление О2 часто сокращающимся сердцем и дыхательными мышцами, также могут быть причиной повышенной скорости потребления О2 во время восстановления после тяжелой работы. Поэтому имеется лишь весьма умеренная связь между величиной максимального долга и максимальной.анаэробной емкостью.
В среднем величины максимального кислородного долга у спортсменов выше, чем у неспортсменов, и составляют у мужчин 10,5 л (140 мл/кг веса тела), а у женщин-5,9 л (95 мл/кг веса тела). У неспортсменов они равны (соответственно) 5 л (68 мл/кг веса тела) и 3,1 л (50 мл/кг веса тела). У выдающихся представителей скоростно-силовых видов спорта (бегунов на 400 и 800 м) максимальный кислородный долг может достигать 20 л (Н.
И. Волков). Величина кислородного долга очень вариативна и не может быть использована для точного предсказания результата.
По величине алактацидной (быстрой) фракции кислородного долга можно судить о той части анаэробной (фосфагенной) емкости, которая обеспечивает очень кратковременные упражнения скоростно-силового характера (спринт).
Простое определение емкости алактацидного кислородного долга состоит в вычислении величины кислородного долга за первые 2 мин восстановительного периода. Из этой величины можно выделить фосфагенную фракцию алактацидного долга, вычитая из алактацидного- кислородного долга количество кислорода, используемого для восстановления запасов кислорода, связанного с миоглобином и находящегося в тканевых жидкостях: емкость фосфагенного (АТФ + КФ) кислородного долга (кал/кг веса тела) = [ (О2-долг 2мин - 550) * 0,6 * 5 ] / вес тела (кг)
Первый член этого уравнения - кислородный долг (мл), измеренный в течение первых 2 мин восстановления после работы предельной продолжительности 2- 3 мин; 550 - это приблизительная величина кислородного долга за 2 мин, который идет на восстановление кислородных запасов миоглобина и тканевых жидкостей; г 0,6 - эффективность оплаты алактацидного кислородного долга; 5 - калорический эквивалент 1 мл О2.
Типичная максимальная величина фосфагенной фракции кислородного долга - около 100 кал/кг веса тела, или 1,5-2 л О2-В результате тренировки скоростно-силового характера она может увеличиваться в 1,5-2 раза.
Наибольшая (медленная) фракция кислородного долга после работы предельной продолжительности в несколько десятков секунд связана с анаэробным гликолизом, т. е. с образованием в процессе выполнения скоростно-силового упражнения молочной кислоты, и потому обозначается как лактацидный кислородный долг Эта часть кислородного долга используется для устранения молочной кислоты из организма путем ее окисления до СО2 и Н2О и ресинтеза до гликогена.
Для определения максимальной емкости анаэробного гликолиза можно использовать расчеты образования молочной кислоты в процессе мышечной работы. Простое уравнение для оценки энергии, образующейся за счет анаэробного гликолиза, имеет вид: энергия анаэробного гликолиза (кал/кг веса тела) = содержанию молочной кислоты в крови (г/л) * 0,76 * 222, где содержание молочной кислоты определяется как разница между наибольшей концентрацией ее на 4-5-й мин после работы (пик содержания молочной кислоты в крови) и концентрацией в условиях покоя; величина 0,76 - это константа, используемая для коррекции уровня молочной кислоты в крови до уровня ее содержания во всех жидкостях; 222 - калорический эквивалент 1 г продукции молочной кислоты.
Максимальная емкость лактацидного компонента анаэробной энергии у молодых нетренированных мужчин составляет около 200 кал/кг веса тела, что соответствует максимальной концентрации молочной кислоты в крови около 120 мг% (13 ммоль/л). У выдающихся представителей скоростно-силовых видов спорта максимальная концентрация молочной кислоты в крови может достигать 250-300 мг%, что соответствует максимальной лактацидной (гликолитической) емкости 400-500 кал/кг веса тела.
Такая высокая лактацидная емкость обусловлена рядом причин. Прежде всего, спортсмены способны развивать более высокую мощность работы и поддерживать ее более продолжительно, чем нетренированные люди. Это, в частности, обеспечивается включением в работу большой мышечной массы (рекрутированием), в том числе быстрых мышечных волокон, для которых характерна высокая гликолитическая способность.
Повышенное содержание таких волокон в мышцах высококвалифицированных спортсменов - представителей скоростно-силовых видов спорта - является одним из факторов, обеспечивающих высокую гликолитическую мощность и емкость. Кроме того, в процессе тренировочных занятий, особенно с применением повторноинтервальных упражнений анаэробной мощности, по-видимому, развиваются механизмы, которые позволяют спортсменам переносить (терпеть) более высокую концентрацию молочной кислоты (и соответственно более низкие значения рН) в крови и других жидкостях тела, поддерживая высокую спортивную работоспособность.
Особенно это характерно для бегунов на средние дистанции.
Силовые и скоростно-силовые тренировки вызывают определенные биохимические изменения в тренируемых мышцах. Хотя содержание АТФ и КрФ в них несколько выше, чем в нетренируемых (на 2030%), оно не имеет большого энергетического значения.
Более существенно повышение активности ферментов, определяющих скорость оборота (расщепления и ресинтеза) фосфагенов (АТФ, АДФ, АМФ, КрФ), в частности миокиназы и креатин фосфокиназы (Яковлев Н. Н.).
Глава 4. Физиологические основы выносливости. Определение понятия
Понятие выносливость употребляется в обыденной речи в очень широком смысле для того, чтобы охарактеризовать способность человека к продолжительному выполнению того или иного вида умственной или физической (мышечной) деятельности. Характеристика выносливости как двигательного физического качества (способности) человека относительна: она относится только к определенному виду деятельности.
Иначе говоря, выносливость специфична - она проявляется у каждого человека при выполнении определенного, специфического вида деятельности.
В зависимости от типа и характера выполняемой физической (мышечной) работы различают:
1. статическую и динамическую выносливость, т. е. способность длительно выполнять соответственно статическую или динамическую работу;
2. локальную и глобальную выносливость, т. е. способность длительно осуществлять соответственно локальную работу (с участием небольшого числа мышц) или глобальную работу (при участии больших мышечных групп - более половины мышечной массы);
3. силовую выносливость, т. е. способность многократно повторять упражнения, требующие проявления большой мышечной силы;
4. анаэробную и аэробную выносливость, т. е. способность длительно выполнять глобальную работу с преимущественно анаэробным или аэробным типом энергообеспечения.
В спортивной физиологии выносливость обычно связывают с выполнением таких спортивных упражнений, которые требуют участия большой мышечной массы (около половины и более всей мышечной массы тела) и продолжаются непрерывно в течение 2-3 мин и более благодаря постоянному потреблению организмом кислорода, обеспечивающего знергопродукцию в работающих мышцах преимущественно или полностью аэробным путем. Иначе говоря, в спортивной физиологии выносливость определяют как способность длительно выполнять гл оба льнуло мышечную работу преимущественно или исключительно аэробного характера.
К спортивным упражнениям, требующим проявления выносливости, относятся все аэробные упражнения циклического характера, в частности легкоатлетический бег на дистанциях от 1500 м, спортивная ходьба, шоссейные велогонки, лыжные гонки на всех дистанциях, бег на коньках на дистанциях от 3000 м, плавание на дистанциях от 400 м и др.
Аэробные возможности организма и выносливость
При выполнении упражнений преимущественно аэробного характера скорость потребления кислорода (л О2/мин) тем выше, чем больше мощность выполняемой нагрузки (скорость перемещения). Поэтому в видах
спорта, требующих проявления большой выносливости, спортсмены должны обладать большими аэробными возможностями: 1) высокой максимальной скоростью потребления кислорода, т. е. большой аэробной мощностью, и 2) способностью длительно поддерживать высокую скорость потребления кислорода (большой аэробной емкостью).
Рис. 33.
Абсолютное (л/мин) и относительное (мл/кг * мин) МПК У мужчин (А) и женщин (Б) -представителей разных видов спорта (П.-О. Астранд и К. Роодал, 1977)
Максимальное потребление кислорода. Аэробные возможности человека определяются прежде всего максимальной для него скоростью потребления кислорода.
Чем выше МПК, тем больше абсолютная мощность максимальной аэробной нагрузки. Кроме того, чем выше МПК, тем относительно легче и потому длительнее выполнение аэробной работы.
Например, спортсмены А и Б должны бежать с одинаковой скоростью, которая требует у обоих одинакового потребления кислорода - 4 л/мин. У спортсмена А МПК. равно 5 л/мин и потому дистанционное потребление О2 составляет 80% от его МПК.
У спортсмена Б МПК равно 4,4 л/мин н, следовательно, дистанционное потребление О2 достигает 90% от его МПК. Соответственно для спортсмена А относительная физиологическая нагрузка при таком беге ниже (работа легче), и потому он может поддерживать заданную скорость бега в течение более продолжительного времени, чем спортсмен Б.
Таким образом, чем выше МПК у спортсмена, тем более высокую скорость он может поддерживать на дистанции, тем, следовательно, выше (при прочих равных условиях) его спортивный результат в упражнениях, требующих проявления выносливости. Чем выше МПК, тем больше аэробная работоспособность (выносливость), т. е. тем больший объем работы аэробного Характера способен выполнить человек.
Причем эта зависимость выносливости от МПК проявляется (в некоторых пределах) тем больше, чем меньше относительная мощность аэробной нагрузки.
Отсюда понятно, почему в видах спорта, требующих проявления выносливости, МПК у спортсменов выше, чем у представителей других видов спорта, а тем более чем у нетренированных людей того же возраста (рис. 33). Если у нетренированных мужчин 20-30 лет МПК в среднем р.авно 33,5 л/мин (или 45- 50 мл/кг * мин), то у
высококвалифицированных бегунов-стайеров и лыжников оно достигает 5-6 л/мин (или более 80 мл/кг * мин). У нетренированных женщин МПК равно в среднем 2-2,5 л/мин (или 35-40 мл/кг * мин), а у лыжниц около 4 л/мин (или более 70 мл/кг * мин).
Абсолютные показатели МПК (л О2/мин) находятся в прямой связи с размерами (весом) тела (рис. 34,Л). Поэтому наиболее высокие абсолютные показатели МПК имеют гребцы, пловцы, велосипедисты, конькобежцы.
В этих видах спорта наибольшее значение для физиологической оценки данного качества имеют абсолютные показатели мпк.
Относительные показатели МПК (мл О2/кг * мин) у высококвалифицированных спортсменов находятся в обратной зависимости от веса тела (рис. 34,5). При беге и ходьбе выполняется значительная работа по вертикальному перемещению массы тела и, следовательно, при прочих равных условиях (одинаковой скорости передвижения) чем больше вес спортсмена, тем больше совершаемая им работа (потребление О2).
Поэтому бегуны на длинные дистанции, как правило, имеют относительно небольшой вес тела (прежде всего за счет минимального количества жировой ткани и относительно небольшого веса костного скелета). Если у нетренированных мужчин 18-25 лет жировая ткань составляет 15- 17% веса тела, то у выдающихся стайеров - лишь 6- 7% Наибольшие относительные показатели МПК обнаруживаются у бегунов на длинные дистанции и лыжников, наименьшие - у гребцов.
В таких видах спорта, как легкоатлетический бег, спортивная ходьба, лыжные гонки, максимальные аэробные возможности спортсмена правильнее оценивать по относительному МПК.
Уровень МПК зависит от максимальных возможностей двух функциональных систем: 1) кислородтранспортной системы, абсорбирующей кислород из окружающего воздуха и транспортирующей его к работающим мышцам и другим активным органам и тканям тела; 2) системы утилизации кислорода, т. е. мышечной системы, экстрагирующей и утилизирующей доставляемый кровью кислород. У спортсменов, имеющих высокие показатели МПК, обе эти системы обладают большими функциональными возможностями.
Кислородтранспортная система и выносливость
Кислородтранспортная система включает систему внешнего дыхания, систему крови и сердечнососудистую систему. Функциональные свойства каждой из этих систем в конечном счете определяют кислородтранспортные возможности организма спортсмена.
Система внешнего дыхания
Внешнее дыхание служит первым звеном кислородтранспортной системы. Оно обеспечивает организм кислородом из окружающего воздуха за счет легочной вентиляции и диффузии О2 через легочную (альвеолярно-капиллярную) мембрану в кровь.
Легочные объемы и емкости. У тренирующих выносливость спортсменов легочные объемы и емкости (за исключением дыхательного объема) в покое в среднем на 10-20% больше, чем у нетренированных.
Эти различия, однако, уменьшаются при учете размеров тела (роста, веса, поверхности тела), поскольку общий и остаточный объемы и особенно жизненная емкость легких (ЖЕЛ) пропорциональны размерам тела (примерно длине тела в кубе).
С учетом размеров тела легочные объемы и емкости слабо коррелируют или вообще не коррелируют с МПК и спортивными результатами. Спортсмены с относительно небольшой ЖЕЛ могут иметь большие величины МПК и наоборот; у высококвалифицированных спортсменов между ЖЕЛ и МПК невысокая корреляция.
Однако у спортсменов, как и у нетренированных людей, при максимальной аэробной работе дыхательный объем (глубина дыхания) достигает 50-55% ЖЕЛ. Поэтому большая легочная вентиляция невозможна у спортсменов с маленькой ЖЕЛ. Для скорости потребления О2 4 л/мин и более ЖЕЛ должна быть не менее 4,5 л. Наиболее высокая ЖЕЛ зарегистрирована у гребцов - 9 л.
Легочная вентиляция. В связи с высокой скоростью потребления кислорода легочная вентиляция в течение всего времени выполнения упражнений на выносливость исключительно велика. Так, при беге на тредбане со скоростью и продолжительностью, соответствующими бегу на 10 000 м (около 30 мин), легочная вентиляция у бегунов-стайеров колеблется в пределах 120-145 л/мин (см. рис. 15).
У нетренированных людей такая легочная вентиляция является предельной и может поддерживаться лишь очень короткое время.
Как известно, даже при максимальной аэробной нагрузке рабочая легочная вентиляция ниже предельных возможностей дыхательного аппарата, которые измеряют величиной максимальной произвольной вентиляции (МПВ). Однако последняя определяется за короткое время (обычно 12 с), тогда как при выполнении упражнений на выносливость спортсмен должен поддерживать очень высокую рабочую легочную вентиляцию на протяжении многих минут или даже часов.
У нетренированных молодых мужчин МПВ составляет в среднем 120 л/мин, а у хорошо тренированных спортсменов эти показатели выше.
Особенно заметна разница в показателях выносливости дыхательного аппарата. Так, легочную вентиляцию на уровне 80% от МПВ бегуны-стайеры поддерживают в среднем 11 мин, а нетренированные могут 3 мин.
Хорошее развитие дыхательной мускулатуры (силы и выносливости дыхательных мышц), а также сниженное сопротивление движению воздуха в дыхательных путях дают возможность поддерживать большую легочную вентиляцию во время мышечной работы.
При одной и той же рабочей легочной вентиляции частота дыхания у спортсменов меньше, чем у нетренированных людей. Следовательно, рост легочной вентиляции у спортсменов обеспечивается за счет увеличения дыхательного объема (глубины дыхания) в большей мере, чем за счет частоты дыхания. Этому способствуют: 1) увеличенные легочные объемы, 2) большая сила и выносливость дыхательных мышц, 3) повышенная растяжимость грудной клетки и легких и 4) снижение сопротивления току воздуха в воздухоносных путях.
Как известно, при увеличении дыхательного объема относительно уменьшается объем мертвого пространства, благодаря чему легочная вентиляция-становится эффективнее, так как более значительную ее часть составляет в этом случае альвеолярная вентиляция.
Повышение эффективности легочной вентиляции - главный результат тренировки выносливости в отношении функций внешнего дыхания. Об этом, в частности, можно судить ко вентиляционному эквиваленту О2, т. е. по объему легочной вентиляции на литр потребленного О2 (VE/VO2.) Вентиляционный эквивалент кислорода в условиях покоя почти не изменяется в результате тренировки выносливости.
Однако количество воздуха, вентилируемого при одинаковом потреблении кислорода во время мышечной работы, у спортсменов меньше, чем у нетренированных людей. Причем эта разница тем больше, чем больше мощность выполняемой работы, т. е. чем выше скорость потребления О2.
У нетренированных людей вентиляционный анаэробный порог соответствует мощности нагрузки, равной 50- 60% МПК, а у хорошо тренированных на выносливость спортсменов - 80-85% МПК.
Следовательно, при выполнении упражнений большой аэробной мощности необходимый объем легочной вентиляции у спортсмена значительно меньше, чем у неспортсмена. Даже очень высокого уровня МПК (5 л/мин и более) выдающиеся спортсмены часто достигают при такой же легочной вентиляции, которая у менее подготовленных людей необходима для достижения значительно более низкого уровня МПК-
соответствующий мощности нагрузки, при которой концентрация лактата в крови достигает 4 ммоль/л, АПинд. -индивидуальный лактацидемический анаэробный порог, соответствующий мощности нагрузки, начиная с которой концентрация лактата в крови быстро нарастает
Кислородная стоимость дыхания, как известно, сильно растет с увеличением легочной вентиляции (особенно при мощности выше критической, т. е. выше анаэробного порога). Благодаря увеличенной эффективности вентиляции, особенно при продолжительной работе (например, при марафонском беге), дыхательные мышцы у спортсменов затрачивают кислорода меньше, а к работающим скелетным мышцам его направляется больше, чем у нетренированного человека.
Следует, однако, отметить, что при одинаковом уровне легочной вентиляции механическая работа дыхания (а следовательно, и его кислородная стоимость) сходна у тренированных и нетренированных.
В результате тренировки выносливости концентрация лактата в крови при выполнении немаксимальной аэробной работы снижается. Следовательно, ослабевает один из химических стимулов рабочей гипервентиляции.
Кроме того, у тренированных выносливых спортсменов чувствительность дыхательного центра к действию СО2 снижена.
Таким образом, тренировка выносливости, с одной стороны снижает легочную вентиляцию при стандартной немаксимальной аэробной работе, а с другой - повышает максимальную рабочую гипервентиляцию (при выполнении максимальной, аэробной работы). У спортсменов она обычно равна около 180, у нетренированных людей -около 120 л/мин.
Химическими механизмами повышенной максимальной рабочей гипервентиляции у спортсменов служат усиленное образование СО2 (равное или почти равное очень большой скорости потребления О2), а также высокая концентрация лактата и водородных ионов в артериальной крови при выполнении нагрузки максимальной аэробной мощности.
