Аэробная и анаэробная производительность спортсменов

Размещено на http://www.allbest.ru/

Курсовая работа

по дисциплине: Физическая культура

Аэробная и анаэробная производительность спортсменов

Щелково, 2014 год



Содержание

Введение

1. Аэробная и анаэробная производительность

1.1 Аэробная и анаэробная производительность

1.2 Анаэробная и аэробная работоспособность

1.3 Возрастная динамика двигательных качеств

2. Механизмы повышения производительности спортсменов

2.1 Биологические механизмы повышения аэробной и анаэробной производительности спортсменов

2.2 Аэробная и анаэробная производительность спортсменов

Заключение

Литература



Введение

Цели: Целью курсовой работы является изучить аэробную и анаэробную производительность при различных спортивных нагрузках, а так же изучить биологические механизмы обеспечивающие аэробную и анаэробную производительность. Задачи:

1. Определить критерии оценки аэробной и анаэробной производительности;

2. Изучить особенности аэробной и анаэробной работоспособности детей и подростков;

3. Рассмотреть биологические механизмы аэробной и анаэробной производительности спортсменов.

Аэробная производительность - это способность организма выполнять работу, обеспечивая энергетические расходы за счет кислорода, поглощаемого непосредственно во время работы.

Потребление кислорода при физической работе возрастает по мере увеличения тяжести и продолжительности работы. Но для каждого человека существует предел, выше которого потребление кислорода увеличиваться не может. Наибольшее количество кислорода, которое организм может потребить за 1 минуту при предельно тяжелой для него работе - называется максимальным потреблением кислорода (МПК). Эта работа должна длиться не менее 3 минут, т. к., человек может достичь своего максимального потребления кислорода (МПК) только к третьей минуте.

MПK - является показателем аэробной производительности. МПК можно определить, задавая стандартную нагрузку на велоэргометре. Зная величину нагрузки и подсчитав ЧСС, можно с помощью специальной номограммы определить уровень МПК.

У не занимающихся спортом величина МПК составляет 35-45 мл. на 1 кг. веса, а у спортсменов, в зависимости от специализации, - 50-90 мл/кг. Наибольшего уровня МПК достигает у спортсменов, занимающихся видами спорта, которые требуют большой аэробной выносливости, такими как бег на длинные дистанции, лыжные гонки, конькобежный спорт (длинные дистанции) и плавание (длинные дистанции). В этих видах спорта результат на 60-80% зависит от уровня аэробной производительности, т. е., чем выше уровень МПК, тем выше спортивный результат.

Уровень МПК в свою очередь зависит от возможностей двух функциональных систем:

1) системы, доставляющей кислород, включающей дыхательную и сердечнососудистую системы;

2) системы, утилизирующей кислород (обеспечивающей усвоение кислорода тканями).

Кислородный запрос.

Для выполнения любой работы, а также для нейтрализации продуктов обмена и восстановления энергетических запасов необходим кислород. Количество кислорода, которое требуется для выполнения определенной работы - называется кислородным запросом.

Различают суммарный и минутный кислородный запрос.

Суммарный кислородный запрос - это количество кислорода, необходимое для совершения всей работы (например, для того, чтобы пробежать всю дистанцию).

Минутный кислородный запрос - это количество кислорода, требующееся для выполнения данной работы в каждую конкретную минуту. Минутный кислородный запрос зависит от мощности выполняемой работы. Чем выше мощность, тем больше минутный запрос. Наибольшей величины он достигает на коротких дистанциях. Например, при беге на 800 м. он составляет 12-15 л/мин, а при марафонском - 3-4 л/мин.

Суммарный запрос тем больше, чем больше время работы. При беге на 800 м. он составляет 25-30 л., а при марафонском - 450-500 л.

Однако МПК даже спортсменов международного класса не превышает 6-6,5 л/мин и может быть достигнуто только к третьей минуте. Как организм в таких условиях обеспечивает выполнение работы, например, с минутными кислородным запросом в 40 л/мин (бег на 100 м.).

В таких случаях работа идет в безкислородных условиях и обеспечивается за счет анаэробных источников.

Анаэробная производительность.

Анаэробная производительность - это способность организма выполнять работу в условиях недостатка кислорода, обеспечивая энергетические расходы за счет анаэробных источников.

Работа обеспечивается непосредственно запасами АТФ в мышцах, а также за счет анаэробного ресинтеза АТФ с использованием КрФ и анаэробного расщепления глюкозы (гликолиза).

Для восстановления запасов АТФ и КрФ, а также для нейтрализации молочной кислоты, образовавшейся в результате гликолиза необходим кислород. Но эти окислительные процессы могут идти уже после окончания работы. Для выполнения любой работы требуется кислород, только на коротких дистанциях организм работает в долг, откладывая окислительные процессы на восстановительный период. Количество кислорода, которое требуется для окисления продуктов обмена, образовавшихся при физической работе, называется - кислородным долгом.

Кислородный долг можно также определить как разницу между кислородным запросом и тем количеством кислорода, которое организм потребляет во время работы.

Чем выше минутный кислородный запрос и меньше время работы, тем больше кислородный долг в процентном отношении к суммарному запросу. Наибольший кислородный долг будет на дистанциях 60 и 100 м., где минутный запрос составляет около 40 л/мин, а время работы исчисляется секундами. Кислородный долг на этих дистанциях будет около 98% от запроса. На средних дистанциях (800-3000 м.) увеличивается время работы, снижается ее мощность, а значит возрастает потребление кислорода во время выполнения работы. В результате кислородный долг в процентном отношении к запросу уменьшается до 70-85%, но в связи со значительным увеличением суммарного кислородного запроса на этих дистанциях его абсолютная величина, измеряемая в литрах увеличивается.

Показателем анаэробной производительности является - максимальный кислородный долг. Максимальный кислородный долг-это максимально возможное накопление продуктов анаэробного обмена, требующих окисления, при котором организм еще способен выполнять работу.

Чем выше тренированность, тем больше максимальный кислородный долг. Так, например, у людей, не занимающихся спортом, максимальный кислородный долг составляет, 4-5 л., а у спортсменов-спринтеров высокого класса может достигать 10-20 л.

В кислородном долге различают 2 фракции (части): алактатную и лактатную. Алактатная фракция долга идет на восстановление запасов КрФ и АТФ в мышцах.

Лактатная фракция (лактаты - соли молочной кислоты) - большая часть кислородного долга. Она идет на ликвидацию молочной кислоты, накопившейся в мышцах. При окислении молочной кислоты образуются безвредные для организма вода и углекислый газ.

Алактатная фракция преобладает в физических упражнениях, длящихся не более 10с, когда работа идет в основном за счет запасов АТФ и КрФ в мышцах. Лактатная преобладает при анаэробной работе большей длительности, когда интенсивно идут процессы анаэробного расщепления глюкозы (гликолиз) с образованием большого количества молочной кислоты. Когда спортсмен работает в условиях кислородного долга, в организме накапливается большое количество продуктов обмена (прежде всего молочной кислоты) и происходит сдвиг рН в кислую сторону. Чтобы спортсмен мог выполнять работу значительной мощности в таких условиях его ткани должны быть приспособлены к работе при недостатке кислорода и сдвиге рН. Это достигается тренировками на анаэробную выносливость (короткие скоростные упражнения с большой мощностью).

Уровень анаэробной производительности важен для спортсменов, работа которых длится не более 7-8 минут.

Чем больше время работы, тем меньше влияния на спортивный результат оказывают анаэробные возможности.

Порог анаэробного обмена.

При интенсивной работе длящейся не менее 5-ти минут, наступает момент, когда организм не в состоянии обеспечить свои возрастающие потребности в кислороде. Поддержание достигнутой мощности работы и дальнейшее её увеличение обеспечивается за счет анаэробных источников энергии. Появление в организме первых признаков анаэробного ресинтеза АТФ - называется порогом анаэробного обмена (ПАНО). Однако анаэробные источники энергии включаются в ресинтез АТФ гораздо раньше, чем организм исчерпает свои возможности по обеспечению кислородом (т. е., раньше, чем достигнет своего МПК). Это является своеобразным «страховочным механизмом». Причем, чем менее тренированным является организм, тем раньше он начинает «страховаться».

ПAHO считается в процентах от МПК. У не тренированных людей первые признаки анаэробного ресинтеза АТФ (ПАНО) могут наблюдаться уже при достижении лишь 40% от уровня максимального потребления кислорода. У спортсменов в зависимости от квалификации ПАНО равен 50-80% от МПК. Чем выше ПАНО, тем больше возможностей у организма выполнять тяжелую работу за счет аэробных источников, более выгодных энергетически. Поэтому у спортсмена, имеющего высокий ПАНО (65% от МПК и выше), при прочих равных условиях будет более высокий результат на средних и длинных дистанциях.



1. Аэробная и анаэробная производительность

1.1 Аэробная и анаэробная производительность

С энергетической точки зрения, все скоростно-силовые упражнения относятся к анаэробным. Предельная продолжительность их - менее 1-2 мин. Для энергетической характеристики этих упражнений используется два основных показателя: максимальная анаэробная мощность и максимальная анаэробная емкость (способность).

Максимальная анаэробная мощность. Максимальная для данного человека мощность работы может поддерживаться лишь несколько секунд. Работа такой мощности выполняется почти исключительно за счет энергии анаэробного расщепления мышечных фосфагенов - АТФ и КрФ. В связи с этим запасы этих веществ и особенно скорость их энергетической утилизации определяют максимальную анаэробную мощность. Короткий спринт и прыжки являются упражнениями, результаты кото?ы? зависят от максимальной анаэробной мощности.

Для оценки максимальной анаэробной мощности часто используется тест Маргарин. Он выполняется следующим образом. Испытуемый стоит на расстоянии 6 м. перед лестницей и вбегает по ней, как только можно быстрее. На 3-й ступеньке он наступает на включатель секундомера, а на 9-й - на выключатель. Итак, регистрируется время прохождения расстояния между этими ступеньками.

Для определения мощности необходимо знать выполненную работу - произведение массы (веса) тела испытуемого (кг) на высоту (дистанцию) между 3-й и 9-й ступеньками (м) и время преодоления этого расстояния (с). Например, если высота одной ступеньки равна 0,15 м., то общая высота (дистанция) будет равна 6 * 0,15 = 0,9 м.

При весе испытуемого 70 кг. и времени преодоления дистанции 0,5 с. мощность составит (70 * 0,9) / 0,5 = 126 кгм/а.

В табл. 1 приводятся "нормативные" показатели максимальной анаэробной мощности для женщин, и мужчин.

Таблица 1. - Классификация показателей максимальной анаэробной мощности (кгм/с, 1 кгм/с = 9,8 Вт.):

Максимальная анаэробная емкость. Наиболее широко для оценки максимальной анаэробной, емкости используется величина максимального кислородного долга - наибольшего кислородного долга, который выявляется после работы предельной продолжительности (от 1 до 3 мин.). Это объясняется тем, что наибольшая часть избыточного количества кислорода, потребляемого после работы, используется для восстановления запасов АХФ, КрФ и гликогена, которые расходовались в анаэробных процессах за время работы. Такие факторы, как высокий уровень катехоламинов в крови, повышенная температура тела и увеличенное потребление О2 часто сокращающимся сердцем и дыхательными мышцами, также могут быть причиной повышенной скорости потребления О2 во время восстановления после тяжелой работы. В связи с этим имеется лишь весьма умеренная связь между величиной максимального долга и максимальной анаэробной емкостью. В среднем величины максимального кислородного долга у спортсменов выше, чем у неспортсменов, и составляют у мужчин 10,5 л. (140 мл/кг веса тела), а у женщин-5,9 л. (95 мл/кг веса тела). У неспортсменов они равны (соответственно) 5 л. (68 мл/кг веса тела) и 3,1 л. (50 мл/кг веса тела). У выдающихся представителей скоростно-силовых видов спорта (бегунов на 400 и 800 м) максимальный кислородный долг может достигать 20 л. (Н.И. Волков). Величина кислородного долга очень вариативна и не может быть использована для точного предсказания результата.

По величине алактацидной (быстрой) фракции кислородного долга можно судить о той части анаэробной (фосфагенной) емкости, которая обеспечивает очень кратковременные упражнения скоростно-силового характера (спринт).

Простое определение емкости алактацидного кислородного долга состоит в вычислении величины кислородного долга за первые 2 мин. восстановительного периода. Из этой величины можно выделить "фосфагенную фракцию" алактацидного долга, вычитая из алактацидного- кислородного долга количество кислорода, используемого для восстановления запасов кислорода, связанного с миоглобином и находящегося в тканевых жидкостях: емкость "фосфагенного":

(АТФ + КФ) кислородного долга (кал/кг веса тела) = ((О2-долг 2мин - 550) * 0,6 * 5) / вес тела (кг)

Первый член этого уравнения - кислородный долг (мл), измеренный в течение первых 2 мин. восстановления после работы предельной продолжительности 2-3 мин., 550 - это приблизительная величина кислородного долга за 2 мин., который идет на восстановление кислородных запасов миоглобина и.тканевых жидкостей, 0,6 - эффективность оплаты алактацидного кислородного долга, 5 - калорический эквивалент 1 мл.

Типичная максимальная величина "фосфагенной фракции" кислородного долга - около 100 кал/кг веса тела, или 1,5-2 л. О2-В результате тренировки скоростно-силового характера она может увеличиваться в 1,5-2 раза. Наибольшая (медленная) фракция кислородного долга после работы предельной продолжительности в несколько десятков секунд связана с анаэробным гликолизом, т. е., с образованием в процессе выполнения скоростно-силового упражнения молочной кислоты, и потому обозначается как лактацидный кислородный долг.

Эта часть кислородного долга используется для устранения молочной кислоты из организма путем ее окисления до СО2 и Н2О и ресинтеза до гликогена. Для определения максимальной емкости анаэробного гликолиза можно использовать расчеты образования молочной кислоты в процессе мышечной работы. Простое уравнение для оценки энергии, образующейся за счет анаэробного гликолиза, имеет вид:

Энергия анаэробного гликолиза (кал/кг веса тела) = содержанию молочной кислоты в крови (г/л) Ч 0,76 Ч 222

Где содержание молочной кислоты определяется как разница между наибольшей концентрацией ее на 4-5-й мин. после работы (пик содержания молочной кислоты в крови) и концентрацией в условиях покоя. Величина 0,76 - это константа, используемая для коррекции уровня молочной кислоты в крови до уровня ее содержания во всех жидкостях, 222 - калорический эквивалент 1 г. продукции молочной кислоты.

Максимальная емкость лактацидного компонента анаэробной энергии у молодых нетренированных мужчин составляет около 200 кал/кг веса тела, что соответствует максимальной концентрации молочной кислоты в крови около 120 мг., % (13 ммоль/л).

У выдающихся представителей скоростно-силовых видов спорта максимальная концентрация молочной кислоты в крови может достигать 250-300 мг., %, что соответствует максимальной лактацидной (гликолитической) емкости 400-500 кал/кг веса тела.

Такая высокая лактацидная емкость обусловлена рядом причин. Прежде всего, спортсмены способны развивать более высокую мощность работы и поддерживать ее более продолжительно, чем нетренированные люди. Это, в частности, обеспечивается включением в работу большой мышечной массы (рекрутированием), в том числе быстрых мышечных волокон, для кото?ы? характерна высокая гликолитическая способность.

Повышенное содержание таких волокон в мышцах высококвалифицированных спортсменов - представителей скоростно-силовых видов спорта - является одним из факторов, обеспечивающих высокую гликолитическую мощность и емкость. Кроме того, в процессе тренировочных занятий, особенно с применением повторно-интервальных упражнений анаэробной мощности, по-видимому, развиваются механизмы, которые позволяют спортсменам "переносить" ("терпеть") более высокую концентрацию молочной кислоты (и соответственно более низкие значения рН) в крови и других жидкостях тела, поддерживая высокую спортивную работоспособность. Особенно это характерно для бегунов на средние дистанции. Силовые и скоростно-силовые тренировки вызывают определенные биохимические изменения в тренируемых мышцах. Хотя содержание АТФ и КрФ в них несколько выше, чем в не тренируемых (на 20-30%), оно не имеет большого энергетического значения. Более существенно повышение активности ферментов, определяющих скорость оборота (расщепления и ресинтеза) фосфагенов (АТФ, АДФ, АМФ, КрФ), в частности миокиназы и креатин" фосфокиназы.

Максимальное потребление кислорода. Аэробные возможности человека определяются, прежде всего, максимальной для него скоростью потребления кислорода. Чем выше МПК, тем больше абсолютная мощность максимальной аэробной нагрузки. Кроме того, чем выше МПК, тем относительно легче и потому длительнее выполнение аэробной работы.

Например, спортсмены А и Б должны бежать с одинаковой скоростью, которая требует у обоих одинакового потребления кислорода - 4 л/мин. У спортсмена А МПК. равно 5 л/мин и потому дистанционное потребление О2 составляет 80% от его МПК. У спортсмена Б МПК равно 4,4 л/мин н, следовательно, дистанционное потребление О2 достигает 90% от его МПК. Соответственно для спортсмена А относительная физиологическая нагрузка при таком беге ниже (работа "легче"), и потому он может поддерживать заданную скорость бега в течение более продолжительного времени, чем спортсмен Б. Итак, чем выше МПК у спортсмена, тем более высокую скорость он может поддерживать на дистанции, тем, следовательно, выше (при прочих равных условиях) его спортивный результат в упражнениях, требующих проявления выносливости.

Чем выше МПК, тем больше аэробная работоспособность (выносливость), т. е., тем больший объем работы аэробного характера способен выполнить человек. Причем эта зависимость выносливости от МПК проявляется (в некото?ы? пределах) тем больше, чем меньше относительная мощность аэробной нагрузки.

Отсюда понятно, почему в видах спорта, требующих проявления выносливости, МПК у спортсменов выше, чем у представителей других видов спорта, а тем более чем у нетренированных людей того же возраста. Если у нетренированных мужчин 20-30 лет МПК в среднем равно 3-3,5 л/мин (или 45-50 мл/кг/мин.), то у высококвалифицированных бегунов-стайеров и лыжников оно достигает 5-6 л/мин (или более 80 мл/кг/мин.). У нетренированных женщин МПК равно в среднем 2-2,5 л/мин (или 35-40 мл/кг/мин.), а у лыжниц около 4 л/мин (или более 70 мл/кг/мин.).

Абсолютные показатели МПК (О2/мин) находятся в прямой связи с размерами (весом) тела. В связи с этим наиболее высокие абсолютные показатели МПК имеют гребцы, пловцы, велосипедисты, конькобежцы. В этих видах спорта наибольшее значение для физиологической оценки данного качества имеют абсолютные показатели МПК. Относительные показатели МПК (О2/кг/мин.) у высококвалифицированных спортсменов находятся в обратной зависимости от веса тела.

При беге и ходьбе выполняется значительная работа по вертикальному перемещению массы тела и, следовательно, при прочих равных условиях (одинаковой скорости передвижения) чем больше вес спортсмена, тем больше совершаемая им работа (потребление О2).

В связи с этим бегуны на длинные дистанции, как правило, имеют относительно небольшой вес тела (прежде всего за счет минимального количества жировой ткани и относительно небольшого веса костного скелета). Если у нетренированных мужчин 18-25 лет жировая ткань составляет 15-17% веса тела, то у выдающихся стайеров - лишь 6-7% Наибольшие относительные показатели МПК обнаруживаются у бегунов на длинные дистанции и лыжников, наименьшие - у гребцов.

В таких видах спорта, как легкоатлетический бег, спортивная ходьба, лыжные гонки, максимальные аэробные возможности спортсмена правильнее оценивать по относительному МПК.

Уровень МПК зависит от максимальных возможностей двух функциональных систем:

1) кислородтранспортной системы, абсорбирующей кислород из окружающего воздуха и транспортирующей его к работающим мышцам и другим активным органам и тканям тела;

2) системы утилизации кислорода, т. е., мышечной системы, утилизирующей доставляемый кровью кислород.

У спортсменов, имеющих высокие показатели МПК, обе эти системы обладают большими функциональными возможностями.

1.2 Анаэробная и аэробная работоспособность

При недостаточном снабжении организма кислородом мышечная деятельность происходит преимущественно в анаэробных условиях. Способность выполнять мышечную работу в условиях кислородной задолженности называется анаэробной производительностью. Различают алактаткые и лактатные анаэробные механизмы, связанные с мощностью, емкостью и эффективностью креатинкиназного и гликолитического путей ресинтеза АТФ.

Алактатная анаэробная работоспособность оценивается по величине алактатной фракции кислородного долга, содержанию неорганического фосфора в крови, значению максимальной анаэробной мощности.

Лактатная анаэробная работоспособность оценивается по максимальной величине кислородного долга, лактатной его фракции, максимальному накоплению лактата в крови, сдвигу параметров кислотно-щелочного равновесия крови.

Развитие анаэробной системы у младших школьников отстает от аэробной. Максимальная величина кислородного долга у них на 60-65% ниже, чем у взрослых. Кислородная недостаточность у детей развивается быстрее. Способность выполнять работу в условиях кислородной задолженности более низкая, чем в старшем возрасте.

У мальчиков максимальная величина кислородного долга (МКД) увеличивается в возрасте 11-13 и 16-17 лет, но у старших школьников остается на 30% ниже, чем у взрослых.

В возрасте 13-14 лет повышается алактатная фракция кислородного долга. Лактатная при этом может не изменяться или несколько снижаться. К 16-17 годам увеличение суммарного кислородного долга происходит преимущественно за счет лактатной фракции.

У девочек развитие анаэробной производительности продолжается до 14 лет, затем стабилизируется. Наибольший прирост максимальной величины кислородного долга наблюдается в возрасте 10-11 лет.

Доля алактатной фракции возрастает от 8 до 10 лет и достигает максимальных значений в 12 лет. При систематических занятиях спортом МКД увеличивается, при этом если в возрасте 10-11 лет наблюдается повышение лактатной и алактатной фракции, то в 14-17 лет увеличение происходит преимущественно за счет лактатной фракции.

Предельная работа на уровне МПК происходит за счет значительного вклада аэробного и анаэробного гликолитического механизмов энергообеспечения.

У детей младшего школьного возраста содержание лактата в крови составляет 8,7-8,5 мм., у 10-11-летних - 11,5 мм., у взрослых - 12,5 мм.

У детей младшего школьного возраста быстро сокращающиеся гликолитические волокна еще не развиты, их объем составляет 8-15%. В возрасте 12 лет количество гликолитических волокон увеличивается до 23-33%, особенно в мышцах нижних конечностей. Одновременно возрастает мощность ферментативных систем анаэробного гликолиза, что приводит к значительной продукции молочной кислоты.

В 14 лет содержание быстро сокращающихся волокон несколько снижается, что приводит к тому, что в 13-14-летнем возрасте показатели анаэробной производительности практически не меняются.

Максимальный прирост анаэробной работоспособности (по содержанию лактата) совпадает с четырехкратным увеличением количества гликолитических волокон и приходится на возраст 15 лет.

При выполнении детьми и подростками стандартных нагрузок равной интенсивности у детей наблюдаются большие величины лактата и более выраженные сдвиги параметров кислотно-щелочного равновесия крови (КЩР). Это связано с малой емкостью буферных систем. Уровня взрослых буферные системы достигают в пубертатном возрасте.

Дети дошкольного и младшего школьного возраста плохо переносят анаэробно-гликолитические нагрузки, приводящие к развитию ацидоза. Детям и подросткам трудно сохранять высокий уровень энергетического обеспечения интенсивной мышечной деятельности во времени, те. проявлять скоростную и специальную выносливость. Мощность работы, которая может быть сохранена в течение 3 мин. детьми 9 лет, составляет около 40%, а подростками 15 лет - 92% от мощности работы взрослого человека. Показатели скоростной выносливости в зоне субмаксимальной мощности мало изменяются в возрасте от 7 до 11 лет, но с началом периода полового созревания они резко возрастают. У девочек после 15 лет стабилизация выносливости оказывается окончательной и без применения специальных режимов двигательной активности в дальнейшем не растет.

Выносливость к статической работе обеспечивается преимущественно анаэробным гликолитическим механизмом энергообеспечения. Важнейшим фактором, определяющим предельную длительность статического усилия, является концентрация молочной кислоты.

Возрастной прирост выносливости при статической работе может происходить за счет возрастного снижения активности анаэробного гликолиза, а также повышения устойчивости тканей скелетных мышц (возможно, ЦНС) к ацидотическим сдвигам.

В отличие от других видов выносливости в этом случае в возрастной динамике почти не выражены половые различия.

Увеличение алактатной анаэробной производительности связано с запасами креатинфосфата (КФ) в организме, которые увеличиваются постепенно по мере роста мышечной массы.

У детей и подростков механизмы фосфорилирования креатина в КФ несовершенны. В связи с этим мышечная деятельность у них приводит к значительной экскреции креатина с мочой.

У детей 9-14 лет она достигает 200 мг/сут. Уменьшение экскреции креатина отражает степень созревания мышечной ткани.

1.3 Возрастная динамика двигательных качеств

Известно, что алактатная анаэробная производительность лежит в основе скоростно-силовых качеств спортсмена, которые зависят от длины саркомера, соотношения быстрых и медленных волокон, активности миозиновой АТФазы, поэтому являются не только тренируемыми, но и в большей степени генетически обусловленными.

Механизм возрастного повышения силы мышц может быть связан с двумя факторами: увеличением анатомического (следовательно, и физиологического) поперечника мышц и увеличением мощности сократительных структур вследствие преобразования внутримышечного метаболизма. Абсолютная сила мышц нарастает с возрастом: относительно равномерно от 8 до 10 лет, к 11 годам рост ее увеличивается, а с 13-14 до 16-17 лет происходит существенное повышение силы.

Для увеличения качества быстроты и скоростно-силовых возможностей необходима полная утилизация энергии КФ. Поэтому анализ возрастной динамики быстроты дает нам приблизительное представление о динамике алактатной анаэробной производительности. Чтобы определить возрастную динамику быстроты, необходимо, в первую очередь, отдифференцировать возрастные изменения, связанные с биомеханическими особенностями детей разного возраста, от функциональных свойств самих мышц.

Наряду с возрастным увеличением быстроты движений время, необходимое для выхода на максимальную скорость движений, практически одинаково у детей разного возраста и составляет 6 с.

Именно столько времени необходимо для преодоления инерции сократительного аппарата мышц.

Постоянство этого показателя демонстрирует принципиальное единство организации мышечного сокращения на всем протяжении постнатального онтогенеза. Скоростные способности наиболее реактивны в возрасте 9-10 и 12-13 лет, когда прирост их наибольший за счет завершающегося пубертатного скачка роста. У девочек прирост быстроты после 12-14 лет не наблюдается. У мальчиков на фоне ограничения анаэробных лактатных возможностей темпы прироста скорости замедляются в 14-17 лет. Анаэробные лактатные механизмы достигают максимума в 20-25 лет. Наибольший тренировочный эффект при выполнении упражнений анаэробной направленности, упражнений на развитие максимальной взрывной силы и силовой выносливости отмечается в возрасте 17-20 лет.

Таким образом, физические способности, зависящие от аэробных механизмов энергопродукции, созревают сравнительно рано, тогда как зависящие от анаэробных механизмов - только на этапе завершения полового созревания и даже позднее.



2. Механизмы повышения производительности спортсменов

2.1 Биологические механизмы повышения аэробной и анаэробной производительности спортсменов

Происходящее в процессе многолетней спортивной тренировки повышение аэробной производительности и ее интегрального показателя - максимального потребления кислорода (МПК) широко освещено в литературе. Известно также, хотя и в меньшей степени, о возможности повышения МПК в результате воздействия на организм спортсменов атмосферы с пониженным парциальным давлением кислорода.

Биологические механизмы повышения аэробной производительности организма и в одном и в другом случае одни и те же: развитие функциональной системы дыхания в процессе адаптации к гипоксии как в процессе разных видов спортивной тренировки, так и во время пребывания спортсменов в атмосфере с пониженным парциальным давлением кислорода в горах: барокамерах, в условиях нормобарической (прерывистой и интервальной) гипоксической тренировки.

В процессе спортивной тренировки организм спортсмена постоянно испытывает разные степени гипоксии нагрузки, во время дыхания воздухом с пониженным парциальным давлением кислорода на организм спортсмена оказывает действие гипоксическая гипоксия.

Адаптация к гипоксии нагрузки (гиперметаболической гипоксии) - особому, выделенному и детально описанному нами типу гипоксических состояний, осуществляется в процессе повседневной мышечной деятельности, и особенно в процессе спортивной тренировки.

Содержание термина "гипоксия нагрузки" не тождественно тому, что подразумевается под распространенным в литературе термином "двигательная гипоксия". Двигательная гипоксия, по А.Б. Гандельсману и др., проявляется лишь при нагрузках субмаксимальной и максимальной интенсивности, когда развиваются артериальная гипоксемия и тканевая гипоксия с повышенным содержанием лактата в крови и сниженным pH. Термин же "гипоксия нагрузки" характеризует гипоксические состояния при усилении функции любых тканей и органов, повышающем их потребность в кислороде, при мышечной деятельности любой интенсивности.

Генез гипоксии нагрузки следующий. Активизация функции требует дополнительных затрат энергии, кислородный запрос клеток, органов и организма при этом повышается, скорость же доставки кислорода к работающим клеткам из-за временной задержки усиления притока крови увеличивается еще не настолько, чтобы удовлетворить повысившуюся потребность в кислороде. Работающие мышцы извлекают кислород из притекающей крови, что значительно обедняет венозную кровь: содержание кислорода в ней, ее насыщение кислородом и pO2 резко снижаются, проявляется венозная гипоксемия - первый признак гипоксии нагрузки.

После того как резерв кислорода крови исчерпывается, запасы кислорода мобилизуются из миоглобина, а когда и их недостаточно, для ресинтеза АТФ используется креатин-фосфат, энергия анаэробного гликолиза, образуются лактат, недоокисленные продукты, снижается pH, проявляются все последствия тканевой гипоксии, и лишь после того как скорость доставки кислорода начнет возрастать, включается процесс окислительного фосфорилирования, длительно обеспечивающий работающие мышцы необходимой энергией.

Степень гипоксии нагрузки, во время которой прежде всего мобилизуются кислородные резервы, а по их исчерпании используется энергия анаэробных источников, - скрытая (латентная) гипоксия нагрузки, подробно описана нами с Н.И. Волковым. При продолжающейся работе в результате активизации компенсаторных механизмов, обеспечивающих усиление доставки кислорода и ее соответствие кислородному запросу работающих мышц, гипоксия нагрузки становится компенсированной. Это вторая степень гипоксии нагрузки. Основным признаком компенсированной гипоксии нагрузки служат венозная гипоксемия и снижение pO2 в тканях, однако его уровень все еще превышает критический для мышечной ткани, и поэтому возможность увеличения потребления кислорода мышечными волокнами неограниченна. Деятельность компенсаторных механизмов и кислородные режимы организма (КРО) при этой степени гипоксии нагрузки отличаются высокой эффективностью и экономичностью.

Усиление легочной вентиляции обеспечивается не только учащением дыхания, но и значительным увеличением дыхательного объема (ДО), увеличивается отношение альвеолярной вентиляции к минутному объему дыхания (АВ/МОД), снижается вентиляционный эквивалент (ВЭ - объем вентилируемого в легких воздуха, необходимый для утилизации 1O2) и повышается кислородный эффект каждого дыхательного цикла (мл O2 потребляемые организмом за один дыхательный цикл).

Увеличивается минутный объем крови (МОК), выбрасываемой сердцем в сосудистое русло в результате учащения сердечных сокращений и благодаря увеличению систолического объема (СО), увеличивается артерио-венозное различие по кислороду, снижается гемодинамический эквивалент (ГЭ - объем циркулирующей крови, обеспечивающий потребление 1л O2), растет объем потребленного О2 за один сердечный цикл (кислородный пульс - КП). Поддержание уровня pO2, превышающего критический для мышечной ткани, обеспечивается многократно возрастающей скоростью поэтапной доставки кислорода в результате увеличения МОД и МОК, перераспределения кровотока, при котором работающие мышцы могут получать около 80% объема циркулирующей крови и доставляемого кровью кислорода. Если интенсивность мышечной работы растет и скорость поэтапной доставки кислорода не может быть увеличена так, чтобы полностью обеспечить потребность организма в кислороде, включается дополнительный источник энергии - анаэробный гликолиз (что происходит на так называемом пороге анаэробного обмена). Повышенный приток к легким венозной крови со значительно более низким, чем в покое, содержанием кислорода и повышенным количеством CO2 не успевает полностью насытиться кислородом. Кроме того, из-за шунтирования крови в легких определенная часть смешанной венозной крови с низким содержанием в ней O2 примешивается к артериализированной в легких крови, содержание O2 насыщение артериальной крови кислородом и ее pO2 снижаются, т. е., начинает проявляться артериальная гипоксемия. Все же при гипоксии нагрузки этой степени - субкомпенсированной гипоксии - основное количество энергии для выполнения работы поставляют аэробные процессы, и работа может продолжаться. При субкомпенсированной гипоксии нагрузки дальнейшее увеличение МОД обусловливается преимущественно учащением дыхания. ДО и кислородный эффект дыхательного цикла уже не увеличиваются, ВЭ начинает снижаться. Отмечаются отсутствие увеличения систолического объема и более выраженный прирост ЧСС. В крови начинает повышаться содержание лактата.

В случае большей интенсивности мышечной деятельности организм уже не может обеспечить соответствия поэтапной доставки кислорода его кислородному запросу. Проявляется четвертая степень гипоксии нагрузки - декомпенсированная гипоксия. ДО и СО уменьшаются, а ЧД и ЧСС достигают максимальных величин, кислородные режимы организма становятся менее эффективными и экономичными, вентиляционный эквивалент растет, а кислородный эффект каждого дыхательного цикла снижается, уменьшается и кислородный эффект каждого сердечного цикла. Растущий кислородный долг, накопление кислых продуктов, повреждающее действие последствий тканевой гипоксии на клеточные мембраны и органеллы клеток заставляют прекращать работу. Таким образом, исследования гипоксических состояний при мышечной деятельности позволили различать следующие типы гипоксии нагрузки: латентную, компенсированную, субкомпенсированную и декомпенсированную.

Развитие гипоксической гипоксии, проявляющейся при дыхании воздухом с пониженным pO2 начинается с того, что снижается pO2 в альвеолярном воздухе и артериальной крови (рис. 1), возбуждаются хеморецепторы аортальной зоны и сонных артерий.

Это приводит к компенсаторному усилению легочной вентиляции и кровотока, перераспределению кровотока - увеличению кровотока в мозге, сердечной мышце, легких и его ограничению в мышцах, коже и другое тому подобное, происходит рефлекторный выброс эритроцитов в кровяное русло из их депо.

Рис. 1. - Степени гмпоксической гипоксии:

- I - скрытая;

- II - компенсированная;

- III - субкомпенсированная;

- IV - декомпенсированная.

- штрихом обозначены каскады pO2;

- сплошной линией - каскады поэтапной скорости доставки O2 (qO2);

- I - вдыхаемый воздух;

- А - альвеолярный воздух;

- а - артериальная;

- V - смешанная венозная кровь.

Увеличивается кислородная емкость крови, что с усилением кровотока (если pO2 не снижается далее) обеспечивает поддержание скорости доставки кислорода на уровне, близком к имеющемуся при нормальном содержании кислорода и pO2 во вдыхаемом воздухе. Ткани в этом случае еще не страдают от недостатка кислорода.

Если же напряжение кислорода в артериальной крови опускается ниже критического уровня (50 мм. рт. ст. для артериальной крови), отдельные участки тканей, расположенные в условиях худшего снабжения кислородом, в которых pO2 снижается до уровней ниже критических для тканей, начинают испытывать тканевую гипоксию.

При еще большем снижении напряжения кислорода в артериальной крови и тканях кислородный голод будут испытывать все большие участки тканей, проявится повреждающее действие последствий тканевой гипоксии: увеличения количества водородных ионов в тканях, резкого снижения pH, накопления молочной кислоты, продуктов перекисного окисления липидов. Повреждающее действие последствий тканевой гипоксии на клеточные мембраны, митохондрии и другие органоиды клеток, на эндотелий капилляров и прекапилляров влечет за собой нарушение функции клеток, тканей, органов и физиологических систем, особенно функции высших отделов головного мозга.

Гипоксические состояния организма при гипоксической гипоксии зависят как от уровня снижения pO2 в воздухе, длительности его воздействия на организм, так и от компенсаторных возможностей организма, зависящих от пола, возраста, состояния здоровья и степени тренированности организма, акклиматизации в горных условиях.

Взаимодействие указанных факторов определяет степень гипоксической гипоксии в каждом отдельном случае. Мы различаем гипоксическую гипоксию 1-й степени - скрытую (латентную), 2-й - компенсированную, 3-й-субкомпенсированную, 4-й - декомпенсированную и 5-й - терминальную гипоксию.

Для объективной оценки гипоксических состояний пользуются характеристикой кислородных режимов организма (КРО) - строго управляемых в организме сочетаний двух групп взаимосвязанных кислородных параметров: скорости поэтапной доставки кислорода (qO2);из окружающего воздуха в легкие (qiO2), альвеолы (qAO2), артериальной кровью к тканям (qaO2) и смешанной венозной кровью к легким (qvO2) и pO2 на важнейших этапах массопереноса кислорода в организме.

Учитывают эффективность КРО (определяемую по отношению скорости доставки O2 к скорости его потребления), экономичность КРО (оцениваемую по величине функциональных затрат, необходимых для обеспечения организма одним литром O2 по величине вентиляционного и гемодинамического эквивалентов, по кислородным эффектам дыхательного и сердечного циклов).

Адаптация к гипоксической гипоксии, в результате которой происходят улучшение самочувствия, повышение работоспособности, экономизация деятельности функциональной системы дыхания и кислородных режимов организма, осуществляется тогда, когда снижение pO2 во вдыхаемом воздухе вызывает усиление деятельности физиологических механизмов регуляции дыхания и кровообращения и еще не вызывает появления больших участков тканевой гипоксии.

Т. е., при гипоксии субкомпенсированной. Увеличение дыхательного объема и диффузионной поверхности легких в сочетании с усилением кровотока обеспечивает повышение диффузионной способности легких и поддержание скорости доставки кислорода артериальной кровью к тканям, особенно к головному мозгу и сердечной мышце.



Рис. 2. - Изменения содержания:

Где:

А - гемоглобина в крови волейболистов, легкоатлетов;

Б - МПК велосипедистов;

В - предельной мощности гребцов на байдарке;

Г - ЧСС гребцов-академистов в эргометрическом тесте;

Д - времени прохождения контрольной дистанции на байдарке в гребном канале (дистанция - 2 км.);

Е - потребление кислорода у гребцов на байдарке во время гребли;

Ж - их кислородного долга;

3 - содержание лактата до курса ИГТ на предельной нагрузке и после него на такой же нагрузке и на нагрузке большей мощности, после курса ИГТ, проведенного на фоне планового тренировочного процесса спортсменов (незаштрихованный столбец - до, заштрихованный - после курса комбинированной тренировки).

При субкомпенсированной гипоксии процесс адаптации к гипоксии осуществляется на уровне как отдельных органов и физиологических систем (системы внешнего дыхания, кровообращения, дыхательной функции крови), так и на тканевом уровне - в тканях и клетках.

В результате действия последствий тканевой гипоксии (снижения pH, накопления водородных ионов, лактата, повреждения клеточных мембран и ионных насосов, митохондрий и др.) нарушается функция мышечных элементов микрососудов, они расширяются, что улучшает кровоснабжение тканей и способствует поддержанию снабжения клеток и их митохондрий кислородом. Кроме того, по данным исследований последних лет, проведенных рядом авторов, при тканевой гипоксии выделяется особый индуцируемый гипоксией фактор (HIF-1), который ускоряет транскрипцию генов синтеза белков и, следовательно, обеспечивает синтез дыхательных ферментов, что повышает утилизацию кислорода в клетках.

Таким образом, компенсированная и особенно субкомпенсированная гипоксическая гипоксия способствуют развитию всей сложной, управляемой центральной нервной, симпатической и эндокринной системами, функциональной системы дыхания (ФСД).

Эта система обслуживается органами внешнего дыхания, кровообращения, кроветворения, дыхательной функцией крови, тканевыми механизмами, т. е., физиологическими системами, обеспечивающими весь процесс массопереноса кислорода и углекислого газа в организме, утилизацию кислорода в тканях.

Развитие ФСД в процессе адаптации к гипоксии обеспечивает повышение ее резервов, аэробной производительности и ее интегрального показателя - МПК.

Мобилизация механизмов анаэробного гликолиза при кислородной недостаточности, и при гипоксической гипоксии, и при гипоксии нагрузки приводит к повышению анаэробной производительности.

Гипоксия нагрузки - постоянный спутник человека (и животных) на протяжении всего жизненного цикла (за исключением периодов вынужденной акинезии). Роль адаптации к ней в развитии функциональной системы дыхания, аэробной и анаэробной производительности несомненна. Однако эффект адаптации к гипоксии нагрузки ощущается через длительные отрезки времени. Обследования спортсменов высокой квалификации (членов сборных команд СССР и Украины по велоспорту, гребле и другим видам спорта), проведенные нами с сотрудниками во время спортивных сборов в равнинных условиях, показали, что достоверный прирост МПК за три недели спортивной тренировки отсутствует.

Адаптация к гипоксической гипоксии способствует повышению аэробной производительности в более короткие сроки. Известно, что трехнедельное либо месячное пребывание в горах может повысить МПК спортсменов высокой квалификации на 3-6%.

Значительно лучшие результаты дает нормобарическая интервальная гипоксическая тренировка, проводимая на фоне планового тренировочного процесса спортсменов в свободное от тренировки время.

В результате такой трехнедельной комбинированной тренировки и в подготовительном и в начале соревновательного периодов МПК и работоспособность достоверно повышаются, увеличиваются отношение альвеолярной вентиляции к минутному объему дыхания, коэффициент утилизации кислорода в легких и артерио-венозное различие по кислороду, содержание гемоглобина в крови, кислородная емкость крови и содержание кислорода в артериальной крови.

При уменьшении ЧСС скорость доставки кислорода к мышцам возрастает, порог анаэробного обмена сдвигается в сторону больших нагрузок. Все это обеспечивает повышение предельных нагрузок и объема выполненной работы, что зарегистрировано во время как эргометрического тестирования, так и прохождения соревновательных дистанций (рис. 2).

Эффективность использования интервальной гипоксической тренировки (ИГТ) доказана нами в гребном спорте (с П.А. Радзиевским, А.В. Бака-нычевым, М.П. Закусило, Н.В. Полищук, Н.В. Югай, Т.В. Шпак, М.И. Слободянюк, Л.А. Тайболиной, И.Д. Дмитриевой, И.Н. Рябоконь, И.Н. Хоточкиной), в легкой атлетике (с Л.Г. Шахлиной и И.И. Макаревич), в волейболе (с М.П. Закусило), в велосипедном спорте (с Л.В. Елизаровой).

Эффективность использования ИГТ доказана Н.И. Волковым и его учениками в спорте высоких достижений - конькобежном спорте (С.Ф. Сокунова), при подготовке футболистов высокой квалификации (У.Б.М. Дардури), И.Ж. Булгаковой, Н.И. Волковым и их учениками при подготовке пловцов (С.В. Топорищев, В.В. Смирнов, Б. Хосни, Т. Фомиченко, Н. Ковалев, В.Р. Соломатин, Ю.М. Штернберг и др.).

Как известно, принцип интервальности успешно применяется не только в гипоксической тренировке: с 60-х годов он эффективно используется в спортивной тренировке.

Применяются Фрейдбургский метод, "миоглобиновая", "анаэробная" и "аэробная" интервальная спортивные тренировки.

Физиологические механизмы эффективности интервальной спортивной тренировки (ИСТ) и ИГТ имеют много общего. И в ИСТ и в ИГТ в качестве "тренирующего средства" используются адаптация к гипоксии, активизация компенсаторных механизмов, направленных на предотвращение развития тканевой гипоксии и ее вредных последствий.

Важно учитывать, что повышенная активность компенсаторных механизмов проявляется не только во время гипоксического воздействия, но и во время нормоксических периодов отдыха - интервалов.

В интервальной спортивной тренировке рядом исследователей интервалам придавалось большое, даже ведущее, значение. Мы обратили внимание на проявления активности компенсаторных воздействий во время нормоксических интервалов в сеансе интервальной гипоксической тренировки. Нами вместе с М.П. Закусило во время сеанса ИГТ определялись МОД и МОК, дыхательный объем, ударный сердечный выброс, насыщение артериальной крови кислородом, потребление кислорода организмом. Полученные данные (рис. 3) позволяют заключить, что если гипоксическая тренировка проводилась с использованием газовых смесей, вдыхание которых вызывает гипоксию 3-й степени - субкомпенсированную, то:

1. Во время нормоксических интервалов сохраняются еще повышенные МОД и МОК;

2. От серии к серии (до 4-й) МОД и МОК увеличиваются, хотя дальнейшего снижения насыщения артериальной крови не наблюдается;

3. Растет и потребление кислорода;

4. Повышенный МОК во время интервалов обеспечивает высокую скорость доставки не только кислорода, но и субстратов для синтеза белков при pO2 в тканях выше критического.

Можно предположить, что синтезу способствует и ускорение транскрипции генов на РНК под влиянием HIF-1.

Интервальное гипоксическое воздействие.

Рис. 3. - Изменения МОД, МОК, ЧСС и насыщения артериальной крови кислородом (SaO2) при вдыхании воздуха с 12% кислорода с интервалами дыхания комнатным воздухом:

Где:

а - заштрихованная часть - гипоксическое воздействие;

б - незаштрихованная -нормокснческий интервал (дыхание воздухом с 20,9% кислорода) в серии продолжительностью 10 мин. оказывается более эффективным методом адаптации к гипоксии, чем непрерывное.

Адаптация к гипоксии в этом случае осуществляется в более короткие сроки. Проведенные исследования позволили нам обосновать режимы ИГТ: содержание O2 в гипоксической смеси, длительность гипоксических воздействия и интервала в каждой серии, количества серий в сеансе. Накопленный в настоящее время опыт позволяет заключить, что интервальное гипоксическое воздействие оказывается более эффективным методом адаптации к гипоксии, чем непрерывное. Адаптация к гипоксии в этом случае осуществляется в более короткие сроки.

Нормобарическая ИГТ имеет и ряд других преимуществ перед тренировкой в горах и в барокамерах. При этом виде гипоксической тренировки не нарушается нормальный ход тренировочного процесса спортсменов, так как ИГТ проводится в свободное от спортивной тренировки время. На нее требуется не более часа в день, во время сеанса ИГТ спортсмен может полностью расслабиться, а после сеанса ИГТ не чувствуется усталости и плановая спортивная тренировка проходит без ущерба.

В горах же работоспособность значительно снижается, поскольку суммируется действие гипоксической гипоксии и гипоксии нагрузки и выраженная тканевая гипоксия проявляется при меньшем снижении pO2 в воздухе и при физической нагрузке меньшей интенсивности, тренировочный процесс нарушается. Кроме того, для ряда видов спорта отсутствует возможность тренировки специальной работоспособности, технических навыков и тактики. Барокамерная тренировка имеет свои недостатки: возможны микробаротравмы, во время декомпрессии и компрессии появляются неприятные ощущения, сеанс занимает много времени.

Примененный нами комбинированный метод гипоксической тренировки, сочетающий эффекты ИГТ и ИСТ, проводимых каждая в свое время, обеспечивает адаптацию к двум разделенным по времени действия типам гипоксии: к гипоксической гипоксии и к гипоксии нагрузки.

Усиление кровотока в мозге и сердечной мышце во время действия гипоксической гипоксии способствует лучшей капилляризации мозга и сердца, лучшему снабжению их энергетическими субстратами, а гипоксия нагрузки, сопровождающая спортивную тренировку, обусловливает преимущественное кровоснабжение и приток строительных материалов к работающим мышцам. Таким образом, комбинированный метод гипоксической тренировки обладает большим конструктивным эффектом, чем каждый из методов, взятый в отдельности, о чем свидетельствуют хорошие результаты использования комбинированного метода.

2.2 Аэробная и анаэробная производительность спортсменов

Восстановление (ресинтез) АТФ осуществляется за счет химических реакций двух типов:

- анаэробных, протекающих при отсутствии кислорода;

- аэробных (дыхательных), при которых поглощается кислород из воздуха.

Анаэробные реакции не зависят от поступления кислорода в ткани и активизируются при нехватке АТФ в клетках.