1. Факторы спортивной работоспособности

Физическая работоспособность человека определяется большим числом факторов. Обычно среди ведущих факторов выделяют следующие:

– развитие скоростно-силовых качеств и особенности нервномышечной координации движений;

– биоэнергетические (аэробные и анаэробные) возможности организма;

– техника выполнения упражнений;

– тактика ведения спортивной борьбы;

– психическая подготовка спортсмена (мотивация, волевые качества и т. п.).

Скоростно-силовые качества и биоэнергетические возможности человека относятся к числу факторов потенций (внутренних возможностей). Техника, тактика и психическая подготовка спортсмена объединяются в группу факторов производительности, которые определяют степень реализации факторов потенций в конкретных условиях данного вида спорта. Так, рациональная техника выполнения упражнений позволяет в большей степени эффективно реализовывать скоростно-силовые и энергетические возможности в каждом акте движения или в отдельных элементах упражнения. Совершенная тактика ведения соревновательной борьбы позволяет лучше реализовывать скоростно-силовые и биоэнергетические потенции в ходе спортивного соревнования или в его отдельных эпизодах.

Биохимические факторы скоростно-силовой подготовленности спортсменов

Среди биохимических факторов, определяющих скоростносиловые способности человека, прежде всего следует отметить общее содержание и ферментативные свойства сократительных белков мышц. Величина усилия, развиваемого в сокращающейся мышце, пропорциональна числу поперечных соединений (спаек) между актиновыми и миозиновыми нитями в миофибриллах. Потенциально возможное число этих соединений, а следовательно, и величина максимального усилия зависят от общего содержания актина и длины миозиновых нитей в пределах каждого саркомера, входящего в состав миофибрилл.

Скорость образования и разрыва спаек в миофибриллах скелетных мышц и связанная с этим скорость развития напряжения и сокращения мышцы зависят от АТФ-азной активности миозина, т. е. скорости ферментативного расщепления АТФ под действием миозина, которая сильно различается в мышечных волокнах разного типа: в быстро сокращающихся белых волокнах она более высокая, чем в медленно сокращающихся красных волокнах.

Здесь следует отметить, что определение АТФ-азной активности миозина служит одним из основных биохимических критериев, по которым мышечные волокна находятся в разных соотношениях. Изменения в пропорции быстро и медленно сокращающихся волокон непосредственно сказываются на функциональных свойствах мышцы. Быстро и медленно сокращающиеся волокна входят в состав разных двигательных единиц и различаются по порогу раздражения. При невысоких частотах раздражения в упражнениях умеренной интенсивности в работу вовлекаются в основном медленные двигательные единицы. С ростом интенсивности упражнения, когда частота раздражения больше порога для быстрых двигательных единиц, повышение производительности работы всё значительнее зависит от участия быстро сокращающихся мышечных волокон. Чем больше процент быстро сокращающихся мышечных волокон в общем составе скелетной мышцы, тем выше ее скоростно-силовые характеристики.

Величина АТФ-азной активности в скелетных мышцах человека зависит от значений рН, достигаемых в процессе выполнения работы. Оптимальные значения рН, при которых фиксируется наивысшая АТФ-азная активность, составляет около 6,8; при снижении значений рН ниже 6,4 АТФ-азная активность в работающих мышцах снижается настолько, что они уже не будут способны генерировать максимальную силу и мощность. Поскольку изменения рН при мышечной работе в основном связаны с образованием молочной кислоты в процессе анаэробного гликолиза, то это означает, что при тренировке, направленной на улучшение скоростно-силовых качеств спортсменов, задачи совершенствования собственно скоростно-силовой подготовленности (развития силы и мощности) должны решаться с использованием строго определенных режимов физической нагрузки раздельно от задач повышения устойчивости к локальному мышечному утомлению.

Биоэнергетические факторы спортивной работоспособности

Биоэнергетические возможности спортсменов являются наиболее важным биохимическим фактором, лимитирующим их физическую работоспособность. Невозможно выполнять какую-либо работу, не затратив энергии. Образование энергии при мышечной работе может осуществляться анаэробным и аэробным путем. В зависимости от биохимической природы энергетических процессов принято выделять три обобщенных функциональных свойства организма, оказывающих прямое влияние на величину и характер проявления физической работоспособности:

• алактатную анаэробную способность, связанную с процессами преобразования энергии в АТФ-азной и КрФ-киназной реакциях;

• гликолитическую анаэробную способность, отражающую возможность усиления при работе анаэробного гликолитического процесса, в ходе которого происходит накопление молочной кислоты в организме;

• аэробную способность, связанную с возможностью выполнения работы за счет усиления аэробных процессов в митохондриях клеток при одновременном увеличении доставки и утилизации кислорода в работающих тканях.

Эти функциональные свойства, определяющие физическую работоспособность человека, количественно могут быть охарактеризованы с использованием биохимических критериев трех видов:

– критериев мощности, отражающих скорость освобождения энергии в метаболических процессах;

– критериев емкости, в которых отражаются размеры доступных для использования субстратных фондов или общий объем метаболических изменений в организме, происшедших за время упражнения;

– критериев эффективности, определяющих, в какой степени высвобождаемая в метаболических процессах энергия используется для выполнения специфической мышечной работы.

Эти критерии могут быть представлены большим числом разнообразных биохимических показателей, одна часть которых оценивает биохимические изменения в отдельных органах и тканях и потому имеет локальное значение, другая – общеорганизменные свойства и способности. В табл. 8 приведены наиболее важные интегративные показатели, которые чаще всего применяются в качестве оценок мощности, емкости и эффективности биоэнергетических процессов.

Таблица 8

Биоэнергетические критерии физической работоспособности спортсменов

Метаболические процессы, определяющие аэробную и анаэробную работоспособность, заметно различаются по значениям параметра мощности. Так, наибольшая скорость энергопродукции, соответствующая максимальной мощности алактатного анаэробного процесса, достигается в упражнениях продолжительностью около 5 с и составляет у высококвалифицированных спортсменов около 3600 Дж/кг-мин. Максимальное усиление энергопродукции в гликолитическом анаэробном процессе приходится на упражнения, предельная длительность которых составляет около 30 с и соответствует 24 Дж/кг · мин. Максимальная мощность аэробного процесса достигается в упражнениях, предельная продолжительность которых составляет 2–7 мин, и равна 1200 Дж/кг· мин (при среднем значении МПК 60 мл/кг-мин). Таким образом, значения максимальной мощности аэробного, гликолитического и алактатного процессов соотносятся как 1: 2: 3.

Максимальная мощность аэробного процесса, достигаемая на 2-3-й минуте работы, может поддерживаться вплоть до 15-30-й минуты, в более длительных упражнениях она постепенно уменьшается. В марафонском беге средний уровень аэробной энергопродукции составляет 80–85 % от значения максимальной аэробной мощности.

Мощность алактатного и гликолитического анаэробных процессов с увеличением предельного времени выполнения упражнения быстро снижается. Это связано с относительно небольшими величинами их энергетической емкости.

Аэробный процесс по своей энергетической емкости во много раз превышает алактатный и гликолитический анаэробные процессы. Субстратные фонды для митохондриального окисления в работающих мышцах включают не только внутримышечные запасы углеводов и жиров, но и глюкозу, жирные кислоты и глицерин крови, запасы гликогена в печени и в неработающих мышцах, а также резервные жиры различных тканей организма. Если оценивать емкость биоэнергетических процессов по продолжительности работы, в течение которой может поддерживаться максимальная скорость энергопродукции в данном процессе, то емкость аэробного процесса окажется в 10 раз больше, чем емкость анаэробного гликолиза, и в 100 раз больше, чем емкость алактатного анаэробного процесса.

Заметные различия отмечаются и в показателях эффективности различных биоэнергетических процессов. Для количественной оценки эффективности преобразования энергии метаболических процессов в механическую работу мышц могут быть использованы два типа показателей:

– отношение общего количества выполненной механической работы к объему происшедших метаболических изменений в организме, т. е. механический эквивалент для единицы использованного субстрата (КрФ, глюкозы, О₂) или образованного продукта (АДФ, креатина, молочной кислоты, СО₂);

– отношение всей полезно затраченной энергии к общему количеству энергии, выделенной в данном метаболическом процессе, т. е. коэффициент полезного действия (к.п.д.).

Общий к.п.д. при преобразовании энергии метаболических процессов в механическую работу (Е_М) складывается из двух показателей: а) эффективности преобразования выделенной в ходе метаболических превращений энергии в энергию ресинтезируемых макроэргических фосфорных соединений (АТФ), т. е. эффективности фосфорилирования (Е_Ф); б) эффективности преобразования энергии АТФ в механическую работу, т. е. эффективности хемомеханического сопряжения (Е_С):

Е_м = (Е_ф ? Е_с) х 100.

Эффективность хемомеханического сопряжения в процессах аэробного и анаэробного метаболизма примерно одинакова и составляет около 50 %. В то же время эффективность фосфорилирования наивысшая в алактатном анаэробном процессе – около 80 %, наименьшая – в анаэробном гликолизе, в среднем около 44 %, а в аэробном процессе она составляет около 60 %.

Значения показателей мощности, емкости и эффективности для алактатного, гликолитического и аэробного процессов приведены в табл. 9. Суммированные в ней значения биоэнергетических критериев мощности, емкости и эффективности были получены путем прямых экспериментальных измерений энергопродукции у высококвалифицированных спортсменов. У людей, ведущих умеренно активный образ жизни, эти значения существенно ниже.

Таблица 9

Критерии мощности, емкости и эффективности для различных метаболических процессов – источников энергии при мышечной деятельности