Физиологическая обусловленность бега.
В настоящее время биологические системы (организмы) принято считать системами многоуровнего иерархического порядка. Принцип иерархичности утверждает, что любая система всегда включена в качестве элемента в некоторую систему более высокого ранга, а с другой стороны сама представляет некоторое множество подсистем менее высокого ранга. Иерархическая важность элементов в живой системе включает следующие соподчиненные уровни: биомакромолекула - клетка - ткань - орган - система органов - организм – популяция - биогеоценоз - биосфера. Любой из этих уровней, с точки зрения структуры, можно определить как дискретное, относительно устойчивое, качественно своеобразное состояние материальных систем. Таким образом, каждый из уровней состоит из нескольких блоков. Организация (системная) многоуровневых биологических систем невозможна без четкого взаимодействия структурных уровней между собой, а также блоков внутри одного уровня. Такое взаимодействие невозможно без эффективных механизмов управления. Как видно, живой организм можно определить как единство структуры, функции и управления.
Для рассмотрении предпосылок развития в какой либо деятельности необходимо выявлять изменения как на уровне всего организма, так и на уровне отдельных органов и даже клеток. При чем изменения на уровне клетки почти всегда характеризуют и изменения в целом организме. Комплекс исследований показывает, что совершенствование управляющих воздействий, функций и структур, под влиянием физических упражнений, характеризуется тем, что физиологические возможности организма изменяются при структурных изменениях в мышцах, сердце, дыхательных мышцах, железах внутренней секреции, крови, нервов.
|
|
|
Вся основная работа осуществляется скелетными мышцами, лучше всего на ее примере рассмотреть основные изменения под воздействием тренировки.
Селуянов В.Н. с соавт.[1993] предлагают моделировать тренировочный процесс на основании биологических закономерностей изменения таких параметров как железа, миофибриллы и митохондрии. Основные моменты биологических закономерностей такого подхода представлены в раздел физиологической обусловленности бега в 1- главе. Имитационное моделирование показало, что за 120-дневный цикл комплексной, «ударной» тренировки (интенсивность упражнений 70-90% от максимальной скорости бега, на примере 5 недельного планирования), объективное увеличение массы исследуемых систем в % от исходного уровня позволяет параллельно увеличивать скорость бега: на 100м - с 11,50 до 11,28с, на 800м – с 2.10,60 до 2.02,54с и на 10000м – с 34.34,04 до 32.03.73с. Объективная проверка результатов исследования приводится на примере подготовки спринтеров. Ниже приводится объективное описание такого процесса.
|
|
|
Ряд данных показывает, что количество двигательных единиц (мотонейрон и иннервируемая им группа мышечных волокон) остается неизменным в процессе тренировки. Поэтому по процентному соотношению различных мышечных волокон делаются попытки отбирать спортсменов на предмет пригодности к той или иной деятельности. Количество мышечных волокон (МВ) в мышце также поддается изменению в очень малых пропорциях. Основные изменения проходят внутри самой мышцы, увеличивая или уменьшая количественные и качественные характеристики таких образований как миофибриллы, митохондрии, саркоплазматический ретикулум (СПР), миоглобин, гранулы гликогена и жира, ДНК и др. Почти во всех случаях любое из образований отвечает за развитие тех или иных качественных функций: силы, скорости или выносливости, которые трактуются как двигательные способности. Показатели силы в основном изменяются за счет наращивания миофибрилл, а также за счет увеличения их толщины. Поскольку считается, что концентрация АТФ и КрФ в мышцах остается почти неизменной под воздействием тренировки, то общее количество высокоэргических соединений возрастает только с разрастанием миофибрилл как по толщине, так и по длине. Поскольку мышечные волокна принято делить на быстрые (БМВ), промежуточные (ПМВ) и медленные (ММВ), то для упражнений, где преобладает алактатный механизм, лимитирующим фактором достижения может быть и общая масса БМВ, естественно, для "аэробных" упражнений таким фактором выступает общая масса ММВ. Характерно также и то, что показатели силы растут и благодаря более совершенным координационным (внутри- и межмышечным) моментам управления ДЕ (особенно в начале тренировки силы).
|
|
|
Показатели скорости (быстроты) сокращения мышцы в основном зависят от АТФ-азной зависимости (активности) мышцы, которая также находится под сильным генетическим контролем. Поскольку в циклической деятельности, особенно с максимальной скоростью, происходит периодическое сокращение и расслабление мышц, для показателей скорости большую роль играет и сеть саркоплазматического ретикулума, где накапливаются ионы кальция (Са), которые обеспечивают процесс расслабления мышцы. Т.о., для увеличения темпа, а тем самым и скорости движения, обеспечивается разрастанием каналов СПР. Кроме того, многие исследователи предполагают, что к мембранам СПР прикреплены ферменты гликолиза, который поддерживает мощность работы при нехватке или отсутствии кислорода. В настоящее время проблема утомления на уровне клетки начинается сводиться к кинетике ионов Са, поэтому важность развития тубул и каналов СПР очевидна. Наибольшая же способность поддерживать максимальную частоту сокращения зависит от количества митохондрий в СПР, что говорит об преимущественно аэробном обеспечении выхода Са и обратном его поглощении. Лимитирующими факторами скорости являются также и нервно-мышечная проводимость в синапсах, а также свойства центральной нервной системы (ЦНС).
|
|
|
В общих условиях, поддержание максимальной мощности упражнения (фактор качественно объединяющий силу, скорость и выносливость) обеспечивается следующими критериями: за счет запасов в МВ АТФ и КрФ (в большей мере за счет общей массы миофибрилл), массой мембран СПР, массой миофибриллярных и саркоплазматических митохондрий, концентрацией и активностью гликолитических ферментов, а также буферной емкостью содержимого мышечного волокна и крови.
Таким образом, метаболизм определяется в основном наличием миофибриллярных митохондрий, которые концентрируются вокруг медленных и промежуточным волокон. Физиологические исследования позволяют выделить такие состояния, при которых начинают увеличиваться анаэробные (выделение молочной кислоты) реакции. Вовлечение в работу всех ММВ принято считать аэробным порогом (АэП). Дальнейшее увеличение мощности работы приводит к вовлечению в работу ПМВ, которые через некоторое время начинают вырабатывать лактат, который диффундируя в ММВ ингибирует окисление жиров, что обеспечивает увеличенное расщепление гликогена. Продолжение выделения лактата ПМВ может значительно метаболизироваться аэробными мышцами. Точка так называемого анаэробного порога (АнП) и характеризуется тем, что при некотором состоянии скорость образования лактата уравнивается со скоростью его окисления. С этого момента энергообеспечение начинается только за счет углеводов, так как лактат полностью ингибирует окисление жиров. Этот механизм был описан в биохимических предпосылках. Кроме этого, уже на точке АнП включае6тся аэробный гликолиз (или неполный эффект Пастера), где энергетика идет только за счет углеводов. Часто такие состояния называют смешанным режимом деятельности.
Дальнейшее увеличение потребления кислорода организмом называется максимальным потреблением кислорода - МПК. Классическое представление МПК на уровне целостного организма объяснялось произведением сердечного выброса крови на частоту сердечных сокращений и артерио-венозную разность по кислороду. При чем, лимитирующим фактором в достижении (особенно в беге на длинные дистанции) является потребление кислорода самими работающими мышцами, что подтверждалось многочисленными исследованиями. На клеточном уровне потребление кислорода после АнП в основном связано с работой сердечной и дыхательных мышц, т.е. дополнительное потребление кислорода тратится не работающими мышцами, а используется на усиление работы самой дыхательной системы. С этой точки зрения, МПК есть сумма потребления кислорода работающими скелетными мышцами, дыхательными мышцами и миокардом; при прочих равных условиях потребления кислорода другими органами и системами.
Причем работа на уровне АэП и АнП осуществляется окислительными мышцами, то косвенно по длине бегового шага можно судить о силе миофибриллярного аппарата, а по скорости бега в целом о мощности митохондриальной системы. При чем, мощностьупражнения на уровне АнП поддерживается за счет запасов гликогена, а на уровне АэП - соотношения работы жиров и углеводов, где исчерпание последних является также предельным временем работы.
Если мощность работы почти до уровня МПК лимитируется потреблением кислорода самими работающими мышцами, то данный фактор может объясняться следующими механизмами:
1.Скоростью кровотока через работающие мышцы: капилляризация мышц (их количество и плотность), вязкость крови, продолжительность фазы расслабления мышцы.
2.Акцентирование кинетики кислорода: проницаемостью мембран сосудов, разницей между напряжением кислорода в клетке и сосудах, активностью ферментов аэробного цикла.
Ряд данных говорит о том, что в беге на скоростях до АнП дыхательная система не является лимитирующим фактором в достижении высоких результатов. Хотя некоторые предположения по улучшению механики дыхания (переход на диафрагмальное с грудного и так называемое "дробное дыхание") могут значительно способствовать улучшению результатов в беге на средние и длинные дистанции. Это может объясняться тем, что в упражнениях субмаксимальной мощности увеличение легочной вентиляции должно способствовать выведению неметоболического излишка углекислого газа, что должно снизить скорость закисления БМВ. Такое положение становится возможным при мощном развитии буферных систем.
Большее значение для правильной организации тренировочного процесса оказывает знание механизмов работы эндокринной и иммунной систем. Парадоксальность ситуации, с точки зрения управления, состоит в том, что более совершенное регулирование осуществляется нервной системой, а долговременные адаптационные изменения (более совершенные по сравнению с кратковременными) осуществляются эндокринной системой. Очевидно, что применение анаболических стероидов, в первую очередь, связывается с этой проблемой. Такое же большое значение играет и иммунная система, которая кроме защитных задач организма напрямую связывается с механизмами памяти, что с точки зрения функциональной системы является одним из лимитирующих факторов развития и совершенствования системы. Т.о., необходимость здоровья для спорта, особенно высших достижений, становится особенно актуальной.
Современный анализ основных систем клеточного статуса показывает, что тренировка таких двигательных способностей как сила, скорость и выносливость возможна с точки зрения физической подготовки спортсмена, которую можно трактовать как построение различных органелл на данном системном уровне. Конечно такое деление выглядит несколько условным, поскольку всегда происходит и тренировка систем целостного организма.
С точки зрения теории адаптационного процесса, ее составляющие изменения можно разделить на краткосрочные (генетически детерменированные), которые развиваются в процессе непосредственной деятельности; и отставленные - долгосрочные, которые изменяют структуру, функции и управляющие решения, подготавливая, таким образом, живую систему к предстоящей возможной деятельности. Процессы адаптации затрагивают изменения в работе центральной нервной системы (ЦНС), сердечно-сосудистой системы (ССС), дыхательной системы, мышечной системы, эндокринной и иммунной систем.
На примерах данных систем можно дать некоторые рекомендации по тренировке скорости, силы, выносливости.
Для увеличения силы как функция увеличения (наращивания) миофибриллярного аппарата за счет ускоренного синтеза белка требует следующих условий: запаса аминокислот в клетке, повышенной концентрации - анаболических гормонов, "свободного" креатина в мышце и ионов водорода. Механизм синтеза различных образований в клетке выглядит примерно следующим образом: в ходе ресинтеза АТФ при выполнении различных упражнений, его восстановление ведет к появлению свободного креатинина, который активирует деятельность всех ферментативных систем, связанных с образованием АТФ. Параллельное, но с некоторым запаздыванием проявления, развитие гликолиза ведет к накоплению гидрогенных ионов водорода и лактата. По-видимому, повышенная концентрация ионов водорода ведет к увеличению размеров пор в мембранах, что способствует быстрому проникновению гормонов и аминокислот в клетку, облегчая их доступ к наследственной информации. Все это ведет к интенсивному образованию рибонуклеиновой кислоты (РНК) - главного поставщика наследственной информации на клеточном уровне. Срок действия данного образования достаточно короток - не более 5 минут, поэтому образование новых структур активно продолжается даже после окончания нагрузки не дольше этого времени. Но здесь имеется и обратная связь: чрезмерное накопление метаболитов (лактата, Н, фосфора, креатинкиназы и др.) даже в относительно небольших концентрациях может привести к серьезным разрушениям в клетке.
При таком противоречии при чрезмерной нагрузке может быть больше разрушено, чем образовано за счет функционирования и-РНК. В тренировочном процессе такое противоречие разрешается за счет увеличения интервалов отдыха, уменьшения продолжительности занятия, увеличения частоты занятий, рационализации структуры взаимодействия нагрузок различной направленности.
Все элементы клетки синтезируются на протяжении 4-7 дней после распада и-РНК. Очевидно, что развивающие тренировочные нагрузки требуют не менее 3-4 дней отдыха.
Эта специфичность тренировки БМВ и ММВ определяется в первую очередь интенсивностью силовых упражнений: 80-100% для быстрых и 40-70 для медленных волокон. Такие силовые тренировки следует повторять для БМВ через 5-10 дней, а для ММВ - через 3-4 дня. Период после окончания таких нагрузок и определяет основные структурные изменения под действием гормональной и иммунной систем. При чем, некоторая недовосстановленность (утомляемость) мышц является объективной необходимостью: клетка в таком состоянии лучше проницаема для гормонов и аминокислот и необходимо только активное кровоснабжение мышц для поставки кислорода, аминокислот и питательных веществ. Тренировка силы должна проходить в тренировочном дне последней, так как после ее применения мышцы крайне утомлены.
Для тренировки быстроты на клеточном уровне миофибриллярного аппарата определяется скоростью сокращения и расслабления мышц, на что больше всего влияют АТФ-азная активность миозина, длинна мышечного волокна и скорость выхода кальция из СПР.
Поскольку БМВ обладает и большей скоростной активностью, которая наследуется генетически, АТФ-азную активность тренировать почти бессмысленно. Скорость сокращения мышц при некотором внешнем сопротивлении увеличивается благодаря росту силы как ММВ, так и БМВ. Можно сказать, основные характеристики увеличения скорости решаются за счет частоты сокращения, что определяется функционированием системы СПР.
Для расслабления мышцы зависит от откачки ионов Са в цистерны СПР и частично в другие элементы волокна или за его пределы. Т.о., требуется разрастание СПР. Данное положение удовлетворяется, если сначала увеличивается миофибриллярная масса; обеспечивать ее и должна параллельное разрастающаяся сеть СПР. Особенно важным становится увеличение митохондрий в СПР, так как энергозависимые процессы откачки Са в тубулы будут проходить в условиях аэробного гликолиза. Уже отмечалось, что ферменты гликолизных реакций локализуются на мембранах СПР, поэтому без присутствия митохондрий закачка Са будет вести к накоплению Н и лактата с последующей деструкцией сетей СПР. По мнению физиологов, тренировка митохондриальной системы СПР должна обеспечиваться сочетанием работы аэробного характера (не выше АнП), в которой бы совершались кратковременные максимальные ускорения продолжительностью не более 5с с интервалом отдыха 30-60с. Количество повторений лимитируется расходованием запасов гликогена и колеблется, в зависимости от уровня тренированности, от 20 до 50 в одном тренировочном занятии. Восстановительный период после такой работы продолжается до 2-3 суток. Т.о., для увеличения темпа движений необходимо: увеличивать гипертрофию быстрых миофибрилл, добиваться наращивания СПР и митохондриального аппарата в нем для усиленного расслабления мышцы, повысить управляемость работы мышцами (но это уже вопросы координации).
Проблема тренировки выносливости с точки зрения разрастания миофибриллярных митохондрий характерна только для ММВ и ПМВ.
Поскольку медленные волокна максимально аэробно подготовлены, то почти невозможно образовывать новые митохондрии, так как они полностью оплетают все волокна, что характерно для сердечной мышцы. Тренировка для нее может характеризоваться либо удлинением волокон (дилатация отделов сердца), либо гипертрофией (увеличением толщины стенок желудочков). Если у тренированного спортсмена все мышечные волокна оплетены митохондриями, а новых волокон и/или удлинения не произошло, то тренировка на уровне АэП может нести только координационные механизмы (последовательность переключения ДЕ в отдельной мышце), которые очевидно лучше тренируются в режиме поддержания, на фоне отставленных эффектов утомления. Т.о., чтобы повысить аэробные возможности за счет ММВ, у тренированных спортсменов необходимо сначала создать новые структуры. В этом плане лучше всего сочетается тренировка с силовыми упражнениями (увеличение количества миофибрилл ММВ) и упражнениями на растяжку (удлинение миофибрилл) с бегом на уровне АэП.
Для повышения МПК и уровня АнП эффективны упражнения на уровне анаэробного порога (в непрерывном и переменных методах) и скорости МПК (в интервальном и повторном методах), где начинают тренироваться и ПМВ. При чем, с точки зрения эффективности потребления кислорода, более предпочтительны упражнения на уровне МПК, так как тренирующие эффекты проявляются как в скелетных, так и в сердечной и дыхательных мышцах. Главным моментом в этом случае становится условие точного поддержания режима МПК, так как увеличение чрезмерная мощность работы приводит к повышенной концентрации лактата, закислению мышц и, как следствие, к деструктивным изменениям в митохондриях и других органеллах. Кроме того, хроническое повреждение миофибрилл и деструкция СПР и митохондрий может привести к серьезным повреждениям самой мышцы.
При построении миофибриллярного аппарата необходимо избегать чрезмерной гипертрофии волокон (культуристского наращивания в его крайних пределах), так как внутримышечное трение повышается настолько, что не компенсируется новыми энергетическими тратами. Существующее же мнение о том, что утолщение миофибрилл не даст возможности кислороду диффундировать в центр МВ, экспериментально опровергается. Накопленный миоглобин достаточно успешно способствует диффузии кислорода внутрь волокна к его центральной части.
Т.о., для тренировки выносливости необходимы следующие условия: построение миофибриллярного аппарата, увеличения митохондрий в СПР для хорошего расслабления миофибрилл, увеличения миофибриллярных митохондрий, накопление запаса гликогена, совершенствование аэробного жирового и углеводного соотношения на уровне АэП, совершенствование утилизации лактата на уровне АнП. Очевидно, что такое развитие необходимо делать при соответствующей скорости передвижения, что ставит вопрос о моделирование «режимов деятельности».
Сама по себе тренировка скорости, силы и выносливости как построение отдельных элементов клетки становится невозможной без тренировки нервной системы, поскольку, с точки зрения адаптационного процесса, приспособление к деятельности будет только тогда полным, когда происходят изменения в ЦНС. Здесь можно различать изменения в периферической нервной системе - отражательные рефлексы, и изменения психического содержания на уровне ЦНС. Очевидно, что при тренировке мышечной системы, описанной выше, в первую очередь совершенствуются периферические нервные взаимодействия, которые для проблем развития двигательных способностей могут выражаться несколькими феноменами.
Для развития скорости ЦНС в большей мере ответственна за повышение стретч-рефлексов (улучшение механического ответа мышцы под воздействием ее предварительного растягивания). Часто данный феномен трактуется и как улучшение нервно-мышечной проводимости в синапсах, которая в большей мере тренируется при наборе скорости (ускорениях) и переключениях с одного режима на другой.
С точки зрения развития силы сами по себе физические упражнения проводят синхронизацию работы мышц, которую с позиции координации двигательных действий можно подразделять на внутримышечные (одновременность сокращения всех волокон) и межмышечные (расслабление мышц антагонистов в ответ на сокращение синергистов).
Очевидно, что эффекты координации на рефлекторном уровне спинного мозга для проблем выносливости решаются также в стретч-рефлексах, внутри- и межмышечной координации. Наиболее проявляемым для выносливости феноменом координации является эффект "лестницы" (увеличения механических ответов мышцы на длительную стимуляцию одинаковыми нервными импульсами), который в первую очередь зависит от так называемой модификации работы нервно-мышечного аппарата.
Таковы наиболее вероятные механизмы развития таких качеств, которые принято воспроизводить как скорость, сила и выносливость. Необходимо помнить, что такие качественные атрибуты как гибкость, так и координация и ловкость являются необходимым условием тренировки» качественных сторон деятельности человека».
Дата добавления: 2020-01-07; просмотров: 181; Мы поможем в написании вашей работы! |
Мы поможем в написании ваших работ!