CC BY
82
ЭФФЕКТИВНОСТЬ ЭНЕРГОТРАТ В ЗАВИСИМОСТИ ОТ НАПРАВЛЕННОСТИ ТРЕНИРОВОЧНОГО ПРОЦЕССА В БЕГЕ НА СРЕДНИЕ
И ДЛИННЫЕ ДИСТАНЦИИ
Е.А. ШИРКОВЕЦ, ФГБУ ФНЦ ВНИИФК
Аннотация
В исследовании поставлена задача: выявить различия эффективности энерготрат при интенсивной мышечной работе в зависимости от направленности тренировки спортсменов высокой квалификации. В лабораторных условиях проведено тестирование двух групп легкоатлетов - бегунов на средние и длинные дистанции. На тредбане спортсмены выполняли стандартное упражнение -бег с постоянной скоростью, равной 6,0 м/с в течение четырех минут. Критерием экономичности работы служила удельная величина энерготрат (на 1 метр пути и на 1 кг массы тела). Калорический эквивалент для данной работы составил в группе стайеров 1,12 ± 0,06 кал/кг, м), а в группе средневиков 1,26 ± 0,04 кал/кг/м), различия достоверны при р < 0,01.
Ключевые слова: спорт высших достижений, эффективность энергетических затрат, интенсивная физическая работа.
Abstract
The study tasked to identify differences
in the efficiency of energy consumption during
intensive muscular work, depending on the direction
of training highly skilled athletes. In laboratory tests
carried out two groups of athletes - running,
new middle and long distance. On a treadmill athletes
perform standard exercise - running at a constant
speed of 6.0 m/s in those four minutes.
The criterion of efficiency of the energy expenditure
served as a specific value (1 meter track and for 1 kg
of body weight). The caloric equivalent for this work
is in the group of stayers 1.12 ± 0.06 cal/kg, m),
and 1.26 middle distance runners group ± 0.04 cal/kg, m),
the differences were significant at p < 0.01.
Keywords: elite sport, the efficiency of energy costs, intense physical work.
Введение
Экспериментально определено, что оптимальный уровень энергетических затрат зависит от направленности нагрузок, процессов адаптации и размеров резервации энергетических веществ, предшествующих этапу их деградации [1, 2]. При выполнении физических упражнений энергия затрачивается на обеспечение повышенного уровня метаболизма систем организма, негативную и статическую работу, а также преодоление сопротивления внешней среды [3].
Критериями эффективности выполняемой работы служат показатели энерготрат на единицу выполняемой специфической работы. Коэффициент эффективности мышечной работы характеризует отношение выполненной механической работы к величине энерготрат. Валовую величину механической работы принято подсчитывать как сумму положительной и отрицательной работ. Следует отметить, что в данном коэффициенте
не учитывается переход энергии упругой деформации из одного цикла в другой. В связи с этим его величина превышает показатель коэффициента полезного действия.
В данном исследовании, посвященном определению эффективности энерготрат при интенсивной мышечной работе циклического характера, приняли участие легкоатлеты высокой квалификации, стаж занятий их в избранном виде спорта составлял 6-7 лет.
Задача данной работы - выявить различия энергообеспечения в зависимости от специализации и направленности тренировочного процесса.
Для исследования эффективности энерготрат при выполнении стандартной работы спортсмены были объединены в две группы по 10 испытуемых в каждой. Спортсмены 1-й группы специализировались в беге на 800 и 1500 м (средневики), а атлеты 2-й - в беге на 5 и 10 км (стайеры). Общие сведения о спортсменах и их результатах на разных дистанциях бега приведены в табл. 1.
Таблица 1
Средние данные спортсменов разной специализации
Специализация Длина тела, см Масса тела, кг Результаты на дистанциях (средние данные)
400 м 800 м 1500 м 3 км 5 км 10 км
Средневики 177,6 66,3 50,2 1.50,8 3.50,7 8.29,5 14.45,0 31.40,7
Стайеры 175,3 64,2 52,9 1.55,5 3.50,9 8.16,4 14.06,3 29.48,1
Данные таблицы показывают, что на дистанциях 400 и 800 м у средневиков результаты значительно выше; на 1500 м результаты в группах примерно равны, а с увеличением длины дистанции у стайеров спортивные результаты существенно выше.
Методы исследования
Исследования проводились на тредбане. В качестве тестирующего упражнения использовался бег с постоянной скоростью 6 м/с, продолжительность теста составляла 4 мин. Испытанию предшествовала стандартная разминка длительностью 5 минут при скорости бега 4 м/с. Во время выполнения работы и в течение 40 мин восстановления проводились заборы проб выдыхаемого воздуха по схеме, удобной для последующего расчета биоэнергетических параметров.
Метод непрямой калориметрии основан на измерении количества потребленного организмом кислорода и последующем расчете энерготрат с использованием данных о величинах дыхательного коэффициента. При расчетах учитывается, что калорический эквивалент одного литра кислорода, потребленного при выполнении теста, равен примерно 5 ккал, тогда как эквивалент лактатной фракции О2-долга составляет 2,95 ккал, а алактатной фракции - 2,82 ккал [4].
Критерием эффективности бега служила величина энерготрат на 1 м пути и единицу массы тела испытуемого. Для расчета энергетической стоимости упражнений использовались следующие газометрические показатели: а) общая величина О2-прихода, для расчета которой уровень О2-потребления в стационарном режиме
В начальный период врабатывания стайеры имели достоверно меньший кислородный дефицит - в среднем 1,21 ± 0,14 л против 1,82 ± 0,16 л у средневиков, то есть достижение стационарного уровня О2-потребления кислорода у стайеров происходило в полтора раза быстрее по сравнению со средневиками.
Различия средних величин О2-потребления во время работы обеих групп недостоверны, равно как и размеры алактатной фракции О2-долга. Наибольшие различия выявились в величине лактатного кислородного долга, который у стайеров был равен в среднем 3,04 ± 0,49 л, тогда как у средневиков - 6,11 ± 0,87 л. Эти различия определяют соотношение аэробной и анаэробной энергопродукции: у средневиков 02-долг за время работы составляет 47% от величины О2-прихода, а у стайеров - 31%. Эти различия показателей достоверны при 1%-м уровне значимости. Более эффективный вариант
умножался на продолжительность упражнения, далее из полученной величины вычиталось значение начального О2-дефицита;
б) величины общего О2-долга и составляющих его «быстрого» и «медленного» компонентов, для расчета которых использовались показатели восстановительного «излишка» О2-потребления в период восстановления;
в) энергетические эквиваленты аэробного, алактат-ного, гликолитического источников, которые рассчитывались путем умножения величины О2-прихода во время работы, а также лактатной и алактатной фракции О2-долга на соответствующие калорические эквиваленты.
Таким образом, общая энергетическая стоимость упражнения определялась как сумма всех видов энергообеспечения выполняемой работы. О2-запрос упражнения определялся по формуле:
Ио2 = (Уо2 х 1) - 02а + 1ас1 02Б+ а1ас1 02Б, где: Ио2 - кислородный запрос упражнения; Уо2 - средний уровень потребления кислорода во время работы; О^ - начальный О2-дефицит; 1ас1 02Б - лактатная фракция О2-долга; а1ас1 02Б - алактатная фракция О2-долга [4].
Результаты исследования
Эргометрические и биоэнергетические исследования выявили достоверные различия в характере ответных реакций средневиков и стайеров на стандартную нагрузку, что отражено в табл. 2.
энергообеспечения бегунов-стайеров по сравнению со средневиками обусловлен, очевидно, направленностью тренировочной деятельности. В процессе подготовки доля нагрузок аэробной направленности у них преобладает по сравнению с нагрузками анаэробно-гликоли-тического воздействия.
Как было отмечено ранее, критерием экономичности работы в данном исследовании служила величина энерготрат на 1 метр пути и на 1 кг веса тела. В среднем этот показатель составил в группе стайеров 0,236 мл кислорода, а в группе средневиков - 0,256 мл, или в калорическом эквиваленте соответственно -1,12 ± 0,06 кал/кг, м) и 1,26 ± 0,04 кал/кг, м). Различия достоверны при 1%-м уровне значимости, что подтверждает вывод о более экономичном расходе кислорода у бегунов со стайерским уклоном по сравнению со средневиками.
Таблица 2
Биоэнергетические показатели бегунов разной специализации
(средние данные, п = 20)
Специализация Нач. О2-деф. (л) (л/мин) Alact O2 D (л) Lact O2 D (л) О2-приход (л) О2-запрос (л)
Средневики 1,82 ± 0,16 4,82 ± 0,39 2,16 ± 0,17 6,11 ± 0,87 17,44 ± 2,12 23,09 ± 2,64
Стайеры 1,21 ± 0,14 4,71 ± 0,42 2,11 ± 0,19 3,04 ± 0,49 17,61 ± 2,23 21,54 ± 2,49
Медико-биологические проблемы спорта
На графиках рис. 1 показано корреляционное поле взаимосвязи лучших результатов спортсменов на дистанциях 800 м и 10 км с удельным показателем (на единицу пути и массы тела) О2-потребления в выполненном упражнении.
На графиках показана зависимость энерготрат в тестовом упражнении от средней скорости бега на дистанциях 800 и 1500 м испытуемых, демонстрируемых в соревновательных условиях. Соотношение показателей в обоих случаях описывается линейными уравнениями, соответственно:
y (800 м) = 0,224х - 1,374; y (10 км) = -0,058х + 0,556.
Здесь коэффициент (х) показывает скорость изменения представленного показателя, а показанные на графике коэффициенты детерминации (R2) дают представление о соответствии выбранной модели для описания рассматриваемой зависимости.
При анализе графиков выявляются противоположные тенденции расхода кислорода в зависимости от уровня достижений на средних и длинных дистанциях. По дан-
ным рис. 1, А можно судить, что у спортсменов-средневиков с высоким уровнем достижений на 800-метровой дистанции расход кислорода на единицу выполняемой работы на 15-25% выше по сравнению со стайерами.
На графике рис. 1, Б выявляется противоположная тенденция. Чем выше уровень достижений на дистанции 10 км, тем более экономичной была работа спортсменов в рассматриваемом упражнении. Такая зависимость закономерна, поскольку направленность тренировочного процесса определяет реакцию функциональных систем на выполняемые физические нагрузки. Например, у спортсмена с результатом 28 мин 25 с на дистанции 10 км был зафиксирован наиболее низкий удельный расход кислорода - 0,205 мл на единицу пути и массы тела. У другого спортсмена, показывавшего лучшие результаты на средних дистанциях, на 10 км результат составлял 31 мин 40 с, этот показатель при тестировании был равен 0,255 мл.
На графиках рис. 2 показана зависимость анаэробной производительности в тестовом упражнении при разных
0,29 -0,271 0,25 -| 0,23 -\ § 0,21 1 0,19 0,17
у = 0,2241х - 1,3742 Я2 = 0,8842 .
7,2 7,4
Скорость бега на 800 м
А
О 0,22 0,21
0,2
у = -0,0588х + 0,5567 ■> R2= 0,8107
5,00 5,20 5,40 5,60 5,80 6,00 Скорость бега на 10 км
Б
Рис. 1. Соотношение между величиной О2~потребления в пересчете на 1 м пути и единицу массы тела и средней скоростью бега на дистанции 800 м (А) и 10 км (Б)
10 9-
I8
<St\
>s л
R 61
а 2
I 5 О
43
у = 14,901х - 100,39 __ , Я2 = 0,8204 '
11 ■
10 ■ * 9"
§8-я
¡5
<5-43 ■ 2 -
у = -9,4104х + 59,431 Я2= 0,876
7 7,1 7,2 7,3 7,4
Средняя скорость бега на 800 м
А
5,2 5,4 5,6 5,8 6 Средняя скорость в беге на 10 км
Б
Рис. 2. Соотношение между величиной О2~долга и средней скоростью бега на дистанции 800 м (А) и 10 км (Б)
С*)
достижениях на дистанциях 800 м и 10 км. На рис. 2, А показано, что наибольшая кислородная задолженность возникала у спортсменов с более высокими скоростными показателями. Взаимосвязь показателей описывается линейными уравнениями. На рис. 2, Б величина О2-долга сопоставлена со средней скоростью бега на 10 км. Здесь зависимость противоположна по знаку - при более высоких достижениях на стайерских дистанциях снижается доля анаэробной энергопродукции.
Таким образом, при адаптации к специфической мышечной деятельности формируются функциональные системы, которые отличаются особой архитектоникой энергообмена, обеспечивающей прирост работоспособности и эффективности выполнения работы в определенной зоне мощности. Энергетические критерии работоспособности отражают эффект воздействия специализированной тренировки в соответствии с индивидуальными особенностями адаптации.
Результаты исследования
Эффективность мышечной работы определяется отношением выполненной работы к общей затрате энергии. Применительно к целостному организму в реальных условиях спортивной деятельности эффективность достигает 20-25%. При напряженной работе в условиях увеличивающегося анаэробиоза данный показатель может снизиться вдвое.
В выполненном ранее исследовании было показано, что эффективность мышечной работы, рассчитанная для преодолевающей фазы движений, составляет 27%. При суммировании положительных и отрицательных компонент коэффициент эффективности возрастает, а использование энергии упругой деформации мышц, накопленной в уступающей фазе движений, повышает коэффициент эффективности до 31,5 [3].
Коэффициент полезного действия мышечной работы (R) представляет собой отношение величины внешней механической работы (W) к общему количеству выделенной в виде тепла (Е) энергии. Производительность работы (R) при выполнении физических нагрузок определяется по величине потребления кислорода в период работы и восстановления по формуле:
R = 0,49 -W 100%, V
Ч
где 0,49 - коэффициент пропорциональности между объемом потребленного кислорода и выполненной механической работой, т.е. при 100% эффективности для выполнения работы, равной 1 кгс/м (или 9,81 Дж), необходимо 0,49 мл кислорода. Производительность мышечной работы зависит от мощности выполняемой работы. При постоянной мощности динамической мышечной работы ее максимальная эффективность достигается при средних значениях нагрузки. При возрастании
мощности физических нагрузок до максимальной происходит снижение механической эффективности работы. Это результат увеличения роли анаэробных процессов в общей энергопродукции [3, 4].
Отношения между содержанием волокон I типа в мышцах и коэффициентом эффективности при выполнении интенсивной мышечной работы было целью специального исследования (рис. 3). Определено, что волокна II типа более склонны к продукции лактата, а волокна I типа непрерывно окисляют лактат из крови и из волокон II типа. Существует обратная зависимость между процентной долей волокон I типа и соотношением концентрации лактата между мышцей и кровью. Концентрации лактата в мышечных волокнах II типа во время нагрузки втрое большая, чем в волокнах I типа [5].
Рис. 3. Отношения между содержанием волокон I типа в мышцах и коэффициентом эффективности при интенсивной работе (по ^уЫ В. [5]^
Механическая эффективность (то есть отношение количества работы в минуту к энерготратам) существенно коррелирует с долей мышечных волокон I типа (г = 0,75). Пиковая мышечная эффективность наблюдается при скорости, равной одной трети от максимальной скорости сокращения мышечных волокон. Для нормального типа спортсменов характерна композиция со средним показателем 48% волокон I типа и дисперсией 38-54%. Среднее значение 73% волокон I типа характерно для исключительно выносливых легкоатлетов [5].
Таким образом, измеряя количество потребленного организмом кислорода за время работы и восстановления, а также определяя мышечную композицию, можно судить об эффективности энерготрат организма в специфической деятельности спортсменов.
Литература
1. De Feo P, Di Loreto C. Metabolic response to exercise // Endocrinol Invest. - 2003. - No. 26 (9). - Pp. 851-854.
2. Green H, Hughson R, Orr G., Ranney D. Anaerobic threshold, blood lactate and muscle metabolites in progressive exercise. // J. Appl. Physiol. - 1983. - 54. - No. 4. -Pp. 1032-1038.
3. Аруин А.С., Волков Н.И., Зациорский В.М., Рай-цин Л.М., Ширковец Е.А. Влияние упругих сил мышц
на эффективность мышечной работы // Физиология человека, № 3, 1977. - С. 519-525.
4. Волков Н.И., Ширковец Е.А. Об энергетических критериях работоспособности спортсменов // Сб. «Биоэнергетика», Л-д, 1973. - С. 18-30.
5. Coyle E.F. Physiological determinants of endurance exercise performance // Journal of Science and Medicine in Sport. - No. 2 (3), 1999. - Pp. 181-189.
References
1. De Feo P, Di Loreto C. Metabolic response to exercise // Endocrinol Invest. - 2003. - No. 26 (9). - Pp. 851-854.
2. Green H., Hughson R, Orr G., Ranney D. Anaerobic threshold, blood lactate and muscle metabolites in progressive exercise. // J. Appl. Physiol. - 1983. - 54. -No. 4. - Pp. 1032-1038.
3. Aruin A.S., Volkov N.I., Zatsiorsky V.M., Raitsin L.M., Shirkovets E.A. The effect of elastic forces of the muscles
on the efficiency of muscle work // Human Physiology, 1977. - No. 3. - Pp. 519-525.
4. Volkov N.I., Shirkovets E.A. On the energy efficiency criteria for athletes // Coll. "Bioenergy", L-d, 1973. -Pp. 18-30.
5. Coyle E.F. Physiological determinants of endurance exercise performance // Journal of Science and Medicine in Sport. - No. 2 (3) 1999. - Pp. 181-189.
