Биологическое обоснование технологии применения внетренировочных средств для повышения работоспособности спортсменов высокой квалификации

Метод биологического моделирования - эффективный метод построения локомоторной функциональной системы

Метод биологического моделирования предназначен для срочного построения локомоторной функциональной системы при уменьшении негативного влияния на здоровье. Для решения такой задачи необходимо создать режим физического упражнения, при котором спортсмен мог бы достичь рекордного уровня за счет оптимизации двигательной структуры. Это необходимо для получения следовых явлений, которые способствуют появлению срочной и долговременной адаптации. Мы учитывали высокий уровень подготовки исследуемого контингента и тот факт, что достижение рекордного двигательного режима не должно быть осуществлено за счет чрезмерного (мотивационного) напряжения организма. В таком случае рекордный двигательный режим достигался бы за счет высокого возбуждающего влияния центральной нервной системы и концентрации всех сопутствующих процессов, что являлось бы просто применением более интенсивной физической нагрузки. Перед исследованием стояла задача оптимизации локомоторной функциональной системы на уровне настоящей подготовленности спортсмена. Была выдвинута следующая гипотеза: достижение рекордного двигательного режима для получения следовых эффектов может быть обеспечено только при оптимизирующем перераспределении эфферентных и афферентных влияний центральной и периферической нервной системы и соответствующих акцентов возбуждения и торможения сопутствующих процессов. Такая гипотеза основывалась на теории функциональных систем П.К. Анохина, а именно на тезисе об эффективной локомоторной системе. По мнению ученого «в каждый данный момент локомоторного акта мобилизуются те аппараты, которые приводят к достижению определенного приспособительного эффекта. Своеобразие и четкая очерченность функциональных систем в таких случаях характеризуется еще и тем, что каждая развертывающаяся в данный момент функциональная система является единственной. Она целиком занимает интегративные аппараты организма и исключает возможность сосуществования с другими функциональными системами»…. «взаимоисключение функциональных систем, - свойство, подчеркивающее значение функциональной системы как целостной физиологической организации, экстренно складывающейся в приспособительном поведении животного». Отсюда следует, что возбуждающее и тормозящее управляющее влияние должно касаться только необходимых и достаточных структур и процессов, вовлекаемых для выполнения определенной двигательной задачи. Чем эффективнее будут распределяться эти влияния, тем качественнее выполнение поставленной задачи. Это означает, что возбуждающее влияние, направленное на мышцы синергисты, обеспечивающие наибольший вклад в мгновенный спортивный результат должно быть усилено, а напряжение относительно пассивных мышц и мышц антагонистов подвергнуто наиболее возможному торможению. Оптимизация функционирования и достижение рекордного двигательного режима будет происходить за счет исключения участия побочных компонентов смежных функциональных систем и повышения качества локомоций. Это выражается, как это будет показано нами ниже, в закреплении следовых адаптационных реакциях, усилении механизмов релаксации, повышении экономичности и разрешающей возможности проприорецептивной системы. Условно предлагаемый метод построения локомоторной системы был назван методом биологического моделирования.

В качестве примера локомоций было выбрано передвижение на лыжах двухшажным коньковым ходом. Биомеханический анализ, проведенный на основе высокоскоростной (100 кадр/сек) киносъемки, показал наличие активных и пассивных фаз и главного функционального эвена (табл. 3, рис. 7).

Таблица 3. Фазовая структура одновременного двухшажного конькового хода

На рис. 7 представлено схематическое распределение энерготрат, оцениваемых по динамике изменений внутрицикловой скорости в фазах конькового хода. Наибольший вклад в конечный спортивный результат обнаружен в 4-ой фазе цикла. Эта фаза составляет главное функциональное звено. Наибольшую работу осуществляет четырехглавая мышца бедра (m. quadriceps femoris). На нее и было направлено действие внетренеровочного средства - динамической электростимуляции.

Рис. 7. Схематическое представление распределения энерготрат по фазам конькового хода на лыжах. IV - главное функциональное звено

Рис. 8. Скорость общего центра масс тела по горизонтали при передвижении на лыжах коньковым ходом на подъеме 6 градусов без применения динамической электростимуляции (а) и со стимуляцией (б)

Применение динамической электростимуляции в качестве внетренировочного средства по методу биологического моделирования (рис. 8) оптимизирует локомоторную функциональную систему.

Время отталкивания ногой после стимуляции уменьшилось на 16,7%, длина шага возросла на 8,8%, а частота шагов уменьшилась на 9% (рис. 9, все р<0,05). Тенденция увеличения длины шага при уменьшении частоты шагов и времени отталкивания наблюдается при повышении специальной работоспособности и спортивного результата.

Рис. 9. Средние значения длины (L) и частоты (f) шагов и времени отталкивания ногой (t) при передвижении на лыжероллерах в подъемы до и после динамической электростимуляции m. quadriceps femoris в движении. Светлые столбцы - до динамической электростимуляции, темные - после

Различия в скорости по горизонтали при передвижении с электростимуляцией и без нее составили, в среднем, 0,08 м/с (2,82 м/с - без электростимуляции и 2,9 м/с с применением этого средства, рис. 8). Среднее значение пульса на 100-метровом отрезке данного подъема составило с электростимуляцией - 175,8 уд/мин, без электростимуляции - 178,2 уд/мин (р<0,05).

Отличие структуры скользящего конькового хода лыжников-гонщиков первого разряда заключается, в числе прочего, наличием пассивных фаз, что снижает скорость. На рисунке можно видеть наличие двух дополнительных фаз по сравнению с мастерами спорта и мастерами спорта международного класса: фаза IIа - позы 3 - 4, (рис. 8а, б) - скольжение с движением рук вперед; фаза IVа - позы 6 - 5, (рис. 8а) - скольжение после окончания отталкивания палками. Фактически, обнаружено наличие трех фаз пассивного скольжения: первая - свободного (позы 1 - 2); IIа - позы 3 - 4 и IVа - позы 6 - 5 - фазы двухопорного скольжения. При применении метода биологического моделирования двухопорная фаза исчезает (рис. 8б). Движения спортсмена первого разряда в конце цикла приобретают фазовую структуру, которая наблюдается у лыжников более высокой квалификации.

Время цикла при передвижении со стимуляцией, в среднем, на 80 мс меньше (а - 1280 мс, б - 1200 мс). Вариативность скорости точки тела, приближенной к центру масс тела, оцениваемая по величине коэффициента вариации, до начала отталкивания ногой была выше при обычном передвижении. Коэффициент вариации (Кv) равен процентному отношению среднего квадратичного отклонения к среднему арифметическому:

,

где у - среднее квадратичное отклонение, x - среднее арифметическое.

Коэффициент вариации составил для «а» - 10,2%, для «б» - 7,4%. Однако для всего цикла коэффициент вариации оказался больше при передвижении по методу биологического моделирования. При применении динамической электростимуляции он составил 11,2%, при обычном передвижении - 9,9%. Существенные различия двух способов передвижения обнаружены во время отталкивания (позы 5 - 7). При обычном передвижении (а) коэффициент вариации составил 5,2%, для «б» - 14,4% (р<0,01). Оказалось, что при электростимуляции скорость в большей части цикла, т.е. до начала отталкивания ногой, изменяется незначительно, во время отталкивания - существенно повышается. При обычном передвижении вариативность скорости от начала цикла до момента отталкивания левой ногой почти не отличается от таковой за весь цикл.

Обнаружены различия в движениях рук, при применении электростимуляции ног, по сравнению с обычным передвижением по трем позициям: время отталкивания палками сокращается (при электростимуляции - 36,7% от времени всего цикла - 410 мс; при обычном передвижении - 48,7%, т.е. 623 мс). Сразу после постановки палок на опору происходит движение рук назад и вниз, спортсмен сразу начинает отталкивание. Скорость движения рук назад по горизонтали выше. Скорость движения левой руки в момент постановки палки на опору при передвижении с электростимуляцией в 1,28 раза превышает скорость этой же руки при обычном передвижении (4,6 м/с и 3,6 м/с, соответственно, р<0,05). Для правых рук разница составила 0,4 м/с (2 м/с и 1,6 м/с, соответственно). В момент окончания отталкивания руками их скорости существенно не отличались.

Более рациональной работой рук при использовании метода биологического моделирования объясняется отсутствие значительного снижения скорости общего центра масс тела по горизонтали в «б». Продолжительность отталкивания руками меньше еще и потому, что у спортсмена при применении электростимуляции больше задействованы ноги. Такая особенность является показателем более высокой квалификации лыжников - гонщиков: процент использования ног у них больше.

Влияние применения динамической электростимуляции в качестве контактного внетренировочного средства прямого действия на показатели энергообеспечения, биомеханической структуры движений и гормональную регуляцию (на примере лыжных гонок)

Исследование эффективности динамической электростимуляции было проведено нами на лыжниках-гонщиках высокой квалификации. В качестве внетренировочного средства использовалась динамическая электростимуляция m. quadriceps femoris.

Задачами этой части исследования являлись: определение оптимальности величины амплитуды электростимуляции в соответствии с индивидуальными особенностями спортсменов; определение различий в потреблении кислорода, пульса, кислородной и пульсовой стоимости метра пути, электроактивности m. quadriceps femoris, двуглавой мышц бедра (m. biceps femoris), широчайшей мышцы спины (m. latissimus dorsi) и трехглавой мышцы плеча (m. triceps brachi) при естественном передвижении на лыжероллерах и при использовании метода биологического моделирования; определение влияния средства биологического моделирования динамической электростимуляции на биомеханические параметры лыжного хода.

На рис. 10 представлены характерные электромиограммы m. quadriceps femoris до и после динамической электростимуляции. После проведения электростимуляции амплитуда электроактивности увеличивалась, время проявления электроактивности уменьшалось, частота следования электроимпульсов - увеличивалась. Электростимуляция усиливала явления гладкого тетануса.

Рис. 10. Электромиограммы m. quadriceps femoris (II, IY) и m. triceps brachi (I, III) до (I, II) и после динамической электростимуляции (III, IY) в фазе отталкивания при передвижении на лыжероллерах в подъем 8 градусов

Выбор оптимальности амплитуды воздействия

Величина воздействия при передвижении классическим попеременным ходом регулировалась амплитудой электрического сигнала, который с помощью специальной контактной группы, установленной на каждой лыже, поступал на четырехглавую мышцу бедра точно в момент отталкивания от опоры. Критерием оптимальности служили показатели максимальной скорости на подъеме 6 градусов. При разной амплитуде электрического сигнала скорость передвижения, частота сердечных сокращений и пульсовая стоимость метра дистанции у каждого спортсмена была разной (табл. 4).

Таблица 4. Изменение скорости (V), ЧСС и пульсовой стоимости (ПС) метра пути у 16 лыжников-гонщиков при передвижении коньковым ходом на лыжах в зависимости от амплитуды электростимуляционного сигнала

Оказалось, что для большинства спортсменов скорость была наибольшей при амплитуде 50 вольт., а пульсовая стоимость метра пути (ПС = ЧСС: (V х 60) уд/м) - наименьшей. Эта амплитуда была принята за оптимальную.

Влияние метода биологического моделирования на потребление кислорода, пульс, пульсовую и кислородную стоимость одного метра пути

Средние значения и квадратичные отклонения потребления кислорода, пульса, кислородной и пульсовой стоимости метра пути представлены на рис. 11. Оказалось, что в той и другой зонах интенсивности при передвижении на лыжероллерах с применением метода биологического моделирования организм спортсменов использовал меньшее количество кислорода, пульс снижался, пульсовая и кислородная стоимость одного метра пути были, соответственно ниже на 2.5% (р < 0,05) и на 5,3% (р < 0,05), чем при обычном передвижении. Достоверность различий снижалась при повышении интенсивности нагрузки и крутизны подъемов.

Рис. 11. Слева - динамика VO2 при передвижении на лыжероллерах с интенсивностью во 2 (140 - 160 уд/мин) и 3 (160 - 180 уд/мин) зонах без и с применением метода биологического моделирования в зависимости от крутизны подъемов. Справа - кислородная стоимость метра пути при применении динамической электростимуляции по сравнению с естественным передвижением (100%) на лыжероллерах с разной интенсивностью на подъемах разной крутизны

При передвижении на лыжероллерах с максимальной скоростью на одном 200-метровом подъеме 8 градусов разница в пульсе составила в среднем 3,5 уд/мин. При применении динамической электростимуляции пульс был ниже, скорость преодоления подъема выше (в среднем, на 0,09 м/с). Пульсовая стоимость одного метра пути - ниже на 0,03 уд/м. Биологической особенностью проявления этого внетренировочного средства по методу биологического моделирования явилось оптимизирующее воздействие на организм в целом, выражающееся в значительном снижении энерготрат и повышении специальной работоспособности.

Влияние динамической электростимуляции на электроактивность мышц

Применение динамической электростимуляции только m. quadriceps femoris влияла на электроактивность других групп мышц синхронистов и антагонистов, повышая их активность в активных фазах и снижая их напряжение в пассивных фазах локомоторного акта.

Рис. 12. Электроактивность мышц до и после динамической электростимуляции m. quadriceps femoris в движении на лыжероллерах в подъемы. Светлые столбцы - обычный режим передвижения, темные - после электростимудяции. * - р<0,05, ** - р<0,01

Электроактивность четырехглавой м. бедра в момент отталкивания (Чо) после ее электростимуляции повысилась (рис. 12), электроактивности четырехглавой м. бедра в момент скольжения (Чс) также как и двуглавой м. бедра в момент скольжения (До) - уменьшались, наблюдалось незначительное увеличение электроактивности широчайшей м. спины в момент отталкивания (Шо). Это происходило на всех подъемах. Увеличение электроактивности четырехглавой м. бедра в момент отталкивания, в среднем, составили на подъемах 4,6,8,10 градусов, соответственно, 36,7; 34,5; 33,1; 31,9 мкв (р < 0,01). В процентном отношении эти изменения составили от 10,5 до 14,3%. Уменьшение электроактивности четырехглавой м. бедра в фазе скольжения составили, соответственно, 6,4; 6,8; 6,7; 6,6% (р<0,05). Уменьшение электроактивности двуглавой мышцы бедра в момент отталкивания на подъемах 4,6,8 и 10 градусов, соответственно, составили 6,6; 6,4; 6,0 и 6,3% (р<0,05). Электроактивность трехглавой м. плеча в момент отталкивания (То) повысилась на 9,2%. Такие различия зафиксированы на всех электромиограммах при передвижении в подъемы 2, 4 и 6 градусов (р<0,05).

Одним из аспектов биологического обоснования разработанной технологии, таким образом, является оптимизирующее перераспределение напряжения и расслабления различных групп мышц при применении в качестве внетренировочного контактного средства прямого действия динамической электростимуляции во время мышечной работы. Динамическая электростимуляция оказала влияние не только в фазах напряжения мышц, но и в период их расслабления, что выразилось в уменьшении электроактивности относительно пассивных мышц. Эффект последействия использования динамической электростимуляции заметен не только на тех мышцах, которые непосредственно подвергались этому приему, но также наблюдается на других, участвующих в данном физическом упражнении. Применение динамической электростимуляции одних мышечных групп увеличивает электроактивность других мышц - синхронистов и снижает электроактивность мышц антагонистов и этих же мышечных групп в их пассивных состояниях, способствуя их расслаблению и восстановлению.

Обнаруженный феномен основан на регуляторных влияниях нервной системы, сопровождающихся активизацией тормозных систем и снижением общего уровня возбуждения в центральной нервной системе. Такой характер адаптации является наиболее эффективным. Под воздействием этих влияний в значительной степени уменьшаются стрессорные реакции, что предохраняет нервные клетки, уменьшается вероятность переутомления, травмирования и заболеваний. Следствием применения исследованного нами внетренировочного средства - динамической электростимуляции и разработанной технологии явились улучшение специфической координации, биомеханической структуры движений, снижение энерготрат и повышение экономичности. Об этом свидетельствуют уменьшение потребления кислорода и гемодинамической стоимости одного метра дистанции. Уменьшение потребления кислорода и частоты сердечных сокращений означают снижение нагрузки на дыхательную и сердечно-сосудистую системы. А, в связи с интегративноым характером мышечной работы организма приводит к позитивным процессам во всех звеньях локомоторной функциональной системы.

Влияние динамической электростимуляции на биомеханические параметры

В таблице 5 представлены биомеханические показатели классического попеременного двухшажного хода при передвижении на лыжероллерах в подъем 8 градусов с максимальной скоростью обычным способом и с применением метода биологического моделирования.

Таблица 5. Различия в биомеханических показателях классического попеременного двухшажного хода на лыжероллерах при передвижении в подъем 8 градусов с максимальной скоростью обычным способом и с применением метода биологического моделирования (МБМ)

Примечание: выделено - достоверные различия (р < 0,05); 1, 2, 4 круги - передвижение обычным способом; 3, 5,6 - с применением метода биологического моделирования; L, м - длина шага, f, Гц - частота шагов, tск, с - время скольжения, tот, с - время отталкивания, V, м/с - скорость передвижения.

Длина шага классического попеременного двухшажного хода на лыжероллерах при применении динамической электростимуляции в качестве средства метода биологического моделирования достоверно возрастает, в среднем, на 6,5%, уменьшается время отталкивания на 19,2%, повышается скорость передвижения на 0,3%. Частота шагов и время скольжения увеличиваются недостоверно.

Рис. 13. Изменения углов в коленных суставах (а) и механических работах (б) ноги при обычном передвижении (сплошная линия) и при применении динамической электростимуляции (пунктир). Вертикальными линиями обозначены фазы отталкивания при обычном передвижении (сплошными) и при электростимуляции (пунктир)

Диапазон изменения углов в коленных суставах ног при динамической электростимуляции и без нее отличался на 6 градусов (начало отталкивания при динамической электростимуляции - 120 градусов, без динамической электростимуляции - 122; окончание отталкивания, соответственно, 160 и 156 градусов, р < 0,05). Еще более существенно (р < 0,01) различались угловые скорости при отталкивании: при динамической электростимуляции она составила 195,3 град/с, при обычном передвижении - 178,2 град/с. Большая скорость разгибания ноги характерна для спортсменов более высокой квалификации (рис. 13).

При динамической электростимуляции нога в момент отталкивания производит значительно большую работу (р < 0,01), чем при обычном передвижении Соответственно, абсолютная, вертикальная и горизонтальная механическая работа только левых ног составила при динамической электростимуляции 16, 6 и 10 Дж, без динамической электростимуляции - 9; 3,5 и 5,5 Дж. При этом, абсолютная работа левых ног за весь цикл была больше при обычном передвижении: при динамической электростимуляции - 67 Дж, без динамической электростимуляции - 78 Дж. Работа за весь цикл по вертикали была больше при электростимуляции на 6 Дж (24 Дж при динамической электростимуляции. 18 Дж - без динамической электростимуляции).

Существенные различия (р < 0,05) обнаружены в углах наклона туловища к горизонту. При динамической электростимуляции наиболее согнутое положение тела в момент окончания отталкивания палками составило 52 градуса, наименее согнутое 75 градусов. При обычном передвижении спортсмены больше задействовали руки, видимо, поэтому углы наклона туловища, соответственно, были меньше: 32 и 71 градус.

Биомеханический анализ, таким образом, подтвердил общую позитивную биологическую направленность влияния разработанной технологии на кинематику и динамику специальных локомоций. Результаты этой части исследования показали, что аспектами биологического обоснования эффективности представленной концепции является консолидированная оптимизация параметров, приводящая к срочной адаптивной и квалификационной перестройке структуры соревновательного упражнения.

Влияние метода биологического моделирования на гормональную регуляцию энергообеспечения

Применение динамической электростимуляции в начале микроцикла способствовало относительно большему приросту концентрации кортизола (на 10%) и меньшему снижению уровня инсулина (на 16%, табл. 6). Динамическая электростимуляция послужила дополнительным стрессором (к физической нагрузке) для организма при выполнении стандартной работы (различия статистически недостоверны).

По окончании тренировочного микроцикла в ответ на стандартную нагрузку отмечалась тенденция к повышению концентрации в крови кортизола, его предшественника прогестерона и существенное снижение уровня инсулина (р<0,01) на фоне недостоверных изменений содержания в крови тиротропина (ТТГ), тироксина и трийодтиронина. В конце микроцикла прирост кортизола (с 37 до 17%) и прогестерона (с 49 до 11%) в экспериментальной группе по сравнению с контрольной уменьшился. Таким образом, кумулятивный эффект тренировочных занятий проявился в выраженной тенденции к увеличению уровня адаптации глюкокортикоидной функции коры надпочечников, что отразилось в меньшей величине прироста концентрации кортизола в крови в ответ на стандартную нагрузку. Снижение прироста секреции кортизола свидетельствует о меньшем участии в энергообеспечении процессов глюконеогенеза за счет пластического резерва организма (аминокислоты), что является важнейшим фактором адаптации организма к предложенной физической нагрузке. Эффект экономизации глюкозы из ее белковых предшественников в энергообеспечении продолжительной мышечной работы циклического характера при значительном увеличении использования наиболее энергоемких липидных субстратов является стратегией адаптации организма к специфическим физическим нагрузкам.

Таблица 6. Средние значения уровней гормонов крови в ответ на стандартную нагрузку в начале и в конце тренировочного микроцикла с применением (э) и без применения (к) электростимуляции

Влияние применения биологических обратных связей в качестве бесконтактного внетренировочного средства опосредованного действия на локомоторную функциональную систему бега

Было выявлено, что лимитирующими факторами бегового шага являются не вся фаза отталкивания от опоры, как это можно было бы предположить заранее. Основным препятствием при поддержании скорости бега было торможение, возникающее при постановке ноги на опору и повышенные вертикальные колебания тела в начальной фазе полета. Наиболее информативными параметрами, характеризующие эти явления были горизонтальное ускорение, возникающее в момент постановки ноги на опору и вертикальная составляющая ускорения при отталкивании.

Результаты исследования приведены в таблицах 7 и 8.

Таблица 7. ЧСС и биомеханические параметры бегового шага при выполнении задания «Уменьшить ускорение в фазе амортизации», (х ± у)

Оказалось, что при выполнении задания по уменьшению отрицательного горизонтального ускорения, в среднем, на 0,23g (р < 0,05) существенно снизились ЧСС, время опоры, длина шага и результирующая ускорений тела. При этом произошло значительное повышение частоты шагов. Время полета и вертикальная составляющая практически не изменились (табл. 7).

При выполнении задания по уменьшению вертикальных колебаний тела, что отразилось в уменьшении этого параметра на 0,59g по сравнению с естественными вариантами бега, было обнаружено следующее. Существенно (р < 0,05) снизились критерий экономичности - ЧСС и время полетной фазы. Остальные параметры не претерпели достоверных изменений (табл. 8)

Таблица 8. Изменение средних значений ЧСС и биомеханических параметров бегового шага у бегунов при выполнении задания «Уменьшить вертикальные колебания тела», (х ± у)

Биологическая целесообразность влияния дополнительных обратных связей выразилась, таким образом, в повышении разрешающей возможности проприорецептивной системы организма спортсменов. Показателями биологического обоснования эффективности разработанной технологии в данном случае являются: снижение нагрузки на сердечно-сосудистую систему, уменьшение излишних ускорений тела, оптимизация биомеханических параметров. Динамика изменений этих показателей является признаком срочной адаптации и квалификационного роста мастерства спортсменов.

Заключение

Соревновательный принцип, выражающийся в необходимости опережающего развития специальной работоспособности по отношению к соперникам, всегда будет поддерживать актуальность поиска эффективных методов адаптации на самом высоком уровне. Проблема повышения работоспособности спортсменов на современном этапе развития спортивной подготовки не может решаться только с помощью традиционных тренировочных средств. Причиной этого является высокая степень адаптации спортсменов высокой квалификации к повторяющимся нагрузкам. Внетренировочные средства являются инструментом ускоренного адаптивного воздействия на организм по сравнению с традиционными. Однако нетехнологичное применение таких средств может иметь негативные последствия для здоровья. Поэтому в исследовании стояла задача разработки метода срочной адаптации к рекордным двигательным режимам с соблюдением условий безопасности влияния интенсивной физической нагрузки на организм спортсменов.

Результаты наших исследований и последние работы других авторов (Высочин Ю.В., Денисенко Ю.П. и др.) показали, что соблюдение этих двух противоречивых условий возможны при усилении механизмов релаксации и, соответственно, тормозящего влияния нервной системы. Такой характер управляющего влияния нервной системы является причиной повышения экономичности функционирования и КПД организма, что является основой для повышения спортивной работоспособности. Кроме того, исходя из теории Ю. В Высочина о существовании системы защиты организма от стресса, явления тормозного влияния способствуют сохранению здоровья. Этот феномен был обнаружен нами непосредственно при выполнении мышечной работы. Эффект срочной адаптации по разработанной нами технологии сопровождался усилением расслабления скелетных мышц в моменты их относительно пассивного состояния и мышц анатагонистов, повышением разрешающей способности проприорецептивной системы организма спортсменов. Эти явления связаны с оптимизацией энергообеспечивающих процессов и, безусловно, приводят к уменьшению риска переутомлений и травм. В конечном итоге становится возможным срочное построение эффективной локомоторной функциональной системы.

По нашему мнению эффект может быть достигнут только при определенном характере и направлении воздействия на организм непосредственно при выполнении мышечной работы, а именно, характер воздействия должен иметь свойство дополнительного ресурса и направлен на главное функциональное звено. По определению П.К. Анохина функциональная система - это «строго очерченная группа процессов и структур, объединенная для выполнения какой-либо определенной качественно своеобразной функции организма или акта его поведения». Локомоторная функциональная система представляет собой «единицу интеграции», состоящую из отдельных компонентов - «системы процессов, переходящей в такое распределение возбуждений на периферических органах, которое приводит к осуществлению полезных для организма функций». Отсюда следует, что только такой характер и направление воздействия на организм при выполнении физической работы обеспечит улучшение взаимодействия работы этой системы процессов, снизит общий уровень возбуждения ЦНС, усилит процесс восстановления нервно-мышечной системы и не повлечет за собой излишнего напряжения главного функционального звена. При обеспечении главного функционального звена, которое предельно напряжено по сравнению с другими функциональными звеньями дополнительным ресурсом, переход на более высокий двигательный режим происходит за счет оптимизирующей перестройки компонентов локомоторной функциональной системы и мобилизации менее задействованных функциональных единиц.

Результаты исследований показали, что применение внетренировочных средств по разработанной технологии существенно повышает специальную работоспособность. Уменьшение потребления кислорода, ЧСС, благоприятное перераспределение напряжений синергетических и антагонистических мышечных групп, снижение тормозящих ускорений тела свидетельствуют о повышении коэффициента полезного действия организма спортсмена. Такие явления обусловлены снятием ограничительных возможностей с главного функционального звена двигательной структуры, наиболее подверженного травмированию. Повышение функциональных возможностей главного функционального звена приводит к консолидированному позитивному изменению всей локомоторной системы.

Наибольшую проблему в технологии применения внетренировочного средства представляют определение направления, характера воздействия и способа его реализации. В исследовании в качестве примеров взяты схожие тренировочные средства: бег и лыжные гонки. Показано, что, несмотря на их общность, должны быть использованы разные внетренировочные средства. Для лыжных гонок - двигательная электростимуляция, для бега - биологические обратные связи. Это обусловлено различным характером и составом главного функционального звена и указывает на необходимость проведения тщательного предварительного исследования и применения разработанной технологии.

Эффективность применения в качестве внетренировочного средства двигательной электростимуляции оказалась очень высокой. По-видимому, такая эффективность обусловлена глубоким воздействием дополнительного электрического импульса на организм спортсмена во время произвольного напряжения скелетных мышц. Так А.В. Воронов (2007) обнаружил, что динамические свойства контрактильного и эластического компонентов мышц не зависят от высоты спрыгивания. По его мнению, изменениям подвержена система нервной регуляции мышцы. Быстрое растяжение мышечных волокон (фаза амортизации) приводит к активации первичных окончаний мышечных веретен, что усиливает эфферентный поток к синергистам (положительное влияние 1а рефлекторной дуги) и приводит к увеличению мощности отталкивания - высота прыжка растет. Дальнейшее увеличение высоты спрыгивания приводит к снижению высоты прыжка. Сказывается влияние тормозящего эффекта комплексов Гольджи (lb рефлекторная дуга) на альфа-мотонейроны мышц-синергистов. При некоторой высоте спрыгивания имеется оптимальный баланс между активирующей и тормозящей функциями 1а и lb рефлекторных дуг и, как следствие, достигается максимальная высота прыжка при неизменных скоростно-силовых свойствах мышц. При динамической электростимуляции первопричиной афферентных влияний является не механическое, а электрическое воздействие. Была выявлена оптимальная амплитуда электрического импульса. Вероятно, при дальнейшем увеличении амплитуды, оптимальный баланс между активирующей и тормозящей функциями 1а и lb рефлекторных дуг снижается. Это приводит к снижению скорости передвижения по дистанции. Нами обнаружено, что последействие динамической электростимуляции приводит к эффекту смещения баланса возбуждающих и тормозящих влияний в сторону торможения. Причем, в случае электростимуляции мышц по сравнению с механическим воздействием явление миоэлектрического молчания (А.В. Воронов, 2005), вероятно, может быть снижено.

Нами также была обнаружена возможность воздействия на проприорецептивную систему при использовании биологических обратных связей. Это, главным образом, связано с повышением разрешающей способности человека оценивать небольшие отклонения параметров собственных двигательных действий. Спортсмен, пользуясь объективной информацией об особенностях своей структуры движений, изменяя технику бега, видит, как влияют эти изменения на энергообеспечение его деятельности, и может более эффективно управлять ими. По отзывам многих спортсменов, они не могли объяснить, в результате каких перераспределений акцентов усилий происходило достижение экономизации. Это говорит о том, что спортсмен самостоятельно не всегда точно может оценить уровень межмышечной координации и экономичности собственных движений. Овладение приемами экономизации и повышения разрешающих возможностей проприорецепции не только способствует повышению спортивного результата, но и позволяет избежать травм нижних конечностей, наиболее уязвимых мест бегуна.

Повышение экономичности бегового шага происходило в результате уменьшения тормозящих сил и излишних напряжений во время бега. В этом бег отличается от многих циклических локомоций. Если в других циклических видах спорта - конькобежном, лыжном, велосипедном, плавании, гребле и т.д., главным функциональным звеном является фаза отталкивания, то в беге существенную роль в достижении спортивного результата играет фаза амортизации, способность спортсмена мягко входит в фазу опоры. Снижению тормозящих сил способствуют меньшие вес спортсмена и массинерционные характеристики ног. С этим связаны успехи афроамериканцев, которые отличаются тонкостенным строением опорно-двигательного аппарата.

В исследовании был обнаружен феномен снижения энерготрат при воздействии динамической электростимуляции во время выполнения физической работы. Это происходило, несмотря на известные факты стрессорного влияния электростимуляции на нервно-мышечный аппарат. Объяснение этому заключено в обнаруженных признаках лучшего расслабления относительно пассивных мышц и мышц антагонистов при электростимуляции m. quadriceps femoris. Эти данные согласуются с открытием тормозной системы защиты организма спортсменов от влияния стрессовой физической нагрузки и важной роли скорости произвольного расслабления мышц в механизмах срочной и долговременной адаптации (Высочин Ю.В. 1974-2006, Денисенко Ю.П., 2000-2007).

Выводы

1. Наиболее эффективным путем оптимизации локомоторной функциональной системы является воздействие на главное функциональное звено, позволяющее снять его ограничительные возможности и организма в целом. Воздействие должно носить комфортный характер и иметь уровень, не превышающий верхнего порога чувствительности. В таком случае оно способствует построению эффективной локомоторной функциональной системы и повышению работоспособности организма спортсменов.

2. Обнаруженные адаптационные сдвиги, происходящие при многолетнем изменении метаболизма в результате влияния специальных физических нагрузок, указывают на глубокие профессиональные физиологические изменения в организме спортсменов, являющиеся причиной появления лимитирующих факторов главного функционального звена локомоторной функциональной системы, которое подвержено утомлению и травмированию в первую очередь.

3. Для определения главного функционального звена необходимо сопоставление показателей активных фаз с основным соревновательным параметром в ходе выполнения специального физического упражнения. Главное функциональное звено соответствует той фазе циклического или однократного двигательного действия, во время которой вклад в спортивный результат является наибольшим.

4. Метод биологического моделирования, основанный на технологии применения внетренировочных средств, позволяет достигать рекордного двигательного режима и срочной адаптации, значительно сократить сроки повышения работоспособности спортсменов при снижении риска переутомлений и заболеваний.

5. При применении динамической электростимуляции в качестве контактного внетренировочного средства прямого действия в лыжных гонках выявлено, что в основе его влияния лежит усиление реципрокного взаимодействия и восстановления скелетных мышц. На это указывает оптимизирующее перераспределение уровней электроактивности мышц синергистов и антагонистов. Электроактивность, зарегистрированная после применения динамической электростимуляции m. quadriceps femoris, свидетельствует о существенной активизации мышц синергистов в активных фазах (от 9,2% до 14,3%) и о большем расслаблении, а, значит и восстановлении этих же мышечных групп во время пассивных фаз, мышц антагонистов и других относительно пассивных мышечных групп (от 6,0% до 6,8%).

6. Снижение потребления кислорода, кислородной и пульсовой стоимости метра дистанции, а также повышение уровня адаптации глюкокортикоидной функции коры надпочечников, меньший прирост концентрации в крови кортизола в ответ на стандартную нагрузку, свидетельствуют о меньшем участии в энергообеспечении процессов глюконеогенеза и о повышении экономичности функционирования организма в целом. Полученные результаты свидетельствуют о существенном повышении работоспособности спортсменов.

7. Биологические обратные связи, используемые в качестве внетренировочного средства опосредованного действия в беге, привели к повышению разрешающей возможности проприорецетивной системы регуляции локомоций и экономичности бегового шага. Лимитирующим звеном при беге является фаза амортизации, во время которой происходит значительное торможение тела бегуна. Эффективность выполнения финальной части фазы отталкивания не столько детерминирована силой отталкивания, сколько зависит от направления вектора отталкивания: излишняя вертикальная составляющая вектора силы в этой фазе движения существенно снижает эффективность биомеханической структуры и повышает потребность в энергообеспечении организма атлета. Лимитирующими параметрами при беге являются отрицательная горизонтальная составляющая ускорений ОЦМТ в фазе амортизации и положительная вертикальная составляющая ускорений ОЦМТ в начальной фазе полета.

Список опубликованных работ по теме диссертации

1. Ростовцев В.Л. Современные технологии спортивных достижений: Монография - М.: ВНИИФК, 2007. - 199 с.

2. Ростовцев В.Л. Вопросы адаптации и повышения работоспособности спортсменов: Монография - М.: ВНИИФК, 2008. - 97 с.

3. Ростовцев В.Л. Особенности подготовки лыжников-гонщиков высокой квалификации на современном этапе: Методические рекомендации. - М: ВНИИФК, 1984. - 21 с.

4. Ростовцев В.Л., Кряжев В.Д. Методы биомеханического контроля в циклических видах спорта: Методические рекомендации. - М: ВНИИФК, 1984. - 34 с.

5. Ростовцев В.Л., Зеновский Е. В, Кряжев В.Д., Артамонов В.А., Костина Л.В. Совершенствование подготовки лыжников-гонщиков на основе использования методики искусственной активизации мышц: Методические рекомендации. - М: ВНИИФК, 1985. - 20 с.

6. Ростовцев В.Л., Манжосов В.Н., Кондрашов А.В., Баталов А.П., Огольцов И.Г. Анализ техники конькового хода и методика обучения: Методические рекомендации. - М.: Спорткомитет СССР, 1986 - 28 с.

7. Ростовцев В.Л., Зеновский Е.В., Воробьев С.Л. Динамическая электростимуляция в лыжных гонках: Методические рекомендации. - М.: ВНИИФК, 1989. - 24 с.

8. Ростовцев В.Л. Биологические аспекты мышечной работы: Методические рекомендации. - М.: ВНИИФК, 1994. - 26 с.

9. Ростовцев В.Л., Кряжев В.Д. Контроль за состоянием нервно-мышечного аппарата лыжников-гонщиков // Теория и практика физической культуры. - 1985. - №11. - С. 20-22.

10. Ростовцев В.Л., Кряжев В.Д. Техника конькового хода лыжников-гонщиков высокой квалификации // Теория и практика физической культуры. - 1988. - №1. - С. 34-37.

11. Устройство для совершенствования техники бега: А. с. 1790956 СССР, МКИ А 63 В 22 / 02, 71 / 00 / В.Л. Ростовцев, В.Г. Баганов, И.П. Ратов, В.А. Артамонов (СССР). - 4 с.: ил.

12. Ростовцев В.Л., Квашук П.В. Динамическая электростимуляция - экспериментальный метод построения модельных характеристик высококвалифицированных спортсменов // Вестник спортивной науки. - 2006. - №1. - С. 13 - 18.

13. Ростовцев В.Л. Методология организации эффективных двигательных режимов комплексного контроля и тренировки // Вестник спортивной науки. - 2007. - №1. - С. 5 -8.

14. Ростовцев В.Л. Эффективное изменение биомеханической структуры локомоций в специальных двигательных режимах экспериментального моделирования (на примере лыжных гонок) // Ученые записки университета имени П.Ф. Лесгафта. - 2007. - №5 (27). - С. 78 - 83.

15. Ростовцев В.Л. Эффективность и технологии применения нестандартных тренировочных средств в спортивной подготовке // Вестник спортивной науки. - 2007. - №3. - С. 8 - 14.

16. Ростовцев В.Л. Аспекты современного моделирования в спортивной подготовке // Вестник РАЕН. - 2007 - №3. - С. 78 - 82.

17. Ростовцев В.Л. Изменение физиологических показателей организма элитных спортсменок под воздействием многолетнего специфического метаболизма физических нагрузок // Теория и практика физической культуры. - 2008. - №1. - С. 24 - 28.

18. Ростовцев В.Л. Влияние нестандартных тренировочных воздействий на энергообеспечение движений, вероятность переутомления и специальную работоспособность спортсменов // Вестник РУДН серия «Экология и безопасность жизнедеятельности». - 2008. - №1. - С. 51 - 59.

19. Ростовцев В.Л. Концепция построения локомоторных функциональных систем путем обеспечения дополнительного ресурса лимитирующему звену // Теория и практика физической культуры. - 2008. - №10. - С. 64 - 67.

20. Ростовцев В.Л. Построение эффективных локомоторных функциональных систем как один из главных вопросов экологии спорта // Вестник РУДН серия «Экология и безопасность жизнедеятельности». - 2008. - №4. - С. 20 - 25.

21. Ростовцев В.Л., Мартынов В.С. Оценка соревновательной деятельности лыжников-гонщиков высокой квалификации // Научно-спортивный вестник. - 1983. - №6. - С. 7 - 9.

22. Ростовцев В. Л, Артамонов В.А., Головачев А.И., Бутулов Э.Л., Дмитриев Е.В. Методика оценки техники лыжников на лыжероллерном тредбане // Лыжный спорт. - 1984. - вып. 1. - С. 37 - 40.

23. Ростовцев В.Л., Зеновский Е.В., Кряжев В.Д., Артамонов В.А., Костина Л.В., Дудов Н.С. Повышение уровня специальной подготовленности лыжников-гонщиков на основе искусственной активизации мышц // Научно спортивный вестник. - 1985. - №3. - С. 17 - 21.

24. Ростовцев В.Л., Зеновский Е.В. Оценка скоростно-силовой подготовленности лыжников-гонщиков высокой квалификации // Лыжный спорт. - 1985. - вып. 1. - С. 27-32.

25. Ростовцев В.Л., Баталов А.П., Кубеев А.В. Оценка надежности работы спорттестера РЕ - 2000 // Лыжный спорт. - 1985. - Вып. 2. - С. 80-81.

26. Ростовцев В.Л., Кондрашов А.В., Зеновский Е.В. Ходы традиционные и ход коньковый // Лыжный спорт. - 1986. - Вып. 1. - С. 13-17.

27. Ростовцев В.Л., Солодухин О.И., Савельев А.А. Техника конькового хода // Лыжный спорт. - 1986. - Вып. 2. - С. 20-26.

28. Ростовцев В.Л. Информативность и точность измерения некоторых параметров системы контроля // Проблемы комплексного контроля в спорте высших достижений: Тезисы докл. Всесоюз. науч. конф. 11 - 18 окт. 1983 г. - М., 1983. - С. 137 - 138.

29. Ростовцев В.Л., Куракин В.С., Кряжев В.Д., Логинов А.А. Использование методических приемов многократно-обратных связей для коррекции техники бега на средние и длинные дистанции // Совершенствование спортивных упражнений на основе целенаправленного изменения их структуры. Межвузовский сборник науч. трудов. - М., 1984. - С. 54 - 56.

30. Ростовцев В.Л., Зеновский Е.В. Повышение экономичности двухшажного попеременного лыжного хода средствами программированного обучения // Программированное обучение и технические средства в физическом воспитание и спорте. Тезисы 3-ей Респ. науч.-метод. конф. - Минск, 1984. - С. 68.

31. Ростовцев В.Л., Мартынов В.С. Зеновский Е.В. Влияние тренировочных нагрузок на скоростно-силовую подготовленность юных лыжников-гонщиков высокой квалификации: Тезисы докладов 10-й Всесоюз.науч.-практ. конф. Программно-методические основы подготовки спортивных резервов. - М., 1985. - С. 80 - 81.

32. Ростовцев В.Л., Кондрашов А.В., Зеновский Е.В. Анализ техники традиционных и иных способов передвижения сильнейших советских и зарубежных лыжников-гонщиков // Технико-тактическое мастерство лыжников-гонщиков высокой квалификации: Сборник научных трудов. - М., 1986. - С. 73 - 83.

33. Ростовцев В.Л., Воробьев С.Л., Максимов М.А. Средства поэтапного достижения модельных характеристик соревновательной деятельности // Тезисы докл. Всес. науч. - практ. конф. Развитие выносливости в циклических видах спорта. - М., 1987. - С. 23.

34. Ростовцев В.Л., Ратов И.П., Максимов М.А. Методические приемы искусственно созданной скорости и их возможности в совершенствовании техники лыжников-гонщиков: Биомеханика и спорт. - Тезисы докл. Респ. школы-семинара. - Смоленск, 1988. - С. 53 - 54.