Анатомо-морфологический фактор

Анатомо-морфологический фактор определяется строением мышц и композицией мышечных волокон, размерами и гиперфункцией сердца, гемодинамикой. Мышцы человека обладают способностью, как к скоростной, так и к длительной работе в условиях развивающегося утомления. Это связано, прежде всего, с морфофункциональными свойствами самих мышц, выражающимися в неоднородном составе мышечных волокон.

Так, медленные оксидативные мышечные волокна используют, главным образом, аэробный окислительный путь ресинтеза АТФ, чему способствуют богатая капиллярная сеть, повышенное содержание миоглобина, митохондрий, в которых протекают окислительные процессы, высокая активность окислительных ферментов.

Быстрые гликолитические мышечные волокна используют анаэробный гликолитический путь энергопродукции, обладают высокой активностью гликолитических ферментов, повышенным содержанием гликогена, имеют малое число капилляров, меньше митохондрий, миоглобина.

Быстрые оксидативно-гликолитические мышечные волокна работают как за счёт гликолиза, так и за счёт аэробного ресинтеза АТФ. Они имеют развитый сократительный аппарат и более высокое содержание митохондрий по сравнению быстрыми гликолитическими мышечными волокнами.

При нагрузке низкой интенсивности в работу вовлекаются преимущественно медленные оксидативные мышечные волокна и по мере возрастания её интенсивности – быстрые оксидативно-гликолитические мышечные волокна и затем быстрые гликолитические мышечные волокна. При этом снижается утилизация свободных жирных кислот и возрастает утилизация углеводов.

Быстрые оксидативно-гликолитические и быстрые гликолитические мышечные волокна более склонны к продукции лактата, а медленные оксидативные мышечные волокна непрерывно экстрагируют лактат из крови и быстрых мышечных волокон и окисляют его.

Метаболизм в быстрых мышечных волокнах происходит быстрее, чем в медленных, поэтому разница в быстроте протекания этих процессов способствует накоплению лактата в мышцах и крови.

Тренировочная работа, направленная на развитие выносливости спортсмена, приводит к значительному увеличению мощности митохондрий в работающих мышцах, повышая окислительные свойства быстрых оксидативно-гликолитических и медленных оксидативных мышечных волокон и способность мышц утилизировать лактат.

При тренировке на выносливость в организме спортсмена развиваются выраженные адаптационные изменения со стороны сердечно-сосудистой системы, основными признаками которых выступают брадикардия, гипотония и гипертрофия миокарда. Одним из характерных показателей в данном случае является увеличение объёма сердца, которое связано как с дилятацией (расширением) его полостей, так и с развитием рабочей гипертрофии миокарда, что соответственно приводит к увеличению систолического объёма крови и мощности сердечного сокращения и, следовательно, обеспечивает более полное опорожнение полостей сердца с использованием резервного объема крови. Систолический выброс наряду с ЧСС определяет величину интегрального гемодинамического параметра – минутного объёма крови, степень увеличения которого в значительной мере определяет эффективность мышечной деятельности. Наряду с гиперфункцией сердца происходит перераспределение кровотока и увеличение его интенсивности в работающих мышцах, что способствует как удовлетворению их потребности в О₂, так и удалению продуктов анаэробного распада. Развитие микроциркуляции за счёт расшиения капиллярной сети в скелетных мышцах, выполняющих основную нагрузку, позволяет увеличить контактную поверхность между кровью и мышечной тканью и вместе с тем снизить периферическое сопротивление сосудов. При этом наиболее высокая плотность капилляров характерна для медленных мышечных волокон.

Существенное значение для повышения функциональных способностей сердечно-сосудистой системы при работе, требующей выносливости, имеет увеличение растяжимости артериальных стенок на работающих конечностях и повышение их жесткости на неработающих. Это ведет к значительному расширению периферического рабочего русла, что облегчает работу сердца, снижает необходимую для передвижения крови по сосудам энергию сердца, улучшает контакт крови с мышечной тканью и способствует более полной утилизации О₂.

МЕТАБОЛИЧЕСКИЙ ФАКТОР

Метаболический фактор определяется:

- мощностью,

- ёмкостью,

- эффективностью процессов энергообеспечения организма спортсмена.

Энергия, необходимая для мышечной работы, образуется за счёт расщепления АТФ.

Содержание АТФ в мышце составляет около 5 ммоль на 1кг веса мышцы. Запасов АТФ в мышце обычно хватает на 3-4 сокращения максимальной силы, и для того, чтобы мышечные волокна могли поддерживать сколько-нибудь длительное сокращение, необходимо постоянное восстановление (ресинтез) АТФ с такой же скоростью, с какой она расщепляется.

Как известно, ресинтез АТФ при мышечной деятельности может происходить как за счёт окислительных превращений в клетках, связанных с потреблением кислорода ( аэробный путь), так и в ходе реакций, идущих без кислорода (анаэробный путь).

Аэробные и анаэробные процессы преобразования энергии заметно различаются по мощности, емкости и эффективности.

По этим параметрам аэробные процессы имеют преимущество при длительной работе умеренной интенсивности, а анаэробные – при выполнении кратковременных упражнений высокой интенсивности.

Поскольку показатели выносливости зависят от аэробных и анаэробных энергетических способностей спортсменов, то тренировка выносливости должна быть ориентирована прежде всего на повышение этих биоэнергетических свойств организма.

Аэробная способность спортсмена характеризуется поддержанием мышечной активности длительное время за счёт усиления окислительных процессов в тканях. Она зависит от сложности действий широкого круга функциональных систем организма, связанных с поступлением кислорода через систему внешнего дыхания, транспортировкой его кровью и утилизацией кислорода в митохондриях работающих мышц.

К числу важных аэробных свойств организма относят:

- Циркуляторную производительность, от которой зависит количество крови, поступающей к работающим мышцам;

- Кислородную емкость крови, определяемую содержанием гемоглобина;

- Кровоснабжение работающих мышц, зависящее от эффективного перераспределения крови между работающими мышцами и неработающими органами;

- Содержание в мышцах миоглобина, выполняющего функцию переносчика кислорода в тканях;

- Активность ферментов тканевого дыхания;

- Общее количество и размеры митохондрий в мышечных волокнах;

- Общие запасы энергетических субстратов (жиров, углеводов, продуктов гликолиза), используемых при аэробных превращениях в тканях.

Наиболее интегральным и информативным показателем, суммирующим изменения важнейших функций кислородного обмена, является максимальное потребление кислорода (далее по тексту – МПК), то есть количество кислорода, которое может потребить человек в единицу времени.

Величина максимального потребления кислорода у человека зависит от возраста, пола, морфофункциональных признаков, условий выполнения работы и типа выполняемых упражнений. На 70-75% МПК детерминируется наследственностью.

Во время тренировок аэробной направленности совершенствуется работа аппарата внешнего дыхания: увеличиваются ЖЕЛ, глубина дыхания, максимальная вентиляция легких[4].

Уровень легочной вентиляции в современной литературе не считают лимитирующим фактором для достижения МПК[5].

Наряду с определением МПК – показателя аэробной мощности организма – важную информацию о состоянии функций аэробного обмена даёт определение показателей аэробной емкости и эффективности. Аэробная ёмкость более полно оценивается по величине О₂ – прихода за время выполнения упражнения. Аэробная эффективность – по величине анаэробного порога, то есть величине нагрузки, с которой начинается резкое усиление анаэробного метаболизма.

Уровень анаэробного порога индивидуален и во многом определяется специализацией спортсмена и его квалификацией[6].

Анаэробная способность спортсмена определяется способностью организма совершать напряженную мышечную работу в условиях неадекватного обеспечения кислородом, за счёт анаэробных источников энергии. Эффективное использование анаэробных процессов в качестве источника энергии при выполнении тренировочных и соревновательных нагрузок зависит от:

- мощности внутриклеточных анаэробных метаболических систем;

- общих запасов энергетических веществ в мыщцах, служащих субстратами анаэробных превращений;

- степени совершенства компенсаторных механизмов, ответственных за поддержание внутреннего гомеостаза при напряженной работе;

- уровня развития тканевых адаптаций, позволяющих выполнять напряженную работу, несмотря на возникающие резкие сдвиги во внутренней среде организма. При выполнении напряженной мышечной деятельности основную роль играют два анаэробных «поставщика» энергии – это алактатный анаэробный процесс, связанный с расщеплением в мышцах макроэргических фосфорных соединений АТФ и КрФ, и гликолиз, связанный с ферментативным распадом углеводов до молочной кислоты.

Алактатная анаэробная способность определяется общими запасами в мышцах богатых энергией фосфорных соединений (АТФ и КрФ), свойствами сократительных мышечных белков, а также особенностями нервной регуляции мышечного сокращения. В связи с тем, что запасы макроэргических соединений незначительны (средние концентрации АТФ и КрФ в скелетной мышце человека составляют соответственно около 5 и 16 ммоль/1 кг веса мышцы), а алактатная анаэробная производительность играет ведущую роль при кратковременных упражнениях максимальной интенсивности. В результате кратковременной работы «до отказа» в скелетной мышце человека концентрация КрФ падает почти до нуля, в то время как уменьшение АТФ не превышает 30-40% начального общего содержания в мышце (Л.Хермансен, 1973).

При выполнении 4-минутных серий с кислородным запасом от 19 до 95% предельной аэробной мощности испытуемого Кнутген и Салтин (1972) установили, что при интенсивностях нагрузки, не превышающих 60% предельных величин МПК, содержание АТФ и КрФ уменьшалось незначительно. Небольшой дополнительный спад содержания АТФ происходил при интенсивностях нагрузки, составляющих от 75 до 95% от МПК. В то же время было отмечено 80% снижение КрФ после работы, требующей 75% аэробной мощности, с легким добавочным спадом при предельных нагрузках.

В связи с тем, что прямые измерения содержания АТФ и КрФ имеют определенные трудности, в качестве критериев алактатной анаэробной производительности используются максимальная скорость локомоций, которую спортсмен может развить в кратковременных упражнениях максимальной интенсивности, а также время или длина дистанции, на которой он может удерживать эту максимальную скорость исполнения техники. С использованием этих критериев можно косвенно оценить мощность и ёмкость алактатного анаэробного процесса, который, с одной стороны, зависит от активности ферментов, регулирующих скорость алактатного метаболизма, и с другой – от общих размеров АТФ и КрФ в работающих мышцах. Алактатная ёмкость может быть также оценена по величине алактатного кислородного долга, который гасится после работы в первые минуты восстановления и может достигать 4-5л у спортсменов высокого класса.

Гликолитическая анаэробная способность зависит от ряда внутренних свойств органов и тканей, которые определяют возможность образования энергии за счёт ферментативного распада углеводов до молочной кислоты. Гликолитическая производительность определяется прежде всего внутримышечными запасами гликогена, активностью анаэробных ферментативных систем и особенностями внутриклеточной регуляции энергетических превращений в работающих мышцах, степенью совершенства компенсаторных механизмов, связанных с нейтрализацией молочной кислоты, уровнем развития тканевых адаптаций, позволяющих выполнять напряженную мышечную работу при резких нарушениях гомеостаза[7].

Применение нагрузок гликолитической направленности в тренировочном процессе способствует увеличение количества гликогена, депонированного в печени и мышцах, повышению активности ферментов анаэробного ресинтеза АТФ, повышению секреторных возможностей надпочечников, буферной емкости крови и устойчивости центральной нервной системы.

Основными критериями анаэробных гликолитических возможностей организма являются показатели анаэробной гликолитической мощности – неметаболический «излишек» выделения СО₂ (ЕхсСО₂)) и анаэробной гликолитической емкости – величина образования лактатного кислородного долга, величина максимального накопления молочной кислоты, сдвиг показателей кислотно-щелочного равновесия крови[8].

РЕГУЛЯТОРНЫЙ ФАКТОР

Регуляторный фактор определяется степенью согласованности работы функций мышечной и вегетативной систем, особенностями нейрогуморальной регуляции, совершенствованием гормональной регуляции. Высокая степень согласованности вегетативных систем и двигательного аппарата проявляется в том, что квалифицированные спортсмены реализуют свои функциональные потенции при выполнении специфических физических упражнений спортивной направленности[9]. Развитие выносливости у спортсменов неразрывно связано с формированием специализированного двигательного навыка и совершенствованием силовых способностей. В результате тренировки имеет место избирательное повышение функциональных возможностей тех мышечных групп, которые участвуют в работе[10]. Результатом двигательной специализации является отсутствие переноса тренированности с других видов мышечной деятельности на спортивную технику[11].

Роль нейрогуморальной регуляции при выполнении напряженных тренировочных и соревновательных нагрузок проявляется в необходимости создания целенаправленных психологических установок для сопротивления двигательной монотонии и мобилизации волевых усилий для переносимости ощущений удушья и мышечной боли, сопровождающих накопление в мышцах и крови недоокисленных продуктов распада.

В процессе тренировки на выносливость имеет место совершенствование гормональной регуляции мышечной деятельности (Верхошанский Ю.В., 1988). Так, экстенсивная тренировка аэробных возможностей сопровождается увеличением секреции соматотропина и кортизола при относительно постоянном уровне секреции инсулина, что приводит к сглаживанию реципроктного взаимоотношения процессов окисления липидов и углеводов и выражается в увеличение аэробных возможностей спортсменов, повышении экономичности мышечной работы.

Следует иметь в виду, что в процессе развития и совершенствования выносливости все три вышеуказанных фактора взаимосвязаны и происходящие изменения в одном из них обусловливают изменения в других.