Что не может происходить в анаэробных условиях
Что не может происходить в анаэробных условиях
Установите соответствие между характеристикой энергетического обмена и его этапом
| ХАРАКТЕРИСТИКА | ЭТАП ЭНЕРГЕТИЧЕСКОГО ОБМЕНА |
Запишите в ответ цифры, расположив их в порядке, соответствующем буквам:
Энергетический обмен клетки — совокупность реакций расщепления органических веществ, сопровождающихся выделением энергии. Энергия, освобождающаяся при распаде органических веществ, не сразу используется клеткой, а запасается в форме АТФ. Первый из них — подготовительный. Второй этап — бескислородный, или гликолиз. Образовавшиеся на подготовительном этапе вещества — глюкоза, аминокислоты и др. — подвергаются дальнейшему ферментативному распаду без доступа кислорода. Происходит в цитоплазме клеток. Образуется 2 АТФ.
Третий этап энергетического обмена — стадия кислородного расщепления, или аэробного дыхания, происходит в митохондриях. Полное окисление органических веществ с образованием 36 АТФ.
Гликолиз: происходит в анаэробных условиях, образуется молочная кислота, образуется пировиноградная кислота. Кислородное окисление: происходит в митохондриях, синтезируется 36 молекул АТФ.
Аэробные и анаэробные нагрузки
Введение
Человеческий организм эволюционно рассчитан на такой образ существования, при котором в полной мере используются присущие высшим приматам качества: сила, скорость, ловкость, выносливость, изобретательность. Определенный уровень физической активности должен поддерживаться постоянно; на этом фоне человек способен переносить пиковые, очень интенсивные психофизические нагрузки (примерами могут послужить охота на саблезубого тигра или финальный матч чемпионата мира). Однако необходимыми и обязательными условиями, при которых такие перегрузки переживаются без опасных для здоровья последствий, являются общая тренированность, отсутствие врожденных и приобретенных инвалидизирующих аномалий, достаточный и сбалансированный рацион, а также длительный период релаксации и отдыха после экстремальных усилий, даже кратковременных.
Все это известно с незапамятных времен, хорошо изучено и по возможности учитывается спортивными врачами, методистами, тренерами. Именно «по возможности», поскольку профессиональный спорт международного уровня зачастую предъявляет требования, фатально конфликтующие с требованиями охраны здоровья. В постоянной борьбе за повышение рекордных показателей (которые для обычного человека уже давно являются запредельными и абсолютно недосягаемыми) специалисты ищут наиболее эффективные варианты тренировочного процесса и режима соревнований. Вопрос оптимального сочетания аэробных и анаэробных нагрузок остается открытым.
(их часто называют также кардионагрузками) отличаются от анаэробных (силовых) механизмом энергетического обмена.
Нагрузкой аэробного типа называют такие виды физической активности, которые длятся достаточно долго и требуют, прежде всего, интенсивного снабжения легких воздухом. Кислород в этом случае является основным источником энергии; регулярные и продолжительные нагрузки такого рода, – а это любые виды бега на средние и дальние дистанции (включая бег на роликах и лыжах), плавание, велосипедный спорт, а также чрезвычайно популярная в 1980-х годах аэробика (ритмическая гимнастика), – укрепляют сердечнососудистую систему, повышают выносливость и оказывают мощное положительное влияние на психическую сферу. Кроме того, при условии свободного поступления чистого свежего воздуха интенсивная оксигенация тканей приводит к эффекту, известному в просторечье как «сжигание калорий», т.е. стимулирует метаболические процессы.
Анаэробная нагрузка требует интенсивной переработки ранее накопленных ресурсов. Имеются в виду депонированные в мышечной ткани запасы аденозинтрифосфорной кислоты (аденозинтрифосфат, АТФ), играющей роль аккумулируемого энергоносителя. Типичные примеры анаэробных нагрузок – пауэрлифтинг (поднятие тяжестей), бег на короткие дистанции, бодибилдинг и т.д. Такого рода упражнения способствуют смещению существующего соотношения жировой и мышечной ткани в сторону последней, укрепляют структуры опорно-двигательного аппарата, вырабатывают выносливость и физическую силу.
Следует понимать, что разделение на аэробные и анаэробные упражнения является условным и подразумевает лишь преобладание (а не эксклюзивное использование) одного из описанных механизмов потребления энергии. Скажем, занятия легкой атлетикой требуют не только интенсивного потребления кислорода, но и хорошей анаэробной выносливости, тогда как тяжелоатлетические упражнения уже через 10-15 секунд активируют механизм усиленной оксигенации.
В спортивной медицине существует ряд численных показателей, позволяющих оценить степень «аэробности» нагрузок. Таковы, например, пороги анаэробного обмена (ПАНО), называемые также лактатными порогами (лактаты – соли молочной кислоты, биохимического маркера усталости), или показатель максимального потребления кислорода (МПК), по достижении которого организм задействует анаэробный способ энергетического метаболизма.
В целом, описанные виды нагрузки не являются ни взаимозаменяемыми, ни жестко альтернативными, – разница между ними, повторим, достаточно расплывчата. Однако важнейшей задачей тренера-методиста является разработка такого тренировочного плана, который обеспечил бы спортсмену преимущество в конкурентных соревнованиях по данному виду спорта.
Что не может происходить в анаэробных условиях
Подробное решение параграф § 22 по биологии для учащихся 10 класса, авторов Каменский А.А., Криксунов Е.А., Пасечник В.В. 2014
1. Какова химическая природа АТФ?
2. Какие химические связи называются макроэргическими?
Ответ. Макроэргическими называются связи между остатками фосфорной кислоты, так как при их разрыве выделяется большое количество энергии (в четыре раза больше, чем при расщеплении других химических связей).
3. В каких клетках АТФ больше всего?
Ответ. Наибольшее содержание АТФ в клетках, в которых велики затраты энергии. Это клетки печени и поперечнополосатой мускулатуры.
Вопросы после §22
1. В клетках каких организмов происходит спиртовое брожение?
Ответ. В большинстве растительных клеток, а также в клетках некоторых грибов (например, дрожжей) вместо гликолиза происходит спиртовое брожение:молекула глюкозы в анаэробных условиях превращается в этиловый спирт и СО2:
С6Н12О6 + 2Н3РО4 + 2АДФ → 2С2Н5ОН + 2СО2 + 2АТФ + 2Н2О.
2. Откуда берётся энергия для синтеза АТФ из АДФ?
Ответ. Синтез АТФ осуществляется на следующих этапах. На этапе гликолиза происходит расщепления молекулы глюкозы, содержащей шесть атомов углерода (С6Н12О6), до двух молекул трёхуглеродной пировиноградной кислоты, или ПВК (C3H4O3). Реакции гликолиза катализируются многими ферментами, и протекают они в цитоплазме клеток. В ходе гликолиза при расщеплении 1 М глюкозы выделяется 200 кДж энергии, но 60 % её рассеивается в виде тепла. Оставшихся 40 % энергии оказывается достаточно для синтеза из двух молекул АДФ двух молекул АТФ.
С6Н12О6 + 2Н3РО4 + 2АДФ → 2С3Н6О3 + 2АТФ + 2Н2О
В аэробных организмах после гликолиза (или спиртового брожения) следует завершающий этап энергетического обмена – полное кислородное расщепление, или клеточное дыхание. В процессе этого третьего этапа органические вещества, образовавшиеся в ходе второго этапа при бескислородном расщеплении и содержащие большие запасы химической энергии, окисляются до конечных продуктов СО2 и Н2О. Этот процесс, так же как и гликолиз, является многостадийным, но происходит не в цитоплазме, а в митохондриях. В результате клеточного дыхания при распаде двух молекул молочной кислоты синтезируются 36 молекул АТФ:
2С3Н6О3 + 6О2 + 36АДФ + 36Н3РО4 → 6СО2 + 42Н2О + 36АТФ.
Таким образом, суммарно энергетический обмен клетки в случае распада глюкозы можно представить следующим образом:
С6Н12О6 + 6О2 + 38АДФ + 38Н3РО4 → 6СО2 + 44Н2О + 38АТФ.
3. Какие этапы выделяют в энергетическом обмене?
Ответ. I этап, подготовительный
Сложные органические соединения распадаются на простые под действием пищеварительных ферментов, при этом выделяется только тепловая энергия.
Жиры → глицерин и жирные кислоты
II этап, гликолиз (бескислородный)
Осуществляется в цитоплазме, с мембранами не связан. В нём участвуют ферменты; расщеплению подвергается глюкоза. 60 % энергии рассеивается в виде тепла, а 40 % — используется для синтеза АТФ. Кислород не участвует.
III этап, клеточное дыхание (кислородный)
Осуществляется в митохондриях, связан с матриксом митохондрий и внутренней мембраной. В нём участвуют ферменты, кислород. Расщеплению подвергается молочная кислота. СО2 выделяется из митохондрий в окружающую среду. Атом водорода включается в цепь реакций, конечный результат которых — синтез АТФ.
4. В чём отличия энергетического обмена у аэробов и анаэробов?
Ответ. Все проявления жизни аэробов нуждаются в затрате энергии, пополнение которой происходит клеточном дыхании – сложном процессе, в который вовлечены многие ферментные системы.
Между тем, его можно представить как ряд последовательных реакций окисления – восстановления, при которых электроны отсоединяются от молекулы какого-либо питательного вещества и переносятся сначала на первичный акцептор, затем на вторичный и далее – до конечного. При этом энергия потока электронов накапливается в макроэргических химических связях (главным образом, фосфатных связях универсального источника энергии – АТФ). Для большинства организмов конечным акцептором электронов служит кислород, который, реагируя с электронами и ионами водорода, образует молекулу воды. Без кислорода обходятся лишь анаэробы, покрывающие свои энергетические потребности за счет брожения. К анаэробам относятся многие бактерии, ресничные инфузории, некоторые черви и несколько видов моллюсков. Эти организмы в качестве конечного акцептора электронов используют этиловый или бутиловый спирт, глицерин и др.
Преимущество кислородного, то есть аэробного типа энергетического обмена над анаэробным очевидно: количество энергии, выделяющееся при окислении питательного вещества кислородом, в несколько раз выше, чем при его окислении, например, пировиноградной кислотой (происходит при таком распространенном типе брожения, как гликолиз). Таким образом, благодаря высокой окислительной способности кислорода, аэробы эффективнее используют потребляемые питательные вещества, чем анаэробы. Вместе с тем, аэробные организмы могут существовать лишь в среде, содержащей свободный молекулярный кислород. В противном случае они погибают.
Анаэробная инфекция
В статье приводится краткое описание анаэробной инфекции, профилактика которой должна осуществляться на всех этапах оказания медицинской помощи, учитывая ее опасность и значимость в повседневной клинической практике.
Анаэробная инфекция – это крайне опасный для жизни и здоровья патологический процесс, причинами которого становятся развитие анаэробной микрофлоры в мягких тканях организма.
Особенностями данного вида инфекции является то, что активизация размножения микроорганизмов наступает лишь при попадании их в среду без доступа кислорода.
Такие условия могут формироваться при попадании микробов в ткани при любом виде ранения.
Анаэробная инфекция может возникнуть у пациентов любого возраста.
Анаэробные микроорганизмы делятся на облигатные и факультативные: развитие и размножение облигатных анаэробов осуществляется в бескислородной среде; факультативные анаэробы способны выживать как в отсутствии, так и в присутствии кислорода.
Облигатные возбудители анаэробной инфекции делятся на две группы: клостридии и неспорообразующие анаэробы (бактероиды, вейллонеллы, пропионибактерии, пептострептококки, фузобактерии и др.). К факультативным анаэробными бактериями принадлежат кишечная палочка, шигеллы, иерсинии, стрептококки, стафилококки и др.
Симптомы анаэробной инфекции. Независимо от вида возбудителя и локализации очага анаэробной инфекции, различным клиническим формам свойственны некоторые общие черты. В большинстве случаев анаэробная инфекция имеет острое начало и характеризуется сочетанием местных и общих симптомов. Инкубационный период может составлять от нескольких часов до нескольких суток (в среднем около 3-х дней).
Типичным для анаэробной инфекции служит быстрое нарастание симптомов общей интоксикации и позднее проявляющимися местными признаками воспаления вплоть до некробиоза мягких тканей. Резкое, быстрое ухудшение общего состояния больного обычно наступает еще до возникновения местных симптомов. Проявлением эндогенной интоксикации служит высокая лихорадка с ознобами, либо гипотония, выраженная слабость, тошнота, головная боль, заторможенность. Характерны артериальная гипотония, редкое, поверхностное дыхание, учащенный пульс, могут быть замечены синюшность лица, мраморный рисунок на коже, бледность кожных покровов. В зоне развития анаэробной инфекции зачастую возникает интенсивная боль не стихающая даже после приема лекарственных препаратов – при этом в первые часы местных симптомов в данной зоне может быть не замечено. Позднее может появиться грозный симптом – крепитация («хруст снега», при ощупывании пораженной области). Может быть отмечено появление зловонного, сладковатого запаха из раны с геморрагическим окрашиванием, иногда можно заметить выделение пузырьков газа. На развитие гнилостного воспаления также указывает внешний вид раны, окрашивание тканей в серо-зеленый или серо-коричневый цвет, иногда появляются струпы черного цвета.
Течение анаэробной инфекции может быть молниеносным (в течение 1 суток с момента операции или травмы), острым (в течение 3-4 суток), подострым (более 4 суток). Анаэробная инфекция часто сопровождается развитием полиорганной недостаточности (почечной, печеночной, сердечно-легочной), инфекционно-токсического шока, тяжелого сепсиса, являющихся причиной летального исхода.
Первичная диагностика основывается на клинических признаках. В верификации возбудителя ведущая роль принадлежит бактериологическому посеву отделяемого раны или содержимого абсцесса. Наряду с клиническими и лабораторными исследования, выполняется рентгенография, при которой обнаруживается скопление газа в пораженных тканях или полостях.
Лечение. Комплексный подход к лечению анаэробной инфекции включает проведение радикальной хирургической обработки (т.е. удаление всех явно нежизнеспособных тканей и выполнение так называемых «лампасных» разрезов на коже во всей области поражения), интенсивной дезинтоксикационной и антибактериальной терапии. Хирургический этап должен быть выполнен как можно раньше – от этого зависит жизнь больного.
Особенности течения анаэробной инфекции нередко требуют проведения повторных операций, вскрытия формирующихся гнойных карманов, обработки ран ультразвуком и лазером, озонотерапии и т.д. При обширной деструкции тканей может быть показана ампутация конечности. Важнейшими составляющими лечения анаэробной инфекции являются интенсивная инфузионная терапия и антибиотикотерапия препаратами широкого спектра действия, зачастую назначается комплекс из трех антибактериальных препаратов. В рамках комплексного лечения анаэробной инфекции находят свое применение гипербарическая оксигенация, ультрафиолетовое облучение крови, методы экстракорпоральной детоксикации. При необходимости пациенту вводится антитоксическая противогангренозная сыворотка.
В случае выявления случая анаэробной инфекции в лечебном учреждении, последнее закрывается на карантин с обязательной генеральной дезинфекцией всех помещений с последующим контролем сотрудниками санитарно-эпидемиологической службы.
Классификация физических нагрузок
Средства и методы физической подготовки направлены на изменение строения мышечных волокон скелетных мышц и миокарда, а также клеток других органов и тканей (например, эндокринной системы). Каждый метод тренировки характеризуется несколькими переменными, отражающими внешнее проявление активности спортсмена: интенсивность сокращения мышц, интенсивность упражнения, продолжительность выполнения (количество повторений — серия, или длительность выполнения упражнений), интервал отдыха, количество серий (подходов). Существует еще внутренняя сторона, которая характеризует срочные биохимические и физиологические процессы в организме спортсмена. В результате проведения тренировочного процесса происходят долговременные адаптационные перестройки, именно этот результат является сутью или целью применения тренировочного метода и средства.
Упражнения максимальной анаэробной мощности
Внешняя сторона физического упражнения
Интенсивность сокращения мышц должна составлять 90–100 % от максимума.
Интенсивность упражнения (серии) — чередование сокращения мышц и периодов их расслабления, может составлять 10–100 %. При низкой интенсивности упражнения и максимальной интенсивности сокращения мышц упражнение выглядит как силовое, например, приседание со штангой или жим лежа.
Увеличение темпа, сокращение периодов напряжения и расслабления мышц превращает упражнения в например, прыжки, а в борьбе используют броски манекена или партнера или упражнения из арсенала общефизической подготовки: прыжки, отжимания, подтягивания, сгибание и разгибание туловища, все эти действия выполняются с максимальным темпом.
Продолжительность упражнений с максимальной анаэробной интенсивностью как правило бывает короткой. Силовые упражнения выполняются с 1–4 повторениями в серии (подходе). упражнения включают до 10 отталкиваний, а темповые — скоростные упражнения длятся — 4–10 с.
Интервал отдыха между сериями (подходами) существенно различается.
При выполнении силовых упражнений интервал отдыха превышает, как правило, 5 мин.
При выполнении упражнений иногда интервал отдыха сокращают до 2–3 мин.
При выполнении скоростных упражнений интервал отдыха может составлять 45–60 с.
Количество серий обусловлено целью тренировки и состоянием подготовленности спортсмена. В развивающем режиме число повторений составляет 10–40 раз.
Количество тренировок в неделю определяется целью тренировочного задания, а именно, что преимущественно надо гиперплазировать в мышечном волокне — миофибрилы или митохондрии.
Внутренняя сторона физического упражнения
Упражнения максимальной анаэробной мощности требуют рекрутирования всех двигательных единиц.
Это упражнения с почти исключительно анаэробным способом энергообеспечения работающих мышц: анаэробный компонент в общей энергопродукции составляет от 90 % до 100 %. Он обеспечивается главным образом за счет фосфагенной энергетической системы (АТФ+КФ) при некотором участии лактацидной (гликолитической) системы в гликолитических и промежуточных мышечных волокнах. В окислительных мышечных волокнах по мере исчерпания запасов АТФ и КрФ разворачивается окислительное фосфорилирование, кислород в этом случае поступает из миоглобина ОМВ и крови.
Рекордная максимальная анаэробная мощность, развиваемая спортсменами на велоэргометре составляет 1000–1500 Ватт, а с учетом затрат на перемещение ног более 2000 Ватт. Возможная предельная продолжительность таких упражнений колеблется от секунды (изометрическое упражнение) до несколько секунд (скоростное темповое упражнение).
Усиление деятельности вегетативных систем происходит в процессе работы постепенно. кратковременности анаэробных упражнений во время их выполнения функции кровообращения и дыхания не успевают достигнуть возможного максимума. На протяжении максимального анаэробного упражнения спортсмен либо вообще не дышит, либо успевает выполнить лишь несколько дыхательных циклов. Соответственно легочная вентиляция не превышает 20–30 % от максимальной.
ЧСС повышается еще до старта (до 140–150 уд/мин) и во время упражнения продолжает расти, достигая наибольшего значения сразу после финиша — 80–90 % от максимальной (160–180 уд/мин). Поскольку энергетическую основу этих упражнений составляют анаэробные процессы, усиление деятельности кардиореспираторной (кислородтранспортной) системы практически не имеет значения для энергетического обеспечения самого упражнения. Концентрация лактата в крови за время работы изменяется крайне незначительно, хотя в рабочих мышцах она может достигать в конце работы 10 ммоль/кг и даже больше. Концентрация лактата в крови продолжает нарастать на протяжении нескольких минут после прекращения работы и составляет максимально 5–8 ммоль/л (Аулик И. В., 1990, Коц Я. М., 1990).
Перед выполнением анаэробных упражнений несколько повышается концентрация глюкозы в крови. До начала и в результате их выполнения в крови очень существенно повышается концентрация катехоламинов (адреналина и норадреналина) и гормона роста, но несколько снижается концентрация инсулина; концентрации глюкагона и кортизола заметно не меняются (Аулик И. В., 1990, Коц Я. М., 1990).
Ведущие физиологические системы и механизмы, определяющие спортивный результат в этих упражнениях: регуляция мышечной деятельности (координация движений с проявлением большой мышечной мощности), функциональные свойства аппарата емкость и мощность фосфагенной энергетической системы рабочих мышц.
Внутренние, физиологические процессы разворачиваются более интенсивно в случае выполнения повторной тренировки. В этом случае в крови увеличивается концентрация гормонов, а в мышечных волокнах и крови концентрация лактата и ионов водорода если отдых будет пассивный и коротким.
Долговременные адаптационные перестройки
Выполнение развивающих тренировок силовой, и скоростной направленности с частотой 1 или 2 раза в неделю позволяют существенно изменить массу миофибрилл в промежуточных и гликолитических мышечных волокнах. В окислительных мышечных волокнах существенных изменений не происходит, поскольку (предполагается) в них не накопливаются ионы водорода, поэтому не происходит стимуляции генома, затруднено проникновение анаболических гормонов в клетку и ядро. Масса митохондрий при выполнении упражнений предельной продолжительности расти не может поскольку в промежуточных и гликолитических МВ накапливается значительное количество ионов водорода.
Сокращение продолжительности выполнения упражнения максимальной алактатной мощности, например, снижает эффективность тренировки с точки зрения роста массы миофибрилл, поскольку снижается концентрация ионов водорода и гормонов в крови. В то же время снижение концентрации ионов водорода в гликолитических МВ приводит к стимуляции активности митохондрий, а значит к постепенному разрастанию митохондриальной системы.
Следует заметить, что на практике использовать эти упражнения следует очень осторожно, поскольку упражнения максимальной интенсивности требуют проявления значительных механических нагрузок на мышцы, связки и сухожилия, а это приводит к накоплению микротравм аппарата.
Таким образом, упражнения максимальной анаэробной мощности, выполняемые до отказа, способствуют наращиванию массы миофибрилл в промежуточных и гликолитических мышечных волокнах, а при выполнении этих упражнений до легкого утомления (закисления) мышц, в интервалах отдыха активизируется окислительное фосфорилирование в митохондриях промежуточных и гликолитических мышечных волокнах, что в итоге прведет к росту массы митохондрий в них.
Упражнения околомаксимальной анаэробной мощности
Внешняя сторона физического упражнения
Интенсивность сокращения мышц должна составлять 70–90 % от максимума.
Интенсивность упражнения (серии) — чередование сокращения мышц и периодов их расслабления, может составлять 10–90 %. При низкой интенсивности упражнения и околомаксимальной интенсивности (60–80 %) сокращения мышц упражнение выглядит как тренировка силовой выносливости, например, приседание со штангой или жим лежа в количестве более 12 раз.
Увеличение темпа, сокращение периодов напряжения и расслабления мышц превращает упражнения в например, прыжки, а в борьбе используют броски манекена или партнера или упражнения из арсенала общефизической подготовки: прыжки, отжимания, подтягивания, сгибание и разгибание туловища, все эти действия выполняются с околомаксимальным темпом.
Продолжительность упражнений с околомаксимальной анаэробной интенсивностью как правило бывает 20–50 с. Силовые упражнения выполняются с 6–12 или более повторениями в серии (подходе). упражнения включают до 10–20 отталкиваний, а темповые — скоростные упражнения — 10–50 с.
Интервал отдыха между сериями (подходами) существенно различается.
При выполнении силовых упражнений интервал отдыха превышает, как правило, 5 мин.
При выполнении упражнений иногда интервал отдыха сокращают до 2–3 мин.
При выполнении скоростных упражнений интервал отдыха может составлять 2–9 мин.
Количество серий обусловлено целью тренировки и состоянием подготовленности спортсмена. В развивающем режиме число повторений составляет 3–4 серии повторяются 2 раза.
Количество тренировок в неделю определяется целью тренировочного задания, а именно, что преимущественно надо гиперплазировать в мышечном волокне — миофибрилы или митохондрии. При общепринятом планировании нагрузок цель ставится — увеличение мощности механизма анаэробного гликолиза. Предполагается, что длительное пребывание мышц и организма в целом в состоянии предельного закисления должно приводить к адаптационным перестройкам в организме. Однако, до настоящего времени нет работ, которые бы прямо показали полезный эффект предельных околомаксимальных анаэробных упражнений, но имеется масса работ, которые демонстрируют резко отрицательное действие их на строение миофибрилл и митохондрий. Очень высокие концентрации ионов водорода в МВ приводят как прямому химическому разрушению структур, так и усилению активности ферментов протеолиза, которые при закислении выходят из лизосом клеток (пищеварительного аппарата клетки).
Внутренняя сторона физического упражнения
Упражнения околомаксимальногй анаэробной мощности требуют рекрутирования больше половины двигательных единиц, а при выполнении предельной работы и всех оставшихся.
Это упражнения с почти исключительно анаэробным способом энергообеспечения работающих мышц: анаэробный компонент в общей энергопродукции составляет более 90 %. В гликолитических МВ он обеспечивается главным образом за счет фосфагенной энергетической системы (АТФ+КФ) при некотором участии лактацидной (гликолитической) системы. В окислительных мышечных волокнах по мере исчерпания запасов АТФ и КрФ разворачивается окислительное фосфорилирование, кислород в этом случае поступает из миоглобина ОМВ и крови.
Возможная предельная продолжительность таких упражнений колеблется от нескольких секунд (изометрическое упражнение) до десятков секунд (скоростное темповое упражнение) (Аулик И. В., 1990, Коц Я. М., 1990).
Усиление деятельности вегетативных систем происходит в процессе работы постепенно. Через 20–30 с в окислительных МВ разворачиваются аэробные процессы, нарастает функция кровообращения и дыхания, которые могут достигнуть возможного максимума. Для энергетического обеспечения этих упражнений значительной усиление деятельности кислородтранспортной системы уже играет определенную энергетическую роль, причем тем большую, чем продолжительнее упражнение. Предстартовое повышение ЧСС очень значительно (до 150–160 уд/мин). Наибольших значений (80–90 % от максимальной) она достигает сразу после финиша на 200 м и на финише 400 м. В процессе выполнения упражнения быстро растет легочная вентиляция, так что к концу упражнения длительностью около 1 мин она может достигать 50–60 % от максимальной рабочей вентиляции для данного спортсмена (60–80 л/мин). Скорость потребления О2 также быстро нарастает на дистанции и на финише 400 м может составлять уже 70–80 % от индивидуального МПК.
Концентрация лактата в крови после упражнения весьма высокая — до 15 ммоль/л у квалифицированных спортсменов. Она тем выше, чем больше дистанция и выше квалификация спортсмена. Накопление лактата в крови связано с длительным функционированием гликолитических МВ.
Концентрация глюкозы в крови несколько повышена по сравнению с условиями покоя (до 100–120 мг). Гормональные сдвиги в крови сходны с теми, которые происходят при выполнении упражнения максимальной анаэробной мощности (Аулик И. В., 1990, Коц Я. М., 1990).
Внутренние, физиологические процессы разворачиваются более интенсивно в случае выполнения повторной тренировки. В этом случае в крови увеличивается концентрация гормонов, а в мышечных волокнах и крови концентрация лактата и ионов водорода, если отдых будет пассивный и коротким. Повторное выполнение упражнений с интервалом отдыха 2–4 мин приводит к предельно высокому накоплению лактата и ионов водорода в крови, как правило, число повторений не бывает больше 4.
Долговременные адаптационные перестройки
Выполнение «развивающих» тренировок силовой, и скоростной направленности с частотой 1 или 2 раза в неделю позволяют добиться следующего.
Силовые упражнения, которые выполняются с интенсивностью 65–80 % от максимума или с 6–12 подъемами груза в одном подходе являются самыми эффективными с точки зрения прибавления миофибрилл в гликолитических мышечных волокнах, в ПМВ и ОМВ изменения существенно меньше.
Масса митохондрий от таких упражнений не прибавляется.
Силовые упражнения можно выполнять не до отказа, например можно поднять груз 16 раз, а спортсмен его поднимает только В этом случае не возникает локального утомления, нет сильного закисления мышц, поэтому при многократном повторении с достаточным интервалом отдыха для устранения образующейся молочной кислоты. Возникает ситуация стимулирующая развитие митохондриальной сети в ПМВ и ГМВ. Следовательно, околомаксимальное анаэробное упражнение дает вместе с паузами отдыха аэробное развитие мышц.
Высокая концентрация Кр и умеренная концентрация ионов водорода могут существенно изменить массу миофибрилл в промежуточных и гликолитических мышечных волокнах. В окислительных мышечных волокнах существенных изменений не происходит, поскольку в них не накопливаются ионы водорода, поэтому не происходит стимуляции генома, затруднено проникновение анаболических гормонов в клетку и ядро. Масса митохондрий при выполнении упражнений предельной продолжительности расти не может поскольку в промежуточных и гликолитических МВ накапливается значительное количество ионов водорода, которые стимулируют катаболизм в такой степени, что он превышает мощность процессов анаболизма.
Сокращение продолжительности выполнения упражнения околомаксимальной алактатной мощности устраняет негативный эффект упражнений этой мощности
Следует заметить, что на практике использовать эти упражнения следует очень осторожно, поскольку очень легко пропустить момент начала накопления черезмерного накопления ионов водорода в промежуточных и гликолитических МВ.
Таким образом, упражнения околомаксимальной анаэробной мощности, выполняемые до отказа, способствуют наращиванию массы миофибрилл в промежуточных и гликолитических мышечных волокнах, а при выполнении этих упражнений до легкого утомления (закисления) мышц, в интервалах отдыха активизируется окислительное фосфорилирование в митохондриях промежуточных и гликолитических мышечных волокнах (высокопороговые двигательные единица могут не участвовать в работе, поэтому не вся мышца прорабатывается), что в итоге прведет к росту массы митохондрий в них.
Упражнения субмаксимальной анаэробной мощности (анаэробно — аэробной мощности)
Внешняя сторона физического упражнения
Интенсивность сокращения мышц должна составлять 50–70 % от максимума.
Интенсивность упражнения (серии) — чередование сокращения мышц и периодов их расслабления, может составлять 10–70 %. При низкой интенсивности упражнения и околомаксимальной интенсивности (10–70 %) сокращения мышц упражнение выглядит как тренировка силовой выносливости, например, приседание со штангой или жим лежа в количестве более 16 раз.
Увеличение темпа, сокращение периодов напряжения и расслабления мышц превращает упражнения в например, прыжки, а в борьбе используют броски манекена или партнера или упражнения из арсенала общефизической подготовки: прыжки, отжимания, подтягивания, сгибание и разгибание туловища, все эти действия выполняются с оптимальным темпом.
Продолжительность упражнений с субмаксимальной анаэробной интенсивностью как правило бывает 1–5 мин. Силовые упражнения выполняются с 16 и более повторениями в серии (подходе). упражнения включают более 20 отталкиваний, а темповые — скоростные упражнения — 1–6 мин.
Интервал отдыха между сериями (подходами) существенно различается.
При выполнении силовых упражнений интервал отдыха превышает, как правило, 5 мин.
При выполнении упражнений иногда интервал отдыха сокращают до 2–3 мин.
При выполнении скоростных упражнений интервал отдыха может составлять 2–9 мин.
Количество серий обусловлено целью тренировки и состоянием подготовленности спортсмена. В развивающем режиме число повторений составляет 3–4 серии повторяются 2 раза.
Количество тренировок в неделю определяется целью тренировочного задания, а именно, что преимущественно надо гиперплазировать в мышечном волокне — миофибрилы или митохондрии. При общепринятом планировании нагрузок цель ставится — увеличение мощности механизма анаэробного гликолиза. Предполагается, что длительное пребывание мышц и организма в целом в состоянии предельного закисления должно приводить к адаптационным перестройкам в организме. Однако, до настоящего времени нет работ, которые бы прямо показали полезный эффект предельных околомаксимальных анаэробных упражнений, но имеется масса работ, котырые демонстрируют резко отрицательное дейстрвие их на строение миофибрилл и митохондрий. Очень высокие концентрации ионов водорода в МВ приводят как прямому химическому разрушению структур, так и усилению активности ферментов протеолиза, которые при закислении выходят из лизосом клеток (пищеварительного аппарата клетки).
Внутренняя сторона физического упражнения
Упражнения субмаксимальной анаэробной мощности требуют рекрутирования около половины двигательных единиц, а при выполнении предельной работы и всех оставшихся.
Это упражнения выполняются сначала за счет фосфагенов и аэробных процессов. По мере рекрутирования гликолитических накапливается лактат и ионы водорода. В окислительных мышечных волокнах по мере исчерпания запасов АТФ и КрФ разворачивается окислительное фосфорилирование.
Возможная предельная продолжительность таких упражнений колеблется от минуты до 5 минут.
Усиление деятельности вегетативных систем происходит в процессе работы постепенно. Через 20–30 с в окислительных МВ разворачиваются аэробные процессы, нарастает функция кровообращения и дыхания, которые могут достигнуть возможного максимума. Для энергетического обеспечения этих упражнений значительной усиление деятельности кислородтранспортной системы уже играет определенную энергетическую роль, причем тем большую, чем продолжительнее упражнение. Предстартовое повышение ЧСС очень значительно (до 150–160 уд/мин).
Мощность и предельная продолжительность этих упражнений таковы, что в процессе их выполнения показатели деятельности кислородтранспортной системы (ЧСС, сердечный выброс, ЛВ, скорость потребления О2) могут быть близки к максимальным значениям для данного спортсмена или даже достигать их. Чем продолжительнее упражнение, тем выше на финише эти показатели и тем значительнее доля аэробной энергопродукции при выполнении упражнения. После этих упражнений регистрируется очень высокая концентрация лактата в рабочих мышцах и крови — до 20–25 ммоль/л. Соответственно рН крови снижается до 7,0. Обычно заметно повышена концентрация глюкозы в крови — до 150 мг %, высоко содержание в плазме крови катехоламинов и гормона роста (Аулик И. В., 1990, Коц Я. М., 1990).
Таким образом, ведущие физиологические системы и механизмы, по мнению Н. И. Волкова и многих других авторов (1995), в случае использоваения самой простой модели энергообеспечения,— это емкость и мощность лактоцидной (гликолитической) энергетической системы рабочих мышц, функциональные (мощностные) свойства аппарата, а так же возможности организма (особенно системы) и аэробные (окислительные) возможности рабочих мышц. Таким образом, упражнения этой группы предъявляют весьма высокие требования как к анаэробным, так и к аэробным возможностям спортсменов.
Если использовать более сложную модель, которая включает в себя систему и мышцы с различным типом мышечных волокон (ОМВ, ПМВ, ГМВ), то получим следующие ведущие физиологические системы и механизмы:
— энергобеспечение обеспечивается в основном окислительными мышечными волокнами активных мышц,
— мощность упражнения в целом превышает мощность аэробного обеспечения, поэтому рекрутируются промежуточные и гликолитические мышечные волокна, которые после рекрутирования, через 30–60 с теряют сократительную способность, что заставляет рекрутировать все новые и новые гликолитические МВ. Они закисляются, молочная кислота выходит в кровь, это вызывает появление избыточного углекислого газа, что усиливает до предела работу и дыхательной системы.
Внутренние, физиологические процессы разворачиваются более интенсивно в случае выполнения повторной тренировки. В этом случае в крови увеличивается концентрация гормонов, а в мышечных волокнах и крови концентрация лактата и ионов водорода, если отдых будет пассивный и коротким. Повторное выполнение упражнений с интервалом отдыха 2–4 мин приводит к предельно высокому накоплению лактата и ионов водорода в крови, как правило, число повторений не бывает больше 4.
Долговременные адаптационные перестройки
Выполнение упражнений субмаксимальной алактатной мощности до предела относятся к одним из самых психологически напряженных, поэтому не могут использоваться часто, существует мнение о влиянии этих тренировок на форсирование приобретения спортивной формы и быстрому наступлению перетренировки.
Силовые упражнения, которые выполняются с интенсивностью 50–65 % от максимума или с 20 и более подъемами груза в одном подходе являются самыми опасными, ведут к очень сильному локальному закислению, а затем и повреждению мышц. Масса митохондрий от таких упражнений резко снижается во всех МВ [Хореллер, 1987].
Таким образом, упражнения субмаксимальной анаэробной мощности и предельной продолжительности нельзя применять в тренировочном процессе.
Рекомендуемые упражнения
Силовые упражнения можно выполнять не до отказа, например можно поднять груз 20–40 раз, а спортсмен его поднимает только 10–15 раз. В этом случае не возникает локального утомления, нет сильного закисления мышц, поэтому при многократном повторении с достаточным интервалом отдыха для устранения образующейся молочной кислоты. Возникает ситуация стимулирующая развитие митохондриальной сети в ПМВ и некоторой части ГМВ. Следовательно, околомаксимальное анаэробное упражнение дает вместе с паузами отдыха аэробное развитие мышц.
Высокая концентрация Кр и умеренная концентрация ионов водорода могут существенно изменить массу миофибрилл в промежуточных и некоторых гликолитических мышечных волокнах. В окислительных мышечных волокнах существенных изменений не происходит, поскольку в них не накопливаются ионы водорода, поэтому не происходит стимуляции генома, затруднено проникновение анаболических гормонов в клетку и ядро. Масса митохондрий при выполнении упражнений предельной продолжительности расти не может, поскольку в промежуточных и гликолитических МВ накапливается значительное количество ионов водорода, которые стимулируют катаболизм в такой степени, что он превышает мощность процессов анаболизма.
Сокращение продолжительности выполнения упражнения субмаксимальной анаэробной мощности устраняет негативный эффект упражнений этой мощности.
Таким образом, упражнения субмаксимальной анаэробной мощности, выполняемые до отказа, приводят к чрезмерно большому закислению мышц, полэтому снижается масса миофибрилл и митохондрий в промежуточных и гликолитических мышечных волокнах, а при выполнении этих упражнений до легкого утомления (закисления) мышц, в интервалах отдыха активизируется окислительное фосфорилирование в митохондриях промежуточных и части гликолитических мышечных волокнах, что в итоге прведет к росту массы митохондрий в них.
Мощность нагрузки в этих упражнениях такова, что энергообеспечение рабочих мышц может происходить (главным образом или исключительно) за счет окислительных (аэробных) процессов, связанных с непрерывным потреблением организмом и расходованием работающими мышцами кислорода. Поэтому мощность в этих упражнениях можно оценивать по уровню (скорости) дистанционного потребления О2. Если дистанционное потребление О2 соотнести с предельной аэробной мощностью у данного человека (т. е. с его индивидуальным МПК), то можно получить представление об относительной аэробной физиологической мощности выполняемого им упражнения. По этому показателю среди аэробных циклических упражнений выделяются пять групп (Аулик И. В., 1990, Коц Я. М., 1990):
1. Упражнения максимальной аэробной мощности (95–100 % МПК).
2. Упражнения околомаксимальной аэробной мощности (85–90 % МПК).
3. Упражнения субмаксимальной аэробной мощности (70–80 % МПК).
4. Упражнения средней аэробной мощности (55–65 % МПК).
5. Упражнения малой аэробной мощности (50 % от МПК и менее).
Представленная здесь классификация не соответствует современным представлениям спортивной физиологии. Верхняя граница — МПК не соответствует данным максимальной аэробной мощности, поскольку зависит от процедуры тестирования и индивидуальных особенностей спортсмена. В борьбе важно оценить аэробные возможности мышц пояса верхних конечностей, а в дополнение к этим данным следует оценить аэробные возможности мышц нижних конечностей и производительность системы.
Аэробные возможности мышц принято оценивать в ступенчатом тесте по мощности или потреблению кислорода на уровне анаэробного порога.
Мощность МПК выше у спортсменов с большей долей в мышцах гликолитических мышечных волокон, которые могут постепенно рекрутироваться для обеспечения заданной мощности. В этом случае, по мере подключения гликолитических мышечных волокон, увеличения закисления мышц и крови, испытуемый начинает подключать к работе дополнительные мышечные группы, с еще не работавшими окислительными мышечными волокнами, поэтому растет потребление кислорода. Ценность такого увеличения потребления кислорода минимальна, поскольку существенной прибавки механической мощности эти мышцы не дают. Если окислительных МВ много, а ГМВ почти нет, то мощность МПК и АнП будут почти равны.
Ведущими физиологическими системами и механизмами, определяющими успешность выполнения аэробных циклических упражнений, служат функциональные возможности кислородтранспортной системы и аэробные возможности рабочих мышц (Аулик И. В., 1990, Коц Я. М., 1990).
По мере снижения мощности этих упражнений (увеличение предельной продолжительности) уменьшается доля анаэробного (гликолитического) компонента энергопродукции. Соответственно снижаются концентрация лактата в крови и прирост концентрации глюкозы в крови (степень гипергликемии). При упражнениях длительностью в несколько десятков минут гипергликемии вообще не наблюдается. Более того, в конце таких упражнений может отмечаться снижение концентрации глюкозы в крови (гипогликемия). (Коц Я. М., 1990).
Чем больше мощность аэробных упражнений, тем выше концентрация катехоламинов в крови и гормона роста. Наоборот, по мере снижения мощности нагрузки содержание в крови таких гормонов, как глюкагон и кортизол, увеличивается, а содержание инсулина уменьшается (Коц Я. М., 1990).
С увеличением продолжительности аэробных упражнений повышается температура тела, что предъявляет повышенные требования к системе терморегуляции (Коц Я. М., 1990).
Упражнения максимальной аэробной мощности
Это упражнения, в которых преобладает аэробный компонент энергопродукции — он составляет до Однако энергетический вклад анаэробных (преимущественно гликолитических) процессов еще очень значителен. Основным энергетическим субстратом при выполнении этих упражнений служит мышечный гликоген, который расщепляется как аэробным, так и анаэробным путем (в последнем случае с образованием большого количества молочной кислоты). Предельная продолжительность таких упражнений — 3–10 мин.
Через 1,5–2 мин. после начала упражнений достигаются максимальные для данного человека ЧСС, систолический объем крови и сердечный выброс, рабочая ЛВ, скорость потребления О2 (МПК). По мере продолжения упражнения ЛВ, концентрация в крови лактата и катехоламинов продолжает нарастать. Показатели работы сердца и скорость потребления О2 либо удерживаются на максимальном уровне (при состоянии высокой тренированности), либо начинают несколько снижаться
После окончания упражнения концентрация лактата в крови достигает 15–25 ммоль/л в обратной зависимости от предельной продолжительности упражнения (спортивного результата) (Аулик И. В., 1990, Коц Я. М., 1990).
Ведущие физиологический системы и механизмы — общие для всех аэробных упражнений, кроме того, существенную роль играет мощность лактацидной (гликолитической) энергетической системы рабочих мышц.
Упражнения предельной продолжительности максимальной аэробной мощности могут применять в тренировки только спортсмены с мощностью АнП на уровне более 70 % от МПК. У этих спортсменов не наблюдается сильного закисления МВ и крови, поэтому в промежуточных и части гликолитических МВ создаются условия для активизации синеза митохондрий.
Если у спортсмена мощность АнП менее 70 % от МПК, то использовать упражнения максимальной аэробной мощности можно только в виде повторного метода тренировки, который при правильной организации не приводит к вредному закислению мышц и крови спортсмена.
Долговременный адаптационный эффект
Упражнения максимальной аэробной мощности требуют рекрутирования всех окислительных, промежуточных и некоторой части гликолитических МВ, если выполнять упражнения непредельной продолжительности, применить повторный метод тренировки, то тренировочный эффект будет отмечаться только в промежуточных и некоторой части гликолитических МВ, в виде очень малой гиперплазии миофибрилл и существенном увеличении массы митохондрий в активных промежуточных и гликолитических МВ.
Упражнения околомаксимальной аэробной мощности
Упражнения околомаксимальной аэробной мощности на 90–100 % обеспечивается окислительными (аэробными) реакциями в рабочих мышцах. В качестве субстратов окисления используются в большей мере углеводы, чем жиры (дыхательный коэффициент около 1,0). Главную роль играют гликоген рабочих мышц и в меньшей степени — глюкоза крови (на второй половине дистанции). Рекордная продолжительность упражнений до 30 мин. В процессе выполнения упражнений ЧСС находится на уровне 90–95 %, ЛВ — 85–90 % от индивидуальных максимальных значений. Концентрация лактата в крови после предельного упражнения у высококвалифицированных спортсменов — около 10 ммоль/л. В процессе выполнения упражнения происходит существенное повышение температуры тела — до 39 (Аулик И. В., 1990, Коц Я. М., 1990).
Упражнение выполняется на уровне анаэробного порога или немного выше его. Поэтому работают окислительные мышечные волокна и промежуточные. Упражнение приводит к увеличению массы митохондрий только в промежуточных МВ.
Упражнения субмаксимальной аэробной мощности
Упражнения субмаксимальной аэробной мощности выполняется на уровне аэробного порога. Поэтому работают только окислительные мышечные волокна. Окислительному расщеплению подвергаются жиры в ОМВ, углеводы в активных промежуточных МВ (дыхательный коэффициент примерно 0,85–0,90). Основными энергетическими субстратами служат гликоген мышц, жир рабочих мышц и крови, и (по мере продолжения работы) глюкоза крови. Рекордная продолжительность упражнений — до 120 мин. На протяжении упражнения ЧСС находится на уровне 80–90 %, а ЛВ — 70–80 % от максимальных значений для данного спортсмена. Концентрация лактата в крови обычно не превышает 3 ммоль/л. Она заметно увеличивается только в начале бега или в результате длительных подъемов. На протяжении выполнения этих упражнений температура тела может достигать 39–40.
Ведущие физиологические системы и механизмы — общие для всех аэробных упражнений. Продолжительность зависит в наибольшей мере от запасов гликогена в рабочих мышцах и печени, от запаса жира в окислительных мышечных волокон активных мышц
Существенного изменений в мышечных волокнах от таких тренировок не происходит. Эти тренировки могут использоваться для дилятации левого желудочка сердца, поскольку ЧСС составляет 100–150 уд/мин, т. е. с максимальным ударным объемом сердца.
Упражнения средней аэробной мощности
Упражнения средней аэробной мощности обеспечивается аэробными процессами. Основным энергетическим субстрактом служат жиры рабочих мышц и крови, углеводы играют относительно меньшую роль (дыхательный коэффициент около 0,8). Предельная продолжительность упражнения — до нескольких часов
Кардиореспираторные показатели не превышают 60–75 % от максимальных для данного спортсмена. Во многом характеристики этих упражнений и упражнений предыдущей группы близки (Аулик И. В., 1990, Коц Я. М., 1990).
Упражнения малой аэробной мощности
Упражнения малой аэробной мощности обеспечивается за счет окислительных процессов, в которых расходуются главным образом жиры и в меньшей степени углеводы (дыхательный коэффициент менее 0,8). Упражнения такой относительной физиологической мощности могут выполняться в течение многих часов. Это соответствует бытовой деятельности человека (ходьба) или упражнения в системе занятий массовой или лечебной физической культурой.
Таким образом, упражнения средней и малой аэробной мощности не имеют существенной значимости для роста уровня физической подготовленности, однако они могут использоваться в паузах отдыха для увеличения потребления кислорода, для более быстрого устранения закисления крови и мышц.