Особенности энергообеспечения мышечной работы в зависимости от длительности выполнения ступенчато-возрастающей нагрузки у спортсменов, занимающихся циклическими видами спорта

Введение. В настоящее время изучение закономерностей энергообеспечения мышечной работы получило новый импульс. С одной стороны, это связано с широким распространением современного оборудования, значительным повышением точности измерительной аппаратуры, накоплением большого количества данных, характеризующих энергообеспечение мышечной работы [1, 2]. С другой стороны, это обусловлено успехами в области моделирования энергообеспечения мышечной деятельности, появлением новых возможностей для качественного анализа получаемых данных [7, 13].

Концепция «энергетического подхода», начало которой положено в работах R. Margaria [15], позволяет изучать физическую работоспособность на основе оценки вкладов различных механизмов энергообеспечения. При реализации «энергетического» подхода изучают закономерности производства энергии: оценивается мощность, емкость и экономичность механизмов энергообеспечения. Дифференцированную оценку вкладов анаэробного и аэробного энергообеспечения можно проводить на основе регистрации показателей газоанализа и лактата в крови при выполнении внешней работы, в период которой можно достичь максимальных значений данных биоэнергетических параметров [3, 6, 16].

Известно, что согласованность работы отдельных механизмов энергообеспечения позволяет обеспечить гибкость в удовлетворении энергетических потребностей организма спортсмена в зависимости от условий, предъявляемых соревновательной и тренировочной деятельностью. При этом необходимо учитывать, что различные механизмы энергообеспечения имеют и антагонистическое взаимодействие и, соответственно, могут лимитировать работоспособность [3, 8–12, 14].

Недостаточная изученность сопряжения различных механизмов энергообеспечения мышечной работы во время тренировочных и соревновательных нагрузок в спортивной деятельности не позволяет обоснованно учитывать этот фактор при составлении тренировочных программ. Специфичность спортивной подготовки требует оценки различных механизмов производства энергии в конкретных спортивных упражнениях и достаточно точный количественный расчет параметров нагрузок.

Цель исследования – изучение соотношения активности различных механизмов энергообеспечения в зависимости от длительности мышечной работы до отказа у спортсменов, занимающихся циклическими видами спорта.

Материалы и методы . В исследовании приняли участие спортсмены в возрасте 18–35 лет, занимающиеся циклическими видами спорта (биатлон, лыжные гонки) и имеющие спортивную квалификацию от 2-го взрослого разряда до КМС. Было выполнено 360 наблюдений за динамикой газообмена, ЧСС, уровня лактата в крови при выполнении ступенчато-возрастающей нагрузки на беговой дорожке до отказа или по достижении максимального расчетного ЧСС (вычисляется по формуле «220 – возраст»). Выполнение теста проводилось с использованием беговой дорожки LE 580 CE H/P/COSMOS (Care Fusion, Великобритания) и кардиореспираторной системы «Oxycon Pro» (Erich Jaeger, Германия) по следующему протоколу: начальная скорость на первой ступени – 5 км/ч, длина ступени – 2 мин, высота ступени – 1,5км/ч. У каждого обследуемого определялись количественные значения вклада аэробного, лактатного и алактатного механизмов ресинтеза АТФ при выполнении тестирования.

Вклад аэробного механизма (EaiO2, кДж) определялся на основе объема потребления кислорода сверх уровня покоя за период выполнения нагрузки по формуле:

EaiO2 = (V02_tot - V02 res ■ t) ■ 20,9, (1) где VО2 tot – объем потребления кислорода за время работы (л), VО2 res – объем потребления кислорода в покое перед тестом (л/мин), t – время выполнения работы (мин).

Вклад лактатного (EaiLa, кДж) механизма энергообеспечения рассчитывался на разнице концентраций лактата в капиллярной крови до и после теста (∆La, ммоль/л):

EaiLa = A La ■ 0,0624 ■ m/p, (2) где 0,0624 = 0,6/ 0,8 ■ 0,09 ■ 220 ■ 4,187 ■ 10 ^{- 3} вычислен исходя из следующего: 0,6 – доля воды в теле человека, 0,8 – доля воды в крови, 0,09 г/мМ – молекулярный вес молочной кислоты, 220 кал/г – теплотворность молочной кислоты, 4,187 - 10 ³ кДж/кал - пересчетный коэффициент, m – масса тела человека, p – плотность тела человека принята за 1 кг/л.

Вклад алактатного (EaiaLa, кДж) механизма энергообеспечения рассчитывался по объему потребления кислорода за первые две минуты в период восстановления сверх уровня покоя (VO2 bor ), данный период характеризуется фракцией быстрого восстановления и эффективностью фосфагенного цикла:

EaiaLa = (VO2bor - 0,55 ■ m/ 70) x x20,9 ■ 0,6, (3) где 0,55 – «кислородный запас тела» (л) у человека массой 70 кг; 0,6 – эффективность «фосфагенного цикла».

Полученные данные обрабатывались в программе Statistica 10, разделение выборки на кластеры выполнялось на основе кластерного анализа методом К-средних. Полученные кластеры проверялись на нормальность распределения по критерию Шапиро–Уилко, достоверность различий считалась по критерию Стьюдента для несвязанных выборок, различия считались статистически значимыми при p < 0,05.

Результаты . Для изучения особенностей энергообеспечения мышечной работы в зависимости от длительности выполнения ступен-чато-возрастающей нагрузки у спортсменов, занимающихся циклическими видами спорта, все спортсмены были разделены на 7 кластеров методом К-средних. Для кластеризации были использованы показатели EaiO2, EaiaLa,

EaiLa, характеризующие вклад аэробных и анаэробных механизмов энергообеспечения в общий энергетический «котел». Кластеры характеризуются разной длительностью выполнения нагрузки и количественными значениям аэробных и анаэробных возможностей (см. таблицу).

Из таблицы видно, что у спортсменов от кластера к кластеру наблюдается повышение общих энерготрат (Eai) при выполнении нагрузки с 478,8 ± 20,02 до 939,1 ± 10,23 кДж, аналогичная тенденция наблюдается в количественных значениях аэробных возможностей. В наблюдаемые изменения не укладывается динамика показателей от 2-го к 3-му кластеру: при увеличении длительности выполнения теста на 1 мин показатели энергообеспечения стабилизируются (634,4 ± 17,6 и 628,1 ± 15,18 кДж соответственно), что обусловлено снижением активности анаэробных возможностей. Увеличение длительности выполнения теста, возможно, связано с явлениями механической экономизации работы организма [5, 17].

По результатам исследования следует, что активность анаэробных механизмов постепенно сменяется и вклад алактатного и лактатного механизмов характеризуются разнонаправленной динамикой. Так, от второго к третьему наблюдается снижение анаэробных показателей с 46,2 ± 2,48 до 42,2 ± 2,17 кДж алактатных (EaiaLa) и с 44,7 ± 2,65 до 41,4 ± ± 2,26 кДж лактатных (EaiLa). Статистически значимое (p < 0,05) снижение активности алактатного механизма происходит от четвертого кластера к шестому (с 51,8 ± 1,95 до 44,2 ± 1,42 кДж соответственно), в то же время лактатный механизм увеличивает свой вклад в энергообеспечение от третьего к шестому с 41,4 ± 2,26 до 46,8 ± 2,03 кДж (p < 0,05). От шестого к седьмому кластеру тенденция меняется: резко повышается активность алак-татного механизма ресинтеза АТФ с 44,2 ± 1,42 до 76,1 ± 2,6 кДж, а активность лактатного механизма снижается с 46,8 ± 2,03 до 38,1 ± ± 1,57 кДж (p < 0,001). Аналогичная динамика повышения активности алактатного механизма, но менее выраженная, наблюдается в четвертом кластере.

Выявленные особенности между показателями, характеризующими энергообеспечение в выделенных кластерах у спортсменов, занимающихся циклическими видами спорта, позволили выделить две закономерности при увеличении длительности выполнения сту-пенчато-возрастающей работы до отказа: 1) вклад аэробных возможностей в общий энергетический «котел» повышается при одновременном снижении вклада анаэробных возможностей на всем междукластерном диапазоне длительности выполнения нагрузочного тестирования; 2) при сохранении первой закономерности наблюдается увеличение длительности выполнения тестирования от третьего к четвертому и от шестого к седьмому кластерам за счет повышения активности алактатного с одновременным снижением вклада лактатного механизмов.

Обращают на себя внимание показатели у спортсменов, отнесенных к седьмому кластеру, которые уступают по вкладу аэробных возможностей спортсменам шестого кластера и отличаются относительно низкой активностью лактатного механизма энергообеспечения. На наш взгляд, такие закономерности могут иметь две причины: 1) высокая емкость

Количественные показатели аэробных и анаэробных возможностей спортсменов разных кластеров Quantitative indicators of aerobic and anaerobic capabilities of athletes from different clusters

Кластер Cluster	n	t, мин / min	Eai, кДж / kJ	EaiO2, кДж / kJ	EaiaLa, кДж / kJ	EaiLa, кДж / kJ
1	67	11,6 ± 0,11*	478,8 ± 20,0*	400 ± 18,2*	43,1 ± 2,76	35,5 ± 2,12*
2	56	14 ± 0,06*	634,4 ± 17,6	543 ± 16	46,2 ± 2,48	44,7 ± 2,65
3	52	15 ± 0,04*	628,1 ± 15 ,2*	544 ± 13,8*	42,2 ± 2,17*	41,4 ± 2,26
4	53	16 ± 0,03*	726,2 ± 16,5	629 ± 15	51,8 ± 1,95	45,6 ± 2,66
5	30	16,7 ± 0,05*	751,3 ± 20,7	654 ± 18,8	50,8 ± 2,77*	46,2 ± 3,47
6	38	18,4 ± 0,07*	788,7 ± 15,7*	698 ± 14,3*	44,2 ± 1,42*	46,8 ± 2,03*
7	64	20,1 ± 0,06	939,1 ± 10,2	825 ± 9,3	76,1 ± 2,6	38,1 ± 1,57

Примечания. * – p < 0,01 изменения достоверны относительно предыдущего кластера.

Note . * – p < 0.01 changes are significant for the previous cluster.

креатинфосфатного механизма обеспечивает переход на более высокую интенсивность [12] с меньшей активацией лактатного механизма; 2) повышение скорости утилизации лактата непосредственно при выполнении нагрузки. И первая и вторая причины, в свою очередь, обеспечивают снижение негативного влияния ацидоза на работоспособность.

Заключение. Длительность выполнения теста физической работоспособности зависит не только от общего количества энергии за счет повышения активности аэробного, но и от активности алактатного и лактатного механизмов энергообеспечения [4]. Выявленные изменения в кластерах, по нашему мнению, можно расценивать как функционально сложившиеся особенности соотношения активности различных механизмов энергообеспечения, обусловливающие, в конечном счете, уровень подготовленности. При планировании тренировочных нагрузок с целью повышения энергообеспечения следует учитывать соотношение активностей механизмов энергообеспечения и учитывать выявленные закономерности.