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. 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.

Если рассматривать функциональную систему кислородного обеспечения организма, то показатель мощности этой системы - величина МПК - подчиняется сложным взаимосвязям.

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.

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 когда-то 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 гемотрансфузии (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 митохондрий; 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 сердечнососудистой системы у спортсменов.