Современные физиология и биохоимия хоккея
Марьянович А.Т. - Доктор биологических наук, профессор, директор Государственного научно-исследовательского института социально-экономических проблем и спортивно-оздоровительных технологий СПб ГАФК им. П.Ф. ЛесгафтаМедведев Ю.В. – Кандидат химических наук, начальник сектора Государственного научно-исследовательского института социально-экономических проблем и спортивно-оздоровительных технологий СПб ГАФК им. П.Ф. Лесгафта
Источники энергии и пути ее превращения в организме. Энергия в человеческом организме получается путем утилизации пищевых веществ. Содержащаяся в этих веществах энергия сначала превращается в энергию макроэргических связей в молекуле аденозинтрифосфата (АТФ), а уже АТФ отдает энергию мышцам.
В молекуле АТФ связи между кислотными остатками (фосфатами) содержат в себе значительное количество энергии. В организме есть специальный белок – фермент АТФаза, которая отщепляет от АТФ один (концевой) фосфат. В результате АТФ превращается в аденозиндифосфат (АДФ). Высвободившаяся энергия передается в том числе и мышцам.
Рассмотрим на примере глюкозы использование пищевых веществ – источников энергии. Первый этап утилизации глюкозы называется гликолиз (что в переводе означает “расщепление глюкозы”). В ходе его молекула глюкозы превращается в молекулу пирувата (пировиноградной кислоты), давая при этом энергию для синтеза всего лишь двух молекул АТФ. Если в тканях недостаточно кислорода для окисления пирувата, он превращается в лактат (молочную кислоту). Это хорошо известное тренерам вещество накапливается в крови до тех пор, пока нагрузка на организм не снизится и не поступит достаточное количество кислорода. Тогда лактат превратится назад в пируват; пируват даст начало ацетилкоэнзиму А, а тот претерпит многочисленные превращения, составляющие суть так называемого цикла Кребса. Процесс закончится образованием в митохондриях еще 36-ти молекул АТФ.
Таким образом, полное использование одной молекулы глюкозы дает организму 38 молекул АТФ. Однако глюкоза – не единственный источник ацетилкоэнзима А, он может образовываться и из жирных кислот. Окисление одной молекулы жирной кислоты дает энергию для образования 138-ми молекул АТФ.
Повторю: гликолиз происходит без поглощения кислорода, это анаэробное (в буквальном переводе – “безвоздушное”) дыхание; цикл Кребса и процессы, происходящие в митохондриях, возможны только в кислородной среде (аэробное дыхание). Соотношение вкладов анаэробного и аэробного процессов в физическую работоспособность человека очевидно: из одной молекулы глюкозы без использования кислорода организм получает 2 молекулы АТФ, а при использовании кислорода – 38 молекул. Таким образом, анаэробные процессы высвобождают только чуть более 5% энергии, содержащейся в глюкозе, а аэробные – остальные 95%.
Анаэробная мощность организма спортсмена определяется его способностью мобилизовать максимальное количество мышечных волокон и с помощью гликолиза снабдить их достаточным количеством АТФ. Однако при кратковременных мышечных нагрузках этот путь является главным: кровь не успевает доставлять к мышцам необходимое количество кислорода, и большая часть энергии получается анаэробным путем.
Изменения, происходящие в организме хоккеиста представлены на таблице.
Лактатный порог. По мере того, как игрок выполняет физическую нагрузку возрастающей мощности, молочная кислота накапливается в его мышцах и выходит в кровь. Часть лактата при этом нейтрализуется специальными веществами, содержащимися в крови, но постепенно все новые количества образующегося лактата преодолевают сопротивление, и концентрация молочной кислоты в крови начинает повышаться. В этот момент кривая концентрации образует излом. Это означает, что к аэробному процессу получения энергии постепенно добавляется анаэробный процесс. Такой переход называется прохождением аэробного, или лактатного порога. Большинство физиологов спорта принимает за лактатный порог концентрацию молочной кислоты в крови 4 мМ. Анаэробный порог соответствует потреблению кислорода в 3,5–4,5 л/мин. После прохождения порога частота и глубина дыхания резко возрастают. Уровень лактата в крови хоккеистов повышается. Концентрация молочной кислоты в крови хоккеиста к концу периодов достигает 8–13 мМ, то есть, значительно превышает лактатный порог.
Кислородный долг. Небольшое повышение концентрации молочной кислоты в крови помогает эритроцитам отдавать тканям кислород. Однако постепенно накопление молочной кислоты изменяет скорость многочисленных биохимических реакций в организме. Предполагают, что при этом нарушается кровоснабжение мышечных волокон. Накопление молочной кислоты и все связанные с этим изменения в организме называются образованием кислородного долга, или дефицита кислорода.
Когда хоккеист прекращает работу или значительно снижает ее интенсивность, он устраняет несоответствие между потребностью мышц в кислороде и возможностями кардио-респираторной системы по его доставке. Лактат превращается обратно в пируват, а тот (через стадию ацетилкоэнзима А) окисляется в цикле Кребса до СО2, который выводится легкими в окружающую среду. Так происходит
погашение кислородного долга. Компенсация долга растягивается на несколько минут.
Коэффициент полезного действия организма. Организм не может использовать всю энергию, содержащуюся в пищевых веществах. Всякое превращение энергии из одного вида в другой происходит с обязательным образованием тепла, которое затем рассеивается в окружающем пространстве. Поэтому как синтез АТФ, так и передача энергии от АТФ к мышцам происходят с потерей примерно половины ее в виде тепла.
Только половина химической энергии, содержащейся в пище, идет на образование АТФ, вторая половина сразу же превращается в тепло и рассеивается в окружающей среде. Синтезированные молекулы АТФ доносятся кровью до мышц и там половина запасенной в них энергии используется в мышечном сокращении, а половина опять-таки превращается в тепло. В результате на выполнение внешней работы (в том числе и во время игры) человек может затратить не более 25% всей энергии, полученной им из пищи, остальные 75% уходят в тепло. Все же коэффициент полезного действия (КПД) человека (около 25%) во много раз выше, чем КПД, например, паровоза (примерно 4%).
Типы спортивных нагрузок. С точки зрения физиологии обмена энергии все варианты спортивных нагрузок должны быть разделены на три типа:
- нагрузки, обеспечиваемые анаэробным путем;
- нагрузки, обеспечиваемые аэробным и анаэробным путями;
- нагрузки, обеспечиваемые аэробным путем.
Во время матча в организме хоккеиста поддерживается довольно высокий уровень обмена энергии, обеспечиваемый почти исключительно аэробными процессами. При выходе игрока на лед уровень обмена энергии возрастает дополнительно, но пока еще сохраняет преимущественно аэробный характер. Во время выполнения игроком ТТД, он достигает максимума. Такие 5–7 секундные “всплески” обмена обеспечиваются, конечно, только анаэробным путем.
Типы мышечных волокон. В скелетных мышцах человека различают три типа мышечных волокон:
- тип I – медленные, с преобладанием аэробных процессов;
- тип Iia – быстрые, в которых сочетаются аэробные и анаэробные процессы;
- тип Iiб – быстрые, в которых преобладают анаэробные процессы.
Влияние тренировок на обмен энергии. Как было показано выше, теоретически аэробную производительность человеческого организма могут ограничивать следующие факторы:
- недостаток глюкозы (или гликогена);
- недостаток кислорода для окисления глюкозы;
- недостаточное количество митохондрий в мышечных волокнах и недостаточное количество ферментов в митохондриях, для того чтобы осуществить реакцию окисления.
Недостаток глюкозы в реальной хоккейной практике действует лишь частично: общие запасы энергии в организме спортсмена достаточны, питание их пополняет. Тренировка на выносливость – эффективное средство поддержания в организме высокого уровня запасов гликогена. Однако такая тренировка, как это подчеркивали тренеры, выступавшие на нашем семинаре, не решает всех проблем физической подготовки хоккеиста. Приведу пример и я: спортсмен в течение 6 недель тренировался одной ногой вращать педаль велоэргометра. В результате МПК возросло на 22%, а выносливость мышц нижней конечности – на 500%. Тренировка привела к тому, что выполнение физической нагрузки нижней конечностью вызывало уже существенно меньшее снижение концентрации гликогена в мышцах работающей ноги, концентрация лактата также возрастала значительно меньше.
Большее значение в практике хоккея имеет недостаточное поступление кислорода в мышечные волокна. Для увеличения доставки кислорода к мышцам происходят параллельно изменения в дыхательной и сердечно-сосудистой системах, а именно увеличиваются:
- жизненная емкость легких;
- глубина и минутный объем дыхания;
- ударный объем и минутный объем кровообращения;
- извлечение кислорода из единицы объема артериальной крови.
Биохимические средства ускоренного восстановления работоспособности хоккеистов. Одна из серьезных проблем современного хоккея – эффективное снятие утомления, накапливающегося в организме игроков в результате интенсивной тренировочной и соревновательной деятельности. Неполное выведение из организма недоокисленных продуктов метаболизма, образующихся в тканях при дефиците кислорода, а также накопление в клетках аномальных продуктов, связанных с избыточным образованием высокореакционных свободных радикалов, замедляют процесс нормализации обмена веществ, снижают работоспособность игрока и увеличивают риск микротравматизации.
В лаборатории биохимии физической культуры и спорта ГосНИИ СЭП и СОТ СПб ГАФК им. П.Ф. Лесгафта совместно с РНЦ ВМиК МЗ РФ и компанией «Биолонг» создано и прошло испытания лечебно-оздоровительное средство для ванн “Биолонг”. По данным Российского научного центра оздоровительной медицины и курортологии (Москва) средство “Биолонг” обладает высокой эффективностью при нарушениях опорно-двигательного аппарата, сосудистой системы и при синдроме хронической усталости. В заключении РНЦВМиК МЗ РФ особенно подчеркивается эффективность применения “Биолонга” в качестве профилактического средства, нормализующего клеточный метаболизм и препятствующего развитию патологических состояний. Средство “Биолонг” сертифицировано. Награждено двумя золотыми медалями на престижных медицинских форумах.
Высокая эффективность “Биолонга” основана на вызываемом им улучшении кровотока по сосудам – как крупным, так и мелким. Более того, после принятия ванн “Биолонг” наблюдается уменьшение венозной дисфункции. Принятие оздоровительных ванн после напряженной тренировочной или соревновательной деятельности будет способствовать более быстрому восстановлению работоспособности игроков и снизит проявления микротравматизации. Подробные данные о препарате помещены на последних страницах этой книги.