Факторы, определяющие и лимитирующие аэробную производительность

Важнейшим из всех рассмотренных параметров биоэнергетических механизмов является показатель мощности аэробного механизма - МПК, который в значительной мере определяет общую физическую работоспособность. Вклад этого показателя в специальную физическую работоспособность в циклических видах спорта начиная со средних дистанций составляет от 50 до 95%, а в игровых видах спорта и единоборствах - от 50 до 60% и более. По крайней мере во всех видах спорта величина МПК определяет так назы­ваемую общую тренировочную работоспособность, то есть, способность переносить значительные объемы тренировочных нагрузок путем своевремен­ной ликвидации кислородного долга в ходе занятия.

Величина МПК измеряется в абсолютных и относительных единицах. Абсолютная величина МПК измеряется в литрах потребленного кислорода за 1 мин (л/мин) и составляет довольно вариабельную величину (от 2 до 5 л/мин). Более распространено использование относительного показателя МПК (МПК/массу тела) в мл/мин/кг. Нормальные величины этого показателя для здоровых мужчин составляют 40-50 мл/мин/кг, для женщин примерно на 10% меньше - 35-45 мл/мин/кг. Вместе с тем индивидуальные величины МПК у здоровых людей довольно значительно варьируют, что предопределя­ет использование этого показателя с целью определения перспективности и отбора. Существуют нормативы величины МПК для представителей элиты в различных видах спорта (табл. 2). Как видно из представленных данных, у высококвалифицированных спортсменов, тренирующихся преимущественно на выносливость, величины МПК находятся в границах 70-85 мл/мин/кг, а у представителей ациклических видов спорта - в диапазоне 65-50 мл/мин/кг, то есть значительно превышают показатели здоровых людей-неспортсменов.

Таблица 2

Абсолютные и относительные величины МПК у высококвалифицированных спортсменов, специализирующихся в различных видах спорта

Если рассматривать сложную функциональную систему кислородного обеспечения организма, то показатель мощности этой системы — величина МПК - подчиняется количественным взаимосвязям, соответствующим принципу Фика (МОК = МПК/АВР О₂), из которого МПК = МОК • АВР О₂, где МОК - минутный объем кровообращения, а АВР О₂ - величина артериально-венозной разности по кислороду.

Движение кислорода в организме от легких к тканям определяет участие в кислородном транспорте следующих систем организма: системы внешнего дыхания (вентиляция), системы крови, сердечно-сосудистой системы (циркуляция), системы утилизации организмом кислорода.

Повышение аэробной производительности (АП) в первую очередь связано с увеличением мощности систем вентиляции, циркуляции и утилизации. В таблице 3 показан диапазон увеличения важнейших показателей этих систем при тяжелой мышечной работе в процессе адаптации к трениро­вочным нагрузкам у спортсменов.

Таблица 3

Максимальный диапазон увеличения показателей некоторых вегетативных функций при мышечной работе у высококвалифицированных спортсменов

Правда, их включение идет не параллельно и постепенно всех разом, а гетерохронно: на начальном этапе адаптации преимущественно включается система вентиляции, затем циркуляции и на этапе высшего спортивного мастерства - утилизации.

Роль дыхательной системы в аэробной производительности организма. Дыхательная система, как недавно считалось, не может лимитировать аэробную производительность. Однако исследования последних лет поколе­бали эту точку зрения. Линейная зависимость величины легочной вентиляции от мощности нагрузки сохраняется только до уровня ПАНО, после чего, сти­мулируемая нарастающим в крови лактатом, она экспоненциально возрастает и в результате на уровне МПК может достигать величин 140 л в минуту и бо­лее. В силу этого резко увеличивается кислородная стоимость самого дыха­ния (может доходить до 25% общего кислородного дебита), что приводит к уменьшению кислородного обеспечения работающих мышц. Если учесть, что при тяжелой работе функциональное мертвое пространство увеличивается до 800-1000 мл, к этому присоединяются утомление дыхательных мышц и появ­ление поверхностного дыхания типа одышки и т.д., то становится ясным, что система вентиляции начинает ограничивать эффективное кислородное обеспечение организма.

Роль системы крови в аэробной производительности организма.Переносчиком кислорода является гемоглобин, и сохранение его нормальных величин в процессе напряженной тренировки позволяет удержать кислородную емкость крови в нормальных границах. Гораздо чаще встречаются случаи снижения уровня гемоглобина, что является плохим диагностическим признаком. Пока не выявлено достоверного увеличения количества эритро­цитов и гемоглобина у тренированных спортсменов, а искусственные гемо-трансфузии (кровяной допинг), как известно, не принесли желаемых резуль­татов. Кроме того, факт гемоконцентрации при физических нагрузках являет­ся естественным физиологическим механизмом увеличения кислородной ем­кости крови. Таким образом, хотя резервы системы крови не увеличивают своего вклада в повышение аэробной производительности, но сохранение ее нормальных параметров гарантирует оптимальное функционирование всей системы кислородного транспорта.

Производительность сердечно-сосудистой системы - главный фактор, лимитирующий аэробные возможности организма. Главная роль системы кровообращения в обеспечении кислородного транспорта неоспорима. Это хорошо видно из принципа Фика. Имеющиеся данные о максималь­ной производительности сердца как насоса (до 42 л/мин) свидетельствуют о том, что это, по-видимому, видовой предел для человека, так как при этом надо иметь величину систолического выброса около 220 мл при частоте сер­дечных сокращений около 200 уд/мин. Объем сердца в такой ситуации дол­жен быть не менее 1200-1300 мл, что чревато клиническими последствиями. Таким образом, совершенствование работы системы кислородного транспор­та в принципе не может идти по пути повышения производительности работы сердца, а только по пути ее оптимизации. К таким механизмам следует отне­сти кардиальные, сосудистые, гемические и регуляторные механизмы. В ре­зультате адаптации организма к напряженным физическим нагрузкам каждое звено системы кровообращения вместе с аппаратом регуляции начинает ра­ботать с повышенной эффективностью, однако уровень общей работоспособ­ности и аэробной производительности тем не менее лимитируется именно возможностью предельной производительности сердечно-сосудистой систе­мы.

Роль системы утилизации кислорода тканями организма в аэробной производительности. Система тканевой утилизации кислорода включа­ет в себя скелетные мышцы, сердце и дыхательные мышцы. К основным тка­невым механизмам, совершенствующимся в процессе адаптации к различным факторам среды и увеличивающим способность ткани утилизировать кисло­род из крови, можно отнести следующие: увеличение числа и структуры ми-тохондрий; повышение активности окислительных ферментов, в частности цитохромоксидазы, и др.; увеличение площади диффузионной поверхности в работающих мышцах за счет общего объема капилляров; вовлечение в дея­тельное состояние большего количества нейромоторных единиц; увеличение количества энергетических субстратов и миоглобина.

Индикация удельного вклада системы тканевой утилизации кислорода осуществляется по величине артериально-венозной разности по кислороду (АВР О₂), что также ясно из уравнения Фика. Эта величина при предельной мышечной работе может достигать у нетренированных 120-140 мл на 1 л крови. У высококвалифицированных спортсменов этот показатель возрастает до 160-170 и даже 180 мл. Вполне понятно, что нарушение деятельности этой системы приводит к снижению производительности всей системы кислородного транспорта.

Таким образом, рассмотрев факторы, определяющие и лимитирующие аэробную производительность, следует заключить, что главным лимитирующим звеном в этой системе является сердечно-сосудистая система. Однако в качестве первичного звена, которое может создать затруднение в системе ки­слородного транспорта, может быть любая из ее составляющих (система вен­тиляции, система крови, система утилизации). В таком случае "удар" в ко­нечном итоге будет нанесен сердечно-сосудистой системе, которая всегда служит конечно-лимитирующим звеном. Известным подтверждением этому является часто встречающаяся патология сердечно-сосудистой системы у спортсменов.