УДК: 796.01:577.01
ПРОБЛЕМЫ
и перспективы биоэнергетики спорта
Доктор биологических наук, профессор Н.И. Волков
Российский государственный университет физической культуры, спорта и туризма, Москва
Abstract
PROBLEMS AND PERSPECTIVES OF BIOENERGETICS OF SPORT N.I. Volkov, professor, Dr. Biol. Russian state university of physical culture, sport and tourism, Moscow
Key words: bioenergetics of sport, aerobic and anaerobic metabolic processes, ergogenic methods.
The purpose of the present research was to consider the problems and perspectives of bioenergetics of sport.
Estimating the results of performed researches in the field of bioenerget-ics of sport, it is necessary to mark the set directions in development of the quoted scientific discipline that can be successfully realized in sports practice already in the closest years:
Establishing and strict qualifying the basic parameters for aerobic and anaerobic metabolic processes, serving energy sources in conditions of muscular activity;
- Tracking the dynamics of metabolic conditions in athletes in specific conditions of training and competitive loadings in selected sport;
- Allocation of most informative bioenergetic characteristics at different physical loadings;
- Allocation of most important bioenergetic factors limiting athletes' physical efficiency;
- Work out and introduction into practice of sport inno-vational technologies aimed at development of speedpower qualities and athletes' endurance;
- Development and standardization of methods of bio-energetic monitoring of the status of sports efficiency and influence of applied means and methods of training;
- Establishing bioenergetic criteria of efficiency of using ergogenic methods in sport.
Effective conducting and introduction of the results of the studies in the abovementioned directions is possible at close coordination of efforts of single performers, as well as leading educational institutions and research organizations engaged in works on bioenergetics of sport.
Ключевые слова: биоэнергетика спорта, аэробные и анаэробные метаболические процессы, эргогенические методы.
Биоэнергетика спорта - относительно новая научная дисциплина, возникшая на стыке биохимии и физиологии мышечной активности. Основы этой научной дисциплины были заложены ещё в первой половине прошлого века трудами таких выдающихся ученых, как лауреат Нобелевской премии А.В. Хилл, Д.Л. Дилл, Р. Маргариа, Е. Христенсен и Е. Симонсон. Существенный вклад в развитие современных знаний о биоэнергетических процессах в труде и спорте внесли работы Н.Н. Яковлева, П.-О. Остранда, Б. Салти-на, Ф. Генри, Ф. Голдника, Й. Койля, Л. Хермансена, Д. Костилла и др.
В ходе этих исследований было установлено, что уровень спортивных достижений в разных видах физических упражнений в основном определяется возможностями преобразования энергии в аэробном и анаэробных метаболических процессах, совершающихся в работающих мышцах человека. Каждому из этих процессов свойственны свои особые кинетические характеристики, только им доступные скорости энергетических преобразований и размеры используемых субстратных фондов [11, 12, 17, 19, 18, 20, 21, 22, 4, 8]. Наиболее «быстрыми» кинетическими характеристиками и самой высокой метаболической мощностью обладает алактатный анаэробный процесс. Он первым вступает в действие и доминирует в общем энергетическом балансе работы в первые 10 - 15 с от её начала (см. график на рис.1). По мере исчерпания ёмкости алактатного анаэробного источника, которая зависит от внутримышечных запасов АТФ и КрФ, в действие вступает анаэробный гликолиз. Его наибольшая мощность достигается на 20 - 40-й с от начала упражнения, и она быстро снижается по ходу работы из-за исчерпания внутримышечных резервов гликогена и накопления конечных продуктов анаэробного распада в тканях. Наиболее «медленные» кинетические характеристики присущи аэробному метаболическому процессу. Из-за ограничения поставки кислорода в работающие мышцы, обусловленного работой
Рис. 1. Изменения уровня энергопродукции при выполнении упражнений различной продолжительности.
По оси ординат - уровень энергопродукции (кДж/кг*мин), по оси абсцисс - предельное время упражнений, с
систем легочного дыхания и кровообращения, максимальная мощность этого процесса составляет только 1/3 от значения максимальной мощности алактатного анаэробного процесса, и она достигается лишь ко 2 - 3-й мин от начала работы. Но в то же время аэробному процессу свойственны высокая эффективность и наибольшая ёмкость при работе.
До недавнего времени основное внимание специалистов в области биохимии и физиологии спорта уделялось преимущественно изучению изменений в сфере энергетического обмена при физических нагрузках, не превышающих значения критической мощности, где достигается максимальная активизация аэробного метаболического процесса в тканях [1, 16, 24]. Лишь в последние годы под влиянием запросов «большого» спорта и ряда практических дисциплин (авиации, космонавтики и пр.) резко возрос интерес исследователей к изучению анаэробной энергетики и её роли в условиях физических нагрузок с ограниченной доставкой кислорода к работающим мышцам. Было показано [2, 10, 13 - 15, 23, 19 и др.], что при выполнении упражнений, уровень энергетических затрат которых существенно превышает значение максимального потребления кислорода, происходят значительные изменения в кинетике и во взаимоотношениях процессов аэробного и анаэробного обмена.
Общая картина биоэнергетических сдвигов, наблюдаемых в организме спортсменов при выполнении упражнений, относящихся к области напряженной мышечной деятельности, где отмечаются наиболее значительные изменения в процессах анаэробного
Рис. 2. Изменения уровня энергопродукции в аэробном и анаэробных процессах в зависимости от относительной мощности упражнения.
По оси абсцисс - относительная мощность упражнения, ед. MMR; по оси ординат - уровень энергопродукции, кал/кг Т; мин.
Обозначения:
АП - анаэробный порог;
КМ - критическая мощность;
АлП - алактатный порог;
МИ - мощность истощения;
АГАП - алактатно-гликолитический анаэробный переход;
МАМ - максимальная анаэробная мощность
энергетического обмена, представлена на графике рис. 2. На оси ординат этого графика отложены значения уровня энергопродукции при выполнении задаваемых упражнений, а на оси абсцисс приведены значения относительной мощности, выраженные в единицах максимального метаболического уровня (ед. ММЯ), представляющего отношение уровня кислородного запроса работы к величине индивидуального максимума потребления кислорода. Как видно из приводимых на графике данных, хорошо изученная область упражнений субкритической мощности составляет лишь незначительную часть от возможных изменений относительной мощности упражнений, доступной для хорошо подготовленных спортсменов. Максимально высокий уровень аэробной энергопродукции поддерживается неизменным лишь до значений относительной мощности около 2,5 ед. ММЯ. При более высоких значениях относительной мощности упражнения уровень аэробной энергопродукции экспоненциально понижается. Увеличение скорости ана-
эробной гликолитической энергопродукции, впервые отмечаемое на уровне порога анаэробного обмена (0,5 ед. MMR), линейно возрастает вплоть до значений мощности истощения (4 - 6 ед. MMR). Скорость энергопродукции в алактатном анаэробном процессе начинает заметно возрастать от уровня относительной мощности 2,5 ед. MMR и линейно увеличивается вплоть до уровня максимальной анаэробной мощности (10 - 12 ед. MMR). Изменения в характере и скорости происходящих в организме биоэнергетических сдвигов, отмечаемые при увеличении относительной мощности выполняемых упражнений, позволяют провести необходимую градацию физических нагрузок по направленности их тренирующего воздействия на организм спортсменов [9, 2].
Наряду с прямыми измерениями энергопродукции в аэробном и анаэробных метаболических процессах энергетические затраты в условиях напряженной мышечной деятельности могут быть также с достаточной точностью оценены с использованием измерений суммарной пульсовой стоимости упражнения, «избыточной» легочной вентиляции и накопления молочной кислоты в крови [5]. Особый интерес для практики физиологического контроля в спорте представляет использование показателей суммарной пульсовой стоимости упражнения, выводимых путем анализа динамики частоты сердечных сокращений во время работы и восстановления. Эти показатели весьма точно воспроизводят основные зависимости от параметров мощности и предельного времени работы, установленные для показателей кислородного запроса и энергетической стоимости упражнения [7]. Непрерывный мониторинг частоты сердечных сокращений во время работы и восстановления с последующим расчётом показателей суммарной пульсовой стоимости может быть использован для целей количественной оценки воздействия применяемых упражнений и оптимизации тренировки в различных видах спорта [5).
Оценивая результаты исследований, выполненных в области биоэнергетики спорта, следует отметить направления, сложившиеся в развитии этой научной дисциплины, которые могут быть успешно реализованы в практике спорта уже в ближайшие годы. К ним в первую очередь надо отнести такие проектируемые разделы исследовательских работ в этой области:
- установление и строгое квотифицирование основных параметров для аэробного и анаэробных метаболических процессов, служащих источниками энергии в условиях напряженной мышечной деятельности;
- отслеживание динамики метаболических состояний у спортсменов в специфических условиях тренировочных и соревновательных нагрузок в избранном виде спорта;
- выявление наиболее информативных биоэнергетических характеристик для процессов утомления и восстановления при различных физических нагрузках;
- установление наиболее значимых биоэнергетических факторов, лимитирующих физическую работоспособность спортсменов;
- разработка и внедрение в практику спорта инновационных технологий, направленных на развитие скоростно-силовых качеств и выносливости спортсменов;
- разра
Для дальнейшего прочтения статьи необходимо приобрести полный текст. Статьи высылаются в формате PDF на указанную при оплате почту. Время доставки составляет менее 10 минут. Стоимость одной статьи — 150 рублей.