Общей чертой всех циклических движений является то, что выполняемая работа может характеризоваться разными мощностями и длительностью.
От мощности (т.е. от количества работы в единицу времени) зависит время, в течение которого может совершаться та или иная работа, т.е. ее предельная длительность. Графически эта зависимость представлена на рисунке.
Кривая в этом случае плавная, однако, если на графике отложить не абсолютные величины, а их логарифмы, эта зависимость изображается в виде ломаной линии. При этом, места изломов приходятся на определенные участки времени: 1) 20 сек, 2) 3-5 мин, и 3) 20-30 мин.
Указанные переломы делят всю зависимость на четыре отрезка, названными ЗОНАМИ ОТНОСИТЕЛЬНОЙ МОЩНОСТИ. Эти зоны являются общими для всех циклических движений. Каждая из этих зон имеет свою физиологическую характеристику.
I зона – работа максимальной мощности. Примерами работы максимальной мощности можно считать бег на дистанции 60 м и 100 м, плавание на дистанцию 25 м, велогонки на треке - гиты 200 м и т.п. Главная масса энергии, освобождается за счет энергии распада АТФ и КрФ. За несколько секунд, которые продолжается работа максимальной мощности, организм не успевает увеличить деятельность своих систем до уровня, необходимого для ее обеспечения. Поэтому работа максимальной мощности практически полностью выполняется «в долг» - на мышечное сокращение расходуются вещества, которые присутствовали в мышечных клетках в состоянии покоя. Восстановиться или поступить из крови в клетки эти вещества просто не успевают. Запасы израсходованных веществ восстанавливаются уже после прекращения работы - во время отдыха. Следовательно, работа максимальной мощности продолжается до тех пор, пока в клетках не закончатся вещества, необходимые для мышечного сокращения (аденозинтрифосфорная кислота – АТФ и вещества, позволяющие в короткий срок обеспечить синтез израсходованной АТФ - преимущественно, креатинфосфат). Важное значение имеет способность мышц быстро расслабляться. Быстрое расслабление необходимо для того, чтобы мышца снова могла воспринять команду на сокращение. После того, как в мышечных клетках иссякли запасы АТФ и креатинфосфата, интенсивность работы резко снижается, организм переходит на другие источники ее обеспечения, но такую работу уже нельзя назвать работой максимальной мощности. Таким образом, максимальные требования данная работа предъявляет к ЦНС и двигательному аппарату. Требования к другим системам организма (дыхательная, сердечно-сосудистая и др.) относительно невелики.
Отмечен высокий уровень кортизола и инсулина в крови у спринтеров, что, возможно, является причиной повышенного уровня свободных жирных кислот (СЖК), концентрация которых у них ниже, чем у марафонцев, имеющих такой же уровень кортизола. Это связано с тем, что у спринтеров высокая концентрация инсулина снижает липолитическое действие кортизола и одновременно обеспечивает ресинтез гликогена из глюкозы крови. Кортизол одновременно активирует процессы глюконеогенеза.
II зона – работа субмаксимальной мощности. Может продолжаться от 30 секунд до 3-4 минут околопредельной по напряженности деятельности. Классическими примерами работы субмаксимальной мощности являются олимпийские беговые дистанции 400, 800 и 1500 м, плавание от 50 до 400 м, скоростной бег на коньках на дистанциях от 500 до 3000 м, велогонки - гиты на 1000 м, гребля (байдарка и каноэ) на дистанции 500 м и 1000 м и др.
Это работа, энергообеспечение которой осуществляется наряду с распадом АТФ и Крф, преимущественно за счет гликолиза - бескислородного расщепления гликогена. АТФ для данного вида мышечной работы синтезируется за счет использования энергии бескислородного распада гликогена с образованием недоокисленных продуктов распада - низкомолекулярных кислот (молочной, пировиноградной и других). Гликоген, за счет которого синтезируется АТФ при работе субмаксимальной мощности, берется из самих мышечных клеток, из крови, а также поступает в кровь из мест своего резервного хранения (из печени). Чтобы организм начал с высокой скоростью бескислородно расщеплять гликоген, ему необходимо более 15 – 20 секунд (максимальная скорость расщепления достигается после 30 секунд работы).
Работа субмаксимальной мощности вызывает в организме максимальные физиологические сдвиги, значительное отклонение от гомеостаза. Происходит существенное уменьшение рН в кислую сторону, хотя у спортсменов хорошо развиты щелочные буферные системы крови(которые препятствуют закислению крови).
Продукты метаболизма, образующееся в ходе выполнения работы субмаксимальной мощности, поступают из клеток в капилляры крови. Это обуславливает расширение мелких кровеносных сосудов и открытие резервных кровеносных сосудов (находившихся в закрытом состоянии в покое), в итоге в несколько раз увеличивается кровоток работающих мышц(в 20-25 раз).
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.
Тем не менее, 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 приводит к кислородному долгу. Во время работы субмаксимальной мощности кислородный долг достигает предельных для данного организма величин. У высококвалифицированных спортсменов кислородный долг может достичь 20 - 25 и более литров.
ЧСС при работе субмаксимальной мощности может достигать 180-200 ударов в минуту, частота дыхания - 50-70 дыхательных движений в минуту, глубина дыхания - 2-3 литра, минутный объем дыхания – до 100 -120 литров, систолический объем крови - 150-200 мл, минутный объем крови – до 40 литров, время полного кругооборота крови - 6-7 секунд (в покое - 22-24 секунды), систолическое артериальное давление - 180-240 миллиметров ртутного столба.
Потоотделение при работе субмаксимальной мощности наблюдается и тем существенней, чем выше качество проведенной разминки. Однако в силу невысокой продолжительности работы потери воды, солей и других веществ с потом незначительны.
Изменения в системе желез внутренней секреции заключаются в высоком уровне выделения в кровь адреналина и норадреналина мозговым веществом надпочечников. Деятельность других желез внутренней секреции не успевает сколь либо существенно измениться. В конце работы может регистрироваться начало повышения активности гипофиза, выделяющего адренокортикотропный гормон, а также начало повышения выделения глюкокортикоидов коркового вещества надпочечников под влиянием адренокортикотропина. Изменения активности гипофиза и коркового вещества надпочечников тем выше, чем выше тренированность спортсмена и качество разминки перед мышечной работой.
Изменения в других системах организма (пищеварительной, выделительной, иммунной и других) незначительны в виду невысокой продолжительности работы и связаны, в основном, с некоторым снижением их кровоснабжения, тормозными влияниям нервной системы и закислением крови.
Ш зона – работа большой мощности. Примерами такой работы (длительность от 5 – 7 мин до 30 мин) могут служить олимпийские беговые дистанции 5000 и 10000 м, плавание на 1500 м, скоростной бег на коньках на дистанциях 5000 и 10000 м, лыжные гонки на 10, 15 и 30 км и т.д.
Работа мышц является достаточно интенсивной, поэтому требуется довольно значительное количество энергии в единицу времени (до 0,6 ккал в сек). Это ниже, чем при работе субмаксимальной интенсивности, однако значительная продолжительность приводит к большим суммарным энерготратам (до 600 ккал). Энергообеспечение работы осуществляется в первые десятки секунд за счет бескислородного распада глюкозы, далее активизируется кислородное окисление глюкозы, что является основным источником энергии. Гликоген мобилизуется из мышечных клеток, из крови и из депо (печени). Несмотря на преимущественно аэробное окисление глюкозы, образуется больше количество недоокисленных продуктов распада.
Кислородное потребление близко к кислородному запросу, однако ниже его («кажущееся устойчивое состояние по кислороду»), поэтому возникает кислородный долг. Величина кислородного долга может быть даже несколько выше, чем при работе субмаксимальной интенсивности, он максимально возможен для организма. Наблюдается снижение pН крови до предельно возможных величин (сдвиг в кислую сторону). Происходит значительное расширение сосудов работающих мышц и открытие резервных капилляров. Предельно увеличивается деятельность сердечно-сосудистой системы и кровоток через работающие мышцы. Наибольшие требования данная работа предъявляет к дыхательной системе: минутный объем дыхания доходит до 120 -140л/мин.
Высокие энерготраты в единицу времени, а также развертывание теплоотдачи лишь к концу работы, могут приводить к повышению температуры тела до 380-38.50 С. Работа осуществляется на фоне высокой концентрации в крови адреналина и норадреналина мозгового вещества надпочечников, также повышен уровень кортикостероидов.
IV зона – РАБОТА УМЕРЕННОЙ МОЩНОСТИ. Это наиболее длинные дистанции, продолжительность такой работы более 30 мин, примерами являются: в беге – марафон, в лыжах гонки на 50 и более км, индивидуальные шоссейные гонки в велоспорте, плавание на 5 и более км и т.д.
Особенностью является наличие устойчивого состояния (равенства величин кислородного запроса и потребления кислорода в единицу времени). Основной источник энергообеспечения – аэробное окисление сначала глюкозы, затем жиров.
Требования к большей части систем организма относительно невелики в абсолютных величинах, однако, из-за большой продолжительности работы, суммарные требования к организму в целом предельные. В первую очередь это относится к ЦНС и ВНД, системе желез внутренней секреции, терморегуляционным способностям.
У марафонцев высокий уровень кортизола и несколько сниженный уровень инсулина приводят к высоким значениям концентрации свободных жирных кислот. Основное модулирующее действие на потоки субстратов оказывает инсулин, как в покое, так и в ответ на физическую нагрузку. Его концентрация в покое и изменения в ответ на физическую нагрузку определяют высокий оборот глюкозы в покое и мобилизацию при физической нагрузке жиров в группе марафонцев.
Увеличение перекисное окисление липидов в ответ на физическую нагрузку в группах стайеров и марафонцев связано с более выраженной активацией липидного обмена.
В соответствии с классическими представлениями, специфичность в мобилизации и утилизации энергетических субстратов определяется интенсивностью и продолжительностью выполняемых нагрузок. Однако даже такая кратковременная (для марафонцев) физическая нагрузка, как тест PWC170, уже достаточна для активации специфических регуляторных механизмов мобилизации энергетических субстратов. Это свидетельствовать о существовании адаптивно закрепленных функциональных механизмов регуляции, специфичных для перестроенного метаболизма.
В обобщенном виде требования к организму при работах разной относительной мощности представлены в таблице 2:
Таблица 2
| ПОКАЗАТЕЛИ | ЗОНЫ ОТНОСИТЕЛЬНОЙ МОЩНОСТИ | |||
| Максимальная | Субмаксимальная | Большая | Умеренная | |
| Продолжительность | До 30 с | 20с – 5 мин | 5-30 мин | Более 30 мин |
| Удельные энерготраты, ккал/с | 4,0 | 0,5-4,0 | 0,4-0,5 | Менее 0,3 |
| Общий расход энергии, ккал | До 80 | Около 150 | Около 750 | До 10000 |
| О2-запрос, л/мин | До 80 | До 10-12 | До 6-7 | До 4-5 |
| О2-потребление в работе, л/мин | Незначительное | Близкое к макс. | Максимальное | Ниже макс. |
| О2-запрос/ О2-потребление | 1:10 (до 90%) | 1:3 (до 60-70%) | 5:6 (до 10-12%) | 1:1 |
| HL, мг% | До 100 | До 200 | 50-100 | До уровня покоя |
| О2-долг, л | До 8 | 18-26 | До 20-22 | До 3-4 |
| МОД, л/мин | До 50 | 100-150 | 100-150 | До 100 |
| МОК | Меньше макс. | Близкий к макс. | Макс. | Меньше макс. |