При любом использовании данного материала ссылка на первоисточник обязательна!

СВЯЗЬ МАССЫ И СИЛЫ НОГ С ПОРОГОМ АНАЭРОБНОГО ОБМЕНА

Анаэробный порог (ПАНО) определяется как уровень мощности и потребления кислорода ( V_O2 ), при котором метаболическое закисление крови сочетается с изменениями легочной вентиляции ( V_Е ) и дыхательного коэффициента (Wasserman и др., 1973). Предполагают (Skinner, Mc Lellan, 1980), что ПАНО может зависеть от мышечной массы участвующих в работе мышц, состава мышечных волокон, окислительных возможностей медленных и промежуточных мышечных волокон, окклюзии (пережимание вен и артерий при сокращении мышц) и других факторов.

Оценить влияние массы на потребление кислорода при достижении ПАНО можно, сопоставляя характер метаболизма при педалировании одной и двумя ногами. На рис. 1 (данные Weltman, Fulco, 1978) показано, что при достижении 4 мМол концентрации молочной кислоты в крови происходит резкое изменение легочной вентиляции (см. рис. 3) и дыхательного коэффициента (рис. 1,6). Однако при педалировании одной ногой ПАНО приходится на 1,5 л O₂ и 90 Вт, а двумя ногами — 1,8 л O₂ и 150 Вт. Если сопоставить величины потребления кислорода, то можно сделать якобы вывод о том, что увеличение мышечной массы в два раза не приводит к такому же увеличению потребления кислорода. Это неверно, так как при педалировании одной ногой испытуемому приходится в каждом цикле поднимать ногу. При педалировании двумя ногами силы тяжести правой и левой ног уравновешены, поэтому в этом случае работы против сил тяжести не происходит. Расчеты, проведенные на математической модели, показали, что испытуемый с массой 70 — 80 кг при педалировании одной ногой затрачивает 18 Дж за один оборот. Нога массой 14,1 кг поднимается (центр массы ноги) на 0,255 м, тогда работа на поднимание ноги составит: A = mgh = 14,1 · 9,8 · 0,255 = 36 Дж.

Затрата энергии при опускании ноги составляет 18 Дж, так как сила тяжести имеет вертикальное направление. Поэтому при опускании ноги и вращения шатуна только часть силы тяжести (тангенциальная составляющая) создает момент относительно оси каретки. Таким образом, за один оборот шатуна тратится 18 Дж. При 60 об/мин на поднимание ноги требуется мощность 18 Вт или

                        N                        18                   

V_O2 = —— · 0,0029 = ——— =

                                     0,23        

= 0,0029 = 0,225 л O₂ / мин,

где — коэффициент эффективности педалирования на велоэргометре, N — мощность, 0,0029 — пересчетный коэффициент.

Рис. 1. Изменение потребления кислорода (а) и дыхательного коэффициента (б) при педалировании одной и двумя ногами в ступенчатом тесте. Приведены средние данные 10 испытуемых неспортсменов (60 об/мин)

Рис. 2. Схема установки для определения силовых возможностей мышц-разгибателей ноги и зависимость взрывной силы I от максимальной произвольной изометрической силы мышц-разгибателей ноги (p_о)_.

Вводя поправку в ПАНО одной ноги и вычитая уровень основного обмена и энерготраты, затраченные на работу внутренних органов (линия регрессии на рис. 1, a V_O2 — W — пересекает ординату на уровне 0,8 л О₂ при педалировании как одной, так и двумя ногами), получим:

V_O2ПАНО двух ног ‒ 0,8

———————————————— =

V_O2ПАНО одной ноги ‒ 0,8 ‒ 0,225

1,8 ‒ 0,8

 = ‒‒‒‒‒‒‒‒‒‒‒————

1,5 ‒ 0,8 ‒ 0,225

Таким образом, при педалировании двумя ногами на преодоление внешнего сопротивления (контактных сил) требуется в два раза большая мощность, т. е. существует прямая пропорциональная связь (при прочих равных условиях) V_O2, ПАНО — мышечная масса.

Будет ли аналогичной связь массы работающих мышц с V_O2 ПАНО у квалифицированных велосипедистов? Очевидно, что метаболирующая мышечная масса также должна влиять на потребление кислорода. Однако в мышцах имеются медленные, промежуточные и быстрые мышечные волокна с разными возможностями к окислительному фосфорилированию. Поэтому даже при равной мышечной массе работающих мышц большее количество кислорода на уровне ПАНО будут потреблять мышцы, у которых имеется относительно большее количество медленных и промежуточных мышечных волокон.

Для выявления состава мышечных волокон был предложен метод определения относительной быстроты произвольного напряжения мышц-разгибателей ноги. Он заключается в следующем: испытуемый на установке Ю. В. Верхошанского (рис. 2) выполнял два теста : 1) трехкратное измерение максимальной изометрической силы разгибания ноги (р₀) с учетом максимального показателя в тесте; 2) вы-

ным теста (испытуемый максимально быстро напрягает мышцы-разгибатели ноги). В этом тесте измеряется максимально развиваемая сила (F) и время ее достижения от 30 кГс. Выполняют 5 — 10 попыток, из них отбирают лучший результат. Исследования показали, что максимальная изометрическая сила и взрывная сила связаны между собой:  1 = K р₀ ‒ 0,4. Причем коэффициент состава быстрых и медленных двигательных единиц (К) характеризует также относительную быстроту произвольного напряжения мышц-разгибателей ноги. К определяют с высокой надежностью (r_t  = 0,99). Проверка информативности К показала, что у спринтеров (легкая атлетика) и штангистов K = 0,096 — 0,105, у стайеров — К = 0,060 — 0,090 (спринтеры имеют более 60% быстрых мышечных волокон, стайеры — более 60% медленных).

В нашем случае К характеризует не состав мышечных волокон, изменяемый в результате целенаправленных тренировок, а количественное соотношение быстрых и медленных двигательных единиц мышц-разгибателей ноги. На однородных группах людей (близнецы, спортсмены одной специализации и квалификации) была обнаружена тесная связь (r = 0,6) между составом мышечных волокон и биомеханическими характеристиками мышечного сокращения.

Известно, что сила увеличивается с ростом мышечной массы (В. М, Зациорский, 1966), а с увеличением силы, видимо, должно увеличиваться потребление кислорода на уровне ПАНО. Для проверки этой гипотезы были обследованы 13 велосипедистов-шоссейников (мс и кмc) и один спринтер (см. табл. 1) на установке Ю. В. Верхошанского и в ступенчатом тесте на велоэргометре (по 0,5 кГс каждые 2 мин) с частотой педалирования 90 об/мин. Потребление кислорода, легочная вентиляция и другие показатели регистрировались каждую минуту на аппарате для метаболических измерений «Бекман». V_O2 ПАНО определяли графически. На рис. 3 показан способ определения ПАНО. Момент, когда Ко. достигает порога, определялся по пересечению наклонной прямой (V_E = 21 · V_O2 + 5), параллельной касательной к линии V_Е = f (V_O2).

Таблица

Антропометрические и функциональные показатели велосипедистов

исходящей из начала координат и имеющей угол наклона для группы спортсменов tga = 21, с экспериментальной кривой V_Е + f (V_O2). Зависимость V_O2ПАНО от силы мышц-разгибателей ноги с поправкой на К может быть представлена следующим уравнением:

V_O2ПАНО = 1,5(р₀ / К) + в (в мл O₂ ),

где в — показатель относительных возможностей мышц, работающих при педалировании на велоэргометре. Для гонщиков-шоссейников в = 800 мл O₂, для спринтеров — в = 100 мл O_2-

При делении р_о на К получим показатель, характеризующий косвенно силу медленных мышечных волокон. Поэтому у однородной

Рис. 3. Определение ПАНО по данным Goldberg и др. (1975) и собственным результатам

группы спортсменов была получена тесная корреляционная связь (r = 0,9) между силой мышц спортсменов и V_O2ПАНО, Заметим, что между максимальной изометрической си-

лой разгибания ноги и V_O2ПАНО связи обнаружено не было. Велосипедист-спринтер хоть и обладает значительными потенциальными возможностями к увеличению потребления кислорода, однако способность его мышц к окислительному фосфорилированию недостаточная.

Таким образом, потребление кислорода на уровне порога анаэробного обмена (результаты в гонках преследования и индивидуальных гонках на шоссе) зависит от силы мышц ног спортсмена, количественного соотношения быстрых и медленных двигательных единиц и окислительных возможностей работающих в упражнении мышц (в).

Полученные результаты имеют принципиальное значение для правильной организации тренировочного процесса, так как при участии в соревнованиях с раздельным стартом (дистанции 10 — 50 км) гонщики развивают среднюю мощность, которая требует потребления кислорода на уровне V_O2ПАНО или незначительно (до 5%) его превышает. Поэтому уровень V_O2ПАНО является основным лимитирующим фактором в достижении высоких спортивных результатов. Для его повышения необходимы не только тренировки, способствующие увеличению окислительных возможностей мышц (наиболее эффективной, видимо, является тренировка на силовую выносливость — езда в подъем с ЧСС 160 — 175 уд/мни и частотой педалирования 40 — 60 об/мин), но и спринтерские тренировки (ускорения с места и с хода по 5 — 10 с с максимальной или околомаксимальной интенсивностью), способствующие увеличению силовых возможностей мышц ног. Рациональное сочетание спринтерских тренировок (1 — 2 раза в неделю) и упражнений, направленных на развитие силовой выносливости (2 — 4 раза в неделю), должно способствовать увеличению потребления кислорода на уровне ПАНО, что создает фундамент для достижения высоких спортивных результатов в шоссейных гонках.