CC BY
62метаболические эффекты анаэробной функции при кратковременных повторных нагрузках
УДК/UDC 796.03
Поступила в редакцию 24.12.2014 г.
Информация для связи с автором: [email protected]
Доктор биологических наук, профессор Р.В. Тамбовцева1 Кандидат педагогических наук, доцент Ю.Л. Войтенко1 Е.В. Плетнева1
1 Российский государственный университет физической культуры, спорта, молодежи и туризма (ГЦОЛИФК), Москва
METABOLIC EFFECTS OF ANAEROBIC FUNCTION IN CASE OF SHORT-TIME REPEATED LOADS
Dr.Biol., professor R.V. Tambovtseva1 Associate professor, Ph.D. J.L. Voytenko1 E.V. Pletneva1
1 Russian state university of physical culture, sport, youth and tourism (GTsOLIFK), Moscow
Аннотация
Целью настоящей исследовательской работы явилось изучение влияния нагрузки на метаболические аэробные и анаэробные функции при 10-се-кундной повторной мышечной работе. В эксперименте приняли участие 9 хорошо тренированных лыжников-гонщиков. Были использованы стандартизированные лабораторные тесты. Определяли состояние кислотно-щелочного равновесия и содержание молочной кислоты в крови. Было показано, что при выполнении 10-секундных упражнений с различными паузами отдыха вариации метаболической активности существенно различаются в своем эффекте на аэробный и анаэробный алактатный процессы преобразования энергии. При этом максимальный уровень гликолитической активности одинаков при условии многократного выполнения периодов работы. Различия существенны только в скорости накопления молочной кислоты. С целью воздействия на анаэробный алактатный механизм при 10-секунд-ных упражнениях необходимо адекватно выбирать количество повторений периодов работы. При этом выбранное количество повторной работы необходимо выполнять сериями через большие интервалы отдыха.
Ключевые слова: метаболические состояния, максимальная мощность, молочная кислота, упражнение, аэробный, анаэробный, интервальная работа.
Annotation
The purpose of the present research was to study the influence of load on metabolic aerobic and anaerobic functions in case of ten second repeated muscular training. 9 well trained cross country skiers were involved in the experiment. Standard laboratory tests were applied. The state of the acid-base balance and the lactic acid concentration in the blood were determined. It has been established that when performing ten-second exercises with different rest breaks the variations in the metabolic activity differ substantially in its effect on the aerobic and anaerobic alactic energy conversion process. The maximum level of glycolytic activity is the same in case of multiple performance of work sessions. Significant differences are set only in the lactic acid accumulation rate. In order to influence the anaerobic alactic mechanism during ten-second exercise one should make an adequate choice of the number of repetitions of work sessions. And repeated work sessions are to be performed a chosen number of times in series with long rest intervals.
Keywords: metabolic status, maximum power, lactic acid, exercise, aerobic, anaerobic, interval training.
Введение. В практике спорта среди специалистов особое внимание привлекают режимы интервальной тренировки для совершенствования аэробной и анаэробной производительности спортсменов [1-3, 6, 8, 9]. Изучение метаболических состояний, которые можно наблюдать непосредственно во время физических нагрузок, а также во время различных режимов повторной мышечной работы и в период отдыха, имеет важное практическое значение для наиболее эффективного управления тренировочным процессом. Метаболические состояния при мышечной работе постоянно меняются и напрямую зависят от параметров физической нагрузки, а именно: от интенсивности и продолжительности упражнений, количества их повторений и от времени восстановления. При интенсивности упражнений, превышающей значение критической мощности, когда величины кислородного запроса выше максимума потребления кислорода, мышечная работа выполняется в основном за счет функционирования анаэробных источников энергии с образованием большого количества молочной кислоты и значительного кислородного долга. Известно, что наибольшее усиление гликолитических
процессов происходит во временном диапазоне упражнений от 30 с до 2 мин, а максимальное усиление алактатного процесса наблюдается в течение 10 с от начала выполнения работы [2, 4, 5]. Длительность интервалов отдыха между упражнениями играет наиболее важную роль в характере ответных реакций на физическую нагрузку. Число повторений упражнений определяет величину воздействия нагрузки на организм. При работе в анаэробных условиях увеличение числа повторений приводит к исчерпанию энергетических резервов в мышечной ткани и развитию выраженного утомления. Критерием биохимической направленности повторной работы служит рост концентрации молочной кислоты, которая говорит о прогрессирующем увеличении доли анаэробного гликолиза. Упражнения максимальной мощности при кратковременных периодах работы и отдыха (до 15 с) резко усиливает анаэробный гликолиз в работающих мышцах по ходу работы [7]. При увеличении продолжительности пауз отдыха до 30 с можно в значительной степени ресин-тезировать КФ в паузах отдыха, а остальную потребность в энергии покрывать за счет аэробных процессов, исключая
□ и
£ г. CL
ч—
О 0J и
CL ' -о с
га
^
О (U .с Н
значительное развертывание гликолитических реакций. При кратковременной повторной работе максимальной мощности КФК-азная система первой реагирует на появление свободной АДФ и полностью контролирует выход энергетической продукции в первые секунды работы. Мощность КФК-азной системы достигает максимальных значений на 2-3-й с от начала работы. Образование на начальных этапах работы нефосфорилированного креатина служит стимулом для усиления гликолитических и аэробных процессов. Срочный тренировочный эффект интервальных упражнений, в частности анаэробной гликолитической направленности, отличается от уровня развития аэробных и анаэробных способностей. Поэтому представляет интерес исследование динамики метаболических состояний при 10-секундной повторной работе максимальной мощности, которая обеспечит максимальную активность алактатного анаэробного процесса в периодах работы с последующим переключением на аэробный ресин-тез АТФ в паузах отдыха. Варьирование продолжительности пауз отдыха будет в каждом конкретном случае определенным образом влиять на степень ресинтеза КФ и метаболических состояний.
Цель исследования - изучить влияние мощности и продолжительности пауз отдыха на динамику метаболических состояний при 10-секундной повторной мышечной работе.
Методика и организация исследования. Настоящий эксперимент проводился в лаборатории биоэнергетики мышечной деятельности при кафедре биохимии и биоэнергетики спорта им. Н. И. Волкова. Было обследовано 9 хорошо тренированных лыжников-гонщиков. К моменту обследования все испытуемые были здоровы и хорошо тренированы. Уровень спортивной квалификации соответствовал I спортивному разряду. Были использованы эргометрические и газометрические методы [1, 4]. Алактатную анаэробную мощность оценивали в модифицированном тесте с помощью аппаратно-программного комплекса «Эргомакс». Для каждого испытуемого подбиралась оптимальная величина нагрузки, при которой развивалась и поддерживалась максимальная частота вращения педалей в течение 10 с. Кроме того, исследовались варианты повторных нагрузок, где 10-секундные периоды упражнений чередовались с различными паузами отдыха: 10, 30, 60 и 180 с. Для определения содержания концентрации молочной кислоты в крови использовали энзиматический метод, применяя фотометрическую установку «doctor Lange» и стандартные наборы реактивов фирмы «Beringer» (Германия). Пробы крови забирались после 2, 4, 6, 8, 10, 15, 20-го повторения упражнения и сразу после окончания работы в период восстановления на 3, 6, 10, 20-й мин. Показатели кислотно-щелочного равновесия крови измеряли с использованием микроанализатора рН и газов крови фирмы «Instrumentation laboratory» (США).
Результаты исследования и их обсуждение. Проведенные исследования показали, что механическая производительность в повторных максимальных упражнениях снижается на первых 5-6 повторениях, что говорит о прогрессирующем исчерпании алактатных анаэробных резервов в мышцах. После первых 5-6 повторений упражнения по ходу дальнейшего выполнения нагрузки скорость падения производительности резко замедляется, что отражает вступление в действие механизмов гликолитического и окислительного ресинтеза АТФ, предотвращающих дальнейшее расходование алактатных анаэробных резервов организма. Локализация точки перекреста отрезков прямых линий, характеризующих эти разные метаболические состояния организма, зависит от величины избранных пауз отдыха: чем продолжительнее пауза отдыха, тем медленнее расходуются алак-татные анаэробные резервы в начальной фазе интервальной нагрузки. Основываясь на данном факте, можно утверждать,
что в интервальной работе, выполняемой в режиме максимальной мощности, суммарный метаболический эффект включает влияние как пауз отдыха, так и мощности выполняемого упражнения. Выполнение максимальных упражнений через 30-секундные интервалы отдыха приводит к некоторому снижению «пиковых» значений потребления кислорода (стационарный уровень потребления кислорода во время упражнения устанавливается на уровне 3,8 л/мин). Кинетика потребления кислорода в периодах работы и отдыха такая же, как и при упражнении 10:10. Екс СО2 достигает максимальных величин 1,6-1,7 л/мин к 5-му повторению от начала работы. По ходу выполнения упражнения обнаруживается тенденция к снижению этого показателя как в периодах работы, так и в паузах отдыха. Подобная кинетика потребления кислорода в интервальных 10-секундных упражнениях надкритической мощности с паузами отдыха 10, 20, 30 с была получена в экспериментах Р. Маргария [7]. Увеличение интервалов отдыха до 1 мин резко меняет динамику потребления кислорода. При этом отмечается «отставленное» увеличение кислорода, наблюдающееся вскоре по окончании упражнения в паузах отдыха. Наиболее высокие уровни потребления кислорода в этом режиме интервальной работы достигают 2,5-3,0 л/мин и обнаруживаются исключительно в паузах отдыха. В период выполнения упражнения потребление кислорода самое низкое, а выделение СО2 во всех случаях увеличивается только при выполнении упражнений. Отчетливый пик «отставленного» увеличения потребления кислорода в 1-ю мин отдыха с последующим снижением окислительной активности выявляется при выполнении 10-секундных максимальных упражнений с 3-минутными паузами отдыха.
Дыхательный контроль в митохондриях может осуществляться со стороны АТФ-азной активности миофибрилл во время выполнения работы, а после ее окончания -за счет усиления обратной КФК-азной реакции К+АТФ = КФ+АДФ. Известно, что наибольшая активность обратной КФК-азной реакции достигается на 20-30-й с. Поэтому, если паузы отдыха кратковременны (до 30 с), то они недостаточны для восстановления алактатных источников энергии [9] и после 3-4 повторений максимальной мощности емкость КФК-азной реакции исчерпывается и дыхание регулируется в основном за счет активности миофибриллярной АТФ во время выполнения работы. Выполнение повторных упражнений с максимальной мощностью обеспечивало каждый раз максимальную долю расщепляемых макроэргов, поэтому варьирование интервалов отдыха изменяло долю макроэргов, ресинтезируемых в аэробном процессе. При небольших паузах отдыха, когда не происходило достаточного восстановления макроэргов, фонд фосфатных акцепторов непрерывно возрастал от повторения к повторению и вместе с тем усиливался стимул для отдыха. Поэтому наблюдается градуаль-ность в ответах аэробных функций в зависимости от величин избранных пауз отдыха. При наличии градуального ответа со стороны аэробных функций на изменение продолжительности пауз отдыха показатели, характеризующие увеличение анаэробной гликолитической активности работающих мышц, в упражнениях максимальной мощности остаются постоянными и не зависят от величины избранных пауз. Однако существенные различия отмечаются лишь в скорости достижения наибольшего уровня анаэробной гликолитической активности. Стабилизация анаэробных сдвигов обнаруживается в изученных режимах интервальной работы максимальной мощности и связана с увеличением пауз отдыха при отставленном усилении гликолитической активности работающих мышц. При этом увеличение гликолитической продукции в паузах отдыха нивелирует анаэробные сдвиги в интервальной работе максимальной мощности с различными паузами отдыха. Увеличение продолжительности пауз
32
http://www.teoriya.ru
№ 12 • 2015 Декабрь | December
отдыха заметно повышает роль анаэробных энергетических источников в общем энергетическом балансе упражнения.
Динамика молочной кислоты в крови хорошо согласуется с изменениями рН среды (см. рисунок). Максимальное значение ВЕ при данных режимах повторной работы не превышает 16,5 мэкв/л. При этом данные значительно отличаются от средних величин, что в первую очередь указывает на индивидуальную динамику анаэробных процессов при повторной работе, а также на зависимость этих показателей от мощности упражнений. Максимальные значения молочной кислоты, полученные в наших экспериментах, совпадали с данными, полученными Р. Маргария и Н. И. Волковым [2, 5]. Значительный уровень молочной кислоты (до 47 мг %) отмечался в начале упражнения, что объясняется пусковой ролью гликолиза, характерной для начала любой мышечной деятельности. После этого концентрация молочной кислоты снижается и на 20-й мин периода восстановления возвращается к исходному значению. Низкий уровень молочной кислоты в крови при выполнении 10-секундных упражнений с критической мощностью через 10-секундные паузы отдыха обусловлен преимущественным использованием в энергетическом обеспечении работы окислительных реакций с участием кислорода, депонированного в миогло-бине мышц. Остальная часть оплаты кислородного дефицита покрывается за счет расщепления макроэргических соединений АТФ, КФ и анаэробного гликолиза скелетных мышц. Легочная вентиляция при стационарном режиме работы значительно увеличивается при 10-секундных паузах отдыха - до 60-70 л/мин в пределах работы, а в остальных упражнениях - 10:30-39 л/мин, 10:60-26 л/мин, 10:180-22 л/мин. При упражнениях 10:180 в конце пауз отдыха уровень легочной вентиляции снижается до значений уровня покоя - 8-10 л/мин.
Проведенное сравнительное изучение динамики метаболических функций при повторном выполнении 10-секундных упражнений с неодинаковыми интервалами отдыха и различной мощностью позволяет заключить, что метаболические ответы зависят от выбранного соотношения нагрузки и отдыха (до 30 с), при этом решающее значение в модификации метаболического ответа имеют параметры упражнения. Выводы
• С целью воздействия на анаэробный алактатный механизм при 10-секундных упражнениях необходимо адекватно выбирать количество повторений периодов работы,
Динамика показателей молочной кислоты при выполнении 10-се-кундных упражнений максимальной мощности с различными паузами отдыха: 10, 30, 60,180 с. По оси абсцисс - время, мин По оси ординат - концентрация лактата, мг% Линия с треугольниками - пауза отдыха 10 с Линия штриховая с квадратами - пауза отдыха 30 с Линия тонкая - пауза отдыха 60 с Линия сплошная - пауза отдыха 180 с
исходя из констант скорости накопления молочной кислоты, и избранное количество повторений выполнять сериями с большими интервалами отдыха. После 4-5 повторений отмечено изменение метаболических состояний: критическое исчерпание алактатных источников и достижение максимальной активности аэробных процессов и гликолиза.
Режимы интервальной работы, характеризующиеся наибольшей скоростью снижения алактатных резервов, могут быть использованы для повышения мощности данного процесса.
Серийная интервальная работа, состоящая из 5-6 повторений максимальной мощности, разделенных длительными паузами отдыха (до 3 мин), будет оказывать наиболее выраженное воздействие на развитие алактатной анаэробной мощности.
Интервальные нагрузки максимальной мощности, включающие 3-минутные паузы отдыха, больше всего способствуют совершенствованию алактатной анаэробной емкости, которая достигается за счет многократного повторения периодов значительного исчерпания и последующего восстановления алактатных анаэробных резервов работающих мышц.
Рассмотренные режимы интервальной работы максимальной мощности усиливают анаэробную гликолитиче-скую активность, но не приводят к максимальным анаэробным гликолитическим сдвигам.
Литература
Бреслав И.С. Дыхание и мышечная активность человека в спорте: руководство / И.С. Бреслав, Н.И. Волков, Р.В. Тамбовцева. - М.: Советский спорт, 2013. - 334 с.
Волков Н.И. Спортивная биоэнергетика: проблемы и перспективы / Н.И. Волков // Спортсмен в международном исследовании: монография / под ред. проф. М.П. Шестакова. - М.: ТВТ Дивизион, 2009. - С. 132-210.
Волков Н.И. Биоэнергетика спорта: монография / Н.И. Волков, В.И. Олейников. - М.: Советский спорт, 2011. - 1б0 с. Волков Н.И. Биохимия мышечной деятельности: учебник / Э.Н. Нессен, А.А. Осипенко, С.Н. Корсун. - Киев: Олимпийская литература, 2011. - 503 с.
Волков Н.И. Биоэнергетические характеристики метаболических состояний у человека при мышечной деятельности / Н.И. Волков, М.А. Мелихова, Е.А. Ширковец // Биоэнергетические критерии спортивной работоспособности. - М.: ГЦОЛИФК, 1978. - С. 87-100.
References
Breslav, I.P. Dykhanie i myshechnaya aktivnost' cheloveka v sporte: rukovodstvo (Breathing and muscular activity of athlete: manual) / N.I. Volkov, R.V. Tambovtseva - Moscow: Sovetskiy sport, 2013. - 334 P. Volkov, N.I. Sportivnaya bioenergetika: problemy i perspektivy (Sports bioenergetics: problems and perspectives) // Sportsmen v mezhdunarodnom issledovanii: monografiya (Athlete in international research: monograph: ed. by prof. M.P. Shestakov). - Moscow: TVT Divizion, 2009. - P. 132-210.
Volkov, N.I. Bioenergetika sporta: monografiya (Sports bioenergetiks: monograph) / N.I.Volkov, V.I.Oleynikov. - Moscow: Sovetskiy sport, 2011. - 160 P.
Volkov, N.I. Biokhimiya myshechnoy deyatel'nosti: uchebnik (Biochemistry of muscular work: Textbook) / Nessen E.N., Osipenko A.A., Korsun P.N. - Kiev: Olimpiyskaya literatura, 2011. - 503 P. Volkov, N.I., Melikhova, M.A., Shirkovets, E.A. Bioenergeticheskie kharakteristiki metabolicheskikh sostoyaniy u cheloveka pri myshechnoy deyatel'nosti (Bioenergetic characteristics of metabolic statuses in man at muscular work) // Bioenergeticheskie kriterii sportivnoy rabotosposobnosti (Bioenergetic criteria of sports working capacity). - Moscow: GTsOLIFK, 1978. - P. 87-100. Christensen D.L., Hedman R., Saltin B. Intermittent and continuous Running // Acta Physiol. Scand., 1960. - V. 50. - P. 269-286. Margaria R. Assessment of physical activity in oxidative and anaerobic maximal exercise // Z.angew. Physiol., 1966. - 22. - P. 124-155. Margaria R. Aerobic and anaerobic energy sources in muscular exercise // Exercise at altitude. - Milan: Excepta Midica Foundation, 1967. - P. 15-32.
Saltin B. Metabolic fundamentals in exercise // Med. Sci. Sports, 1973. - 5 - P. 137-146.
