Каковы же физиологические механизмы выносливости? Деятельность мышц, как любой процесс, происходящий в организме, требует энергии. Энергия нужна даже на работу мельчайших мышц глаза, дыхательных мышц и мышц сосудов или внутренних органов. Живой организм расходует энергию даже в состоянии глубокого наркоза или комы.
Энергия, необходимая для мышечного сокращения, освобождается в результате распада химических веществ. Мышечная клетка устроена так, что может использовать для своего сокращения энергию распада только одного-единственного химического вещества – аденозинтрифосфорной кислоты (АТФ). Энергия распада других веществ для сокращения мышцы не подходит. Соответственно, во время мышечного сокращения происходит распад АТФ в работающей мышечной клетке. Если бы не было механизмов восстановления этого вещества, то мышца, сократившись один-два раза, навсегда потеряла бы эту способность. Но природа предусмотрела возможность восстанавливать АТФ. Для ее восстановления подходит энергия распада практически любого вещества. Обычно это углеводы, реже – жиры, еще реже – белки или другие вещества. Запасы этих веществ поступают в организм вместе с пищей. Под действием фермента АТФаза АТФ гидролизуется, отсоединяя фосфатную группу в виде ортофосфорной кислоты (Н3РО4), и превращается в АДФ, при этом высвобождается энергия.
АТФ + H2O = АДФ + H3PO4 + энергия
Запас молекул АТФ в мышце ограничен, поэтому расход энергии при работе мышцы требует постоянного его восполнения. Мышца имеет три источника воспроизводства энергии: 1) расщепление креатинфосфата; 2) гликолиз; 3) окисление органических веществ в митохондриях. В соответствии с эти рассматривают три процесса образования энергии.
1. Креатинфосфатный, или алактатный анаэробный процесс образования энергии. Крефтинфосфат обладает способностью отсоединять фосфатную группу и превращаться в креатин, присоединяя фосфатную группу к АДФ, которая превращается в АТФ.
АДФ + креатинфосфат = АТФ + креатин
Запасы креатинфосфата в волокне не велики, поэтому он используется в качестве источника энергии только на начальном этапе работы мышцы, до момента активизации других более мощных источников – гликолиза и кислородного окисления. По окончании работы мышцы реакция идет в обратном направлении, и запасы креатинфосфата в течение нескольких минут восстанавливаются.
Участие данного процесса в энергетическом обеспечение мышечной работы в наибольшей мере проявляется при выполнении упражнений максимальной мощности в течение 6-10 секунд (Н. И. Волков, 1967, 1987; Я. М. Коц, 1982).
2. Гликолитический анаэробный процесс образования энергии.
Гликолиз – процесс распада одной молекулы глюкозы (C6H12O6) на две молекулы молочной кислоты (C3H6O3) с выделением энергии, достаточной для "зарядки" двух молекул АТФ, протекает в саркоплазме под воздействием 10 специальных ферментов.
C6H12O6 + 2H3PO4 + 2АДФ = 2C3H6O3 + 2АТФ + 2H2O.
Гликолиз протекает без потребления кислорода и способен быстро восстанавливать запасы АТФ в мышце.
Максимальная мощность этого процесса достигается в упражнениях, длящихся от 20 до 90 секунд (Н. И. Волков, 1975, 1987). За счет гликолитического анаэробного процесса образования энергии может обеспечиваться интенсивная мышечная работа от 20 секунд до 4-5 минут, а также начало любой деятельности (Я. М. Коц, 1982).
3. Образование энергии путем аэробного расщепления пищевых веществ.
Аэробный ресинтез АТФ происходит при окислении жиров и углеводов. Окисление протекает в митохондриях скелетных мышц под воздействием специальных ферментов и требует затрат кислорода, а соответственно и времени на его доставку. Такие процессы называются аэробными. Окисление происходит в несколько этапов, сначала идет гликолиз (см. выше), но образовавшиеся в ходе промежуточного этапа этой реакции две молекулы пирувата не преобразуются в молекулы молочной кислоты, а проникают в митохондрии, где окисляются в цикле Кребса до углекислого газа СО2 и воды Н2О и дают энергию для производства еще 36 молекул АТФ. Суммарное уравнение реакции окисления глюкозы выглядит так:
C6H12O6 + 6O2 + 38АДФ + 38H3PO4 = 6CO2 + 44H2О + 38АТФ
Итого распад глюкозы по аэробному пути дает энергию для восстановления 38 молекул АТФ. То есть окисление в 19 раз эффективнее гликолиза.
Наибольшая мощность процесса образования энергии достигается в упражнениях, длящихся более 3 минут (Н. И. Волков, 1975).
Таким образом, распад веществ в мышечной клетке может происходить двумя основными путями: при участии кислорода (аэробно) и без участия кислорода (анаэробно). У каждого способа есть свои преимущества и недостатки .
Преимущество распада веществ с участием кислорода (аэробного) в том, что такой распад не сопровождается накоплением в организме промежуточных недоокисленных продуктов обмена. Вещества расщепляются до конечных продуктов – углекислого газа и воды. Полный распад дает, соответственно, много энергии, поэтому является более экономичным, чем неполный распад. Кроме того, с помощью кислорода можно расщепить практически любые вещества, имеющиеся в организме – углеводы, жиры, белки. Недостатком же является чрезвычайная длительность такого способа распада, поэтому он не может использоваться в начале работы или в случаях, когда деятельность достаточно интенсивна и требует высокой скорости освобождения энергии.
Преимуществом бескислородного (анаэробного) распада является высокая скорость освобождения энергии, необходимой для синтеза АТФ, что позволяет выполнять чрезвычайно интенсивную работу. Но существует ряд недостатков такого способа расщепления.
Во-первых, без участия кислорода в мышечных клетках способны расщепляться не все вещества, а только определенные виды углеводов (глюкоза и ее производное – гликоген, причем обычно используется гликоген) и креатинфосфат. Запасы этих веществ в клетке не безграничны. Креатинфосфат или гликоген должны либо восстанавливаться, либо поступать из крови. На оба процесса требуется определенное время, в течение которого интенсивную работу выполнять уже невозможно.
Во-вторых, без участия кислорода вещества расщепляются не полностью, поэтому в мышцах накапливаются недоокисленные продукты распада (наиболее известным является молочная кислота – один из возможных продуктов неполного распада гликогена). Эти недоокисленные вещества, изменяют внутреннюю среду клеток так, что клетки становятся неспособны выполнять свои функции. То есть мышца становится неспособной более сокращаться, и человек прекращает работу.
В действительности во время мышечной деятельности наблюдаются оба варианта распада веществ, однако, один из них, как правило, преобладает. Если при работе распад веществ для восстановления АТФ происходит преимущественно с участием кислорода, такая работа называется аэробной. Если же распад веществ происходит преимущественно без участия кислорода, такая работа называется анаэробной (Я. М. Коц, 1982).
Итак, ресинтез АТФ в процессе мышечной деятельности осуществляется за счет метаболических процессов трех видов:
аэробного – окислительного, за счет кислорода воздуха;
гликолитического анаэробного – за счет расщепления гликогена, содержащегося в основном в печени и в мышцах, – до молочной кислоты;
алактатного анаэробного (креатинфосфатного) – за счет расщепления фосфорных соединений, содержащихся и образующихся непосредственно в мышцах.
Проявление выносливости, таким образом, можно представить как результат различного сочетания трех ее компонентов: аэробного, гликолитического и алактатного.
Специальная выносливость для каждой спортивной дисциплины имеет свои ведущие компоненты, определяющие ее специфичность в конкретном виде соревновательной деятельности. Так, в тяжелой атлетике, метаниях, гиревом спорте ведущими компонентами будут являться максимальная сила и емкость анаэробной алактатной системы энергообеспечения. В спринтерских дисциплинах – абсолютная скорость и емкость алактатной энергосистемы. В сложнокоординационных видах спорта – резистентность организма, личностные качества. В видах спорта на выносливость – возможности всех энергосистем, экономизация и личностные качества. В спортивных играх и единоборствах – энергетические возможности, резистентность и экономичность (Ф. П. Суслов, 1997, с. 40) (рис. 1).
Таким образом, в зависимости от характера утомления выносливость подразделяется на аэробную (общую), скоростную (алактатную и гликолитическую), смешанную (аэробно-анаэробную) и силовую.
