Типологические особенности энергообеспечения скелетных мышц и работоспособность лыжников-гонщиков

А. А. Богатов, Мордовский государственный педагогический институт, Саранск

Считается, что энергия, обеспечивающая сокращения мышц, образуется в процессе расщепления АТФ и существует три основных пути ее ресинтеза, названные источниками энергообеспечения: аэробный (окислительный), анаэробно-гликолитический и фосфагенный [1, 2, 18, 19, 22, 23].

Известно, что преобладание анаэробной или аэробной энергетики у человека определяется составом мышечных волокон и выявляется уже в детском возрасте [8]. Считается, что подобная специфика метаболических реакций генетически детерминирована [13,16]. В зависимости от индивидуальной организации энергетики скелетных мышц выделяют различные типы (варианты, профили) энергообеспечения. Так, Л.А. Марчик и Л.Л. Каталымов [11], изучая особенности энергетики мальчиков 7-8 лет, выявили в этом возрасте 6 типов энергообеспечения. В.Ф. Воробьев [3] определил у мальчиков 10 - 11 лет 4 варианта энергообеспечения мышечной работы. При изучении особенностей энергетической структуры у нетренированных студентов-мужчин 17-18 [12] и 18-22 лет [16] было показано наличие трех энергопрофилей.

Подобное снижение вариативности индивидуальной организации энергетики скелетных мышц может быть связано с онтогенетическими дифференцировками скелетных мышц, основные волны которых приходятся на 1 и 3 года, 5 - 6, 10 - 11 и 14 -16 лет [9].

В настоящее время все больше исследователей, работающих в области физического воспитания, приходят к мнению, что проблема индивидуализации тренировочных режимов не может быть исчерпана учетом только пола и возраста [5]. Одним из возможных условий оптимизации тренировочного процесса может явиться его программирование, базирующееся на основе учета типологических особенностей энергообеспе чения скелетных мышц.

Показано, что у мальчиков, не занимающихся спортом, тип энергообеспечения определяет работоспособность в различных зонах мощности [12]. Можно предположить, что тип энергетики будет обуславливать рабочие возможности спортсменов в специфических условиях тренировки и соревновательной деятельности.

Имеются данные, указывающие, что структура энергетики независимо от методики занятий развивается по специфическому для нее пути [13]. В этом случае определение типа индивидуальной организации энергообеспечения скелетных мышц на учебно-тренировочном этапе занятий в ДЮСШ могло бы позволить прогнозировать результат, которого может добиться спортсмен.

В свете вышесказанного целью нашего исследования было изучение типологических особенностей энергетики скелетных мышц лыжников-гонщиков и их взаимосвязи с работоспособностью в процессе годичного тренировочного цикла.

Методика исследований. В исследовании приняли участие 35 юношей в возрасте 17 - 18 лет, имеющих II - III разряды по лыжным гонкам и занимающиеся в одной учебно-тренировочной группе. Средний рост испытуемых - 174,33±3,74 см, вес - 66,6±7,02 кг. Наблюдения проводились во время переходного (май), подготовительного (октябрь) и соревновательного (февраль) периодов годичного тренировочного цикла.

Для характеристики энергетических систем использовали такие понятия , как мощность и емкость энергетического источника. Мощность определяется активностью тканевых ферментов энергетического метаболизма, а также пропускными возможностями систем транспорта кислорода. Емкость зависит от запаса доступных субстратов и от состояния резервных возможностей вегетативных систем организма [3, 18].

С помощью эргометрического метода тестирования, основанного на оценке коэффициентов уравнения Мюллера [4, 6, 7, 24], испытуемые на велоэргометре Ритм ВЭ-05 выполняли две нагрузки "до отказа" в зоне большой (3 Вт/кг) и субмаксимальной (6 Вт/кг) мощности - W1 и W2, соответственно [15]. За "отказ" от работы принимали прекращение педалирования либо резкое снижение его интенсивнос ти. Время удержания нагрузок (t1 и t2) использовали для расчета коэффициентов "a" и "b":

a = lg (t2 / t1) / lg (W1 / W2);

b = ln (t1 x W1a) = ln (t2 x W2a).

Величина коэффициента "а" характеризует положение ветвей кривой "мощность-время" относительно осей координат и выражает соотношение возможностей аэробного и анаэробно-лакта цидного источников. Коэффициент "b" характери зует аэробную емкость [3, 6].

Исходя из схемы участия основных источников энергии (фосфагенного, лактацидного и аэробного) в энергообеспечении мышечной деятельности в зависимости от ее длительности [2, 23, 25], подставляя значения коэффициентов в уравнение Мюллера t = eb / Wa, рассчитывали мощность нагрузки, которую испытуемый может поддерживать в течение 1, 10, 40, 240 и 900 с (показатели Wmax, W10, W40, W240, W900).

Показатели Wmax и W10 характеризуют мощность фосфагенного компонента энергообеспечения, W40 - гликолитического, W240 - рабочие возможности в зоне смешанной анаэробно-аэробной энергопродукции, а W900 - мощность аэробной энергосистемы [6, 11].

Для определения типа энергообеспечения скелетных мышц рассчитывали среднеарифметические значения мощностных показателей для всей выборки. Отличие величины индивидуального значения показателя на±0,67s от среднего (M) позволило оценить степень развития источников энергообеспечения. Если индивидуальная величина не выходила за пределы M±0,67s, развитие энергоисточника принимали за среднее. Если индивидуальное значение меньше или больше M±0,67s, то говорили, соответственно, о низком или высоком уровне развития источника энергии.

Работоспособность спортсменов оценивали по времени удержания велоэргометрических нагрузок умеренной (1,5 Вт/кг), большой, субмаксимальной мощностей и результатам, показанным на соревнованиях по лыжным гонкам на 10 и 5 км.

Полученные данные математически обработаны на ЭВМ с помощью стандартной программы.

Для определения достоверности различий рассчитывали доверительный коэффициент (t) Стъюдента. На основании величины t и числа наблюдений по таблице [9] определяли процент возможной ошибки, выражаемый в виде значения вероятности различия - p.

Результаты исследования и их обсуждение. На первом этапе исследования (переходный период) был проведен анализ индивидуальных значений эргометрических показателей, характери зующих возможности энергосистем. Выявлено три варианта индивидуальной организации энергообеспечения мышечной деятельности. Полученные данные представлены в табл. 1.

В 11,4 % случаев юноши обладали высокой степенью развития фосфагенного (показатели Wmax, W10), высокой, средней или низкой степенью развития гликолитического (W40) и низкой степенью развития аэробного (минимальные значения b, W240, W900) компонентов энергообеспечения мышечной деятельности. Этих испытуемых выделили в фосфагенный тип энергетики (см. табл. 1). Согласно [13], высокое значение Wmax при данном варианте энергообеспечения отражает не столько уровень мощности фосфагенной системы, сколько тот факт, что ее характеристики являются наиболее консервативными, генетически предопреде ленными и стабильными признаками.

В 77,1% случаев развитие источников энергии было пропорциональным, т.е. каждый из компонентов имел в основном среднюю степень развития энергетических систем. Такой тип энергетики был назван смешанным (пропорциональным).

У 11,4 % испытуемых наблюдали высокую степень развития аэробного, среднюю - анаэробно -гликолитического и низкую - фосфагенного источников энергии (см. табл. 1). Этот тип энергообес печения скелетных мышц назвали аэробным.

Как видно, типы энергетики достоверно отличаются по большинству представленных в табл. 1 показателей.

Как было указано выше, преобладание анаэробной или аэробной энергетики в обеспечении мышечной деятельности человека определяется составом мышечных волокон, генетически детерминируемо [8, 13, 20] и может проявляться уже в детском возрасте [3, 11, 17]. Известно также, что нейромоторные свойства мышц находятся под более жестким контролем генетического аппарата в сравнении с метаболическими характеристиками мышцы, которые способны адаптивно изменяться под воздействием тренировки [13,16]. Однако к настоящему времени невозможно достаточно точно ответить на вопрос: изменяется ли тип энергообес печения скелетных мышц под влиянием тренировки параллельно с адаптивными сдвигами метаболических параметров, поскольку имеются данные [13], указывающие, что структура энергетики независимо от направленности занятий развивается по специфичному для нее пути. В таком случае правомерно предположение [11], что либо тип энергетики скелетных мышц генетически детермини рован, а целенаправленная тренировка расширяет его потенциальные возможности, не изменяя типологии метаболизма, либо генетически обусловлена программа развития энергетических систем.

Таблица 1. Показатели, характеризующие мощность и емкость энергетических источников у лыжников-гонщиков с разными типами энергообеспечения в различные периоды годичного тренировочного цикла (М±т)

Примечание.

Различие достоверно в сравнении с предыдущим: * - р < 0,05; ** - р < 0,02-0,01; ***- р < 0,002-0,001.

Различие достоверно в сравнении с фосфатным: ^ - р < 0,05; ^^ - р < 0,02-0,01; ^^^- р < 0.002-0.001.

К подготовительному периоду под влиянием целенаправленной тренировки 11,4 % от общего числа испытуемых изменили смешанный тип энергетики на аэробный. Количество юношей с фосфатным типом энергетики осталось прежним. Все испытуемые, изменившие структуру энергетики, имели в своей группе исходно более высокие значения: W240, W900 и b.

В соревновательном периоде 5,7 % от общего количества юношей, имевших в пределах своей группы более высокие значения Wmax и W10, изменили смешанный тип энергетики на фосфатный. Количество испытуемых с аэробным типом энергетики от подготовительного к соревновательному периоду не изменилось.

В течение всего годичного цикла наблюдений не было ни одного случая перехода фосфатного типа в аэробный, и наоборот. Таким образом, в процессе годичного тренировочного цикла под воздействием регулярной тренировочной нагрузки лишь в 17,1 % случаев тип энергообеспечения изменился, а в 82,9 % случаев остался прежним. По-видимому, тип энергообеспечения мышечной деятельности является достаточно стабильной структурой, а происходящие под влиянием физической нагрузки адаптивные изменения метаболических параметров мышц неспособны радикально поменять типологию метаболизма.

В переходном периоде тренировки лучшей работоспособностью в зоне умеренной мощности обладают спортсмены аэробного и смешанного типов энергетики. Время удержания нагрузки составило соответственно 3594,25±144,17 и 3669,52±97,44 с. Достоверно меньше (p< 0,01) в сравнении с испытуемыми смешанного типа удерживают нагрузку умеренной мощности представители фосфатного типа - 3156,25±139,7 с.

Таблица 2. Уравнения регрессии для оценки работоспособности (времени - Т работы заданной мощности или времени пробегания дистанции), коэффициента корреляции и достоверности в соревновательном периоде

Лучшими рабочими возможностями в зоне большой мощности обладают юноши аэробного типа. Они выдерживают нагрузку в течение 1110,5±132,73 с. Достоверно худшее время (p < 0,05) показывают представители смешанного и фосфатного типов энергообеспечения, соответственно 807,33±40,77 и 434,75±31,62 с.

В подготовительном периоде работоспособность в зоне умеренной интенсивности максималь на у испытуемых аэробного типа энергетики -4702,75±227,44 с. Достоверно худшей работоспо собностью (p < 0,05) при выполнении работы умеренной мощности обладают юноши смешанного - 3858,74±232,58 с и фосфатного - 2694,25±106,26 с типов. Разница между смешанным и фосфатным типами энергетики достоверна - p < 0,001.

В том же периоде подготовки велоэргометри ческую нагрузку большой мощности дольше удерживают спортсмены аэробного типа - 1826±195,81 с. Достоверно (p < 0,001) меньшее время работают испытуемые смешанного и фосфатного типов, соответственно 1019,96±94,19 и 341,75±32,56 с.

Как и в предыдущих периодах тренировки годичного тренировочного цикла, в соревновательном лучшей работоспособностью в зонах умеренной и большой мощности обладают юноши аэробного типа энергетики. Нагрузку умеренной интенсивности они удерживают 5335,75±238,87 с. Юноши смешанного и фосфатного типов удерживают ту же нагрузку, соответственно 3884,81±221,59 и 2299,67±182,75 с. Разница между типами статистически достоверна - p < 0,001.

В этом же периоде работу большой мощности дольше выполняют испытуемые аэробного типа - 1743,25±109,7 с. Достоверно (p < 0,001) хуже справляются с нагрузкой большой мощности юноши смешанного и фосфатного типов - 973,81±109,03 и 266±15,08 с, соответственно.

Общеизвестен факт, что максимально точное представление о работоспособности дает специфическая соревновательная нагрузка. Дистанцию лыжных гонок на 10 км быстрее всех пробегали испытуемые аэробного типа энергетики - 2111,87±43,95 с. На пробегание той же дистанции лыжники смешанного и фосфатного типов затрачива ли достоверно большее время (p < 0,001), соответственно 2522,71±52,87 и 2676±62,92 с.

Дистанцию 5 км спортсмены аэробного типа проходили в среднем за 1129,38±26,58 с. Лыжники смешанного и фосфатного типов - за 1406,46±38,9 и 1588±44,17 с, соответственно. Разница между типами статистически достоверна - p<0,01.

Полученные данные позволяют предположить, что независимо от периода подготовки годичного тренировочного цикла тип индивидуальной организации энергообеспечения скелетных мышц определяет работоспособность лыжников-гонщиков в различных зонах мощности и результаты соревнований.

Не меньший интерес представляет взаимосвязь индивидуальных эргометрических показателей, характеризующих возможности энергосистем, с работоспособностью спортсменов. Было показано [4], что у тренированных мужчин величина Wmax характеризует работоспособность в зоне максимальной мощности, W40 - субмаксимальной, W240 - большой, а W900 -умеренной мощности. Можно предполагать наличие взаимосвязи показателей W240, W900, b и с результатами соревнований.

Для проверки данного предположения был проведен корреляционный анализ. В табл. 2 представлены уравнения регрессии, достоверность и коэффициенты корреляции между показателями a, b, W240, W900 и работоспособностью спортсменов в зонах умеренной и большой мощности, а также результатами лыжных гонок на 5 и 10 км. Видно, что указанные показатели достоверно коррелируют не только с временем удержания нагрузок умеренной и большой мощности, но и с результатами соревнований. Так, например, на рисунке показано, что чем больше величина коэффициента b, характеризующего емкость аэробного источника энергии, тем меньшее время спортсмены затрачивают на прохождение дистанции лыжных гонок на 5 км. Эта взаимосвязь выражается достоверной существенной линейной корреляционной зависимостью и описывается соответствующим уравнением регрессии. Приведенные уравнения показывают возможность их практического использования . Подставляя значения эргометрических показателей в регрессионное уравнение, можно с достаточной степенью достоверности (см. табл. 2), естественно, в изучаемых нами пределах, рассчитать время удержания нагрузки или пробегания дистанции.

Таблица 3. Уравнения множественной регрессии для расчета функциональных показателей и времени (Т) пробегания дистанции в 10 и 5 км в соревновательном периоде годичного тренировочного цикла

Еще более дифференцировать данный подход позволяет составление уравнений множественной регрессии (табл. 3). Поскольку эргометрические показатели, рассчитываемые на основании уравнения Мюллера, не являются привычными для большинства исследователей и специалистов -практиков, которые привыкли опираться на результаты прямого или косвенного измерения МПК и PWC170, мы посчитали необходимым представить возможность расчета и этих показателей по результатам эргометрического тестирования (см. табл. 3). Построение подобных регрессионных зависимостей для любого контингента занимающихся не составляет особого труда и дает возможность уже в подготовительном периоде прогнозировать, какого результата может добиться спортсмен, что позволит вносить соответствующие коррективы в тренировочный процесс.

Таким образом, результаты проведенного исследования указывают на важность учета помимо возраста и пола индивидуально-типологических особенностей скелетных мышц человека при отборе в спортивные школы и при программировании тренировочного процесса.

Список литературы

1. Волков Н.И. Максимум анаэробной производительности у спортсменов // Морфология, физиология и биохимия мышечной деятельности: Тез. докл. VIII научн. конф. М., 1964, с. 42 - 43.

2. Волков Н.И. Энергетический обмен и работоспособность человека в условиях напряженной мышечной деятельности: Автореф. канд. дис. М., 1969. - 51 с.

3. Воробьев В.Ф. Соотношение компонентов энергообеспе чения мышечной работы различной мощности у мальчиков 10-11 лет: Автореф. канд. дис. М., 1991. - 24 с.

4. Зайцева В.В., Сонькин В.Д., Бурчик М.В. и др. Оценка информативности эргометрических показателей работоспособности // Физиол. чел. 1997, т. 23, № 6, с. 58 - 63.

5. Зайцева В.В., Сонькин В.Д., Изаак С.И. Индивидуальный подход в физическом воспитании и его реализация на основе компьютерных технологий. - М.: РГАФК, 1998. - 84 с.

6. Корниенко И.А., Сонькин В.Д., Воробьев В.Ф. Эргометрическое тестирование работоспособности // Моделирование и комплексное тестирование в оздоровительной физической культуре: Сб. научн. тр. ВНИИФК. М., 1991, с. 68-87.

7. Корниенко И.А., Сонькин В.Д., Маслова Г.М. и др. Применение эргометрии для оценки возрастных и индивидуально-типологических особенностей энергетики у мальчиков 7-14 лет // Физическая культура индивида: Сб. научн. тр. ВНИИФКа. М., 1994, с. 35 - 53.

8. Корниенко И.А., Сонькин В.Д., Демин В.И. Постнатальный онтогенез скелетной мышцы: структура, функция и работоспособность // Тез. докл. Всерос. конф.: Прикладные аспекты исследований скелетных, сердечных и гладких мышц. Пущино, 1996, c. 44 - 45.

9. Лакин Г.Ф. Биометрия. - М.: Высшая школа, 1980. - 296 с.

10. Марчик Л.А., Каталымов Л.Л. Варианты индивидуальной организации энергетики скелетных мышц мальчиков 7 - 8 лет // Тез. докл. Всерос. научн. конф. по проблеме физического воспитания детей школьного и дошкольного возраста. Волгоград, 1994, с. 57 - 58.

11. Марчик Л.А. Типологические особенности энергетического обеспечения мышечной деятельности мальчиков 7 - 8 лет: Автореф. канд. дис. Ульяновск, 1995. - 23 с.

12. Пискова Д.М. Индивидуализация физического воспитания юношей 17-18 лет на основе учета структуры моторики: Автореф. канд. дис. М., 1996. - 24 с.

13. Пискова Д.М., Сонькин В.Д. Взаимосвязь профилей моторики и энергетики // Тезисы докл. всерос. конф.: Прикладные аспекты исследований скелетных, сердечных и гладких мышц. - Пущино, 1996, с. 47 - 48.

14. Связь энергетики скелетных мышц у мальчиков 6 - 11 лет с развитием соматотипологических характеристик // Физиология человека. 1996, т. 22. № 6, с. 10-16.

15 Сонькин В.Д. Энергетическое обеспечение мышечной деятельности школьников: Автореф. докт. дис. М., 1990. - 50 с.

16. Сонькин В.Д., Зайцева В.В., Бурчик М.В. и др. Взаимосвязь профилей моторики и энергетики у молодых мужчин-студентов //Педагогические и медицинские проблемы в валеологии: Сб. тр. Междунар. конф.- Новосибирск: Изд-во НГПУ, 1999, c. 344 - 346.

17. Харитонова Л.Г. Физиологические и биохимические аспекты адаптации организма юных спортсменов к интенсивным режимам мышечной деятельности: Автореф. докт. дис. М., 1992. - 46 с.

18. Яковлев Н.Н. Биохимия спорта. - М.: ФиС, 1974. - 288 с.

19. Cerretelli P., Ambrosoli G. Limiting factors of physical performance. - Stuttgard, 1973. - 157 p.

20. Fagard R., Bielen E., Amery A. Heritability of aerobic power and anaerobic energy generation during exercise // J. Appl. Physiol. - 1991. -V. 70. - № 1. - P. 357-361.

21. Hultman E., Berstrom J. Local energy-suppluing substrates as limiting factors in different types of leg muscle work in normal man // Ed. Keul J. - Stuttgart, 1973. - P. 113 - 125.

22. Margaria R. Biochemistry of muscular contraction and recovery // J. Sports. Med. and Physical Fitness. - 1963. - 3. - P. 145.

23. Margaria R. Biomechanics and energetics of muscular exercise. - Oxford: Clarendon Press, 1976. - 146 p.

24. Muller A. (цит. по: В.С. Фарфель. Физиологические основы классификации физических упражнений //Физиология мышечной деятельности труда и спорта. Л., 1969, c. 425 - 439).

25. Wasserman K., Beaver W., Whipp B.J. Mechanisms and patterns of blood lactate increase during exercise in man // Med. Sci. Sport Exerc. - 1986. - V. 18. - № 3. - P. 344-352.