Наибольший кпд человека не превышает. Энергозатраты при физических нагрузках разной интенсивности. Слух, обоняние, осязание

Энергетическое и вегетативное обеспечение мышечной работы

Затраты энергии при мышечной деятельности могут быть учтены и измерены достаточно полно. Энергетические затраты зависят от интенсивности и объема нагрузки. Суммарные энергозатраты складываются из непременных энергетических затрат на поддержание жизнедеятельности организма; энергетических затрат на обеспечение сокращения выполняющих работу скелетных мышц; дополнительных энергетических затрат на усиленную работу сердечно-сосудистой, дыхательной и других систем при мышечной деятельности; постоянных энергетических затрат на поддержание позы; нарастающих энергетических затрат на нормализацию внутренней среды организма, изменяющейся под воздействием мышечной нагрузки.

Только в отдельных случаях удается количественно оценить каждый из этих компонентов энергозатрат. Главный смысл изменений деятельности всех физиологических систем при мышечной работе - обеспечение необходимого уровня энергетических затрат в каждом из перечисленных компонентов.

Вегетативные системы. Физиологические системы организма, обеспечивающие его нормальную жизнедеятельность в условиях покоя и мышечной деятельности, называются вегетативными. К ним относятся дыхание, кровообращение, пищеварение, выделение и т.п. При мышечной работе активность всех вегетативных систем изменяется таким образом, чтобы создать наилучшие условия снабжения работающих мышц энергией, а также свести к минимуму те отрицательные сдвиги во внутренней среде организма, которые возникают вследствие интенсивных обменных процессов в мышцах. Соответствие активности вегетативных систем потребностям организма обеспечивается за счет нервной и гуморальной регуляции.

Напряженность работы, Вт

Рис. 39. Возрастные и половые различия зависимости частоты пульса от уровня нагрузки

Реакция вегетативных систем на нагрузку. Если нагрузка на мышцы постепенно увеличивается, т.е. растет мощность внешней механической работы, то соответственно увеличиваются потребление кислорода, скорость кровотока, вентиляция легких и т.п. Большинство показателей деятельности вегетативных систем организма линейно зависит от мощности нагрузки, т. е. увеличение мощности на некоторую конкретную величину приводит к соответствующему, всегда одинаковому, увеличению таких показателей, как, например, потребление кислорода, частота пульса и др. (рис. 39). Однако это справедливо только в том случае, если такие измерения производятся при работе в устойчивом состоянии, т. е. не менее чем через 2-3 мин после начала нагрузки или ее очередного повышения. Эти 2-3 мин необходимы организму для того, чтобы отрегулировать уровень активности вегетативных функций в соответствии с энергетическим запасом скелетных мышц.

Линейная зависимость между величиной нагрузки и показателями деятельности физиологических систем организма позволяет оценивать интенсивность нагрузки по величине частоты пульса или потребления кислорода, когда строгое измерение мощности работы невозможно. И наоборот, зная величину нагрузки, можно прогнозировать уровень активности той или иной физиологической системы. На этом основана, в частности, методика измерения «физической работоспособности при пульсе 170 уд/мин» (сокращенно - ФР 170 , или PWC 170 - по первым буквам английских слов «физическая», «работа», «способность»). Эта методика такова: испытуемый выполняет поочередно два различных по нагрузке задания и оба раза у него измеряют частоту пульса в устойчивом состоянии, т.е. не ранее, чем через 3 мин после начала работы. Полученные величины отмечают на графике точками, а затем проводят через них прямую и находят точку ее пересечения с прямой, отражающей уровень частоты пульса 170 уд/мин. Опустив из точки пересечения перпендикуляр на ось абсцисс с нанесенными на ней величинами мощности нагрузки (рис. 40), получают результат, выраженный в единицах мощности. Это и будет значением PWC I 70 . Вместо графического можно использовать способ расчета PWC I 70 по формуле, основанной на уравнении прямой. Согласно рекомендациям Всемирной организации здравоохранения, тест PWC I 70 либо его аналог (PWC I 50 , PWC I 30 и т.п.) проводится во всех случаях, когда необходимо определить физические кондиции человека и охарактеризовать его физическое здоровье.

Рис. 40. Схема графического определения PWC I 70

f 0 - пульс при первой нагрузке; f n - пульс при второй нагрузке; О u N - мощность первой и второй нагрузки. Стрелки указывают величину PVC I 70 на шкале мощности

Для детей и подростков школьного возраста определение PWC170 может быть несколько упрощено за счет того, что вместо двух нагрузок допустимо задавать лишь одну, но обязательно, чтобы частота пульса при этом достигала 140 уд/мин или более. Тогда второй точкой на графике можно отмечать значение пульса покоя. У дошкольников моложе 6 лет корректное измерение величины PWC I 70 невозможно, поскольку они не могут поддерживать устойчивое состояние активности своих вегетативных функций.

Измерение PWC I 70 - простой и эффективный способ оценки функциональных возможностей организма при работе в зонах умеренной и большой мощности, в которых и осуществляется главным образом жизнедеятельность организма. Хотя измеряемой величиной в этом тесте является частота пульса, оцениваются в комплексе все составляющие кислородно-транспортной системы организма. Отклонения от нормы в любой из важнейших систем - кровообращения, дыхания, двигательного аппарата - сразу же проявятся в значительно более низких показателях PWC I 70 . Напротив, почти любой вид тренированности приводит к существенному увеличению PWC I 70 .

Нелинейные зависимости. Линейная зависимость показателей активности вегетативных систем организма от мощности имеет место только в диапазоне нагрузок, где энергетическое обеспечение непосредственно связано с доставкой кислорода к работающим мышцам, т.е. в «аэробном» диапазоне (зоны умеренной и большой мощности). Если же заданная нагрузка лежит в зоне субмаксимальной или максимальной мощности, то линейной зависимости между показателями работы физиологических функций и уровнем нагрузки не наблюдается (рис. 41). В большинстве случаев показатели деятельности вегетативных систем растут по мере повышения мощности нагрузки до определенного предела, после которого их увеличение прекращается, а если мощность продолжает возрастать, то возможно даже снижение этих показателей. Такой уровень активности вегетативной функции, который может быть достигнут при самой интенсивной работе в аэробных условиях, называется максимальным. Если функция достигла своего максимального уровня, то дальнейшее увеличение мощности нагрузки может привести только к снижению показателя.

Рис. 41. Примеры нелинейных зависимостей параметров энергетического обмена от мощности мышечной работы

L a - концентрация лактата в крови; Q o 2 - скорость потребления кислорода

Некоторые показатели активности вегетативных функций в естественных условиях мышечной деятельности не могут достичь своего максимального уровня. Так, максимальная вентиляция легких возможна только при произвольном наиболее частом и глубоком дыхании. Другие функции, такие как частота пульса, объемная скорость кровотока и потребление кислорода, могут достичь максимума только в условиях мышечной деятельности. Максимальные уровни частоты пульса и потребления кислорода обычно достигаются при одинаковой нагрузке. Мощность такой нагрузки, при которой частота пульса и потребление кислорода достигают максимального уровня, называют критической. Нагрузки критической мощности очень трудоемки и не могут продолжаться долго (обычно не более 3-5 мин).

Аэробная производительность и аэробный диапазон. Величина максимального потребления кислорода (МПК) - один из главных показателей в физиологии мышечной деятельности. Физиологический смысл величины МПК состоит в том, что она отражает суммарную пропускную способность всех механизмов транспорта кислорода, начиная от транспорта газов в легких и кончая транспортом электронов в митохондриях скелетно-мышечных волокон. При этом, поскольку скорость поглощения кислорода пропорциональна мощности работы, которая может за счет этого выполняться, величину МПК называют еще «аэробной производительностью» организма.

Диапазон нагрузок от состояния покоя до критической мощности, при которой достигается МПК, называют «аэробным диапазоном». Хотя большая часть потребности организма в энергии при нагрузках в аэробном диапазоне действительно покрывается за счет использования кислорода, бескислородные (анаэробные) источники также обязательно участвуют в энергообеспечении мышечной работы, по крайней мере в период врабатывания.

Поддержание гомеостаза при мышечной нагрузке. Изменения внутренней среды, происходящие во время мышечной работы, требуют напряжения механизмов гомеостаза. Поскольку при нагрузке обменные процессы ускоряются во много раз, во столько же раз больше образуется разнообразных продуктов, подлежащих удалению из организма, а также метаболической воды. Одновременно резко увеличивается температура тела, поскольку вся энергия, освободившаяся в клетках и не превращенная в механическую работу, преобразуется в тепло, и это тепло нагревает организм. Учитывая, что в режиме МПК человек вырабатывает около 1200- 1500 Вт энергии, и лишь 1/5 ее часть реализуется в виде механической работы, можно себе представить, как быстро нагрелся бы организм, если бы не работали системы терморегуляции.

Физиологическая «стоимость» физической работы. Физическая работа, которую выполняет человек, отнюдь не идентична той механической работе, которая оценивается с помощью эргометрических методов. Ни интенсивность, ни объем внешней механической работы, которую может выполнить человек, сами по себе ничего не говорят о той физиологической «цене», которую платит организм при физической нагрузке. Под «физиологической ценой» нагрузки мы понимаем ту добавочную работу, которую вынуждены выполнять системы организма (в том числе в восстановительном периоде) для компенсации затрат на поддержание гомеостаза. Для ее оценки можно использовать некоторые показатели сердечной деятельности и потребления кислорода, зарегистрированные во время работы и в восстановительном периоде.

Возрастные этапы становления энергетики мышечной деятельности. Первый год жизни ребенка представляет собой период бурного становления мышечной функции и, разумеется, ее энергетического и вегетативного обеспечения. Этот этап продолжается до возраста 3 лет, после чего преобразования в мышцах тормозятся, и следующий этап начинается вместе с полуростовым скачком примерно в 5 лет. Важнейшим событием здесь является появление уже близких ко взрослому варианту типов мышечных волокон, хотя их соотношение еще является «детским», да и функциональные возможности вегетативных систем еще недостаточно велики. В школьном возрасте ребенок проходит еще целый ряд этапов, только на последнем из них достигая «взрослого» уровня регуляции, функциональных возможностей и энергетики скелетных мышц:

1-й этап - возраст от 7 до 9 лет - период поступательного развития всех механизмов энергетического обеспечения с преимуществом аэробных систем;

2-й этап - возраст 9-10 лет - период «расцвета» аэробных возможностей, роль анаэробных механизмов мала;

3-й этап - период от 10 до 12-13 лет - отсутствие увеличения аэробных возможностей, умеренное увеличение анаэробных возможностей, развитие фосфагенного и анаэробно-гликолитического механизмов протекает синхронно;

4-й этап - возраст от 13 до 14 лет - существенное увеличение аэробных возможностей, торможение развития анаэробно-гликолитического механизма энергообеспечения; фосфагенный механизм развивается пропорционально увеличению массы тела;

5-й этап - возраст 14-15 лет - прекращение увеличения аэробных возможностей, резкое увеличение емкости анаэробно-гликолитического процесса, развитие фосфагенного механизма, по-прежнему, пропорционально увеличению массы тела;

6-й этап - период от 15 до 17 лет - аэробные возможности растут пропорционально массе тела, продолжают быстро расти анаэробно-гликолитические возможности, значительно ускоряется развитие механизмов фосфагенной энергопродукции, завершается формирование дефинитивной структуры энергообеспечения мышечной деятельности.

На процессы созревания энергетических и вегетативных систем огромное влияние оказывает половое созревание, так как половые гормоны непосредственно влияют на метаболические возможности скелетных мышц. Аэробное энергообеспечение, достигающее расцвета еще до начала пубертата, на первых его стадиях даже несколько ухудшается, однако к возрасту 14 лет отмечается новый рост возможностей аэробных систем энергообеспечения. Это связано, в частности, с внутренними потребностями мышц, которым для последнего этапа дифференцировок требуются мощные окислительные системы. Анаэробное энергообеспечение резко активируется уже на начальных стадиях полового созревания, затем (III стадия) темп его совершенствования замедляется, а после достижения IV стадии полового созревания (15-16 лет у мальчиков, 13-14 лет у девочек) наблюдается бурный рост анаэробных возможностей, особенно у юношей. Девушки в этот период уже сильно отличаются от юношей по характеру и уровню развития мышечной энергетики.

Страница
4

· устойчивость к стрессовым ситуациям тренировочной и соревно­вательной деятельности;

· кинестетические и визуальные восприятия двигательных дейст­вий и окружающей среды;

· способность к психической регуляции движений, обеспечение эффективной мышечной координации;

· способность воспринимать, организовывать и "перерабатывать информацию в условиях дефицита времени;

способность к формированию в структурах головного мозга опе­режающих реакций, программ, предшествующих реальному дей­ствию.

Интенсивность физических нагрузок

Воздействие физических упражнений на человека связано с нагрузкой на его организм, вызывающей активную реакцию функци­ональных систем. Чтобы определить степень напряженности этих сис­тем при нагрузке, используются показатели интенсивности, которые характеризуют реакцию организма на выполненную работу. Таких по­казателей много: изменение времени двигательной реакции, частота дыхания, минутный объем потребления кислорода и т.д. Между тем наиболее удобный и информативный показатель интенсивности на­грузки, особенно в циклических видах спорта, это частота сердечных сокращений (ЧСС). Индивидуальные зоны интенсивности нагрузок определяются с ориентацией именно на частоту сердечных сокраще­ний. Физиологи определяют четыре зоны интенсивности нагрузок по ЧСС: О, I, II, III. На рис. 5.12 представлены зоны интенсивности на­грузок при равномерной мышечной работе.

Разделение нагрузок на зоны имеет в своей основе не только изме­нение ЧСС, но и различия в физиологических и биохимических про­цессах при нагрузках разной интенсивности.

Нулевая зона характеризуется аэробным процессом энергетических превращений при частоте сердечных сокращений до 130 ударов в мин для лиц студенческого возраста. При такой интенсивности нагрузки не возникает кислородного долга, поэтому тренировочный эффект может обнаружиться лишь у слабо подготовленных занимающихся. Нулевая зона может применяться в целях разминки при подготовке организма к нагрузке большей интенсивности, для восстановления (при повтор­ном или интервальном методах тренировки) или для активного отдыха. Существенный прирост потребления кислорода, а следовательно, и соответствующее тренирующее воздействие на организм происходит не в этой, а в первой зоне, типичной при воспитании выносливости у начинающих.

Первая тренировочная зона интенсивности нагрузки (от 130 до 150 удар/мин) наиболее типична для начинающих спортсменов, так как прирост достижений и потребление кислорода (с аэробным про­цессом его обмена в организме) происходит у них начиная с ЧСС, рав­ной 130 удар/мин. В связи с этим данный рубеж назван порогом го­товности.

При воспитании общей выносливости для подготовленного спортсмена характерно естественное «вхождение» во вторую зону интенсивности нагрузок. Во второй тренировочной зоне (от 150 до 180 удар/мин) подключаются анаэробные механизмы энергообеспече­ния мышечной деятельности. Считается, что 150 удар/мин, это порог анаэробного обмена (ПАНО). Однако у слабо подготовленных зани­мающихся и у спортсменов с низкой спортивной формой ПАНО может наступить и при частоте сердечных сокращений 130- 140 удар/мин, тогда как у хорошо тренированных спортсменов ПАНО может «отодвинуться» к границе 160-165 удар/мин.

В третьей тренировочной зоне (более 180 удар/мин) совершенст­вуются анаэробные механизмы энергообеспечения на фоне значитель­ного кислородного долга. Здесь частота пульса перестает быть инфор­мативным показателем дозирования нагрузки, но приобретают вес по­казатели биохимических реакций крови и ее состава, в частности ко­личество молочной кислоты. Уменьшается время отдыха сердечной мышцы при сокращении более 180 удар/мин, что приводит к падению ее сократительной силы (при покое 0,25 с - сокращение, 0,75 с - отдых; при 180 удар/мин - 0,22 с - сокращение, 0,08 с - отдых), резко возрастает кислородный долг.

К работе большой интенсивности организм приспосабливается в ходе повторной тренировочной работы. Но самых больших значений максимальный кислородный долг достигает только в условиях сорев­нований. Поэтому чтобы достичь высокого уровня интенсивности тре­нировочных нагрузок, используют методы напряженных ситуаций со­ревновательного характера.

Энергозатраты при физических нагрузках

Чем больше мышечная работа, тем сильнее возрастает рас­ход энергии. Отношение энергии, полезно затраченной на работу, ко всей израсходованной энергии называется коэффициентом полезного действия (КПД). Считается, что наибольший КПД человека при привычной для него работе не превышает 0,30-0,35. Следовательно, при самом экономном расхо­де энергии в процессе работы общие энергетические затраты организ­ма минимум в 3 раза превышают затраты на совершение работы. Чаще же КПД равен 0,20-0,25, так как нетренированный человек тратит на одну и ту же работу больше энергии, чем тренированный. Так, экспе­риментально установлено, что при одной и той же скорости передви­жения разница в расходе энергии между тренированным спортсменом и новичком может достигать 25-30%

Общее представление о расходе энергии (в ккал) во время прохож­дения разных дистанций дают следующие цифры, определенные из­вестным физиологом спорта B.C. Фарфелем.

Бег легкоатлетический, м Плавание, м

100 – 18 100 – 50

200 – 25 200 – 80

400 – 40 400 – 150

800 – 60 Лыжные гонки, км

1500 – 100 10 – 550

3000 – 210 30 – 1800

5000 – 310 50 – 3600

10000 – 590 Велогонки, км

42195 – 2300 1 – 55

Бег на коньках, м 10 – 300

500 – 35 20 – 500

1500 – 65 50 – 1100

5000 – 200 100 – 2300

Г.В. Барчукова и С.Д. Шпрах сравнивают энергетическую «стои­мость» различных проявлений спортивной и бытовой дыхательной де­ятельности (в расчете ккал/мин).

Двигательная деятельность ккал/мин

Лыжи 10,0-20,0

Бег по пересеченной местности 10,6

Футбол. 8,8

Теннис 7,2-10,0

Настольный теннис 6,6-10,0

Плавание (брасс) . . 5,0-11,0

Волейбол. 4,5-10,0

Гимнастика. 2,5-6,5

Современные танцы 4,7-6,6

Вождение машины. 3,4-10,0

Мытье окон 3,0-3,7

Косьба травы 1,0-7,5

Одевание и раздевание……….2,3-4,0,

С ориентацией на мощность и расход энергии были установлены зоны относительной мощности в циклических видах спорта

Сравнение увеличения затрат энергии с увеличением тяжести работы показывает, что величина затрачиваемой энергии за вычетом основного обмена всегда больше совершаемой человеком «полезной» механической работы. Причина такого несоответствия заключается прежде всего в том, что при превращении химической энергии питательных веществ в работу значительная часть энергии теряется в виде тепла, не переходя в механическую энергию. Некоторая часть энергии расходуется на поддержание статических напряжений, которые только частично учитываются при подсчете совершенной человеком механической работы. Каждое движение человека требует и статических и динамических напряжений, причем соотношение тех и других при различных работах различно. Так, поднятие груза с высоты 1 м на высоту 1,5 м при выпрямленном туловище требует меньшей затраты энергии, чем поднятие такого же груза с высоты 0,5 м на высоту 1 м при наклонном положении туловища, так как удержание последнего в наклонном состоянии требует более значительного статического напряжения мышц спины.

Определенная часть энергии, образовавшейся при химических реакциях, расходуется на преодоление сопротивлений движению со стороны растягиваемых во время движения мышц-антагонистов и эластичных тканей в суставах, на преодоление вязкого сопротивления деформации мышц и на преодоление инерции движущихся звеньев тела при изменениях направления движения. Отношение количества выполненной человеком механической работы, выраженное в калориях, к величине затрат энергии, также в калориях, называется энергетическим коэффициентом полезного действия.

Величина коэффициента полезного действия зависит от способа работы, ее темпа и состояния тренированности и утомления человека. Иногда величину коэффициента полезного действия используют для оценки качества рабочих приемов. Так, при изучении движений опиловки металла было установлено, что на каждый килограмм-сила-метр работы затрачивается 0,023 ккал, что соответствует коэффициенту полезного действия 1/ = 10,2
Этот сравнительно невысокий коэффициент полезного действия объясняется значительной статической работой при опиловке, требующей напряжения мышц туловища и ног для сохранения рабочей позы. При других видах работы коэффициент полезного действия может быть больше или меньше величины, найденной для опиловки металла. Ниже приведены величины коэффициента полезного действия для некоторых работ:
Подъем тяжестей........................8,4
Работа напильником......................10,2
Работа вертикальным рычагом (толкание) 14,0
Вращение рукоятки.................20,0
Езда на велосипеде.....................30,0
Наибольшее значение, которого может достичь коэффициент полезного действия человеческого организма,- 30%. Эта величина достигается при выполнении хорошо освоенной, привычной работы с участием мускулатуры ног и туловища.

Величина коэффициента полезного действия работы в отдельных случаях позволяет установить более рациональные условия выполнения физической работы, в частности определить оптимальную скорость (темп), нагрузку, производительность работы. Большей частью величина энергетических трат на единицу продукции бывает наименьшей, а обратная ей величина коэффициента полезного действия - наибольшей при средних степенях скорости и нагрузки в середине периода работы, если она продолжается до утомления.

Изменение коэффициента полезного действия в отдельных случаях, в частности, когда сравниваются однородные работы, различающиеся лишь способом выполнения, может служить одним из критериев для оценки рациональности некоторых конкретных сторон труда. Однако этот критерий для работающего человека ни в какой мере не имеет того определяющего и универсального значения, которым он обладает в оценке работы машины. В то время как в паровой машине только внешняя механическая работа является основным полезным эффектом превращений энергии, а остальная извлеченная из топлива энергия справедливо считается бесполезно потерянной, для организма человека полезна и та часть потребляемой энергии, которая идет не на внешнюю механическую работу, а на повышение жизнедеятельности клеток во время работы и на восстановление временно уменьшающейся работоспособности.

Более точным и универсальным критерием физиологической оценки рациональности конкретных рабочих приемов и отдельных движений является длительность поддержания высокого уровня работоспособности, что проявляется в увеличении производительности труда и в таком приспособлении физиологических функций, которое ведет к дальнейшему развитию физических и духовных способностей человека.

Известно, что чем больше мышечная работа, тем сильнее возрастает расход энергии. В ла­бо­ра­тор­ных условиях в опы­тах с ра­бо­той на велоэргометре при точно определенной величине мышечной работы и точ­но измеренном сопротивлении вращению педалей была установлена прямая (линейная) зависимость расхода энергии от мощности работы, регистрируемой в ки­лог­рам­мо­мет­рах или ваттах. Вместе с тем было выявлено, что не вся энергия, расходуемая человеком при совершении механической работы, используется непосредственно на эту работу, ибо большая часть энергии теряется в ви­де тепла. Известно, что отношение энергии, полезно затраченной на работу, ко всей израсходованной энергии называется коэф­фициентом полезного действия (КПД).

Считается, что наибольший КПД человека при привычной для него работе не превышает 0,30–0,35. Следовательно, при самом экономном расходе энергии в про­цес­се работы общие энергетические затраты организма минимум в три раза превышают затраты на совершение работы. Чаще же КПД равен 0,20–0,25, так как нетренированный человек тратит на ту же работу больше энергии, чем тренированный. Так, экспериментально установлено, что при одной и той же скорости передвижения разница в рас­хо­де энергии между тренированным спортсменом и но­вич­ком может достигать 25–30%.

С ори­ен­та­цией на мощность и рас­ход энергии установлены четыре зоны относительной мощности в цик­ли­чес­ких видах спорта. Это зоны максимальной, субмаксимальной, большой и уме­рен­ной мощности. Эти зоны предполагают деление множества различных дистанций на четыре группы: короткие, средние, длинные и сверхдлин­ные.

В чем же суть разделения физических упражнений по зонам относительной мощности и как это группирование дистанций связано с энер­го­зат­ра­та­ми при физических нагрузках разной интенсивности?

Во-пер­вых, мощность работы прямо зависит от ее интенсивности. Во‑вторых, высвобождение и рас­ход энергии преодоления дистанций, входящих в раз­лич­ные зоны мощности, имеют существенно различающиеся физиологические характеристики.

Зона максимальной мощности . В ее пределах может выполняться работа, требующая предельно быстрых движений. Ни при какой другой работе не высвобождается столько энергии. Кислородный запрос в еди­ни­цу времени самый большой, потребление организмом кислорода незначительно. Работа мышц совершается почти полностью за счет бескислородного (анаэробного) распада веществ. Практически весь кислородный запрос организма удовлетворяется уже после работы, т. е. зап­рос во время работы почти равен кислородному долгу. Дыхание незначительно: на протяжении тех 10–20 с, в те­че­ние которых совершается работа, спортсмен либо не дышит, либо делает несколько коротких вдохов. Зато после финиша дыхание его еще долго усилено: в это время погашается кислородный долг. Из-за кратковременности работы кровообращение не успевает усилиться, частота же сердечных сокращений значительно возрастает к кон­цу работы. Однако минутный объем крови увеличивается ненамного, потому что не успевает вырасти систолический объем сердца.

Зона субмаксимальной мощности . В мыш­цах протекают не только анаэробные процессы, но и про­цес­сы аэробного окисления, доля которого увеличивается к кон­цу работы из-за постепенного усиления кровообращения. Интенсивность дыхания также все время возрастает до самого конца работы. Процессы аэробного окисления хотя и воз­рас­та­ют на протяжении работы, все же отстают от процессов бескислородного распада. Все время прогрессирует кислородная задолженность. Кислородный долг к кон­цу работы больше, чем при максимальной мощности. В кро­ви происходят большие химические сдвиги.

К кон­цу работы в зо­не субмаксимальной мощности резко усиливаются дыхание и кро­во­об­ра­ще­ние, возникают большой кислородный долг и вы­ра­жен­ные сдвиги в кис­лот­но-ще­лоч­ном и вод­но-со­ле­вом равновесии крови. Возможно повышение температуры крови на 1–2 градуса, что может влиять на состояние нервных центров.

Зона большой мощности . Интенсивность дыхания и кро­во­об­ра­ще­ния успевает уже в пер­вые минуты работы возрасти до очень больших величин, которые сохраняются до конца работы. Возможности аэробного окисления более высоки, однако они все же отстают от анаэробных процессов. Сравнительно большой уровень потребления кислорода несколько отстает от кислородного запроса организма, поэтому накопление кислородного долга все же происходит. К кон­цу работы он бывает значителен. Значительны и сдви­ги в хи­миз­ме крови и мо­чи.

Зона умеренной мощности . Это уже сверхдлинные дистанции. Работа умеренной мощности характеризуется устойчивым состоянием, с чем связано усиление дыхания и кро­во­об­ра­ще­ния пропорционально интенсивности работы и от­сутствие накопления продуктов анаэробного распада. При многочасовой работе наблюдается значительный общий расход энергии, что уменьшает углеводные ресурсы организма.

Итак, в ре­зуль­та­те повторных нагрузок определенной мощности на тренировочных занятиях организм адаптируется к со­от­ветству­ющей работе благодаря совершенствованию физиологических и би­охи­ми­чес­ких процессов, особенностей функционирования систем организма. Повышается КПД при выполнении работы определенной мощности, повышается тренированность, растут спортивные результаты.

Моторная единица – комплекс, включающий один мотонейрон и иннервируемые им мышечные волокна в пределах данной мышцы.

Сила мышц характеризуется величиной максимального напряжения, которое она способна развить при возбуждении. Максимальное напряжение, которое может развить мышца, зависит от числа и толщины волокон, входящих в ее состав. Занятия спортом приводят к утолщению волокон (рабочая гипертрофия), к увеличению силы мышц.

Абсолютная сила мышц – это сила приходящаяся на 1 см 2 поперечного сечения волокон мышцы.

Общий энергетический расход (Е) – сумма расхода на механическую работу (W) и образование тепла (Н)

Отношение величины производимой работы (в калориях) к общим энергетическим тратам характеризует механическую эффективность работы, так называемый коэффициент полезного действия (КПД) мышцы

.

КПД мышцы человека может достигать 25 % и в значительной мере зависеть от скорости ее сокращения. Наибольшая внешняя работа и наиболее высокий КПД наблюдается при средних скоростях работы . Понижение производительности работы при увеличении скорости сокращения мышцы связано с усилением внутреннего трения.

При слишком медленном сокращении КПД снижается в связи с тем, что часть энергии идет на поддержание укорочения мышцы.

Работа и сила мышц. Методика расчета величины работы, выполняемой мышцей. Правило средних нагрузок.

Поскольку основной задачей скелетной мускулатуры является совершение мышечной работы, в экспериментальной и клинической физиологии оценивают величину работы, которую совершает мышца, и мощность, развиваемую ею при работе.

Согласно законам физики, работа есть энергия, затрачиваемая на перемещение тела с определенной силой на определенное расстояние: А = P*h. Если сокращение мышцы совершается без нагрузки (в изотоническом режиме), то механическая работа равна нулю. Если при максимальной нагрузке не происходит укорочения мышцы (изометрический режим), то работа также равна нулю. В этом случае химическая энергия полностью переходит в тепловую.

Закон средних нагрузок - мышца может совершать максимальную работу при нагрузках средней величины.

При сокращении скелетной мускулатуры в естественных условиях преимущественно в режиме изометрического сокращения, например при фиксированной позе, говорят о статической работе, при совершении движений - о динамической.

Мышечное (физическое) утомление, его физиологические механизмы (для изолированной мышцы и в целостном организме). Значение трудов И.М. Сеченова. Адаптационно-трофическая роль симпатической нервной системы.

В результате продолжительной деятельности работоспособность скелетной мускулатуры понижается. Это явление называется утомлением. При этом снижается сила сокращений, увеличиваются латентный период сокращения и период расслабления.

Статический режим работы более утомителен, чем динамический. Утомление изолированной скелетной мышцы обусловлено прежде всего тем, что в процессе совершения работы в мышечных волокнах накапливаются продукты процессов окисления - молочная и пировиноградная кислоты, которые снижают возможность генерирования ПД. Кроме того, нарушаются процессы ресинтеза АТФ и креатинфосфата, необходимых для энергообеспечения мышечного сокращения. В естественных условиях мышечное утомление при статической работе в основном определяется неадекватным регионарным кровотоком. Если сила сокращения в изометрическом режиме составляет более 15% от максимально возможной, то возникает кислородное «голодание» и мышечное утомление прогрессивно нарастает.