Аеробно представяне- това е способността на тялото да извършва работа, осигурявайки разход на енергия поради кислород, абсорбиран директно по време на работа.
Консумацията на кислород по време на физическа работа нараства с тежестта и продължителността на работата. Но за всеки човек има граница, над която консумацията на кислород не може да се увеличи. Обикновено се нарича най-голямото количество кислород, което тялото може да консумира за 1 минута при изключително тежка работа максимална консумация на кислород(IPC). Тази работа трябва да продължи най-малко 3 минути, тъй като... човек може да достигне максималната си консумация на кислород (VO2) едва на третата минута.
MPK е индикатор за аеробно представяне. MOC може да се определи чрез задаване на стандартно натоварване на велоергометър. Познавайки големината на натоварването и изчислявайки сърдечната честота, можете да използвате специална номограма, за да определите нивото на MOC. За тези, които не се занимават със спорт, стойността на MOC е 35-45 ml на 1 kg тегло, а за спортистите според специализацията е 50-90 ml/kᴦ. Най-високото ниво на VO2 max се постига при спортисти, занимаващи се със спортове, които изискват голяма аеробна издръжливост, като бягане на дълги разстояния, ски бягане, бързо пързаляне с кънки (на дълги разстояния) и плуване (на дълги разстояния). В тези спортове резултатът зависи 60-80% от нивото на аеробното представяне, ᴛ.ᴇ. колкото по-високо е нивото на MPC, толкова по-висок е спортният резултат.
Нивото на BMD от своя страна зависи от възможностите на две функционални системи: 1) системата за доставка на кислород, включително дихателната и сърдечно-съдовата система; 2) система, която използва кислород (осигурявайки усвояването на кислород от тъканите).
Искане за кислород.
За извършване на каквато и да е работа, както и за неутрализиране на метаболитните продукти и възстановяване на енергийните резерви е необходим кислород. Количеството кислород, необходимо за извършване на определена работа, обикновено се нарича потребност от кислород.
Прави се разлика между обща и минутна нужда от кислород.
Обща нужда от кислород- това е количеството кислород, което е изключително важно за извършване на цялата работа (например, за да избягате цялото разстояние).
Минутна заявка за кислород- това е количеството кислород, необходимо за извършване на дадена работа във всяка дадена минута.
Минутната нужда от кислород зависи от мощността на извършената работа. Колкото по-висока е мощността, толкова по-висока е заявката за минути. Достига най-голяма стойност на къси разстояния. Например при бягане на 800 м е 12-15 л/мин, а при маратон е 3-4 л/мин.
Колкото по-дълго е времето за работа, толкова по-голяма е общата заявка. При бягане на 800 м е 25-30 литра, а при маратон е 450-500 литра.
В същото време MOC дори на спортисти от международен клас не надвишава 6-6,5 l/min и трябва да се постигне едва на третата минута. Как тялото при такива условия осигурява извършването на работа, например при минутна нужда от кислород 40 l/min (100 m бягане)? В такива случаи работата протича в безкислородни условия и се осигурява от анаеробни източници.
Анаеробно представяне.
Анаеробно представяне- това е способността на тялото да извършва работа в условия на липса на кислород, осигурявайки разход на енергия от анаеробни източници.
Работата се осигурява директно от резервите на АТФ в мускулите, както и чрез анаеробна ресинтеза на АТФ с помощта на CrF и анаеробно разграждане на глюкоза (гликолиза).
Кислородът е необходим за възстановяване на запасите от АТФ и CrP, както и за неутрализиране на млечната киселина, образувана в резултат на гликолизата. Но тези окислителни процеси могат да се появят след края на работата. За извършване на каквато и да е работа е необходим кислород, само на къси разстояния тялото работи на дълг, отлагайки окислителните процеси за периода на възстановяване.
Количеството кислород, необходимо за окисляването на метаболитните продукти, образувани по време на физическа работа, обикновено се нарича - кислороден дълг.
Кислородният дълг може да се определи и като разликата между потребността от кислород и количеството кислород, което тялото консумира по време на работа.
Колкото по-висока е минутната нужда от кислород и колкото по-кратко е работното време, толкова по-голям е кислородният дълг като процент от общата нужда. Най-голям кислороден дефицит ще има на разстояния от 60 и 100 m, където минутната потребност е около 40 l/min, а времето за работа се изчислява в секунди. Кислородният дълг на тези разстояния ще бъде около 98% от заявката.
На средни разстояния (800 - 3000m) времето за работа се увеличава, мощността му намалява и следователно. консумацията на кислород се увеличава по време на работа. В резултат на това кислородният дълг като процент от търсенето намалява до 70 - 85%, но поради значително увеличение на общото потребление на кислород на тези разстояния, неговата абсолютна стойност, измерена в литри, се увеличава.
Показателят за анаеробна производителност е - максимум
кислороден дълг.
Максимален кислороден дълг- това е максималното възможно натрупване на анаеробни метаболитни продукти, които изискват окисление, при което тялото все още е в състояние да изпълнява работа. Колкото по-високо е обучението, толкова по-голямо е максималното съдържание на кислород. Така например за хора, които не се занимават със спорт, максималният кислороден дълг е 4-5 литра, а за спринтьори от висок клас може да достигне 10-20 литра.
Има две фракции (части) на кислородния дълг: алактична и лактатна.
Алактатчастта от дълга отива за възстановяване на резервите от CrP и ATP в мускулите.
лактатфракция (лактати - соли на млечна киселина) - по-голямата част от кислородния дълг. Отива да елиминира млечната киселина, натрупана в мускулите. Окисляването на млечната киселина произвежда вода и въглероден диоксид, които са безвредни за тялото.
Алактичната фракция преобладава при физически упражнения с продължителност не повече от 10 секунди, когато работата се извършва главно поради запасите на ATP и CrP в мускулите. Лактатът преобладава при по-продължителна анаеробна работа, когато процесите на анаеробно разграждане на глюкозата (гликолиза) протичат интензивно с образуването на голямо количество млечна киселина.
Когато спортистът работи в условия на кислороден дефицит, в тялото се натрупва голямо количество метаболитни продукти (предимно млечна киселина) и pH се измества към киселинната страна. За да може спортистът да извършва работа със значителна мощност при такива условия, тъканите му трябва да бъдат адаптирани да работят с липса на кислород и промяна на pH. Това се постига чрез тренировки за анаеробна издръжливост (кратки високоскоростни упражнения с висока мощност).
Анаеробното ниво на ефективност е важно за спортистите, работата
която продължава не повече от 7-8 минути. Колкото по-дълго е времето за работа, толкова по-малко влияние оказва анаеробният капацитет върху спортните постижения.
Праг на анаеробен метаболизъм.
При интензивна работа с продължителност поне 5 минути идва момент, в който организмът не е в състояние да задоволи нарастващите си нужди от кислород. Поддържането на постигнатата работна мощност и по-нататъшното й увеличаване се осигурява от анаеробни енергийни източници.
Появата в тялото на първите признаци на анаеробна ресинтеза на АТФ обикновено се нарича праг на анаеробния метаболизъм (ТАТ). В този случай анаеробните енергийни източници се включват в ресинтеза на АТФ много по-рано, отколкото тялото изчерпи способността си да осигурява кислород (ᴛ.ᴇ. преди да достигне своята MIC). Това е един вид „предпазен механизъм“. Освен това, колкото по-малко е тренирано тялото, толкова по-рано започва да се „застрахова“.
PAHO се изчислява като процент от MIC. При нетренирани хора първите признаци на анаеробна ресинтеза на АТФ (ANR) могат да се наблюдават, когато се достигне само 40% от нивото на максимална кислородна консумация. За спортисти, въз основа на техните квалификации, PANO е равен на 50-80% от MOC. Колкото по-висок е PANO, толкова повече възможности има тялото да извършва тежка работа, използвайки аеробни източници, които са по-енергийно полезни. Поради тази причина спортист, който има висок PANO (65% от MPC и повече), при равни други условия, ще има по-висок резултат на средни и дълги разстояния.
Физиологични характеристики на физическите упражнения.
Физиологична класификация на движенията
(според Farfel B.C.).
I. Стереотипни (стандартни) движения.
1. Движения на количествена стойност.
Циклични.
Правомощия на работа: Видове придвижване:
‣‣‣ максимум - движения, извършвани от краката;
‣‣‣ субмаксимални - движения, извършвани с
‣‣‣ много помощ от вашите ръце.
‣‣‣ умерено.
2. Движения с качествено значение.
Видове спортове: Оценявани качества:
Спортно-артистични - сила;
Гимнастика; - скорост;
акробатика; -координация;
Фигурно пързаляне; - баланс;
гмуркане; - гъвкавост;
Свободен стил и др. - неподдържан;
Експресивност.
Голяма група физически упражнения се изпълняват при строго постоянни условия и се характеризират със строга непрекъснатост на движенията. Това е група стандартни (стереотипни) движения.Такива физически упражнения се формират на принципа на двигателния динамичен стереотип.
Чрез правене нестандартни движенияняма твърд стереотип. В спортовете с нестандартни движения има определени стереотипи - техники за защита и атака, но в основата на движенията е реакцията на постоянно променящите се условия. Действията на спортиста са свързани с решаването на проблемите в даден момент.
3. Фактори, определящи аеробното представяне
Най-важният от всички разглеждани параметри на биоенергийните механизми е показателят за мощността на аеробните механизми - индикаторът MIC, който до голяма степен определя общата физическа работоспособност. Приносът на този показател за специалното физическо представяне в цикличните спортове, на дистанции, започвайки от средни разстояния, варира от 50 до 95%, в отборните спортове и бойните изкуства - от 50 до 60% или повече. Поне във всички спортове, според A.A. Guminsky (1976), стойността на MPC определя т.нар "общо представяне на обучението".
МОК при физически неподготвени мъже на възраст 20-30 години е средно 2,5-3,5 l/min или 40-50 ml/kg.min (около 10% по-малко при жените). При изключителни спортисти (бегачи, скиори и др.) MOC достига 5-6 l/min (до 80 ml/kg/min и повече). Движението на атмосферния кислород в тялото от белите дробове към тъканите определя участието на следните системи на тялото в преноса на кислород: системата за външно дишане (вентилация), кръвоносната система, сърдечно-съдовата система (циркулация), системата за използване на кислорода в тялото .
Увеличаването и подобряването (повишаването на ефективността) на аеробното представяне (AP) по време на тренировка се свързва предимно с повишаване на ефективността на вентилационните системи, след това на циркулацията и използването; тяхното включване не става паралелно и постепенно наведнъж, а хетерохронно: в началния етап на адаптация доминира вентилационната система, след това циркулацията, а на етапа на по-високо спортно майсторство - системата за използване (S.N. Kuchkin, 1983, 1986) .
Общразмерът на увеличението на AP се определя от различни автори от 20 до 100%, но проучванията в лабораторията по физиология на Всеруската държавна академия за физическа култура (S.N. Kuchkin, 1980, 1986) показват, че общото увеличение на относителният показател МИК е средно 1/3 от първоначалното (генетично обусловено ниво) - т.е. около 35%. Освен това, на етапа на първоначалното обучение, увеличението на VO2 max е най-забележимо и възлиза на до 20% (половината от общото увеличение), на етапа на спортно усъвършенстване (етап II адаптация) увеличението на VO2 max/тегло забавя се и възлиза на около 10%, като на етапа на по-високо спортно майсторство (III етап на адаптация) увеличението е минимално - до 5-7%.
По този начин началният период на адаптация е най-благоприятен за трениране на аеробни способности, а краят на този етап е важен за определяне на перспективите на даден спортист по отношение на аеробните постижения.
Нека разгледаме накратко основните промени в системите на тялото, отговорни за транспорта на кислород по време на развитието на издръжливостта.
IN система за външно дишанеНа първо място, се увеличават резервите на мощност - това са показатели за жизнен капацитет, MVL, сила и издръжливост на дихателните мускули. Така за висококвалифицирани плувци и академични гребци показателите на жизнения капацитет могат да достигнат 8-9 литра, а MVL - до 250-280 l / min и повече. Резервите на мощност са резервите на първия ешелон и те са включени в увеличаването на AC още в началните етапи на адаптация. Ето защо всички начинаещи спортисти и в началото на общия подготвителен период могат безопасно да препоръчат различни дихателни упражнения, които ще допринесат за по-добра аеробна адаптация.
На по-късните етапи на адаптация се подобрява способността за мобилизиране на силовите резерви, а по-късно ефективността (ефективността) на външното дишане се увеличава (S.N. Kuchkin, 1983, 1986, 1991). Така майсторските спортисти могат да използват жизнения си капацитет с 60-70% по време на упорита работа (срещу 30-35% за начинаещи). Кислородът се абсорбира по-ефективно от вдишания въздух (по отношение на коефициента на използване на кислорода, вентилационния еквивалент и др.), което осигурява високи стойности на MIC при вентилация от „само“ 100-120 l/min и ниска дихателна честота. За това допринасят и механизмите за по-ефективна работа. системи за изхвърляне на тъканикислород в работещите мускули, които могат да използват почти 100% от доставяния им кислород.
IN кръвоносна системаПо правило няма повишено съдържание на червени кръвни клетки и хемоглобин. Но увеличаване на обмяната на циркулиращата кръв (главно поради плазмата), появата на т.нар. хемоконцентрация(увеличаване съдържанието на хемоглобин поради освобождаване на част от плазмата в тъканта), в резултат на което по време на работа циркулиращата кръв има 10-18% повече хемоглобин, което води до повишаване на т.нар. кислороден капацитет на кръвта.
Значителни промени по време на развитието на издръжливостта настъпват в кръвоносна система - сърдечно-съдова система. На първо място, това засяга увеличаването на енергийните резерви - сърдечната дейност (систоличният обем може да достигне 180-210 ml, което при ефективна сърдечна честота от 180-190 удара / мин може да даде IOC от 32-38 литра / мин. ). Това се дължи на задължително увеличаване на общия обем на сърцето от 750 ml до 1200 ml или повече, причинено от работна хипертрофия и тоногенна дилатация (разширение) на сърдечните кухини.
Резерви на регулаторни механизмисе състои в образуването на брадикардия в покой и относителна работна брадикардия при извършване на аеробна работа. Сравнете: резервът на пулса за тренирани хора е: , а за нетренирани е:
. Тоест, само по отношение на пулса, резервът с тренировка ще бъде 164%.
Друг важен регулаторен механизъм: много повече кръв преминава през съдовете на работещите мускули при тренирани хора и в неработещите мускули. В.В. Василиева (1986) показа, че това се дължи на промени в лумена на кръвоносните съдове в съответните мускули. Подобрение системи за рециклиранесвързано до голяма степен с промени в работещите мускули: увеличаване на броя на бавните мускулни влакна с аеробни механизми за производство на енергия; работна хипертрофия от саркоплазмен тип и увеличаване на броя на митохондриите; значително по-висока капиляризация и, следователно, по-високо снабдяване с кислород; значителни аеробни биохимични промени в мускулите (увеличаване на капацитета и мощността на аеробния механизъм поради увеличаване на съдържанието и активността на ензимите на окислителния метаболизъм с 2-3 пъти, увеличаване на съдържанието на миоглобин с 1,5-2 пъти, както и като гликоген и липиди с 30-50% и т.н.).
Така тренировката за издръжливост предизвиква следните основни функционални ефекти:
Повишаване и подобряване на всички качествени и количествени показатели на механизма за аеробно енергоснабдяване, което се проявява при максимална аеробна работа.
Повишаване на ефективността на дейността на организма, което се изразява в намаляване на разходите за единица работа и в по-малки функционални промени при стандартни натоварвания (пулс, вентилация, лактат и др.).
Повишена резистентност - способността на тялото да устои на промените във вътрешната среда на тялото, поддържайки хомеостазата, компенсирайки тези промени.
Подобряване на терморегулацията и увеличаване на запасите от енергийни ресурси.
Повишаване на ефективността на координация на двигателните и вегетативните функции с пряка регулация чрез нервни и хуморални механизми.
Ограничаването на аеробното представяне е свързано с ниска скорост на доставяне на кислород до мускулите, недостатъчен дифузионен капацитет и окислителен потенциал на мускулите и прекомерно натрупване на метаболити от анаеробна гликолиза.
Системата за доставка и използване на кислород е доста сложна и включва няколко етапа. Нищо чудно, че не е възможно да се идентифицира една единствена, „основна“ причина,ограничаване на аеробното представяне на хора с различни нива на функционална годност. Проблемът с идентифицирането на факторите, ограничаващи аеробното представяне, става особено актуален, когато става въпрос за висококвалифицирани спортисти, работещи с екстремно напрежение в системите за автономна поддръжка на мускулната активност.
Понастоящем най-често използваният параметър, характеризиращ аеробното представяне, е MOC. В същото време многократно е доказано, чеспортните резултати на дълги разстояния (работа с продължителност над 3-4 минути) зависят от мощността, развита на ниво PANO.
С увеличаване на тренировката скоростта на използване на лактат от работещите мускули се увеличава, което е придружено от намаляване на концентрацията на лактат в кръвта. По този начин, колкото по-висок е аеробният капацитет на спортиста, толкова по-малък е приносът на анаеробната гликолиза при отказ от работа по време на тест с нарастващо натоварване. От това следва, че е възможна ситуация, когато консумацията на кислород на ниво ANSP се доближава много до максималната стойност (MIC).
Ако приемем, че специфичната консумация на кислород (консумацията на кислород, разделена на мускулното тегло) се доближава до максимална стойност, тогава по-нататъшно увеличаване на консумацията на кислород (работна мощност) може да бъде постигнато само чрез увеличаване на активната мускулна маса. Логично е да се предположи, че най-ефективният начин в този случай е да се увеличи консумацията на кислород чрез увеличаване на обема на мускулните влакна с висока окислителна способност, т.е. предимно влакна тип I (бавни мускулни влакна).
Тези съображения предполагат, че PANO трябва да зависи главно от общия обем на влакната тип I в мускула, тоест бавните мускулни влакна.
Изводи:
- При работа с малка мускулна маса (например: изпъване на крака в колянната става), увеличаването на натоварването винаги води до пропорционално увеличаване на кръвоснабдяването на работещия мускул и консумацията на кислород от тялото. В случай на работа с голяма мускулна маса (например: работа на велоергометър), за някои хора, когато се достигне максимална мощност, консумацията на кислород от тялото и кръвоснабдяването на работещия мускул достигат плато и периферните механизми не влияят на този ефект.
- При работа с голяма мускулна маса мощността, при която кръвоснабдяването на работещия мускул намалява, съвпада с прага на анаеробния метаболизъм, но при половината от тренираните хора интензификацията на анаеробната гликолиза настъпва без намаляване на кръвоснабдяването.
- При висококвалифицирани атлети за издръжливост е открита отрицателна корелация (r=-0,83; p<0,05) между ПАНО, определяющим уровень тренированности, и концентрацией лактата в крови при максимальной аэробной нагрузке. У 20% высококвалифицированных спортсменов порог анаэробного обмена практически совпадает с максимальной мощностью, достигнутой в тесте. Соответственно, потребление кислорода достигает максимума при низкой концентрации лактата в крови (5,6±0,4 ммоль/л).
- При спортисти, трениращи издръжливост, при работа с голяма мускулна маса (например: работа на велоергометър), консумацията на кислород на ниво PANO корелира (r=0,7; p<0,05) с объемом волокон I типа (медленных) в основной рабочей мышце и не зависит от объема волокон II типа (быстрых).
- Силовите тренировки с ниска интензивност (50% от максималната волева сила) без релаксация водят до увеличаване на размера на предимно мускулни влакна тип I (бавни). По този начин тази тренировъчна техника дава възможност за допълнително повишаване на аеробното представяне (консумация на кислород на ниво ANNO) при спортисти с ниски концентрации на лактат при максимално аеробно натоварване.
Източник на информация: по материали от Попов Д.В. (2007)
ОСНОВИ НА АНАЛИЗА НА АНАЕРОБНАТА ПРОИЗВОДИТЕЛНОСТ Когато се оценява оперативната производителност на различни системи за генериране на енергия, е важно да се разбере разликата между капацитета на системата и мощността. Енергиен капацитет е общото количество енергия, което се използва за извършване на работа и се произвежда в дадена енергийна система. Енергийната мощност на една система е максималното количество ATP енергия, което се генерира при натоварване за единица време от дадена енергийна система.
МЕТАБОЛИТНИ ПРОЦЕСИ НА ОБРАЗУВАНЕ НА ЕНЕРГИЯ И ТЯХНАТА ИНТЕГРАЦИЯ □ Креатинфосфокиназа (алактат) – моментален механизъм за попълване на АТФ (ATP-Cr. F система); регенериране на АТФ от ATP-Cr системата. F през креатинкиназните и аденилаткиназните пътища не води до образуване на лактат и се нарича алактичен. □Гликолитичен, лактат (система за преобразуване на гликоген в лактат) представлява фосфорилирането на аденозин дифосфат (ADP) през пътищата на гликогенолизата и гликолизата, води до производството на лактат и се нарича лактат. Генерирането на АТФ енергия в тези процеси става без използването на кислород и следователно се определя като анаеробно производство на енергия.
Анаеробната работа с висок интензитет може да доведе до 1000-кратно увеличение на скоростта на гликолиза в сравнение със състоянието на покой. Попълването на ATP по време на максимално продължително упражнение никога не се постига само от една система за производство на енергия, а по-скоро е резултат от координирана метаболитна реакция, при която всички енергийни системи допринасят по различен начин за мощността.
ПРАКТИЧЕСКИ ПОДХОДИ По-осъществимо е да се измерва пиковата оперативна производителност за периоди, вариращи от няколко секунди до почти 90 секунди. При такава продължителност на работа ресинтезата на АТФ зависи главно от алактичния и лактатния анаеробен път. Прости оценки на анаеробния разход на енергия могат да бъдат получени от резултатите от теста, допълнени, ако е възможно, с биохимични или физиологични
1. Предполага се, че мускулните ATP резерви поддържат само няколко контракции и се оценяват по-добре чрез мускулна сила и измервания на максимална моментална мощност. 2. Предполага се, че максималното упражнение с продължителност няколко минути или повече е предимно аеробно и изисква информация за аеробния метаболизъм. Ако е необходимо да се съберат данни за анаеробните компоненти на специалното представяне на спортисти, участващи в спортове, в които продължителността на максималното усилие е около 2 минути или малко повече, е необходимо да се вземе предвид взаимодействието
КРАТКОСРОЧЕН АНАЕРОБЕН РАБОТОСПОСОБЕН КАПАЦИТЕТ Този компонент се определя като общата работна мощност по време на максимална продължителност на силови упражнения до 10 s. Може да се разглежда като мярка за алактична анаеробна производителност, която се осигурява главно от мускулната концентрация на АТФ, системата ATP-Cr. F и леко анаеробна гликолиза. Най-висока производителност на работа за секунда в процес
МЕЖДИННО ИЗПЪЛНЕНИЕ НА АНАЕРОБНА РАБОТА Този компонент се определя като общата работна мощност по време на максимален период на упражнение до 30 s. При такива условия работната производителност е анаеробна с основен лактатен (около 70%), значителен алактичен (около 15%) и аеробен (около 15%) компоненти. Работната мощност през последните 5 s от теста може да се счита за косвена оценка на лактатната анаеробна мощност.
НЕПРЕКЪСНАТА АНАЕРОБНА РАБОТА ИЗПЪЛНИТЕЛНОСТ Дефинирана като общата работна мощност по време на максимално работно натоварване до 90 s. Характеризира границата на продължителността на работа, която може да се използва за оценка на анаеробния капацитет на системата за енергоснабдяване на спортисти. Предимствата на тези тестове са, че те позволяват цялостната оперативна производителност на анаеробните системи да бъде оценена при максимални изисквания към тях и да се определи количествено намаляването на оперативната производителност от една част на теста към следващата (например първите 30 s спрямо последните 30
ВЪЗРАСТ, ПОЛ И МУСКУЛНА МАСА Анаеробното представяне се увеличава с възрастта по време на растежа при момчета и момичета. Максималните стойности на този тип производителност се постигат на възраст от 20 до 29 години, след което започва постепенното му намаляване. Спадът с възрастта е еднакъв при мъжете и жените. Този спад изглежда почти линеен с възрастта, възлизащ на 6% на десетилетие. Мъжете се представят по-добре от жените при 10-, 30- и 90-секундни максимални тестове, а работната мощност на килограм телесно тегло при жените е приблизително 65% от работната мощност на килограм телесно тегло при мъжете. Подобен
Максималната производителност е свързана с: анаеробен размер на тялото, особено чиста маса мускулна маса. Някои специфични за възрастта и пола разлики в максималното анаеробно представяне са свързани повече с промените в мускулната маса, отколкото с други фактори.
СТРУКТУРНИ И ФУНКЦИОНАЛНИ ФАКТОРИ, ВЛИЯЩИ НА АНАЕРОБНОТО ИЗПЪЛНЕНИЕ. Мускулна структура и състав на влакната Мускулната структура играе важна роля за нивото на мощност и количеството работа, което може да генерира. Степента на полимеризация на актиновите и миозиновите филаменти, тяхното разположение, дължината на саркомера, дължината на мускулните влакна, площта на напречното сечение на мускула и общата мускулна маса са структурни елементи, които допринасят за мускулната производителност при анаеробни условия, особено за абсолютна работоспособност . Връзката между състава на мускулните влакна и анаеробното представяне не е проста. Спортисти, които се специализират в спортове, които са анаеробни по природа или спортове, които изискват висока анаеробна мощност и капацитет, показват по-висок дял на бързо съкращаващи се влакна (FTF). Колкото повече BS влакна или колкото по-голяма площ заемат, толкова по-висока е способността за развитие 1
2. НАЛИЧНОСТ НА СУБСТРАТА Изходът на енергия за максимално упражнение с много кратка продължителност се обяснява главно с разграждането на ендогенни богати на енергия фосфагени, но изглежда (поне при хората), че генерирането на максимално упражнение дори за много кратки периоди от време е осигурен от едновременното разграждане на СР и гликоген. Изчерпване на резервите F ограничава анаеробната производителност при натоварвания с максимална мощност и много кратка продължителност. Но главната роля на Кр. Ph в мускулите е ролята на буфер между концентрациите на ATP и ADP.
3. НАТРУПВАНЕ НА ПРОДУКТИ НА РЕАКЦИЯТА Анаеробната гликолиза се развива с много кратко забавяне след началото на мускулната контракция и се придружава от натрупване на лактат и съответно повишаване на концентрацията на водородни йони (Н+) в телесните течности. Мускулните концентрации на лактат се увеличават значително след краткотрайно натоварване и могат да достигнат стойности от около 30 mmol kg-1 мокро тегло по време на изтощение. Мускулните буферни системи създават частичен буфер за водородни йони. Например концентрацията на мускулен бикарбонат намалява от 100 mmol L-1 течна среда
Въпреки това, мускулът не може да буферира произвежданите водородни йони за дълго време и p. Мускулната H намалява от 7,0 преди натоварването до 6,3 след максималното натоварване, което води до изтощение. Намаляване на реката Саркоплазменият Н нарушава взаимодействието на Са 2+ с тропонина, което е необходимо за развитието на контракция и се обяснява с конкуренцията на водородни йони (Н+) за калциево-свързващи места. По този начин честотата на образуване на напречни мостове на актомиозина намалява с намаляване на р. H, а също и скоростта на синтез и разграждане на енергията се намалява (според принципа на обратната връзка и поради нарушаване на активността на катализаторите и ензимите) Способността да се устои на ацидозата се увеличава
ЕФЕКТИВНОСТ НА МЕТАБОЛИТНИТЕ ПЪТИЩА Определя се от скоростта на разгръщане на енергийния процес. Скоростта на реакцията на креатинкиназата се определя от активността на креатинкиназата. Активността на който се увеличава с намаляване на АТФ в мускулите и натрупване на АДФ. Интензивността на гликолизата може да бъде стимулирана или забавена от различни сигнали (хормони, йони и метаболити). Регулирането на гликолизата до голяма степен се определя от каталитичните и регулаторни свойства на два ензима: фосфофруктокиназа (PFK) и фосфорилаза. Както бе споменато по-горе, упражненията с висока интензивност водят до прекомерно увеличаване на H+ и бързо намаляване на p. N мускули. Концентрацията на амоняк, който е производно на дезаминирането на аденозин 5"-монофосфат (AMP), в скелетните мускули се увеличава по време на максимално натоварване. Това увеличение е още по-изразено при субекти с висок процент на BS фибри. Амонякът обаче е признат като активатор на PPA и може да създаде буфер за някои промени в вътреклетъчното рН. Проучванията in vitro показват, че фосфорилазата и PPK са почти напълно инхибирани, когато нивата на рН се доближат до 6,3. като по този начин се нарушава способността за продължаване на извършването на механична работа поради анаеробния път
Зависи от качеството и количеството на мускулните влакна: BS влакната са богати на ATP, CK и гликолитични ензими в сравнение с бавно съкращаващите се влакна. От това обобщение става ясно, че тренировката максимизира анаеробното представяне, тъй като повечето от ограничаващите фактори се адаптират в тяхното взаимодействие в отговор на тренировка с висока интензивност.
ХАРАКТЕРИСТИКИ НА МУСКУЛИТЕ, НЕОБХОДИМИ ЗА ПОСТИГАНЕ НА ВИСОКО НИВО НА АНАЕРОБНА ЕФЕКТИВНОСТ И РЕЗУЛТАТИТЕ ОТ ВЪЗДЕЙСТВИЕТО НА ВИСОКОИНТЕНЗИВНАТА ТРЕНИРОВКА ВЪРХУ ПОКАЗАТЕЛИТЕ, КОИТО ГО ОПРЕДЕЛЯТ Характеристики на мускулите Фактори на анаеробна ефективност Стойност на ATP CP Гликоген Bu Ферментен капацитет Максимален лактат p. N в случай на изтощение Съотношение на BS влакна Набиране на BS влакна CK активност Фосфорилазна активност FFK активност Да Вероятно не Вероятно да Вероятно не Да Да Да Вероятно да Да Ефект от тренировката = или = или ↓ = = или
СИСТЕМА ЗА ПОДАВАНЕ НА КИСЛОРОД При равни други фактори, системите за подаване и използване на кислород вероятно допринасят много значително за върховите работни показатели по време на натоварване от 90 секунди или повече. Очевидно, колкото по-дълго е натоварването, толкова по-голяма е важността на окислителната система. При условия на по-краткотрайни максимални натоварвания системата за подаване на кислород няма да функционира на максимално ниво и окислителните процеси в крайната част на работата
При работа с натоварване с максимална интензивност с продължителност от 60 до 90 s ще бъде преодолян дефицитът на кислород, свързан с началото на работа, а окисляването на субстратите в митохондриите в края на работата ще доведе до увеличаване на дела на аеробните процеси. в енергоснабдяването на работата. В този случай лицата, които са в състояние бързо да мобилизират системите за доставка и използване на кислород и имат съответно висока аеробна мощност, ще имат предимство при условия на междинна продължителност и
НАСЛЕДСТВО Сега е установено, че генотипът на индивида до голяма степен определя предпоставките за висока аеробна мощност и издръжливост, както и високо или ниско ниво на реакция към тренировка. Ние знаем много по-малко за наследствеността на анаеробното представяне. Краткосрочната анаеробна работна производителност (базирана на 10-секундна максимална работна производителност на велоергометър) има значително генетично влияние от приблизително 70%, когато данните са изразени на килограм чиста маса. Наскоро бяха анализирани няколко проучвания на спринт с участието на близнаци и техните семейства, проведени в Япония и Източна Европа. Оценките за наследственост за изпълнение на спринта варират от 0,5 до 0,8. Тези данни предполагат, че генотипът на индивида има значителен ефект върху краткосрочната анаеробна работа. Все още няма надеждни доказателства относно ролята на наследствеността в дългосрочната анаеробна работа. От друга страна, наскоро получихме доказателства за генетични влияния върху разпределението на видовете фибри и
ТРЕНИРОВКА Тренировката увеличава мощността и капацитета по време на краткосрочна, междинна и дългосрочна анаеробна работа. Вариациите в тренировъчния отговор (тренируемостта) към специфичен анаеробен тренировъчен режим са изследвани широко. Отговорът на краткосрочното анаеробно обучение не зависи значително от генотипа на индивидите, докато отговорът на дългосрочното анаеробно обучение се определя до голяма степен от генетични фактори. Способността за обучение за обща 90-секундна работа се характеризира с генетично влияние, което отчита приблизително 70% от вариацията в отговор на обучението. Тези данни са от голямо значение за треньорите. Въз основа на резултатите от тестовете е по-лесно да се намерят талантливи хора за краткосрочна анаеробна работа, отколкото за дългосрочна анаеробна работа. СЪС
Аеробна издръжливост- това е способността за извършване (ниска работа) за дълго време и устояване на умората. По-конкретно, аеробната издръжливост се определя от лактатния праг. Колкото по-високо е, толкова по-голяма е аеробната издръжливост.
Аеробният праг е точката на пиков аеробен капацитет на тялото, при достигането на която анаеробните „енергийни канали“ започват да работят с формацията. Това се случва, когато достигнете около 65% от максималната си сърдечна честота, което е около 40 удара под анаеробния праг.
Аеробната издръжливост се разделя на видове:
- Кратки - от 2 до 8 минути;
- Средно - от 8 до 30 минути;
- Дълги - от 30 или повече.
Аеробната издръжливост се тренира с помощта на непрекъснати и.
- Непрекъснатото обучение помага за подобряването;
- Интервалните тренировки са необходими за подобряване на мускулната дейност на сърцето.
Основна статия за аеробно обучение за издръжливост:
Методи за измерване на аеробния капацитет
За съжаление е невъзможно директно да се оцени общото количество, ресинтезирано поради аеробни реакции в работещите мускули и дори в отделен мускул. Въпреки това е възможно да се измери индекс, пропорционален на количеството АТФ, повторно синтезирано в аеробни реакции.
За индиректна оценка на скоростта на ресинтеза на АТФ по време на мускулна работа се използват следните основни методи:
- директно измерване на консумацията на кислород;
- индиректна калориметрия;
- 1H и 31P магнитно-резонансна спектроскопия;
- позитронно-емисионна томография;
- инфрачервена спектрометрия.
Трябва да се отбележи, че тук са отбелязани само най-популярните методи, използвани за изследване на енергията по време на мускулна работа.
Директно измерване на консумацията на кислород. Консумацията на кислород (ОК) е равна на произведението на кръвния поток и артериовенозната разлика в кислорода в дадена област. Локалният кръвен поток в изследваната област се определя чрез термодилуция, разреждане на етикета или ултразвукови техники. По правило методът на Fick се използва за определяне на PC в отделен работен мускул (например в изолиран препарат) или в отделна област (например в тъкан на краката). Това е предимство на този метод. Недостатъците на метода са инвазивност и значителна методологична сложност при извършване на измервания, свързани както с процедурата за катетеризация на артерии и вени, така и с методологични трудности при определяне на локалния кръвен поток и газовото напрежение в кръвни проби. Освен това, ако измерванията не се извършват върху изолиран препарат, тогава трябва да се има предвид, че анализираната венозна кръв идва не само от работещия мускул, но и от неактивни тъкани, което може да изкриви реалните резултати. Независимо от това, определянето на PC според Fick се използва активно при максимални тестове по време на локална работа (например при разтягане на крака в колянната става) и при работа с голяма мускулна маса (велоергометрия).
Индиректна калориметрия (газов анализ на вдишвания и издишван въздух). Общият PC е пропорционален на общото количество ATP, ресинтезиран поради окислителните реакции в тялото. PC се изчислява като произведение на показателя за белодробна вентилация, нормализиран към стандартни условия, от разликата между съотношението на кислорода във вдишания и издишания въздух. Чрез изчисляване на респираторния коефициент (съотношението на освободения въглероден диоксид към консумирания кислород) е възможно да се определи кой субстрат се използва при окисляването. След това, като се използва калорийният еквивалент на кислорода, може да се изчисли количеството енергия, получено от тялото от окисляването на даден субстрат.
Предимството на този метод е неговата неинвазивност, лекота на използване и възможност за извършване на измервания при почти всякакъв вид мускулна активност. Възможностите за използване на метода се разшириха значително с появата на преносимите газови анализатори. Недостатъците на газовия анализ включват следното. Използвайки индиректна калориметрия, е възможно да се оцени PC и енергийните разходи само за целия организъм.
Това означава, че е невъзможно да се определи каква част от кислорода се използва за захранване на активните мускули, сърцето, дихателните мускули и други тъкани. Тази задача става особено актуална при работа, в която участва малка мускулна маса. В този случай консумацията на кислород от сърцето и дихателните мускули може да допринесе значително за общата консумация на кислород.
1H и 31P магнитно-резонансна спектроскопия. Методът се основава на измерване на електромагнитния отговор на ядрата на водородните атоми към тяхното възбуждане от определена комбинация от електромагнитни вълни в постоянно магнитно поле с висок интензитет. Методът позволява неинвазивна оценка на промените в концентрацията на водородни йони, неорганичен фосфор, креатин фосфат, АТФ и дезоксимиоглобин в специфична област от изследваната тъкан. Този метод е стандарт за оценка на промените в макроергичната енергия както в условия на почивка, така и по време на физическа активност. При някои условия промяната в концентрацията на креатин фосфат е правопропорционална на аеробния ресинтез на АТФ. Следователно този метод се използва активно за оценка на аеробния метаболизъм.
В момента, използвайки този метод, също се изолира сигнал, пропорционален на концентрацията на деоксигениран миоглобин и се изчислява парциалното налягане на кислорода в миоплазмата. Промяната в парциалното налягане на кислорода и абсолютната стойност на този показател са характеристика на промяната в съотношението доставка на кислород към митохондрия / използване на кислород от митохондрията и критерий за адекватността на работата на системата за доставка на кислород към митохондрията. Въпреки несъмнените предимства на метода, използването му е значително ограничено от много високата цена на оборудването и обемността на устройството, както и силното магнитно поле, създадено по време на измерването.
Позитронно-емисионна томография. Методът се основава на записване на двойка гама лъчи, произведени по време на анихилацията на позитрони. Позитроните възникват от бета-разпада на позитрон на радиоизотоп, който е част от радиофармацевтик, който се въвежда в тялото преди изследването. Чрез специален скенер се следи разпределението на биологично активните съединения, белязани с краткоживеещи радиоизотопи в организма. За да се оцени консумацията на кислород в тъканите, се използва дишане на газова смес с белязана кислородна молекула - O 2. Консумацията на кислород от работещия мускул се изчислява като произведение на концентрацията на кислород в артериалната кръв, коефициента на регионална екстракция и коефициента на регионална перфузия. Ограниченията на метода са свързани с високата цена на скенер и циклотрон, устройство, необходимо за производството на радиоизотопи.
Инфрачервена спектрометрия. Методът се основава на факта, че биологичната тъкан е пропусклива за светлина в областта, близка до инфрачервената. Източникът на светлина и приемникът са разположени на повърхността на тялото на разстояние от 3-5 см, което ще бъде равно на половината от разстоянието между тях. Промените в концентрацията на оксигениран и деоксигениран хемоглобин в измерената тъкан (мускул) могат да бъдат изчислени с помощта на различни дължини на вълните в инфрачервената област (600-900 nm), при които светлината се абсорбира предимно от оксигениран или деоксигениран хемоглобин и миоглобин. Тъй като концентрацията на хемоглобина е няколко (4-5) пъти по-висока от тази на миоглобина, основните промени, регистрирани с този метод, ще бъдат свързани предимно с промени в оксигенацията на хемоглобина. Записаният сигнал ще съдържа информация за общата промяна в оксигенацията на всички тъкани, разположени в зоната на измерване.
При постоянна линейна скорост на кръвния поток или при липса на кръвен поток (оклузия), промените в концентрацията на деоксигениран хемоглобин ще бъдат право пропорционални на промените в PC в измерената област. Чрез сумиране на промените в концентрациите на кислороден и деоксигениран хемоглобин могат да се изчислят промените в концентрацията на хемоглобин. Този индикатор отразява кръвоснабдяването на измерваната област. Методът също така ви позволява да изчислите общия индекс на тъканна оксигенация - съотношението на наситения с кислород хемоглобин към общия - изразено като процент.
Предимствата на инфрачервената спектрометрия включват неинвазивност, лекота на използване и възможност за извършване на измервания при почти всякакъв вид физическа активност, както в лабораторни, така и в полеви условия, с помощта на преносими устройства. Недостатъкът на метода е интегралната оценка на оксигенацията на тъканите, разположени в зоната на измерване. Например значителен слой кожа и мазнини може значително да изкриви сигнала от активната мускулна тъкан.
Тестове за упражнения за изследване на аеробния капацитет
За определяне на аеробните възможности на тялото в лабораторни условия се използва симулация на реална мускулна активност – тестове с натоварване. Основните изисквания към тези тестове трябва да бъдат надеждност, информационно съдържание и специфичност. Последното изискване е особено важно, тъй като при избора на тест е необходимо използваното упражнение да включва същите мускулни групи като при състезателното движение, както и да използва модел на движение, който е възможно най-близък до реалните условия (състезателно движение) . Например бегачът трябва да бъде тестван, докато бяга на бягаща пътека, а гребецът трябва да бъде тестван, докато работи на специален велоергометър за гребане. Няма смисъл да се определя общата физическа годност на плувец в тест на велоергометър (работа на краката), докато основните работещи мускули в това събитие са мускулите на ръцете и торса.
Всички тестове, използвани във физиологията на мускулната дейност, се свеждат до измерване на физиологичните реакции в отговор на дадено или избрано натоварване. В растежа на всеки физиологичен индикатор в отговор на увеличаване на натоварването има етап на бърз растеж (0,5-2 минути), етап на бавно нарастване (квазистационарно състояние) и етап на индикатора, достигащ истинско стабилно състояние. При максимални натоварвания третият етап не винаги е постижим. За да се опише ясно реакцията на тялото към конкретно натоварване, е необходимо физиологичните показатели да достигнат истинско стабилно състояние или максимално ниво. По правило достигането на истинско стабилно състояние може да отнеме 5-15 минути за различни индикатори, дори при относително малко (10-15% от максималната стойност) увеличение на натоварването.
В идеалния случай при тестване е необходимо да се определи как се променят определени физиологични показатели в отговор на натоварвания с различна интензивност, до максимума. В този случай, колкото по-малко е увеличението на натоварването, толкова по-точна ще бъде динамиката на промените в изследвания показател. Ако обаче изчакате, докато индикаторът достигне истинско стабилно състояние, тестът ще отнеме твърде дълго.
Въз основа на тези съображения се предлага метод за изпитване със стъпаловидно нарастващо натоварване. Този тестов модел ви позволява да оцените реакцията на тялото в целия диапазон от натоварвания от минимално до максимално аеробно натоварване. По-нататък под максимално аеробно натоварване (мощност) ще се разбира максималната мощност, постигната в теста при нарастващо натоварване, т.е. мощност, сравнима с мощността, при която се постига (MPC).
Впоследствие се появи аналог на този тест - тест с непрекъснато нарастващо натоварване. И двата метода за определяне на натоварването станаха широко разпространени и са почти универсално приети модели за тестване на аеробното представяне.
Недостатъците на тези модели са наличието на период на забавяне между увеличаването на натоварването и увеличаването на физиологичния показател, тъй като физиологичният индикатор в този случай няма време да достигне истинско стабилно състояние. Следователно резултатите от теста (индикатор, свързан с мощността) ще бъдат донякъде завишени в сравнение с дълъг тест с постоянно натоварване. Периодът на забавяне е особено изразен при ниски натоварвания и е малко по-силен при теста с непрекъснато нарастващо натоварване, отколкото при теста със стъпаловидно нарастващо натоварване.
От друга страна, изпитването с постоянно нарастващо натоварване има редица предимства. Различните физиологични показатели имат различна скорост на достигане на квазистабилно състояние, следователно при рязко увеличаване на натоварването хетерогенността е неизбежна: например скоростта на увеличаване на консумацията на кислород в този случай ще бъде по-висока от скоростта на увеличаване на въглерода диоксидни емисии. Това може да изкриви някои изчисления, като например аеробен-анаеробен преход, определен с помощта на метода на V-наклона. Освен това, ако при тест със стъпаловидно нарастващо натоварване степента на увеличение на мощността е доста голяма (50 W), тогава спортистът може да откаже да работи на последния етап, без изобщо да достигне своя индивидуален максимум. Поради това тестовете с непрекъснато нарастващо натоварване стават все по-популярни за оценка на аеробния капацитет на тялото.
Показатели, характеризиращи аеробните възможности на организма
В литературата много показатели се обсъждат като критерий за аеробно представяне, в една или друга степен свързани със спортните постижения на дистанции с продължителност над 5 минути, т.е. където ресинтезата на АТФ по време на работа се осигурява предимно от аеробни реакции. За да се провери информативността на избрания критерий, като правило се определя връзката му със спортния резултат и се оценява приносът му към дисперсията. В допълнение към достатъчното информационно съдържание, важна характеристика на метода за оценка на аеробния капацитет трябва да бъде неговата неинвазивност и лекота на използване. Следователно този раздел ще разгледа предимно рутинни методи за оценка на аеробния капацитет. В съвременната литература могат да бъдат идентифицирани следните най-популярни подходи за тестване на аеробното представяне:
- оценка на максималните показатели, характеризиращи работата на системата за пренос на кислород;
- директна оценка на максималната мощност, при която се наблюдава квазистационарно състояние между производството и използването на гликолитични продукти;
- индиректна оценка на аеробно-анаеробен преход.
Показатели, характеризиращи максималната производителност на системата за пренос на кислород. Максималните възможности на системата за пренос на кислород обикновено се определят при максимален тест с нарастващо натоварване по време на глобална работа. Най-широко използваните максимални мерки са максимален сърдечен дебит (CO) и VO2 max.
Сърдечен дебит (CO)е високо информативен индикатор, характеризиращ аеробното представяне, тъй като определя доставката на кислород до всички активни тъкани (не само работещите мускули). Според редица автори максималният CO е ключов фактор, определящ аеробните възможности на организма.
Максималната SV може да се определи или чрез директния метод на Фик, или косвено. Директният метод е инвазивен и затова не може да стане рутинен. От неинвазивните методи най-надежден (сравнение с директния метод r = 0,9-0,98) се оказа методът за вдишване на газова смес, съдържаща разтворими и слабо разтворими (биологично инертни) газове. Процедурата на тестване е дишане с газова смес (6-25 дихателни цикъла), което може да бъде организирано или по типа на обратното дишане, или по вида на дишането в отворен кръг (издишване в атмосферата). Методът се основава на принципа на масовия баланс: скоростта на потребление на разтворим газ (ацетилен, въглероден оксид), като се вземе предвид коефициентът на разтворимост, е пропорционална на кръвния поток в белодробния кръг. В първите дихателни цикли количеството на общата консумация на разтворим газ зависи не само от неговата разтворимост в кръвта, но и от смесването му с алвеоларен въздух. Следователно, за да се коригира общата консумация на разтворим газ, се използва биологично инертен газ (хелий, серен хексофлуорид) като маркер, характеризиращ пълното запълване на алвеоларния обем с респираторната газова смес. Методът не се използва широко поради високата цена на газовите масспектрометри, най-подходящите измервателни инструменти за тази техника.
Това е интегрален показател, който характеризира компютъра на цялото тяло (не само на работещите мускули), т.е. общото количество АТФ, ресинтезирано чрез окисление. MIC може да се определи неинвазивно чрез индиректна калориметрия (газов анализ). Благодарение на широкото използване на газови анализатори, MIC се превърна в един от най-популярните критерии, характеризиращи аеробните възможности на тялото.
Недостатъците на тези два показателя (максимални SV и MIC) са интегративността. Известно е, че по време на глобални аеробни упражнения основният дял от кръвния поток и консумацията на кислород се извършва в работещите и дихателни мускули. Освен това разпределението на кислорода между тези две мускулни групи зависи от натоварването и при максимално натоварване е съответно 75-80% и 10-15%. По време на субмаксимална работа, белодробната вентилация може да се увеличи експоненциално. Енергията е необходима за осигуряване на функционирането на дихателните мускули. Диафрагмата - основният дихателен мускул - има високи окислителни способности/нужди, така че енергийното снабдяване на диафрагмата се осъществява предимно по аеробния път. Това означава, че делът на кислорода, консумиран от дихателните мускули, може да се увеличи точно в края на работата. Това предположение беше потвърдено в проучвания, оценяващи силата, развивана от дихателните мускули по време на аеробни упражнения с различна интензивност до максимум, и в експерименти, при които PC на дихателните мускули беше определен при симулиране на работния дихателен модел в покой. Преразпределението на кръвния поток от работещите към дихателните мускули може да бъде улеснено от метаборефлекса, който възниква, когато дихателните мускули се уморят.
Също така не можем да изключим възможността за допълнително преразпределение на кръвния поток от основните работещи мускули към мускули, които се активират допълнително при максимално натоварване. В резултат на действието на тези фактори съотношението кръвен поток/консумация на кислород, което се дължи на работещите мускули, може рязко да намалее точно при близки до максималните и максимални аеробни натоварвания. Въпреки това, промените в максималния CO и VO2 max не отразяват непременно промените в консумацията на кислород от основните работещи мускули. Друг недостатък на максималните показатели за CO и MOC трябва да се счита за самата процедура на тестване. За да постигне наистина максимално представяне, субектът трябва да бъде силно мотивиран и решен да се представи на максимално ниво, което не винаги е възможно. Това условие налага допълнителни ограничения върху качеството на максималните тестове и честотата на тяхното изпълнение.
Индикатор за максимално стабилно състояние на лактат в кръвта. По време на работа с ниска интензивност ресинтезът на АТФ в активните мускули се случва почти изцяло поради аеробни реакции. Крайните продукти на окислението са въглероден диоксид и вода. Въглеродният диоксид дифундира в кръвта, свързва се с хемоглобина и се отстранява от тялото през белите дробове. Започвайки от определена мощност, ресинтезът на АТФ се осигурява не само чрез окисление, но и чрез гликолиза. Продуктът е пируват и водород. Пируватът под действието на ензима пируват дехидрогеназа може да се превърне в ацетил-КоА и да влезе в цикъла на трикарбоксилната киселина. Ако мускулните влакна имат висока активност на мускулен тип лактат дехидрогеназа, тогава пируватът се превръща в лактат. Ако има висока активност на ензима лактат дехидрогеназа от сърдечен тип в мускулна клетка, тогава лактатът се превръща в пируват и допълнително се използва като субстрат за цикъла на трикарбоксилната киселина.
Натрупващият се в цитоплазмата лактат може да бъде освободен в интерстициума чрез дифузия или с помощта на специални носители. От междуклетъчното пространство навлиза в съседни влакна, където може да влезе в цикъла на трикарбоксилната киселина, поне когато концентрацията на лактат в интерстициума е ниска, т.е. по време на работа с ниска интензивност или в кръвта. В кръвта лактатът се транспортира до активните скелетни мускули и други тъкани (например сърце, черен дроб, скелетни мускули), където може да се използва. Ако производството на лактат и водородни йони (млечна киселина) в клетката е по-голямо от тяхното използване и отстраняване, тогава концентрацията на лактат в мускулните влакна започва да се увеличава и намалява. Увеличаването на концентрацията на лактат допринася за повишаване на осмотичното налягане вътре в клетката (един от механизмите на работеща хемоконцентрация). Според някои автори лактатът няма директен отрицателен ефект върху контрактилитета на мускулните влакна. Въпреки това, лактатът може косвено да допринесе за намаляване на рН чрез повлияване на метаболизма на Na+/H+ и Na+/Ca2+ в клетката. Доказано е в животински мускули, че лактатните йони са в състояние да инхибират функционирането на калциевите канали и да активират АТФ-зависимите калиеви канали в саркоплазмения ретикулум и клетъчната мембрана, което може също косвено да повлияе на контрактилитета на мускулните влакна.
От друга страна, увеличаването на вътреклетъчната концентрация на водородни йони влияе негативно на контрактилитета на мускулните влакна. Както е известно, при тежка мускулна умора pH във влакното може да падне до 6,17-6,5. Предполага се, че в този случай водородните йони могат да повлияят на процеса на свързване на миозиновите напречни мостове към актина чрез намаляване на чувствителността на тропонина към калция. Това води до намаляване на силата на свиване на мускулните влакна, а в крайни случаи, при изразено понижение на рН, до значителна загуба на контрактилитета. В допълнение, намаляването на pH има инхибиращ ефект върху активността на някои ензими на анаеробния метаболизъм, по-специално ключовата връзка в гликолизата, фосфофруктокиназата.
Умората, която възниква по време на мускулна работа, не трябва да се свързва само с натрупването на водородни йони и лактат. Най-вероятно развитието на умора има сложен характер, причинено от промени в концентрацията на различни метаболити и йони, промени в величината на мембранния потенциал и възбудимост. Независимо от това, тези промени са пряко или косвено свързани с изразено засилване на гликолизата.
Индиректно, степента на активност на мускулната гликолиза по време на работата на голяма мускулна маса може да бъде оценена чрез определяне на концентрацията на лактат или рН на кръвта, тъй като транспортирането на протони и лактат от мускулните влакна е пропорционално на тяхното образуване. Освен това е установена значителна връзка между концентрацията на лактат в мускулната тъкан и в кръвта след динамично натоварване. Оценяването на активността на гликолизата чрез промени в pH и концентрацията на лактат в кръвта дава валидни резултати само при работа с голяма мускулна маса. В противен случай промените в концентрацията на лактат в кръвта са малки. Разбира се, не може да се приравни концентрацията на лактат в кръвта или рН на кръвта с активността на гликолизата, тъй като част от лактата може да се използва от други тъкани (черен дроб, сърце и др.). Следователно, най-обективният метод за оценка на активността на гликолизата е да се изчисли общият изход на лактат от клетките като продукт на кръвния поток и венозно-артериалната разлика в лактата, но това е инвазивен метод, който не е подходящ за рутинно изследване.
Промените в концентрацията на лактатни и/или водородни йони по време на тренировка също се оценяват директно в интерстициума или в самото мускулно влакно, като се използват методи на микродиализа или иглена биопсия и неинвазивния метод на 1H и 31P магнитно-резонансна спектроскопия. Съвременната технология за микродиализа дава възможност да се оцени динамиката на интерстициалната химия директно по време на статична и динамична работа. Проучване с паралелни измервания на лактат в интерстициума и венозна кръв по време на тест с нарастващо натоварване показва сходна динамика на тези показатели. Освен това, концентрацията на лактат във венозна кръв през втората половина на теста не се различава от концентрацията на лактат в интерстициума 1H и 31P магнитно-резонансна спектроскопия също дава възможност да се оцени промяната директно по време на работа, но поради методологични ограничения , измерванията са възможни само по време на локална работа.
Ако по време на продължителна работа (10-30 минути) при постоянна мощност активността на гликолизата е ниска, тогава след известно време в мускулната клетка ще се установи баланс между производството и използването на гликолитични метаболити. С по-голяма мощност гликолитичната активност ще се увеличи и равновесието ще се установи на ново повишено ниво. В даден момент увеличаването на мощността ще доведе до подчертано повишаване на активността на анаеробните реакции: производството на метаболити ще бъде по-голямо от тяхното използване. Концентрацията на водородни и лактатни йони в клетката, интерстициума и кръвта ще започне непрекъснато да се увеличава при постоянна работна мощност. В крайна сметка рН на клетката ще падне до изключително ниски стойности, контрактилните способности на мускула ще намалеят и човекът ще бъде принуден да откаже да продължи да работи (поддържайки дадено ниво на мощност).
Тези аргументи бяха потвърдени в експерименти с хора, когато се измерваше лактат и/или pH на кръвта по време на работа с постоянно натоварване. Концентрациите на лактат в отговор на началото на упражнението се променят бързо през първите 1-4 минути. След това индикаторът бавно достига плато. Повечето автори използват емпиричен критерий, за да преценят дали този показател достига плато: повишаване на концентрацията на лактат под 0,025-0,05 mmol/l/min в периода от 15-та до 20-та минута на тест с постоянно натоварване. Силата, при която се наблюдава максимално стабилно състояние между освобождаването в кръвта и използването на продуктите на гликолизата (зависимостта на концентрацията на лактат от работното време при дадена мощност достига плато), се нарича максимално стабилно състояние за лактат. По правило не е възможно да се избере идеално точно натоварването, съответстващо на мощността на максимално стабилно състояние за лактат. Следователно се извършват две или три натоварвания с емпирично избрана мощност и чрез екстраполация се определя мощността, при която се наблюдава критичната скорост на нарастване на лактата.
Оказа се, че средната популационна концентрация на лактат в максимално стационарно състояние е 4 mmol/l. В този случай могат да се наблюдават доста широки вариации (2-7 mmol/l). Не беше възможно да се установи връзка между концентрацията на лактат при максимално стабилно състояние и нивото на тренировка. Въпреки това е установена ясна връзка между мощността, при която се проявява максималното стабилно състояние за лактат, и нивото на аеробно представяне: колкото по-висока е годността на дадено лице, толкова по-голяма е мощността, при която се постига максимално стабилно състояние за лактат. От гледна точка на трениращите спортисти, максималното стабилно състояние на лактат характеризира максималната мощност (скорост на движение на разстояние), която спортистът може да поддържа за няколко десетки минути. В този случай не се вземат предвид свръхдълги (маратонски) разстояния, където един от факторите, ограничаващи представянето, може да бъде изчерпването на въглехидратните резерви.
Индикатори, които индиректно оценяват аеробно-анаеробния преход. Въпреки очевидното прогностично значение на максималния стационарен индикатор за лактат, този метод за оценка на аеробния капацитет има значителен недостатък - той е по-трудоемък и стресиращ. Това налага сериозни ограничения върху използването на този тест като рутинен диагностичен инструмент. Като се има предвид факта, че повечето физиологични показатели се променят бързо в отговор на увеличаване на натоварването - в рамките на първите една или две минути, е възможно да се оцени преходът от "чисто" аеробен към аеробно-анаеробен метаболизъм в тест със стъпаловидно нарастващо натоварване с продължителност на стъпката 2-3 минути . Впоследствие, за същите цели, беше използван тест с непрекъснато нарастващо натоварване с подобен градиент на увеличаване на натоварването. Много автори се опитват да предложат свои собствени критерии за идентифициране на мощността (консумацията на кислород), при която се извършва аеробно-анаеробен преход. Най-популярните критерии за оценка на аеробно-анаеробен преход са обсъдени по-долу.
Както вече беше отбелязано, тестът за нарастващо натоварване е модел, който ви позволява да оцените целия диапазон от физиологични реакции към натоварвания от минимални до максимални. За разумно тълкуване на получените резултати е необходимо да си представим какво се случва в тялото, когато мощността се променя от минимум към максимум. Предполага се, че по време на теста с нарастващо натоварване мускулните влакна се набират в съответствие с правилото на Henneman. В началото на теста при минимална мощност се активират предимно мускулни влакна тип I. С увеличаване на мощността в работата се включват моторни единици с по-висок праг, т.е. са включени влакна тип IIA и II B. Въпреки че не могат да бъдат направени директни измервания по време на динамична работа при експерименти с хора, има много косвени доказателства, потвърждаващи правилността на това предположение. По този начин, по време на работа на велоергометър с постоянно натоварване с умерена интензивност, беше демонстрирано изчерпване на гликоген в мускулите