Аэробика – методические рекомендации

ФИЗИОЛОГИЧЕСКОЕ ОБОСНОВАНИЕ АЭРОБИКИ
Слово «аэробика», прежде всего, связано с именем известного
американского врача Кеннета Купера. В конце 60-х годов под его руководством
проводилась исследовательская работа для военно-воздушных сил США по
аэробной тренировке. Основы этой тренировки, ориентированные на широкий
круг читателей, были изложены в книге "Аэробика", изданной в 1963 году.
В широком смысле к аэробике относятся все виды физических
упражнений, выполняемых
в режиме
аэробного
энергообеспечения
мышечной деятельности. В основном это упражнения циклического
характера: ходьба, бег, плавание, езда на велосипеде, ходьба и бег на лыжах,
гребля, и пр. Однако такими упражнениями могут считаться так же, например,
игра в футбол, баскетбол, гандбол, водное поло умеренной интенсивности, т.е.
такие упражнения, которые в своей основе имеют циклические двигательные
действия, такие как бег, ходьба или плавание. Такие упражнения повышают
потребление кислорода организмом во время занятий и значительно
увеличивают энергозатраты.
Для того чтобы понять физиологический механизм и биохимические
процессы, происходящие в сокращающихся мышцах, необходимо рассмотреть
строение мышечного волокна.
Структурной единицей мышечного волокна являются миофибриллы –
особым образом организованные пучки белков, располагающиеся вдоль клетки.
Миофибриллы в свою очередь построены из белковых нитей (филаментов)
двух типов – толстых и тонких. Основным белком толстых нитей является
миозин, а тонких – актин. Миозиновые и актиновые нити – главный
компонент всех сократительных систем в организме.
Электронно-микроскопическое изучение показало строго упорядоченное
расположение
миозиновых
и
актиновых
нитей
в
миофибрилле.
Функциональной единицей миофибриллы является саркомер – участок
миофибриллы между двумя Z-пластинками. Саркомер включает в себя пучок
миозиновых нитей, серединой сцепленных по так называемой М-пластине, и
проходящих между ними волокон актиновых нитей, которые в свою очередь
прикреплены к Z-пластинам.
М-линия (пластина)
Поперечное сечение
Z-пластина
Рис. 1. Схема строения участка миофибриллы.
Сокращение происходит путем скольжения тонких актиновых и толстых
миозиновых нитей навстречу друг другу или вдвигания актиновых нитей между
миозиновыми в направлении М-линии. Это происходит в результате того, что
под влиянием нервного импульса в саркоплазме миофибриллы возникают
условия, в результате которых начинаются образовываться химические связи
(«мостики») между молекулами миозина и актина, что приводит к
механическому движению нитей относительно друг друга (рис. 2). И чем
мощнее и длительнее этот нервный импульс, тем большее количество таковых
«мостиков» образуется.
М-линия (пластина)
Z-пластина
Рис. 2. Схема преобразования химических связей в механическое движение.
Максимальное укорочение достигается тогда, когда Z-пластинки, к
которым прикреплены актиновые нити, приближаются к концам миозиновых
нитей. При сокращении саркомер укорачивается на 25-50 % (рис. 3).
Расслабленная мышца
Сокращенная мышца
Рис. 3. Схема мышечного сокращения.
Саркоплазма, вмещающая миофибриллы, пронизана между ними сетью
цистерн и трубочек эндоплазматического ретикулума, а также системой
поперечных трубочек, которые тесно контактируют с ним, но не сообщаются.
Скольжение актиновых и миозиновых нитей относительно друг друга
происходит в результате того, что потенциальная химическая энергия,
находящаяся в структурных элементах мышечного волокна, переходит в
потенциальную механическую энергию напряжения и кинетическую энергию
движения. Химические превращения в мышце протекают как при наличии
кислорода (в аэробных условиях), так и при отсутствии кислорода (в
анаэробных условиях).
Первичным источником энергии
для
сокращения
мышц
служит
расщепление АТФ – аденозинтрифосфорная кислота, состоящая из белка
аденозин и трех остатков фосфорной кислоты (фосфатов):
АДЕНОЗИН
фосфат
фосфат
фосфат
Под действием нервного импульса в тканях мышц создаются условия,
при которых один фосфат отщепляется от АТФ, при этом разрываются
внутримолекулярные связи, образуется молекула аденозиндифосфата (АДФ) и
свободного фосфата и при этом освобождается химическая энергия, в
дальнейшем расходующаяся на сокращение мышечных волокон.
Эту реакцию можно представить в следующем виде:
АТФ  АДФ + Ф + Q (кал)
АДФ в ходе дальнейших трансформаций дефосфолирируется до
адениловой кислоты с образованием дополнительных молекул АТФ:
2 АДФ  АТФ + АМФ
Запасы АТФ в мышце незначительны и, чтобы поддерживать их
деятельность, необходим непрерывный ресинтез (восстановление) АТФ. Он
происходит за счет энергии, получаемой при распаде креатинфосфата (КрФ)
на креатин (Кр) и фосфорную кислоту (анаэробная фаза). С помощью
ферментов фосфатная группа от КрФ быстро переносится на АДФ (в течение
тысячных долей секунды):
АДФ + КрФ  АТФ + Кр,
АТФ  АДФ + Ф + Q (кал)
2 АДФ  АТФ + АМФ
При
продолжении
мышечной
деятельности
запасы
КрФ
тоже
заканчиваются, а значит, снижается и ресинтез АТФ. Таким образом,
содержание веществ, способных отдавать энергию падает, а значит и мышцы
могут прекратить свою деятельность.
Для создания условий для ресинтеза АТФ необходимо наличие КрФ, что
достигается за счет образования новых молекул КрФ с привлечением энергии,
образующейся при расщеплении гликогена, находящегося в мышцах и
глюкозы, находящейся в крови. При этом, если мышцы выполняют мощную и
быструю работу, то эти процессы идут без привлечения кислорода (анаэробная
фаза), но тогда при этом образуется молочная кислота (лактат):
глюкоза (гликоген)  Q (на 2 АТФ) + молочная кислота
Кр + Ф + Q  КрФ,
АДФ + КрФ  АТФ + Кр,
АТФ  АДФ + Ф + Q (кал)
2 АДФ  АТФ + АМФ
Таким образом, анаэробные процессы энергообразования протекают по
меньшей мере в виде двух типов реакций:
1) креатинфосфокиназная – когда осуществляется расщепление КрФ,
фосфорные группировки с которого переносятся на АДФ, ресинтезируя при
этом АТФ. Но запасы креатинфосфата в мышцах невелики и это
обусловливает быстрое (в течение 2–4 сек) угасание этого типа реакции;
2) гликолитическая (гликолиз) – развивается медленнее, в течение 2—3 мин
интенсивной работы. Гликолиз начинается с фосфолирирования запасов
гликогена мышц и поступающей с кровью глюкозы. Энергии этого процесса
хватает на несколько минут напряженной работы. На этом этапе
завершается первая стадия фосфолирирования гликогена и происходит
подготовка к окислительному процессу. Затем наступает вторая стадия
гликолитической реакции – дегидрогенирование и третья – восстановление
АДФ в АТФ. Гликолитическая реакция заканчивается образованием двух
молекул молочной кислоты.
Вследствие того, что в результате протекания анаэробных реакций не
требуется большого количества кислород, хотя в дальнейшем его потребление
увеличивается для погашения кислородного долга, сердечно-сосудистая и
дыхательная системы во время упражнений работают не интенсивно, что не
приводит к их дальнейшему существенному развитию. Кроме того, как
отмечалось выше, в тканях организма накапливается молочная кислота, которая
смещает внутреннюю среду организма в кислую сторону, что приводит к
нарушению ферментативных реакций и при неправильном планировании
тренировок может привести к угнетению и дезорганизации обмена веществ
и снижению работоспособности мышц.
Оба
этих
факта
не
являются
способствующими
серьезному
укреплению здоровья.
К
несколько
другим
результатам
приводит
аэробный
процесс
энергообеспечения мышечной деятельности. При выполнении умеренной
работы, развертывающиеся в мышцах процессы протекают медленнее и
поэтому образование энергии, требующейся для восстановления АТФ,
протекает
с
использованием
кислорода
(О2)
–
аэробная
фаза
энергообеспечения мышечной деятельности:
глюкоза (гликоген)  Q (2 АТФ) + молочная кислота + О2 
 Q (на 38 АТФ) + Н2О + СО2
молочная кислота + О2  Н2О + СО2
При дальнейшем совершении мышечной работы с ЧСС (частота
сердечных сокращений) 110-130 уд/мин (ударов в минуту) на протяжении 20-30
минут, уровень глюкозы в крови снижается до определенного уровня, и,
соответственно, создаются условия для сжигания жиров, что способствует
снижению жирового компонента общей массы тела:
жир + О2  …  Q (значительно больше, чем на 38 АТФ) + Н2О + СО2
Таким образом, при аэробных процессах вырабатывается значительно
большее количество энергии, чем при анаэробных реакциях. Углекислый газ и
вода являются основными продуктами распада при аэробном способе
выработки энергии и легко удаляются из организма при помощи дыхания и
пота.