Книга: Физиология человека. Общая. Спортивная. Возрастная
Назад: Часть II Спортивная физиология
Дальше: 6. Физическая работоспособность спортсмена
Раздел I
Общая спортивная физиология
Спортивная физиология включает в себя два относительно самостоятельных и вместе с тем связанных между собой раздела, Содержанием первого – общей спортивной физиологии – являются физиологические основы адаптации к физическим нагрузкам и резервные возможности организма, функциональные изменения и состояния организма при спортивной деятельности, а также физическая работоспособность спортсмена и физиологические основы утомления и восстановления в спорте. Второй раздел частная спортивная физиология – включает в себя физиологическую классификацию физических упражнений, механизмы и закономерности формирования и развития двигательных качеств и навыков, спортивную работоспособность в особых условиях внешней среды, физиологические особенности тренировки женщин и детей разного возраста, физиологические основы массовых форм оздоровительной физической культуры.
1. Спортивная физиология – учебная и научная дисциплина
Спортивная физиология – специальный раздел физиологии человека, изучающий изменения функций организма и механизмы их регуляции под влиянием мышечной (спортивной) деятельности и обосновывающий практические мероприятия по повышению ее эффективности.
1.1. Спортивная физиология, ее содержание и задачи
Спортивная физиология по своему месту в системе подготовки специалистов по физической культуре и спорту связана с тремя группами учебных и научных дисциплин.
Первую группу составляют фундаментальные науки, на которых базируется спортивная физиология, она и использует их теоретические достижения, методики исследования и сведения о факторах среды, с которыми взаимодействует организм спортсмена в процессе тренировочной и соревновательной деятельности. К числу таких дисциплин следует отнести биологию, физиологию человека и животных, химию и физику.
Во вторую группу входят учебные и научные дисциплины, взаимодействующие со спортивной физиологией таким образом, что они взаимно обогащают или дополняют друг друга. В этом плане спортивная физиология тесно связана с анатомией, биохимией, биомеханикой, гигиеной и психологией.
Третью группу дисциплин, с которыми связана спортивная физиология, составляют те из них, которые используют ее научные достижения и методики исследования в своих целях К ним относятся теория и методика физической культуры, педагогика, спортивно-педагогические дисциплины, спортивная медицина, лечебная физкультура.
Одной из важных задач спортивной физиологии является научное обоснование, разработка и реализация мероприятий, обеспечивающих достижение высоких спортивных результатов и сохранения здоровья спортсменов. Следовательно, спортивная физиология – наука прикладная и в основном профилактическая, так как, исследуя и учитывая резервные возможности организма человека, она обосновывает пути и средства повышения работоспособности, ускорения восстановительных процессов, предупреждения переутомления, перенапряжения и патологических сдвигов функций организма, а также профилактику возникновения различных заболеваний.
Отличительная методическая особенность спортивной физиологии – ее материалы могут быть получены только из экспериментов с человеком, где применение ряда классических методов физиологии невозможно. В связи с этим лишь отдельные уточняющие эксперименты, как правило с целью изучения механизмов физиологических сдвигов при физических нагрузках, проводятся на животных. Важно также подчеркнуть, что основной задачей спортивной физиологии является сравнительное изучение функционального состояния организма человека, т. е. исследование проводится до, во время и после двигательной активности, что в натурных условиях весьма затруднительно. Поэтому разработаны специальные нагрузочные тесты, позволяющие дозировать физическую активность и регистрировать соответствующие изменения функций организма в различные периоды деятельности человека. С этой целью используются велоэргометр, бегущая дорожка (тредбан), ступеньки разной высоты, а также различные приборы, позволяющие регистрировать функции сердечно-сосудистой, дыхательной, мышечной и центральной нервной систем на расстоянии, передавая соответствующие показатели по телеметрическим каналам.
Спортивная физиология занимает важное место в теории физической культуры, составляя фундамент знаний, необходимых тренеру и преподавателю для достижения высоких спортивных результатов и сохранения здоровья спортсменов. Тренер и педагог должны хорошо знать о физиологических процессах, происходящих в организме спортсмена во время тренировочной и соревновательной деятельности, чтобы научно обоснованно строить и совершенствовать эту работу, уметь аргументировать свои распоряжения и рекомендации, избегать переутомления и перенапряжения и не причинить вреда здоровью тренирующихся. Они также должны понимать суть изменений, возникающих в организме спортсмена в реабилитационном периоде, чтобы активно и грамотно влиять на них, ускоряя восстановительные реакции.
Таким образом, из изложенного следует, что спортивная физиология как учебная и научная дисциплина решает две основные проблемы.
Одна из них состоит в физиологическом обосновании закономерностей укрепления здоровья человека с помощью физических упражнений и повышения устойчивости его организма к действию различных неблагоприятных факторов внешней среды (температура, давление, радиация, загрязненность воздуха и воды, инфекции и т. д.), а также в сохранении и восстановлении работоспособности, препятствии развитию раннего утомления и коррекции психоэмоциональных перегрузок в процессе профессиональной деятельности человека. Эти задачи спортивной физиологии решаются в рамках массовых форм физической культуры.
• Вторая проблема спортивной физиологии заключается в физиологическом обосновании мероприятий, направленных на достижение высоких спортивных результатов, особенно в большом спорте.
Эти две проблемы полностью не совпадают, так как для достижения наивысших результатов в процессе тренировок в ряде случаев применяются такие нагрузки, которые могут приводить к снижению устойчивости организма к неблагоприятным воздействиям внешней среды, ухудшению состояния здоровья и даже к возникновению заболеваний.
Очевидно, что физиологические особенности функций организма следует изучать и оценивать раздельно как в отношении массовой физической культуры и физической подготовки специальных контингентов (военнослужащие, пожарные, геологи, студенты, школьники и некоторые другие категории), так и в отношении различных видов спорта, особенно спорта высших достижений.
1.2. Кафедра физиологии и ее роль в становлении и развитии спортивной физиологии
Физиология включалась в программу обучения в физкультурных вузах с первых дней их организации. На созданных П.Ф. Лесгафтом в 1896 г. Высших курсах физического образования сразу же был открыт кабинет физиологии, первым руководителем которого являлся академик Иван Рамазович Тарханов (Тархнишвили). В последующие годы физиологию здесь преподавали Н.П. Кравков, А.А. Вальтер, П.П. Ростовцев, В.Я. Чаговец, А.Г. Гинецинский, А.А. Ухтомский, Л.А. Орбели, И.С. Беритов (Бериташвили), А.Н. Крестовников, Г.В, Фольборт и др.
Декретом Совета Народных Комиссаров от 22 октября 1919 г. на базе Высших курсов физического образования был создан Институт физического образования им. П.Ф. Лесгафта с учреждением ряда кафедр; в том числе кафедры физиологии – первой такой кафедры среди физкультурных вузов страны (в 1929 г. преобразован в Институт физической культуры им. П.Ф. Лесгафта, в 1993 г. – в академию, в 2006 г. – в университет, в 2008 г. – в национальный университет).
Организованную кафедру с 1919 по 1927 г. возглавлял Леон Абгарович Орбели, впоследствии действительный член АН СССР, АМН СССР и АН АрмССР, Герой Социалистического Труда, лауреат Государственных премий СССР, генерал-полковник медицинской службы, почетный член ряда зарубежных академий. Уже в те годы под руководством Л.А. Орбели были выполнены первые научно-исследовательские работы по влиянию физических нагрузок на организм. Предмет в основном преподавался по программе медицинских институтов в виде чтения лекций и выполнения отдельных лабораторных занятий по курсу общей физиологии с некоторым акцентом на разделе «Физиология мышц». В прикладном плане освещались лишь отдельные медицинские вопросы, связанные с влиянием физических упражнений на организм. Такое содержание дисциплины отражало в то время объективное состояние научных знаний в области физиологии мышечной деятельности как в нашей стране, так и за рубежом. Это был начальный, первый период становления спортивной физиологии.
После ухода из института Л.А. Орбели заведующим избирается Алексей Николаевич Крестовников, руководивший кафедрой физиологии на протяжении 28 лет – с 1927 по 1955 г. В этот период сотрудники кафедры провели большую работу по сбору функциональных показателей организма спортсменов под влиянием различных физических упражнений и анализу их изменений. Обобщенный материал позволил профессору А.Н. Крестовникову издать первый в нашей стране и за рубежом учебник физиологии для институтов физической культуры (1938) и первую монографию по спортивной физиологии (1939). Издание названных книг дало возможность выделить и окончательно сформировать в физиологии человека новый учебный и научный раздел предмета – спортивную физиологию. С этого времени начинается второй (переходный) период развития спортивной физиологии (1930-1950-е годы) как учебной и научной дисциплины. С 1955 по 1960 г. кафедрой руководит профессор Е.К. Жуков.
Современный третий период развития спортивной физиологии (1960-1990-е годы) характеризуется созданием систематического учебного и научного разделов дисциплины, соответствующих новым задачам подготовки высококвалифицированных, грамотных специалистов по физической культуре и спорту В учебных программах этого периода отражаются две взаимосвязанные части предмета (общая и частная спортивная физиология). С этого времени физиологи спорта начинают изучать не только воздействие отдельных физических нагрузок на функции организма, но и влияние систематических тренировок и их особенностей на функциональное состояние спортсменов, особенно в процессе достижения высшего спортивного мастерства.
Важную роль в становлении современного курса спортивной физиологии сыграл профессор Николай Васильевич Зимкин, заведовавший кафедрой физиологии с 1961 по 1975 г. Под его редакцией вышли три издания учебника «Физиология человека» (1964, 1970, 1975). Интенсивно развивались исследования в области кровообращения, нервно-мышечного аппарата, электроэнцефалографии, изучалась физиология стрессовых состояний в спорте. Докторские диссертации защитили В.В. Васильева, Е.Б. Сологуб, Ю.З. Захарьянц. В 1975–1984 гг. кафедрой заведовал профессор Александр Сергеевич Мозжухин, заслуженный деятель науки РСФСР. Основным направлением научно-исследовательской работы стало изучение функциональных резервов спортсмена. На протяжении 1984–1986 гг. обязанности заведующего кафедрой временно исполняла профессор Елена Борисовна Сологуб, почетный работник высшего образования России. С 1986 г. кафедрой заведует профессор Алексей Сергеевич Солодков, заслуженный деятель науки РФ. Научные интересы коллектива сосредоточились на проблеме физиологической адаптации организма спортсменов к физическим нагрузкам.
Есть все основания говорить и о четвертом периоде развития физиологии спорта, который начался в XXI столетии и обусловлен созданием системы многоуровневой подготовки специалистов (бакалавриат, специалитет и магистратура) и появлением Государственных образовательных стандартов в этой области. Данное обстоятельство послужило основой создания новых учебных программ для различных категорий обучающихся и издания учебников и учебных пособий в соответствии с этими программами. Кафедра физиологии оказалась первой в этом разделе работы, а профессорами А. С. Солодковым и Е.Б. Сологуб подготовлены и изданы новые учебные программы для бакалавров (2001) и магистров (2002), а также учебник и три учебных пособия по общей, спортивной и возрастной физиологии (2000–2001).
В 2005 г. исправленный и дополненный вариант учебника «Физиология человека» был переиздан, а в 2006 г. издательством «Советский спорт» выпущено учебное пособие «Руководство к практическим занятиям по физиологии человека», подготовленное профессорско-преподавательским составом кафедры.
Располагая высококвалифицироваными сотрудниками, кафедра физиологии внесла большой вклад в подготовку научно-педагогических кадров и становление учебного процесса в институтах и техникумах физической культуры. Так, с 1935-го (когда была введена защита диссертаций) по 1998 г. под руководством сотрудников кафедры успешно защищено 13 докторских и 160 кандидатских диссертаций (в том числе иностранными аспирантами из Кубы, Китая, Индии, Египта и Польши).
Сотрудники кафедры принимали участие в составлении всех изданных с 1938 по 1990 г. 11 учебных программ и 10 учебников по физиологии для институтов физической культуры. При этом редакторами 8 учебных программ и 6 учебников были заведующие кафедрой физиологии ГДОИФК им. П.Ф. Лесгафта. В 13 учебниках по спортивно-педагогическим дисциплинам главы по физиологической характеристике физических упражнений написаны также сотрудниками кафедры физиологии. Кафедрой подготовлено и издано: 8 методических пособий в виде практикумов по проведению лабораторных занятий по физиологии, 7 специальных учебных пособий для студентов заочного факультета и 4 – для техникумов физической культуры. Опубликовано более 30 лекций по различным вопросам физиологической характеристики физических упражнений.
Научно-исследовательская работа преподавателей охватывала все основные разделы физиологии: нервную и мышечную системы, органы чувств, кровообращение и дыхание, выделение, внутреннюю секрецию, а также специальные проблемы спортивной физиологии: адаптация к физическим нагрузкам, функциональные резервы организма спортсмена, утомление и восстановление и др. Ежегодно по различным вопросам спортивной физиологии печатаются десятки научных работ. С 1939 по 1990 г. сотрудниками кафедры опубликовано 20 монографий, непосредственно связанных со спортивной физиологией, некоторые из них переведены за рубежом (Болгария, Германия, Польша, Румыния, Греция, Чехословакия).
Коллектив высококвалифицированных сотрудников кафедры физиологии постоянно привлекал к себе внимание преподавательского состава других институтов, особенно вновь образованных. Начиная с довоенных лет на кафедре стажировались преподаватели ряда институтов физической культуры и факультетов физического воспитания педагогических институтов, институтов физической культуры социалистических стран и некоторых медицинских вузов. Только за последние 5 лет такую стажировку на кафедре прошли около 40 человек. Кроме того, повышение квалификации преподавателей из названных институтов по специализации «физиология» регулярно осуществляется в Институте повышения квалификации и переподготовки кадров (ИПК и ПК) нашего вуза.
Существенна роль сотрудников кафедры и в области организационной деятельности. А.Н. Крестовников до 1955 г. возглавлял методическую комиссию по физиологии Всесоюзного комитета по физической культуре и спорту при Совете Министров СССР; Н.В. Зимкин с 1962 по 1976 г. наряду с руководством этой комиссией был председателем научной комиссии по физиологии, биомеханике, морфологии и биохимии спорта, председателем координационной комиссии по преподаванию медико-биологических дисциплин и членом президиума Научного совета при Госкомспорте СССР; А.С. Мозжухин с 1976 по 1985 г. состоял членом методической комиссии Госкомспорта СССР и был председателем Совета заведующих кафедрами физиологии институтов физической культуры РСФСР; А.С. Солодков – членом Научного совета Госкомспорта СССР по биологическим наукам, председателем секции «Физиология спорта» Проблемной комиссии АН СССР и АМН СССР, а в настоящее время руководит секцией «Физиология спорта» Санкт-Петербургского общества физиологов, биохимиков и фармакологов им. И.М. Сеченова и состоит членом Правления этого общества.
В последние годы коллектив кафедры ведет большую работу по перестройке и совершенствованию преподавания физиологии и проведению научных исследований. В соответствии с новым учебным планом и новой программой по физиологии переделаны рабочие программы и тематические планы лекций и лабораторных занятий по предмету. С учетом того, что количество лекционных часов в новой программе существенно уменьшено, лекции носят преимущественно проблемный характер. Лабораторные занятия проводятся таким образом, чтобы они способствовали пониманию сущности механизмов и особенностей регуляции физиологических процессов при мышечной деятельности, овладению методиками исследования, привитию студентам навыков научно-исследовательской работы.
Реализация нового учебного плана по многоуровневой структуре высшего физкультурного образования требует создания специальных образовательно-профессиональных программ по физиологии с учетом подготовки бакалавров, дипломированных специалистов и магистров наук. Решение этих задач особенно важно и приоритетно для кафедры потому, что нашей академией разработан свой вариант учебного плана по осуществлению многоуровневой структуры высшего физкультурного образования в России.
За достигнутые успехи в учебной и научной работе и в связи с 75-летием основания кафедры в апреле 1995 г. решением Ученого Совета университета ей присвоено имя профессора А.Н. Крестовникова, а для студентов учреждены две его именные стипендии.
1.3. Состояние и перспективы развития спортивной физиологии
Основные учебные и научные разработки по спортивной физиологии впервые начались и неразрывно связаны с историей развития кафедры физиологии университета физической культуры им. П.Ф. Лесгафта. Особенностью деятельности кафедры физиологии явилось создание при ней научных лабораторий по основным разделам спортивной физиологии.
Выполненные исследования в этих лабораториях позволили получить новые данные по спортивной биоэнергетике и осуществить классификацию спортивных упражнений с учетом их энергетической характеристики (А.Б. Гандельсман); была разработана методика неинвазивного определения композиции скелетных мышц и вскрыты механизмы развития двигательного навыка (Н В. Зимкин); выявлен феномен синхронизации потенциалов на электромиограммах при утомлении (Е.К. Жуков); определены особенности сосудистых реакций у спортсменов различных специализаций (В.В. Васильева); создана оригинальная методика регистрации электроэнцефалограмм непосредственно в процессе высокоинтенсивной мышечной работы и впервые исследованы корковые механизмы регуляции движений спортсменов (Е.Б. Сологуб); изучены эмоции при соревновательной деятельности (С.А. Разумов); развито представление о физиологических резервах спортсмена (А.С. Мозжухин); обосновано учение о функциональной системе адаптации спортсменов (А. С. Солодков) и др.
В дальнейшем изучение различных проблем спортивной физиологии в нашей стране существенно расширялось и углублялось, но в большинстве случаев использовались методические подходы, разработанные на кафедре физиологии УФК им. П.Ф. Лесгафта. В настоящее время исследования ведутся во всех учебных и научно-исследовательских институтах физической культуры, во многих университетах, медицинских и педагогических вузах. Изучаются роль и значение всех физиологических систем организма при мышечной деятельности, а также приоритетные для спортивной физиологии проблемы: адаптация к физическим нагрузкам, работоспособность, утомление и восстановление спортсменов, функциональные резервы организма и др.
Выяснение вопроса о процессах экстраполяции в ЦНС имеет существенное значение для обоснования вариативности нагрузок в процессе спортивной тренировки. Только на основе этой концепции может быть правильно построен тренировочный процесс, при котором должны варьироваться величина, скорость и интенсивность нагрузок, что еще не всегда принимается во внимание медиками, тренерами и спортсменами. Необходимо также учитывать возрастную динамику локомоторных функций человека.
Приоритетными направлениями дальнейших исследований физиологии ЦНС являются выяснение особенностей формирования и мобилизации функциональных резервов мозга спортсменов и изучение перестроек корковых функциональных систем взаимосвязанной активности в процессе адаптации их к специализированным нагрузкам. Существенное внимание следует уделить исследованиям вызванной активности коры больших полушарий и спинного мозга, а также роли функциональной асимметрии и сенсорных систем в формировании некоторых специальных двигательных навыков.
В последние годы развивается новое направление спортивной физиологии, связанное с разработкой спортивной генетики и рассматривающее особенности наследственных влияний и тренируемости различных физиологических показателей и физических качеств и, в первую очередь, роли врожденных индивидуально-типологических особенностей организма для спортивной ориентации, отбора и прогнозирования достижений в спорте.
Благоприятные изменения, происходящие в организме, в частности в сердечно-сосудистой системе, при занятиях физической культурой и спортом, – очевидны. Далеко не все вопросы этого раздела спортивной кардиологии решены, и изучение функциональных сдвигов нельзя считать законченным. Требует дальнейшего исследования вероятность развития патологических изменений в сердце (патологическое спортивное сердце по Г.Ф. Лангу), которые могут возникнуть прежде всего вследствие чрезмерных тренировочных нагрузок, превышающих возможности конкретного спортсмена. Трудности в изучении и предупреждении ряда заболеваний у спортсменов заключаются в том, что в настоящее время нет разработанного и научно обоснованного курса патологической физиологии спорта.
До настоящего времени отсутствуют данные, касающиеся эффективности разных сочетаний темпа движений и частоты дыхания в различных видах спорта, а также о характере и степени произвольных коррекций внешнего дыхания.
До сих пор остается спорным вопрос о длительности восстановления после напряженных тренировочных и соревновательных нагрузок.
Касаясь некоторых специальных теоретических вопросов, имеющих и несомненное прикладное значение в спорте, нужно в первую очередь указать на проблемы адаптации к физическим нагрузкам, функциональных резервов организма, спортивной биоритмологии, психофизиологического и медицинского отбора и профессиональной ориентации спортсменов. В частности, ближайшими задачами являются определение количественных критериев различных стадий адаптации, анализ адаптивных функциональных систем, формирующихся при различных видах спортивной деятельности, дифференцирование адаптационных изменений от предпатологических состояний и исследование компенсаторных реакций.
Уже многие годы проводятся исследования различных функций организма спортсменов. Однако комплексные обследования осуществляются относительно редко, а анализ их результатов связан с длительной обработкой получаемых данных. В связи с этим в спортивной физиологии большое значение приобретают так называемые экспресс-методы, позволяющие оценивать функциональное состояние спортсмена не только после, но и в процессе тренировок и соревнований. Важной задачей спортивных физиологов является также обоснование, разработка и внедрение экспресс-методов с целью исследования функциональных систем адаптации, формирующихся к различным видам физических упражнений. Использование компьютеров даст возможность быстро анализировать и обобщать результаты, полученные различными методами исследования, а наиболее важные и информативные сразу внедрять в практику.
Говоря о массовой физической культуре, нужно учитывать следующее. Применяемые нагрузки должны вызывать изменения, соответствующие только стадии повышения неспецифической устойчивости (адаптированности) организма. Необходимо также предупреждение возможности возникновения травм. Все это относится и к физической подготовке специальных контингентов: военнослужащих, спасательных команд и др. Особого внимания заслуживают занятия физической культурой с детьми, женщинами, инвалидами и лицами с ослабленным здоровьем. Требуются дальнейшая разработка и научное обоснование целого ряда физиологических проблем, связанных с возрастными и медико-биологическими особенностями этих контингентов, характером их адаптивных перестроек.
В ближайшие годы в массовой физической культуре следует решить вопросы о минимальном объеме физических упражнений при различном их сочетании и необходимой продолжительности занятий, что в совокупности позволит получить достаточный оздоровительный эффект в отношении устойчивости людей к действию неблагоприятных факторов окружающей среды и сохранения высокой умственной и физической работоспособности. Такого рода исследования сложны, объемны, но они крайне необходимы. При этом минимальные нормы нагрузки и времени при занятиях физическими упражнениями, очевидно, будут неодинаковы для лиц различного возраста, состояния здоровья, пола, профессии, что потребует дифференцированного подхода к исследованиям разных групп населения. Необходимо подчеркнуть, что и до настоящего времени основное внимание исследователей было обращено на спорт, особенно спорт высших достижений. Физическая культура массового характера находится в стороне, и функциональные изменения, адаптивные перестройки при этом изучаются в меньшей степени.
Интенсивно развивающаяся практика физической культуры и спорта требует быстрейшей реализации прикладных направлений спортивной физиологии. Вместе с тем еще раз следует напомнить общеизвестное положение: не разрабатывая глубоко теоретических проблем и не проводя фундаментальных исследований, мы постоянно будем отставать и в практике. Полезно вспомнить слова известного итальянского физика и физиолога Алессандро Вольта, сказанные еще в 1815 году: «Нет ничего практичнее хорошей теории»·.
2. Адаптация к физическим нагрузкам и резервные возможности организма
Одна из важнейших проблем современной физиологии и медицины исследование закономерностей процесса адаптации организма к различным факторам среды. Адаптация человека затрагивает широкий спектр общебиологических закономерностей, интересы работников различных научных дисциплин и связана прежде всего с саморегулированием многокомпонентных функциональных систем. Неслучайно проблема адаптации человека – один из основных разделов обширной Международной биологической программы.
В настоящее время имеется ряд определений адаптации. На наш взгляд, наиболее полным является понятие физиологической адаптации, данное в третьем издании Большой Советской Энциклопедии: «Адаптация физиологическая совокупность физиологических реакций, лежащая в основе приспособления организма к изменению окружающих условий и направленная к сохранению относительного постоянства его внутренней среды – гомеостаза» (М., 1969, т. 1, с. 216).
Значение проблемы адаптации в спорте определяется прежде всего тем, что организм спортсмена должен приспосабливаться к физическим нагрузкам в относительно короткое время. Именно скорость наступления адаптации и ее длительность во многом определяют состояние здоровья и тренированность спортсмена. В этой связи значительный научный интерес для практики спорта представляет разработка системного обоснования адаптации организма в процессе достижения высшего спортивного мастерства. Общеизвестно, что морфофункциональные особенности организма человека, сформировавшиеся в течение длительного периода эволюции, не могут изменяться с такой же быстротой, с какой изменяются структура и характер тренировочных и соревновательных нагрузок в спорте. Несоответствие во времени между этими процессами может приводить к возникновению функциональных расстройств, которые проявляются различными патологическими нарушениями.
2.1. Динамика функций организма при адаптации и ее стадии
Определение функциональных изменений, возникающих в период тренировочных и соревновательных нагрузок, необходимо прежде всего для оценки процесса адаптации, степени утомления, уровня тренированности и работоспособности спортсменов и является основой для совершенствования восстановительных мероприятий. О влиянии физических нагрузок на человека можно судить только на основе всестороннего учета совокупности реакций целостного организма, включая реакции со стороны центральной нервной системы, гормонального аппарата, сердечно-сосудистой и дыхательной систем, анализаторов, обмена веществ и др. Следует подчеркнуть, что выраженность изменений функций организма в ответ на физическую нагрузку зависит прежде всего от индивидуальных особенностей человека и уровня его тренированности. Изменения функциональных показателей организма спортсменов могут быть правильно проанализированы и всесторонне оценены только при рассмотрении их в отношении к процессу адаптации.
Приспособительные изменения в здоровом организме бывают двух видов: изменения в привычной зоне колебаний факторов среды, когда система функционирует в обычном составе; изменения при действии чрезмерных (непривычных) факторов с включением в функциональную систему дополнительных элементов и механизмов. В литературе первая и вторая группы приспособительных изменений нередко называются адаптационными. По-видимому, более оправданным будет называть первую группу изменений обычными физиологическими реакциями, поскольку эти сдвиги не связаны с существенными физиологическими перестройками в организме и не выходят за пределы физиологической нормы. Вторая группа приспособительных изменений отличается значительным использованием физиологических резервов и перестройкой функциональных систем, в связи с чем их целесообразно называть адаптационными сдвигами (Солодков А.С., 1981).
Несомненный интерес представляет понятие общего адаптационного синдрома, предложенное канадским ученым Гансом Селье (1960). Под последним он понимает совокупность защитных реакций организма человека или животных, возникающих в условиях стрессовых ситуаций. В адаптационном синдроме автор выделяет три стадии: стадию тревоги, обусловленную мобилизацией защитных сил организма; стадию резистентности, связанную с приспособлением человека к экстремальным факторам среды, и стадию истощения, возникающую при длительном стрессе, что может привести к возникновению заболеваний и даже смерти.
В динамике адаптационных изменений у спортсменов мы выделяем четыре стадии: физиологического напряжения (преадаптации), адаптированности, дизадаптации и реадаптации. Каждой из них присущи свои функциональные изменения и регуляторно-энергетические механизмы. Основными, имеющими принципиальное значение в спорте следует считать две первые стадии. Применительно к общей схеме адаптации такие стадии свойственны людям в процессе приспособления к любым условиям деятельности. Это положение было теоретически обосновано, экспериментально доказано и опубликовано А. С. Солодковым еще в 1974 г.
Стадия преадаптации (физиологического напряжения организма) характеризуется преобладанием процессов возбуждения в коре головного мозга и распространением их на подкорковые и нижележащие двигательные и вегетативные центры, возрастанием функции коры надпочечников, увеличением показателей вегетативных систем и уровня обмена веществ. На уровне двигательного аппарата характерным для этой стадии является увеличение числа активных моторных единиц, дополнительное включение мышечных волокон, увеличение силы и скорости сокращения мышц, увеличение в мышцах гликогена, АТФ и креатинфосфата. Спортивная работоспособность неустойчива.
В стадии напряжения организма основная нагрузка ложится на регуляторные механизмы. За счет напряжения регуляторных механизмов осуществляется приспособление физиологических реакций и метаболизма к возросшим физическим нагрузкам. При этом в некоторых случаях изменения функций организма могут носить выраженный характер.
Стадия адаптированности организма в значительной мере тождественна состоянию его тренированности. Другими словами, в основе развития тренированности лежит процесс адаптации организма к физическим нагрузкам. Физиологическую основу этой стадии составляет вновь установившийся уровень функционирования различных органов и систем для поддержания гомеостаза в конкретных условиях деятельности. Определяемые в это время функциональные сдвиги не выходят за рамки физиологических колебаний, а работоспособность спортсменов стабильна и даже повышается.
Стадия дизадаптации организма развивается в результате перенапряжения адаптационных механизмов и включения компенсаторных реакций вследствие интенсивных тренировочных нагрузок и недостаточного отдыха между ними. Процесс дизадаптации по сравнению с процессом приспособления развивается, как правило, медленнее, причем сроки его наступления, продолжительность и степень выраженности функциональных изменений отличаются большой вариативностью и зависят от индивидуальных особенностей организма. Стадия дизадаптации характеризуется еще и тем, что отсутствуют признаки активации нервной и эндокринной систем и имеет место некоторое снижение общей функциональной устойчивости организма. Это состояние может быть отнесено к предболезненному. При дизадаптации наблюдаются эмоциональная и вегетативная неустойчивость, раздражительность, вспыльчивость, головные боли, нарушение сна. Снижается умственная и физическая работоспособность.
Процесс дизадаптации является результатом того, что биосоциальная плата за адаптацию к интенсивным тренировочным и соревновательным нагрузкам вышла за пределы физиологических резервов организма и выдвинула перед ним новые проблемы. Конечный исход дизадаптационных расстройств может протекать с достаточной еще способностью к восстановлению всех функций организма и работоспособности, что чаще всего и наблюдается у спортсменов. В других случаях дизадаптация будет иметь скрытые дефекты, которые выявляются только с течением времени под влиянием или очень высоких нагрузок, или какой-то дополнительной вредности. И наконец, дизадаптация может закончиться стойкими неблагоприятными изменениями функций организма, снижением или утратой спортивной работоспособности. Очевидно, стадия дизадаптации по своим патофизиологическим основам в значительной мере соответствует состоянию перетренированности спортсменов.
Стадия реадаптации возникает после длительного перерыва в систематических тренировках или их прекращении совсем и характеризуется приобретением некоторых исходных свойств и качеств организма. Физиологический смысл этой стадии – снижение уровня тренированности и возвращение некоторых показателей к исходным величинам. Можно полагать, что спортсменам, систематически тренировавшимся многие годы и оставляющим большой спорт, требуются специальные, научно обоснованные оздоровительные мероприятия для возвращения организма к нормальной жизнедеятельности.
Следует иметь в виду, что возникшие в процессе длительных и интенсивных физических нагрузок структурные изменения в миокарде и скелетных мышцах, нарушенный уровень обмена веществ, гормональные и ферментативные перестройки, своеобразно закрепленные механизмы регуляции к исходным значениям, как правило, не возвращаются. За систематические чрезмерные физические нагрузки, а затем за их прекращение организм спортсменов в дальнейшем платит определенную биологическую цену, что может проявляться развитием кардиосклероза, ожирением, снижением резистентности клеток и тканей к различным неблагоприятным воздействиям и повышением уровня общей заболеваемости.
При адаптации к чрезмерным для данного организма физическим нагрузкам в полной мере реализуется общебиологическая закономерность – все приспособительные реакции организма к необычным факторам среды обладают лишь относительной целесообразностью. Иными словами, даже устойчивая, долговременная адаптация к физическим нагрузкам имеет свою функциональную или структурную цену.
Цена адаптации может проявляться в двух различных формах: 1) в прямом изнашивании функциональной системы, на которую при адаптации падает главная нагрузка; 2) в явлениях отрицательной перекрестной адаптации, т. е. в нарушении у адаптированных к определенной физической нагрузке людей других функциональных систем и адаптационных реакций, не связанных с этой нагрузкой.
Прямая функциональная недостаточность может реализоваться в условиях остро возникшей большой нагрузки, при которой наблюдаются прямые повреждения структур сердца, скелетных мышц, нарушения ферментной активности и другие изменения, являющиеся как итогом самой нагрузки, так и возникающей при этом стресс-реакции (Пшенникова М.Г., 1986). Эта цена срочной адаптации ярко проявляется при первых нагрузках нетренированных людей и устраняется правильно построенным тренировочным процессом и развитием адаптированности.
Цена адаптации в значительной мере зависит от вида физических нагрузок, к которым происходит приспособление. Так, например, у тяжелоатлетов, высокотренированных к статическим силовым нагрузкам, наблюдается снижение выносливости к динамической работе; утомление при таких нагрузках у них развивается быстрее, чем у нетренированных здоровых людей. Одновременно у тяжелоатлетов в противоположность людям, тренированным на выносливость, обнаружено снижение плотности капилляров в скелетных мышцах и отсутствие роста массы митохондриев.
На фоне высокой тренированности у штангистов, борцов и других спортсменов нередко наблюдается снижение резистентности к действию холода и простудным заболеваниям, нарушение клеточного и гуморального иммунитета. У высокотренированных на выносливость спортсменов отмечаются нарушения функций желудочно-кишечного тракта, печени и почек, что является следствием ограниченного кровоснабжения этих органов в период длительной мышечной работы.
Однако высокая цена адаптации и феномены отрицательной перекрестной резистентности при таком приспособлении представляют собой возможное, но вовсе не обязательное явление. Наиболее рациональный путь к предупреждению адаптационных нарушений состоит в правильно построенном режиме тренировок, отдыха и питания, закаливании, повышении устойчивости к стрессорным воздействиям и гармоничном физическом и психическом развитии личности спортсмена.
2.2. Физиологические особенности адаптации к физическим нагрузкам
Адаптация как общее универсальное свойство живого обеспечивает жизнеспособность организма в изменяющихся условиях и представляет процесс адекватного приспособления его функциональных и структурных элементов к окружающей среде. В целом исследование процесса адаптации и ее механизмов, по-видимому, следует отнести к междисциплинарной проблеме, которая может стать ключевой в понимании многих аспектов развития тренированности, здоровья и заболеваемости спортсменов.
Система закаливания и формирования сильного, красивого и выносливого человека всегда связывалась с адаптацией его к физическим нагрузкам. Физические нагрузки – самый естественный и древний фактор, воздействовавший на человека. Будучи обусловленным самой природой земной гравитации, этот фактор во все времена сопровождал человека, и двигательная активность всегда была важным звеном его приспособления к окружающему миру. Одно из непременных условий развития адаптации к физическим нагрузкам – мобилизация и использование физиологических резервов организма.
С физиологической точки зрения ведущими в тренировке являются повторность и возрастание физических нагрузок, что за счет обратных биологических связей позволяет совершенствовать функциональные возможности органов и систем и их энергетическое обеспечение на основе механизма саморегуляции организма. С этих позиций тренировка сводится к активизации механизмов адаптации, включению физиологических резервов, благодаря которым организм человека легче и быстрее приспосабливается к повышенным нагрузкам, совершенствуя свои физические, физиологические и психические качества, повышая состояние тренированности.
Физиологическая сущность состояния тренированности – это такой уровень функционального состояния организма, который характеризуется совершенствованием механизмов регуляции, увеличением физиологических резервов и готовностью к их мобилизации, что выражается в его повышенной устойчивости к длительным и интенсивным физическим нагрузкам и высокой работоспособности.
Развившееся в процессе тренировки состояние тренированности по своим физиологическим механизмам и морфофункциональной сути соответствует стадии адаптированности организма к физическим нагрузкам. В понятиях «адаптация, адаптированность», с одной стороны, и «тренировка, тренированность», с другой стороны, много общих черт, главная из которых – достижение нового уровня работоспособности на основе образования в организме специальной адаптивной функциональной системы с определенным уровнем физиологических констант. Тренировка и тренированность – понятия педагогические, хотя они базируются на знаниях физиологических закономерностей организма спортсменов. Исследование и характеристика этих процессов и состояний, связанных прежде всего с обоснованием рационально построенных тренировочных нагрузок, является прерогативой педагогов. Адаптация и адаптированностъ спортсменов к физическим нагрузкам и все функциональные и структурные перестройки, совершающиеся при этом в организме, относятся к биологическим категориям и составляют основные научные и учебные проблемы медиков и физиологов.
Адаптация организма к физическим нагрузкам заключается в мобилизации и использовании функциональных резервов организма, в совершенствовании имеющихся физиологических механизмов регуляции. Никаких новых функциональных явлений и механизмов в процессе адаптации не наблюдается, просто имеющиеся уже механизмы начинают работать совершеннее, интенсивнее и экономичнее. В основе адаптации к физическим нагрузкам лежат нервно-гуморальные механизмы, включающиеся в деятельность и совершенствующиеся при работе двигательных единиц (мышц и мышечных групп). При адаптации спортсменов происходит усиление деятельности ряда функциональных систем за счет мобилизации и использования их резервов, а системообразующим фактором при этом должен являться приспособительный полезный результат – выполнение поставленной задачи, т. е. конечный спортивный результат.
Комплекс функциональных систем, обеспечивающих конечный спортивный результат, формируется организмом спортсмена ради достижения этого результата. Отсутствие результата или систематически недостаточный его уровень могут не только стимулировать формирование данного комплекса, но и разрушать его, прекращать функционирование в зависимости от величины и характера физиологических резервов, воли, мотивации и других факторов. Таким образом, адаптация к мышечной деятельности представляет собой системный ответ организма, направленный на достижение состояния высокой тренированности и минимизацию физиологической цены за это.
2.3. Срочная и долговременная адаптация к физическим нагрузкам
При всем многообразии индивидуальной фенотипической адаптации развитие ее у человека характеризуется некоторыми общими чертами. Среди таких черт в приспособлении организма к любым факторам среды следует выделять два вида адаптации – срочную, но несовершенную, и долговременную, совершенную (Меерсон Ф.З., 1986).
Срочная адаптация возникает непосредственно после начала действия раздражителя и может реализоваться на основе готовых, ранее сформировавшихся физиологических механизмов и программ. Очевидными проявлениями срочной адаптации являются: увеличение теплопродукции в ответ на холод; увеличение теплоотдачи в ответ на жару; рост легочной вентиляции, ударного и минутного объемов крови в ответ на физическую нагрузку и недостаток кислорода; приспособление органа зрения к темноте; бег человека, обусловленный социально значимой необходимостью, и др. Отличительной чертой срочной адаптации является то, что деятельность организма протекает на пределе его возможностей при почти полной мобилизации физиологических резервов, но далеко не всегда обеспечивает необходимый адаптационный эффект. Так, бег неадаптированного человека происходит при близких к предельным величинах ударного объема крови и легочной вентиляции, при максимальной мобилизации гликогена в печени. Быстрое накопление молочной кислоты в крови лимитирует интенсивность физической нагрузки – двигательная реакция не может быть ни достаточно быстрой, ни достаточно длительной.
Таким образом, функциональная адаптивная система, ответственная за двигательную реакцию при срочной адаптации, характеризуется предельным напряжением отдельных ее звеньев и вместе в тем определенным несовершенством самой двигательной реакции.
На уровне нервной и нейрогуморальной регуляции реализуется интенсивное, избыточное по своему пространственному распространению возбуждение корковых, подкорковых и нижележащих двигательных центров, которому соответствует значительная, но недостаточно координированная двигательная деятельность. Этот процесс характеризует начальный этап формирования двигательного навыка.
Со стороны двигательного аппарата срочная адаптация проявляется включением в реакцию дополнительной части двигательных единиц, а также генерализованным вовлечением лишних мышечных групп. В результате сила и скорость сокращения мобилизованных мышц оказываются ограниченными, но максимально достижимыми для данного вида адаптации; координация мышц недостаточно совершенна.
На уровне вегетативных систем обеспечения срочной адаптации к физическим нагрузкам наблюдается максимальная мобилизация функциональных резервов органов дыхания и кровообращения, но реализующихся при это неэкономным путем. Так, увеличение минутного объема крови достигается ростом частоты сердечных сокращений при ограниченном возрастании ударного объема крови. Увеличение легочной вентиляции осуществляется за счет возрастания частоты дыхания, но не глубины дыхания, при этом наблюдается несоответствие между частотой дыхания и движений. В итоге легочная вентиляция все же не избавляет от развития гипоксии и гиперкапнии.
В целом срочная адаптация к физическим нагрузкам характеризуется максимальной по уровню и неэкономной гиперфункцией, ответственной за адаптацию функциональной системы, резким снижением физиологических резервов данной системы, явлениями чрезмерной стресс-реакции организма и возможным повреждением органов и систем. В результате двигательные, по сути – поведенческие, реакции организма оказываются в значительной мере лимитированными.
Долговременная адаптация возникает постепенно, в результате длительного или многократного действия на организм факторов среды. Принципиальной особенностью такой адаптации является то, что она возникает не на основе готовых физиологических механизмов, а на базе вновь сформированных программ регулирования. Долговременная адаптация, по существу, развивается на основе многократной реализации срочной адаптации и характеризуется тем, что в итоге постепенного количественного накопления каких-то изменений организм приобретает новое качество в определенном виде деятельности – из неадаптированного превращается в адаптированный. В результате обеспечивается осуществление организмом ранее недостижимых силы, скорости и выносливости при физических нагрузках, развитие устойчивости организма к значительной гипоксии, которая ранее была несовместима с активной жизнедеятельностью, способность организма к работе при существенно измененных показателях гомеостаза, развитие устойчивости к холоду, теплу, большим дозам ядов, введение которых ранее было смертельным.
Долговременная адаптация характеризуется возникновением в ЦНС новых временных связей, а также перестройкой аппарата гуморальной регуляции функциональной системы – экономичностью функционирования гуморального звена и повышением его мощности. В ответ на ту же самую нагрузку не возникает резких изменений в организме и мышечная работа сопровождается меньшим увеличением легочной вентиляции, минутного объема крови, ферментов, гормонов, лактата, аммиака, отсутствием выраженных повреждений. В результате становится возможным длительное и стабильное выполнение физических нагрузок.
Переход от срочной к долговременной адаптации знаменует собой узловой момент адаптационных процессов, так как именно этот переход делает возможной жизнь организма в новых условиях, расширяет сферу его обитания и свободу поведения в меняющейся среде. Этот момент определяется прежде всего тем, что возникает активация синтеза нуклеиновых кислот и белков, что приводит к избирательному развитию определенных структур, лимитирующих двигательную деятельность. Формируются устойчивые двигательные динамические стереотипы, развивается экстраполяция, повышающая возможность быстрой перестройки ответных реакций при изменениях среды, происходит умеренная гипертрофия в скелетных мышцах, сердце, дыхательных мышцах и других рабочих органах, увеличение массы митохондрий. Существенно увеличивается аэробная и анаэробная мощность организма. Нормализуется гомеостаз организма, уменьшается стресс-реакция. Интенсивность и длительность мышечной работы возрастают.
В процессе адаптации организма обмен перестраивается в направлении более экономного расходования энергии в состоянии покоя и повышенной мощности метаболизма в условиях физического напряжения. Такая перестройка биологически более целесообразна и может явиться общим механизмом физиологической адаптации.
Адаптивные сдвиги энергетического обмена заключаются в переключении с углеводного типа на жировой. Ведущую роль в этом играют гормоны: глюкокортикоиды ускоряют распад белка, активируя превращение аминокислот в глюкозу, а катехоламины вызывают мобилизацию резерва гликогена в печени и активацию липолиза жировой ткани, увеличивая приток кислорода, глюкозы, аминокислот и жирных кислот к работающим тканям.
Определенные черты фенотипа, сформировавшиеся в результате долговременной адаптации организма к физическим нагрузкам, становятся фактором профилактики конкретных болезней или патологических синдромов. Повышение расхода жиров приводит к атрофии жировой ткани, снижению избыточного веса и, при прочих равных условиях, уменьшает развитие атеросклероза. Увеличение емкости и пропускной способности коронарных сосудов, развитие системы экстракардиальных анастомозов способствуют уменьшению вероятности закупорки коронарных артерий и возникновения инфаркта миокарда. Увеличение потенциальных резервов и мощности сердечной мышцы может в течение даже длительного времени воздействия неблагоприятных факторов на организм не приводить к возникновению сердечно-сосудистых расстройств у тренированных людей.
2.4. Функциональная система адаптации
Проведенные в последние годы исследования механизмов и закономерностей адаптации людей к различным условиям деятельности привели нас к убеждению в том, что долговременная адаптация обязательно сопровождается следующими физиологическими процессами: а) перестройкой регуляторных механизмов; б) мобилизацией и использованием резервных возможностей организма; в) формированием специальной функциональной системы адаптации к конкретной трудовой (спортивной) деятельности человека (Солодков А.С., 1981, 1988). По сути, эти три физиологические реакции являются главными и основными составляющими процесса адаптации, а общебиологическая закономерность таких приспособительных перестроек относится к любой деятельности человека.
В достижении устойчивой и совершенной адаптации большую роль играют перестройка регуляторных приспособительных механизмов и мобилизация физиологических резервов, а также последовательность их включения на разных функциональных уровнях. Очевидно, вначале включаются обычные физиологические реакции и лишь затем – реакции напряжения механизмов адаптации, требующие значительных энергетических затрат с использованием резервных возможностей организма, что приводит в конечном итоге к формированию специальной функциональной системы адаптации, обеспечивающей конкретную деятельность человека (Солодков А. С., 1988).
Такая функциональная система у спортсменов представляет собой вновь сформированное взаимоотношение нервных центров, гормональных, вегетативных и исполнительных органов, необходимое для решения задач приспособления организма к физическим нагрузкам. Морфофункциональной основой такой системы является образование в организме системного структурного следа (Меерсон Ф.З., 1981) в ответ на мышечную работу, что проявляется созданием новых межцентральных взаимосвязей, повышением активности дыхательных ферментов, гипертрофией сердца, скелетных мышц и надпочечников, увеличением количества митохондрий, усилением функций вегетативных систем. В целом, функциональная система, ответственная за адаптацию к физическим нагрузкам, включает в себя три звена: афферентное, центральное регуляторное и эффекторное.
Афферентное звено функциональной системы адаптации состоит из рецепторов, а также чувствительных нейронов и совокупностей афферентных нервных клеток в центральной нервной системе. Все эти элементы нервной системы воспринимают раздражения из внешней среды и от самого организма и участвуют в осуществлении так называемого афферентного синтеза, необходимого для адаптации. Афферентный синтез возникает, по П.К. Анохину, при взаимодействии мотивации, памяти, обстановочной и пусковой информации. В спорте в одних случаях (например, у бегунов, лыжников, гимнастов) афферентный синтез для принятия решения о начале своих движений относительно прост, и это облегчает формирование адаптивной системы, в других (единоборства, спортивные игры) – весьма сложен, и это затрудняет образование такой системы.
Центральное регуляторное звено функциональной системы представлено нейрогенными и гуморальными процессами управления адаптивными реакциями. В ответ на афферентные сигналы нейрогенная часть звена включает двигательную реакцию и мобилизует вегетативные системы на основе рефлекторного принципа регуляции функций. Афферентная импульсация от рецепторов к коре головного мозга вызывает возникновение положительных (возбудительных) и отрицательных (тормозных) процессов, которые и формируют функциональную адаптивную систему. В адаптированном организме нейрогенная часть звена быстро и четко реагирует на афферентную импульсацию соответствующей мышечной активностью и мобилизацией вегетативных функций. В неадаптированном организме такого совершенства нет, мышечное движение будет выполнено приблизительно, а вегетативное обеспечение окажется недостаточным.
При поступлении сигнала о физической нагрузке одновременно с описанными выше изменениями происходит нейрогенная активация гуморальной части центрального регуляторного звена, ответственного за управление адаптационным процессом. Функциональное значение гуморальных реакций (повышенное высвобождение гормонов, ферментов и медиаторов) определяется тем, что они путем воздействия на метаболизм органов и тканей обеспечивают более полноценную мобилизацию функциональной адаптивной системы и ее способность к длительной работе на повышенном уровне.
Эффекторное звено функциональной системы адаптации включает в себя скелетные мышцы, органы дыхания, кровообращения, кровь и другие вегетативные системы. Интенсивность и длительность физических нагрузок на уровне скелетных мышц определяется тремя основными факторами: числом и типом активируемых моторных единиц; уровнем и характером биохимических процессов в мышечных клетках; особенностями кровоснабжения мышц, отчего зависит приток кислорода, питательных веществ и удаление метаболитов. Увеличение силы, скорости и точности движений в процессе долговременной адаптации достигается двумя основными процессами: формированием в центральной нервной системе функциональной системы управления движениями и морфофункциональными изменениями в мышцах (гипертрофия мышц, увеличение мощности систем аэробного и анаэробного энергообразования, возрастание количества миоглобина и митохондрий, уменьшение образования и накопления аммиака, перераспределение кровотока и др.).
Таким образом, формирование функциональной адаптивной системы с вовлечением в этот процесс различных морфофункциональных структур организма составляет принципиальную основу долговременной адаптации к физическим нагрузкам и реализуется повышением эффективности деятельности различных органов и систем и организма в целом. Зная закономерности формирования функциональной системы, можно различными средствами эффективно влиять на отдельные ее звенья, ускоряя приспособление к физическим нагрузкам и повышая тренированность, т. е. управлять адаптационным процессом.
2.5. Понятие о физиологических резервах организма, их характеристика и классификация
Учение о физиологических резервах представляет одну из важнейших основ физиологии спорта, так как позволяет правильно оценивать и решать задачи по сохранению здоровья и повышению тренированности спортсменов. Представление о резервных возможностях организма связаны с физиологическим учением К. Бернара, П. Бэра, У. Кеннона о сохранении гомеостаза при действии на организм различных неблагоприятных факторов за счет усиления функций жизненно важных органов и систем с использованием их резервов.
Принципиальные положения учения о физиологических резервах в нашей стране были разработаны в 30-х годах прошлого столетия академиком Л.А. Орбели, который неоднократно подчеркивал положение о значительных возможностях организма человека приспосабливаться к необычным условиям внешней среды за счет его резервных возможностей. В дальнейшем идеи Л.А. Орбели нашли плодотворное теоретическое и прикладное развитие прежде всего в физиологии военного труда (Бресткин М.П., 1968; Сапов И.А., Солодков А.С., 1970, 1978; Загрядский В.П., 1976; и др.). В физиологии спорта эта проблема начала изучаться в Москве В.В. Кузнецовым (1970) и в Ленинграде А. С. Мозжухиным (1979).
В настоящее время под физиологическими резервами организма понимается выработанная в процессе эволюции адаптационная и компенсаторная способность органа, системы и организма в целом усиливать во много раз интенсивность своей деятельности по сравнению с состоянием относительного покоя (Бресткин М.П., 1968). Физиологические резервы, по мнению автора, обеспечиваются определенными анатомо-физиологическими и функциональными особенностями строения и деятельности организма, а именно наличием парных органов, обеспечивающих замещение нарушенных функций (анализаторы, железы внутренней секреции, почки и др.); значительным усилением деятельности сердца; увеличением общей интенсивности кровотока, легочной вентиляции и усилением деятельности других органов и систем; высокой резистентностью клеток и тканей организма к различным внешним воздействиям и внутренним изменениям условий их функционирования.
В качестве примера проявления физиологических резервов можно указать на то, что во время тяжелой физической нагрузки минутный объем крови у хорошо тренированного человека может достигать 40 л, т. е. увеличиваться в 8 раз; легочная вентиляция при этом возрастает в 10 раз, обусловливая увеличение потребления кислорода и выделение углекислого газа в 15 раз и более. В этих условиях работа сердца человека, как показывают расчеты, возрастает в 10 раз.
Все резервные возможности организма А.С. Мозжухин (1979) предлагает разделить на две группы: социальные резервы (психологические и спортивно-технические) и биологические резервы (структурные, биохимические и физиологические). Морфофункциональной основой физиологических резервов являются органы, системы организма и механизмы их регуляции, обеспечивающие переработку информации, поддержание гомеостаза и координацию двигательных и вегетативных актов.
Физиологические резервы, по мнению автора, включаются не все сразу, а поочередно. Первая очередь резервов реализуется при работе до 30 % от абсолютных возможностей организма и включает переход от состояния покоя к повседневной деятельности. Механизм этого процесса – условные и безусловные рефлексы. Вторая очередь включения резервов осуществляется при напряженной деятельности, нередко в экстремальных условиях при работе от 30 % до 65 % от максимальных возможностей (тренировки, соревнования). При этом включение резервов происходит благодаря нейрогуморальным влияниям, а также волевым усилиям и эмоциям. Резервы третьей очереди включаются обычно в борьбе за жизнь, часто после потери сознания, в агонии. Включение резервов этой очереди обеспечивается, по-видимому, безусловно-рефлекторным путем и обратной гуморальной связью.
Во время соревнований или работы в экстремальных условиях диапазон физиологических резервов снижается, поэтому основная задача состоит в его повышении. Оно может достигаться закаливанием организма, общей и специально направленной физической тренировкой, использованием фармакологических средств и адаптогенов. При этом тренировки восстанавливают и закрепляют физиологические резервы организма, ведут к их расширению. Еще в 1890 г. И.П. Павлов указывал, что израсходованные ресурсы организма восстанавливаются не только до исходного уровня, но и с некоторым избытком (феномен избыточной компенсации). Биологический смысл этого феномена огромен. Повторные нагрузки, приводящие к суперкомпенсации, обеспечивают повышение рабочих возможностей организма. В этом и состоит главный эффект систематических тренировок. Под влиянием тренирующих воздействий спортсмен в процессе восстановления становится сильнее, быстрее и выносливее, т. е. в конечном итоге расширяются его физиологические резервы.
3. Функциональные состояния спортсменов
Функциональные состояния занимают одно из центральных мест в спортивной физиологии, так как лежат в основе работоспособности и тренированности спортсменов. Несмотря на многообразие этих состояний, они имеют общие психофизиологические механизмы и закономерности. Это позволяет рассматривать их с физиологических представлений, сформулированных прежде всего отечественными физиологами (И.М. Сеченов, И.П. Павлов, А.А. Ухтомский, Л.А. Орбели, П.К. Анохин и др.).
К числу наиболее важных функциональных состояний организма спортсменов следует отнести оперативный покой, психоэмоциональную напряженность, монотонию, утомление, хроническое утомление и переутомление, тренированность, перетренированность и перенапряжение, физиологическая характеристика части которых изложена ниже. Другая группа названных состояний (утомление, хроническое утомление, переутомление, тренированность, перетренированность и перенапряжение) достаточно подробно представлена в соответствующих разделах учебника, и поэтому здесь они не рассматриваются.
3.1. Общая характеристика функциональных состояний
Под функциональным состоянием организма понимают совокупность характеристик его физиологических функций и психофизиологических качеств, которые несут наибольшую нагрузку в обеспечении профессиональной и поведенческой деятельности человека. В связи с этим представление о функциональном состоянии не может быть создано на основании изучения одного или нескольких показателей, а требует интегральной оценки целого ряда функций организма, прямо и косвенно обусловливающих эффективное выполнение профессиональной деятельности.
Решающим для развития целостного организма является представление о сложной интегральной системе рефлекторных реакций, осуществляющихся при совместном нервно-гуморальном механизме регуляции и объединенных конкретной программой взаимодействия. Такая программа формируется благодаря различным физиологическим процессам.
Ведущую роль в этом отношении занимает открытое И.М. Сеченовым (1903) явление центрального торможения и интерпретация его в качестве механизма, обеспечивающего единство целевой направленности рефлекторной деятельности. В дальнейшем И.П. Павлов обосновал положение о целевой функции, определяющей целостность ответа организма на разнообразные воздействия факторов среды. Это явление автором было подтверждено как исследованиями по саморегуляции кровообращения, так и при анализе параметров высшей нервной деятельности.
В 30-х годах прошлого столетия Л.А. Орбели опроверг существовавшее мнение о независимости и антагонизме нервной и гуморальной регуляции. Он установил, что в процессе жизнедеятельности центральная нервная система в зависимости от содержания целевых задач по-разному использует оба возможных способа регуляции. Идея системной организаций целенаправленного ответа получила дальнейшее развитие в уровневой теории построения движений Н.А. Бернштейна (1941). Развиваемые представления окончательно оформились в исследованиях П.К. Анохина (1975), посвященных разработке проблемы функциональных систем организма.
Несмотря на большое разнообразие функциональных состояний, все они имеют общие физиологические компоненты. Первую группу составляют энергетические компоненты деятельности, которые обеспечивают требуемый уровень энергозатрат. В зависимости от характера нагрузок энергозатраты обеспечиваются как аэробным, так и анаэробным путем.
Для поддержания необходимого уровня энергообразования должна осуществляться доставка к рабочим органам и тканям достаточного количества питательных веществ, кислорода и удаляться продукты метаболизма. Эти функции реализуются благодаря усилению деятельности вегетативных систем (вегетативный компонент) и прежде всего сердечно-сосудистой, дыхательной и системы крови.
Далее следуют сенсорные компоненты деятельности, которые характеризуют возможность приема и первичной обработки поступающей информации (зрительной, слуховой и др.). Сюда входит вся последовательность обработки разнообразной информации от момента ее воздействия на рецепторные поля до поступления в виде импульсов в корковые центры.
Информационные компоненты деятельности обеспечивают дальнейшую переработку информации и на ее основе принятие решений. К этой группе относятся показатели основных когнитивных процессов – памяти и мышления. Характеристика этих психофизиологических параметров осуществляется главным образом благодаря использованию различных многофакторных личностных опросников (память на числа, расстановка и сложение чисел с переключением, установление закономерностей и др.).
Моторные компоненты деятельности осуществляют реализацию принятых решений в двигательных и поведенческих актах. Среди моторных компонентов различают эргономические и двигательные показатели. Эргономические константы характеризуют производительность труда, темп трудовых операций, точность, безошибочность и т. д. К двигательным параметрам относят тремор, мышечную силу, скорость реакций, координацию движений и др.
Следующую группу составляют активационные компоненты деятельности, которые характеризуют способность человека к реализации имеющихся у него психофизиологических свойств и качеств личности. Сюда относят особенности нервной и гуморальной регуляции функций, уровень гормональной активности, внимание установки и мотивацию субъекта, комплекс эмоционально-волевых качеств.
Любое функциональное состояние как целостная реакция организма может анализироваться на разных уровнях: физиологическом, психологическом и поведенческом. Физиологический уровень функционального состояния представлен органами и системами, характеризующими его энергетические, двигательные и вегетативные реакции; психологический – показателями основных психических процессов (восприятие, внимание, память, мышление, эмоционально-волевые процессы); поведенческий уровень – данными скорости, точности, особенностями двигательного и речевого сопровождения деятельности.
3.2. Физиологические закономерности развития функциональных состояний
Процесс формирования любого функционального состояния начинается с определенного побуждения к деятельности, которое задается подкорковыми и корковыми мотивационными зонами. У спортсменов – главным образом стремлением к достижению высшего спортивного мастерства и сохранению здоровья. Оптимальный уровень мотиваций и эмоций, регулярность тренировок и тщательный медицинский контроль способствуют успешному решению поставленных задач.
Окончательное формирование функционального состояния осуществляется ассоциативными зонами коры больших полушарий (переднелобными и нижнетеменными). Они создают общий план предполагаемого действия. Вначале это лишь представление о профессиональной задаче, которое возникает либо при показе основных элементов другим лицом (тренером, педагогом, психологом), либо после словесной инструкции, самоинструкции, речевого описания. В сознании спортсмена складывается определенный эталон требуемого действия. Эту функцию П.К. Анохин назвал «опережающим отражением действительности». На ее основе в организме формируются те или другие функциональные состояния, удовлетворяющие социальные и биологические потребности человека.
Формирование такой наглядно-образной модели складывается из представления ситуации в целом и образа тех рабочих действий, выполнение которых необходимы для достижения поставленной цели. Имея представление о требуемой модели действия, человек может осуществлять ее различными профессиональными приемами.
Особое значение имеют в этом процессе восприятие и переработка зрительной информации (при показе) и слуховой (при рассказе). Опытные спортсмены быстрее формируют зрительный образ действия, так как у них лучше выражена поисковая функция глаза и они способны эффективно выделять наиболее важные элементы. У них богаче кладовая сенсорной и моторной памяти, откуда при необходимости быстро происходит извлечение нужных сенсомоторных программ деятельности.
Наряду с совершенствованием сенсомоторных параметров действий, в процессе обучения и тренировок у спортсменов происходит формирование навыков тактического мышления – специализированной формы умственной деятельности. Повторяя определенные тактические комбинации, специалисты автоматизируют мыслительные операции. Это позволяет многие решения принимать почти мгновенно, как бы интуитивно, а осознавать их уже после выполнения.
На начальном этапе спортивной деятельности существует два возможных пути развития функциональных состояний.
Первый путь состоит в постепенном включении все новых элементов и усложнении формируемой системы до достижения ею полного соответствия требованиям выполняемых действий. Второй путь предполагает изначально мобилизацию всей функциональной системы с включением явно избыточных элементов. В последующем эти элементы, представляющие собой менее выгодные ответные реакции организма, переходят в состав резервных.
В период оптимального соответствия ответных реакций требованиям конкретной деятельности достижение цели осуществляется прежде всего за счет тех функций, реализация которых обеспечивает минимальный расход энергетических ресурсов организма. Часть вышеназванных основных функций и менее выгодные резервные включаются в интегральный комплекс функционального состояния, формирующегося в процессе любой профессиональной деятельности человека.
При продолжении деятельности по мере истощения энергетических возможностей часть функций, включенных в интегральный комплекс в качестве основных компонентов, снижает свою эффективность и может оказаться недостаточной для реализации определенной работы. Этот недостаток компенсируется мобилизацией резервных функций, позволяющей добиться достижения поставленной цели за счет повышения ее физиологической цены. Надо также иметь в виду, что включение в интегральный комплекс некоторых резервных заменителей основных функций – необходимое условие возможности продолжения деятельности при изменении условий ее выполнения. Быстрота и эффективность приспособления к новым условиям во многом зависят от разнообразия функциональных резервов организма и степени их реализации.
Таким образом, развитие функционального состояния характеризуется увеличением или уменьшением активности одних функций, поддержанием стабильности других, входящих в систему интегрального комплекса. Разнообразная картина величины и направленности изменений отдельных функций является необходимым условием развития любого функционального состояния. Ее формирование, в свою очередь, свидетельствует о физиологической целесообразности взаимоотношений между отдельными элементами целостной ответной реакции организма. Точное представление о целевом назначении каждого компонента в интегральном комплексе показателей и изучение его динамики во взаимосвязи с другими компонентами позволит осуществлять количественную оценку основных параметров функционального состояния и прогнозировать направление его развития.
Функциональное состояние обладает достаточной устойчивостью и является диапазоном, в пределах которого возможны колебания параметров отдельных функций при условии сохранения целесообразной структуры этого состояния в целом. Поэтому далеко не всякое отклонение регистрируемых показателей функционального состояния будет свидетельствовать о его качественных и количественных перестройках.
Существенные сдвиги большинства параметров функционального состояния, как правило, сопровождаются изменением эффективности деятельности спортсменов и проявляются как в результативности выполняемой работы, так и в повышении физиологической цены этой деятельности, направленной на достижение определенного результата. Если физиологическая цена достаточно высока, а работа продолжается, в организме могут развиваться преморбидные и даже патологические состояния.
3.3. Виды функциональных состояний
В основу классификации различных видов функциональных состояний могут быть положены такие социально-биологические критерии, как работоспособность человека, его эмоциональный тонус, нервно-психическое напряжение, нормальные сдвиги функций организма, пограничные и патологические изменения.
При этом характеристика определенного функционального состояния осуществляется с учетом основных факторов, которые обусловливают его возникновение. Так, например, психоэмоциональная напряженность рассматривается как результат воздействия стресс-факторов, а состояние монотонии – как следствие однообразной деятельности.
3.3.1. Состояние оперативного покоя
К числу важнейших функциональных состояний относится проблема оперативного покоя, являющегося базовым эталоном, на основе которого формируются любые другие состояния организма. В качестве такого эталона А. А. Ухтомский (1935) предложил использовать понятие оперативного покоя, которое характеризует готовность человека к любой деятельности независимо от особенностей определенного вида труда.
Состояние оперативного покоя характеризуется повышением функций ряда органов и систем. При этом отмечается умеренное увеличение частоты сердечных сокращений, ударного и минутного объемов крови, повышение артериального давления и минутного объема дыхания. Растет биоэлектрическая активность центральной нервной системы, ряда желез внутренней секреции, преобладают симпатотонические реакции, повышается тонус скелетной мускулатуры, увеличивается число межсистемных и внутрисистемных взаимосвязей различных органов и систем. Основная цель состояния оперативного покоя заключается в психофизиологической готовности организма для решения определенных поведенческих задач.
Анализируя это состояние, Л.А. Орбели (1946) обратил внимание на сходство наблюдаемых при его развитии изменений с теми, которые возникают при подготовке к физической деятельности. Это позволило ему высказать предположение, что такие сдвиги, во многом схожие с аналогичными при развитии ориентировочной реакции, генетически детерминированы и были приобретены человеком на ранних этапах эволюционного развития, когда двигательная активность являлась преобладающей над всеми остальными видами деятельности.
Показатели, характеризующие состояние оперативного покоя, имеют исключительную прикладную значимость, так как они могут служить фоновыми (исходными) данными, с которыми сравниваются соответствующие параметры организма при различных видах деятельности. Иногда в качестве таких исходных величин используются расчетные (табличные) показатели с учетом возраста, пола, региона проживания людей и т. д. Последние материалы носят более обобщенный характер, не связаны с конкретными категориями лиц и в меньшей степени отражают соответствующие физиологические закономерности. Следует также иметь в виду, что для характеристики моторной активности специалистов преимущественное значение имеет анализ показателей двигательной и вегетативных систем, а для оценки умственного труда – анализ психофизиологических функций организма.
3.3.2. Психоэмоциональная напряженность
В настоящее время психоэмоциональная напряженность рассматривается как общая психофизиологическая реакция организма, возникающая при смене стереотипа деятельности и наиболее резко проявляющаяся при мнимой или реальной угрозе здоровью или жизни. Она характеризуется прежде всего временным понижением устойчивости психических и двигательных функций, выраженными вегетативными реакциями и снижением профессиональной работоспособности. Иногда в литературе подобное функциональное состояние обозначают как нервно-психическое напряжение.
Состояние нервно-психического напряжения может выражаться в сдвигах двух форм: по типу нарастания возбуждения или по типу развития тормозных реакций. Резкое изменение форм реагирования, выражающееся в крайних состояниях возбуждения или торможения, вызывается исключительно острыми психогенными раздражителями. При относительно длительном действии стресс-факторов нередко наблюдается постепенный переход фазы возбуждения в тормозную.
Отличительная особенность поведения в состоянии психоэмоционального напряжения заключается в его негибкости, отсутствии лабильности и пластичности. В то же время стереотипные, шаблонные действия в состоянии напряженности протекают быстрее, приобретая тенденцию к автоматизму. Таким образом, самой общей характеристикой состояния психоэмоционального напряжения является нарушение структуры сложной спортивной деятельности.
Условия спортивной борьбы, особенно в ситуационных видах спорта (спортивных играх, единоборствах), вызывают у человека повышенное нервно-психическое напряжение. Огромный объем информации, который должен перерабатывать спортсмен в кратчайшие отрезки времени (часто в десятые и сотые доли секунды), высокая мотивация его выступлений приводят к появлению эмоционального стресса, а в особо сложных условиях – к негативным переживаниям – дистрессу.
Стресс (англ. stress – «напряжение») – общая системная реакция организма человека на экстремальные раздражения. В спорте возможны различные проявления стресса.
Физический стресс – возникающий во время высокоинтенсивной двигательной деятельности спортсмена, но не связанный с какими-либо эмоциональными переживаниями (например, тренировочные занятия, особенно в стандартных видах спорта).
Эмоциональный стресс – отражающий высокое нервно-психическое напряжение во время соревновательной деятельности и вызывающий мобилизацию функциональных резервов организма и значительные психические, вегетативные и гормональные реакции.
При развитии эмоционального стресса чрезвычайные раздражители (стрессоры) действуют на высшие отделы центральной нервной системы. Эти влияния вызывают возбуждение симпатического отдела вегетативной нервной системы и выделение связанных с ним гормонов и медиаторов, а через гипоталамус воздействуют на гормональную активность гипофиза. Адрено-кортикотропный гормон гипофиза вызывает выделение надпочечниками адреналина, норадреналина, глюкокортикоидов и минералкортикоидов. В результате возникает комплекс приспособительных реакций организма. Увеличивается частота и регулярность дыхания, укорачивается фаза вдоха относительно выдоха; увеличивается частота сердечных сокращений и почти исчезает аритмия; повышается артериальное давление; усиливается обмен веществ и энергии; увеличивается амплитуда ЭМГ и повышается сила сокращений скелетных мышц; в ЭЭГ уменьшается выраженность ритма покоя (альфа-ритма) и увеличивается проявление ритмов напряжения (тета-ритма) и активации (бета-ритма); концентрируется внимание. Все эти реакции обеспечивают высокую работоспособность и формируют функциональную систему адаптации (Солодков А.С., 1988).
Однако в результате чрезмерного нервно-психического напряжения развивается состояние дистресса и могут возникать различные негативные реакции – ухудшается кровоснабжение различных отделов головного мозга, урежается частота сердечных сокращений, падает артериальное давление, увеличивается время двигательных реакций и снижается моторная активность. При многократных стрессах у спортсменов часто возникает спортивный травматизм.
Нервно-психическое напряжение у разных людей может проявляться в различных стрессовых реакциях. Эмоциональный стресс выражен у спортсменов тем сильнее, чем более значимо для них достижение цели действия (их потребность) и чем меньше у них доступной информации, энергии и имеющегося в распоряжении времени. Элементы новизны и неопределенность ситуации повышают напряженность в организме спортсменов. У более опытных спортсменов, уверенных в своих силах, с сильными и уравновешенными нервными процессами, состояние нервно-психического напряжения выражено слабее.
3.3.3. Монотония
Проблема монотонности является одной из важнейших в физиологии спорта. Это понятие чаще всего употребляется для обозначения особого психофизиологического состояния человека, возникающего при выполнении однообразно повторяющейся деятельности в бедной раздражителями обстановке. Она вызывается основными специфическими факторами: однообразием, малым количеством раздражителей, ограниченным полем наблюдения, достаточной длительностью и повторяющимся характером работы, малой степенью сложности выполняемых операций и их стереотипностью.
В развитии монотонии принципиальное значение имеет факт снижения психофизиологической активности вследствие уменьшения потока раздражителей в центральную нервную систему от рецепторов сенсорных систем. Развитие монотонии у спортсменов может привести к снижению функций организма, ошибочным действиям и падению профессиональной работоспособности. Поэтому диагностика начальных проявлений этого состояния приобретает большое практическое значение.
Монотония обычно развивается через 1,5–2 часа однообразной деятельности и характеризуется как субъективными, так и объективными признаками. К субъективным критериям относят апатию, скуку, сонливость, утрату интереса к выполняемой работе. Объективные признаки включают в себя различные изменения физиологических показателей, обусловленные преобладанием тормозных реакций в организме: уменьшение возбудимости и лабильности сенсорных систем, замедление сенсомоторных реакций, снижение мышечного тонуса, урежение пульса, дыхания, падение артериального давления, легочной вентиляции и др. И те и другие изменения приводят к снижению профессиональной надежности человека.
Существует обоснованное мнение, что повышенная чувствительность к монотонии свойственна людям, стремящимся к активному контакту с внешним миром (экстраверты). Лица же, концентрирующее свое внимание на внутренних переживаниях (интроверты), подвержены ее влиянию в меньшей степени. Эти особенности важно учитывать в процессе профессионального отбора спортсменов.
Источником положительных эмоций у спортсмена, как у всякого человека, является поиск новой информации, новых путей решения двигательных и тактических задач. При длительном выполнении однообразных двигательных актов (например, в циклической работе умеренной мощности) приток информации значительно снижается, что вызывает скуку, падение интереса к тренировкам, понижение функциональных возможностей.
Такая работа вызывает у человека состояние пониженной психической активности, чувство безразличия, усталости, сонливости, снижение частоты сердечных сокращений и дыхания, понижение амплитуды ЭМГ работающих мышц, падение работоспособности.
Одним из механизмов возникновения состояния монотонии является привыкание. Если один и тот же стимул многократно повторяется, то внимание к нему ослабляется, реакции понижаются, т. е. утрачивается его новизна. В процессе автоматизации простых двигательных навыков эмоциональное напряжение прогрессивно уменьшается. При этом активируются неспецифические тормозные отделы ствола головного мозга, которые, при отсутствии тонизирующего сенсорного притока в мозг из окружающей среды, вызывают снижение активности высших отделов мозга. В условиях монотонной деятельности изменяется роль левого и правого полушария в управлении движениями. У спортсменов-правшей отмечено снижение активности левого доминирующего полушария головного мозга и повышение роли правого неведущего полушария. Это позволяет продолжать работу, но делает ее менее эффективной.
Разные люди неодинаково реагируют на монотонную работу. Главным фактором сопротивляемости монотонии являются врожденные свойства нервной системы. Успешнее работают в этих условиях спортсмены с сильными уравновешенными нервными процессами и невысокой их подвижностью – флегматики. Обследования высококвалифицированных лыжников-гонщиков, бегунов-стайеров, велосипедистов-шоссейников показали, что флегматики составляют основную долю спортсменов в данных видах спорта.
Для борьбы с монотонней используют варьирование скорости перемещений спортсменов, разные отрезки дистанций, создают соревновательные ситуации и т. п.
Описание других функциональных состояний изложено в тематических разделах учебника.
4. Функциональные изменения в организме при физических нагрузках
Физические нагрузки вызывают перестройки различных функций организма, особенности и степень которых зависят от мощности и характера двигательной деятельности.
4.1. Изменения функций различных органов и систем организма
В состоянии покоя деятельность различных функций отрегулирована соответственно невысокому уровню кислородного запроса и энергообеспечения. При переходе к рабочему уровню необходима перестройка функций различных органов и систем на более высокий уровень активности и новое межсистемное согласование на рабочем уровне.
В центральной нервной системе происходит повышение лабильности и возбудимости многих проекционных и ассоциативных нейронов. Во время работы «нейроны движения» организуют через пирамидный путь моторную активность, а «нейроны положения» через экстрапирамидную систему – формирование рабочей позы. В различных отделах ЦНС создается функциональная система нервных центров, обеспечивающая выполнение задуманной цели действия на основе анализа внешней информации, действующих в данный момент мотиваций и хранящихся в мозгу памятных следов двигательных навыков и тактических комбинаций. Возникающий комплекс нервных центров становится рабочей доминантой, которая имеет повышенную возбудимость, подкрепляется различными афферентными раздражениями и избирательно затормаживает реакции на посторонние раздражители. В пределах доминирующих нервных центров создается цепь условных и безусловных рефлексов, или двигательный динамический стереотип, облегчающий последовательное выполнение одинаковых движений (в циклических упражнениях) или программы различных двигательных актов (в ациклических упражнениях).
Еще перед началом работы в коре больших полушарий происходит предварительное программирование и формирование преднастройки на предстоящее движение, которые отражаются в различных формах изменений электрической активности: избирательном увеличении межцентральных взаимосвязей корковых потенциалов; изменении формы кривой, огибающей амплитуду колебаний ЭЭГ; появлении «меченых ритмов» ЭЭГ – потенциалов в темпе предстоящего движения; возникновении условных отрицательных колебаний, или так называемых «волн ожидания», а также премоторных и моторных потенциалов.
В спинном мозгу за 60 мс перед началом двигательного акта повышается возбудимость мотонейронов, что отражается в нарастании амплитуды вызываемых в этот момент спинальных рефлексов (Н-рефлексов).
В мобилизации функций организма и их резервов значительна роль симпатической нервной системы, выделения гормонов гипофиза и надпочечников, нейропептидов.
В двигательном аппарате при работе повышаются возбудимость и лабильность работающих мышц, чувствительность их проприорецепторов, растет температура и снижается вязкость мышечных волокон. В мышцах дополнительно открываются капилляры, которые в состоянии покоя находились в спавшемся состоянии, и улучшается кровоснабжение. Однако при больших статических напряжениях (более 30 % максимального усилия) кровоток в мышцах резко затрудняется или вовсе прекращается из-за сдавливания кровеносных сосудов. Нервные импульсы, приходящие в мышцу с небольшой частотой, вызывают слабые одиночные сокращения мышечных волокон, а при повышении частоты – их более мощные тетанические сокращения.
Различные двигательные единицы (ДЕ) в целой скелетной мышце при длительных физических нагрузках вовлекаются в работу попеременно, восстанавливаясь в периоды отдыха, а при больших кратковременных напряжениях включаются синхронно. В зависимости от мощности работы активируются разные ДЕ: при небольшой интенсивности работы активны лишь высоковозбудимые и менее мощные медленные ДЕ, а с повышением мощности работы – промежуточные и, наконец, маловозбудимые, но наиболее мощные быстрые ДЕ.
Дыхание значительно увеличивается при мышечной работе – растет глубина дыхания (до 2–3 л) и частота дыхания (до 40–60 вдохов в 1 мин). Минутный объем дыхания при этом может увеличиваться до 150–200 л/мин. Однако большое потребление кислорода дыхательными мышцами (до 1 л/мин) делает нецелесообразным предельное напряжение внешнего дыхания.
Сердечно-сосудистая система, участвуя в доставке кислорода работающим тканям, претерпевает заметные рабочие изменения. Увеличивается систолический объем крови (при больших нагрузках у спортсменов до 150–200 мл), нарастает ЧСС (до 180 уд./мин и более), растет минутный объем крови (у тренированных спортсменов до 35 л/мин и более). Происходит перераспределение крови в пользу работающих органов – главным образом, скелетных мышц, а также сердечной мышцы, легких, активных зон мозга – и снижение кровоснабжения внутренних органов и кожи. Перераспределение крови тем более выражено, чем больше мощность работы. Количество циркулирующей крови при работе увеличивается за счет ее выхода из кровяных депо. Увеличивается скорость кровотока, а время кругооборота крови снижается вдвое.
В системе крови наблюдается увеличение количества форменных элементов. Наблюдаются миогенный эритроцитоз (до 5,5–6 х 1012/ л) и миогенный тромбоцитоз (увеличение в 2 раза). В зависимости от тяжести работы проявляются различные стадии миогенного лейкоцитоза. Небольшие тренировочные нагрузки вызывают появление первой стадии – лимфоцитарной – с преобладанием в лейкоцитарной формуле лимфоцитов и ростом общего количества лейкоцитов до 10–12 х 109/л. Более значительные нагрузки, особенно в соревнованиях, вызывают появление второй стадии, или первой нейтрофильной, с ростом количества нейтрофилов (особенно юных и палочкоядерных) и увеличением количества лейкоцитов до 16–18 х 109/л. Истощающая нагрузка приводит к третьей стадии, или второй нейтрофильной, с резким ростом количества лейкоцитов в крови до 20–50 х 109/л, преобладанием незрелых форм нейтрофилов и исчезновением других форм лейкоцитов (эозинофилов, базофилов).
При работе увеличивается отдача кислорода из крови в ткани. Соответственно становятся больше артериовенозная разность по кислороду и коэффициент использования кислорода.
Рост кислородного долга при передвижениях спортсменов на средних и длинных дистанциях сопровождается, увеличением в крови концентрации молочной кислоты и снижением pH крови. В связи с потерей воды и увеличением количества форменных элементов повышение вязкости крови достигает 70 %.
При циклических упражнениях различной длительности с увеличением дистанции снижаются единичные энерготраты и растут суммарные энерготраты на всю работу, а анаэробный путь энергопродукции (за счет АТФ, КрФ и гликолиза) сменяется постепенно аэробным путем (за счет окисления углеводов, а затем и жиров).
4.2. функциональные сдвиги при нагрузках постоянной мощности
Функциональные изменения в организме спортсмена зависят от характера физической нагрузки. Если работа совершается с относительно постоянной мощностью (что характерно для циклических упражнений, выполняемых на средних, длинных и сверхдлинных дистанциях), то степень функциональных сдвигов зависит от уровня ее мощности. Чем больше мощность работы, тем больше потребление кислорода в единицу времени, минутный объем крови и дыхания, ЧСС, выброс катехоламинов. Эти изменения имеют индивидуальные особенности, связанные с генетическими свойствами организма: у некоторых лиц реакция на нагрузку сильно выражена, а у других – незначительна. Функциональные сдвиги также зависят от уровня работоспособности и спортивного мастерства. Имеются также половые и возрастные различия. При одинаковой мощности мышечной работы функциональные сдвиги больше у менее подготовленных лиц, а также у женщин по сравнению с мужчинами и у детей по сравнению со взрослыми.
Рис. 24. Изменения частоты сердечных сокращений (ЧСС), систолического (СОК) и минутного объемов крови (МОК) при различной работе
Особенно следует отметить прямо пропорциональную зависимость между мощностью работы и ЧСС, которая у взрослых тренированных лиц наблюдается в диапазоне от 130 до 180 уд./мин, а у пожилых – от 110 до 150–160 уд./мин (рис. 24). Эта закономерность позволяет контролировать мощность работы спортсменов на дистанции (например, у пловцов, бегунов, лыжников с помощью кардиолидеров), а также она лежит в основе различных тестов физической работоспособности, так как регистрация ЧСС наиболее доступна в естественных условиях двигательной деятельности.
4.3. функциональные сдвиги при нагрузках переменной мощности
Работа переменной мощности особенно характерна для спортивных игр и единоборств, она наблюдается и при стандартных ациклических упражнениях в гимнастике, акробатике, фигурном катании и др., а также при рывках, спуртах, финишировании в циклических упражнениях.
Каждое изменение мощности работы требует нового сдвига активности различных органов и систем организма спортсмена. При этом быстрые изменения в деятельности ЦНС и двигательного аппарата не могут сопровождаться столь же быстрыми перестройками вегетативного обеспечения работы. На этот переходный процесс затрачивается некоторое время, так называемое время задержки, при котором ткани организма испытывают недостаточность кислородного снабжения и возникает кислородный долг. Чем больше спортсмен адаптирован к работе переменной мощности, тем меньше у него время задержки, т. е. быстрее возникают сдвиги в дыхании, кровообращении, энерготратах и накапливается меньший кислородный долг. Вегетативные системы у адаптированных спортсменов становятся более лабильными – они легче повышают функциональную активность при повышении мощности работы и быстрее успевают восстанавливаться при каждом ее снижении, даже в процессе работы (рис. 25). Важно при этом, что восстановление по ходу работы не доводит функциональные показатели до уровня покоя, а сохраняет их на некотором оптимальном уровне. Например, ЧСС в процессе игры в баскетбол колеблется в диапазоне от 130 до 180 уд./мин. У фехтовальщиков в ходе тренировочных индивидуальных уроков или соревновательных поединков каждая отдельная микропауза позволяет несколько снять высокий уровень нервно-эмоциональной напряженности и немного восстановить функции дыхания и кровообращения, но при этом сохраняется необходимый рабочий уровень их показателей и не удлиняется время реакции.
Рис. 25. Частоты сердечных сокращений при работе постоянной мощности бег на 10 км (А) и при работе переменной мощности – игра в футбол (Б) и волейбол (В)
Для тестирования адаптации спортсменов к работе переменной мощности используют физические нагрузки (степ-тест, велоэргометрический тест), в которых в случайном порядке или с определенной закономерностью варьируют мощность работы и при этом регистрируют ЧСС (или другие физиологические показатели). Расчет корреляции ЧСС и мощности нагрузки позволяет судить о приспособленности организма конкретного спортсмена к данной работе.
4.4. Прикладное значение функциональных изменений для оценки работоспособности спортсменов
Знание основных закономерностей функциональных сдвигов организма человека при мышечной работе позволяет использовать их для решения многих прикладных задач, в частности для физиологии спорта.
Среди важнейших физиологических критериев, определяющих адаптированность организма спортсмена к физическим нагрузкам и текущий уровень работоспособности, можно отметить:
• скорость перестройки деятельности отдельных органов и систем организма от уровня покоя на оптимальный рабочий уровень и скорость обратного перехода к уровню покоя, что характеризует хорошую приспособленность организма спортсменов к физическим нагрузкам;
• длительность удержания рабочих сдвигов различных функций на оптимальном уровне, что определяет адаптацию к работе постоянной мощности;
• величину функциональных сдвигов при одинаковой работе, по которой можно оценивать уровень подготовленности спортсмена по более экономному выполнению нагрузки;
• тесное соответствие перестроек вегетативных функций переменному характеру работы, что характеризует адаптацию к работе переменной мощности;
• прямо пропорциональную зависимость между уровнем потребления кислорода, ЧСС, минутного объема дыхания и кровообращения, с одной стороны, и мощностью работы, с другой стороны, которая позволяет использовать различные нагрузочные тесты с регистрацией данных показателей для оценки работоспособности спортсменов.
5. Физиологическая характеристика состояний организма при спортивной деятельности
В ходе систематической тренировки в организме спортсмена возникает ряд различных функциональных состояний, тесно взаимосвязанных друг с другом, где каждое предыдущее влияет на протекание последующего. До начала работы у спортсмена возникает предстартовое и собственно стартовое состояние, к которым присоединяется влияние разминки; от качества разминки и характера предстартового состояния зависит скорость и эффективность срабатывания в начале работы, а также наличие или отсутствие мертвой точки. Эти процессы определяют в свою очередь степень выраженности и длительность устойчивого состояния, а от него зависит скорость наступления и глубина развития утомления, что далее обусловливает особенности процессов восстановления. В зависимости от успешности протекания восстановительных процессов у спортсмена перед началом следующего тренировочного занятия или соревнования проявятся те или иные формы предстартовых реакций, что опять-таки будет определять последующую двигательную деятельность.
5.1. Роль эмоций при спортивной деятельности
В регуляции функциональных состояний, которые являются базой двигательной деятельности человека, принимают участие различные психологические, нервные и гуморальные механизмы: потребности, основные источники активности; мотивы, побуждающие к удовлетворению этих потребностей; эмоции, подкрепляющие деятельность; речевая регуляция (самоорганизация и са-момобилизация); гормональные влияния – выделение гормонов гипофиза, надпочечников и др.
5.1.1. Значение эмоций
Спортивная деятельность (в первую очередь – выступления на соревнованиях) вызывает в организме спортсмена двоякого рода влияния:
• физическое напряжение, связанное с осуществлением нагрузочной мышечной работы;
• эмоционально-психическое напряжение, вызываемое экстремальными раздражителями (стрессорами).
К последним относятся три фактора:
• большой объем информации, поступающий к спортсмену, который создает информационную перегрузку (особенно, в игровых видах спорта, единоборствах, скоростном спуске на лыжах с гор и т. п.);
• необходимость перерабатывать информацию в условиях дефицита времени;
• высокий уровень мотивации – социальной значимости принимаемых спортсменом решений.
При осуществлении этих процессов огромна роль эмоций.
Эмоции представляют собой личностное отношение человека к окружающей среде и к себе, которое определяется его потребностями и мотивами. Их значение в поведении заключается в оценочном влиянии на деятельность специфических систем организма (сенсорных и моторных). Эмоции обеспечивают избирательное поведение человека в ситуации со многими выборами, подкрепляя определенные пути решения задач и способы действий.
В спорте они постоянно сопровождают спортсменов, которые испытывают «мышечную радость», «спортивную злость», «горечь поражения» и «радость победы». Эмоции ярко проявляются в предстартовом состоянии, а также во время спортивной борьбы, являются важным компонентом в процессе тактического мышления. Эмоциональный настрой увеличивает максимальную произвольную силу и скорость локомоций.
5.1.2. Психофизиологические механизмы проявления эмоций
Эмоции подразделяют на низшие (имеющиеся и у животных) и высшие, связанные с социальными аспектами жизни человека (интеллектуальные, моральные, эстетические), его сознательным поведением и познавательной деятельностью – интересами, сознаваемыми и несознаваемыми мотивами (побуждениями, влечениями), чувствами, поисками информации. Они возникают при недостаточном удовлетворении потребностей, при расхождении необходимой и реальной информации.
В возникновении эмоций участвуют некоторые отделы коры больших полушарий и подкорковые образования – нижние и внутренние поверхности больших полушарий (поясная извилина, гиппокамп), некоторые ядра таламуса, гипоталамус, сетевидное образование срединных отделов ствола мозга. Эти образования представляют собой так называемый лимбико-ретикулярный комплекс, который совместно с высшими отделами коры формирует эмоции человека.
Эмоциональные реакции включают двигательные, вегетативные и эндокринные проявления: изменения дыхания, частоты сердечных сокращений, артериального давления, деятельности скелетных и мимических мышц, выделение гормонов – адренокортикотропного гормона гипофиза, адреналина, норадреналина и кортикоидов, выделяемых надпочечниками.
Различают эмоции положительные и отрицательные. При электрических раздражениях в опытах на животных и при лечебных процедурах в клинике у человека были обнаружены центры удовольствия (в гипоталамусе, среднем мозге) и неудовольствия (в некоторых областях таламуса). Больные при раздражении этих центров испытывали «беспричинную радость», «беспредметную тоску», «безотчетный страх».
Включаясь в сложные психические процессы, эмоции участвуют в принятии решений, обеспечивают так называемое эвристическое мышление при внезапных открытиях у человека, подкрепляя его «озарение». У детей 2–3 лет в отличие от взрослых эмоциональная окраска слов имеет большее значение, чем их смысловой компонент.
Эмоции являются механизмом регуляции интенсивности движений, вызывая мобилизацию функциональных резервов организма в экстремальных ситуациях. Это особенно наглядно проявляется в соревновательных условиях, когда результативность выступлений спортсмена превышает его достижения на тренировочных занятиях. Одиночное выполнение работы при обычной мотивации всегда менее длительно и менее эффективно, чем при соревновании с другими лицами при повышенной мотивации (рис. 26). Способность к мобилизации функциональных резервов при повышенной мотивации в наибольшей мере присуща опытным квалифицированным спортсменам, а нетренированные лица чаще всего исчерпывают резервы своего организма уже при обычной мотивации.
Значительные нервно-психические напряжения при спортивной деятельности приводят к резкому усилению эмоциональных реакций, обусловливая эмоциональный стресс у спортсменов, а при чрезмерном воздействии вызывают негативные проявления эмоций – дистресс (ухудшение функционального состояния и активности организма, снижение иммунитета).
Рис. 26. Изменение различных показателей текущей работоспособности при работе на велоэргометре до отказа с обычной (I) и повышенной (II) мотивацией у велосипедиста-перворазрядника.
По оси абсцисс – время работы, с.
По оси ординат: частота сердечных сокращении (ЧСС), уд./мин; амплитуда (А) ЭМГ икроножной мышцы. мВ: длительность активности (Т) в ЭМГ икроножной мышцы, с; отчет испытуемого о самочувствии: стрелка с кружком – «Хорошо!», с квадратом – «Устал!», с треугольником – «Очень устал!»; частота дыхания (ЧД), 1/мин; стадии работоспособности:
ОС (светлые прямоугольники) – оптимальное (устойчивое) состояние,
КУ (косая штриховка) – компенсированное утомление,
ДУ (черные столбики) – декомпенсированное утомление
В формировании эмоций и эмоциональных стрессов участвует особый класс биологических регуляторов – нейропептиды (энкефалины, эндорфины, опиатные пептиды). Они представляют собой осколки белковых молекул – короткие аминокислотные цепочки. Нейропептиды распределены широко и неравномерно в различных отделах головного и спинного мозга. Действуя в области контактов между нейронами, они способны усиливать или угнетать их функции, обеспечивая: обезболивающий эффект, улучшая память и формирование двигательных навыков, изменяя сон и температуру тела, снимая тяжелые состояния при алкоголизме. Их концентрация в нервной системе уменьшается при ограничениях двигательной активности и увеличивается при эмоциональных реакциях, стрессах. Обнаружено, в частности, что у спортсменов в соревновательных условиях концентрация нейропептидов в 5–6 раз превышает их обычное содержание у нетренированных лиц.
