Биохимические основы и закономерности спортивной тренировки

Спортивная тренировка является слож­ным педагогическим процессом, связанным с применением системы мероприятий, обеспечивающей эффективное решение задач физиче­ского развития, обучения и воспитания моральных, волевых, интел­лектуальных и двигательных качеств. Так рассматривает ее теория физического воспитания.

Определяя спортивную тренировку с позиций биологических, можно констатировать, что она является активной адаптацией, приспособлением человека к интенсивной мышечной деятельности, позволяю­щим ему развивать большие мышечные усилия и выполнять работу большей интенсивности и длительности. Такая адаптация касается прежде всего процессов регуляции и координации функций при вы­полнении физических упражнений и сопровождается глубокими фун­кциональными изменениями в организме, которые изучаются физио­логией спорта. В основе же этих функциональных изменений лежат изменения биохимические, так как всякое изменение функции есть изменение обмена веществ данной ткани или данного органа и в ко­нечном итоге организма в целом.

Поэтому естественно, что биохимические изменения, происходящие в организме под влиянием тренировки, не ограничиваются только мышечной системой, но распространяются на все ткани и органы — кровь, костную систему, печень, сердце, центральную нервную сис­тему и т. д.

Мышечная деятельность как процесс, требующий определен­ной затраты энергии, сопровождается расщеплением АТФ, химиче­ская энергия которой преобразуется в механическую энергию мы­шечных сокращений. Во время мышечной деятельности для ресинтеза АТФ интенсивно расходуются различные вещества: в мышцах — креатинфосфат, гли­коген, жирные кислоты, кетоновые тела; в печени происходит расщепление гликогена с образованием сахара, переносимого кровью к работающим мышцам, сердцу и головному мозгу; усиленно расщепляются жиры, окисляются жирные кислоты и т. д. Одновременно в организме накапливаются продукты обмена веществ: фосфорная и молочная кислота, углекислота и другие, частично теряемые орга­низмом, а частично используемые для ресинтеза исходных веществ.

Мышечная деятельность сопровождается увеличением активности ряда ферментов, катализирующих реакции обмена веществ; возрастает активность аденозинтрифосфатазы, фосфорилазы, гексокиназы, раз­личных дегидрогеназ, цитохромоксидазы, протеиназ и липаз; интен­сивнее протекают гликолиз и аэробное окисление.

При утомлении возможно снижение активности ряда ферментов, но в период отдыха она не только быстро восстанавливается, но и мо­жет превосходить исходный, дорабочий. уровень, при тяжелом утом­лении активность ферментов долгое время остается сниженной.

Период отдыха характеризуется высокой интенсивностью аэробного окисленияи дыхательного фосфорилирования, которые дают энергию для активно идущих пластичес­ких процессов. Потребление кислорода в периоде отдыха после интенсивной мышечной деятельности всегда повышено. При этом главным субстратом аэробного окислении я становятся сначала образо­вавшаяся во время работы молочная кислота, а затем липиды и про­дукты их расщепления. О последнем свидетельствуют понижение в периоде отдыха дыхательного коэффициента, повышенная мобилиза­ция жирных кислот и усиленное образования кетоновых тел, интен­сивно потребляемых мышцами.

Наступающая во время отдыха активация ферментных систем аэробного окисления является следствием биохимических изменений, которые происходят в работающих мышцах.

Так, еще в 1930 г. О. Мейергоф показал, что накопление в мыш­цах молочной кислоты приводит к усилению тканевого дыхания, а это, в свою очередь, ведет к более энергичному окислению молочной кислоты. Удаление же ее избытка сопровождается возвращением тка­невого дыхания к исходному уровню.

Дальнейшими исследованиями В. А. Энгельгардта, В. А. Белицера и ряда других авторов было установлено, что тканевое дыхание активируется прежде всего продуктами расщепления креатинфосфата и АТФ и зависит от наличия акцепторов богатых энергией фосфатных групп. Интенсивность тканевого дыхания (а при недостатке кислорода— гликолиза) тем больше, чем выше содержание в ткани АДФ и АМФ — веществ, способных присоединять богатые энергией фосфат­ные группы, которые образуются при анаэробном (гликолитическом) или аэробном окислении тех или иных субстратов.

Все это нашло выражение в правиле В. А. Энгельгардта о том, что всякая реакция расщепления всегда вызывает или усиливает реакцию, производящую ресинтез.

Ресинтез АТФ, креатинфосфата и гликогена возможен уже и во время работы. Так как наряду с ресинтезом идет интенсивное расщеп­ление этих веществ, содержание их в мышцах при работе большой интенсивности остается пониженным, а при работе умеренной интен­сивности лишь стремится к исходному уровню, как правило не дос­тигая его.

Другое дело в периоде отдыха после работы, когда интенсивное расщепление источников энергии, необходимой для мышечных сок­ращений, прекращается. В мышцах имеется избыток АДФ, АМФ, не фосфорилированного креатина и неорганического фосфата. В крови и тканях содержится большие количество недоокисленных веществ, являющихся субстратами аэробного окисления. Процессы ресинтеза приобретают явный перевес, и происходит не только восстановление, но и сверхвосстановление источников энергии.

Эта закономерность, установленная К.Вейгертом, получила наименование закона суперкомпенсации и является одним из главных теоретических обоснований эффективности спортивной тренировки.

В самом деле, именно возможность повышения функционального уровня организма спортсмена в результате выполнения тренировочных нагрузок придает смысл этому процессу.

Если бы тренировка обеспечивала только восстановление (компенсацию) затраченных ресурсов, любой прогресс, рост результатов был бы невозможен.

Рис. Схема процессов рас­ходования и восстановления ис­точников энергии при мышеч­ной деятельности:

I — работа; II — отдых, 1 — расхо­дование, 2 — восстановление, 3 — сверхвосстановление (суперкомпен­сация), 4 — возвращение к исход­ному уровню.

Исследования показали, что интенсивность восстановления и величина и длительность фазы сверхвосстановления зависят от интен­сивности процессов расщепления. Чем интенсивнее (в известных пре­делах) расходование, тем быстрее идет ресинтез и тем значительнее выражены явления сверхвосстановления. Из сказанного ранее ясно, что чем выше будет к моменту окончания работы содержание АДФ, АМФ, креатина, неорганических фосфатов и недоокисленных веществ, тем интенсивнее будут процессы аэробного окисления и тем быстрее произойдет восстановление в организме дорабочих биохимических соотношений.

Исходя из изложенного в этой главе легко понять, что после упра­жнений максимальной и субмаксимальной мощности процессы биохимической реституции (восстановления биохимических соотношений, имевших место до работы) будут протекать быстрее, чем после более длительных упражнений средней и умеренной мощности. После очень длительной работы (например, после лыжных гонок на 50 км, марафонского бега, многокилометровых велогонок по шоссе и т. п.) процессы биохимической реституции протекают особен­ но долго; повышенная потребность в кислороде и усиленное его по­ требление могут быть в течение двух суток после выступления спортсмена в соревнованиях

Если интенсивность расщепления слишком высока или вследст­вие большой длительности работы расходуется очень много того или иного вещества, а работа приводит к значительному утомлению, ресинтез протекает более медленно и явления суперкомпенсации наступают много позднее.

Вместе с тем, если суперкомпенсация наступает быстро, повы­шенный уровень ресинтезируемого вещества в мышцах сохраняется более короткое время, чем в том случае, когда суперкомпенсадия развивается медленно. Так, например, после кратковременной интен­сивной работы превышение исходного уровня гликогена в мышцах животных наступает уже после 1 часа отдыха, а через 12 часов уровень гликогена становится дорабочим, исходным. После же работы боль­шой длительности суперкомпенсация наступает только через 12 ча­сов, но зато повышенный, сверх исходного, уровень гликогена в мыш­цах сохраняется более трех суток.

Восстановление нормального содержания различных веществ, расходуемых во время работы, происходит в разное время. Прежде всего из крови и мышц устраняется избыток молочной кислоты (час­тично окисляемой, а частично используемой для ресинтеза гликоге­на), затем происходит ресинтез креатинфосфата, далее — гликогена и, наконец, белков. Например, после 15-минутной интенсивной ра­боты содержание креатинфосфата в мышцах животных восстанавли­вается через 30—40 мин., гликогена — через час, а белков — через 6 часов. В ресинтезе этих веществ принимает участие АТФ. Поэтому энергично ресинтезируемая в период отдыха АТФ все время тратится, и восстановление ее нормального уровня в мышцах происходит в последнюю очередь.

Такой порядок восстановления нормальных биохимических со­отношений в периоде отдыха является важной биологической закономерностью и имеет большое практическое значение в процессе спортивной тренировки. В биохимии спорта он получил название принипа геторохронности (разновременности) биохимической реституции (Н.Р.Чаговец, Н.Н. Яковлев).

В различных органах процессы биохимической реституции со­вершаются также неодновременно. Так, нормальное содержание гли­когена прежде всего восстанавливается в головном мозгу, затем в мио­карде, еще позднее — в скелетных мышцах и, наконец, в печени. Ре­синтез гликогена в мозгу, миокарде и скелетных мышцах может про­исходить за счет внутренних ресурсов организма путем образования углеводов из веществ неуглеводной природы и из части образовав­шейся во время работы молочной кислоты или путем перераспределе­ния углеводов в организме. В последнем случае расщепление глико­гена печени продолжается и во время отдыха, а поступающий в кровь сахар задерживается головным мозгом, миокардом и скелетными мыш­цами и используется для ресинтеза гликогена.

В печени гликоген во время отдыха может частично образовывать­ся из молочной кислоты, но полное восстановление его нормального уровня возможно лишь за счет углеводов, поступающих в организм с пищей.

Одной из биохимических основ изменения организма под влиянием тренировки являются неизбежно наступающее при мы­шечной деятельности повышение активности ферментных систем и сверхвосстановление источников энергии, затрачиваемых во время работы. Так как и то и другое сохраняется в течение некоторого вре­мени по окончании работы, последующая работа совершается в более выгодных биохимических условиях и, в свою очередь, приводит к дальнейшему повышению функционального уровня. Это подтвер­ждается исследованиями химизма мышц при повторной работе, вы­полняемой в фазе сверхвосстановления после предыдущей работы. После такой повторной работы содержание гликогена и креатинфос-фата, а также активность ферментов оказываются существенно выше, чем после работы, которой предшествовал длительный период отно­сительного покоя.

Явления сверхвосстановления распространяются не только на источники энергии, но и на мышечные белки, которые в некоторой степени расходуются во время работы. Происходящие во время отды­ха ресинтез мышечных белков и синтез их из продуктов расщепления резервных белков печени, приносимых к мышцам кровью, лежат в основе наступающего под влиянием тренировки увеличения белковой массы мышц, т. е. их рабочей гипертрофии.

Тренирующий эффект, оказываемый физическими упражнениями, может сказываться непосредственно после его вы­полнения (срочный тренирующий эффект), проявлять­ся в последующие дни (отставленный эффект) или быть следствием биохимических изменений, постепенно накапливающихся в процессе тренировки (кумулятивный эффект).

Резюмируя сказанное, следует подчеркнуть, что в мышце в ре­зультате работы происходят биохимические изменения, которые вследствие присущих им закономерностей неизбежно влекут за собой повышение функционального уровня. При этом правильное понимание химизма действия упражнения на организм возможно лишь при рассмотрении работы и отдыха как единого процесса. Биохимическая перестройка, начавшаяся во время работы, заканчивается в периоде отдыха.