Глава 7 Адаптация обмена веществ к мышечной деятельности т
advertisement
Глава 7 Адаптация обмена веществ к мышечной деятельности т Мы рассмотрели, как наш организм использует потребляемые продукты питания и питательные вещества для образования энергии, необходимой для выполнения мышечной деятельности, выяснили роль эндокринной системы в регуляции различных обменных процессов, протекающих при выполнении физических нагрузок. Можем ли мы увеличить потенциал своей мышечной деятельности? Повысить свои энергетические запасы? В этой главе мы рассмотрим, как наш организм адаптируется к повторяющимся тренировочным стимулам. Главное внимание обратим на адаптационные реакции обмена веществ, которые повышают нашу способность осуществлять мышечную деятельность. Изучим адаптационные реакции мышечной и энергетической систем, которые позволяют нам более эффективно использовать свою энергию. Рассмотрим влияние аэробных и анаэробных тренировочных нагрузок и выясним, как увеличить их положительное воздействие. Жена Джима подумала, что ее муж сошел с ума, когда в 37 лет он с друзьями начал бегать трусцой несколько раз в неделю. Ведь раньше спорт его совсем не интересовал. Кроме того, он всегда избегал любой физической деятельности. Несмотря на болезненные ощущения в области мышц и неспособность поддерживать темп бега своих друзей, Джим стал бегать больше — 6 раз в неделю. Через 8 недель Джим вдруг обнаружил, что без труда бежит наравне со всеми. Вскоре он стал лидером своей группы и теперь ему приходилось "сбрасывать" скорость, чтобы бежать вместе со всеми. Когда другие бегуны решили увеличить объем тренировок, чтобы подготовиться к участию в Бостонском марафоне, Джим присоединился к ним и стал пробегать 60 — 70 миль в неделю. Во время соревнования Джим намного превзошел своих партнеров по тренировкам, финишировав на час раньше с результатом 2 ч 45 мин, попав в число 3 % лучших из числа 9 540 участников. Оказалось, что у Джима была удивительная предрасположенность к бегу на длинные дистанции, которая проявилась после того, как его организм адаптировался к значительным тренировочным нагрузкам. Не все механизмы, обеспечивающие увеличение мышечной силы и выносливости, хорошо изучены. Тем не менее мы можем идентифицировать многие метаболические и морфологические изменения, которые происходят в результате повседневной мышечной деятельности. Аэробные нагрузки, например, приводят к улучшению функции системы кровообращения, а также повышают способность мышечных волокон образовывать большее количество АТФ. Анаэробные тренировки увеличивают мышечную силу и толерантность к нарушению кислотно-щелочного равновесия при очень интенсивном усилии. Мы рассмотрим значение различных метаболических изменений, которые имеют место во время тренировок, и выясним, как эти изменения влияют на мышечную деятельность. АДАПТАЦИЯ К АЭРОБНЫМ ТРЕНИРОВОЧНЫМ НАГРУЗКАМ Повышение выносливости вследствие ежедневных аэробных нагрузок, например, бег трусцой или плавание, обусловлено множеством адаптационных реакций в ответ на тренировочные стимулы. Одни происходят непосредственно в мышцах, другие включают изменения в системах энергообеспечения, третьи затрагивают деятельность сердечно-сосудистой системы, улучшая функцию кровообращения. Ниже мы остановимся на адаптационных реакциях мышечной системы, обусловленных тренировочными нагрузками, направленными на развитие выносливости (адаптационные реакции кардиореспираторной системы рассматриваются в главе 10). АДАПТАЦИОННЫЕ РЕАКЦИИ МЫШЕЧНОЙ СИСТЕМЫ Повторяющееся сокращение мышечных волокон вызывает изменения в их структуре и функции. Многие из них рассматривались в главе 4, 132 однако как следствие силовой тренировки. Нас в данном случае интересует влияние тренировочных занятий, направленных на развитие выносливости, на тип мышечных волокон; количество капилляров; содержание миоглобина; функцию митохондрий; окислительные ферменты. Тип мышечных волокон Аэробные виды деятельности, например, бег трусцой или езда на велосипеде с невысокой интенсивностью, в основном "обслуживают" МСволокна. Под действием тренировочных стимулов эти волокна становятся на 7 — 22 % больше, чем соответствующие БС-волокна [5]. Однако размеры волокон значительно колеблются у разных спортсменов. У некоторых могут быть необычно большие МС-волокна, у других — такие же большие БС-волокна. Отметим, что размеры волокон у спортсменов, занимающихся циклическими видами спорта, по-видимому, мало связаны с уровнем аэробных возможностей. Размеры волокон могут играть большую роль в видах спорта, требующих проявления значительной силы и мощности, таких, как спринтерский бег и тяжелая атлетика, в которых преимущество имеют спортсмены с более крупными БС мышечными волокнами. Результаты большинства исследований показывают, что тренировочные нагрузки, направлен ные на развитие выносливости, не изменяют соотношения БС- и МС-волокон. Это подтверждают и результаты последних исследований, которые вместе с тем указывают на некоторые изменения типов БС-волокон. БСд-волокна, несомненно, используются менее часто, чем волокна типа "а", именно поэтому у них более низкие аэробные способности. Продолжительные физические нагрузки со временем могут привести к их рекруитированию, вынуждая их функционировать подобно волокнам типа "а". Как показывают результаты последних исследований, физические нагрузки, направленные на развитие выносливости, могут привести к тому, что некоторые БС^-волокна приобретут определенные свойства волокон типа БС^. Ни причина, ни последствия такого изменения пока не выяснены. Возможно, превращение БСволокон типа "б" в тип "а" просто отражает более интенсивное использование БС-волокон при длительных изнурительных тренировочных нагрузках. Количество капилляров Одной из наиболее важных адаптационных реакций на нагрузки, направленные на развитие выносливости, является увеличение числа капилляров вокруг каждого мышечного волокна. Как видно из рис. 7.1, в мышцах ног человека, зани- Рис. 7.1. Структура капилляров, расположенных вокруг мышечных волокон нетренированного мужчины (а) и тренированного бегуна на длинные дистанции (б) 133 Аэробные тренировочные нагрузки приво-т дат к увеличению количества капилляров в мышечном волокне, а также на данной площади поперечного сечения мышцы. Эти изменения повышают перфузию мышц кровью мающегося циклическими видами спорта, количество капилляров на 5 — 10 % больше, чем у малоподвижного индивидуума [9, II]. Чем больше спортсмен тренируется, тем больше увеличивается (до 15 %) количество капилляров [9]. Увеличение количества капилляров улучшает газо-и теплообмен, ускоряет выведение продуктов распада и обмен питательных веществ между кровью и работающими мышечными волокнами. Это обеспечивает подготовку внутренней среды для образования энергии и выполнения мышечных сокращений. Значительное увеличение количества капилляров наблюдается через несколько недель или месяцев тренировочных занятий. Как изменяется количество капилляров при более продолжительных периодах активности неизвестно, поскольку данный вопрос практически не изучался. Содержание миоглобииа Кислород, попадающий в мышечное волокно, связывается с миоглобином —соединением, подобным гемоглобину. Это содержащее железо соединение обеспечивает челночнообразные движения молекул кислорода из клеточной оболочки в митохондрии. Миоглобин в большом количестве содержится в МС-волокнах, обеспечивая их красноватую окраску (миоглобин — пигмент, окрашивающийся в красный цвет при связывании с кислородом). БС-волокна обладают высокой гликолитической способностью, поэтому им требуется (и они действительно содержат) незначительное количество миоглобина, в силу чего имеют светлую окраску. Следует отметить, что ограниченное количество миоглобина приводит к пониженному содержанию кислорода, что уменьшает аэробную выносливость. Миоглобин выделяет кислород в митохондрии, когда его запасы при выполнении мышечных сокращений истощаются. Этот резерв кислорода используется при переходе от состояния покоя к состоянию выполнения физической нагрузки. Кислород поступает в митохондрии в промежуточный период между началом выполнения физической нагрузки и повышенной доставкой кислорода сердечно-сосудистой системой. Точный вклад миоглобина в доставку кислорода не изучен. Однако тренировочные нагрузки, направленные на развитие выносливости, увеличивают содержание миоглобина в мышцах на 75 — 80 %. Эту адаптационную реакцию можно было бы считать благоприятной, если бы она повышала способность мышц осуществлять окислительный метаболизм. Функция митохондрии Как отмечалось в главе 5, аэробное образование энергии осуществляется в митохондриях. В этой связи неудивительно, что тренировка, направленная на развитие выносливости, вызывает изменения функции митохондрии, повышая способность мышечных волокон образовывать АТФ. Способность использовать кислород и образовывать АТФ путем окисления зависит от количества, размера и производительности митохондрии мышц. Тренировка, направленная на развитие выносливости, положительно влияет на все три переменные. Аэробная тренировка приводит к увеличению размеров и количества митохондрии скелетной мышцы, что повышает эффективность ее окислительного метаболизма В одном исследовании у крыс тренировали развитие выносливости, при этом количество митохондрии за 27 недель увеличилось почти на 15 % [10]. В то же время средний размер митохондрии увеличился почти на 35 %. В настоящее время известно, что увеличение объема аэробных тренировочных занятий приводит к возрастанию количества и размеров митохондрии. Окислительные ферменты Увеличение размеров и количества митохондрии повышает аэробные возможности мышц. Интенсивность этих изменений возрастает в результате повышения производительности митохондрии. Как отмечалось в главе 5, окислительное расщепление источников энергии и конечное образование АТФ зависят от действия митохондриальных ферментов. Активность этих ферментов увеличивается вследствие тренировки, направленной на развитие выносливости. Рис. 7.2 иллюстрирует изменения активности сукцинатдегидрогеназы — одного их ключевых окислительных ферментов мышц — в результате тренировочных занятий по плаванию с постепенным увеличением объема на протяжении 7 мес. Интересно, что несмотря на повышение активности этих ферментов на протяжении всего периода, МПК в последние 6 недель практически не изменилось. Это указывает на то, что на МПК в большей степени влияет ограничение транспорта кислорода со стороны системы кровообращения, чем окислительный потенциал мышц. Тренировка на увеличение выносливости оказывает значительное влияние на активность таких 134 Рис. 7.2. Изменение активности сукцинатдегидрогеназы (дельтовидная мышца) при постепенном увеличении объема тренировочных занятий по плаванию мышечных ферментов, как сукцинатдегидрогеназа и цитратсинтаза. Это видно из рис. 7.3, на котором показана активность этих ферментов у нетренированных, среднетренированных и высокотренированных испытуемых. Даже при среднем уровне еже 80 70 21 18 дневных физических нагрузок активность указанных ферментов повышается, а с ней возрастают и аэробные возможности мышц. Например, бег трусцой или езда на велосипеде в течение хотя бы 20 мин в день увеличивают активность сукцинатдегидрогеназы в мышцах ног более чем на 25 %. Более интенсивные тренировки (60 — 90 мин в день) приводят к повышению ее активности в 2,6 раза. Повышение активности этих окислительных ферментов вследствие тренировок отражает как увеличение количества и размеров мышечных митохондрий, так и повышение способности образовывать АТФ. Первоначально увеличение активности ферментов совпадает с повышением МПК. Однако в настоящее время неизвестно, существует ли между ними причинно-следственная взаимосвязь. Также неизвестно, почему физические нагрузки повышают активность окислительных ферментов скелетной мышцы. Более того, не совсем понятно значение этой повышенной активности. В любом случае указанные изменения можно рассматривать как имеющие определенное значение и для утилизации кислорода тканями во время мышечной деятельности, и для обеспечения эффекта "экономии" гликогена. И первое, и второе может способствовать интенсификации мышечной деятельности, требующей проявления выносливости. В то же время существует лишь незначительная взаимосвязь между активностью окислительных ферментов и увеличением МПК [8, 14]. По мнению некоторых ученых, МПК регулируется кислородтранспортной системой (системой кровообращения). Другие считают, что его аэробные возможности определяются окислительными свойствами мышц. Споры о том, какая из систем более важна, представляют чисто академический ^ 60 ^ _|15 ^ 50 I12 2 40 30 20 10 Рис. 7.3. Активность ферментов икроножной мышцы у нетренированных (1), среднетренированных бегунов трусцой (2) и высокотренированных (3) марафонцев. Показаны уровни ферментов для сукцинатдегидрогеназы (а) и цитратсинтазы (б) — двух из множества ферментов, участвующих в окислительном образовании АТФ. Данные Костилла и др. (1979) 135 интерес, поскольку адаптационные реакции обеих систем крайне важны для улучшения функций окислительной системы и интенсификации мышечной деятельности, требующей проявления выносливости. В ОБЗОРЕ... 1. Тренировка, направленная на развитие выносливости, в большей степени воздействует на МС мышечные волокна. Вследствие этого они увеличиваются. Хотя соотношение МС- и БС-воло-кон и не изменяется, однако в результате тренировочных нагрузкок БСц-волокна могут приобретать определенные свойства БС^-волокон. 2. Тренировка, способствующая повышению выносливости, увеличивает количество капилляров вокруг каждого мышечного волокна. 3. Содержание миоглобина в мышцах повышается на 75 — 80 % в результате тренировки, направленной на развитие выносливости. В миоглобине содержится кислород. 4. Тренировка, направленная на развитие выносливости, приводит к увеличению количества и размеров митохондрий. 5. Вследствие тренировки повышается активность многих окислительных ферментов. 6. Все изменения, происходящие в мышце, в сочетании с адаптационными реакциями кислородтранспортной системы усиливают функции окислительной системы и уровень мышечной деятельности, требующей проявления выносливости. Адаптационные реакции, влияющие на источники энергии Систематическая аэробная тренировка предъявляет повторяющиеся требования мышечным запасам гликогена и жиров. Неудивительно, что наш организм адаптируется к подобным повторяющимся стимулам, повышая эффективность образования энергии и снижая вероятность возникновения утомления. Рассмотрим, с помощью каких адаптационных реакций организм тренированного человека образует энергию за счет углеводов и жиров. Углеводы в качестве источника энергии Мышечный гликоген весьма активно используется во время каждого тренировочного занятия, поэтому после каждого занятия механизмы, обеспечивающие его ресинтез, стимулируются, а истощенные запасы гликогена восполняются. При адекватном отдыхе и потреблении достаточного количества углеводов с продуктами питания тренированная мышца накапливает значительно больше гликогена, чем нетренированная. Например, если бегуны на длинные дистанции прекратят на несколько дней тренировочные занятия и будут потреблять пищу, богатую углеводами (400 — 550 г-день"'), уровни мышечного гликогена у них превысят вдвое содержание гликогена в мышцах малоподвижных людей, потребляющих такое же количество углеводов. Более высокие запасы гликогена обеспечивают спортсмена большим количеством энергии. Подробнее вопросы питания спортсменов обсуждаются в главе 15. Жиры в качестве источника энергии Кроме значительных запасов гликогена, тренированная (на выносливость) мышца содержит большее количество жиров в форме триглицери-дов. Механизмы, обеспечивающие повышенное содержание источников энергии у тренированного спортсмена на развитие выносливости, изучены недостаточно, тем не менее результаты исследований показывают, что всего лишь после 8 недель занятий содержание триглицеридов увеличивается в 1,8 раза [7]. Вообще, как видно из Рис. 7.4 Митохондрий (а), гранулы мышечного гликогена (б) и вакуоли триглицеридов (в) 136 рис. 7.4, вакуоли, содержащие триглицерид, распределяются по мышечному волокну, как правило, ближе к митохондриям. Поэтому они могут быть легко использованы в качестве источника энергии во время физической нагрузки. Следует также отметить, что у тренированного на увеличение выносливости повышается активность многих мышечных ферментов, участвующих в р-окислении жиров. Это позволяет тренированной мышце более эффективно сжигать жиры, снижая тем самым потребность в мышечном гликогене. Образцы мышц бедер атлетов, взятые до и после езды на велосипеде, показали 30 %-е увеличение способности окисления свободных жирных кислот. У тренированных на развитие выносливости спортсменов также увеличивается интенсивность выделения свободных жирных кислот при продолжительной физической нагрузке для их использования мышцами. Аэробная тренировка повышает возможность использования жиров в качестве источника энергии во время мышечной деятельности. Это обеспечивает более низкую интенсивность использования гликогена мышц и печени Иссекутц с коллегами выяснили, что подобное увеличение количества свободных жирных кислот в крови позволяет мышцам сжигать больше жиров, чем углеводов [12]. Результаты последующих исследований показали, что вследствие повышения уровней свободных жирных кислот в крови экономятся запасы мышечного гликогена и отсрочивается возникновение утомления [3, 13]. При любой данной интенсивности работы организм тренированного человека, как правило, использует в качестве источника энергии больше жиров, чем углеводов, по сравнению с организмом нетренированного человека. Подводя итог вышесказанному, отметим, что улучшение функции аэробной выносливости мышц приводит к увеличению способности образование энергии с большим акцентом на использование жиров для синтеза АТФ. Повышенная вследствие тренировочных нагрузок, направленных на развитие выносливости, способность мышц использовать жиры обусловлена ее более высокой утилизацией свободных жирных кислот и окислением жиров. В ряде видов спорта (лыжные гонки, марафон) подобные адаптационные изменения предотвращают преждевременное истощение запасов гликогена и тем самым обеспечивают постоянное образование АТФ. Таким образом, мышечная деятельность, требующая проявления выносливости, становится более эффективной. ТРЕНИРОВКА АЭРОБНОЙ СИСТЕМЫ В лабораторных условиях ученые могут измерить аэробные возможности образца мышцы, полученного с помощью пункционной биопсии. Если его размельчить в растворе, содержащем другие жизненно необходимые компоненты, ми-тохондрии начнут использовать кислород и образовывать АТФ. Таким образом, можно определить максимальную скорость использования мышечными митотондриями кислорода для образования АТФ. Этот метод, как мы видим, позволяет измерить максимальный дыхательный объем мышцы, или бо^. В сущности, (?о, — показатель максимального потребления кислорода мышцей (в отличие от ^„акс, являющегося показателем максимального потребления кислорода организмом). Образцы икроножных мышц трех групп испытуемых, приведенные на рис. 7.5, показывают, что в нетренированых мышцах Оо, составляют около 1,5 л кислорода в час на каждый грамм мышцы (л-ч^т"'). С другой стороны, у людей с МПК.МЛ-КГ '-МИН" 69 В ОБЗОРЕ... 1. Запасы гликогена в тренированной (на выносливость) мышце значительно превышают его запасы в нетренированной. 2. Кроме того, в такой мышце содержится значительно больше жиров (триглицеридов). 3. Тренировка приводит к повышению активности многих ферментов, участвующих в р-окислении жиров, что обусловливает увеличение содержания свободных жирных кислот. Это, в свою очередь, приводит к более интенсивному использованию жиров в качестве источника энергии и, следовательно, к экономии гликогена. '^3 ^2 44 1 п=10 Рис. 7.5. Респираторные возможности (О.п.) икроножной мышцы нетренированных испытуемых (1), среднетренированных бегунов трусцой (2) и высокотренированных марафонцев (3). Обратите внимание на определенную пропорциональность Оо объему тренировочных нагрузок. Данные Костилла (1986) 137 энергозатратами, обусловленными физическими нагрузками, например, бег трусцой 25 — 40 км в неделю (порядка 1 500 — 2 500 ккал в неделю), бо^ составляют 2,7 л-ч^т"1, что в 1,8 раза выше, чем у нетренированных людей. У марафонцев, чьи энергозатраты превышают 5 000 ккал в неделю (около 80 км в неделю), Оо, составляют 4,0 л-ч"1-!'"1, т.е. почти в 2,7 раза выше, чем у нетренированных людей. выносливости прямо пропорционально объему тренировок. Однако если бы объем тренировочных нагрузок был наиболее важным фактором, обусловливающим адаптационные реакции мышечной системы, то те спортсмены, которые расходовали бы больше всего энергии во время тренировочных занятий, имели бы самое высокое МПК. Однако это не так. Повышение аэробных возможностей в результате тренировки, направленной на развитие выносливости, имеет свои пределы. Спортсмены, поУвеличение аэробных возможностей организстепенно увеличивающие физические нагрузки, в ма приводит к повышению максимального конце концов достигают предела аэробных возокислительного или дыхательного объема можностей, когда дальнейшее увеличение объема (Оо^) мышцы. Максимальные средние значения нагрузки не приводит к повышению выносливости (?<у, (5,2 л*ч~1*г~') были зарегистрированы в или МПК. Это иллюстрирует рис. 7.6, на котором дельтовидных мышцах пловцов, чьи энерпоказаны изменения МПК у двух бегунов на гозатраты вследствие тренировки превышали длинные дистанции до и после различных по 10 000 ккал в неделю [1] объему тренировочных занятий. В начале тренировочного процесса (40 км в неделю) МПК увеличивалось значительно. Увеличение МПК проВполне очевидно, что тренированные испы- должалось до тех пор, пока спортсмены не довели туемые имеют преимущество по сравнению с не- объем нагрузки до 80 км в неделю. Дальнейшее тренированными. Но как оно достигается? В сле- увеличение объема нагрузки не привело к повыдующих разделах книги рассмотрим различные ас- шению уровня выносливости. В течение 1 мес пекты влияния нагрузок, направленных на развитие спортсмены довели объем тренировочных нагрузок выносливости, с тем чтобы попытаться выяснить, до 350 км (217 миль) в неделю, однако уровень каким образом можно еще больше увеличить выносливости не повысился [2]. преимущество тренированного организма. Некоторые спортсмены увеличивают объем нагрузок за счет проведения двух тренировочных занятий в день. Однако если во время первого ОБЪЕМ ТРЕНИРОВОЧНЫХ НАГРУЗОК Адаптационные реакции на тренировочный тренировочного занятия спортсмен израсходовал процесс достигаются при выполнении оптималь- энергию, равную 1 000 ккал в день, проведение ного объема работы на каждом тренировочном второго тренировочного занятия не принесет ему занятии в течение данного периода времени. Не- никакой пользы. (Этот вопрос обсуждается в главе сомненно, оптимальный объем физических на- 13.) грузок будет определяться индивидуальными возможностями каждого спортсмена, вместе с тем, как показывают результаты наблюдений за бегунами на длинные дистанции, средний оптимальный объем О 50 100 150 200 250 300 350 Тренировочная нагрузок соответствует энергозатратам порядка 5 дистанция, км в неделю 000 — 6 000 ккал в неделю (приблизительно 715— 860 ккал в день). Это соответствует пробеганию Рис. 7.6. Изменения МПК у двух бегунов на длинные дистанции 80 — 95 км в неделю [2]. Для пловцов дистанции при различном объеме нагрузки. Объем тресредний оптимальный объем нагрузок составит 4 нировки 40— 80 км в неделю способствовал повышению 000 — 6 000 м в день •[б]. Вполне очевидно, что эти аэробных возможностей, тогда как при более высоком объеме нагрузки дополнительного повышения аэробных значения отражают всего лишь оценку величины стимула, необходимого для тренировки мышц. возможностей не наблюдалось. Данные Костилла (1986) Некоторые спортсмены могут значительно повысить свои аэробные возможности, выполняя меньший объем работы, другим для этого может потребоваться еще больше увеличить тренировочные нагрузки. Степень повышения аэробных возможностей частично зависит от количества калорий, расходуемых на каждом тренировочном занятии, а также от объема работы, выполняемой в течение нескольких недель. Многие спортсмены и тренеры считают в этой связи, что повышение аэробной 138 ИНТЕНСИВНОСТЬ ТРЕНИРОВОЧНЫХ ЗАНЯТИЙ Адаптационные реакции на тренировку, направленную на развитие выносливости, зависят не только от объема, но и от интенсивности тренировочных занятий. Рассмотрим значение интенсивности тренировочных занятий в циклических видах спорта (более подробно этот вопрос освещается в главе 13). Адаптационные реакции мышечной системы зависят как от скорости, так и от продолжительности усилия, прилагаемого во время тренировочного занятия. Бегуны, велосипедисты и пловцы, тренировочный процесс которых включают кратковременные, высокоинтенсивные физические нагрузки, достигают лучших результатов чем те, режим тренировочных занятий которых построен на длительных, медленно выполняемых физических упражнениях небольшой интенсивности, поскольку последние не обеспечивают вовлечение большего числа мышечных волокон в сократительный процесс и высокую интенсивность образования энергии, необходимых для максимальной мышечной деятельности циклического характера. Скоростная подготовка высокой интенсивности включает либо интервальные, либо непрерывные тренировки с околосоревновательной скоростью. Рассмотрим преимущества такой тренировки. Интервальная тренировка Большинство спортсменов используют метод интервальной тренировки для повышения главным образом анаэробных возможностей. Следовательно, большинство повторяющихся циклов физической нагрузки выполняется со скоростью, при которой образуется большое количество лактата. Однако интервальный метод тренировки может быть также использован для повышения аэробных возможностей. Повторяющиеся кратковременные циклы физической нагрузки, выполняемые в быстром темпе при кратковременных интервалах отдыха между циклами, оказывают такое же воздействие, как и продолжительные и непрерывные физические нагрузки высокой интенсивности. Этот вид аэробной интервальной тренировки стал основой для повышения аэробных возможностей спортсменов, особенно пловцов. Он предполагает выполнение кратковременных физических нагрузок (30 с — 5 мин; 50 — 400 м плавания) со скоростью, немного уступающей соревновательной, а также очень короткие интервалы отдыха (5 — 15 с). Столь короткие интервалы отдыха вынуждают выполнять работу в аэробном режиме, практически не стимулируя гликолитическую систему производства лактата. В табл. 7.1 приводится пример программы аэробных интервальных тренировок для бегунов. Поскольку главным фактором повышения аэробных возможностей является объем тренировки, бегуны должны выполнять большое количество повторений. В данном примере 20 повторений бега на 400 м соответствуют общему объему 8 000 м (около 5 миль). Скорость бега слегка уступает соревновательной на дистанции 10 км, в данном случае на 8 — 10с каждые 400 м. Вместе с тем она превышает скорость, которую могли бы поддерживать спортсмены во время непрерывного забега на 8 000 м. Главная трудность в данном случае состоит в относительно короткой продолжительности интервалов отдыха, всего 10 — 15 с, которая не позволяет мышцам восстановиться, хотя дает возможность "слегка передохнуть". Таблица 7.1. Пример аэробной интервальной тренировки для бегунов на дистанцию 10 км Лучший результат на 10 км, Повторение Отрезок Интервалы дистанции, отдыха, с Скорость, мин:с мин:с 46 : 00 20 400 10-15 2 : 00 43 : 00 20 400 10 - 15 1 : 52 40 : 00 20 400 10-15 1 :45 37:00 20 400 10-15 1 :37 34:00 20 .400 10-15 1 : 30 Непрерывный метод тренировки Можно утверждать, что непрерывное выполнение физической нагрузки высокой интенсивности оказывает такое же воздействие на аэробные возможности, как и ее выполнение интервальным методом. Однако некоторые спортсмены считают непрерывный метод более скучным. В настоящее время нет повода считать интервальный метод тренировки более эффективным, чем непрерывный. В ОБЗОРЕ... 1. Идеальный режим тренировки должен обеспечивать энергозатраты порядка 5 000 — 6 000 ккал в неделю. Более низкий уровень энергозатрат, видимо, не обеспечивает достаточного тренировочного эффекта. 2. Важную роль в процессе тренировки играет ее интенсивность. Адаптационные реакции во многом зависят от продолжительности и скорости выполнения физических нагрузок; спортсмены, занимающиеся видами спорта, требующими проявления высоких скоростных способностей, должны тренироваться с высокой скоростью. 3. Метод аэробной интервальной тренировки предполагает выполнение циклов физической нагрузки высокой интенсивности с кратковремен- 139 ными интервалами отдыха между циклами. Этот метод, традиционно считающийся анаэробным, обеспечивает повышение аэробных возможностей, поскольку интервалы отдыха настолько коротки, что полное восстановление не происходит, вследствие этого достигается адекватная нагрузка аэробных систем. 4. Непрерывный метод тренировки, по мнению многих спортсменов, чересчур утомителен и скучен. 5. Интервальный и непрерывный методы тренировки обеспечивают практически одинаковое повышение аэробных возможностей спортсменов. АДАПТАЦИОННЫЕ РЕАКЦИИ, ОБУСЛОВЛЕННЫЕ АНАЭРОБНЫМИ ТРЕНИРОВОЧНЫМИ НАГРУЗКАМИ Энергетические потребности таких видов мышечной деятельности, как бег или плавание на короткие дистанции, требующие проявления почти максимальных усилий, обеспечиваются системой АТФ — КФ и гликолитической системой (анаэробное расщепление мышечного гликогена). Ниже мы рассмотрим возможности повышения эффективности обеих систем. АДАПТАЦИОННЫЕ РЕАКЦИИ СИСТЕМЫ АТФ - КФ Виды мышечной деятельности, требующей проявления максимальных усилий, — бег, плавание на короткие дистанции, тяжелая атлетика — основаны на системе АТФ — КФ образования энергии. Обеспечение максимальных усилий продолжительностью менее 6 с осуществляется за счет расщепления и ресинтеза АТФ и КФ. Изучению адаптационных реакций системы АТФ — КФ на кратковременную максимальную нагрузку было посвящено немного исследований. Одно из них провел в 1979 г. Костилл с коллегами [4]. Испытуемые выполняли разгибание ног в коленном суставе. Одну ногу разгибали в течение 6 с (максимальная нагрузка), выполняя 10 повторений. Это обеспечивало нагрузку на систему АТФ — КФ. Продолжительность выполнения работы второй ногой была 30 с, что обеспечивало стимулирование гликолитической системы. Оба метода тренировки привели к одинаковому приросту силы (около 14 %) и одинаковой сопротивляемости утомлению. Как видно из рис. 7.7, вследствие 30-секундных максимальных нагрузок повысилась активность мышечных ферментов креатинфосфокиназы и миокиназы. В то же время их активность в мышцах ноги, которой выполняли 6-секундную максимальную работу, не изменилась. На основании полученных результатов можно сделать вывод, что максимальные физические нагрузки спринтерского типа (6 с) спо собствуют повышению силовых качеств, однако практически не влияют на механизмы, обеспечивающие расщепление АТФ. Следовательно, подобный вид тренировки обеспечивает улучшение спортивных результатов вследствие повышения силовых качеств, однако не способствует увеличению эффективности процесса образования энергии за счет расщепления АТФ и КФ. Вместе с тем в другом исследовании наблюдали повышение активности ферментов АТФ — КФ вследствие циклов тренировочных нагрузок продолжительностью всего 5 с [16]. Несмотря на противоречивость результатов, оба исследования убедительно показывают, что главным достоинством тренировочных циклов, длящихся всего несколько секунд, является увеличение силовых качеств. Это позволяет спортсмену выполнять данную работу с меньшим усилием, что снижает вероятность возникновения утомления. И хотя не установлено, позволяют ли эти изменения выполнять мышцам больший объем работы анаэробного характера, результаты 60-секундного теста "спринт-утомление" свидетельствуют, что кратковременные анаэробные тренировочные нагрузки спринтерской направленности не способствуют увеличению анаэробной выносливости [4]. АДАПТАЦИОННЫЕ РЕАКЦИИ ГЛИКОЛИТИЧЕСКОЙ СИСТЕМЫ Тренировка анаэробной направленности (30секундные циклы нагрузки) повышает активность ряда ключевых гликолитических и окислительных ферментов. Чаще всего в проводившихся исследованиях изучали активность таких гликолитических ферментов, как фосфорилаза, фосфофруктокиназа и лактатдегидрогеназа. Их активность повышается на 10 — 25 % в результате выполнения 30секундных циклов физической нагрузки и практически не изменяется вследствие выполне- Рис. 7.7. Изменение активности креатинфосфокиназы (КФК) и мышечной миокиназы (ММ) в результате 6- и 30секундной максимальной анаэробной нагрузки 140 ния кратковременных (6-секундных) циклов, которые главным образом воздействуют на систему АТФ — КФ [4]. Поскольку фосфофруктокиназа и фосфорилаза играют важную роль в анаэробном образовании АТФ, можно предположить, что такая тренировка увеличивает гликолитические возможности и позволяет мышце производить большее усилие в течение более продолжительного отрезка времени. Однако, как видно из рис. 7.8, это предположение не подтверждают результаты 60-секундно-го теста спринтерского типа деятельности, во время которого испытуемые выполняли сгибания и разгибания ног в коленном суставе с максимальной нагрузкой. На производительность и интенсивность возникновения утомления (снижение производительности) в одинаковой степени влияли 6- и 30-секундные циклы физической нагрузки. Таким образом, мы можем заключить, что улучшение результатов вследствие таких тренировочных нагрузок обусловлено скорее увеличением силовых качеств, чем анаэробным образованием АТФ. Тренировка анаэробной направленности повышает активность гликолитических ферментов и ферментов АТФ — КФ, не влияя на окислительные ферменты. С другой стороны, тренировка аэробной направленности, повышая активность окислительных ферментов, никак не влияет ни на гликолитические ферменты, ни на ферменты АТФ — КФ. Это еще раз подтверждает принцип специфичности физиологических адаптационных реакций в зависимости от направленности тренировки -1/-^ О 10 20 30 40 50 60 Время максимального разгибания ноги в коленном суставе, с Рис. 7.8. Результат в спринтерском забеге в течение 60 с после 6- и 30-секундной анаэробной физической нагрузки До тренировки П 6с О 30с 220 ДРУГИЕ АДАПТАЦИОННЫЕ РЕАКЦИИ, ОБУСЛОВЛЕННЫЕ ТРЕНИРОВКОЙ АНАЭРОБНОЙ НАПРАВЛЕННОСТИ Каким еще образом тренировка анаэробной (спринтерской) направленности может способствовать улучшению результатов? Кроме увеличения силы, улучшение по меньшей мере трех других компонентов может способствовать повышению эффективности мышечной деятельности и задержке возникновения утомления, а именно • эффективности движения; • аэробной энергетике; • буферной способности. Эффективность движения Тренировочные занятия, проводимые с высокой скоростью, улучшают мастерство и координацию мышечной деятельности. Учитывая избирательное рекруитирование мышечных волокон (см. главу 2), мы можем предположить, что тренировки анаэробной направленности обеспечивают оптимальное рекруитирование волокон и, тем самым, более эффективное выполнение движений. Тренировки с высокой скоростью и значительными нагрузками повышают эффективность за счет более экономного использования энергии мышцами. Аэробная энергетика Тренировочные нагрузки анаэробной направленности стимулируют не только анаэробные энергетические системы. Определенное количество энергии, необходимой для выполнения кратковременных нагрузок, продолжительностью не менее 30 с, обеспечивается за счет окислительного метаболизма. Следовательно, кратковременные физические нагрузки спринтерского типа (такие, как 30-секундные циклы максимальных нагрузок) также повышают аэробные возможности мышц [4, 14]. Можно предположить, что увеличение окислительных способностей мышц помогает анаэробным энергетическим системам удовлетворять потребности мышц в энергии во время значительных усилий анаэробного характера. Буферная способность Нагрузка анаэробного типа повышает толерантность мышц к кислоте, которая накапливается в них в процессе анаэробного гликолиза. Как уже отмечалось в главе 5, накопление молочной кислоты считается главным фактором, обусловливающим наступление утомления во время выполнения физических нагрузок спринтерского типа, поскольку Н+, выделяясь из нее, влияет на процесс обмена веществ и мышечных сокращений. Буферные вещества (такие, как бикарбонат и фосфаты мышц), соединяясь с водородом, понижают кис- 180 141 Е! 140 с( & 100 О 60 лотность волокон; следовательно, они могут задерживать возникновение утомления во время физических нагрузок анаэробной направленности. 1У Тренировочные нагрузки анаэробной на-т правленности повышают буферные способности мышц в отличие от нагрузок аэробного характера Как показывают результаты исследований, тренировочные нагрузки анаэробной направленности за 8 недель повышают буферную способность на 12 — 50 % [15]. В то же время тренировочные нагрузки аэробной направленности не влияют на буферную способность. Как и другие адаптационные реакции на тренировку, изменения буферной способности специфичны интенсивности нагрузок, выполняемых в процессе тренировочных занятий. Таблица 7.2. Активность избранных мышечных ферментов у нетренированных и тренированных мужчин Высокий уровень Система Нетрени- анаэробной аэробной рованный подготовлен подготовлен ности ности Аэробные ферменты Окислительная система сукцинатдегидрогеназа малатдегидрогеназа карнитинпалмитилтрансфераза 8,1 8,0 20,8* 45,5 46,0 65,5* 1,5 1,5 2,3* Анаэробные ферменты Система АТФ-КФ креатинфосфокиназа миокиназа Гликолитическая система фосфорилаза фосфофруктокиназа лакгатдегид• рогеназа 609,0 702,0* 589,0 309,0 350,0* 297,0* 5,3 19,9 5,8 29,2* 3,7* 18,9 766,0 811,0 621,0 * Значительное отличие от показателя нетренированного испытуемого В результате повышенной буферной способности в крови и мышцах испытуемых, отлично подготовленных к спринтерским видам деятельности, во время и после выполнения работы спринтерского характера до изнеможения накапливается больше лактата, чем у неподготовленных испытуемых. Это объясняется тем, что к возникновению утомления приводит Н4', образующийся из молочной кислоты, а не накопившийся лактат. При повышенной буферной способности мышцы образуют энергию в течение продолжительного периода времени, прежде чем чрезмерно высокая концентрация Н'1" начнет тормозить процессы сокращения. Интересно, что в подобных условиях (спринт до изнеможения) у испытуемых с высоким уровнем развития выносливости не наблюдается накопление столь большого количества лактата и столь низкие показатели рН, как у испытуемых с преимущественным развитием спринтерских качеств. Эти различия трудно объяснить, отметим только, что рН не ограничивает выполнение работы спринтерской направленности тренированными на выносливость испытуемыми. В табл. 7.2 показана активность избранных мышечных ферментов этих трех энергетических систем у нетренированных и тренированных испытуемых. Как следует из данных таблицы, у испытуемых с преобладанием нагрузок аэробной направленности, активность гликолитических ферментов значительно ниже. Следовательно, у них более низкая способность к анаэробному метаболизму или выполняемая ими мышечная деятельность в меньшей степени зависит от гликолитических источников энергии. В ОБЗОРЕ... 1. Тренировка анаэробной направленности повышает уровень анаэробной деятельности вследствие скорее увеличения силовых качеств, чем повышения эффективности функционирования анаэробных систем образования энергии. 2. Тренировка анаэробного характера также повышает эффективность движения, что приводит к меньшим затратам энергии. 3. Несмотря на то, что физические нагрузки спринтерского характера, в сущности, являются анаэробными, некоторая часть энергии, используемой при более продолжительных нагрузках спринтерского типа, образуется за счет окисления, следовательно, этот вид нагрузок также может повышать аэробные возможности. 4. Буферная способность мышц возрастает вследствие тренировки анаэробной направленности, что обеспечивает более высокое содержание лактата в крови и мышцах. Это обеспечивает нейтрализацию выделяемого из молочной кислоты Н'1' и, следовательно, задержку наступления утомления. 142 КОНТРОЛЬ ИЗМЕНЕНИЙ ВСЛЕДСТВИЕ ТРЕНИРОВОЧНОГО ПРОЦЕССА Цель любой программы тренировки простая — улучшение спортивных результатов. Адаптационные реакции мышечной системы происходят не сразу, и повышение эффективности энергетических систем достигается в результате нескольких месяцев тренировочных занятий. Чтобы быть уверенным, что данная программа подготовки эффективна, необходимо следить за результатами спортсмена на протяжении всего периода занятий. Мы рассмотрим, как на основании определения некоторых физиологических изменений можно следить за прогрессом спортсмена. По мнению некоторых ученых, контроль адаптационных реакций кардиореспираторной и мышечной систем лучше всего осуществлять, определяя уровень аэробных возможностей спортсмена, т.е. МПК. Однако для этого требуются специальные приборы, которые можно найти только в физиологической лаборатории. Поэтому большинство тренеров и спортсменов лишены возможности использовать данный метод. Кроме того, он не позволяет определить адаптационные реакции мышечной системы вследствие тренировки анаэробной и аэробной направленности. Недавно было предложено измерять содержание лактата крови во время тренировочного занятия, позволяющие оценить тренировочную нагрузку, а также степень адаптационных реакций мышц. При увеличении физической нагрузки концентрация лактата резко повышается. Это изменение можно использовать для оценки интенсивности тренировочного процесса (тренировочного стимула). Как следует из рис. 7.9, тренировка, направленная на развитие выносливости, повышает лактатный порог (момент начала аккумуляции лактата). Испытуемые с высоким уровнем выносливости могут выполнять работу при более высоком МПК, прежде чем произойдет накопление лактата. По мнению большинства специалистов, этот процесс достаточно хорошо отражает уровень мышечной деятельности, требующий проявления выносливости, а также позволяет более точно определить изменения, обусловленные тренировкой, чем МПК. Определение содержания лактата крови используют в различных видах спорта, включая бег и плавание. Спортсмены выполняют серию стандартных нагрузок с фиксированной скоростью и разной интенсивностью. Интервалы отдыха составляют 30 — 60 мин. После каждого цикла нагрузки берут кровь из пальца или вены для определения концентрации лактата. Полученные значения наносят на график, соотнося со скоростью плавания или бега испытуемого. Хотя такие тесты позволяют достаточно эффективно контролировать интенсивность тренировочных нагрузок и адаптационные реакции, их провождение занимает слишком много времени. Необходимость брать кровь после каждого цикла нагрузки и измерять уровни лактата не оправдывает значимость такого теста. Это привело к появлению более простого метода контроля, который заключается в измерении концентрации лактата крови после выполнения одноразовой стандартной физической нагрузки с фиксированной скоростью. Наклон кривой концентрации лактата крови — скорости плавания остается относительно одинаковым в процессе тренировочного занятия. Следовательно, мы можем оценить воздействие тренировки на мышечный метаболизм при выполнении пловцом одной попытки с заданной скоростью. Например, для изучения адаптационных реакций во время соревновательного сезона используют заплывы на 200 м с заданной скоростью. Пловец выполняет заплыв с одной и той же скоростью на протяжении всего сезона. Результаты исследования, в котором применялся этот метод, приведены на рис. 7.10. Накопле- ^10 18х то &6 I-св Ёя4 01234567 Продолжительность тренировок, мес 40 50 100 90 60 70 80 МПК,% Рис. 7.10. Влияние тренировки на концентрацию лактата крови после заплыва на 200м с заданной скоростью. Минимальные показатели лактата наблюдались в период демонстрации пловцами своих лучших результатов 143 т зической нагрузки с заданной скоростью. Однако даже этот простой тест не дает ответа на многие вопросы, касающиеся того, что в самом деле происходит в организме спортсмена в ответ на тренировочный стимул. Концентрация лактата крови после плавания или бега с заданной скоростью позволяет следить за физиологическими изменениями, обусловленными физическими нагрузками. С повышением уровня тренированности концентрация лактата при выполнении одного и того же объема работы снижается ние лактата в крови после выполнения таких стандартных заплывов снижалось на протяжении всего 7-месячного периода тренировочных занятий. Это говорит о том, что либо у пловцов повысились аэробные возможности, либо их организм стал в меньшей степени использовать энергию, образуемую с помощью гликолитических систем, либо и то и другое. Попытки использования других методов контроля эффективности тренировочных программ оказались безуспешными, ввиду больших затрат времени и средств на их проведение. Следует также отметить, что метод разового измерения концентрации лактата в крови также требует довольно дорогостоящих приборов и специально подготовленного персонала. Кроме того, целый ряд противоречий связан с использованием и интерпретацией результатов этого метода. Следует ли на основании полученных результатов изменять интенсивность процесса тренировки? Какие физиологические адаптационные реакции лежат в основе изменений лактатного порога? На эти и многие другие вопросы, имеющие большое значение для качественного использования и интерпретации результатов тестов с целью контроля адаптационных реакций мышечной системы на тренировку, еще предстоит ответить. В ОБЗОРЕ... 1. Многие считают, что МПК — лучший показатель адаптационных реакций на тренировку. Однако тест с использованием МПК очень непрактичен, к тому же он не позволяет определить адаптационные реакции на тренировку мышечной системы. 2. Многократные измерения уровней лактата крови во время цикла физической нагрузки с увеличивающейся интенсивностью в качестве теста оценки прогресса спортсменов также весьма непрактичны. 3. Из множества методов, использовавшихся для оценки адаптационных реакций на тренировку, повидимому, наиболее простым и доступным является метод, предполагающий сравнение показателей лактата крови, определенных в различные периоды подготовки, после выполнения фи 144 В этой части мы рассмотрели вопросы энергообеспечения мышечной деятельности. В главе 5 изучили основные процессы энергообеспечения организма. В главе 6 выяснили, какую роль играет эндокринная система. И, наконец, в этой главе рассмотрели адаптационные реакции мышечной системы, а также изменения в системах энергообеспечения вследствие тренировки анаэробной и аэробной направленности и то, как эти тренировки способствуют улучшению спортивных результатов. Следующая часть посвящена кислородтранспортной системе организма. В главе 8 мы рассмотрим функции сердечно-сосудистой системы и ее роль в перемещении кислорода, энергии, питательных веществ и гормонов по организму. Контрольные вопросы 1. Как влияет тренировка аэробной и анаэробной направленности на мышечные волокна? 2. Каким образом тренировка аэробного характера улучшает доставку кислорода в мышечные волокна? 3. Как влияет тренировка аэробной направленности на систему энергообеспечения во время физической нагрузки? аЦ 4. Какие факторы повышают дыхательный объем ж мышцы (Оо,) вследствие тренировки аэробной направленности? ^ 5. Приведите примеры интервальных тренировоч- ^ ных занятий, которые могут улучшить деятельность гликолитической и окислительной систем, а также системы АТФ — КФ у бегунов. 6. Какие изменения в мышцах, обусловленные тренировкой анаэробной направленности, могут понижать степень утомления при выполнении физических нагрузок гликолитического характера? | 7. Как изменяется буферная способность мышц в результате тренировки аэробной и анаэробной направленности? Может ли это способствовать улучшению спортивных результатов? 8. Как может измениться лактатный порог вследствие тренировки аэробного характера? Опишите взаимосвязь между скоростью бега и аккумуляцией лактата в крови. СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ 1. Со&Ш1 О.Ь. (1985). Ргаспса! ргоЫетв т ехегс1&е рЬуаю1о8У гехеагсЬ. КезеагсЬ ОиапСейу, 56, 379 — 384.