Современные представления о специфических особенностях энергообеспечения в беге на сверхдлинные дистанции

Введение. Бег на марафонскую дистанцию является самым длительным соревновательным упражнением беговой программы официальных состязаний по легкой атлетике (Олимпийские игры, чемпионаты мира). Энергетическое обеспечение работы такой продолжительности имеет свою специфику, понимание которой является основой для разработки методических подходов, направленных на совершенствование тренировоч- ного процесса бегунов на сверхдлинные дистанции. Механизмы энергообеспечения мышечной работы различной интенсивности являлись предметом исследования на протяжении нескольких десятилетий. Однако проблемная ситуация состоит в том, что появляющиеся новейшие знания в области биохимии, физиологии не всегда трансформируются в конкретные методические рекомендации для тренеров и спортсменов и тем более не детализируются на уровне тренировочных программ.

Задачи и организация исследования. Основной задачей исследований на данном этапе являлось выявление максимально согласованного мнения специалистов по следующим проблемным вопросам:

• –    принципиальные различия специфического профиля энергообеспечения у бегунов на длинные и сверхдлинные дистанции;

• –    биологические механизмы позволяющие обосновать стратегию развития аэробной жировой мощности;

• –    биологические механизмы позволяющие обосновать стратегию увеличения запасов энергетических субстратов в организме спортсмена.

Для решения данной задачи проводился анализ литературных источников, в которых обозначенные вопросы являлись предметом исследований.

Результаты аналитического обзора.

Анализ специальной литературы позволил сделать нам определенные обобщения относительно специфики энергообеспечения мышечной деятельности при преодолении марафонской дистанции. Двумя основными источниками энергии при мышечной деятельности являются накопленные в организме жиры (триглицериды) и углеводы (гликоген и глюкоза). До тех пор пока углеводы и жир доступны мышце, они используются как субстраты аэробного энергообеспечения для поддержания мышечных сокращений. Соотношение между окисляемыми углеводами и жирами определяется мощностью аэробной работы: чем больше относительная мощность выполняемой работы, тем относительно выше энергетический вклад окисляемых углеводов и соответственно меньше вклад окисляемых жиров в общее энергообеспечение работающих мышц [4].

Мышечный гликоген является наиболее предпочтительным субстратом окисления во время интенсивной мышечной работы. Скорость его расходования находится в прямой связи с относительной мощностью работы (% МПК) и в обратной связи с содержанием в мышце. Чем больше мощность работы (сила сокращения мышц), тем выше скорость расходования мышечного гликогена. Скорость расхода углеводов мышц и печени при заданной мощности работы мышц в длительных упражнениях (до 2,5 часов) зависит от концентрации субстратов и мощности митохондриального аппарата мышечных волокон [2, 4].

Во время выполнения легкой работы при потреблении O 2 до 50% МПК (с предельной продолжительностью до нескольких часов) большая часть энергии для сокращающихся мышц образуется за счет окисления жиров. При работе на уровне 50 – 70% МПК вклад этих двух источников (жиров и углеводов) примерно одинаков. Во время более тяжелой работы (при потреблении O 2 более 60% МПК) значительную часть энергопродукции обеспечивают углеводы. При работах, близких к МПК, подавляющая часть аэробного энергообеспечения осуществляется за счет окисления углеводов. Таким образом, при работе очень большой мощности основным энергетическим субстратом в работающих мышцах служат углеводы.

Многочисленными исследованиями [1, 2, 6 и др.] установлено, что аэробная тренировка приводит к снижению среднего дыхательного коэффициента при длительной стандартной работе, что свидетельствует о том, что большая часть энергии вырабатывается за счет окисления жиров. С точки зрения энергетического обмена, интенсивная нагрузка продолжительностью 90 мин представляет собой критическую величину, запасов углеводов в мышцах и печени, практически не хватает для преодоления марафонской дистанции даже, несмотря на углеводное питание во время работы. В этом случае традиционно считается, что большее использование жиров позволит «сэкономить» гликоген и, следовательно, отдалить наступление утомления. Поэтому в дискуссиях по поводу подготовки марафонцев много внимания уделяется «тренировке окисления жиров» [5, 10].

Одним из наиболее функциональных следствий тренировок на выносливость является увеличение размеров и количества мышечных митохондрий, что значительно повышает скорость аэробного метаболизма, т.е. способность мышц использовать кислород для расщепления жиров и углеводов с получением энергии [3]. При тренировках на выносливость спортсмены могут заметно повысить скорость окисления жиров, тем самым увеличивая время интенсивных физических нагрузок перед тем, как организм начнет испытывать углеводное голодание [11].

Несмотря на то, что все еще нет полного понимания метаболизма жиров при воздействии на организм физических нагрузок, уже собрано достаточно информации [2, 7, 9, 11, 12]. Жиры обладают наибольшей энергетической емкостью из всех остальных мышечных источников энергии. В одном грамме жира содержится больше энергии (9 ккал), чем в таком же количестве углеводов и белков (4 ккал). Запасы жира в организме велики – от 10 до 30% его веса. Обычно в триглицеридах, находящихся во всех жировых тканях тела человека, хранится от 50 до 60 тысяч килокалорий энергии. В силу того, что такие большие запасы энергии хранятся в относительно небольшом количестве триглицеридов, это дает каждому человеку замечательную возможность носить с собой "топливо" для организма. Если бы вся эта энергия, напротив, хранилась бы в виде углеводов (гликогена), то тяжелые молекулы воды оказались бы связанными с молекулами гликогена и вес наших энергетических запасов составил бы свыше 45 кг.

Большая часть жиров, используемых марафонцами, поступают, главным образом, из двух источников:

• 1.    Внутримышечных триглицеридов, которые в виде вкраплений находятся прямо в мышечных волокнах спортсмена.

• 2.    Триглицеридов, находящихся в адипоцитах, т.е. в жировых клетках, которые имеются во всем теле человека, но больше всего их в подкожной ткани и между органами, находящимися в брюшной полости. Это наиболее важные жировые депо в теле человека, достаточные для удовлетворения энергетического запроса не только на марафонской дистанции, но и на более длинных дистанциях.

Снижение окисления мышечного гликогена в результате тренировок на выносливость напрямую связано с увеличением окисления триглицеридов, получаемых из самих мышц, но не из плазмы. Внутримышечные триглицериды являются основным источником жира, окисление которого происходит быстрее в результате адаптации к тренировкам на выносливость и что именно окисление этого внутримышечного жира соотносимо со снижением потребления внутримышечного гликогена и улучшением показателей выносливости. Большие запасы триглицеридов, находящиеся в жировой ткани, активируются с относительно медленной скоростью. Триглицериды сами по себе не могут покинуть жировые ткани, но в начале выполнения физических упражнений, например, во время предсоревновательной разминки, уровень специальных гормонов (адреналин, норадреналин, глюкагон) в крови повышается, в то время как уровень прочих гормонов (инсулина) снижается, способствуя липолизу. В этот момент свободные жирные кислоты могут, покинув адипоциты, быть перенесены в кровь молекулой белка (альбумин) и затем к рабочим мышцам. Здесь они расщепляются на два атома углерода, связанных в ко-энзим А, и поступают в митохондрии [1,4].

В тренировках на выносливость внутримышечные триглицериды должны рассматриваться в качестве дополнительного источника энергии, помогающего основному – гликогену. Помимо энергии, поставляемой внутримышечными триглицеридами, еще одним источником энергии для мышц являются триглицериды плазмы. Предполагается, что при физических нагрузках слабой интенсивности, т.е. при 25% VO 2 max, свободные жирные кислоты плазмы являются единственным жировым источником энергии. Этот вывод делается на основании того, что скорость окисления жиров в этом случае очень схожа со скоростью исчезновения молекул свободные жирные кислоты из крови. Тем не менее, при физических нагрузках большей интенсивности общий показатель окисления жиров у людей, тренированных на выносливость, намного превышает показатель исчезновения молекул свободные жирные кислоты из крови, тем самым свидетельствуя о том, что дополнительное окисление жиров происходит с задействованием внутримышечных триглицеридов. При нехватке энергии небольшое количество триглицеридов может вырабатываться печенью. Эти триглицериды связываются с липопротеинами очень низкой плотности в плазме, их доля в общем энергоснабжении очень мала. При физических нагрузках интенсивностью 25% V O 2 max отмечен очень низкий показатель окисления внутримышечных триглицеридов, но при интенсивности в 65% V O 2 max на долю внутримышечных триглицеридов приходится уже почти половина всего окисления жиров. Дальнейшие замеры этого показателя при 85% V O 2 max показывают некоторое его снижение [2,4].

В литературе [3, 5, 6] выделяются следующие возможные механизмы адаптации с целью повышения аэробной мощности мышечных волокон:

• –    увеличение размера мышечных волокон (гипертрофия);

• –    изменение доли красных, белых и промежуточных волокон;

• –    увеличение запасов эндогенных субстратов (триацилглицеридов и гликогена);

• –    увеличение числа митохондрий;

• –    повышение основных ферментов, участвующих в расщеплении субстратов, используемых в дыхательном фосфорилировании;

• –    снижение содержания ферментов анаэробного метаболизма при повышении потенциала аэробных процессов;

• –    увеличение концентрации миоглобина;

• –    повышение капилляризации мышц.

Задача увеличения запасов эндогенных субстратов в виде гликогена должна решаться применением в тренировке бегунов таких тренировочных средств, которые бы обеспечивали повышение емкости соответствующих «энергетических депо» (гипертрофия, изменение доли красных мышечных волокон, увеличение числа митохондрий и т.д.).

Задача наполнения соответствующих «депо» гликогеном достигается манипуляциями с пищевым рационом как до соревнований в марафоне, так и непосредственно в ходе соревнований. Механизмы и способы накопления гликогена в мышцах, известны [1, 3, 6]. В частности – метод углеводного насыщения [3], заключающийся в сочетании низкоуглеводной диеты с истощающей запасы гликогена нагрузкой и последующей вы-сокоуглеводной диетой в течение 2-3 дней. За это время достигается фаза суперкомпенсации в содержании гликогена в мышцах и печени. Основная опасность, которая может сопровождать применение данного метода – риск войти в состояние слишком глубокого утомления и получить структурные повреждения основных мышечных групп. При таком развитии событий, эффект от суперкомпенсации гликогена может быть полностью нивелирован. Дискуссия специалистов по теме использования углеводного питания в процессе соревновательного упражнения сосредоточена на следующих вопросах: что принимать (состав энергетических смесей); когда принимать (момент начала использования) и как принимать (периодичность и объем).

Увеличение запасов эндогенных субстратов в виде триглицеридов связано с воздействием специфических физических нагрузок. А поскольку соответствующие изменения в метаболизме происходят при длительной работе умеренной интенсивности, то именно значительные объемы использования такого тренировочного средства, как длительный бег продолжительностью до 2 – 3 часов, является основным отличием тренировки марафонцев от тренировок бегунов на длинные дистанции.

Заключение. Несмотря на то, что многие аспекты проблемы понимания механизмов энергообеспечения при длительной работе требуют дальнейшего изучения, нам удалось выявить некоторые положения, относительно которых мнения специалистов максимально согласованы.

Для обеспечения мышечных локомоций во время преодоления марафонской дистанции запасов гликогена не хватает и вклад жиров в энергообеспечение за счет окисления свободных жирных кислот возрастает.

Способность мышц к утилизации жировых запасов является важным адаптационным эффектом аэробной системы энергообеспечения и резервом повышения экономичности в марафонском беге, позволяющей не только обеспечить оптимальное использование жиров и углеводов для получения энергии, но и экономное расходование гликогена, сохраняя его для использования в заключительной стадии соревнования.

Генеральным направлением при создании специфического профиля подготовленности бегунов-марафонцев должно быть формирование (момент начала узкой специализации в данной дисциплине) и совершенствование “энергетического” компонента, то есть способности организма спортсмена сжигать большое количество липидов в минуту, увеличивая тем самым аэробную жировую мощность.

Открытым для дальнейшего научного поиска остается вопрос о способах стимулирования липолиза в тренировочном процессе бегунов на сверхдлинные дистанции.