Сущность энергетических процессов в организме лошади при ее движении

Энергия абсолютно необходима для любых проявлений жизнедеятельности, тем более необходима она для всякого движения живых существ.

Движение лошади резвой рысью сопряжено со значительным повышением интенсивности энергетических процессов в ее организме. Во время движения в результате трансформации энергии, аккумулированной в организме, лошадь совершает механическую работу по преодолению силы тяжести, инерции, силы трения, сопротивления воздуха и т. п. Энергия же существует в двух видах: как энергия движения, или кинетическая, и как энергия покоя, или потенциальная. При движении тела какое-то количество потенциальной энергии переходит в Кинетическую.

Внешние силы сопротивления движению лошадь преодолевает соответствующей механической работой. Эта работа осуществляется в результате расхода внутренней энергии, аккумулированной в тканях организма лошади в виде сложных химических соединений.

К мышцам, выполняющим при сокращении внешнюю механическую работу, притекает богатая кислородом артериальная кровь; от мышц же оттекает по венам кровь, обедненная кислородом и содержащая продукты распада, главным образом углекислый газ, выделяющийся затем с выдыхаемым лошадью воздухом. Таким образом, напряженная мышечная работа при движении лошади резвой рысью требует интенсивного поступления через легкие в кровь кислорода и его доставки к работающим мышцам, то есть требует соответствующей тренированности дыхательной и сердечно-сосудистой систем. Взаимодействие физиологических систем, участвующих в энергетически мощной деятельности организма, регулируется центральной нервной системой лошади и гуморально, то есть соответствующими изменениями состава крови.

Начало движения сопряжено с возбуждением центральной нервной системы лошади. Возбуждается двигательный центр, затем сразу же дыхательный центр, стимулирующий дыхание. Возбуждаются центры вегетативной нервной системы, управляющей деятельностью внутренних органов и стимулирующей работу сердца. Стремительно увеличиваются потребление лошадью кислорода из воздуха и его доставка к работающим мышцам. Но мышцы расходуют такое количество кислорода, что кровь все же обедняется им, в результате чего в ней накапливается много углекислого газа, являющегося сильнейшим гуморальным раздражителем дыхательного центра. Омывая дыхательный центр, такая кровь стимулирует дыхание, и оно становится более продуктивным. Тем не менее, если бы кровь не обладала буферными свойствами, концентрация углекислого газа в ней быстро стала бы чрезмерной.

Буферные системы крови - это комплексы растворенных в ней химических соединений, способных связать и на какое-то время нейтрализовать вредные для организма вещества. Развитие буферных систем крови имеет особенно большое значение для периодов резкого возрастания энергетических процессов и преобладания их над дыхательной функцией. Применяемые в системе тренинга рысистой лошади короткие резвые броски способствуют развитию буферных систем крови.

Структуры буферных систем нормализуются в процессе выделения из них углекислоты. Поэтому после прекращения интенсивного движения дыхательная и кровеносная системы лошади еще продолжают некоторое время напряженно функционировать, лошадь продолжает потреблять из воздуха большое количество кислорода и выделять много углекислого газа. Это длится до тех пор, пока не выделится связанная буферными системами углекислота и не восполнятся кислородные ресурсы крови и мышечных тканей, то есть пока в организме лошади не будет ликвидирована временная кислородная задолженность.

Величина кислородной задолженности (кислородного долга) определяется количеством кислорода, израсходованным при движении лошади из внутренних резервов ее организма и восполняющимся из атмосферного воздуха после прекращения интенсивного движения.

При длительном интенсивном движении резвой рысью мобилизуются все ресурсы организма: на полную мощность работают дыхательная и кровеносная системы, расходуются резервы гликогенных депо и максимально используются возможности буферных систем крови. Таким образом, при движении резвой рысью энергетически мощные процессы, протекающие преимущественно в мышцах лошади, обеспечиваются деятельностью всего ее организма. Следовательно, по показателям уровня энергетических процессов в организме лошади при ее движении тем или иным аллюром можно судить не только о работе мышц, но и о напряженности различных физиологических процессов во всем ее организме.

Физиология рысистой лошади на современной научной основе стала доступна пониманию лишь после того, как была изучена динамика энергетических процессов в организме рысаков во время их движения с разной скоростью. Это было сделано на Московском ипподроме в 1960 - 1961 гг. с помощью специально разработанной методики и аппаратуры (рис. 1).

Рис. 1. Исследование газоэнергетического обмена у рысака

Нарастание энергетических процессов в организме рысистых лошадей при разной скорости их движения графически изображено на рисунке. 2. Из этого графика следует, что при движении шагом энергетические процессы в организме лошади протекают примерно в 5 раз, а при движении тротом - в 11 раз интенсивнее, чем в состоянии относительного покоя, а темпы прироста скорости движения приблизительно пропорциональны темпам прироста мощности энергетических процессов. Это свидетельствует о том, что движение рысистой лошади шагам и тротом совершается при одинаковом коэффициенте полезного действия энергетических затрат.

Рис. 2. Уровни мощности энергетических процессов в организме рысистой лошади при разной скорости движения

Рассмотренная нами пропорциональность отражена на графике прямизной линии АА₂.

Графически это представлено на рисунке 3, причем соотношение скорости движения (по горизонтальной оси) и энергетических затрат (по вертикальной оси) остается тем же, что и на рисунке 2.

Рис. 3. Дополнительные затраты энергии на прирост скорости 0,3 м/с при разной интенсивности движения рысистой лошади

В точке С графика исходные показатели скорости движения лошади совмещены с энергетическими затратами в ее организме при движении шагом, тротом, размашкой и т. д. По горизонтальной оси отложено приращение скорости движения на 0,3 м/с. Из точки С лучеобразно поднимаются (под теми же углами, что и на рисунке 2) линии, характеризующие темпы повышения мощности энергетических процессов при увеличении скорости движения лошади.

Таким образом, если лошадь движется шагом или тротом, то при повышении скорости ее движения на 0,3 м/с мощность энергетических процессов в ее организме увеличивается на 28 кДж/мин. При движении лошади размашкой или махом этот показатель равен 54 кДж/мин, при движении резвой рысью - 100 кДж/мин, а при более резвой рыси - 314 кДж/мин. Безусловно, с несравненно еще более высоким напряжением энергетических и вообще всех физиологических процессов вынужден функционировать организм рысистой лошади при достижении предельной для нее скорости движения.

Организму всех животных свойственна тенденция расходовать энергию с возможно более высокой степенью эффективности. Физиологические процессы, протекающие в организме рысистой лошади, направлены на формирование такого режима работы, при котором максимальная скорость бега достигалась бы при минимально возможных энергетических затратах. Биологическая целесообразность этого заключается главным образом не в экономии энергии, а в предотвращении предельной, близкой к катастрофической перегрузки в первую очередь дыхательной, сердечно-сосудистой, кровеносной, выделительной и терморегуляторной систем рысистой лошади, обеспечивающих интенсификацию энергетических процессов.

При общей тенденции организма рысистой лошади к минимальному возрастанию энергетических затрат они в условиях форсированного режима на резвой рыси все же чрезвычайно резко повышаются, создавая физиологический барьер дальнейшему наращиванию скорости движения. Уровень энергетических процессов отражает напряженность важнейших физиологических функций организма рысистой лошади, и его непомерное возрастание служит основой естественного, физиологического ограничения резвости ее бега, а следовательно, и ограничения прогресса резвости породы. О стремительном нарастании напряженности энергетических процессов с повышением скорости движения следует помнить при рассмотрении повседневных вопросов тренинга рысистых лошадей.

У какой лошади более выражен прогресс резвости? У той, которая пробежала 1600-метровую дистанцию за 2 мин 07 с (2.07) вместо 2 мин 15 с (2.15), или у пробежавшей ее за 2.05 вместо 2.10? В одном случае сброшены 8 с, в другом - 5, но это произошло при разных уровнях резвости.

Нередки случаи, когда двухлетняя лошадь при рекорде 3.15 на 1600 м, в течение месяца сбрасывает 30 с. С рысаком же класса 2.05 иногда работают в течение года с целью улучшения его рекорда на 1 с.

При рекорде трехлетней рысистой лошади, равном 2.20, резвую работу проводят примерно в 2.30, а маховую - в 2.45; при рекорде же, равном 2.10, резвую - в 2.17, маховую - в 2.35.

Следовательно, вопросы, касающиеся прогресса резвости рысаков и нормирования интенсивности их тренировочных работ, надо решать в зависимости от уровня, на котором происходит прогресс резвости, или от резвостных возможностей рысака в данное время, выражающихся его рекордом.

Рассмотренный выше график (рис. 2) позволяет сопоставлять интенсивность тренировочных нагрузок с учетом соответствующих уровней резвости. Но этот график справедлив лишь для лошадей класса 2.20 - 2.15, на базе исследования тренировочных нагрузок которых он построен. Для лошадей другого резвостного класса показатели энергетических затрат будут другими, но физиологическая закономерность их с приростом или уменьшением скорости движения останется аналогичной. Следовательно, она может быть выражена подобным же графиком, лишь сдвинутым несколько вправо или влево. Графическая, кривая, освобожденная от конкретных значений скоростей движения и воспроизведенная с овальными переходами в узловых точках, представляет собой достаточно точную графическую модель нарастания напряженности физиологических процессов у рысистых лошадей любого возраста и резвостного класса (рис. 4).

Рис. 4. Нарастание напряженности физиологических процессов в организме рысистых лошадей в зависимости от скорости движения

Что касается дыхательной функции рысистой лошади при разных уровнях энергетических процессов, связанных с разной скоростью движения, то соответствующие данные об этом представлены в таблице 4.

Таблица 4. Дыхательная функция рысистой лошади при различной скорости движения (v) на дистанции 1600 м

^* (Показатели даны в пересчете на сухой воздух при 0°С и давлении, равном 760 мм ртутного столба. Фактически легочная вентиляция примерно на 10 - 20% больше.)

Легочная вентиляция, то есть количество воздуха, проходящего через легкие в 1 мин, зависит от частоты дыхания и емкости каждого вдоха (выдоха). По сравнению с покоем дыхание лошади на шагу резко учащается, а затем до движения резвой рысью хотя и колеблется по частоте, но возрастает не очень резко. Другое дело емкость одного выдоха, которая, как это следует из данных таблицы 4, при увеличении скорости движения лошади неуклонно возрастает. Следовательно, учащение дыхания представляет собой первый быстро включаемый источник увеличения легочной вентиляции, который исчерпывает свои возможности уже при движении лошади тротом. Увеличение же емкости одного выдоха - физиологически более глубокий источник, мощность которого наращивается постепенно от покоя к шагу, троту и далее до резвой рыси и за счет которого неуклонно увеличивается легочная вентиляция, достигая на резвой рыси 1200 л в 1 мин и приближаясь у некоторых лошадей к 2000 л в 1 мин.

Организм любой лошади, в первую очередь самой нетренированной, отвечает на переход к движению учащением дыхания. Более глубокое дыхание свойственно лишь хорошо тренированным лошадям. Поэтому одна из главных целей тренировки рысистых лошадей- увеличение легочной вентиляции в результате перехода на открытое глубокое, емкое дыхание. Интенсивность дыхания лошади увеличивается при усилении легочной вентиляции и повышении доли кислорода, поглощаемого легкими из каждого литра проходящего через них воздуха. При этом второй источник обеспечения кислородом энергетических процессов наиболее глубокий, но, как следует из данных таблицы 4, он начинает использоваться организмом не сразу. Значение его возрастает по мере повышения энергетических процессов в организме лошади: уже при движении ее махом из каждых 100 л воздуха, проходящих через легкие, поглощается вдвое больше кислорода, чем в состоянии покоя и при движении шагом, а на резвой рыси его поглощается еще больше.

Итоговым показателем интенсивности дыхания, отражающим эффективность физиологических процессов, направленных на возможно более полное снабжение кислородом организма движущейся лошади, служит количество кислорода, поглощаемого легкими из воздуха. По сравнению с состоянием покоя при движении шагом в легких лошади поглощается из воздуха в 5,5 раза, а при движении тротом - в 12 раз больше кислорода, то есть показатель этот увеличивается пропорционально энергетическим затратам.

При этом потребность организма в кислороде за счет дыхания полностью удовлетворяется и кислородной задолженности не наблюдается.

При движении размашкой энергетические затраты организма увеличиваются вдвое по сравнению с затратами энергии при троте (904 кДж по сравнению с 435 кДж), а кислорода в легких поглощается лишь в полтора раза больше (36 л по сравнению с 21 л). И несмотря на то что по сравнению с состоянием покоя поглощение 'кислорода увеличилось в 20 раз (36 л по сравнению с 1,8 л), снабжение организма движущейся лошади кислородом начинает отставать от уровня энергетических затрат. В результате этого в организме рысака нарастает кислородный долг, а потому включаются буферные и резервные системы организма. При движении лошади махом эти явления выражены еще резче и кислородный долг уже достигает 21%.

При движении резвой рысью в легких лошади поглощается из воздуха в 36 раз больше кислорода (до 64 л), чем в состоянии покоя, но энергетические затраты при этом возрастают в 46 раз (до 1742 кДж), так что кислородный долг продолжает увеличиваться.

Когда же рысь становится еще более резвой, то это сравнительно небольшое увеличение скорости достигается возрастанием в 54 раза энергетических затрат (до 2056 кДж). А так как интенсивность дыхания лошади не изменяется (64 л), то весь прирост энергетических затрат относится на счет кислородного долга, достигающего уже 40% и более.

Таким образом, дыхательная система рысистой лошади исчерпывает свои возможности еще до достижения резвости бега, предельной на данном этапе тренировки. Предельная же резвость бега развивается в условиях наиболее форсированного режима работы важнейших физиологических систем организма рысистой лошади. Это не причинит ущерба организму рысака только в том случае, когда все физиологические системы его будут подготовлены к такой нагрузке, то есть будут соответствующим образом тренированы.