ВВЕДЕНИЕ. ИСТОРИЯ ФИЗИОЛОГИИ 18 страница

затели зависят не только от проделанной работы, но и от особен ностей восстановительных процессов. К их числу относятся хорошо извест­ные пробы С. П. J1 етунова, Гарвардский степ-тест, тест Мастера и др. Принципиальная особенность этих проб заключается втом, 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.

Анализлитературы, посвященной проблеме определения физи­ческой работоспособности по Ч СС, позволяет говорить о следующих подходах. Первый,наиболеепростой,заключаетсявизмерении ЧСС при выполнении физической работы какой-то определенной мощ­ности (например, 1 ООО кГм-мин¹)- Идея тестирования физической работоспособности вданном случае состоит втом, 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 сосгоитв 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 кте- стированию 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 спортсменов эти различия в значительной степени сглажива­ются сходством возраста, хорошим здоровьем, тенденцией кбрадикар- дии 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 ориентированна 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. Расчетпоказателя PWC_I70 производится по следующей формуле:

PWC₍₇₀ = W, +(W₇ - W,) .

'2 *1

где: W, и W₂ — мощность первой и второй нагрузки; f, 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 кардиореспи- раторной 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 служити 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 PWC_I70 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 40 см для женщин в течение 5 минут в темпе 30 подъемов в 1 мин (2 ш^га 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:

Продолжительность работы (с) • 100 5.5 • Число ударов пульса (с¹)

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

t-100

ИГСТ = -

(f, + f₂ + f₃)-2 '

где: t — время Восхождения на ступеньку (с),

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

Оценку работоспособности проводятпотаблице 7.

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. М П К характеризует собой то предельное количе­ство кислорода, которое может быть использовано организмом в единицу времени.

Аэробная возможность (аэробная мощность) человека определяет­ся прежде всего максимальной д ля него скоростью потребления кис­лорода. Чем выше МП К, тем больше (при прочих равных условиях) абсолютная мощность максимальной аэробной нагрузки. МПКзави- сит 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 МП К прямым методом используются чаще всего велоэргометр или тредбан и газоанализа­торы. При применении прямого метода от испытуемого требуется желание выполнить работу до отказа, что не всегда достижимо. По­этому было разработано несколько методов непрямого определения МПК, основанных на линейной зависимости МПКиЧССприра- боте определенной мощности. Эта зависимость выражается графи­чески на соответствующих номограммах. В дальнейшем обнару­женная взаимосвязь была описана простым линейным уравнением, широко используемым с научно-прикладными и учебными целями для нетренированных лиц и спортсменов скоростно-силовых видов спорта:

МПК= 1,7PWC_I70+ 1240.

Для определения М П К у высококвалифицированных спортсме­нов циклических видов спорта В. J1. Карпман (1987) предлагает сле­дующую формулу:

' МПК= 2,2 PWC₁₇₍₎+ 1070.

По мнению автора, и PWC_I70 и М П К примерно в равной степени характеризуют физическую работоспособность человека: коэффи­циент корреляции между ними очень высок (0.7-0.9 поданным раз­личных авторов), хотя взаимосвязь этих показателей и не носит стро­го линейного характера. Тем не менее, названные константы могут быть рекомендованы в практических целяхдли анализа тренировоч­ного процесса.

5.3. СВЯЗЬ ФИЗИЧЕСКОЙ РАБОТОСПОСОБНОСТИ С НАПРАВЛЕННОСТЬЮ ТРЕНИРОВОЧНОГО ПРОЦЕССА В СПОРТЕ

Определение физической работоспособности по тесту PWC₁₇₍₎ широко вошло в практику спортивной физиологии и медицины. В связи с этим повысилась актуальность вопроса о диагностическом и прогностическом значениитеста, отом в какой мере этот неспецифи­ческий показатель может быть использован для поиска оптимального тренировочного процесса спортсменов различной специализаци и.

К настоящему времени имеется достаточное кол ичество исследо­ваний этого вопроса. В общей форме ответ наметился уже при анали­зе антропометрических данных спортсменов, которые довольно тес­но сопряжены с направленностью тренировочного процесса. Так, В. JI. Карпман и соавторы (1988) высказали предположение (и подтвер­дили его простыми формулами для боксеров и борцов) о линейной зависимости между массой тела и абсолютными величинами PWC_I70. Вместе стем 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 PWC_I70 наблюдаются у спортсменов, тренирующих качество выносливости. Для борцов и боксеров В. Л. Карпман с соавторами (1988) предложил следующие формулы:

PWC_J7(1 (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) отстаютпо показателям PWC_|70h МПКдаже 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 телепул ь- сометрии) и по скорости перемещения спортсмена.

Необходимо также коснуться одной методической стороны тес­та PWC_I70, которая обозначалась и при анализе собственного мате­риала и на которую, по нашему мнению, пока обращается недоста­точное внимание. Это — вопрос о специфичности для спортсмена самой тестбвой нагрузки. Очевидно, что работа на тредбане или ве- лоэргометре будет более привычной (и более экономной) для вело­сипедистов, бегунов, лыжников, чем д ля 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 PWC_I70 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.

Общефизиологическое 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 J1. 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, что 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, кардио-респираторной системы, метаболические и биоэнерге­тические процессы. Очевидно, что при различных мощностях рабо­ты и в разных видах спорта степень участия этихсистем будет нео­динаковой.

Табл ица 8

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

При работе субмаксимальноймощности биологически активные вещества нарушенного метаболизма в большом количестве поступа­ют в кровь. Действуя на хеморецепторы сосудов и тканей, они реф- лекторно вызывают максимальное повышение функций сердечно­сосудистой и дыхательной систем. Еще большему повышению сис­темного артериального тонуса способствуют вазодилятаторы ги- поксического 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 гликол итический 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 (околопре- дел ьного) уровня работы кардио-респираторной 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, атакже жиры и про­цессы глюконеогенеза, интейсивно усиливающиеся при стрессе. К важным условиям длительного обеспечения такой работы относят резервы воды и солей и эффективность процессов физической тер­морегуляции.

Общие сведения о резервных возможностях различных звеньев системы транспорта кислорода представлены в таблице 9. Из табли­цы 9 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.

Аппарат кровообращения занимает особое место, посколькуявля-

ется основным лимитирующим звеном транспорта кислорода. Кроме того, сердечно-сосудистая система служиттонким индикатором цены адаптации организма к различным факторам внешней среды и к физи­ческим нагрузкам. Об этой же ее роли свидетел ьствуют формирование так называемого «спортивного сердца» и участившиеся в последнее время предпатологические и патологические изменения функции сердца при высоких спортивных нагрузках. Кчислутаких изменений можно отнести нарушения сердечного ритма, возникновение синдро­ма дистрофии миокарда вследствие физического перенапряжения и другие сдвиги.

В таблице 10 показано, что сердечно-сосудистая система обладает мощным резервом перераспределения кровотока, и по его суммарной мощности на первом месте стоит скелетная мускулатура-

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 выступаете 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 гипоксе- мия, гиперкапния) являются также важнейшими факторами реф­лекторной и гуморальной регуляции различных звеньев кардио- респираторной 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 динамическими комплексным, учитывающим разнообразие адаптивных перестроек в организме спортсмена при фи­зических нагрузках и закономерную последовательность их включе­ния и функционирования на всех этапах его жизнедеятельности.

б. 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 (СолодковА.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.