Общая характеристика источников энергообеспечения, обеспечивающих состояние гомеостаза при адаптации к мышечной деятельности

В настоящее время, в связи с внедрением новых тренировочных технологий в спорте, вызывает большой практический и теоретический интерес изучения процессов энергообеспечения мышечной деятельности, которая осуществляется за счет аэробного и анаэробного механизма метаболизма скелетных мышц. Исследование степени вовлечения вида энергообеспечения и биохимических реакций в организме позволяет оценить адаптацию спортсменов к физическим нагрузкам, вносить соответствующие коррекции в тренировочный процесс [1,2].

Известно, что характер процессов энергетического обеспечения мышечной деятельности и определенные сдвиги гомеостаза в организме человека зависят от интенсивности и объема физической нагрузки [3,4].

В практике спорта об интенсивности физической нагрузки принято судить по процентному соотношению между фактическим потреблением кислорода при ее выполнении и его максимальным потреблением кислорода (МПК) организмом спортсмена. Для нетренированных людей величина МПК составляет от 20-50 мл О2 (кг/мин) у высококвалифицированных спортсменов - до 70-85 мл О2 (кг/мин). Величина МПК свидетельствует об адаптационных возможностях сердечнососудистой и дыхательной систем и отражает количество потребления кислорода при максимальных их функционированиях в процессе выполнения физической нагрузки.

Аэробная производительность организма спортсмена при проявлении выносливости зависит от величины МПК. Чем больше данное значение, тем выше работоспособность при выполнении длительных физических нагрузок.

В среднем величина МПК у нетренированных мужчин равна 3-3,5 л/мин (или 45-50 мл/кг/мин), у тренированных спортсменов в циклических видах спорта она достигает 5-6 л/мин (или более 80 мл/кг/мин). У женщин соответственно эти величины равны: в среднем 2-2,5 л/мин (или 35-40 мл/кг/мин) и около 4 л/мин (или более 70 мл/кг/мин). Основным фактором, обеспечивающим высокий уровень МПК у спортсменов, является кислород-транс-портная система и утилизация кислорода мышечной системой.

В физиологии труда и спорте выделяют мощности работы, в основу характеристик которых приводятся уровни МПК:

• 1)    работа супермаксимальной мощности (на уровне 100-110% от МПК) может выполняться в течение 10-20 сек лишь высокотренированными спортсменами;

• 2)    работа максимальной мощности (90-100% от МПК) в зависимости от тренированности может выполняться на этом уровне от 10-30 сек;

• 3)    работа субмаксимальной мощности (на уровне 80-90% от МПК) выполняется большинством здоровых, достаточно тренированных людей в пределах 0,5-5 мин; при 70-80% от МПК - до получаса;

• 4)    работа большой мощности (50-70% от МПК) может выполняться здоровыми людьми в интервалах от 30 мин до нескольких часов.

• 5)    работа умеренной мощности - на уровне 25-50% МПК - широко представлена в деятельности людей физического труда и может выполняться в течение нескольких часов;

• 6)    работа низкой мощности (для спорта не характерна) - менее 25% от МПК – является предельной по тяжести, если выполняется на этом уровне в течение всего рабочего дня.

По анализу данных разных авторов в табл. 1 приводится характеристика биоэнергетических изменений, метаболических сдвигов, включение различных механизмов, а также протекание восстановительных процессов при выполнении полярных по мощности физических нагрузок.

Таблица 1

Характеристика физической нагрузки разной мощности

Показатели	Характер нагрузки по мощности
	Максимальные	Субмаксимальные	Умеренные
Энергетическое обеспечение	Анаэробное	Смешанное, анаэробносмешанное	Аэробное
Энергетический резерв: -    гликоген мышц, сердца -    гликоген печени -    липиды жировых депо -    фонд аминокислот
	Сохранен	Истощен	Частично сохранен
	Сохранен	Частично сохранен	Истощен
	Не используются	Не используются	Используются
	Сохранен	Сохранен	Частично использован
Активность ферментов гликолиза и окисления	Не изменена	Повышена	Снижена
Сахар в крови	Повышен	Повышен	Значительно снижен
Ацидоз	Отсутствует	Резко выражен	Выражен
Молочная кислота крови	Не изменена	Резко повышена	Умерено повышена
Симпатико-адреналовая система (тонус)	Повышен	Резко повышен	Снижен
Гипофизарно-адренокортикальная система (тонус)	Повышен	Резко повышен	Снижен
Температура тела	Незначительно повышена	Умерено повышена	Значительно повышена
Потери жидкости и электролитов	Нет	Нет	Значительная
АТФазная активность мышц	Повышена	Повышена	Снижена
Включение аминокислот в белки	Не изменено	Быстро восстанавливается	Медленно восстанавливается

Представленные данные закономерно показывают только тенденции в направлении изменений, в то же время, они зависят от многих других факторов. Однако, безусловно, они могут быть использованы при выборе режимов оптимизации различных тренировочных нагрузок, для развития определенных адаптационных реакций при выполнении работы, а также в восстановительном периоде [5,6].

Если мышечная работа осуществляется при недостатке кислорода, то в процессе гликолиза происходит образование молочной кислоты.

При работе субмаксимальной и большой мощности в скелетных мышцах активизируется гликолиз, который сопровождается снижением концентрации в мышце гликогена и ростом содержания молочной кислоты [ 7 ].

Углеводам как основному энергетическому ресурсу отведена уникальная роль в обеспечении мышечной деятельности:

• а)    снабжение энергией мозга и, следовательно, энергетическое обеспечение координации двигательных актов;

• б)    первичное, практически мгновенное обеспечение энергией мышечных сокращений в начале работы;

• в)    полное обеспечение энергетики в анаэробных условиях (в связи с быстрым исчерпанием запасов макроэргов) и долевое, но решающее при нагрузках анаэробно-аэробного характера;

• г)    обеспечение эпизодов форсирования работы при длительном ее выполнении в умеренном режиме;

• д)    экономизация использования кислорода во время работы, поскольку окисление глюкозы дает максимальный выход энергии на единицу использованного кислорода.

В целом, следует отметить, необходимость углеводов в энергообеспечении мышечной деятельности. При снижении концентрации глюкозы в крови до критической величины в 2,8-3,3 мМ/л и при истощении запасов гликогена в работающих мышцах работа прекращается. Это связано с тем, что запасы углеводов весьма ограничены, поскольку количество гликогена у взрослого человека составляет около 210 г, из которых 120 г сосредоточены в мышцах, 70 г - в печени и лишь 20 г в других органах. У спортсменов, чья соревновательная деятельность связана с длительным выполнением физической нагрузки циклического характера (бегуны на длинные дистанции, марафонцы, лыжники, велосипедисты и т.д.) количество гликогена может достигать до 600800 г.

Вторым важным источником энергии для мышц являются жиры. Использование организмом липидов для энергообеспечения мышечной работы можно охарактеризовать следующим образом:

• а)    при продолжительных нагрузках малой мощности могут становиться преобладающим источники энергии; их доля в энергообеспечении прогрессивно уменьшается при переходе к нагрузкам все большей мощности;

• б)    в мышцах тренированных организмов окисление липидов протекает в несколько раз более интенсивно;

• в)    по мере форсирования тренированности у спортсменов изменяется долевое участие углеводов и жиров в энергообеспечении мышечной деятель-

• ности: при работе с субмаксимальной мощности уменьшается окисление углеводов (оставаясь в целом выше) и возрастает окисление липидов.

Охарактеризованные изменения энергообеспечения отражают адаптацию организма к продолжительной физической работе, и другим экстремальным факторам. Поэтому биохимические, функциональные и морфологические основы долговременной адаптации к физической нагрузке могут реализовываться следующим образом:

• а)    увеличивается активность ключевых ферментов гликолиза в скелетных мышцах и миокарде, что позволяет ускорить вовлечение в обмен источников энергии с акцентом на утилизацию липидов при нагрузках умеренной и большой мощности;

• б)    увеличивается активность ключевых ферментов в печени и других органах;

• в)    увеличивается активность ферментов общего конечного пути окисления в митохондриях клеток;

• г)    увеличивается количество гемоглобина в крови и миоглобина в миокарде и скелетных мышцах, повышается активность ферментных систем ресинтеза АТФ и креатинфосфата, ткани обогащаются макроэргами;

• д)    увеличивается МПК (с развитием тренированности темп прироста МПК снижается);

• е)    увеличивается энергообразование за счет лактатного цикла, достигая 30-40% от общего потребления энергии.

Поэтому повышение концентрации молочной кислоты в крови после физических нагрузок отражает лишь степень напряженности путей энергообеспечения, но ни в коей мере не характеризует степень развития утомления. Напротив, по мере роста тренированности и использование для энергообеспечения молочнокислого цикла возрастает, в связи, с чем характеристикой роста тренированности может служить динамика убывания концентрации молочной кислоты в крови после физической нагрузки.

Это подтверждается ранее проведенными нами исследованиями [8,9,10] на юных бегунах на средние и длинные дистанции III, II, I спортивных разрядов при выполнении ими соревновательных нагрузок (табл. 2).

Следует отметить, что независимо от спортивной квалификации и специализации уровень концентрации молочной кислоты в крови у юных бегунов не превышал 23 мг% в состоянии покое. После соревновательной нагрузки данный показатель значительно изменяется.

Очевидно, интенсивность нагрузки собственно соревновательного упражнения повышалась от III разряда к I разряду. Соответственно этому наибольшие сдвиги на нагрузку наблюдались у юных спортсменов I разряда, наименьшие – III разряда.

Таблица 2

Характеристика нагрузки соревновательного упражнения у юных бегунов на средние и длинные дистанции по показателям концентрации молочной кислоты в крови (М±m)

Дистанция, м	Количество обследованных	Уровень молочной кислоты
		на 3 минуте	на 20 минуте	разница
Бегуны III спортивного разряда (14-16 лет)
800	28	138,8±4,3	117,2±5,1	21,6
1500	26	129,9±3,8	106,5±4,7	23,4
3000	19	115,5±4,7	89,3±5,0	26,2
5000	12	107,7±6,2	81,4±6,1	26,3
Достоверность различий между дистанциями	1-2	>0,05	>0,05	–
	1-3	0,001	0,001	–
	1-4	0,001	0,001	–
	2-3	<0,05	<0,05	–
	2-4	0,01	0,01	–
	3-4	>0,05	>0,05	–
Бегуны II спортивного разряда (15-17 лет)
800	26	148,8±3,3	121,8±4,3	27,0
1500	28	140,5±4,2	111,2±5,2	29,3
3000	21	126,8±5,0	95,8±4,5	31,0
5000	13	120,2±5,2	87,2±4,9	33,0
Достоверность различий между дистанциями	1-2	>0,05	>0,05	–
	1-3	0,001	0,001	–
	1-4	0,001	0,001	–
	2-3	<0,05	<0,05	–
	2-4	<0,05	0,01	–
	3-4	>0,05	>0,05	–
Бегуны I спортивного разряда (17-19 лет)
800	24	159,2±4,2	125,6±5,1	33,6
1500	18	148,8±4,8	112,8±4,6	36,0
3000	14	136,9±4,6	100,2±5,6	36,7
5000	12	130,4±6,4	93,3±5,7	37,1
Достоверность различий между дистанциями	1-2	>0,05	>0,05	–
	1-3	0,001	0,01	–
	1-4	0,001	0,001	–
	2-3	>0,05	>0,05	–
	2-4	<0,05	0,01	–
	3-4	>0,05	>0,05	–

Самые высокие величины концентрации молочной кислоты в крови у спортсменов разной квалификации были зарегистрированы после пробегания дистанции 800 м, а наименьшие – 5000 м. Максимальные ее показатели получены у бегунов I разряда после дистанции 800 м, на 3 минуте восстановления, а минимальное значение этого показателя – у спортсменов III разряда после бега на 5000 м. Следует отметить, что чем выше интенсивность соревновательного бега, тем медленнее происходило восстановление концентрации

III разряд         II разряд         I разряд

Рис. 1. Снижение концентрации молочной кислоты в крови у юных спортсменов на 20-минуте восстановления после выполнения соревновательной нагрузки, %

По мере роста тренированности скорость убывания концентрации молочной кислоты в крови после нагрузки разной интенсивности и продолжительности возрастает, что может свидетельствовать о формировании у юных бегунов одного из компонентов системного структурного следа адаптации к специфике физической нагрузки - индуцированного последней синтеза ферментов, обеспечивающих утилизацию молочной кислоты.

Таким образом , приведенные материалы свидетельствуют о том, что в процессе тренированности все большее значение приобретает восстановление энергетического гомеостаза. Поэтому направленность тренировочных нагрузок должно иметь, основной целью вызвать сдвиги гомеостаза, приводящие к формированию механизмов энергообеспечения, необходимых для мышечной деятельности, характерной для данной спортивной специализации. При этом для контроля успешности формирования оптимального системного структурного следа адаптации к такому специализированному виду деятельности следует учитывать не только результаты непосредственной реакции на нагрузку, но и главное динамику показателей, характеризующих такую реакцию, особенно в плане их восстановления до исходных величин.