Ученые записки университета имени П.Ф. Лесгафта – 2015

Ученые записки университета имени П.Ф. Лесгафта – 2015. – № 10 (128).
3. Левченко, К.П. Восстановительная медицина. Фитнес и лечебная физкультура /
К.П. Левченко ; Рос. мед. акад. последипломного образования. – М. : [б.и.], 2009. – 270 с.
4. Меерсон, Ф.З. Адаптация к стрессовым ситуациям и физическим нагрузкам / Ф.З. Меерсон, М.Г. Пшенникова. – М. : Медицина, 1988. – 253 с.
5. Разумов, А.Н. Оздоровительная физкультура в восстановительной медицине : учебное
пособие / А.Н. Разумов, О.В. Ромашин. – М. : Издательство «МДВ», 2007. – 264 с.
6. Резников, В.А. Послетрудовая реабилитация как социально необходимый фактор повышения адаптационных возможностей лиц, занятых в трудовой деятельности / В.А. Резников,
С.А. Семенова // Ученые записки университета имени П.Ф. Лесгафта. – 2015. – № 5 (123). – С. 150154.
7. Семенова, С.А. Технология оздоровительной тренировки : учебно-методическое пособие / С.А. Семенова. – М. : Эдитус, 2014. – 198 с.
8. Суханов, А.И. Теория и практика управления физическим состоянием человека на основе комплексных физкультурно-оздоровительных коррекций : дис. … д-ра пед. наук / Суханов
А.И. – СПб., 2002. – 351 с.
REFERENCES
1. Agadzhanyan, N.A., Baevsky, R.M., and Berseneva, A.P. (2006), Problems of adaptation and
teaching about health, Publishing house “RUDN”, Moscow.
2. Wayne, A.M. (1998), Autonomic disorders: clinical, treatment, diagnosis, Medical information Agency, Moscow.
3. Levchenko K.P. (2009), Rehabilitation medicine. Fitness and therapeutic exercise, Russian
medical academy of postgraduate education, Moscow.
4. Meerson, F.Z. and Pshennikova, M.G. (1988), Adaptation to stress situations and physical
loads, Medicine, Moscow.
5. Razumov, A.N. and Romashin, A.V. (2007), Wellness exercises in rehabilitation medicine.
Monographic textbook, publishing house MDW, Moscow.
6. Reznikov, V.A. and Semenova, S.A. (2015), “Development of programs for the post work rehabilitation as socially essential factor in increasing the adaptive capacities of the persons involved in the
labor activity”, Uchenye zapiski universiteta imeni P.F. Lesgafta, Vol. 123, No. 5, pp. 150-154.
7. Semenova S.A. (2014), Technology. Wellness coaching. The training guide, Editus, Moscow.
8. Sukhanov, A.I. (2002), Theory and practice of managing the physical condition of the person
based on a comprehensive health and fitness corrections, dissertation, St. Petersburg.
Контактная информация: vovka6@ya.ru
Статья поступила в редакцию 20.10.2015.
УДК 796.011:613.73
АЦИДОЗ – ДОМИНИРУЮЩИЙ ФАКТОР В ОГРАНИЧЕНИИ МЫШЕЧНОЙ
АКТИВНОСТИ
Александр Семенович Розенфельд, доктор биологических наук, профессор,
Уральский государственный университет путей сообщения, г. Екатеринбург,
Ксения Александровна Рямова, кандидат педагогических наук, доцент,
Уральский юридический институт МВД России, г. Екатеринбург
Аннотация
От глубины ацидоза, возникающего в процессе физической нагрузки, зависит не только
степень утомления, но и ее вид. Механизм формирования ацидоза и его глубина зависят от того,
какой энергетический источник доминирует в воспроизводстве АТФ. В случае субстратного фосфорилирования, когда энергопроизводящим механизмом является гликолиз, протон, нарабатываемый в АТФ-азных реакциях (MgATФ2– MgAДФ–+ Фн2– + Н+), уходит в цитозоль, резко закисляя
среду. Если ресинтез АТФ осуществляется окислительным фосфорилированием, происходит захват
протона, нарабатываемый в АТФ-азных реакциях, в результате ацидоз уменьшается. Соответственно, если поток субстратов в клетку, минуя гликолиз, будет сразу поступать в митохондриальные реакции окислительного фосфорилирования, то скорость ресинтеза АТФ, при сохранении дви-
162
Ученые записки университета имени П.Ф. Лесгафта – 2015. – № 10 (128).
гательной активности, будет значительно больше, а глубина ацидоза существенно меньше. В результате возрастет экономичность двигательной деятельности, уменьшается метаболическое утомление, в меньшей мере нарушится клеточная ультраструктура мышечной ткани.
Ключевые слова: физическая нагрузка, гипоксия, ацидоз, гликолиз, окислительное фосфорилирование, АТФ-азная реакция.
DOI: 10.5930/issn.1994-4683.2015.10.128.p162-167
ACIDOSIS – THE DOMINATING FACTOR IN RESTRICTION OF MUSCULAR
ACTIVITY
Aleksandr Semenovich Rozenfeld, the doctor of biological sciences, professor,
Ural State University of Means of Communication, Yekaterinburg,
Kseniya Aleksandrovna Ryamova, the candidate of pedagogical sciences, senior lecturer,
Ministry of Internal Affairs Ural Legal Institute of Russia, Yekaterinburg
Annotation
On depth of the acidosis arising in the course of physical activity depends not only the
degree of exhaustion, but also its form. The mechanism of formation of acidosis and its depth
depends on what power source dominates in ATP reproduction. In case of substrate phosphorylation when the power making mechanism is glycolysis, the proton acquired in ATP-type reactions (MgATP2–  MgADP– + Pн2– + Н+) goes to cytosol, sharply acidifying the environment.
If re-synthesis of ATP is carried out by oxidizing phosphorylation, there is a capture of the proton, the acquired in ATP-type reactions, as a result the acidosis decreases. Respectively, if the
stream of substrata in the cage, passing glycolysis, will come at once to mitochondrial reactions
of oxidizing phosphorylation, ATP re-synthesis speed, at preservation of physical activity, will
be much more, and depth of acidosis is significantly less. As a result the profitability of the motor activity will increase, the metabolic exhaustion decreases, in a smaller measure the cellular
ultrastructure of muscular tissue will be broken.
Keywords: physical activity, hypoxia, acidosis, glycolysis, oxidizing phosphorylation,
ATP-type reaction.
Избыточное накопление ионов водорода в клеточной среде (ацидоз) является проявлением многих патологических и физиологических состояний. В условиях интенсивных мышечных нагрузок ацидоз приобретает особое значение. Многие исследователи
отмечают, что метаболический ацидоз является ответственным фактором за утомление и
снижение работоспособности при различных по интенсивности мышечных нагрузках.
Естественно, что при разработке средств и методов, повышающих устойчивость организма к утомлению, на первое место выходит анализ механизмов формирования и локализации метаболического ацидоза.
В условиях различных по интенсивности и длительности физических нагрузок,
метаболический ацидоз проявляется в виде сдвига рН в кислую сторону и накопления
недоокисленных продуктов энергетического обмена: лактата, пирувата, ацетоновых тел,
кислот цикла Кребса и жирных кислот [5]. Одновременно наблюдается существенное
снижение концентрации бикарбоната и других щелочных компонентов буферных систем
крови и тканей. В большинстве случаев при этом может проявляться гипокапния, с компенсаторным выведением углекислого газа легкими. Согласно сложившимся представлениям, причина метаболического ацидоза при интенсивной мышечной нагрузке сводится
к активации гликолиза, продуцирующего лактат и пируват, в силу недостаточной мощности кислород-зависимых систем энергообеспечения, то есть в результате развития «рабочей» гипоксии. Данный процесс сопровождается увеличением степени восстановленности NADH, как в цитозоле, вследствие активации гликолиза, так и в митохондриях, что
может приводить к активации апоптоза и митоптоза в кардиомиоцитах и скелетных
163
Ученые записки университета имени П.Ф. Лесгафта – 2015. – № 10 (128).
мышцах. Это обусловлено тем, что избыток цитозольного NADH способствует активации образования супероксидного аниона почти на порядок. Наряду с генерацией активных форм кислорода (АФК) гипоксические условия благоприятствуют приросту внутриклеточной концентрации ионов кальция и торможению окисления NADH-зависимых
субстратов [3]. Особенно усиливается образование АФК при переходе от гипоксических
условий к нормоксическим. По мнению В.П. Скулачева не исключено, что развитие
апоптоза и митоптоза (программируемое разрушение клеток и митохондрий) играют значимую роль в процессе адаптационных перестроек в ответ на повторяющиеся физические нагрузки, то есть в создании новых клеточных популяций и субклеточных структур,
более приспособленных к последующим внешним и внутренним воздействиям [4].
В спортивной деятельности излишне активированный апоптоз и, тем более, некроз
негативно воздействуют на ткани и органы, существенно нарушая их структурнофункциональные характеристики, тем самым, затрудняя репаративные и восстановительные процессы. В случае, если повреждение клеток и митохондрий будет носить массированный характер, то для их восстановления (замены) понадобится значительное время. В
работах Н.Н. Яковлева было показано, что при жесткой перегрузке, в результате предельных тренировочных нагрузок, для восстановления ферментативной активности митохондрий спортсмена требуется как минимум 4-5 суток отдыха [5]. Следовательно, для
оперативной компенсаторной перестройки следует избегать условий, которые сопровождаются развитием массированного апоптоза и митоптоза. Естественно, чтобы повысить
устойчивость организма к утомлению и гипоксии, развивающимися при интенсивных
физических нагрузках, необходимо разработать ряд методов и приемов, которые обеспечат ткань новыми адаптационными возможностями. В этих условиях анализ механизмов
развития и купирования метаболического ацидоза становится ключевым фактором.
На внутриклеточном уровне можно выделить ряд факторов, ответственных за
утомление, когда утилизация АТФ существенно ускоряется и требуется мобилизация
всех звеньев энергетического обмена для восстановления Na+/K+ баланса, аккумуляции
Ca2+саркоплазматическим ретикулумом при сохранении высокой активности АТФ-азы
актомиозинового комплекса.
Обычно в этих условиях концентрация АТФ падает, так как скорость утилизации
АТФ значительно превышает ее образование в реакциях окислительного фосфорилирования и гликолизе. Сообразно, этот процесс, сопровождается накоплением ряда продуктов клеточного обмена, таких как ионы Н+, Фн, АМФ, АДФ, ИМФ. Нарушается Na+/K+
баланс, цикличность Ca2+ потоков (цитоплазма — саркоплазматический ретикулум), актомиозиновое взаимодействие, падает уровень аденилатов, возрастает метаболический
ацидоз. В результате развивается утомление, которое назвали метаболическим. В случае
прекращения мышечной активности, восстановление почти всех метаболических характеристик (итермедиатов и кофакторов), энергетики клеток, амплитуды и силы их сокращений, происходит достаточно быстро. Повторяющиеся физические нагрузки высокой
интенсивности или длительности, без должного восстановления в промежутках отдыха, в
большинстве случаев, вызывают истощение внутриклеточного субстратного депо (соответственно, гликогена и жирных кислот), что сопровождается утомлением. Такое утомление, связанное с исчерпанием депо субстратов, можно тоже отнести к метаболическим
видам утомления. Хотя такой вид утомления требует более длительного восстановительного периода.
Если физическая нагрузка вызывает утомление, которое сопровождается нарушением целостности внутриклеточных структур, (дезориентации миофибрилл, повреждение
цитоскелета мышечных клеток и т.п. проявления), такое утомление можно отнести к не
метаболическому виду [7].
При анализе причин, способствующих формированию метаболического утомления, ввиду ограничения энергетического обмена АТФ, в первую очередь, необходимо
164
Ученые записки университета имени П.Ф. Лесгафта – 2015. – № 10 (128).
принять во внимание пропорцию степени развиваемой АТФ-азной нагрузки (Va) и времени (Т), в течение которого система способна функционировать в толерантной зоне при
заданной работе [1]. В зависимости от того какова пропорция этих компонентов, можно
выделить ряд причин, вызывающих системное снижение АТФ-азной нагрузки. Необходимо отметить, что на организменном уровне, снижение АТФ-азной активности является
важным охранительным механизмом, который предотвращает мышечный аппарат от перегрузки.
В качестве еще одного предохранительного механизма мышечной ткани при
нагрузках максимальной интенсивности может выступать система угнетения АТФ-аз актомиозина и цитоплазматического ретикулума. По мнению R.A. Chaplain,такая система
регулирует величину АТФ-азной нагрузки (Va), препятствуя миофибриллярной структуре выйти за рамки функциональной толерантности [10]. В этой ситуации лимитирующим
звеном актомиозиновой АТФ-азной активности будет выступать АДФ, высвободившаяся
из активных центров миозинового комплекса [2]. В стационарном режиме работа при
таких нагрузках невозможна, так как выход за пределы диапазона стабилизации пула
АТФ сопряжен с переходом в низкоэнергетическое состояние и гибелью клеток.
В нестационарном режиме система может функционировать, выполняя работу в
очень коротком временном интервале (время Т), при котором креатинкиназная реакция
будет базовой в синтезе АТФ (креатинфосфат используется, как буфер АТФ). В такой
ситуации скорость ресинтеза АТФ в энергетике клетки может возрастать до своего максимума (Vmax), свойственного для креатинкиназной реакции [1]. Естественно, чем
больше пул креатинфосфата, тем дольше по времени (Т) будет достигаться критический
уровень АДФ, способствующий снижению АТФ-азной активности.
Логически ясно, что длительность (время Т) стационарного режима деятельности
будет тем больше, чем существенней вклад энергетики в продукцию АТФ. Соответственно, если в результате адаптации к двигательной деятельности происходит увеличение мощностей энергетического обмена (рост Vфmax), то функциональная система приобретает способность в стационарном режиме выдерживать такие нагрузки, которые ранее для нее были недоступны [6].
Таким образом, если в системе устанавливается стационарный режим работы (Va
< Vamax·Vamax = Vфmax), то действие АТФ-азных нагрузок не выводит энергетику за
пределы диапазона толерантности, что характерно для большинства циклических видов
спорта. В этих случаях длительность работы (Т) ограничивается другим механизмом,
связанным с угнетением АТФ-аз актомиозина и саркоплазматического ретикулума избытком протонов (Н+), накапливающимся в клетке в процессе ее работы [8]. В связи с
этим, считается, что основным ограничителем работоспособности при субмаксимальных
мышечных нагрузках является ацидоз, когда внутриклеточное рН снижается до 6,5÷6,3
[9].
Представленный материал позволяет заключить, что накопление ионов водорода,
образовавшихся в АТФ-азных реакциях при интенсивных физических нагрузках, прямо
пропорционально уровню наработки молочной и пировиноградной кислоты. Соответственно, если вклад гликолитической оксидоредукции в энергообеспечение будет увеличиваться, ацидоз будет линейно нарастать. И, наоборот, если вклад гликолиза в ресинтез
АТФ снижается, а митохондриальные реакции окислительного фосфорилирования увеличивают свой вклад в энергопродукцию, ацидоз будет уменьшаться. Такая логическая
схема не противоречит сложившимся представлениям о том, что активация гликолиза,
при снижении доли окислительного фосфорилирования в обеспечении АТФ-азных
нагрузок, ответственна за развитие метаболического ацидоза. При этом, экспериментально, остается мало изученной роль митохондрий в уборке ионов водорода, образующихся
при нагрузках в АТФ-азных реакциях. На наш взгляд, необходимо задействовать принципиально иные методы и подходы, которые позволили бы в модельных экспериментах
165
Ученые записки университета имени П.Ф. Лесгафта – 2015. – № 10 (128).
исследовать особенности образования Н+ в АТФ-потребляющих реакциях и выявить значимость реакций окислительного фосфорилирования в уборке ионов водорода из цитозоля. Соответственно, выявив особенности генерации Н+ в АТФ-азных реакциях и значимость окислительного фосфорилирования в его удалении, можно контролировать уровень развития ацидоза и процессы адаптации спортсменов к различным видам утомления
(метаболического и не метаболического). Такой подход создаст предпосылки для конструирования новых педагогических технологий, необходимых для подготовки спортсменов высшей квалификации.
ЛИТЕРАТУРА
1. Дынник, В.В. Регуляция энергетического метаболизма мышц на увеличение активности
АТФ-азы. Математическая модель / В.В. Дынник, Е.И. Маевский // Математическое моделирование биологических процессов : Материалы IV школы по математическому моделированию / Отв.
редактор д.ф.-м.н. А.М. Молчанов.– М. : Наука, 1979. – С. 52-70.
2. Дещеревский,
В.И.
Математические
модели
мышечного
сокращения
/
В.И. Дещеревский. – М. : Наука, 1977. – 160 с.
3. Лукьянова, Л.Д. Биоэнергетическая гипоксия: понятие, механизмы и способы коррекции / Л.Д. Лукьянова // Бюллетень экспериментальной биологии и медицины. – 1997. – Т. 124. – №
9. – С. 244-254.
4. Скулачев, В.П. Кислород в живой клетке: добро и зло / В.П. Скулачев // Природа. –
1997. – № 11. – С. 26-35.
5. Яковлев, Н.Н. Биохимическая основа утомления и его значение в спортивной практике
/ Н.Н. Яковлев // Теория и практика физической культуры. – 1978. – № 7. – С. 19-21.
6. Яковлев, Н.Н. Биохимия движений (молекулярные основы мышечной деятельности) /
Н.Н. Яковлев. – Л. : Наука, 1983. – 189 с.
7. Green, H.J. Mechanisms of muscle fatigue in intense exercise / H.J. Green // J Sports Sci. –
1997. – Jun; 15 (3). – P. 247-256.
8. Lowenstein, J. Acid and Basics. A guide to understanding Acid-Base Disorders / J. Lowenstein. – New York, Oxford : Oxford University Press, 1993. – 154 p.
9. A review of the actions and control of intracellular pH in vascular smooth muscle / G.L.
Smith, C. Austin, C. Crichton, S. Wray // Cardiovasc Res. – 1998. – May, 38 (2). – P. 316-331.
10. Chaplain, R.A. Indication for an Allosteric Effect of Adenosine Diphosphate in Actomyosin
gels from Insect Fibrillar Flight Muscle / R.A. Chaplain // Arch. Biochem. Biophys. – 1966. – № 115. – P.
450-461.
REFERENCES
1. Dynnik, V.V. (1979), “Regulation of a power metabolism of muscles on increase in activity
of ATP-elements. Mathematical model”, In book: Dynnik, V.V. and Mayevsky, E.I. (1979), Mathematical
modeling of biological processes, Science, Moscow, pp. 52-70.
2. Decsherevsky, V.I. (1977), Mathematical models of muscular contraction, Science, Moscow.
3. Lukyanova, L.D. (1997), “Bioenergetics hypoxia: concept, mechanisms and ways corrections”, Bulletin of experimental biology and medicine, Vol. 124. No. 9, pp. 244-254.
4. Skulachev, V.P. (1997), “Oxygen in living cell: good and evil”, Nature, No. 11, pp. 26-35.
5. Yakovlev, N.N. (1978), “Biochemistry basis of exhaustion and its value in sports practice”,
Theory and practice of physical culture, No. 7, pp. – P. 19 - 21.
6. Yakovlev, N.N. (1983), Biochemistry of movements. (Molecular bases of muscular activity),
Science, Leningrad.
7. Green, HJ. (1997), “Mechanisms of muscle fatigue in intense exercise”, J Sports Sci. Jun; 15
(3), pp. 247-256.
8. Lowenstein, J. (1993), Acid and Basics. A guide to understanding Acid-Base Disorders, New
York, Oxford, Oxford University Press.
9. Smith, GL., Austin, C., Crichton, C. and Wray, S. (1998), “A review of the actions and control of intracellular pH in vascular smooth muscle”, Cardiovasc Res, May, 38 (2), pp. 316-331.
10. Chaplain R.A. (1966), Indication for an Allosteric Effect of Adenosine Diphosphate in Actomyosin gels from Insect Fibrillar Flight Muscle”, Arch. Biochem. Biophys, No. 115, pp. 450-461.
Контактная информация: Letchik45@bk.ru
166
Ученые записки университета имени П.Ф. Лесгафта – 2015. – № 10 (128).
Статья поступила в редакцию 22.10.2015.
УДК 796.011
ПСИХОЛОГО-ПЕДАГОГИЧЕСКИЕ УСЛОВИЯ, НЕОБХОДИМЫЕ ДЛЯ
УЛУЧШЕНИЯ РАБОТОСПОСОБНОСТИ КУРСАНТОВ ВУЗОВ ВОЗДУШНОКОСМИЧЕСКИХ СИЛ ПРИ ИСПОЛЬЗОВАНИИ УПРАЖНЕНИЙ С ГИРЯМИ
Олег Алексеевич Савченко, кандидат педагогических наук, доцент,
Дмитрий Александрович Дубровин, соискатель,
Военно-космическая академия им. А.Ф. Можайского, Санкт-Петербург
Аннотация
В статье представлены результаты исследований авторов по обоснованию психологопедагогических условий, необходимых для улучшения работоспособности курсантов вузов Воздушно-космических сил, с использованием упражнений с гирями. Результаты исследования свидетельствуют, что основными психолого-педагогическими условиями, необходимыми для улучшения
работоспособности курсантов вузов Воздушно-космических сил, с использованием упражнений с
гирями являются: систематическое их применение во всех формах занятий по физической подготовке, а также формирование мотивации и интереса у курсантов к регулярным тренировкам. Важными условиями являются: создание соревновательной обстановки на занятиях, требующей проявления волевых качеств у курсантов при выполнении упражнений с гирями, а также формирование
навыков у курсантов по организации самостоятельной тренировки с гирями. Исследования показали, что чуть менее значимыми условиями являются: применение индивидуального подхода к организации тренировочного процесса с гирями и разработка объективных критериев оценки уровня
работоспособности. Наиболее низкими по рангу условиями являются: использование разнообразных методических приемов, повышающих уровень работоспособности при организации тренировки с гирями, а также оценка и учет индивидуальных возможностей курсантов в ходе выполнения
упражнений с гирями.
Ключевые слова: психолого-педагогические условия; выпускники вузов Воздушнокосмических сил; военно-профессиональная работоспособность; несение боевого дежурства.
DOI: 10.5930/issn.1994-4683.2015.10.128.p167-171
PSYCHOLOGY AND PEDAGOGICAL CONDITIONS NECESSARY FOR
IMPROVEMENT OF THE CADETS WORKING EFFICIENCY AT HIGHER
EDUCATION INSTITUTIONS OF AEROSPACE FORCES WITH APPLYING THE
WEIGHTS EXERCISES
Oleg Alekseevich Savchenko, the candidate of pedagogical sciences, senior lecturer,
Dmitry Aleksandrovich Dubrovin, the competitor,
The Mozhaisky Military Space Academy, St. Petersburg
Annotation
The article presents the results of researches of authors on justification of the psychology and pedagogical conditions necessary for improvement of working efficiency of the cadets at higher education
institutions of Aerospace forces, with use of exercises with weights. Results of research testify that the
main psychology and pedagogical conditions necessary for improvement of working efficiency of the cadets at higher education institutions of Aerospace forces, with use of weight exercises are the following:
their systematic application for all formats of the classes in physical preparation, and also formation of the
motivation and interest among the cadets in the regular trainings. The important conditions are the following: the modeling of the competitive situation during the occupations demanding the manifestation of the
strong-willed qualities from the cadets when performing exercises with weights, and also the skills mastering among the cadets regarding the organization of self-training with weights. Researches showed that
among the slightly less significant conditions are the following: application of the individual approach to
the organization of training process with weights and development of the objective criteria for the assess-
167