2

Государственное образовательное учреждение

Факультет физической культуры

КОНТРОЛЬНАЯ РАБОТА

На тему: «Физиолого-биохимическая характеристика работы различной мощности (интенсивности)»

Выполнил студент IV курса

I группы факультета физической культуры

отделения заочного обучения

Проверил:

Архангельск, 2008

ОГЛАВЛЕНИЕ

ВВЕДЕНИЕ

1. Физиологическая характеристика динамической циклической работы различной относительной мощности

2. Зона максимальной мощности

3. Зона субмаксимальной мощности

4. Зона большой мощности

5. Зона умеренной мощности

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

ВВЕДЕНИЕ

Физические упражнения выполняются с различной скоростью и величиной внешнего отягощения. Напряжённость физиологических функций (интенсивность функционирования), оцениваемая по величине сдвигов от исходного уровня, при этом меняется. Следовательно, по относительной мощности работы циклического характера (измеряется в Вт или кДж/мин) можно судить и о реальной физиологической нагрузке на организм спортсмена.

Разумеется, степень физиологической нагрузки связана не только с измеряемыми, поддающимися точному учёту показателями физической нагрузки. Она зависит и от исходного функционального состояния организма спортсмена, от уровня его тренированности и от условий среды. Например, одна и та же физическая нагрузка на уровне моря и в условиях высокогорья вызовет разные физиологические сдвиги. Иначе говоря, если мощность работы измеряется достаточно точно и хорошо дозируется, то величина вызываемых её физиологических сдвигов не поддастся точному количественному учёту. Затруднено и прогнозирование физиологической нагрузки без учёта текущего функционального состояния организма спортсмена.

Физиологическая оценка адаптивных изменений в организме спортсмена невозможна без соотнесения их с тяжестью (напряжённостью) мышечной работы. Эти показатели учитываются при классификации физических упражнений по физиологической нагрузке на отдельные системы и организм в целом, а также по относительной мощности работы, выполняемой спортсменом.

1. Физиологическая характеристика динамической циклической работы различной относительной мощности

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

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

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

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

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

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

Таблица 1

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

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

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

Таблица 2

Физиолого-биохимическая характеристика работы различной мощности (интенсивности)

2. Зона максимальной мощности

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

3. Зона субмаксимальной мощности

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

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

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

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

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

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

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

Таблица 3

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

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

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

К основным механизмам утомления при работе субмаксимальной интенсивности можно отнести:

лимит мощности тканевых буферных систем;

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

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

4. Зона большой мощности

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

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

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

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

5. Зона умеренной мощности

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

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

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

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

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

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

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

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

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. В.А. Друзь. «Спортивная тренировка и организм» -- Киев, «Здоровья», 1988г, 123с;

2. В.А. Запорожанов. «Контроль в спортивной тренировке» -- Киев, «Здоровья», 1988г, 139с;

3. В.В. Щербачёв, В.В Смирнов. «Секреты здоровья и сила» -- Киев, «Здоровья», 1990г, 76с;

4. Л.Я. Иващенко, И.П. Страпко. «Самостоятельное занятие физическими упражнениями» -- Киев, «Здоровья», 1988г, 155с;

5. С.Н. Филь, В.П. Пешков. «Профессиональная подготовка студентов» -- Киев,

6. Фомин Н.А. Физиология человека. - М.: Просвещение; Владос, 1995.- 416 с.

7. Х. Кёлер. «Упражнения на выносливость» -- Москва, «Физкультура и спорт», 1984, 48с;

8. Я.М. Коц. «Спортивная физиология» -- Москва, «Физкультура и спорт», 1986г, 239с;