Анаэробный тип клеточного дыхания называется гликолизом, при котором АТФ образуется в цитоплазме клетки. Гликолиз – это процесс расщепления глюкозы под действием различных ферментов, который не требует участия кислорода. Для распада и частичного окисления молекулы глюкозы необходимо согласованное протекание одиннадцати последовательных реакций. При гликолизе из одной молекулы глюкозы образуются две молекулы АТФ. Продукты расщепления глюкозы могут затем вступать в реакцию и превращаться в молочную кислоту.
Учитывая вышесказанное, можно понять необходимость улучшения аэробно-анаэробного компонента выносливости, который связывает более эффективный аэробный механизм с менее продуктивным анаэробным процессом.
Аэробный компонент выносливости отражает совместную деятельность всех систем организма, ответственных за поступление, транспорт и утилизацию кислорода во время мышечной деятельности, и определяет способность к выполнению работы за счет высвобождения энергии АТФ, образованной аэробным путем. Аэробно-анаэробный компонент обеспечивает связь между медленными окислительными мышечными волокнами и быстрыми окислительными мышечными волокнами, которые работают в смешанном режиме энерготрат, включая элементы гликолиза и, тем самым, обеспечивая работу субмаксимальной мощности.
В системе аэробно-анаэробного обеспечения двигательной деятельности спортсмена можно выделить три этапа:
1. Включение аэробных механизмов энергообеспечения.
2. Включение анаэробных механизмов энергообеспечения.
3. Утилизация диоксида углерода и молочной кислоты в тканях.
С учетом этих факторов, состояние тренированности и высокий уровень спортивных достижений может быть охарактеризован тремя основными показателями:
1. Величиной максимального потребления кислорода (МПК).
2. Уровнем анаэробного (лактатного) порога (ПАНО).
3. Экономичностью движений.
Первые два показателя имеют чисто физиологическое значение и при правильном и целенаправленном построении тренировочного процесса обнаруживают выраженное увеличение. Экономичность движений чаще всего является врожденным качеством и настолько гармонична с точки зрения биомеханики, что позволяет спортсмену даже с менее высокими функциональными показателями демонстрировать отличные спортивные результаты. Экономичность движений определяется, в частности, скоростью сокращения и расслабления скелетной мускулатуры, быстротой проведения нервного возбуждения к мышцам и т. д.
Нагрузки аэробно-анаэробного воздействия характеризуются значительным усилением аэробных процессов и возрастанием в организме анаэробных изменений. Продукты анаэробных реакций используются в процессе окисления, и это стимулирует рост потребления кислорода. Интенсивность таких упражнений находится выше порога анаэробного обмена, но еще не превышает максимальных аэробных возможностей (МПК) спортсмена. Данные нагрузки способствуют как развитию аэробных возможностей, так и более разностороннему воздействию на организм (увеличивается мышечная сила и анаэробные возможности спортсмена).
Наиболее обобщенным показателем развития аэробно-анаэробных возможностей спортсмена служит величина порога анаэробного обмена, достигаемого в процессе выполнения работы. Будучи зависимым от целого ряда факторов функциональной дееспособности, сердечно-сосудистой и дыхательной систем, от объема и состава крови и особенностей утилизации диоксида углерода в тканях, этот показатель отражает состояние работоспособности организма на системном уровне. Он улучшается путем направленной физической подготовки, которая ведет к существенной перестройке в деятельности ведущих функциональных систем организма, выражающейся в повышении производительности сердечно-сосудистой системы, расширении капиллярной сети работающих мышц, повышении производительности системы дыхания, улучшении ферментативной деятельности гликолиза.
Чем выше порог анаэробного обмена, тем большую мощность работы может выполнять спортсмен в анаэробных условиях. Таким образом, основная задача смешанного этапа тренировки заключается в том, чтобы поднять порог анаэробного обмена. Этого можно достичь путем согласованных действий механизмов, обеспечивающих работу в аэробно-анаэробном режиме энергообеспечения.
Используя хорошую базу подготовки в аэробном режиме энерготрат, необходимо увеличивать интенсивность тренировки, подключая к выполнению упражнений смешанные мышечные волокна и повышая интенсивность выполнения заданий. Для успешного развития смешанного энергообеспечения необходимо выполнять упражнения на уровне порога анаэробного обмена.
Упражнения на уровне мощности ПАНО выполняются сначала за счет окислительных мышечных волокон, где расщеплению подвергаются жиры, а через 1–2 мин подключаются промежуточные мышечные волокна, поэтому начинают использоваться углеводы. Основными энергетическими субстратами служат глюкоза, гликоген и жир мышц и крови. Продолжительность упражнений – до 30 мин. В ходе выполнения упражнения ЧСС находится на уровне 80–90 %, а легочная вентиляция – 70–80 % от максимальных значений для данного спортсмена. Концентрация лактата в крови составляет от 6 до 10 ммоль/л. Температура тела может достигать 39–40°. Ведущие физиологические системы и механизмы – общие для всех аэробно-анаэробных упражнений. Продолжительность зависит в наибольшей мере от запасов гликогена в рабочих мышцах и печени. Существенные изменения от таких тренировок наблюдаются в промежуточных мышечных волокнах: в них происходит увеличение митохондрий.
Современные представления о биоэнергетике мышечной деятельности свидетельствуют о том, что основным механизмом закисления мышечных волокон является недовосстановление в них запасов молекул АТФ. В окислительных мышечных волокнах избыток ионов водорода поглощается митохондриями. В гликолитических мышечных волокнах митохондрий мало, поэтому происходит накопление ионов водорода и лактата, работоспособность падает по мере закисления. Для роста локальной мышечной выносливости следует увеличить в гликолитических мышечных волокнах массу митохондрий и повысить окислительные способности промежуточных мышечных волокон.
Мощность и продолжительность физического упражнения вызывают срочные адаптационные процессы в организме спортсменов. Анализ упражнений различной метаболической мощности показал, что наиболее эффективными для роста массы мио-фибрилл являются упражнения аэробно-анаэробной мощности. Эффект влияния этих упражнений не вызывает сильного закисления мышечных волокон, что не приводит к разрушению мио-фибрилл и митохондрий и потере спортивной формы.
Наиболее эффективными для физической подготовки борцов являются физические упражнения аэробно-анаэробной мощности, которые выполняются до первых признаков локального утомления и повторяются через интервал отдыха, достаточный для полного устранения ионов водорода и лактата из гликолитических мышечных волокон. В этом случае долговременный адаптационный процесс будет связан с ростом силы и выносливости (массы миофибрилл и митохондрий в гликолитических и промежуточных мышечных волокнах).
Заслуживает специального рассмотрения еще один метаболический критерий выносливости, получивший за последние годы достаточно широкое применение в физиологии мышечной деятельности. Это так называемый анаэробный порог. Определение анаэробного порога заключается в нахождении таких "критических" значений мощности, выше которых энергетический запрос уже не может быть обеспечен только аэробным путем. При повышении интенсивности нагрузки выше анаэробного порога усиление гликолитического распада углеводов в тканях сопровождается образованием молочной кислоты. Включение анаэробных источников может быть установлено по увеличению лактата в крови выше некоторого базового уровня, составляющего около 4 ммоль/л. Значение конкретного уровня мощности, при которой начинает включаться анаэробный механизм с образованием лактата, имеет значение как для экспериментальных, так и для практических целей.
Получаемая при определении ПАНО физиологическая информация важна для решения диагностических и прогностических задач в спортивной практике. Тренировка на выносливость ведет к увеличению как максимального потребления кислорода, так и порога анаэробного обмена.
Есть все основания полагать, что важным фактором, определяющим уровень анаэробного порога, является степень привычности к конкретной физической деятельности. Этот фактор может быть поставлен в прямую зависимость от развития адаптации в процессе тренировки. Он подтверждает то, что анаэробный порог отражает уровень функциональных возможностей в конкретной физической деятельности.
Помимо ограничения аэробных возможностей со стороны производительности сердечно-сосудистой системы, эти функциональные свойства человеческого организма ограничиваются также способностью к утилизации кислорода митохондриями скелетных мышц. Эта способность исчерпывается еще до того, как достигаются предельные возможности системы кровообращения, подключая смешанную систему энергоснабжения.
Аэробно-анаэробная производительность достигает заметного развития в процессе тренировки. Этому способствуют различные тренировочные программы, реализация которых связана с проявлением качества выносливости. Вместе с тем имеются сведения о том, что уровень аэробно-анаэробной производительности в значительной степени зависит также и от генетических факторов.
Проведенный обзор выполненных к настоящему времени исследований показывает, что для достижения высоких результатов в видах спорта со значительным проявлением работоспособности, требуется высокий уровень развития аэробно-анаэробных возможностей спортсмена.
Термин "анаэробный порог" впервые применил В. Хольманн (Hollmann). Широкое распространение понятие об анаэробном пороге (ПАНО) получило после работ К. Вассермана (Wasserman) и др. В соответствии с определением, под ПАНО следует понимать интенсивность нагрузки, выше которой у исследуемого повышается концентрация молочной кислоты в крови.
Получаемая при определении ПАНО физиологическая информация имеет важное значение для решения тренировочных задач в спортивной практике. Так, спортивный результат в беге на марафонскую дистанцию имеет тесную корреляционную связь с индивидуальной величиной ПАНО (r = 0,98). Было показано, что тренировка "на выносливость" ведет к увеличению МПК и ПАНО. У нетренированных людей ПАНО приходится на уровень потребления кислорода около 50–60 % от МПК, а у бегунов на длинные дистанции – на уровень 70–80 % от МПК.
Анализируя смешанную работу энергообеспечения при работе на уровне ПАНО, можно выделить два этапа. Первый – аэробно-анаэробный, когда потребление кислорода позволяет осуществлять окислительно-восстановительные реакции и где энергообеспечение осуществляется за счет жирных кислот и углеводов, а концентрация лактата в крови от 5–6 ммоль/л. Второй – анаэробно-аэробный, когда все больше подключаются гликолитические механизмы обеспечения энергией за счет углеводов и жирных кислот, с концентрацией от 7 до 10 ммоль/л.
3.2. Средства и методы, развивающие выносливость аэробно-анаэробной направленности
Основным общеразвивающим средством воспитания аэробно-анаэробной выносливости спортсменов является интервальная нагрузка, позволяющая достичь интенсивности на уровне порога анаэробного обмена, включающая интервальный бег или прыжки по схеме: 5 мин работа – 5 мин отдых.
В процессе развития смешанной выносливости необходимо обеспечить тренировочные воздействия на факторы, которые ограничивают ее проявление:
• развитие мощности функциональных систем аэробноанаэробного энергообеспечения;
• развитие емкости смешанного источника энергообеспечения. Характеризуется способностью человека дольше выполнять работу на максимальном уровне потребления кислорода;
• совершенствование подвижности функциональных систем аэробно-анаэробного энергообеспечения;
• улучшение функциональной и технической экономичности. Характеризуется уменьшением затрат энергии на единицу стандартной работы;
• повышение мощности и емкости буферных систем организма и его реализационных возможностей. Характеризуется способностью человека переносить изменения во внутренней среде организма.
Наиболее эффективно указанные задачи могут быть решены интервальным и строго регламентированным методом тренировки.
При определении длительности тренировочных заданий по развитию смешанной выносливости необходимо учитывать время и пути образования энергообеспечения мышечной работы.
В зависимости от уровня тренированности спортсмена ЧСС находится в диапазоне от 170 до 185 уд./мин. Этот режим нагрузки целесообразно применять в работе с физически средне– и хорошо подготовленными спортсменами, которые прошли качественную подготовку в режиме собственно аэробного энергообеспечения.
Развитие смешанной выносливости целесообразно начинать с применения интервального метода тренировки. Оптимальная продолжительность упражнения: 5 мин – работа, 5 мин – отдых, общая нагрузка – 35 мин. Подходить к оптимальной продолжительности такой нагрузки нужно постепенно. Следует помнить, что усталость больше зависит от интенсивности, чем от продолжительности нагрузки. Поэтому сначала необходимо достичь пятиминутной продолжительности нагрузки на нижней границе ее действенной интенсивности. После этого постепенно повышают ее интенсивность до оптимального состояния, стараясь работать на уровне достижения ПАНО, а интенсивность работы должна быть на уровне 75–85 % максимальных показателей потребления кислорода.
Определение рациональной интенсивности нагрузки в необходимых границах потребления кислорода можно осуществлять по показателям ЧСС, поскольку известно, что смешанные механизмы энергообеспечения включаются при ЧСС от 170 уд./мин. При планировании интенсивности работы надо учитывать, что тренировочные нагрузки, которые вызовут возрастание ЧСС до 170 уд./мин, недостаточно активизируют функции сердечно-сосудистой и других вегетативных систем, поэтому нагрузки должны быть на уровне 170–185 уд./мин, что стимулирует механизмы аэробно-анаэробного энергообеспечения.
Метод интервальной тренировки позволяет эффективно решать задачи развития аэробно-анаэробной выносливости. Наиболее эффективно совершенствуются реализационные возможности организма благодаря неуклонному возрастанию интенсивности нагрузки в ходе выполнения тренировочного задания. Интенсивность может возрастать плавно или скачкообразно в границах одной зоны энергообеспечения или в границах двух сопредельных зон.
Путем многократных повторных растягивающих воздействий в интервалах отдыха происходит постепенная адаптация сердца. Оно становится более мощным, способным перекачивать больше крови и поставлять больше кислорода к работающим мышцам.
Развитию аэробно-анаэробной выносливости целесообразно посвящать отдельные занятия. Оптимальное количество занятий в недельном цикле – 2–3; оно зависит от цели, с которой осуществляется развитие аэробно-анаэробной выносливости, индивидуального уровня физической подготовленности и т. п.
Восстановление после большой нагрузки по развитию смешанной выносливости может длиться до 2-х суток. Поэтому в недельном цикле следует органически объединять тренировки с большими, средними и умеренными нагрузками.
Тренировочные программы составляются на 4–6 недель, а в дальнейшем систематически обновляются. Сначала достигают оптимального объема упражнений на нижней границе развивающей интенсивности. Затем, в соответствии с ростом тренированности, постепенно повышают интенсивность до оптимальной ее величины (ПАНО).
Эффективность аэробно-анаэробных средств и методов тренировки
Тренировки аэробно-анаэробной направленности является логическим продолжением предыдущего этапа аэробной работы. Основная задача данного алгоритма – проведение тренировочных занятий на верхних границах ЧСС спортсменов, обеспечивающих аэробную производительность организма. Продолжительность упражнения должна соответствовать длительности схватки (5 мин), число серий – количеству схваток в соревновании, т. е. семи, а средняя ЧСС – в пределах 161–185 уд./мин.
Такая работа позволит значительно расширить аэробный компонент работоспособности организма дзюдоистов и, за счет увеличения окислительных возможностей мышечной системы, повысить порог анаэробного обмена.
В процессе развития выносливости специальной направленности необходимо обеспечить тренировочные воздействия на факторы, которые ограничивают ее проявление: увеличить дыхательный коэффициент дзюдоистов, который складывается из отношения количества диоксида углерода к количеству потребляемого кислорода на уровне легких. Это позволит выполнять работу на верхней границе аэробного энергообеспечения организма. Решение данной задачи создаст условия для максимального расширения аэробных возможностей организма и использования всех механизмов кислородного окисления. Затем следует увеличить диффузию кислорода в кровь. В результате применения смешанной нагрузки происходит значительное различие парциальных давлений газов в альвеолах, и в крови создается градиент давления через легочную мембрану. Это является основой для значительного увеличения диффузии кислорода и диоксида углерода.
Одной из наиболее важных адаптационных реакций на нагрузку аэробно-анаэробной направленности является увеличение числа капилляров вокруг каждого мышечного волокна. Чем больше спортсмен тренируется в данном режиме, тем больше растет их количество. Увеличение капилляризации начинается при аэробной направленности нагрузки, но основной рост происходит в аэробно-анаэробном режиме. Это улучшает газо– и теплообмен, ускоряет выделение продуктов распада и обмен питательных веществ между кровью и работающими мышечными волокнами, что, в свою очередь, обеспечивает подготовку внутренней среды для образования энергии и выполнения мышечных сокращений. Дальше происходит повышение эффективности митохондриального дыхания, что обеспечивается совершенствованием окислительных возможностей работающих мышц. Аэробно-анаэробная тренировка приводит к увеличению размеров и количества митохондрий скелетных мышц, что повышает эффективность ее окислительного метаболизма. Интенсивность этих изменений возрастает в результате повышения производительности митохондрий. Окислительное расщепление источников энергии и конечное образование АТФ зависят от действия митохондриальных ферментов. Активность этих ферментов увеличивается вследствие тренировки аэробно-анаэробной направленности.
И, наконец, происходит рост окислительных ферментов, обеспечивающих энергетический потенциал мышцы. Тренировка аэробно-анаэробной направленности оказывает значительное воздействие на активность таких мышечных ферментов, как сукцинатдегидрогеназа и цитратсинтаза, улучшающих аэробные возможности, так и креатинфосфокиназа и дегидрогеназа, повышающих анаэробные процессы. О возрастании активности этих ферментов в результате тренировок свидетельствуют как увеличение количества и размер мышечных митохондрий, так и улучшение способности образовывать АТФ анаэробными механизмами. Возрастание активности ферментов совпадает с повышением максимального потребления кислорода. Эти изменения можно рассматривать как имеющие определенные значения для утилизации кислорода тканями во время мышечной работы и для обеспечения экономии расходования гликогена.