1. Физиологическая характеристика динамической циклической работы различной относительной мощности

В 1937 г. B.C. Фарфель подверг математическому анализу десять, а затем и двадцать пять лучших достижений мирового масштаба в различных видах циклической работы спортивного характера. Оказалось, что мощность работы и ее длительность находятся в достаточно сложной зависимости и не являются просто обратно пропорциональными. Длительность работы возрастает в большей мере, чем уменьшается ее мощность (скорость). Отложив по оси ординат логарифмы скорости легкоатлетического бега, а по оси абсцисс - логарифмы рекордного времени, B.C. Фарфель обнаружил четыре отрезка прямых. Причем точки перелома соответствуют на абсциссе моментам времени 25-30 с, 3-5 мин и 30-40 мин.

По классификации, разработанной В.С. Фарфелем, следует различать циклические упражнения: максимальной мощности, в которых длительность работы не превышают 20-30 секунд (спринтерский бег до 200 м, гит на велотреке до 200 м, плавание до 50 м и др.); субмаксимальной мощности, длящиеся 3-5 минут (бег на 1500 м, плавание на 400 м, гит на треке до 1000 м, бег на коньках до 3000 м, гребля до 5 минут и др.); большой мощности, возможное время выполнения которых ограничивается 30 - 40 минутами (бег до 10000 м, велогонки до 50 км, плавание 800 м - женщины, 1500 м - мужчины, спортивная ходьба до 5 км и др.), и умеренной мощности которую спортсмен может удерживать от 30-40 минут до нескольких часов (шоссейные велогонки, марафонские и сверхмарафонские пробеги, др.)

Критерий мощности, положенный в основу классификации циклических упражнений, предложенной В.С. Фарфелем, является весьма относительным, на что указывает и сам автор. Действительно, мастер спорта проплывает 400 метров быстрее четырёх минут, что соответствует зоне субмаксимальной мощности, новичок же проплывает эту дистанцию за 6 минут и более, т.е. фактически совершает работу, относящуюся к зоне большой мощности.

Несмотря на определённую схематичность разделения циклической работы на 4 зоны мощности, оно вполне оправдано, поскольку каждая из зон определённое воздействие на организм и имеет свои отличительные физиологические проявления. Вместе с тем, для каждой зоны мощности характерны общие закономерности функциональных изменений, мало связанные со спецификой различных циклических упражнений. Это даёт возможность по оценке мощности работы создать общее представление о влиянии соответствующих нагрузок на организм спортсмена.

Многие функциональные изменения, характерные для различных зон мощности работы, в значительной степени связаны с ходом энергетических превращений в работающих мышцах.

Как известно, освобождение энергии для работы мышц обеспечивается анаэробными и аэробными реакциями. Непосредственным источником энергии для мышечных сокращений является распад АТФ (анаэробная реакция), происходящий в результате взаимодействия этого вещества с миозином. Но запасы АТФ в мышцах ограниченны и длительная работа возможна только при условии одновременного ресинтеза креатинфосфата и гликогенолиза. Однако один анаэробный ресинтез АТФ не может обеспечить выполнение продолжительной работы в связи с тем, что он сопровождается накоплением больших количеств продуктов неполного обмена и, в частности, молочной кислоты, что снижает активность мышц и может привести к прекращению работы. Поэтому для выполнения длительной работы необходимы аэробные процессы, т.е. клеточное дыхание. Оно находится в зависимости от кислородного обеспечения организма, увеличивающегося при физической нагрузке за счёт усиления работы сердечно – сосудистой и дыхательной систем (до определённого предела). Доля участия анаэробных и аэробных процессов при циклической работе определяется её мощностью. Это, однако, не означает, что с переходом от одной зоны мощности к другой, имеют место такие же резкие переходы в характере энергетического обеспечения мышечной деятельности. Их в действительности нет, но при переходе от одной зоны мощности к другой происходит почти линейное снижение объёма анаэробного обеспечения работающих мышц и соответствующее повышение объёма аэробных превращений в организме. При работе умеренной мощности достигается относительное уравновешивание анаэробных и аэробных процессов.

Таблица 1

Физиологические характеристики работ разной относительной мощности (по В.С. Фарфелю, Баннистеру, Тейлору, Н.И. Волкову, Робинсону, В.М. Зациорскому)

Подобный анализ лучших результатов в других видах циклических спортивных упражнений показал, что аналогичная закономерность обнаруживается и в плавании, и в беге на коньках, и в лыжных гонках.

Каждой из этих зон относительной мощности (интенсивности) свойственны свои характерные особенности (табл. 2).

Таблица 2

Физиолого-биохимическая характеристика работы различной мощности (интенсивности)

2. Зона максимальной мощности

К максимальной мощности относится динамическая циклическая работа длительностью не более 20-30 с: легкоатлетический бег на 60, 100, 200 м; плавание 50 м; велогонка на 500 м.

Данная мощность работы характеризуется достижением предельной физической возможности спортсмена. Для её осуществления необходима максимальная мобилизация энергетического обеспечения в скелетной мускулатуре, что связано исключительно с анаэробными процессами. Практически вся работа осуществляется за счёт распада макроэргов и только частично – гликогенолиза, поскольку известно, что уже первые сокращения мышц сопровождаются образованием в них молочной кислоты.

Длительность работы, например, в беге на 100 м меньше времени кругооборота крови. Уже это свидетельствует о невозможности достаточного обеспечения кислородом работающих мышц.

Из–за кратковременности работы врабатывание вегетативных систем практически не успевает завершится. Можно говорить только о полном врабатывание мышечный системы по локомоторным показателям (нарастание скорости, темпа и длинны шага после старта).

В связи с малым временем работы функциональные сдвиги в организме невелики, причём некоторые из них увеличиваются после финиша.

Работа максимальной мощности вызывает незначительные изменения в составе крови и мочи. Наблюдается кратковременное повышение в крови содержания молочной кислоты (до 70-100 мг %), небольшое повышение процента гемоглобина за счёт выхода в общую циркуляцию депонированной крови, некоторое увеличение содержания сахара. Последнее обусловлено больше эмоциональным фоном (предстартовое состояние), нежели самой физической нагрузкой. В моче могут быть обнаружены следы белка. Частота сердечных сокращений после финиша доходит до 150-170 и более ударов в минуту, артериальное давление повышается до 150-180 мм. рт. ст.

Расчетный (на 1 мин) кислородный запрос достигает 40 и более литров. Однако вследствие кратковременности и известной функциональной инертности вегетативных систем по сравнению с двигательным аппаратом в рабочем периоде имеет место своеобразный "разрыв" между уровнем интенсивности функционирования двигательного аппарата и вегетативными системами. В силу этого работа протекает главным образом в анаэробных условиях, а существенное повышение функциональной активности вегетативных систем обнаруживается после окончания работы. Если при пробегании 100 м за 12 с бегун успевает провентилировать всего 5-6 л, то в первые минуты восстановительного периода легочная вентиляция возрастает до 60-70 л/мин, а частота дыхания по сравнению с покоем увеличивается в 4-5 раз.

Потребление кислорода в первую минуту восстановления после бега на 100 м за 12 с достигало 2-3 л/мин (это напоминает проявление феномена Линдгарда, когда сдвиги функций после работы выше рабочих). Из-за кратковременности работы существенные сдвиги в составе крови обнаруживаются главным образом после работы. Накопившаяся во время работы молочная кислота после бега усиленно диффундирует в кровь, и через 1-2 мин после финиша ее концентрация с 10-20 мг% (1-2 ммоль/л) в покое увеличивается до 80 мг%, а на 5-6-й мин восстановления - до 100 мг% (10-12 ммоль/л) и более. В связи со значительной послерабочей гипервентиляцией и усиленным "вымыванием" СО2 дыхательный коэффициент может достигать 1,5 и даже 2,0. Уровень сахара в крови существенно не изменяется. Частота сердечных сокращений возрастает к концу дистанции до 160 уд/мин, а в 1-ю мин восстановления отмечены величины до 180 и более уд/мин.

Энерготраты при мышечной работе максимальной интенсивности незначительны, но удельный расход энергии достигает 4-8 ккал/с, а общий - до 80 ккал. Главные поставщики энергии - АТФ и КФ, т.е. преобладает алактатный анаэробный процесс, тогда как гликолиз существенно не активизируется. Потребление кислорода во время работы не превышает 5-10% от кислородного запроса, и, соответственно, относительный кислородный долг составляет 90-95%. Восстановительный период по потреблению О2 равен 30-40 мин.

К основным механизмам утомления следует отнести: исчерпание клеточных резервов макроэргов, уменьшение активности двигательных зон ЦНС, обусловленных максимальной афферентной импульсацией от проприорецепторов мышц, снижение физиологической лабильности моторных центров и развитие торможения в них вследствие мощной эфферентной импульсации к скелетным мышцам и снижение сократительной способности мышечных волокон вследствие анаэробного характера их работы.

3. Зона субмаксимальной мощности

Временной диапазон длительности работы данной мощности находится в пределах от 20-30 с до 3-5 мин. В этих временных рамках совершается легкоатлетический бег на дистанции 400, 800, 1000, 1500 м; плавание на 100, 200, 400 м; бег на коньках на 500, 1500 м; велогонки на 1000, 2000 м; гребля на 200,500 м.

Характерно, что при незначительных различиях в средней скорости преодоления этих дистанций по отношению к максимальной зоне мощности длительность работы субмаксимальной мощности существенно возрастает. Последнее обстоятельство объясняет причины большой напряженности функционирования многих систем организма во время такой работы. В физиологическом смысле это объясняется следующим:

а) работа выполняется на пределе работоспособности ЦНС и двигательного аппарата;

б) работа осуществляется на предельно доступной скорости врабатывания по показателям дыхательной и, особенно, сердечно-сосудистой систем;

в) работа протекает в условиях значительных сдвигов во внутренней среде организма ввиду максимальной мобилизации гликолитического механизма энергообеспечения, накопления молочной кислоты, снижения рН крови.

Кислородный запрос может достигать 25 л/мин. Максимальное рабочее потребление О2 (до 5-5,5 л/мин) достигается лишь в конце работы в зоне 3-5-минутного интервала времени, в силу этого образуется суммарный кислородный долг до 19-25 л (предельных для человека величин), составляя 55-85% кислородного запроса. Все это обусловливает деятельность кислород-транспортной и утилизирующей систем (систем дыхания, крови, кровообращения, утилизации кислорода) на максимально доступном уровне. К концу работы легочная вентиляция возрастает до 120-140 л/мин, а частота сердечных сокращений (ЧСС), как правило, выходит на уровень 190-200 уд/мин.

Характерным для этой зоны мощности является то, что некоторые функциональные сдвиги нарастают на протяжении всего периода работы, достигая предельных величин (содержание молочной кислоты в крови, снижение щелочного резерва крови, кислородная задолженность и др.).

Таблица 3

Содержание молочной кислоты в крови после бега на короткие и средние дистанции (по Н.И. Волкову)

Систолический объем крови у высокотренированных спортсменов увеличивается с 60-70 мл в покое до 150-210 мл на дистанции; при этом минутный объем крови достигает 30-40 л. Большая часть работы протекает в условиях, близких к анаэробным. Как следствие в крови накапливается значительное количество недоокисленных продуктов обмена веществ. Концентрация молочной кислоты возрастает в 15-20 раз от уровня покоя, достигая 200-280 мг на 100 мл крови, в результате чего щелочные резервы снижаются на 40-60%, а рН крови - до 7,0. Удельный расход энергии довольно высок (в пределах 1,5 ккал/с), а общий расход энергии достигает 450 ккал.

После работы субмаксимальной мощности функциональные сдвиги в организме ликвидируются в течение 2-3 часов. Быстрее восстанавливается артериальное давление. Частота сердечных сокращений и показатели газообмена нормализуются позже.

К основным механизмам утомления при работе субмаксимальной интенсивности можно отнести:

лимит мощности тканевых буферных систем;

угнетение деятельности нервных центров вследствие интенсивной афферентной импульсации с проприорецепторов скелетных мышц; сильное и длительное возбуждение двигательных нервных центров; недостаточное обеспечение мощи со стороны вегетативных систем; дефицит кислорода; накопление продуктов обмена веществ (молочной кислоты) и снижение сократительной способности мышц.

Все это целесообразно учитывать при решении вопроса начала специальной тренировки юных спортсменов в спортивных упражнениях субмаксимальной мощности.

4. Зона большой мощности

К циклической, динамической работе большой мощности, совершающейся в пределах от 3-5 до 30-40 мин, можно отнести следующие дистанции: легкоатлетический бег от 3 до 10 км включительно, греблю - от 1000 до 5000 м, бег на лыжах на 5-10 км, плавание на 800, 1500 м, бег на коньках на 5-10 км, велогонки от 10 до 20 км и т.п.

В этой зоне мощности работы, длящейся 30-40 минут, во всех случаях период врабатывания полностью завершается и многие функциональные показатели затем стабилизируются на достигнутом уровне, удерживаясь на нём до финиша.

Осуществление указанных видов мышечной деятельности характеризуется большой интенсивностью деятельности двигательного аппарата в сочетании с предельно доступной функциональной активностью вегетативных систем организма на протяжении значительного периода времени. Убедительным свидетельством уровня напряженности деятельности организма в этих условиях может служить рабочее потребление кислорода, достигающее 5-5,5 л/мин (т.е. уровня максимального потребления). При этом важно отметить, что минутный кислородный запрос равен 6-7 л. Иначе говоря, даже предельного рабочего потребления кислорода часто оказывается недостаточно для удовлетворения кислородного запроса. Такое устойчивое рабочее потребление кислорода получило в физиологии спорта название «ложное», или «кажущееся устойчивое состояние». Понятно, что высокое потребление кислорода может быть обеспечено весьма напряженной деятельностью всей системы кислородного транспорта. Поэтому ЧСС достигает предельных величин — 200 и более в 1 мин, ударный (систолический) объем крови возрастает до 180-200 мл, а минутный объем крови (МОК) соответственно увеличивается до 32-40 л/мин.

Высокой напряженностью характеризуется деятельность дыхательного аппарата. Например, минутный объем дыхания (МОД) во время работы поддерживается на уровне 120-140 л/мин. Наряду с увеличением объема и скорости кровотока в крови отмечается увеличение количества эритроцитов за счет выхода крови из депо. Суммарный кислородный долг (КД) достигает 12-20 л и более, а относительный кислородный долг составляет 50-20% от кислородного запроса. Содержание молочной кислоты в крови доходит до 100-200 мг% и более, то есть по сравнению с уровнем покоя возрастает в 10 и более раз, что сопровождается снижением щелочных резервов крови на 40-50%, а рН снижается до 7,2-7,0. Такого рода многообразные и существенные изменения гомеостаза нередко обусловливают возникновение по ходу работы своеобразных состояний, получивших название "мертвой точки" и "второго дыхания". Общий расход энергии в данной зоне мощности достигает 900 ккал, а удельный - 0,5-0,4 ккал/с. Восстановительные процессы достигают значительной длительности - до нескольких часов. К факторам, лимитирующим работоспособность и вызывающим утомление при работе большой мощности, можно отнести: предел функциональных возможностей сердечнососудистой системы и всей системы транспорта кислорода, длительно действующую гипоксию, перенапряжение нейроэндокринной системы регуляцию физиологических функций, угнетающее действие метаболических сдвигов во внутренней среде организма на ЦНС.

5. Зона умеренной мощности

В данной зоне мощности совершаются такие виды мышечной деятельности спортивного характера, как марафонский бег, бег на сверхдлинные дистанции различной величины; многочасовые сверхдлинные заплывы, лыжные гонки более чем на 10 км; велотуры, гребной марафон и т.п., то есть спортивные упражнения циклического характера длительностью от 30-40 мин и более.

Характерной особенностью динамической работы умеренной мощности является наступление истинного устойчивого состояния (А. Хилл). Под ним понимается равное соотношение между кислородным запросом и кислородным потреблением. В силу этого обстоятельства в процессе работы, протекающей в зоне умеренной интенсивности, в качестве энергетического источника весьма активно используются жиры. Величины потребления кислорода на сверхдлительных дистанциях всегда устанавливаются ниже их максимального значения (на уровне 70-80 %). Функциональные сдвиги в кардиореспираторной системе заметно меньше тех, которые наблюдаются при работе большой мощности. Частота сердечных сокращений, обычно, не превышает 150-170 ударов в минуту, минутный объём крови равен 15-20 литров, лёгочная вентиляция 50-60 л/минуту. Содержание в крови молочной кислоты в начале работы заметно повышается, достигая 80-100 мг %, а затем приближается к норме. Характерным для этой зоны мощности является наступление гипогликемии, обычно развивающийся спустя 30-40- минут от начала работы, при которой содержание сахара в крови к концу дистанции может уменьшаться до 50-60 мг %.

Необходимо заметить, что при нарушениях равномерности пробегания марафонских дистанций или во время работы преодоления подъёмов кислородное потребление несколько отстаёт от увеличившего кислородного запроса и возникает небольшой кислородный долг, который погашается при переходе на постоянную мощность работы. Кислородный долг у марафонцев также, обычно, возникает в конце дистанции, в связи с финишным ускорением.

Существенное значение для высокой работоспособности спортсменов имеет функция коркового слоя надпочечников. Недлительные интенсивные физические нагрузки вызывают повышенное образование глюкокортикоидов. При работе же умеренной мощности, по-видимому, в связи с её большой длительностью, после первоначального усиления происходит угнетение продукции этих гормонов (А. Виру). Причём, у менее подготовленных спортсменов эта реакция особенно выражена.

Естественно, что в этих условиях восстановительный период весьма длительный - в большей части случаев продолжается не менее 2-3 суток, если судить об этом по восстановлению исходного уровня работоспособности, а не какого-либо отдельно взятого показателя, например ЧСС, легочной вентиляции, содержания гликогена в работавших мышцах и т.д.

К факторам, ограничивающим работоспособность и вызывающим утомление при работе умеренной мощности, относятся: ухудшение функциональной подвижности нервных центров; истощение функциональных резервов эндокринной системы; весьма значительное снижение энергетических ресурсов; обильное потоотделение, сопровождающееся потерей значительного количества хлоридов, нарушением количественного соотношения ионов Na, Ca, К, что отражается на состоянии скелетной мускулатуры (появление судорог мышц), а также и ЦНС. Все это доказывает целесообразность организации дополнительного приема специальных питательных смесей в процессе прохождения дистанции. Весьма нередким явлением, особенно в условиях повышенной температуры и влажности воздуха, во время такой работы оказываются нарушение процессов терморегуляции вплоть до тепловых ударов (гипертермия до 39-40°С), потеря способности ориентации в пространстве. Все это должно учитываться при решении вопросов об использовании упражнений умеренной мощности при организации физкультурно-оздоровительной работы с лицами различного возраста.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Таким образом, мы рассмотрели физиолого-биохимическую характеристику динамической циклической работы различной относительной мощности. Теперь, зная показатели по физиологической нагрузке на отдельные системы и организм в целом, а также по относительной мощности работы, выполняемой спортсменом, можно планировать и проводить тренировки именно в том ключе, при котором необходимо повысить тренированность того или иного физического качества.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. В.А. Друзь. «Спортивная тренировка и организм» — Киев, «Здоровья», 1988г, 123с;
2. В.А. Запорожанов. «Контроль в спортивной тренировке» — Киев, «Здоровья», 1988г, 139с;
3. В.В. Щербачёв, В.В Смирнов. «Секреты здоровья и сила» — Киев, «Здоровья», 1990г, 76с;
4. Л.Я. Иващенко, И.П. Страпко. «Самостоятельное занятие физическими упражнениями» — Киев, «Здоровья», 1988г, 155с;
5. С.Н. Филь, В.П. Пешков. «Профессиональная подготовка студентов» — Киев,
6. Фомин Н.А. Физиология человека. – М.: Просвещение; Владос, 1995.- 416 с.
7. Х. Кёлер. «Упражнения на выносливость» — Москва, «Физкультура и спорт», 1984, 48с;
8. Я.М. Коц. «Спортивная физиология» — Москва, «Физкультура и спорт», 1986г, 239с;