Реферат на тему: Биохимические основы двигательных качеств спортсмена

Содержание:

Введение

К двигательным качествам обычно относятся сила, скорость, выносливость, координация, гибкость, прыгучесть и др. Высокое развитие двигательных способностей - непременное условие успешной технико-тактической подготовки, наличие у спортсменов морально-волевых качеств. 

Рассмотрим те качества двигательной активности, в развитии которых существенную роль играют биохимические механизмы. К этим моторным качествам в первую очередь относятся сила, скорость и выносливость. Поскольку в структурно-морфологических и биоэнергетических основах силы и скорости много общего, их обычно объединяют в скоростно-силовые качества.  

Биохимические основы скоростно-силовых качеств

Быстрота может быть определена как комплекс функциональных свойств организма, которые непосредственно и преимущественно определяют время двигательного действия. При оценке проявления скорости учитываются латентное время двигательной реакции, скорость одиночного мышечного сокращения и частота мышечных сокращений.   

Под мышечной силой обычно понимают способность преодолевать внешнее сопротивление или противодействовать ему посредством мышечного напряжения.

Скоростно-силовые качества во многом зависят от энергообеспечения работающих мышц и их структурно-морфологических особенностей, во многом предопределенных генетически.        

Ресинтез АТФ развивается быстрее всего за счет креатинфосфатной реакции. Он достигает максимума через 1-2 с после начала работы. Максимальная мощность этого метода образования АТФ превышает скорость гликолитического и аэробного путей синтеза АТФ в 1,5 и 3 раза соответственно. Именно благодаря креатинфосфатному пути ресинтеза АТФ мышечные нагрузки выполняются с наибольшей силой и скоростью. В свою очередь, величина максимальной скорости креатинфосфатной реакции зависит от содержания креатинфосфата в мышечных клетках и активности фермента креатинкиназы.                       

Это возможно увеличить запасы креатинфосфата и активность креатинкиназы посредством использования физических упражнений, что приводит к быстрому истощению креатинфосфата в мышцах.         

Для этого используются кратковременные упражнения, выполняемые с максимальной мощностью.

Хороший эффект дает использование методики интервальной тренировки, состоящей из серии таких упражнений. Атлету предлагается серия из 4-5 упражнений максимальной мощности продолжительностью 8-10 секунд. Отдых между упражнениями в каждой серии 20-30 с. Продолжительность отдыха между сериями 5-6 минут.         

С каждым упражнением запасы креатинфосфата в мышцах уменьшаются. Во время отдыха между упражнениями в мышцах активируется гликолитический путь ресинтеза АТФ. Но поскольку в этот период мышцы не функционируют, образующиеся молекулы АТФ используются для частичного восстановления запасов креатинфосфата. Достаточно продолжительное время отдыха между сериями позволяет практически полностью восполнить содержание креатинфосфата. Однако суперкомпенсация не развивается, так как отдых заменяется новой серией упражнений.                

В результате запасы креатинфосфата в мышцах постепенно истощаются. Как только будет достигнута критическая величина снижения концентрации креатинфосфата в работающих мышцах, мощность выполняемых нагрузок сразу снизится. Обычно это состояние достигается после 8-10 серий упражнений.         

Во время отдыха после тренировки наблюдается выраженная суперкомпенсация креатинфосфата. Поэтому повторное использование таких тренировок должно привести к увеличению запасов креатинфосфата в мышцах, активности креатинкиназы и положительно сказаться на развитии скоростно-силовых качеств спортсмена.        

Внедрение высокоскоростных и силовых нагрузок в субмаксимальной мощности зоны обеспечивается энергией в основном за счет гликолитического ресинтеза АТФ. Возможности этого метода получения АТФ обусловлены внутримышечными запасами гликогена, активностью ферментов, участвующих в этом процессе, и устойчивостью организма к молочной кислоте, образующейся из гликогена.       

Поэтому для развития скоростно-силовых способностей на основе гликолитического энергоснабжения используются тренировки, отвечающие следующим требованиям.

Во-первых, тренировки должны привести к резкому снижению содержания гликогена в мышцах с последующей его суперкомпенсацией.

Во-вторых, во время тренировки молочная кислота должна накапливаться в мышцах и в крови для последующего развития к ней сопротивления организма.

Для этого могут использоваться методы повторяющейся и интервальной работы. Используемые упражнения должны вызвать увеличение скорости гликолитического пути ресинтеза АТФ и привести к увеличению образования и накопления лактата в работающих мышцах и его выбросу в кровоток. Такие условия соответствуют выполнению экстремальных нагрузок продолжительностью несколько минут. В случае интервальной тренировки можно использовать серию из 4-5 таких упражнений. Отдых между упражнениями в серии - несколько минут. Хороший эффект - постепенное уменьшение времени отдыха - например, с 3 до 1 минуты. Каждое такое упражнение вызывает расщепление внутримышечного гликогена и образование молочной кислоты. Коротких периодов отдыха между упражнениями недостаточно для выведения лактата. Отдыха между сериями упражнений, который составляет 15-20 минут, также недостаточно для полного выведения лактата, в связи с чем упражнения в каждой последующей серии выполняются на фоне повышенной концентрации молочной кислоты в мышцах, что способствует образованию устойчивость организма к повышенной кислотности.                     

Интервалы отдыха, как между отдельными упражнениями, так и между сериями упражнений, явно недостаточны для восстановления запасов гликогена, и в результате во время тренировки содержание гликогена в мышцах постепенно снижается до очень низких значений, что является предпосылкой возникновения выраженной суперкомпенсации.

Структурно-морфологические особенности мышц, определяющие возможности проявления силы и скорости, касаются строения как отдельных мышечных волокон, так и мышцы в целом. Скоростно-силовые качества отдельного мышечного волокна зависят от количества сократительных элементов - миофибрилл, а также от развития саркоплазматической сети, содержащей ионы кальция. Саркоплазматический ретикулум также участвует в проведении нервных импульсов внутри мышечной клетки.  

Содержание миофибрилл и развитие саркоплазматической сети неодинаковы в мышечных волокнах разных типов.

В зависимости от преобладания тех или иных способов образования АТФ, химического состава и микроскопического строения различают три основных типа мышечных волокон: тонические, фазические и переходные. Эти типы волокон также различаются по возбудимости, времени, скорости и силе сокращения и продолжительности функционирования.         

Тонические волокна содержат относительно большое количество митохондрий, в них много миоглобина, но мало сократительных элементов - миофибрилл. Основной механизм ресинтеза АТФ в таких мышечных волокнах - аэробный. Поэтому они сокращаются медленно, развивают небольшую мощность, но могут длительно сокращаться.     

Фазовые волокна имеют множество миофибрилл, хорошо развитую саркоплазматическую сеть и для них подходят многие нервные окончания. В них хорошо развиты коллагеновые волокна, что способствует их быстрому расслаблению. В их саркоплазме, концентрация креатинфосфата и гликоген является значительными, активность креатинкиназы и ферментов гликолиза является высокой. Относительное количество митохондрий в белых волокнах намного меньше, содержание в них миоглобина низкое, поэтому они имеют бледный цвет. Энергоснабжение белых мышечных волокон осуществляется за счет креатинфосфатной реакции и гликолиза. Сочетание анаэробных путей ресинтеза АТФ с большим количеством миофибрилл позволяет волокнам этого типа развивать высокую скорость и силу сокращения. Однако из-за быстрого истощения запасов креатинфосфата и гликогена время работы этих волокон ограничено.                        

Переходные мышечные волокна по своему строению и свойствам занимают промежуточное положение между тоническим и фазическим.  

Даже из столь краткого перечисления различий между типами мышечных волокон следует, что для проявления силы и скорости более предпочтительны белые волокна и близкие к ним по структуре переходные волокна. Следовательно, более выраженными скоростно-силовыми качествами при прочих равных обладают те мышцы, в которых соотношение мышечных волокон смещено в сторону белых. 

Соотношение между различными типами волокон в скелетных мышцах неодинаково. Итак, мышцы предплечья, двуглавой мышцы плеча, мышцы головы и другие содержат в основном физические волокна. Мышцы туловища, прямые мышцы живота и прямые мышцы бедра содержат в основном тонические волокна. Следовательно, легко понять, почему эти группы мышц значительно различаются по таким свойствам, как возбудимость, скорость, сила, выносливость.   

Отношения между различными типами мышечных клеток у каждого человека предопределены генетически. Однако с помощью физических нагрузок определенного характера можно целенаправленно вызвать изменение спектра мышечных волокон. За счет использования силовых упражнений этот спектр смещается в сторону преобладания белых волокон, которые имеют больший диаметр по сравнению с красными и переходными, что в конечном итоге приводит к гипертрофии тренируемых мышц. Основная причина гипертрофии в этом случае - увеличение содержания в мышечных клетках сократительных элементов - миофибрилл. Следовательно, гипертрофия мышц, вызванная силовыми нагрузками, имеет миофибриллярный тип.    

Физическая нагрузка, используемая для развития мышечной гипертрофии миофибриллярного типа на биохимическом уровне, должна приводить к повреждению миофибрилл с последующей их суперкомпенсацией. Для этого используются различные упражнения с отягощением. 

Для развития силы часто используется метод повторяющихся упражнений с напряжением 80-90% от максимальной силы. Наиболее эффективное сопротивление составляет 85% от максимальной силы. В этом случае количество повторений до отказа обычно 7-8. Каждое упражнение выполняется сериями, количество которых колеблется от 5 до 10, с перерывом между ними в несколько минут. Скорость упражнения определяется целью тренировки. Для преимущественного увеличения мышечной массы упражнения выполняются в медленном или умеренном темпе. Для одновременного развития силы и скорости упражнения выполняются во взрывно- плавном режиме: начальная фаза движения выполняется на большой скорости, а заканчивается она максимально плавно. Поэтому в скоростно-силовых видах спортсмены в период силовых тренировок должны отказаться от медленного выполнения силовых упражнений, так как в этом случае у мышц теряется способность быстро сокращаться.         

Время восстановления после скоростно-силовых тренировок - 2-3 дня. Однако, изменив группы мышц, на которые направлена ​​нагрузка, тренировки можно проводить с более короткими интервалами отдыха. 

Обязательным условием эффективных силовых тренировок является полноценная, богатая белками диета, поскольку миофибриллы состоят исключительно из белков. Есть данные, что ультрафиолетовое излучение способствует развитию гипертрофии мышц. Предполагается, что под воздействием ультрафиолета увеличивается образование мужских половых гормонов, стимулирующих синтез белков в организме.  

Биохимические основы выносливости

Выносливость - важнейшее моторное качество, от уровня развития которого во многом зависят достижения спортсмена. Выносливость можно определить как время на заданном уровне мощности до наступления утомления.   

По характеру выполняемой работы различают общую и специальную выносливость. Общая выносливость отражает способность спортсмена выполнять неспецифические нагрузки. Такими нагрузками, например, для футболиста могут быть бег по пересеченной местности, бег на лыжах, плавание, подвижные игры и т. д., а также выполнение физических работ бытового характера. Особая выносливость характеризует выполнение физических нагрузок, характерных для определенного вида спорта и требующих от спортсмена технической, тактической и психологической подготовки.             

Первостепенное значение для проявления выносливости имеет уровень развития молекулярных механизмов образования АТФ - прямого источника энергии, обеспечивающего сокращение и расслабление мышц.

В зависимости от способа подачи энергии выполняемой работы, лактат и аэробная выносливость отличаются. Часто используются термины  алактатный, лактатный и аэробный компоненты выносливости .                                                              

Биохимическая оценка алактатной выносливости может быть дана путем определения суточной экскреции креатинина с мочой. Этот показатель характеризует общие запасы креатинфосфата в организме. Повышение алактатной выносливости обычно сопровождается увеличением суточной экскреции креатинина. Еще одним критерием, характеризующим развитие алактатной выносливости, является алактатный кислородный долг, измеряемый после завершения работы на максимальной мощности.                       

Лактатная выносливость характеризует выполнение физических нагрузок в зоне субмаксимальной мощности. Основным источником энергии при работе с этой мощностью является анаэробный распад мышечного гликогена до молочной кислоты, называемый гликолизом. Возможности гликолитического метода получения АТФ во многом зависят от запасов мышечного гликогена. Чем выше рабочая концентрация гликогена в мышцах, тем дольше он будет использоваться в гликолизе. Отсюда следует, что мышцы с преобладанием белых волокон, богатых креатинфосфатом и гликогеном, также обладают выраженной лактатной выносливостью. Еще одним фактором, определяющим выносливость лактата, является сопротивление мышечных клеток и всего организма повышению кислотности из-за накопления лактата в мышцах и в крови.                       

Исходя из этой зависимости, тренировка, направленная на развитие лактатной выносливости, строится таким образом, чтобы обеспечить выполнение двух задач. Во-первых, из-за выполняемой в мышцах физической нагрузки должно увеличиваться содержание гликогена. Во-вторых, тренировки должны приводить к появлению сопротивления накоплению лактата и кислотности.      

Для этого используются упражнения, вызывающие, с одной стороны, значительное истощение запасов гликогена в мышцах, что является предпосылкой для его последующей суперкомпенсации, а с другой - приводящие к образованию большого количества молочной кислоты. Это физические нагрузки субмаксимальной мощности, выполняемые в интервальном или повторяющемся режиме. Тренировки этого типа описаны выше при рассмотрении энергообеспечения скоростно-силовых качеств. В зависимости от характера прилагаемых нагрузок можно преимущественно развивать силовую или скоростную составляющую лактатной выносливости.       

Ведущим биохимическим показателем проявления лактатной выносливости во время работы является накопление лактата в крови. Определение концентрации молочной кислоты в крови проводится после выполнения физической работы субмаксимальной мощности до отказа. Высокий уровень концентрации молочной кислоты в крови свидетельствует об использовании большого количества мышечного гликогена для получения энергии во время работы и развития устойчивости к повышению кислотности.           

Такую же информацию можно получить, определив изменение кислотно-щелочного баланса в крови после субмаксимальных нагрузок. В этом случае высокая лактатная выносливость соответствует значительному сдвигу pH крови в кислую сторону. Еще одним показателем развития лактатной выносливости является лактатно- кислородная задолженность, измеряемая после выполнения работы субмаксимальной мощности до отказа. Чем выше значение этого показателя, тем больше вклад анаэробного распада гликогена в энергообеспечение проделанной работы. У спортсменов с хорошей физической подготовкой значение лактатно- кислородной задолженности может достигать 18-20 литров.                               

В спортивной практике лактат выносливость очень часто объединяются в анаэробной выносливости.      

Аэробная выносливость проявляется в продолжительных упражнениях средней интенсивности, которые в основном получают энергию за счет аэробного окисления. Вклад производства анаэробной энергии ограничен только начальным периодом активации. В спортивной литературе термин выносливость часто относится к аэробной выносливости.    

Аэробная выносливость

Аэробная выносливость определяется тремя основными факторами: запасами доступных в организме источников энергии, доставкой кислорода к работающим мышцам и развитием митохондриального окисления в работающих мышцах.    

Обычно используемые источники энергии - это углеводы, жирные кислоты, кетоновые тела и аминокислоты. Из-за большой продолжительности аэробной работы эти энергетические субстраты доставляются к мышцам кровью, так как собственные энергетические ресурсы мышечных клеток расходуются в начале работы. 

Печень играет важную роль в обеспечении мышц источниками энергии. Именно здесь во время выполнения длительных нагрузок гликоген распадается на глюкозу, которая затем поступает в скелетные мышцы и другие органы, участвующие в обеспечении мышечной активности с током крови. Другой процесс, который происходит в печени во время работы, - это окисление жирных кислот, сопровождающееся образованием кетоновых тел, которые также являются важными источниками энергии. Кроме того, во время работы в печени происходят другие химические процессы, которые способствуют выполнению мышечной работы. 

В связи с такой важной ролью печени в обеспечении физической работы в спортивной практике, гепатопротекторы  используются - фармакологические препараты, которые улучшают работу печени и ускоряют восстановительные процессы в нем.           

Доставка кислорода к мышцам осуществляется кардиореспираторной системой. Таким образом, для проявления аэробной выносливости, функциональное состояние сердечно - сосудистых и дыхательных систем, кислородной емкости крови, из - за количество эритроцитов и содержание гемоглобина в них, является чрезвычайно важным.                 

Развитие аэробной выносливости также во многом определяется состоянием нейрогормональной регуляции. Ведущую роль в этой регуляции играют надпочечники, которые выделяют в кровоток катехолстины и глюкокортикоиды - гормоны, вызывающие перестройку организма, направленную на создание оптимальных условий для мышечной активности. Для проявления аэробной выносливости важна способность надпочечников длительное время поддерживать повышенную концентрацию этих гормонов в кровотоке.           

Внутримышечные факторы, ответственные за аэробную выносливость, - это размер и количество митохондрий - внутриклеточных структур, в которых синтез АТФ происходит с участием кислорода, а также содержание миоглобина, мышечного белка, который обеспечивает транспорт кислорода к митохондриям внутри мышечных волокон. Как уже отмечалось, красные мышечные волокна характеризуются более высоким содержанием митохондрий и миоглобина. Это означает, что более высокая аэробная выносливость наблюдается у мышц с преобладанием красных волокон.          

Аэробная выносливость менее специфична, чем анаэробная выносливость. Это связано с тем, что он во многом ограничивается различными внемышечными факторами: функциональным состоянием кардиореспираторной системы, печеночной и нейрогормональной регуляцией, кислородной емкостью крови, запасами в организме легкодоступных источников энергии. Следовательно, спортсмен с хорошим уровнем аэробной выносливости может проявить это не только в том виде деятельности, в котором он прошел специализированную подготовку, но и в других видах аэробной работы. Например, опытный футболист может хорошо выступить в беге на длинные дистанции.       

Многофакторность аэробной выносливости требует использования комплекса различных тренировочных средств, поскольку каждое конкретное занятие, оказывая достаточно разностороннее воздействие на организм, все же преимущественно улучшает одну сторону функциональных возможностей. В результате тренировки, направленные на развитие аэробной выносливости, должны обеспечивать повышение эффективности кардиореспираторной системы, способствовать увеличению количества эритроцитов в крови и содержания в них гемоглобина, увеличению концентрации миоглобина в мышцах. клетки, и лучшая обеспеченность рабочих органов энергетическими субстратами.   

Для этого используются различные варианты повторных и интервальных тренировок, а также непрерывная длительная работа равномерной или переменной мощности.

В качестве примера построения тренировочных занятий, направленных на развитие аэробной выносливости, можно привести так называемую интервальную тренировку кровообращения. Этот метод состоит из чередования краткосрочных упражнений низкой интенсивности и продолжительностью от 30 до 90 секунд с интервалами отдыха такой же продолжительности. Такая работа стимулирует аэробное энергообеспечение мышечной активности и приводит к улучшению работы кардиореспираторной системы.          

Интервальные тренировки с миоглобином могут использоваться для повышения уровня миоглобина в мышцах. Спортсменам предлагаются очень короткие нагрузки средней интенсивности, чередующиеся с одинаково короткими периодами отдыха. Выполняемые кратковременные нагрузки в основном обеспечиваются кислородом, который откладывается в мышечных клетках в виде комплекса с миоглобином. Для восполнения запасов кислорода достаточно короткого отдыха между упражнениями.        

Для увеличения кислородной емкости крови, а также для повышения концентрации миоглобина хороший эффект дают тренировки в условиях средней высоты.

Особенностью развития аэробной выносливости является умение использовать неспецифические упражнения, в первую очередь подвижные игры, что делает тренировочный процесс разнообразным и интересным.

На практике для оценки аэробной выносливости часто используются два показателя: максимальное потребление кислорода и порог анаэробного метаболизма.       

МПК - интегральный показатель, характеризующий производство аэробной энергии в организме в целом. Между МПК и аэробной выносливостью существует четкая корреляция: нагрузка равной интенсивности может выполнять более длительные атлеты с большей величиной МПК. Под влиянием тренировок VO2 max может увеличиваться на 40% и более.             

ПАНО также характеризует энергообеспечение мышечной работы за счет аэробного синтеза АТФ. При низких значениях ПАНО в организме аэробное энергообеспечение развито слабо, и поэтому даже при выполнении нагрузок малой интенсивности организм вынужден включать анаэробный метод получения АТФ - гликолиз, приводящий, как уже отмечалось, к образование лактата и повышение кислотности. В условиях повышенной кислотности снижается активность ферментов аэробного синтеза АТФ, ухудшается доставка кислорода к митохондриям, что в конечном итоге сокращает продолжительность работы.                

Важную информацию для оценки аэробной выносливости можно получить, определив содержание и соотношение основных энергетических субстратов крови в процессе непрерывной работы. У нетренированных людей существует обратная связь между глюкозой в крови и продуктами мобилизации жира. Высокая концентрация глюкозы в крови препятствует мобилизации жира из депо. Поэтому у нетренированных людей повышение содержания в крови жирных кислот, глицерина и кетоновых тел наблюдается только на фоне снижения концентрации глюкозы. У спортсменов, хорошо тренированных в аэробном режиме, отмечается мощная мобилизация жира на фоне не только нормального, но и повышенного уровня глюкозы в крови. Повышенная утилизация жиров и кетоновых тел позволяет организму не только сохранять углеводы в печени и крови, но и замедлять потребление мышечного гликогена, снижение концентрации которого является одним из факторов развития утомляемости.       

Заключение

В заключение следует отметить, что все компоненты выносливости, наряду с рассмотренными выше энергетическими и структурными факторами, во многом зависят от технической, тактической и психологической подготовки. Хорошая техническая подготовка, правильно подобранная тактика позволяют спортсмену экономно и рационально использовать запасы энергии, а значит, дольше сохранять работоспособность. Благодаря высокой мотивации, большой силе воли спортсмен может продолжать выполнять работу даже в условиях значительных биохимических и функциональных изменений в организме.  

Список литературы

1. Градополова Б. К. Бокс: учебное пособие для тренеров / Под ред. КВ. Градополова. -М.: ФиС, 1964      
2. Физическое состояние спортсмена и его оценка // Теория и практика ФК. -1974      
3. Жаров КОММЕНТАРИЙ. Волевая подготовка спортсменов / Жаров К.П. -М.: Физическая культура и спорт. 1975
4. Иванов В.В.. Комплексный контроль в подготовке спортсменов / Иванов В.В.. - М.: ФиС, 1986  
5. Ильинич В.И.. Общефизическая, специальная и спортивная подготовка в системе физического воспитания // Физическая культура студента. - М.:  Гардарики, 1996      
6. Карпман ВЛ. Сердце и производительность спортсмена / Карпман VL. С. В. Хрущев., Борисов, К.. - М.: ФиС, 1979