Физиологические изменения в организме при работе субмаксимальной мощности

Если подходить строго, то после 3-4-ой минуты работы биохимические изменения в организме в существенной мере характерны для работы большой мощности. Но величина 5 минут является общепризнанной.

С биохимической точки зрения работа субмаксимальной мощности - это работа, энергообеспечение которой осуществляется преимущественно за счет бескислородного расщепления гликогена. То есть АТФ для данного вида мышечной работы синтезируется за счет использования энергии бескислородного распада гликогена.

Гликоген, за счет которого синтезируется АТФ при работе субмаксимальной мощности, берется из самих мышечных клеток, из крови, а также в несущественной степени поступает в кровь из мест своего резервного хранения (из печени).

Чтобы организм начал с высокой скоростью бескислородно расщеплять гликоген, ему необходимо от 10 до 20 секунд (максимальная скорость расщепления достигается после 50-60 секунд работы). Поэтому, работа субмаксимальной мощности может продолжаться с 10-20 секунды до 3-4 минуты околопредельной по напряженности деятельности.

Классическими примерами работы субмаксимальной мощности являются олимпийские беговые дистанции 400 м и 800 м, а также бег 1000 м, плавание 50 м, 100 м, 200 м, скоростной бег на коньках на дистанции 500 м, 1000 м, 1500 м, велогонки - гиты на 1000 м, гребля на дистанции 500 м и 1000 м и др.

Основная химическая реакция, которая дает энергию для образования АТФ при работе субмаксимальной мощности (бескислородный распад гликогена), имеет один очень неприятный побочный эффект - гликоген без участия кислорода может распадаться только частично, с образованием недоокисленных продуктов распада - низкомолекулярных кислот (молочной, пировиноградной и других).

Накопление кислот в мышечных клетках изменяет свойства их внутреннего содержимого, затрудняя протекание процесса мышечного сокращения. В таких условиях клетка стремится избавиться от кислот, отдавая их в протекающую мимо кровь. Кислоты проникают в кровь, потому что в клетках их концентрация выше, чем в протекающей мимо крови. Проникновение большого количества кислот в кровь приводит к изменению важной биологической константы - показателя кислотности-щелочности (ph) крови.
Подробнее об изменении ph при работе субмаксимальной мощности

Снижение ph крови изменяет свойства белков и является угрозой их разрушения. Именно поэтому в организме человека существуют мощные механизмы поддержания ph крови на строго определенном уровне. Эти механизмы называются буферными системами крови.
Однако скорость образования кислот при работе субмаксимальной мощности настолько высока, что буфферные системы крови не успевают нейтралировать закисление. Поэтому закисление крови имеет место, и это закисление очень велико.
У спортсменов высокого класса (мастера спорта и выше) закисление крови, возникающее вследствие выполнения работы субмаксимальной мощности на ответственных соревнованиях, может быть несовместимо с жизнью. Организм неспортсменов или спортсменов младших и средних разрядов не способен выдержать работу, приводящую к смерти в результате закисления крови.
Причины смерти спортсменов в результате выполнения работы субмаксимальной мощности

Большое количество продуктов распада, образующееся в ходе выполнения работы субмаксимальной мощности, поступая из клеток в близлежащие капилляры крови, обуславливает расширение мелких кровеносных сосудов и открытие резервных кровеносных сосудов (находившихся в закрытом состоянии в покое). Расширение сосудов в несколько раз увеличивает кровоток через работающие мышцы. В целом, за счет увеличения деятельности сердца, расширения сосудов и других механизмов кровоток через работающие мышцы может увеличиться в 20-25 раз (!).

Если бы кислород мог доставляться тканям с той же скоростью, с которой он необходим для мышечного сокращения при работе субмаксимальной мощности, его потребление превысило бы максимально возможное потребление организмом кислорода в несколько раз. Но возможности системы дыхания насытить кровь кислородом, сердечно-сосудистой системы - доставить кислород нуждающимся тканям ограничены. Несмотря на то, что при работе субмаксимальной мощности система дыхания и сердечно-сосудистая система успевают выйти на предельную мощность своего функционирования, запрос работающих мышц в кислороде остается неудовлетворенным, именно поэтому гликоген распадется бескислородно с образованием кислот. Другая причина, по которой гликоген распадается бескислородно в том, что эта реакция протекает намного быстрее, чем кислородный распад того же гликогена. При работе же субмаксимальной мощности необходимо чрезвычайно быстрое освобождение энергии.

Несоответствие между запросом клеток в кислороде и реальными возможностями организма удовлетворить этот запрос называется кислородным долгом. Во время работы субмаксимальной мощности кислородный долг достигает предельных для данного организма величин.

У высококвалифицированных спортсменов кислородный долг может достичь 20-22 литров! То есть 20-22 литра кислорода (не воздуха, а кислорода !) организму необходимо потребить сверх нормы после окончания работы, чтобы ликвидировать задолженность перед организмом.

Высокий запрос сокращающихся мышц в кислороде заставляет систему дыхания и сердечно-сосудистую систему работать с предельной для них интенсивностью, а достаточная длительность работы позволяет этим системам успеть развернуть максимально возможную мощность своего функционирования.

Так, частота сердечных сокращений при работе субмаксимальной мощности может достигать 180-200 ударов в минуту (в покое - 60-80 ударов в минуту), частота дыхания - 50-70 дыхательных движений в минуту (в покое - 10-16 дыхательных движений в минуту), объем воздуха, поглощаемого за один вдох - 2-3 литра (в покое около 0.5 литра), объем крови, выбрасываемой сердцем за одно сокращение - 150-200 мл (в покое - 50-70 мл), время полного кругооборота крови - 6-7 секунд (в покое - 22-24 секунды), систолическое артериальное давление - 180-240 миллиметров ртутного столба (в покое - 115-125 миллиметров ртутного столба).
Данные получены на спортсменах мужчинах.

Изменение некоторых показателей сердечно-сосудистой и дыхательной систем
при работе субмаксимальной мощности

Энергетические траты в единицу времени при работе субмаксимальной мощности очень велики - 1.5-0.6 килокалорий в секунду (в покое - 0.02 килокалорий в секунду), но в силу небольшой продолжительности работы общие энерготраты незначительны - 150-450 килокалорий за всю работу.

Высокая скорость распада веществ обуславливает образование большого количества тепла, а достаточная продолжительность работы субмаксимальной мощности позволяет накопиться этому теплу. Система терморегуляции не успевает компенсировать теплопродукцию теплоотдачей (подробнее см. в разделе «Изменения в системе терморегуляции»). В результате температура тела спортсмена может повыситься на 1-1.5 градуса (до 38.0⁰-38.5⁰ С).
Потоотделение при работе субмаксимальной мощности наблюдается и тем существенней, чем выше качество проведенной разминки. Однако в силу невысокой продолжительности работы потери воды, солей и других веществ с потом незначительны.

Изменения в системе желез внутренней секреции заключаются в высоком уровне выделения в кровь адреналина и норадреналина мозговым веществом надпочечников. Деятельность других желез внутренней секреции не успевает сколь либо существенно измениться. В конце работы может регистрироваться начало повышения активности гипофиза, выделяющего адренокортикотропный гормон, а также начало повышения выделения глюкокортикоидов коркового вещества надпочечников под влиянием адренокортикотропина. Изменения активности гипофиза и коркового вещества надпочечников тем выше, чем выше тренированность спортсмена и качество разминки перед мышечной работой.

Изменения в других системах организма (пищеварительной, выделительной, иммунной и других) незначительны в виду невысокой продолжительности работы и связаны, в основном, с некоторым снижением их кровоснабжения, тормозными влияниям нервной системы и закислением крови.
Вследствие закисления крови (а также других, более сложных, причин) часто наблюдается изменение проницаемости почечных канальцев. В результате этого после выполнения работы субмаксимальной мощности в моче может обнаруживаться белок (в норме белок в моче отсутствует). Появление белка в моче после работы субмаксимальной мощности - нормальное явление, не является почечной патологией и самопроизвольно исчезает в период восстановления.

Основные изменения в организме при работе субмаксимальной мощности

Работу субмаксимальной мощности лимитируют (ограничивают)