Адрес e-mail:

Биологически целесообразная классификация нагрузок

Виктор Николаевич Селуянов, МФТИ, лаборатория «Информационные технологии в спорте»

Классификация явлений может выполняться по внешним (не существенным) признакам и по смыслу (существенным). В настоящее время имеется множество классификаций физических упражнений по внешним признакам: циклические и ациклические; алактатные, гликолитические, смешанные, аэробные; максимальные, субмаксимальные, большой и умеренной мощности и др.

В ТФП при выполнении классификации упражнений с точки зрения их нагрузки на органы в качестве классификационного признака следует выбрать объем и-РНК, обуславливающий процесс гиперплазии определенных органелл в клетках органов, которые наиболее активно функционируют во время упражнения и периода восстановления. Для решения этой задачи необходимо иметь концептуальную и математическую модель организма человека.

Концептуальная модель необходима для умозрительного (мысленного) имитационного моделирования (УИМ) хода адаптационных процессов, для качественной оценки результатов воздействия физического упражнения на системы, органы, на клеточные структуры, а также количественной экспертной оценки степени такого воздействия. (Учеба в ИФК — это есть подготовка квалифицированных экспертов). Математическая модель должна использоваться как критерий истинности умозаключений. Таким образом, ТФП должна включать методику оценки степени влияния физических упражнений на системы и органы, то есть классификацию степени воздействия основных видов физических упражнений на системы и органы спортсмена, а также доказательство адекватности мышления, благодаря применению математического имитационного моделирования и результатов прямых измерений, взятых из исследований смежных, биологических наук.

Методика оценки влияния физического упражнения на ход адаптационных процессов включает:

Приведем пример анализа физического упражнения. Предположим выполняется упражнение с максимальной алактатной мощностью (МАМ), интенсивность — 100 %, до снижения мощности на 10 %; интервал активного (5 % МАМ) отдыха — 30 секунд; этот цикл повторяется три раза.

Максимальная интенсивность требует рекрутирования в основных мышечных группах рекрутирования всех ДЕ. Во всех МВ начинается расход АТФ на мышечное сокращение. В ходе сокращения и расслабления запасы АТФ пополняются пополняются за счет КрФ, поэтому длительность упражнения до отказа зависит от соотношения в цикле движения периодов сокращения и расслабления. Известно, что длительность изометрического напряжения мышцы не превышает 6 с, педалирование на велоэргометре с сопротивлением 130 Н составляет 7,6 с, с сопротивлением 55 Н — 10 с, без сопротивления — 25 с.

Запасы КрФ определяют продолжительность выполнения упражнения и при снижении запасов до 50 % мощность резко снижается. В МВ образуется свободный креатин и неорганический фосфат (Ф). Это стимулирует анаэробный гликолиз в БМВ и аэробный гликолиз в ММВ, поэтому по ходу упражнения и в интервалах отдыха запасы КрФ пополняются, однако не полностью, поскольку мощность этих процессов в 2–3 раза меньше максимальной мощности энергообеспечения мышечного сокращения.

Повторное упражнение выполняется с меньшей мощностью, отказ происходит при большем исчерпании запасов КрФ. В БМВ образуется лактат и Н добавляются к уже накопленному, выходят в кровь, ионы Н взаимодействуют с буферными системами крови, что вызывает образование неметаболического СО2, который действует на хеморецепторы сосудов (приводит к их расширению), каротидных тел и дыхательного центра (приводит к усилению дыхания и активизации работы сердца).

За три цикла (упражнение — интервал отдыха) свободный креатин и повышенная концентрация ионов Н будут сохраняться в клетках БМВ 100–120 с. В это время Кр и Н проникают в ядра. Кр активизирует деятельность ядерных митохондрий, ускоряет транскрипцию, Н вызывает либерализацию мембран, разрывает электростатические связи в белковых молекулах, в том числе и в ДНК, все это облегчает доступ к наследственной информации гормонов. Следовательно, в ходе такой серии и в течении 60 с после нее идет активный синтез РНК. В дальнейшем это обеспечивает синтез миофибрилл, саркоплазматического ретикулума. Продолжительность жизни и-РНК ограничивается минутами, поэтому для поддержания образования и-РНК необходимо выполнять несколько серий упражнений.

В ОМВ уже после первого упражнения интенсифицируются аэробные процессы, поэтому в них имеется свободный Кр, однако концентрация ионов Н минимальна, поскольку аэробные процессы сопряжены с поглощением ионов Н. Поэтому в ММВ не могут активизироваться процессы транскрипции.

За время упражнения в БМВ и в крови накопится достаточно большое количество ионов Н и лактата, однако этот процесс будет продолжаться и после серии, поскольку ресинтез КрФ в БМВ будет идти за счет анаэробного гликолиза.

Для определения степени воздействия, описанной тренировки на образование и-РНК, следует учитывать, что любое физическое упражнение в той или иной степени вовлекает в работу все системы и органы, однако известно, что наиболее интенсивно функционируют скелетные мышцы, сердечно-сосудистая, дыхательная, эндокринная системы. В каждой клетке органов этих систем можно выделить три основные (с точки зрения активности в выполнении физического упражнения) системы органелл:

С учетом этих замечаний предлагается классификационная таблица. Она содержит «графы»: орган, клетка, органелла, упражнение. В графе «орган» перечислены все основные органы, обеспечивающие физическую активность. В списке отсутствует ЦНС, так как предполагается, что упражнения выполняются с использованием автоматизированного двигательного навыка, а также предлагается рассматривать проблемы адаптации структур ЦНС в теории технической подготовки. В графе «клетка» указаны названия клеток соответствующих органов систем. Заметим, что при активации мышцы сердца в сократительном акте участвуют все его клетки-миокардиоциты, иная ситуация возникает при активации диафрагмы или скелетных мышц. Для этих органов предлагается более детальная классификация по видам мышечных клеток (быстрые, медленные и промежуточные), с учетом известного правила рекрутирования мышечных волокон. Сложности возникают при классификации нагрузок, влияющих на эндокринную и иммунную системы. Эти системы имеют множество органов со своими специфическими реакциями на физические упражнения. Чтобы классификация была удобной для практического использования, решили объединить две системы. При этом руководствовались следующим: физические упражнения способствующие гипертрофии и митозу клеток органов (желез) эндокринной системы, должны активизировать размножение стволовых клеток в костном мозге, а также в других органах иммунной системы.

Такая связь необходима, поскольку повышение функциональных возможностей эндокринной системы создает благоприятный фон для хода анаболических процессов во всех тканях, в том числе и в органах иммунной системы. Для достижения определенности в мышлении в качестве объекта умозрительного моделирования (или математического) были взяты надпочечники — железы, в клетках которых в эндоплазматической сети вырабатывается около 50 гормонов, среди которых кортикостероиды (ответственны за адаптацию к воздействиям окружающей среды), андрогены и эстрогены (обладают анаболическим эффектом). Гипотоламо-гипофизарно-надпочечниковая система ответственна за развитие общего адаптационного синдрома.

Проведем классификацию физических нагрузок на клетки органов при выполнении физического упражнения: (И = 100 %; П = 10 с; ИО = 30 с)×3 раза.

Заполним классификационную таблицу. Сердце в таком упражнении функционирует с максимальной ЧСС только после второго подхода. Удерживается такое состояние в интервале отдыха, при выполнении третьего упражнения и еще до 60-й с отдыха после серии. Следовательно, с максимальной ЧСС сердце функционирует 110 с. При максимальной ЧСС наблюдается «дефект» диастолы, то есть кровь поступающая в миокард во время диастолы из-за малого времени ее не успевает принести столько кислорода, чтобы обеспечить полностью кислородный запрос миокарда. Гипоксия ведет к развитию анаэробного гликолиза, появлению в миокардиоцитах как свободного Кр так и увеличению концентрации ионов Н, следовательно, должна интенсивнее пойти транскрипция с образованием РНК. Это дает основание к записи в первой строке таблицы — продолжительность (П) образования и-РНК 110 с для последующего синтеза миофибрилл и саркоплазматического ретикулума в миокардиоцитах.

Эффективность упражнения — это степень влияния внутренних процессов на образование и-РНК и разрушение ионами Н органелл клетки. Эффективность может изменяться в диапазоне от 1 (максимально эффективное упражнение для данной органеллы) до — 1 (максимально деструктивное воздействие ионов водорода на органеллы клетки).

В нашем случае можно принять эффективность равную 1 только 110 с упражнения. Результат (Р) выполнения такой тренировки будет равен:

Р = П×Э = 110×1 = 110 с.

Митохондрии в сердце интенсивно «дышат» в ходе всего упражнения — 180 с. Однако эффективность упражнения, то есть гиперплазия митохондрий в миокардиоцитах прямо связана со степенью гиперплазии миофибрилл.

Поэтому предлагается вписать в таблицу только то время, которое было полезно для гиперплазии миофибрилл. Учитывая такую тесную завязку между структурными перестройками, можно упростить таблицу и в строке напротив сердца оставить только одну строчку (в графе органелла) — МФ + СПР + МХ + МГ + К, то есть тренировка для увеличения степени гиперплазии мофибрилл в миокардиоцитах неизбежно в дальнейшем вызовет (согласно теории симморфоза) гиперплазию других структур: саркоплазматического ретикулума, митохондрий, миоглобина, капилляров и др. Гликоген в миокардиоцитах тратится, но при появлении лактата в крови экзогенный источник энергии имеет преимущественное значение.

Следовательно запишем, что сердце интенсивно функционировало 180 с, эффективность затрат гликогена в сердце равна 0, как и результат воздействия. Учитывая то, что аналогичная ситуация будет в большинстве случаев тренировочных упражнений упростим таблицу В новой таблице исключим строку «Гликоген» в графе «Органелла».

Диафрагма, как и сердце, функционирует с максимальной интенсивностью 110 с, гипоксического состояния в МВ-1 (регулярно рекрутируемых МВ) не возникает. Поэтому запишем в строке МФ + СПР: продолжительность — 180 с, эффективность — 0 (так как не имеется в саркоплазме повышенной концентрации ионов Н), результат — 0; в строке МХ+МГ+К: продолжительность — 180 с, эффективность — 0 (так как видимо имеется полное соответствие между количеством миофибрилл и массой митохондрий), результат — 0; в строке гликоген: продолжительность 180 с, эффективность — 0 (так как используется глюкоза и лактат крови), результат — 0.

Несколько иначе идут процессы в МВ-2 диафрагмы, которые рекрутируются только при около- или максимальной легочной вентиляции. В связи с тем, что эти МВ-2 редко активируются, мощность окислительного фосфорилирования пирувата меньше скорости его продукции в ходе гликолиза. Поэтому в МВ-2 создаются условия (Кр и Н) необходимые для гиперплазии миофибрилл и митохондрий, накопления гликогена, тогда можно записать для МФ, МХ, и гликогена: П = 110 с, Э = 1; Р = 110 с.

Эндокринная система (надпочечники) при максимальной физической активности выбрасывает в кровь предельное количество гормонов, поэтому в таблицу записываем чистое время трех упражнений П = 3×10 с = 30 с, а эффективность

определяем из простой формулы Э = И×И = 1×1 = 1 (в другом случае, например при интенсивности упражнения на уровне МПК или 0,4 эффективность составит Э = 0,4×0,4 = 0,16).

Квадратическая зависимость хорошо описывает связь между мощностью упражнения и концентрацией гормонов в крови (например, адреналина или норадреналина).

В мышцах, выполняющих механическую работу с максимальной физиологической активностью, с ритмическим сокращением и расслаблением мышц имеется хорошее кровоснабжение (сердцу помогает мышечный насос), поэтому в ОМВ после снижения концентрации КрФ интенсифицируется окислительное фосфорилирование, благодаря которому метаболизируются (в воду) как собственные ионы Н, так и поступающие из крови. В ПМВ возможно некоторое накопление ионов водорода, а в ГМВ в ходе упражнения и, особенно, в интервалах отдыха. Напомним, что и-РНК должна активно образовываться лишь при сочетании высоких концентраций в МВ свободных Кр и Н, поэтому в таблицу можно записать: МФ + СПР ММВ П = 180 с, Э = 0, Р = 0;
МФ + СПР ПМВ П = 180 с, Э = 0,5, Р = 90 с; МФ БМВ П = 180 с, Э = 1, Р = 180 с.

В ММВ митохондрии могут образовываться только около новых миофибрилл, поэтому записываем МХ + МГ + К ММВ П = 180 с,
Э = 0, Р = 0. В ПМВ можно записать: П = 180 с, Э = 1, Р = 180 с.

В ГМВ резко возрастает концентрация Н, что, как известно, приводит к набуханию митохондрий, исчезновению крист, потере функциональных возможностей, поэтому следует записать так: П = 180 с, Э = −0,5 (так как степень закисления еще не предельная), Р = −90 с. Из этой записи видно, что упражнение должно отрицательно сказаться на аэробных возможностях БМВ.

Гликоген — субстрат метаболизма во всех МВ, поэтому он тратится, и в ходе восстановления можно ожидать сверхвосстановления.

Таким образом, заполненная таблица показывает, какие системы и органы задействованы в работе и какова степень воздействия, обеспечивающая образование и-РНК, наличие которой обеспечит в ходе восстановления развитие долгосрочных адаптационных процессов (сверхвосстановления), гиперплазию органелл в клетках.

Для приобретения навыков умозрительного имитационного моделирования (физиологического мышления) необходимо регулярно упражняться. В качестве критерия могут выступать некоторые экспериментальные данные из спортивной физиологии или биохимии, но такое сравнение требует значительного количества информационного материала, поэтому большими перспективами и возможностями обладает математическое имитационное моделирование, в ходе которого удается проследить за большинством биохимических и физиологических процессов как в отдельных МВ, так и в мышце в целом.


Если вы заметили в тексте ошибку, выделите её и нажмите Ctrl+Enter.

МФТИ в социальных сетях

soc-vk soc-fb soc-tw soc-li soc-li soc-yt
Яндекс.Метрика