CC BY
103
ТЕОРИЯ И МЕТОДИКА СПОРТА ВЫСШИХ ДОСТИЖЕНИЙ
ФИЗИОЛОГИЧЕСКИЕ МЕХАНИЗМЫ СРОЧНОЙ АДАПТАЦИИ И ЭКСТРЕННОГО ПОВЫШЕНИЯ ФИЗИЧЕСКОЙ РАБОТОСПОСОБНОСТИ
Ю.П. ДЕНИСЕНКО, Ю.В. ВЫСОЧИН, Л.Г. ЯЦЕНКО, Камский государственный институт физической культуры, Набережные Челны; Санкт-Петербургский государственный университет
Аннотациия
Современная наука располагает множеством фактов, свидетельствующих о чрезвычайно высокой вариативности индивидуальной устойчивости человека к различным факторам окружающей среды. Вместе с тем физиологические механизмы этого явления, как и физиологические механизмы, лежащие в основе экстренного повышения физической работоспособности, до настоящего времени оставались малоизученными и наиболее сложными для интерпретации с позиций целостного организма. Установлено, что повышение скорости расслабления скелетных мышц в ответ на первую физическую нагрузку играет решающую роль в механизмах срочной адаптации, экономизации функций, снижения энергетических затрат, повышения скорости восстановительных процессов, сопротивляемости утомлению и, соответственно, обеспечения экстренного повышения работоспособности при повторных физических
нагрузках.
Abstract
Contemporary science disposes of great number offacts indicative of extremely high variations of men's individual steadiness to different factors of environment. At the same time physiological mechanisms of that phenomenon as physiological mechanisms, underlining the urgent raising of physical capacity for work, were learnt a little till present days and the most difficult for interpretation from a position of integral organism. Established that raising speed of weakening of skeleton's muscles in response to the first physical loading plays decisive role in the mechanisms of urgent adaptations, economization of functions, lowering of energetic expenditure, speed raising of restoration processes, resistibility to fatigue and accordingly of maintenance of urgent raising of capacity for work during repeated physical loading.
Ключевые слова: функциональное состояние, скорость произвольного расслабления мышц, сократительные характеристики мышц, центральная нервная система, нервно-мышечная система, физические нагрузки.
Введение
Проблемы физической работоспособности и устойчивости к физическим перегрузкам в экстремальных условиях спортивной деятельности относятся к числу наиболее актуальных проблем современной спортивной физиологии и медицины. Отсутствие достаточных знаний в этой области служит серьезным препятствием на пути решения
целого ряда других не менее важных проблем, прежде всего проблем профилактики спортивного травматизма и заболеваемости, интенсификации тренировочного процесса и повышения его эффективности, а также разработки новейших спортивно-оздоровительных технологий.
Изучая проблему устойчивости человека в экстремальных условиях деятельности, В.И. Медведев [8] видел одну из главных причин ее огромной актуальности в том, что
деятельность человека всегда носит общественный характер и целевая направленность такой деятельности может резко отличаться от целевой направленности биологических защитных реакций. Это приводит не только к увеличению роли психических факторов в формировании механизмов устойчивости, но и к тому, что в процессе приспособления могут возникнуть два типа обеспечивающих реакций и программ поведения, каждый из которых направлен на достижение противоположных целей, т.е. возможны противоречия между человеком как биологическим объектом, и как членом общества.
Примеры подобных ситуаций чаще всего можно наблюдать в спорте, когда из-за резких нарушений гомеостаза, т.е. возникновения биологически значимой угрозы для жизни, спортсмен сходит с дистанции, не добившись удовлетворения социально значимой доминирующей потребности, например победы в соревнованиях. Однако есть и другие примеры, когда в такой же ситуации другой спортсмен успешно справляется с этой сложной задачей и даже повышает свою физическую работоспособность (феномен второго дыхания). Современная наука располагает и множеством других фактов, свидетельствующих о чрезвычайно высокой вариативности индивидуальной устойчивости человека к различным факторам окружающей среды. Вместе с тем физиологические механизмы этого явления, как и физиологические механизмы, лежащие в основе экстренного повышения физической работоспособности, или «феномена второго дыхания», все еще остаются малоизученными и наиболее сложными для интерпретации с позиций целостного организма.
Исходя из этого, целью наших исследований было изучение физиологических механизмов срочной адаптации и экстренного повышения физической работоспособности у спортсменов высокой квалификации при выполнении физических нагрузок максимальной интенсивности.
Организация и методы исследований
Для достижения цели была проведена серия экспериментов, в которой участвовали 52 спортсмена высокой квалификации.
Предстояло исследовать влияние различных факторов на эффективность выполнения повторных физических нагрузок на фоне утомления от предшествующей работы.
Испытуемые выполняли по две велоэргометрических нагрузки максимальной интенсивности (50 педалирований в максимальном темпе) с 15-минутным интервалом отдыха между нагрузками. До и после нагрузок проводились полимиографические, биохимические и кардиологические обследования.
При велоэргометрических исследованиях учитывалась стартовая (УД максимальная (V), финишная (Уф) и средняя (V ) скорости педалирований (м/с), а также рассчитывался коэффициент скоростной выносливости (КСВ).
Для контроля за сократительными и релаксационными характеристиками скелетных мышц, функциональным со-
стоянием центральной нервной системы (ЦНС) и нервномышечной системы (НМС) использовался метод компьютерной полимиографии [1, 3], который с 1970 г. применяется при подготовке спортсменов сборных команд СССР, России и Ленинграда - Санкт-Петербурга. На основе этого метода выполнено и защищено около 20 диссертационных работ, что указывает на его высокую информативность и надежность. Метод основан на синхронной графической регистрации биоэлектрической активности (электромио-граммы) и силы (динамограммы) различных групп исследуемых мышц при их произвольном напряжении и расслаблении в изометрическом режиме.
Изометрический режим работы мышц при тестировании предпочтителен, с одной стороны, из-за своей сравнительно небольшой энергоемкости [7], легкой моделируемо-сти, а с другой - как один из наиболее часто встречающихся в спортивной и трудовой деятельности. По мнению Хаббарда [9], изометрическое напряжение мышц является переменной точкой любого физического движения.
Полимиографические обследования каждого спортсмена проводились по 5 раз: перед первой нагрузкой (исходные данные), сразу после первой нагрузки, через 15 мин после первой нагрузки, сразу после второй нагрузки и через 15 мин после второй нагрузки. При полимиографичес-ких исследованиях учитывалась скорость произвольного напряжения (СПН ), максимальная сила (МПС ) и скорость произвольного расслабления (СПР) четырехглавой мышцы бедра.
Дополнительно рассчитывались следующие показатели [2]:
1) сократительные свойства мышц (ССМ) по формуле:
ССМ = (СПНо + МПСо) : 2;
2) сопротивляемость утомлению сократительных свойств мышц (СУссм) по формуле:
СУссм = Уср х [(ССМ2 - ССМ1)+10] : 100;
3) скорость восстановления сократительных свойств мышц (СВссм) по формуле:
СВссм = х [(ССМ3 - ССМ2)+10] : 100;
4) полнота восстановления сократительных свойств мышц (ПВссм) по формуле:
ПВссм = х [(ССМ3 - ССМ1)+10] : 100;
Примечание. В формулах [2 - 4] индексами 1, 2 и 3 обозначены параметры, полученные, соответственно, до, сразу после и через 15 мин после нагрузки, а слагаемое 10 введено для исключения возможности появления отрицательных значений расчетных коэффициентов.
При кардиологических обследованиях производилась непрерывная графическая и цифровая регистрация частоты сердечных сокращений (ЧСС) перед велоэргометричес-кими нагрузками (в покое), во время выполнения нагрузок и в течение 1 мин восстановительного периода после на-
(ШИ
грузок. Учитывалась частота сердечных сокращений в покое (ЧСС ), максимальная частота сердечных сокращений во время или сразу после нагрузки (ЧСС ), а также частота сердечных сокращений в восстановительном периоде (ЧССв).
Дополнительно с учетом параметров физической нагрузки, в частности средней скорости педалирований, рассчитывались следующие показатели:
1) коэффициент экономичности деятельности сердца (КЭДС) по формуле:
КЭДС = (Уср : ЧССм) х 100;
2) коэффициент скорости восстановления пульса (КСВП) по формуле:
КСВП = (V : ЧСС) х 100;
ср в
3) коэффициент скоростной выносливости (КСВ) по формуле:
КСВ = [(V + Уф) х V] : 50.
4 ст ф м-1
При биохимических исследованиях кровь из пальца бралась по несколько раз за обследование: перед первой нагрузкой (в покое), на 1-, 3-, 7- и 10-й мин после первой нагрузки, а также на 1-, 3-, 7- и 10-й мин после второй нагрузки. С помощью общепринятых методов в крови определяли содержание (г/л) лактата (Л), креатина (КН), креатинина (КНН), неорганического фосфора (НФ) и мочевины (М).
Дополнительно с учетом средней скорости педалиро-ваний рассчитывались следующие показатели:
1) коэффициент экономичности использования гликолиза (КЭИГ) по формуле:
КЭИГ = (V : Л) х 10,
ср м
где Лм - максимальное содержание лактата;
2) коэффициент экономичности использования креати-нина (КЭИК) по формуле:
КЭИК = (V : КНН) : 10,
ср м
где КННм - максимальное содержание креатинина;
3) коэффициент экономичности использования неорганического фосфора (КЭИФ) по формуле:
КЭИФ = (V х НФ ) : 10,
ср м
где НФм - максимальное содержание неорганического фосфора;
4) коэффициент эффективности периферического кровотока (КЭПК) по формуле:
КЭПК = (Л, : Л ), или (Л, : Л ) х 100%,
4 1 мин м' 7 4 1 мин м' 7
где Л1 мин - содержание лактата в крови на первой минуте после нагрузки, а Лм - максимальное содержание лактата в крови на 3-, 7- или 10-й мин после нагрузки.
В данном случае лактат использовался как меченое вещество: чем большее количество лактата в крови регистри-
ровалось уже на первой минуте после физической нагрузки по сравнению с максимальным количеством лактата, тем выше был уровень периферического кровотока и кровоснабжения работающих мышц [6].
На основе суммирования всех перечисленных выше коэффициентов рассчитывался общий коэффициент полезного действия (ОКПД) различных систем организма по формуле:
ОКПД = (КЭДС + КСВП + КЭИГ + КЭИК + КЭИФ +
+ КЭПК + СУссм + СВссм + ПВссм) : 9.
Результаты исследований и их обсуждение
Сравнительный анализ индивидуальных данных результатов исследований позволил обнаружить интересные закономерности. У всех футболистов первая нагрузка вызывала существенное понижение сократительных характеристик мышц (СПНо, МПСо), которое явилось естественным следствием утомления от первой физической нагрузки максимальной интенсивности. 15-минутный интервал отдыха не обеспечивал полное восстановление сократительных характеристик мышц, поэтому вторая физическая нагрузка выполнялась на фоне недовосстановления сократительных характеристик мышц. Тем не менее часть спортсменов (27,1%) повысила физическую работоспособность во второй нагрузке, а другая часть (72,9%) продемонстрировала либо такой же результат, либо более низкий, чем в первой нагрузке.
При тщательном анализе индивидуальных данных футболистов был выявлен еще один важный факт. Если снижение сократительных характеристик мышц - явление вполне обычное и вызванное, как уже указывалось, утомлением от предшествующей физической нагрузки, то повышение скорости произвольного расслабления мышц - явление необычное. Причем прирост физической работоспособности во второй нагрузке наблюдался только у тех спортсменов, у которых произошло существенное повышение скорости произвольного расслабления скелетных мышц после первой нагрузки.
В ряде наших предыдущих исследований было показано, что скорость расслабления мышц играет важную роль в механизмах срочной адаптации, специальной физической работоспособности и росте спортивной квалификации при самых различных видах спортивной деятельности [3, 4, 5].
Поэтому все участники эксперимента были распределены на две группы по единственному признаку - по динамике скорости расслабления мышц. В первую группу вошли спортсмены, у которых скорость расслабления мышц после первой нагрузки повысилась (14 чел.), а во вторую -спортсмены, у которых скорость расслабления мышц после первой нагрузки снизилась (15 чел.). Спортсмены, у которых скорость расслабления не изменилась, были исключены из рассмотрения в таблице.
Влияние скорости расслабления мышц на эффективность выполнения повторных велоэргометрических нагрузок и общий коэффициент полезного действия систем организма
Параметры 1-я группа 2-я группа
1 ВЭН 2 ВЭН Различия 1 ВЭН 2 ВЭН Различия
М ± т М ± т % Р М ± т М ± т % Р
V V ст 15,46 ± 0,46 16,26 ± 0,57 5,2 - 15,38 ± 0,51 14,90 ± 0,53 -3,1 *
V« 16,55 ± 0,43 17,78 ± 0,44 7,4 * 16,58 ± 0,49 15,77 ± 0,52 -4,9 **
Vф 13,10 ± 0,32 14,44 ± 0,34 10,2 ** 12,77 ± 0,30 12,73 ± 0,25 -0,3 -
V * ср 13,65 ± 0,29 14,81 ± 0,21 8,5 ** 13,88 ± 0,27 13,43 ± 0,22 -3,2 *
КСВ 4,75 ± 0,22 5,47 ± 0,23 15,2 ** 4,70 ± 0,23 4,43 ± 0,22 -5,7 *
СПНо 7,85 ± 0,28 7,17 ± 0,36 -8,7 * 7,23 ± 0,40 7,18 ± 0,50 -0,7 -
МПСо 11,08 ± 0,26 10,91 ± 0,27 -1,5 - 11,47 ± 0,37 11,2 ± 0,47 -1,7 -
СПР 5,82 ± 0,45 6,81 ± 0,44 17,0 ** 6,14 ± 0,32 5,69 ± 0,34 -7,3 *
КЭПК 0,74 ± 0,07 0,82 ± 0,08 9,9 * 0,90 ± 0,03 0,88 ± 0,04 -1,3 -
КСВП 1,09 ± 0,04 1,12 ± 0,03 2,8 - 1,06 ± 0,01 1,00 ± 0,02 -5,7 *
КЭДС 2,91 ± 0,12 3,12 ± 0,09 7,2 * 2,87 ± 0,08 2,76 ± 0,10 -3,8 -
КЭИГ 1,99 ± 0,12 2,20 ± 0,15 10,6 * 2,47 ± 0,19 2,01 ± 0,14 -18,6 **
КЭИК 1,05 ± 0,08 1,18 ± 0,08 12,4 * 1,14 ± 0,05 1,16 ± 0,06 1,8 -
КЭИФ 5,80 ± 0,59 5,97 ± 0,62 2,9 - 6,29 ± 0,48 5,84 ± 0,50 -7,2 -
СУссм 1,38 ± 0,04 1,46 ± 0,02 5,8 * 1,38 ± 0,03 1,31 ± 0,02 -5,1 *
СВссм 1,39 ± 0,03 1,53 ± 0,03 10,1 ** 1,40 ± 0,02 1,32 ± 0,03 -5,7 *
ПВссм 1,38 ± 0,05 1,45 ± 0,03 5,1 - 1,40 ± 0,03 1,32 ± 0,03 -5,7 *
ОКПД 1,69 ± 0,05 1,84 ± 0,05 8,9 ** 1,74 ± 0,03 1,56 ± 0,04 -10,4 *
Обозначения: достоверность различий Р < 0,05 (*); Р < 0,01 (**).
Сравнительный анализ результатов исследований показал, что ни по исходным данным функционального состояния различных систем организма, ни по эргометрическим характеристикам выполнения первой нагрузки спортсмены этих групп фактически не отличались друг от друга. А в реакциях на повторные физические нагрузки у футболистов этих групп выявился ряд характерных особенностей и существенных отличий (см. таблицу).
У спортсменов первой группы, отличающихся существенным повышением скорости произвольного расслабления (СПР) мышц (на 17,0%; Р < 0,01) после первой физической нагрузки, при выполнении второй велоэргометрической нагрузки на фоне утомления от предшествующей нагрузки и ухудшения сократительных свойств мышц (СПНо на 8,7%; Р < 0,05 и МПСо на 1,5%; Р > 0,05) регистрировалось существенное повышение физической работоспособности, которое проявилось в увеличении стартовой (У,т) на 5,2% (Р > 0,05), максимальной (Ум) - на 7,4% (Р < 0,05), финишной (Уф) - на 10,2% (Р < 0,01) и средней (Ур) - на 8,5% (Р < 0,01) скоростей педалирований, а также скоростной выносливости (КСВ) на 15,2% (Р < 0,01).
Примечательно, что повышение работоспособности во второй нагрузке происходило на фоне снижения максимального уровня ЧСС при меньших биохимических сдвигах и большей скорости восстановительных процессов. Это указывает на повышение экономичности и эффективности работы не только нервно-мышечной системы, но и систем энергообеспечения мышечной деятельности.
При второй нагрузке по сравнению с первой достоверно повысилась эффективность периферического кровотока (КЭПК) на 9,9% (Р < 0,05) и улучшились все специальные расчетные коэффициенты, характеризующие экономичность деятельности сердца (КЭДС) на 7,2% (Р < 0,05), скорость восстановления пульса (КСВП) на 2,8% (Р > 0,05), экономичность и эффективность использования гликолиза (КЭИГ) на 10,6% (Р < 0,05), креатинфосфата (КЭИК) на 12,4% (Р < 0,05) и фосфора (КЭИФ) на 2,9% (Р > 0,05). Увеличились сопротивляемость утомлению (СУссм) на 5,8% (Р < 0,05), скорость восстановления (СВссм) на 10,1% (Р < 0,01) и полнота восстановления (ПВссм) на 5,1% (Р > 0,05) сократительных свойств мышц. Достоверно (на 8,9%; Р < 0,01) повысился и общий коэффициент полезного действия (ОКПД) систем организма.
(ШИ
Совершенно иначе реагировали на вторую нагрузку спортсмены второй группы, у которых произошло достоверное ухудшение СП-мышц (на 7,3%; Р < 0,05) после первой нагрузки. В этих условиях при повторной нагрузке регистрировалось значительное ухудшение всех рассматриваемых параметров, в том числе достоверное (Р < 0,05 -- Р < 0,01) снижение У , У, У , КСВ,КСВП,КЭИГ, СУссм,
5 ' ст’ м ср’ 5 5 5 5
СВссм, ПВссм и соответственно общего коэффициента полезного действия различных систем организма. Все это указывает на наличие ярко выраженного некомпенсированного утомления спортсменов второй группы.
Заключение
Из представленных данных можно с полным основанием заключить, что именно повышение скорости расслабления скелетных мышц в ответ на первую физическую нагрузку играет решающую роль в механизмах экономизации функций, снижения энергетических затрат, повышения скорости восстановительных процессов, сопротивляемости утомлению и соответственно обеспечения экстренного повышения работоспособности (феномена второго дыхания) при повторных физических нагрузках.
Литература
1. Высочин Ю.В. Полимиография - метод исследования функционального состояния нервно-мышечной системы спортсменов // Теория и практика физической культуры. - 1978. - № 6. - С. 26-29.
2. Высочин Ю.В. Физиологические механизмы защиты, повышения устойчивости и физической работоспособности в экстремальных условиях спортивной и профессиональной деятельности: Дис. ... док-ра мед. наук. - Л.: ВМА им. С.М. Кирова, 1988. - 550 с.
3. Высочин Ю.В., Денисенко Ю.П. Факторы, лимитирующие прогресс спортивных результатов и квалификации футболистов // Теория и практика физической культуры. -2001. - № 2. - С. 17-21.
4. Высочин Ю.В., Денисенко Ю.П., Рахма И.М. Миоре-лаксация в механизмах специальной физической работоспособности // Искусство подготовки высококвалифицированных футболистов: Научно-методическое пособие. -М.: Советский спорт, 2003. - С. 273-311.
5. Высочин Ю.В., Денисенко Ю.П., Чуев В.А., Гордеев Ю.В. Влияние сократительных и релаксационных характеристик на рост квалификации спортсменов // Теория и практика физической культуры. - 2003. - № 6. - С. 25-27.
6. Высочин Ю.В., Кузнецова Г.Г. Возможность использования некоторых биохимических показателей для косвенной оценки технического мастерства спортсменов ГДОИФК им. П.Ф. Лесгафта // Резервы повышения эффективности подготовки юных и взрослых спортсменов на различных этапах становления спортивного мастерства: Сб. научн. тр. - Л., 1981. - С. 46-50.
7. Загрядский В.П., Сулимо-Самуйло З.К. Физические нагрузки современного человека. - Л.: Наука, 1982. - 95 с.
8. Медведев В.И. Устойчивость физиологических и психологических функций человека при действии экстремальных факторов. - Л: Наука, 1982. - 104 с.
9. HubbardA.W. Homokinetics muscular function in human movement // Science and Medicine Exercise and Sports. -1960. - № 5. - P. 46-67.
