Спортивная физиология

Клинико-физиологические показатели

Психофизиологические показатели

Профессиональная работоспособность

Функциональное состояние организма

Степень снижения работоспособности по интегральному критерию

Врабатывание

Улучшается

Улучшаются

Улучшаются

Улучшается

Нормальное состояние утомления

До 16%

Стабильная работоспособность

Хорошее

Устойчивость показателей

Устойчивость показателей

Сохраняется на стабильном уровне

Неустойчивая работоспособность

Ухудшается

Разнонаправленные сдвиги вегетативных функций. Ухудшение показателей функциональных проб

Разнонаправленные сдвиги показателей; некоторые константы не изменяются

Незначительное снижение

Переходное состояние

16-19%

Прогрессирующее снижение работоспособности

Постоянное ощущение усталости, не проходящее после дополнительного отдыха

Однонаправленное ухудшение всех показателей, величины которых могут выходить за пределы физиологических колебаний. При функциональных пробах - значительное снижение показателей, а также появление атипичных реакций

Однонаправленное ухудшение всех показателей. Признаки неврастенических состояний

Выраженное снижение, появление грубых ошибок в работе

Патологическое состояние переутомления

Более 19%

В тестах с максимальными мощностями физических нагрузок испытуемый выполняет работу с прогрессивным увеличением ее мощности до истощения (до отказа). К числу таких проб относят тест Vita Maxima, тест Новакки и др. Применение этих тестов имеет и определенные недостатки: во-первых, пробы небезопасны для испытуемых и потому должны выполняться при обязательном присутствии врача, и, во-вторых, момент произвольного отказа - критерий очень субъективный и зависит от мотивации испытания и других факторов.

Тесты с субмаксимальной мощностью нагрузок осуществляются с регистрацией физиологических показателей во время работы или после ее окончания. Тесты данной группы технически проще, но их показатели зависят не только от проделанной работы, но и от особенностей восстановительных процессов. К их числу относятся хорошо известные пробы С.П. Летунова, Гарвардский степ-тест, тест Мастера и др. Принципиальная особенность этих проб заключается в том, что между мощностью мышечной работы и длительностью ее выполнения имеется обратно пропорциональная зависимость, и с целью определения физической работоспособности для таких случаев построены специальные номограммы.

В практике физиологии труда, спорта и спортивной медицины наиболее широкое распространение получило тестирование физической работоспособности по ЧСС. Это объясняется в первую очередь тем, что ЧСС является легко регистрируемым физиологическим параметром. Не менее важно и то, что ЧСС линейно связана с мощностью внешней механической работы, с одной стороны, и количеством потребляемого при нагрузке кислорода - с другой.

Анализ литературы, посвященной проблеме определения физической работоспособности по ЧСС, позволяет говорить о следующих подходах. Первый, наиболее простой, заключается в измерении ЧСС при выполнении физической работы какой-то определенной мощности (например, 1000 кГм•мин-1).

Идея тестирования физической работоспособности в данном случае состоит в том, что выраженность учащения сердцебиения обратно пропорциональна физической подготовленности человека, т.е. чем чаще сердечный ритм при нагрузке такой мощности, тем ниже работоспособность человека, и наоборот.

Второй подход состоит в определении той мощности мышечной работы, которая необходима для повышения ЧСС до определенного уровня. Такой подход является наиболее перспективным. Вместе с тем он технически более сложен и требует серьезного физиологического обоснования.

Сложности физиологического обоснования такого подхода к тестированию физической работоспособности обусловлены несколькими моментами: возможными предпатологическими изменениями сердечно-сосудистой системы; различными типами кровообращения, при которых одинаковое кровоснабжение мышц может обеспечиваться различной величиной ЧСС; неодинаковой физиологической ценой учащения сердечной деятельности при физических нагрузках, определяемой так называемым законом исходных величин и т. д.

Среди спортсменовэти различия в значительной степени сглаживаются сходством возраста, хорошим здоровьем, тенденцией к брадикардии в покое, расширением функциональных резервов сердечно-сосудистой системы и возможностей их использования при физических нагрузках.

Это обстоятельство, по-видимому, определило использование в современном спорте теста PWC170 (PWC - это первые буквы английского термина «физическая работоспособность» - Physical Working Capacity), который ориентирован на достижение определенной ЧСС (170 сердечных сокращений в 1 минуту).

Испытуемому предлагается выполнение на велоэргометре или в степ-тесте 2-х пятиминутных нагрузок умеренной мощности с интервалом 3 мин, после которых измеряют ЧСС.

Расчет показателя PWC, та производится по следующей формуле

PWC170 = W2+(W2-W1)	170-f1
	f2-f1

где: W1 и W2 - мощность первой и второй нагрузки;

f1 и f2 - ЧСС в конце первой и второй нагрузки.

В настоящее время считается общепринятым, что ЧСС равная 170 уд.мин-1, с физиологической точки зрения характеризует собой начало оптимальной рабочей зоны функционирования кардиореспираторной системы, а с методической - начало выраженной нелинейности на кривой зависимости ЧСС от мощности физической работы. Существенным физиологическим доводом в пользу выбора уровня ЧСС в данной пробе служит и тот факт, что при частоте пульса больше 170 уд.мин-1 рост минутного объема крови если и происходит, то уже сопровождается относительным снижением систолического объема крови.

Проба PWC170 рекомендована Всемирной организацией здравоохранения для оценки физической работоспособности человека. Перспективы использования этой пробы в спорте очень широки, так как принцип ее пригоден для определения как общей, так и специальной работоспособности спортсменов.

Другой широко распространенной пробой является разработанный в США Гарвардский степ-тест. Этот тест рассчитан на оценку работоспособности у здоровых молодых людей, так как от исследуемых лиц требуется значительное напряжение. Гарвардский тест заключается в подъемах на ступеньку высотой 50 см для мужчин и 41 см для женщин в течение 5 минут в темпе 30 подъемов в 1 мин (2 шага в 1 с). После окончания работы в течение 30 с второй минуты восстановления подсчитывают количество ударов пульса и вычисляют индекс Гарвардского степ-теста (ИГСТ) по формуле:

ИГСТ=	Продолжительность работы (с) * 100
	5.5 * Число ударов пульса (с-1)

Более точно можно рассчитать ИГСТ, если пульс считать 3 раза - в первые 30 секунд 2-й, 3-й и 4-й минут восстановления. В этом случае ИГСТ вычисляют по формуле:

ИГСТ=	t * 100
	(f1 + f2 + f3) * 2

где: t - время восхождения на ступеньку (с),

f1, f2, f3 - число пульсовых ударов за 30 с 2-й, 3-й и 4-й мин восстановления.

Оценку работоспособности проводят по таблице.

Одним из распространенных и точных методов является определение физической работоспособности по величине максимального потребления кислорода (МПК). Этот метод высоко оценивает Международная биологическая программа, которая рекомендует для оценки физической работоспособности использовать информацию о величине аэробной производительности.

Как известно, величина потребляемого мышцами кислорода эквивалентна производимой ими работе. Следовательно, потребление организмом кислорода возрастает пропорционально мощности выполняемой работы. МПК характеризует собой то предельное количество кислорода, которое может быть использовано организмом в единицу времени.

Таблица Оценка физической работоспособности по индексу Гарвардского степ-теста (по: Аулик И. В., 1979)

ИГСТ	Оценка
55 55-64 65-79 80-89 90	Слабая Ниже средней Средняя Хорошая Отличная

Аэробная возможность (аэробная мощность) человека определяется прежде всего максимальной для него скоростью потребления кислорода. Чем выше МПК, тем больше (при прочих равных условиях) абсолютная мощность максимальной аэробной нагрузки. МПК зависит от двух функциональных систем: кислород-транспортной системы (органы дыхания, кровь, сердечно-сосудистая система) и системы утилизации кислорода, главным образом - мышечной.

Максимальное потребление кислорода может быть определено с помощью максимальных проб (прямой метод) и субмаксимальных проб (непрямой метод). Для определения МПК прямым методом используются чаще всего велоэргометр или тредбан и газоанализатры. При применении прямого метода от испытуемого требуется желание выполнить работу до отказа, что не всегда достижимо. Поэтму было разработано несколько методов непрямого определения МПК, основанных на линейной зависимости МПК и ЧСС при работе определенной мощности. Эта зависимость выражается графически на соответствующих номограммах. В дальнейшем обнаруженная взаимосвязь была описана простым линейным уравнением, широко используемым с научно-прикладными целями для нетренированных лиц и спортсменов скоростно-силовых видов спорта:

МПК=1,7 РWС170 + 1240.

Для определения МПК у высококвалифицированных спортсменов циклических видов спорта В.Л. Карпман (1987) предлагает следующую формулу:

МПК = 2,2 PWCI70 + 1070.

По мнению автора, и PWC170 и МПК примерно в равной степени характеризуют физическую работоспособность человека: коэффициент корреляции между ними очень высок (0.7-0.9 по данным различных авторов), хотя взаимосвязь этих показателей и не носит строго линейного характера. Тем не менее, названные константы могут быть рекомендованы в практических целях для анализа тренировочного процесса.

5.3 СВЯЗЬ ФИЗИЧЕСКОЙ РАБОТОСПОСОБНОСТИ С НАПРАВЛЕННОСТЬЮ ТРЕНИРОВОЧНОГО ПРОЦЕССА В СПОРТЕ

Определение физической работоспособности по тесту PWC170 широко вошло в практику спортивной физиологии и медицины. В связи с этим повысилась актуальность вопроса о диагностическом и прогностическом значении теста, о том в какой мере этот неспецифический показатель может быть использован для поиска оптимального тренировочного процесса спортсменов различной специализации.

К настоящему времени имеется достаточное количество исследований этого вопроса. В общей форме ответ наметился уже при анализе антропометрических данных спортсменов, которые довольно тесно сопряжены с направленностью тренировочного процесса. Так, В.Л. Карпман и соавторы (1988) высказали предположение (и подтвердили его простыми формулами для боксеров и борцов) о линейной зависимости между массой тела и абсолютными величинами PWCI70. Вместе с тем они отметили, что относительные значения (в расчете на 1 кг веса) с нарастанием массы тела даже имеют тенденцию к снижению, по-видимому, за счет увеличения жировой ткани (баскетболисты, ватерполисты). А наибольшие относительные величины PWC170 наблюдаются у спортсменов, тренирующих качество выносливости. Для борцов и боксеров В.Л. Карпман с соавторами (1988) предложил следующие формулы:

PWC170 (для боксеров) = 15.0 Р + 300,

PWC170 (для борцов) = 19.0 Р + 50

где: Р - масса тела.

Возможно, спортивная практика и подтверждает такую закономерность, но раскрыть физиологическую сущность ее с помощью данных формул не представляется возможным.

Выяснено, что спортсмены скоростно-силовой группы (борцы, боксеры, гимнасты) отстают по показателям PWC170 и МПК даже от менее квалифицированных лыжников, гребцов, футболистов. Физическая работоспособность высококвалифицированных лыжников выше, чем бегунов как в обычных условиях, так и в «климатической» камере при температуре +40°С, а затем на «высоте» 3000м.

Универсальная зависимость ЧСС от мощности работы позволяет в циклических видах спорта оценивать специальную работоспособность по сдвигам ЧСС в определенном диапазоне (методом телепуль-сометрии) и по скорости перемещения спортсмена.

Необходимо также коснуться одной методической стороны теста PWC170, которая обозначалась и при анализе собственного материала и на которую, по нашему мнению, пока обращается недостаточное внимание. Это вопрос о специфичности для спортсмена самой тестовой нагрузки. Очевидно, что работа на тредбане или велоэргометре будет более привычной (и более экономной) для велосипедистов, бегунов, лыжников, чем для спортсменов других специализаций. Возможно, что с этим частично связаны и упоминавшиеся уже различия параметров физической работоспособности между группой боксеров, борцов, гимнастов и группой лыжников, гребцов, футболистов. Некоторые авторы считают общепринятый тест PWC170 недостаточно информативным для ряда видов спорта и предлагают раздельное выполнение нагрузки как ногами, так и руками, указывая что соотношение физической работоспособности нижних и верхних конечностей претерпевает существенные возрастные изменения.

5.4 РЕЗЕРВЫ ФИЗИЧЕСКОЙ РАБОТОСПОСОБНОСТИ

Актуальность данного раздела обусловлена тем, что современные высшие спортивные достижения невозможны без максимального напряжения физических и духовных сил человека. Следовательно, знание этих закономерностей необходимо как тренеру, физиологу и спортивному врачу, так и самому спортсмену.

Обще физиологическое значение этой проблемы состоит в том, что на примере спортивной деятельности она раскрывает значение пластичности нервной системы как для реакций срочной адаптации, так и для формирования сложных функциональных систем долговременного значения (Павлов И.П., Орбели Л.А., Анохин П.К.). Если при этом учесть высказанную еще И. М. Сеченовым мысль об универсальности мышечного сокращения, как важнейшего жизненного акта, то становится очевидным, что проблема резервов физической работоспособности сопряжена со многими фундаментальными законами общей физиологии человека.

Наиболее важной характеристикой резервных возможностей организма является адаптационная сущность, эволюционно выработанная способность организма выдерживать большую, чем обычно нагрузку (Бресткин М.П., 1968). Исследование физической работоспособности спортсмена (особенно высшей квалификации) дает уникальный фактический материал для оценки и анализа функций организма в зоне видовых предельных напряжений. Поэтому можно считать, лимитирующими факторами физической работоспособности спортсмена являются индивидуальные пределы использования им своих структурно-функциональных резервов различных органов и систем. В таблице 8 (данные различных авторов) представлены основные сведения по характеристике функциональных резервов при физической работе разной мощности. Из материалов этой таблицы следует, что основными резервами являются функциональные возможности ЦНС, нервно-мышечного аппарата, кардиореспираторной системы, метаболические и биоэнергетические процессы. Очевидно, что при различных мощностях работы и в разных видах спорта степень участия этих систем будет неодинаковым.

При работе максимальной мощности ввиду ее кратковременности главным энергетическим резервов являются анаэробные процессы (запас АТФ и КрФ, анаэробный гликолиз, скорость ресинтеза АТФ), а функциональным резервом - способность нервных центров поддерживать высокий темп активности, сохраняя необходимые межцентральные взаимосвязи. При этой работе мобилизуются и расширяются резервы силы и быстроты.

При работе субмаксимальной мощности биологические активные вещества нарушенного метаболизма в большом количестве поступают в кровь. Действуя на хеморецепторы сосудов и тканей, они рефлекторно вызывают максимальное повышение функций сердечнососудистой и дыхательной систем. Еще большему повышению системного артериального тонуса способствуют вазодилятаторы гипоксического происхождения, способствующие одновременно увеличению капиллярного кровотока.

Функциональными резервами при работе субмаксимальной мощности являются буферные системы организма и резервная щелочность крови - важнейшие факторы, тормозящие нарушение гомеостаза в условиях гипоксии и интенсивного гликолиза; дальнейшее усиление работы кардио-респираторной системы. Значимым остается гликолитический вклад в биоэнергетику работающих мышц и выносливость нервных центров к интенсивной работе в условиях недостатка кислорода.

При работе большой мощности физиологические резервы в общем те же, что и при субмаксимальной работе, но первостепенное значение имеют следующие факторы: поддержание высокого (околопредельного) уровня работы кардиореспираторной системы; оптимальное перераспределение крови; резервы воды и механизмов физической терморегуляции. Ряд авторов энергетическими резервами такой работы считают не только аэробные, но и анаэробные процессы, а также метаболизм жиров.

При работе умеренной мощности резервами служат пределы выносливости ЦНС, запасы гликогена и глюкозы, а также жиры и процессы глюконеогенеза, интенсивно усиливающиеся при стрессе. К важным условиям длительного обеспечения такой работы относят и резервы воды и солей и эффективность процессов физической терморегуляции.

Таблица

Функциональные резервы при физической работе различной мощности

Мощность работы	Авторы
Максимальная	Субмаксимальная	Большая	Умеренная
Гликолиз, АТФ, КрФ; резервы нервно-мышечной системы	Буферные системы, нейрогуморальная регуляция функций по поддержанию гомеостаза	Резервы кардиореспираторной системы, глюкозы, аэробных процессов и гомеостаза	Резервы водно-солевого обмена, глюкозы; глюконеогенез, использование жиров	А.С. Мозжухин, 1979
Запасы АТФ и КрФ	Аэробно-анаэробный обмен, глюкоза	Аэробно- анаэробный обмен, гликоген мышц	Аэробный обмен; глюкоза крови, запасы гликогена	Н.А. Степочкина, 1984
Анаэробный обмен; запасы АТФ и КрФ	Анаэробный обмен, потребление кислорода	Усиление функций кардиореспираторной системы, аэробный обмен	Аэробный обмен, ограниченные энерготраты	Н.А. Фомин, 1984
Фосфагенная энергетическая система	Аэробно-анаэробный обмен, резервы кардиореспираторной системы	Аэробно-анаэробный обмен, запасы глюкозы и гликогена	Резервы глюкозы, гликогена; использование жиров; емкость окислительной системы	Я.М. Коц, 1986
Алактатный энергетический резерв	Лактатный энергетический резерв	Резервы аэробно-анаэробного обмена	Резервы окислительного фосфорилирования, использование жиров	В. М. Калинин, 1992

Общие сведения о резервных возможностях различных звеньев системы транспорта кислорода представлены в таблице.

Из таблицы видно, что наибольшим (двадцатикратным) резервом адаптации обладает система внешнего дыхания. Но даже при таких ее функциональных возможностях она может вносить определенный вклад в ограничение физической работоспособности спортсмена (Гандельсман А.Б., 1980; Пономарев В. П., 1981, и др.).

Аппарат кровообращения занимает особое место, поскольку является основным лимитирующим звеном транспорта кислорода. Кроме того, сердечно-сосудистая система служит тонким индикатором цены адаптации организма к различным факторам внешней среды и к физическим нагрузкам. Об этой же ее роли свидетельствуют формирование так называемого «спортивного сердца» и участившиеся в последнее время предпатологические и патологические изменения функции сердца при высоких спортивных нагрузках. К числу таких изменений можно отнести нарушения сердечного ритма, возникновение синдрома дистрофии миокарда вследствие физического перенапряжения и другие сдвиги.

Таблица Предельные сдвиги в висцеральных системах при мышечной работе (по В.П. Загрядскому, 3.К. Сулимо-Самуйлло, 1976)

Показатели	В покое	При физической работе	Кратность изменений
Частота сердечных
сокращений в мин.	70	220	3
Артериальное давление,
мм рт. ст., систолическое	120	200	2
Артериальное давление,
диастолическое	80	40	2
Артериальное давление,
пульсовое	40	160	4
Ударный объем крови, мл	60	180	3
Минутный объем крови, л	4.5	40	8
Артерио-венозная разница
по кислороду, об.%	4	16	4
Частота дыхания в мин.	10	60	6
Глубина дыхания, л	0.5	5	10
Минутный объем дыхания, л	6	120	20
Потребление кислорода, л?мин-1	0.25	5	20
Выделение углекислого газа,
л*мин-1	0.2	4	20

В таблице показано, что сердечно-сосудистая система обладает мощным резервом перераспределения кровотока, и по его суммарной мощности на первом месте стоит скелетная мускулатура.

Таблица Распределение кровотока в покое и при физических нагрузках различной интенсивности (по Н.М. Амосову и Н.А. Брендету, 1975)

Органы	Покой	Физическая нагрузка
		Легкая	Средняя	Тяжелая
	Мл?мин-1	%	Мл?миг-1	%	Мл?мин-1	%	Мл?мин-1	%
Органы брюшной
полости	1400	24	1100	12	600	3	300	1
Почки	1100	19	900	10	600	3	250	1
Мозг	750	13	750	8	850	4	750	3
Сердце	250	4	350	4	750	4	1000	4
Скелетная
мускулатура	1200	21	4500	47	12500	71	22000	88
Кожа	500	9	1500	15	1900	12	600	2
Другие органы	600	10	400	4	400	3	100	1
Итого	5800	100	9500	100	17500	100	25000	100

Среди всех органов и тканей мышцы занимают главенствующее положение по своему влиянию на центральную гемодинамику. Это объясняется большой массой скелетных мышц (около 40% массы тела) и их способностью к быстрому изменению уровня функциональной активности в широких пределах: в состоянии покоя кровоток в поперечно-полосатых мышцах составляет 15-20% от минутного объема крови (МОК), а при тяжелой работе он может достигать 80-85% от МОК.

В нашу задачу не входил анализ биохимических основ физической работоспособности спортсменов. Этой проблеме посвящены многие работы биохимиков спорта. Но есть два биохимических аспекта, без которых невозможно рассматривать физиологические резервы работоспособности человека. Во-первых, это биоэнергетическое обеспечение мышечного сокращения, которое выступает в роли резервного фактора при нагрузке различной мощности и направленности физической работы. Второй аспект - это регулирующая роль метаболитов, образующихся при мышечной деятельности, которые являются пусковым звеном (через хеморецепторы) централизации кровообращения, препятствующей нарушению тонуса сосудов. Сдвиги биохимических констант при напряженной мышечной работе (метаболический ацидоз, гипоксия и гипоксемия, гиперкапния) являются также важнейшими факторами рефлекторной и гуморальной регуляции различных звеньев кардиореспираторной системы, включая дыхательный и сосудодвигательный центры.

Все перечисленное выше функциональные резервы физической работоспособности должны рассматриваться не изолированно, а во временной, динамической взаимосвязи. Поэтому построение и тренировочного процесса и восстановительных мероприятий и реабилитации должно быть тоже динамическим и комплексным, учитывающим разнообразие адаптивных перестроек в организме спортсмена при физических нагрузках и закономерную последовательность их включения и функционирования на всех этапах его жизнедеятельности.

6. ФИЗИОЛОГИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ УТОМЛЕНИЯ СПОРТСМЕНОВ

Теоретическое и практическое значение проблемы утомления определяется тем, что ее закономерности являются физиологической основой работоспособности человека и научной организации труда. Это прежде всего предполагает приведение условий труда человека в соответствие с его психофизиологическими возможностями.

6.1 ОПРЕДЕЛЕНИЕ И ФИЗИОЛОГИЧЕСКИЕ МЕХАНИЗМЫ РАЗВИТИЯ УТОМЛЕНИЯ

Утомление является важнейшей проблемой физиологии спорта и одним из наиболее актуальных вопросов медико-биологической оценки тренировочной и соревновательной деятельности спортсменов. Знание механизмов утомления и стадий его развития позволяет правильно оценить функциональное состояние и работоспособность спортсменов и должно учитываться при разработке мероприятий, направленных на сохранение здоровья и достижение высоких спортивных результатов.

К настоящему времени имеется около 100 определений понятия утомления и ряд теорий его происхождения. Обилие формулировок само по себе указывает на еще недостаточное знание этого сложного явления и его механизмов. С физиологической точки зрения утомление является функциональным состоянием организма, вызванным умственной или физической работой, при котором могут наблюдаться временное снижение работоспособности, изменение функций организма и появление субъективного ощущения усталости (Солодков А.С, 1978). Исходя из этого, принято выделять два основных вида утомления -- физическое и умственное, хотя такое деление достаточно условно.

Таким образом, главным и объективным признаком утомления человека является снижение его работоспособности. Однако понижение работоспособности не всегда является симптомом утомления. Работоспособность может снизиться вследствие пребывания человека в неблагоприятных условиях (высокая температура и влажность воздуха, пониженное парциальное давление кислорода во вдыхаемом воздухе и др.). С другой стороны, длительная работа с умеренным напряжением может протекать на фоне выраженного утомления, но без снижения производительности. Следовательно, снижение работоспособности является признаком утомления только тогда, когда известно, что оно наступило вследствие конкретно выполненной физической или умственной работы. При утомлении работоспособность снижается временно, она быстро восстанавливается при ежедневном обычном отдыхе. Состояние утомления имеет свою динамику -- усиливается во время работы и уменьшается в процессе отдыха (активного, пассивного и сна). Утомление можно рассматривать как естественное нормальное функциональное состояние организма в процессе труда.

Другим важным критерием оценки утомления является изменение функций организма в период работы. При этом в зависимости от степени утомления функциональные сдвиги могут носить различный характер. В начальной стадии утомления клинико-физиологические и психофизиологические показатели отличаются неустойчивостью и разнонаправленным характером изменений, однако их колебания, как правило, не выходят за пределы физиологических нормативов. При хроническом утомлении, и особенно переутомлении, имеет место однонаправленное значительное ухудшение всех функциональных показателей организма с одновременным снижением уровня профессиональной деятельности человека (СолодковА.С, 1978,1990).

Процесс утомления характеризуется и еще одним признаком -- субъективным симптомом, усталостью (тяжесть в голове, конечностях, общая слабость, разбитость, вялость, недомогание, трудность выполнения работы и т. д.). А. А. Ухтомский усмотрел в усталости не только субъективный признак наличия развивающегося утомления, но и нечто другое и большее, что имеет весьма важное практическое значение. Он считал, что усталость является одновременно и «натуральным предупредителем утомления». Ощущая усталость, человек снижает темп работы или вовсе ее прекращает. Этим самым предотвращается «функциональное истощение» корковых клеток и обеспечивается возможность быстрого восстановления работоспособности человека. Автор считал ощущение усталости одним из наиболее чувствительных показателей утомления.

Однако выраженность усталости не всегда соответствует степени утомления, т. е. объективным прямым и косвенным показателям работоспособности. В основе этого несоответствия в первую очередь лежит разная эмоциональная настройка работающего на выполняемую работу. При выполнении приятной или социально-значимой работы, при высокой мотивации работающего, усталость не возникает у него в течение длительного времени. Наоборот, при бесцельной, неинтересной работе усталость может возникнуть, когда объективно утомление или вовсе еще не наступило, или выраженность его далеко не соответствует степени усталости.

Следовательно, один и тот же признак утомления является информативным только в конкретных условиях деятельности и при определенном состоянии организма. Поэтому для констатации утомления в каждом виде работы целесообразно использовать особый набор прямых и косвенных показателей, адекватный для данного вида труда.

Настойчивые попытки многих исследователей проникнуть в тайны физиологических механизмов состояния утомления привели к накоплению обширного экспериментального материала. На основе этих данных было создано много гипотез и теорий, но в настоящее время в качестве самостоятельных они могут выступать только в историческом аспекте. К их числу следует отнести теорию истощения энергетических ресурсов в мышцах Шиффа (1868), теорию засорения мышц продуктами обмена Пфлюгера (1872), теорию отравления метаболитами Вейхарда (1902) и теорию задушения (вследствие недостатка кислорода) Ферворна (1903). Все эти так называемые локально-гуморальные теории не полностью вскрывают механизмы утомления, так как в качестве его основной причины рассматривают лишь местные изменения в мышечной ткани, и частные сдвиги принимаются за общие процессы. Однако каждая из этих теорий правильно отражала одну из многих сторон сложного процесса утомления.

Наиболее распространенная в нашей стране центрально-нервная теория утомления, сформулированная И. М. Сеченовым в 1903 году, всесторонне развития и дополненная А. А. Ухтомским, связывает возникновение утомления только с деятельностью нервной системы, в частности, коры больших полушарий. При этом предполагалось, что основой механизма утомления является ослабление основных нервных процессов в коре головного мозга, нарушение их уравновешенности с относительным преобладанием процесса возбуждения над более ослабленным процессом внутреннего торможения и развитием охранительного торможения.

Однако современные электрофизиологические и биохимические методы исследования и полученные на их основе экспериментальные данные не позволяют свести причины утомления к изменениям в каком-то одном органе или системе органов, в том числе нервной системе. Следовательно, приписывать возникновение первичного утомления какой-либо одной системе неправомерно. В зависимости от состояния функций организма и характера деятельности человека первичное возникновение утомления вариативно и может наблюдаться в различных органах и системах организма.

Мышечная работа связана с вовлечением в деятельность многих органов и формированием в организме специальной функциональной системы адаптации, обеспечивающей конкретную деятельность человека. Поэтому на снижение работоспособности влияет возникновение функциональных изменений не только в нервной системе, но и в других рабочих звеньях -- скелетных мышцах, органах дыхания, кровообращения, системе крови, железах внутренней секреции и др. Таким образом, согласно современным представлениям о физическом утомлении, оно связано, во-первых, с развитием функциональных изменений во многих органах и системах, во-вторых, с различным сочетанием деятельности органов и систем, ухудшение функций которых наблюдается при том или ином виде физических упражнений. Поэтому создание общей теории о физиологических механизмах утомления не может основываться на отдельных системах организма и должно учитывать все многообразие и вариативность характера сдвигов функций, обусловливающих ту или иную деятельность человека. В зависимости от характера работы, ее напряженности и продолжительности ведущая роль в развитии утомления может принадлежать различным функциональным системам.

Итак, утомление является нормальной физиологической реакцией организма на работу. С одной стороны, оно служит очень важным для работающего человека фактором, так как препятствует крайнему истощению организма, переходу его в патологическое состояние, являясь сигналом необходимости прекратить работу и перейти к отдыху. Наряду с этим, утомление играет существенную роль, способствуя тренировке функций организма, их совершенствованию и развитию. С другой стороны, утомление ведет к снижению работоспособности спортсменов, к неэкономичному расходованию энергии и уменьшению функциональных резервов организма. Эта сторона утомления является невыгодной, нарушающей длительное выполнение спортивных нагрузок.

6.2 ФАКТОРЫ УТОМЛЕНИЯ И СОСТОЯНИЕ ФУНКЦИЙ ОРГАНИЗМА

Основным фактором, вызывающим утомление, является физическая или умственная нагрузка, падающая на афферентные системы во время работы. Зависимость между величиной нагрузки и степенью утомления почти всегда бывает линейной, то есть чем больше нагрузка, тем более выраженным и ранним является утомление. Помимо абсолютной величины нагрузки, на характере развития утомления сказывается еще и ряд ее особенностей, среди которых следует выделить: статический или динамический характер нагрузки, постоянный или периодический ее характер и интенсивность нагрузки.

Наряду с основным фактором (рабочей нагрузкой), ведущим к утомлению, существует ряд дополнительных или способствующих факторов. Эти факторы сами по себе не ведут к развитию утомления, однако, сочетаясь с действием основного, способствуют более раннему и выраженному наступлению утомления. К числу дополнительных факторов можно отнести:

· факторы внешней среды (температура, влажность, газовый состав, барометрическое давление и др.);

· факторы, связанные с нарушением режимов труда и отдыха;

· факторы, обусловленные изменением привычных суточных биоритмов, и выключение сенсорных раздражений;

· социальные факторы, мотивация, взаимоотношения в команде и др.

Субъективные и объективные признаки утомления весьма многообразны, и их выраженность в значительной мере зависит от характера выполняемых упражнений и психофизиологических особенностей человека. К субъективным признакам утомления относится чувство усталости, общее или локальное. При этом появляются боли и чувство онемения в конечностях, пояснице, мышцах спины и шеи, желание прекратить работу или изменить ее ритм и др.

Еще более разнообразными являются объективные признаки. При любом виде утомления детальное обследование может обнаружить изменения в характере функционирования любой системы организма, начиная от двигательной, сердечно-сосудистой и центральной нервной системы и кончая такими, казалось бы, не связанными с непосредственной работой системами, как пищеварительная и выделительная. Такое многообразие изменений отражает закономерности функционирования организма как единого целого и характеризует непосредственные реакции обеспечения функциональной нагрузки, а также адаптационные и компенсаторные сдвиги.

При утомлении со стороны центральной нервной системы отмечаются нарушение межцентральных взаимосвязей в коре головного мозга, ослабление условно-рефлекторных реакций, неравномерность сухожильных рефлексов, а при переутомлении -- развитие неврозоподобных состояний.

Изменения сердечно-сосудистой системы характеризуются тахикардией, лабильностью артериального давления, неадекватными реакциями на дозированную физическую нагрузку, некоторыми электрокардиографическими сдвигами. Кроме того, снижается насыщение артериальной крови кислородом, учащается дыхание и ухудшается легочная вентиляция, которая при переутомлении может существенно уменьшаться.

В крови снижается количество эритроцитов и гемоглобина, отмечается лейкоцитоз, несколько угнетается фагоцитарная активность лейкоцитов и уменьшается количество тромбоцитов. При переутомлении иногда отмечают болезненность и увеличение печени, нарушение белкового и углеводного обмена.

Однако все эти изменения не возникают одновременно и не развиваются в одном и том же направлении. Их динамика определяется рядом закономерностей, и лишь обнаружив эти закономерности, можно не только понять ход развития утомления, но и дать правильную оценку состоянию человека и активно противодействовать развивающемуся утомлению.

Изменения возникают в первую очередь в тех органах и системах, которые непосредственно осуществляют выполнение спортивной деятельности. При физической работе -- это мышечная система и двигательный анализатор. Одновременно изменения могут появляться в тех системах и органах, которые обеспечивают функционирование этих основных работающих систем -- дыхательной, сердечно-сосудистой, крови и др. С другой стороны, может быть и такое положение, когда уже имеет место снижение функций организма (основных и обеспечивающих систем), а спортивная работоспособность еще сохраняется на высоком уровне. Это зависит от морально-волевых качеств спортсмена, мотивации идр.

Изменения в некоторых системах, не связанных непосредственно с обеспечением выполнения специальных упражнений, при утомлении имеют принципиально иной генез и либо являются вторичными, имеющими общий, неспецифический характер, либо имеют регуляторное или компенсаторное значение, то есть направлены на сбалансирование функционального состояния организма. Из сказанного становится очевидным, что ведущее значение в развитии явлений утомления имеет центральная нервная система, обеспечивающая интеграцию всех систем организма, регуляцию и приспособление этих систем во время работы. Возникшие в процессе утомления изменения функционального состояния центральной нервной системы отражают, таким образом, двойственный процесс -- изменения, связанные с перестройкой функционирования регулируемых систем, и сдвиги, возникающие в связи с процессом утомления в самих нервных структурах.

Утомление динамично по своей сущности и в своем развитии имеет несколько последовательно возникающих признаков. Первым признаком возникновения утомления при физической работе является нарушение автоматичности рабочих движений. Второй признак, который наиболее четко может быть установлен -- это нарушение координации движений. Третий признак -- значительное напряжение вегетативных функций при одновременном падении производительности работы, а затем и нарушение самого вегетативного компонента. При выраженных степенях утомления новые, мало усвоенные двигательные навыки могут угаснуть полностью. При этом очень часто растормаживаются старые, более прочные навыки, не соответствующие новой обстановке. В спортивной практике это может служить причиной возникновения различных срывов, травм и т. д.

6.3 ОСОБЕННОСТИ УТОМЛЕНИЯ ПРИ РАЗЛИЧНЫХ ВИДАХ ФИЗИЧЕСКИХ НАГРУЗОК

Одним из основных признаков утомления является снижение работоспособности, которая в процессе выполнения различных физических упражнений изменяется по разным причинам; поэтому и физиологические механизмы развития утомления неодинаковы. Они обусловлены мощностью работы, ее длительностью, характером упражнений, сложностью их выполнения и пр.

При выполнении циклической работы максимальной мощности основной причиной снижения работоспособности и развития утомления является уменьшение подвижности основных нервных процессов в ЦНС с преобладанием торможения вследствие большого потока эфферентной импульсации от нервных центров к мышцам и афферентных импульсов от работающих мышц к центрам. Разрушается рабочая система взаимосвязанной активности корковых нейронов. Кроме того, в нейронах падает уровень содержания АТФ и креатин -фосфата, и в структурах мозга повышается содержание тормозного медиатора -- гамма-аминомасляной кислоты. Существенное значение в развитии утомления при этом имеет изменение функционального состояния самих мышц, снижение их возбудимости, лабильности и скорости расслабления.

При циклической/>а#0/яе субмаксимальной мощности ведущими причинами утомления являются угнетение деятельности нервных центров и изменения внутренней среды организма. Причина этого -- большой недостаток кислорода, вследствие которого развивается гипоксемия, снижается рН крови, в 20-25 раз увеличивается содержание молочной кислоты в крови. Кислородный долг достигает максимальных величин -- 20-22 л. Недоокисленные продукты обмена веществ, всасываясь в кровь, ухудшают деятельность нервных клеток. Напряженная деятельность нервных центров осуществляется на фоне кислородной недостаточности, что и приводит к быстрому развитию утомления.

Циклическая работа большой мощности приводит к развитию утомления вследствие дискоординации моторных и вегетативных функций. На протяжении нескольких десятков минут должна поддерживаться весьма напряженная работа сердечно-сосудистой и дыхательной систем для обеспечения интенсивно работающего организма необходимым количеством кислорода. При этой работе кислородный запрос несколько превышает потребление кислорода и кислородный долг достигает 12-15 л. Суммарный расход энергии при такой работе очень велик, при этом расходуется до 200 г глюкозы, что приводит к некоторому ее снижению в крови. Происходит также уменьшение в крови гормонов некоторых желез внутренней секреции (гипофиза, надпочечников).

Длительность выполнения циклической работы умеренной мощности приводит к развитию охранительного торможения в ЦНС, истощению энергоресурсов, напряжению функций кислородтранспортной системы, желез внутренней системы и изменению обмена веществ. В организме снижаются запасы гликогена, что ведет к уменьшению содержания глюкозы в крови. Значительная потеря организмом воды и солей, изменение их количественного соотношения, нарушение терморегуляции также ведут к понижению работоспособности и возникновению утомления у спортсменов. В механизме развития утомления при длительной физической работе могут играть определенную роль изменения белкового обмена и снижение функций желез внутренней секреции. При этом в крови снижается концентрация глюко-- и минералкортикоидов, катехо-ламинов и гормонов щитовидной железы. Вследствие этих изменений, а также в результате длительного влияния монотонных афферентных раздражений в нервных центрах возникает торможение. Угнетение деятельности этих центров приводит к снижению эффективности регуляции движений и нарушению их координации. При длительном выполнении работы в разных климатических условиях развитие утомления, кроме того, может быть ускорено нарушением терморегуляции.

При различных видах ациклических движений механизмы развития утомления также неодинаковы. В частности, при выполнении ситуационных упражнений, при разных формах работы переменной мощности большие нагрузки испытывают высшие отделы головного мозга и сенсорные системы, так как спортсменам необходимо постоянно анализировать изменяющуюся ситуацию, программировать свои действия и осуществлять переключение темпа и структуры движений, что и приводит к развитию утомления. В некоторых видах спорта (например, футбол) существенная роль принадлежит недостаточности кислородного обеспечения и развитию кислородного долга. При выполнении гимнастических упражнений и в единоборствах, утомление развивается вследствие ухудшения пропускной способности мозга и снижения функционального состояния мышц (уменьшается их сила и возбудимость, снижается скорость сокращения и расслабления). При статической ишемии основными причинами утомления являются непрерывное напряжение нервных центров и мышц, выключение деятельности менее устойчивых мышечных волокон и большой поток афферентных и эфферентных импульсов между мышцами и моторными центрами.

6.4 ПРЕДУТОМЛЕНИЕ, ХРОНИЧЕСКОЕ УТОМЛЕНИЕ И ПЕРЕУТОМЛЕНИЕ

В последние десятилетия выдвинуто представление о предутомлении или скрытом утомлении, под которым понимается наличие при работе существенных функциональных изменений со стороны некоторых органов и систем, но компенсированных другими функциями, вследствие чего работоспособность человека сохраняется на прежнем уровне. Такая трактовка начальных явлений утомления вполне оправдана. Действительно при выполнении некоторых циклических упражнений (легкая атлетика, бег на коньках и лыжах, велогонки, плавание) при неизменной скорости движения отмечается учащение темпа и уменьшение длины шага (гребка). Снижение же скорости передвижения начинается лишь тогда, когда учащение темпа уже не компенсирует уменьшение шага или когда темп также начинает урезаться. При этом важно подчеркнуть, что учащение темпа и уменьшение шага возникает задолго до того времени, когда для спортсмена становится невозможным сохранять исходные величины этих показателей. Аналогично этому поддержание необходимого рабочего уровня минутного объема дыхания (и соответственно, потребления кислорода) возможно за счет повышения частоты дыхания, компенсирующего понижение глубины дыхания в начальные моменты утомления. Следовательно, такие рано возникающие изменения носят профилактический характер, они направлены на предупреждение или задержку развития утомления и свидетельствуют о совершенстве регуляции различных органов и систем.

Таким образом, развитие скрытого утомления обусловлено изменениями координации двигательных и вегетативных функций без снижения эффективности работы. В физиологическом механизме возникновения этой стадии утомления важная роль принадлежит условным рефлексам и развитию экстраполяции. Благодаря им хорошо тренированный человек значительно лучше использует функциональные резервы организма для смены форм координации двигательных и вегетативных функций с целью предотвращения или отсрочки развития утомления.

Иногда скрытую стадию утомления называют еще компенсированной, а при существенно выраженных признаках утомления -- декомпенсированной формой (Моногаров В.Д., 1986). Такая классификация утомления, на наш взгляд, является неудачной как по форме, так и по содержанию. Утомление -- это нормальная реакция организма на работу. Компенсация и особенно декомпенсация функций -- это совокупность реакций организма на патологические процессы, на повреждения в органах и системах. Соединение нормального функционального состояния организма с патологическими его проявлениями некорректно и теряет всякий физиологический смысл как в теоретическом плане, так и особенно при разработке практических мероприятий по предупреждению развития утомления. Поэтому наиболее целесообразно выделять просто утомление (без каких-либо определений) как нормальное функциональное состояние организма во время работы, признаки которого полностью исчезают после обычного (регламентированного) отдыха. При длительной или интенсивной работе, нарушении режимов труда и отдыха симптомы утомления кумулируются и оно может переходить в хроническое утомление и переутомление (Солодков А.С., 1978).

Хроническое утомление --это пограничное функциональное состояние организма, которое характеризуется сохранением к началу очередного трудового цикла субъективных и объективных признаков утомления от предыдущей работы, для ликвидации которых необходим дополнительный отдых. Хроническое утомление возникает во время длительной работы при нарушении режимов труда и отдыха. Основными субъективными признаками его являются ощущение усталости перед началом работы, быстрая утомляемость, раздражительность, неустойчивое настроение; объективно при этом отмечается выраженное изменение функций организма, значительное снижение спортивных результатов и появление ошибочных действий.

При хроническом утомлении необходимый уровень спортивной работоспособности может поддерживаться лишь кратковременно за счет повышения биологической цены и быстрого расходования функциональных резервов организма. Для ликвидации неблагоприятных изменений функций организма и сохранения спортивной работоспособности необходимо устранить нарушения режимов тренировок и отдыха и предоставить спортсменам дополнительный отдых. При несоблюдении этих мероприятий хроническое утомление может перейти в переутомление.

Переутомление -- это патологическое состояние организма, которое характеризуется постоянным ощущением усталости, вялостью, нарушением сна и аппетита, болями в области сердца и других частях тела. Для ликвидации этих симптомов дополнительного отдыха недостаточно, а требуется специальное лечение. Наряду с перечисленными, объективными признаками переутомления являются резкие изменения функций организма, часть которых выходит за пределы нормальных колебаний, потливость, одышка, снижение массы тела, расстройства внимания и памяти, атипичные реакции на функциональные пробы, которые часто не доводятся до конца.

Главным объективным критерием переутомления является резкое снижение спортивных результатов и появление грубых ошибок при выполнении специальных физических упражнений. Спортсмены с признаками переутомления должны быть отстранены от тренировок и соревнований и подвергнуты медицинской коррекции.

Осуществленная в последние годы физиологами труда (Сапов И.А., Солодков А.С, Щеголев В. С, 1986) количественная оценка работоспособности различных специалистов позволила установить, что снижение прямых и косвенных ее показателей до 15% по сравнению с исходными свидетельствует о развитии в организме явлений утомления, 16-19%--говорит о наличии хронического утомления, а снижение на 20% и более указывает на возникновение переутомления.

7. ФИЗИОЛОГИЧЕСКАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА ВОССТАНОВИТЕЛЬНЫХ ПРОЦЕССОВ

Восстановительные процессы -- важнейшее звено работоспособности спортсмена. Способность к восстановлению при мышечной деятельности является естественным свойством организма, существенно определяющим его тренируемость. Поэтому скорость и характер восстановления различных функций после физических нагрузок являются одним из критериев оценки функциональной подготовленности спортсменов.

7.1 ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА ПРОЦЕССОВ ВОССТАНОВЛЕНИЯ

Во время мышечной деятельности в организме спортсменов происходят связанные друг с другом анаболические и катаболические процессы, при этом диссимиляция преобладает над ассимиляцией. В соответствии с концепцией академика В. А. Энгельгардта (1953), всякая реакция расщепления вызывает или усиливает в организме реакции ресинтеза, которые после прекращения трудовой деятельности ведут к преобладанию процессов ассимиляции. В это время восполняются израсходованные во время тренировочной и соревновательной работы энергоресурсы, ликвидируется кислородный долг, удаляются продукты распада, нормализуются нейроэндокринные, анимальные и вегетативные системы, стабилизируется гомеостаз. Вся совокупность происходящих в этот период физиологических, биохимических и структурных изменений, которые обеспечивают переход организма от рабочего уровня к исходному (дорабочему) состоянию, и объединяется понятием восстановление.

При характеристике восстановительных процессов следует исходить из учения И. П. Павлова о том, что процессы истощения и восстановления в организме (деятельном органе) тесно связаны между собой и с процессами возбуждения и торможения в ЦНС. Это положение полностью подтверждено экспериментальными исследованиями Г. В. Фольборта (1951), в которых была установлена тесная связь между процессами истощения и восстановления функциональных потенциалов в работающем органе. Показано также, чем больше энергетические траты во время работы, тем интенсивнее процессы их восстановления. Однако, если истощение функциональных потенциалов в процессе работы превышает оптимальный уровень, то полного восстановления не происходит. В этом случае физическая нагрузка вызывает дальнейшее угнетение процессов клеточного анаболизма. При несоответствии реакций обновления в клетках катаболическим процессам в организме могут возникать структурные изменения, ведущие к расстройству функций и даже повреждению клеток.

После окончания физических нагрузок в организме человека некоторое время сохраняются функциональные изменения, присущие периоду спортивной деятельности, и лишь затем начинают осуществляться основные восстановительные процессы, которые носят неоднородный характер. При этом важно подчеркнуть, что вследствие функциональных и структурных перестроек, осуществляющихся в процессе восстановления, функциональные резервы организма расширяются и наступает сверхвосстановление (суперкомпенсация).

...