Физиологическая характеристика видов мышечной деятельности, направленных на развитие различных двигательных качеств

Все физические упражнения, которые применяют спортсмены в це­лях развития двигательных качеств, в наиболее общем виде подразделя­ются на следующие группы:

• Упражнения с активным участием разного количества мышц. По этому признаку упражнения делят на локальные, в выполнении кото­рых принимает участие менее одной трети мышц, региональные, в вы­полнении которых принимает участие; от одной трети до половины мышц, и глобальные, в выполнении которых участвует более половины мышц организма.

• Упражнения с разным типом мышечных сокращений. По этому признаку упражнения делятся на статические, связанные с сохранением каких-то поз, положений или удерживанием предметов в определенном положении, и динамические, связанные с перемещением частей тела относительно друг друга или с перемещением всего тела в пространстве.

• Упражнения с разной силой мышечных сокращений или мощ­ностью мышечной работы. По этому признаку упражнения делят на си­ловые, в которых происходит почти максимальное напряжение мышц в статическом или динамическом режиме при малой скорости движения (с большим внешним сопротивлением, весом), мощностные (скоростно-силовые), в которых мышцы работают в динамическом режиме и од­новременно проявляют относительно большую силу и скорость сокра­щений, и упражнения, развивающие выносливость, при выполнении которых ведущие мышцы развивают не самые большие по силе и ско­рости сокращения, но способны поддерживать или повторять их на про­тяжении длительного времени: от нескольких минут до многих часов (в обратной зависимости от силы и мощности мышечных сокращений).

• Упражнения, различающиеся по энергетической стоимости. Для определения энергетической стоимости физического упражнения ис­пользуют два показателя: энергетическую мощность и валовый (об­щий) энергетический расход. Энергетическая мощность – это количе­ство энергии, расходуемой за единицу времени при выполнении данно­го упражнения. Валовый (общий) энергетический расход – это количе­ство энергии, расходуемой во время выполнения всего упражнения в целом. По показателям мощности и общего расхода энергии физичес­кие упражнения подразделяют на легкие, умеренные (средние), тяже­лые и очень тяжелые.

На физиологические процессы, происходящие во время выполнения физических упражнений, влияет кинематическая (пространственно-временная) характеристика движений. По кинематической характерис­тике упражнения подразделяют на циклические и ациклические.

Для циклических упражнений (бег, ходьба, бег на коньках или лы­жах, плавание, гребля, езда на велосипеде и т.п.) характерно многократ­ное повторение стереотипных циклов движений. Для ациклических уп­ражнений (спортивные игры, спортивные единоборства, метания и прыжки, гимнастические и акробатические упражнения, фигурное ка­тание на коньках и т.п.) характерна смена, на протяжении выполнения упражнения, мышечных усилий и направлений движения, внешней структуры движения.

Физические упражнения разной мощности имеют различные механизмы обеспечения работающих мышц энергией. Энергетические запросы работающих мышц удовлетворяются, как известно, тремя путя­ми: анаэробным фосфогенным (алактатный), анаэробным лактацидным (гликолитическим) и аэробным. Известно, что источником энергии для мышечного волокна служит расщепление аденозинтрифосфорной кис­лоты (АТФ), восстановление запасов которой (ресинтез) может проис­ходить двумя путями: 1) за счет макроэргических фосфорсодержащих соединений, имеющихся непосредственно в клетках мышечной ткани, 2) за счет фосфатных макроэргических соединений, образующихся в организме в процессе работы.

К первому пути относится во-первых, ресинтез АТФ за счет креатинфосфата (КФ) из аденозиндифосфорной кислоты (АДФ) (креатинкиназная реакция), образовавшейся в результате расщепления (гидро­лиза) АТФ с потерей фосфатной группы (остатка фосфорной кислоты).

Эта реакция осуществляется с помощью катализатора – фермента креатинкиназы. Фосфатная группа переносится с молекулы КФ на мо­лекулу АДФ или с двух молекул КФ на молекулу аденозипмонофосфорной кислоты (АМФ) с образованием АТФ и нефосфорилированного креатина.

Креатинкиназная реакция протекает очень быстро. Она характерна для кратковременных интенсивных (мощных) нагрузок. Запасы КФ ограничены, поэтому процесс ресинтеза исчисляется секундами.

Во-вторых, ресинтез АТФ может осуществляться за счет взаимодействия двух молекул АДФ (миокиназная, или аденилаткиназная, реак­ция), одна из которых при участии фермента миокиназы передает свою концевую фосфатную группу другой молекуле, превращаясь в АМФ. Эта реакция менее выгодна для организма, чем предыдущая, так как образующаяся АМФ может необратимо дезаминироваться (терять аминогруппу), переходя в инозинмонофосфорную кислоту (ИМФ). Таким образом, из двух молекул АДФ ресинтезируется до АТФ только одна, а другая теряется. Поэтому миокиназная реакция происходит лишь при значительном утомлении, когда другие способы ресинтеза затруднены. Креатинкиназная реакция – первая по времени, а миокиназная – последняя (это «аварийный путь»). Обе реакции протекают в анаэроб­ных условиях, для их осуществления кислорода не требуется.

Ко второму пути ресинтеза АТФ относится его восстановление за счет фосфатных макроэргических соединений, образующихся в орга­низме в процессе мышечной работы. Он также осуществляется двумя основными способами: анаэробно – гликолитическим фосфорилированием и аэробно – дыхательным (окислительным) фосфорилированием.

Гликолитическое фосфорилироваиие происходит за счет энергети­ческих запасов организма: в процессе гликолиза – анаэробного расщеп­ления гликогена до глюкозо-6-фосфата – образуются макроэргические соединения (дифосфоглицериновая и фосфоэнолпировиноградная кис­лоты), которые затем и восстанавливают АТФ из АДФ. Фосфатные макроэргические соединения образуются также в цикле трикарбоновых кислот (субстратное фосфорилирование) и в процессе переноса водоро­да по системе передатчиков на кислород (гликолитическое медиаторное фосфори-лирование).

Гликолитическое фосфорилирование, подобно креатинкиназной и миокиназной реакциям, является анаэробным путем ресинтеза АТФ. Преимуществом этого пути является то, что углеводные запасы доста­точно велики и, следовательно, гликолиз может обеспечивать ресинтез АТФ относительно долго. Недостатки заключаются, во-первых, в малой энергетической эффективности и, во-вторых, в том, что использование глюкозы (гликогена) приводит к накоплению в мышечной ткани мо­лочной и пировиноградной кислот, для утилизации которых организму требуется дополнительное время.

Дыхательное фосфорилирование имеет преимущества перед гликолитическим фосфорилированием. В цикл аэробного окисления могут включаться не только углеводы, но и жиры (липиды) и продукты дезаминирования кислот (белки). Этот путь энергетически во много раз эффективнее и экономичнее. Если в результате анаэробного процесса расщепления одной молекулы глюкозы до молочной кислоты ресинтезируются 2 или 3 молекулы АТФ, то при аэробном окислении глюкозы ресинтезируется до 32 молекул. Окисление жирных кислот еще более эффективно: полное окисление молекулы пальмитиновой кислоты до углекислоты и воды обеспечивает ресинтез до 138 молекул АТФ.

Следовательно, для ресинтеза одного и того же количества АТФ при гликолизе следует затратить 1 г глюкозы, а при аэробном окислении – только 0,08 г глюкозы или около 0,03 г жирных кислот.

При выполнении любого физического упражнения практически действуют все перечисленные энергообеспечения механизмы, однако в одних случаях преобладают одни, в других случаях – другие. По мере снижения мощности работы на смену преимущественно анаэробных процессов приходят смешанные, а затем преимущественно аэробные.

В связи с тем, что при разной мощности выполняемой физической работы в ее энергообеспечение включаются разные механизмы, разли­чают восемь уровней мощности физические упражнения:

• Упражнения максимальной анаэробной мощности (анаэробной мощности) – 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 фосфогенной энергетической системы (АТФ + КФ) при некотором участии лактацидной (гликолитической) системы.

• Упражнения околомаксимальной анаэробной мощности (сме­шанной анаэробной мощности) – упражнения с преимущественно ана­эробным энергообеспечением (анаэробный компонент в общей энер­гопродукции составляет 75-85%) отчасти за счет фосфогенной, но в большей мере за счет лактацидной (гликолитической) энергетических систем.

• Упражнения субмаксимальной анаэробной мощности (анаэроб­но-аэробной мощности) – упражнения с преобладанием анаэробного компонента (достигает 60-70%) преимущественно за счет лактацидной (гликолитической) системы, но при этом значительная доля энерго­обеспечения принадлежит и кислородной (дыхательной, аэробной) энергетической системе.

• Упражнения максимальной аэробной мощности – упражнения, в которых преобладает аэробный компонент энергопродукции (составля­ет 60-70%), однако в связи с высокой мощностью работы энергетичес­кий вклад анаэробных (преимущественно гликолитических) процессов еще очень значителен.

• Упражнения околомаксимальной аэробной мощности – упраж­нения, при выполнении которых до 90% всей энергопродукции обеспе­чивается аэробными реакциями в рабочих мышцах; углеводы окисля­ются в большей мере, чем жиры.

• Упражнения субмаксимальной аэробной мощности – упражне­ния, при выполнении которых более 90% всей энергии образуется аэ­робным путем; углеводы и жиры при этом используются почти в одина­ковой мере.

• Упражнения средней аэробной мощности – упражнения, при выполнении которых почти вся энергия обеспечивается аэробными процессами, основными энергетическим субстратом являются жиры, хотя и углеводы продолжают играть определенную роль.

• Упражнения малой аэробной мощности – упражнения, при выполнении которых практически вся энергия обеспечивается за счет аэробного окисления жиров.