Среди действующих на организм нагрузок немного найдется таких, которые по степени приближались бы к чрезмерному напряжению, связанному с тяжелой физической работой. По сути, физические нагрузки высших степеней были бы смертельными, если продолжались бы в течение даже умеренно длительных периодов. В связи с этим спортивная физиология в основном обсуждает предельные нагрузки, которым могут подвергаться некоторые механизмы организма. Вот один простой пример.
При очень высокой температуре, достигающей летального уровня, интенсивность метаболизма у человека возрастает примерно на 100%, а интенсивность метаболизма во время марафонского бега может превышать нормальный уровень на 2000%.
а) Спортсмены: женщины и мужчины. В данных статьях по физиологии большинство количественных данных относятся к молодым спортсменам (мужчинам), поскольку практически полные измерения осуществлены только у них. Однако измерения, которые проведены у спортсменок, свидетельствуют, что к ним приложимы практически те же основные принципы, за исключением количественных различий, связанных с различиями размеров и состава тела, а также с присутствием или отсутствием мужского полового гормона тестостерона.
В целом большинство количественных значений для женщин (например, мышечная сила, легочная вентиляция и сердечный выброс, величина которых зависит в основном от мышечной массы) составляют примерно 2/3 — 3/4 значений, регистрируемых у мужчин. При пересчете силы на 1 см2 поперечного сечения женская мьннца может достигать практически такой же максимальной силы сокращения, как и мужская мышца — между 3 и 4 кг/см2. Следовательно, различие в общей мышечной работоспособности связано главным образом с более высоким процентом мышечной массы у мужчин, что объясняется эндокринными различиями, которые мы обсудим далее.
Работоспособность спортсменок по сравнению со спортсменами иллюстрируется относительными скоростями во время марафонского бега. В недавно проведенном сравнении скорость бега лучшей по результатам женщины была на 11% меньше скорости бега наиболее результативного мужчины. В других случаях, однако, женщины иногда ставят рекорды, превышающие по скорости мужские показатели, например при двустороннем заплыве через Ла-Манш, где наличие дополнительного жира дает преимущество в отношении тепловой изоляции, плавучести и добавочного запаса энергии.
Тестостерон, секретируемый мужскими семенниками, оказывает мощное анаболическое действие, способствующее значительному увеличению синтеза белка в теле повсюду, но особенно в мышцах. При сравнении с женщиной мужчина, даже мало связанный со спортом, но наделенный достаточным количеством тестостерона, имеет на 40% мышечной массы больше, чем женщина.
Женский половой гормон эстроген, вероятно, также отвечает за некоторое различие между производительностью женщин и мужчин, хотя не в такой мере, как тестостерон. Известно, что эстроген увеличивает отложение жира у женщин, особенно в молочных железах, на бедрах и в подкожной ткани. По этой причине примерно 27% состава тела женщины (не спортсменки) приходится на жир, а у мужчин, не связанных со спор том, тело содержит примерно 15% жира. Это ухудшает максимальные спортивные показатели, зависящие от скорости или соотношения общей силы мышц и массы тела.
Основные метаболические системы, снабжающие энергией мышечное сокращение
б) Мышцы при физической работе. Сила, мощность и выносливость мышц. Главным фактором успеха в спорте является работоспособность мышц, а именно сила, которую они могут при необходимости развивать, максимальная мощность при выполнении работы и возможная длительность поддержания активности мышц.
Сила мышцы определяется в основном ее размером, с максимумом сократительной силы в диапазоне 3-4 кг на 1 см2 площади поперечного сечения мышцы. Таким образом, у мужчины с высокой концентрацией тестостерона или с увеличенной мышечной массой, которую он приобрел благодаря физическим тренировкам, мышечная сила соответственно увеличена.
Чтобы получить представление о силе мышц, рассмотрим следующий пример. У тяжелоатлета мирового класса четырехглавая мышца бедра может иметь площадь поперечного сечения вплоть до 150 см2. В переводе на максимальную силу сокращения это составляет 525 кг, причем вся сила действует на сухожилие надколенника. Следовательно, иногда возможен разрыв этого сухожилия или даже отрыв его от места прикрепления к большой берцовой кости ниже колена. Кроме того, когда такие силы развиваются в сухожилиях, вращающих сустав, аналогичные силы действуют на поверхности сустава или иногда на связки, раскручивающие суставы, отвечая за такие нарушения, как смещение хрящей, компрессионные переломы в области сустава и разрыв связок.
Удерживающая сила мышц примерно на 40% выше силы сокращения. Это значит, что для растяжения уже сокращающейся мышцы, как это происходит при приземлении после прыжка, требуется сила, величина которой на 40% превышает развиваемую силу укорочения. Следовательно, рассчитанная ранее сила 525 кг, действующая на сухожилие надколенника во время сокращения мышцы, становится равной 735 кг во время удерживающих сокращений. Это создает дополнительные проблемы для сухожилий, суставов и связок и может привести к разрывам внутри самой мышцы. Действительно, сильное растяжение максимально сокращенной мышцы является самым верным способом вызвать сильнейшую мышечную боль.
