Потребление кислорода после физической нагрузки

В первые минуты восстановления, хотя мышцы уже не работают активно, потребность в кислороде уменьшается не сразу. Наоборот, потребление кислорода остается повышенным в течение некоторого времени (рис. 22) Это избыточное потребление кислорода, превышающее необходимую величину в покое, называется кислородным долгом. В последнее время более распространено определение "избыточное потребление кислорода после физической нагрузки". Это дополнительное количество к обычно потребляемому количеству кислорода.

«Избыток» потребления кислорода в востановительном периоде (Кислородный долг) - результат множества физиологических процессов. По окончании мышечной работы запасы богатых энергией соединений (креатинфосфата и гликогена) в мышце снижены. Для восстановления запасов обоих соединений нужна энергия, поэтому мышца, уже находясь в состоянии покоя, продолжает некоторое время усиленно потреблять кислород.

Кислородный долг – это количество потребленного кислорода в восстановительном периоде сверх уровня основного обмена.

Различают кислородный долг, который идет на окисление молочной кислоты – лактатный кислородный долг – и на восстановление КрФ и АТФ – алактатный кислородный долг.

Тренировка на выносливость ведет к уменьшению кислородного дефицита в начале работы в связи с совершенствованием кардиореспираторной системы.

Таким образом, по характеру энергообеспечения мышечной деятельности физические нагрузки делятся на аэробные и анаэробные. Однако это деление относительное, так как при большинстве физических упражнений в большей или меньшей степени присутствуют оба вида энергообеспечения. Зоны их действия частично перекрываются.

Сравните энергетические пути с точки зрения их использования во время физических нагрузок. В процессе выработки энергии все эти пути взаимодействуют. Однако во время кратковременной интенсивной нагрузки преобладает анаэробное окисление, тогда как аэробное окисление преобладает, если физическая активность продолжается более 5 минут. Различия аэробного и анаэробного метаболизма обобщенно представлены в следующей таблице (табл. 2).

Таблица. 2. Различия аэробного и анаэробного метаболизма.

Рис. 23. Примерный вклад в % аэробных и анаэробных энергоисточников на разных дистанциях легкоатлетического бега (М.Я. Коц, 1986)

Пути ресинтеза АТФ и их вклад в энергообеспечение мышечной деятельности будут зависеть от интенсивности, длительности нагрузок и способности систем обеспечить энергетические процессы в мышце кислородом.

При однократных кратковременных нагрузках максимальной интенсивности ресинтез АТФ происходит за счет энергии КрФ. При более длительных интенсивных нагрузках в течение 10–20 секунд ресинтез АТФ совершается за счет распада углеводов, т. е. процессов гликолиза. При еще более длительных нагрузках – за счет аэробного окисления углеводов и жиров. На рис. 23 рассматривается зависимость вклада того или иного вида энергообеспечения от длительности физических нагрузок на примере динамического упражнения (легкоатлетический бег), причем интенсивность и продолжительность работы находятся в обратной зависимости (с увеличением длительности работы уменьшается ее интенсивность).

Аэробные возможности организма проявляются в упражнениях большой и умеренной интенсивности, где в процессе работы можно полностью покрыть (удовлетворить) кислородный запрос. К числу наиболее важных факторов, определяющих аэробную производительность человека, следует отнести функциональные возможности кислородно-транспортной системы; запасы гликогена в мышцах и печени; способность мышц к окислению жиров (это в основном касается упражнений средней мощности и длительной работы: марафон, длительная ходьба и т. д.); мощность систем тканевого дыхания, зависящую от структурной организации и активности ферментов митохондриального комплекса; содержание миоглобина; степень васкуляризации мышц и совершенство регуляторных механизмов, которые обеспечивают необходимое кровоснабжение во время работы.

При кратковременных нагрузках высокой интенсивности, когда невозможно доставить адекватное запросам количество кислорода к работающим мышцам и во внутренней среде организма наступают выраженные сдвиги, основное значение имеет анаэробная производительность. Ведущими физиологическими системами, лимитирующими анаэробные возможности, являются: мощность внутриклеточных анаэробных ферментативных систем; общие запасы в мышцах энергетических веществ, которые служат субстратом анаэробных превращений; степень совершенства компенсаторных механизмов, обеспечивающих поддержание внутреннего гомеостаза в анаэробных условиях мышечной деятельности; уровень развития тканевых адаптаций, позволяющих выполнять напряженную работу при выраженных изменениях во внутренней среде организма (накопление молочной кислоты и т. д.); психическая устойчивость человека и ее мотивация; центральная нервная регуляция; скоростно-силовые свойства нервно-мышечного аппарата.

При выполнении анаэробно-аэробных нагрузок ведущими физиологическими системами и механизмами являются: емкость и мощность гликолитической энергосистемы рабочих мышц, функциональные свойства нервно-мышечного аппарата, кислородно-транспортные возможности организма и окислительные возможности работающих мышц.

При недостаточном поступлении кислорода во время нагрузки и участии анаэробных процессов в энергообеспечении мышечной деятельности в организме происходит накопление продуктов анаэробного распада: АДФ, креатина, молочной кислоты. После работы эти продукты выводятся из организма или преобразовываются в углеводы, АТФ, КрФ с участием кислорода.

Условия, необходимые для энергообеспечения физической нагрузки аэробным путем

1) достаточная плотность митохондрий в мышечных волокнах, позволяющая поддерживать ресинтез АТФ аэробным путем;

2) отсутствие чрезмерного накопления продуктов обмена, ограничивающих скорость биохимических реакций в цикле Кребса при данной нагрузке;

3) достаточная доставка кислорода.

При невыполнении любого условия, а тем более всех их вместе, образование

АТФ начинает происходить анаэробным путем.

Запас энергии в мышцах мужчин массой 75 кг:

 за счет АТФ – 1,5 ккал;

 за счет КрФ – 3,5 ккал;

 за счет гликогена – 1200 ккал;

 за счет жира – 50 000 ккал.

Все ли скелетные мышцы используют одни и те же источники АТФ и создают одинаковую силу?

Одинаковы ли волокна скелетных мышц по своим механическим и метаболическим особенностям?

Нет. Скелетные мышцы содержат разные типы мышечных клеток с различной морфологией и физиологией. Это проявляется в неодинаковых скоростях проведения и сокращения, способности генерировать силу и метаболических возможностях.

Волокна скелетных мышц неодинаковы по своим механическим и метаболическим особенностям

Основные характеристики типов волокон скелетных мышц:

1) в зависимости от максимальной скорости укорочения - волокна быстрые и медленные;

2) в зависимости от главного пути образования АТФ - волокна оксидативные и гликолитические.

На основании двух рассмотренных характеристик (скорость укорочения и тип метаболизма) можно выделить три типа волокон скелетных мышц.