Механизмы действия традиционных и нетрадиционных средств повышения аэробной производительности спортсменов
Ася Колчинская
Киев, Украина
Abstract
Mechanisms of action of traditional and non-traditional means for improving aerobic performance of athletes
Asia Kolchynska
Objective. To substantiate the effectiveness of the use of traditional and non-traditional means for improving the aerobic performance of the athlete's body in the practice of his preparation.
Methods. The analysis of special scientific literature and the results of own research on substantiation of the use of hypoxic training to improve general and special work capacity of athletes are presented.
Results. Hypoxic training in altitude conditions became necessary in preparation for the Games of the XIX Olympics in Mexico City and subsequently became widespread in the practice of elite sport. Body adaptation to the lack of oxygen is used to improve general and special work capacity of the athlete and in artificially created conditions: in bar complexes or during the periodic inhalation of gas mixtures with decreased oxygen content. Any physical load is accompanied by a load hypoxia (hypermetabolic hypoxia) of varying degrees; therefore during sports training there is an adaptation to load hypoxia. When the athlete inhales the air with reduced partial pressure of oxygen, the body is affected by hypoxic hypoxia.
The method of interval physical training in sport became the basis for the creation of the method of normobaric interval hypoxic training (IGT), and then an unconventional combined means for improving the efficiency of the training process in sport, which includes the conduct of IGT in the face of the planned training process of the athlete. The use of combined method of training (A. Kolchinskaya, 1991) complements traditional sports training without disrupting its process.
Conclusion. The method of IGT as non-traditional combined means for improving the efficiency of the training process in sports is based on adaptation to hypoxic hypoxia and load hypoxia, has greater efficiency than their individual use, while providing a training effect on the compensatory mechanisms that will promote the development of functional respiratory system, increase of aerobic and anaerobic performance, and in combination with traditional sports training enhances general and special work capacity, contributes to the improvement of sports results.
Keywords: aerobic performance, sport, traditional altitude training, interval hypoxic training.
Анотація
Механізми дії традиційних і нетрадиційних засобів підвищення аеробної продуктивності спортсменів
Ася Колчинська
Мета. Обґрунтувати ефективність використання традиційних і нетрадиційних засобів підвищення аеробної продуктивності організму спортсмена в практиці його підготовки.
Методи. Представлено аналіз спеціальної наукової літератури та результати власних досліджень з обґрунтування використання гіпоксичного тренування для підвищення загальної і спеціальної працездатності спортсменів.
Результати. Гіпоксичне тренування в гірських умовах стало необхідним під час підготовки до Ігор ХІХ Олімпіади в Мехіко і в подальшому набуло широкого поширення в практиці спорту вищих досягнень. Адаптація організму до нестачі кисню використовується для підвищення загальної і спеціальної працездатності спортсмена і в штучно створюваних умовах: у баракомплексах або під час періодичного вдихання газових сумішей зі зниженим вмістом кисню. Будь-яке фізичне навантаження супроводжується гіпоксією навантаження (гиперметаболичною гіпоксією) різного ступеня, тому в процесі спортивного тренування відбувається адаптація до гіпоксії навантаження. Під час вдихання спортсменом повітря зі зниженим парціальним тиском кисню на організм впливає гіпоксична гіпоксія. Метод інтервального фізичного тренування в спорті став основою для створення методу нормобаричного інтер- вального гіпоксичного тренування (іГт), а потім і нетрадиційного комбінованого засобу підвищення ефективності тренувального процесу в спорті, який включає проведення ІГТ на фоні планового тренувального процесу спортсмена. Використання комбінованого методу підготовки (за: А. З. Колчинская, 1991) доповнює традиційне спортивне тренування, не порушуючи його процесу.
Висновок. Метод ІГТ як нетрадиційний комбінований засіб підвищення ефективності тренувального процесу в спорті базується на адаптації до гіпоксичної гіпоксії і гіпоксії навантаження, має більшу ефективність, ніж окреме їх використання, надаючи при цьому тренувальний вплив на компенсаторні механізми, які сприятимуть розвитку функціональної системи дихання, підвищенню аеробної і анаеробної продуктивності, а у поєднанні з традиційним спортивним тренуванням підвищує загальну і спеціальну працездатність, сприяє зростанню спортивних результатів.
Ключові слова: аеробна продуктивність, спорт, традиційна підготовка в горах, інтервальне гіпоксичне тренування.
Аэробная производительность - один из важнейших факторов, определяющих выносливость в циклических видах спорта. Разработка критериев для ее оценки и средств для ее развития - важнейшие задачи физиологии спорта и спортивной педагогики. Ведущим и общепризнанным критерием аэробной производительности является максимальное потребление кислорода (МПК), значение которого в обеспечении работоспособности спортсменов циклических видов спорта детально описано в 1950-1970-е годы. Методы определения МПК обсуждаются и в настоящее время [12, 13].
Кроме аэробной производительности МПК отражает и доставку кислорода к работающим тканям. Являясь ее интегральным показателем, МПК, однако, не позволяет количественно оценить скорость поступления кислорода в легкие, альвеолы, скорость транспорта кислорода артериальной и смешанной венозной кровью, не позволяет оценить эффективность поэтапной доставки кислорода к работающим тканям. Указанная оценка стала возможной в результате появления концепции [5] о системе регулирования кислородных режимов организма (КРО).
Применению этой концепции в спорте способствовал предложенный нами метод и формулы для расчета скорости (мл * мин-1) и интенсивности (мл * мин-1 * кг-1) поступления кислорода в легкие, в альвеолы, скорости его транспорта артериальной и смешанной венозной кровью, содержания и напряжения кислорода в смешанной венозной крови, то есть метод расчета основных параметров КРО [5]. КРО характеризуются не только скоростью поэтапной доставки кислорода, но и ее эффективностью, определяемой отношением скорости доставки О2 на каждом этапе его пути в организме к скорости его потребления, а также экономичностью, о чем судят по соотношению функциональных затрат на реализацию потребления О2 к его потреблению: по вентиляционному и гемодинамическому эквивалентам, по кислородному эффекту дыхательного цикла и по кислородному пульсу (кислородному эффекту сердечного цикла). Применение метода и формул для расчета кислородных параметров, показателей состояния функциональной системы дыхания, а также параметров режимов массопереноса и выведения из организма диоксида углерода - (СО2) [8, 10] на ЭВМ [2, 3] способствовали совершенствованию управления процессом подготовки спортсменов высшей квалификации - членов сборных команд СССР по велосипедному спорту на шоссе и треке, по гребле на байдарке и каноэ и по другим видам спорта.
Основной задачей физиологии и педагогики спорта была и продолжает оставаться разработка средств повышения аэробной производительности, определяющейся уровнем развития и состоянием функциональной системы дыхания, включающей органы внешнего дыхания, кровообращения, дыхательную функцию крови, механизмы, обеспечивающие тканевое дыхание с их сложной нервной и гуморальной регуляцией.
Согласно нашим представлениям, являющимся развитием концепции П.K. Анохина о функциональных системах, функциональная система дыхания, как и всякая система, имеет объект управления и регулятор (управляющую систему). Объектом управления в системе является процесс массопереноса респираторных газов в легких, кровеносных сосудах, тканевых жидкостях, в которых осуществляется массоперенос кислорода из окружающего воздуха к митохондриям, и массоперенос углекислого газа от тканей к легким и в окружающую среду. Регулятором служит нервная система с рабочими органами: дыхательными мышцами, сердцем, гладкомышечными элементами кровеносных сосудов, кроветворными органами, дыхательным аппаратом тканей.
В функциональной системе дыхания и в ее подсистеме - системе регулирования КРО для управления КРО используется несколько принципов управления. Наиболее известным из них является управление по отклонению значения напряжения кислорода в артериальной крови (раО2) и напряжения в ней углекислого газа (раСО2) от их нормоксических значений - принцип управления с отрицательной обратной связью, осуществляющейся благодаря тому, что хеморецепторы аортальной и каротидных зон передают информацию о снижении раО2 и повышении раСО2 в дыхательный центр продолговатого мозга. Дополнительная информация об изменениях раСО2 поступает в дыхательный центр и от рецепторов, расположенных в самом продолговатом мозге (рис. 1).
Рисунок 1 - Контур управления, используемый в организме по принципу отрицательной обратной связи: раО2 - парциальное давление О2 во вдыхаемом воздухе; ЧЭ - чувствительные элементы - рецепторы аортальной и каротидных зон; УВ - управляющие воздействия; раО2, раСО2 - управляемые параметры; МОД - минутный объем движения; АВ - альвеолярная вентиляция; МОК - минутный объем крови; Гб - концентрация гемоглобина
Не меньшее значение имеет и принцип управления КРО по нагрузке, являющейся возмущением для системы в целом. Сигналы о начавшейся работе поступают в кору головного мозга от механорснепторов мышц и сухожилий. От коры головного мозга возбуждение передается в дыхательный центр и от него к дыхательным мышцам. Аналогично возбуждение поступает и в сердечно-сосудистый центр продолговатого мозга, в результате чего усиливаются и дыхание, и кровообращение (рис. 2).
Телерецепторы (слуховой, зрительный) передают в высшие отделы мозга информацию о грядущем возмущении (рис. 3).
Возбуждение передается продолговатому мозгу и рабочим органам, в результате чего дыхание и кровообращение усиливаются еще до того, как начинается работа. Как показали исследования, проведенные совместно с В. С. Мищенко, у членов сборной команды бывшего СССР по велосипедному спорту на шоссе, по команде «Внимание» минутный объем дыхания увеличивается на 12-14 %, ЧСС - на несколько ударов в минуту.
Определенную роль в управлении КРО играет саморегуляция, которая происходит в тканях и клетках. Использование нескольких принципов управления обеспечивает высокую надежность и точность регулирования КРО. Традиционным средством развития функциональной системы дыхания и повышения аэробной производительности, обусловливающим повышение работоспособности, особенно в циклических видах спорта, служит многолетняя спортивная тренировка. В результате многолетней тренировки у спортсменов циклических видов спорта почти в два раза по сравнению с нетренированными лицами увеличивается жизненная емкость легких и ее компоненты, растет резерв дыхания, повышаются его эффективность и экономичность, развивается сердечная мышца, увеличивается ударный объем сердца при нагрузке с МПК, растет минутный объем крови. Важнейшим результатом многолетней спортивной тренировки является развитие механизмов тканевого дыхания, вследствие чего повышается способность тканей утилизировать кислород, повышаются скорость его поэтапной доставки и утилизации, эффективность и экономичность КРО (рис. 4).
Развитие всех компонентов функциональной системы дыхания приводит к значительному повышению аэробной производительности и ее интегрального показателя - МПК. У спортсменов циклических видов спорта МПК достигает 82-86 мл * мин-1 * кг-1. Краткосрочная спортивная тренировка не оказывает, к сожалению, существенного влияния на изменения аэробной производительности. Трехнедельная спортивная тренировка (три микроцикла), особенно в начале подготовительного периода годичного цикла спортивной подготовки, не сопровождается достоверным увеличением МПК [21]. Нетрадиционным и эффективным средством повышения МПК у спортсменов высокой квалификации служит адаптация к гипоксии в процессе гипоксической тренировки, которая может проводиться в горах, в декомпрессионных комплексах. Снижение рО2 во вдыхаемом воздухе в зависимости от его значения по-разному влияет на эффективность легочного дыхания. Если рО2, в воздухе снижается до 90 мм рт. ст., то эффективность легочной вентиляции повышается, что проявляется в возрастании доли альвеолярной вентиляции в минутном объеме дыхания, повышении скорости поступления кислорода в альвеолы, увеличении диффузионной поверхности легких. Происходит это благодаря тому, что в результате увеличения дыхательного объема в газообмене воздуха с кровью начинают действовать ранее не участвовавшие в нем участки легких. Увеличению дыхательной поверхности легких способствует и повышение давлення в легочной артерии, из-за чего улучшается кровоснабжение альвеол верхних зон легких, улучшаются вентиляционно-перфузионные соотношения в разных долях легких. Повышение давления в легочной артерии происходит как благодаря увеличению общей объемной скорости кровотока, так и в результате выброса лейкотриенов тучными клетками, расположенными в дыхательных путях. Увеличение минутного объема дыхания и минутного объема кровооброшения обусловливает и увеличение скорости поступления кислорода в легкие и альвеолы, транспорта кислорода кровью.
Наряду с положительным действием тренировка в горах и в барокамерах имеет существенные недостатки. В горах из-за аддитивного действия гипоксии двух типов - гипоксической гипоксии, обусловленной снижением рО2 во вдыхаемом воздухе, и гипоксии нагрузки, сопровождающей мышечную деятельность, заметно снижается работоспособность спортсменов. Тренировка в горах даже для тех видов спорта, для которых имеются соответствующие условия, не может проводиться в полном объеме. Для многих видов спорта в горах условия для тренировки и вовсе отсутствуют. Разрежение воздуха в барокомплексах и последующая компрессия сопровождаются неприятными ощущениями и микробаротравмами с их отдаленными последствиями. Тренировка в барокомплексах отнимает много времени и сокращает время для специальной спортивной тренировки.
Всех этих недостатков при сохранении тренирующих функциональную систему дыхания свойств адаптации к гипоксии при простоте осуществления лишен комбинированный метод сочетания гипоксической тренировки - интервальная гипоксическая тренировка (ИГТ), проводящаяся в покое в свободное от спортивной тренировки время, и плановый, традиционный для каждого вида спорта тренировочный процесс - традиционная спортивная тренировка (ТСТ). За три микроцикла комбинированной гипоксической тренировки МПК увеличивается на 4-6 %, достоверно повышаются выносливость и работоспособность, более эффективными и экономичными становятся кислородные режимы организма в покое и во время нагрузок разной интенсивности, функциональные затраты на обеспечение работы (рис. 5). Методика проведения курса ИГТ на фоне ТСТ и объективные тесты для оценки их эффективности описаны ранее [4, 13, 16, 17, 19-21].
Физиологической основой эффективности комбинированного метода гипоксической тренировки служит адаптация к гипоксии двух типов: гипоксической гипоксии и гипоксии нагрузки. Адаптация к каждому из этих типов имеет свои особенности. Снижение рО2 во вдыхаемом воздухе сопровождается снижением рО2 в альвеолярном воздухе и артериальной крови. Пониженное раО2 вызывает возбуждение аортальных и каротидных хеморецепторов, синусного нерва, дыхательного и сердечно-сосудистого центров продолговатого мозга. Рефлекторно усиливаются дыхание и кровообращение, что способствует поддержанию доставки кислорода на уровне, близком к нормоксическому, и в определенных рамках снижения рО2 во вдыхаемом воздухе препятствует снижению раО2 до уровней, ниже критических. Осуществляется управление КРО по принципу регулирования с отрицательной обратной связью (см. рис. 1).