Адаптация и физическая работоспособность. Факторы, определяющие и лимитирующие физическую работоспособность. Утомление

АДАПТАЦИЯ К ФИЗИЧЕСКИМ НАГРУЗКАМ

Живые организмы существуют в постоянно изменяющихся условиях окружающей среды. Иногда эти условия являются крайне неблагоприятными (высокая и низкая температура, гипоксия, физические нагрузки), их действие иногда кратковременно, а иногда весьма длительно. Живые организмы вынуждены постоянно приспосабливаться (адаптироваться) к этим условиям.

В этом плане «Адаптация физиологическая — совокупность физиологических реакций, лежащая в основе приспособления организма к изменению окружающих условий и направленная к сохранению относительного постоянства его внутренней сре­ды — гомеостаза».

Нас прежде всего будет интересовать адаптация к физическим нагрузкам.

Приспособление (адаптация) организма к физическим нагрузкам представляет собой реакцию целого организма, направленную на обеспечение мышечной деятельности и поддержание или восстановление постоянства внутренней среды организма – гомеостаза.

Это достигается путем мобилизации специфической функциональной системы, ответственной за выполнение мышечной работы, и реализации неспецифической стресс-реакции организма.

Эти процессы запускаются и регулируются центральным управляющим механизмом, имеющим два звена – нейрогенное и гормональное.

Принято различать четыре основные стадии адаптации к физическим нагрузкам. Кратко рассмотрим эти стадии в том виде как они на настоящий момент общепризнаны (Ф.З. Меерсон):

1. «Срочная адаптация» - начальная «аварийная» стадия процесса приспособления к физической нагрузке, характеризуется мобилизацией функциональной системы, ответственной за адаптацию, до предельно достижимого уровня и выраженной стресс-реакцией. Реакция организма отличается «несовершенством» – главным образом, вследствие несовершенства управляющей, регулирующей системы.

Главными результатами стресс-реакции являются:

- мобилизация энергетических ресурсов организма и их перераспределение в органы и ткани функциональной системы адаптации;

- потенция работы самой этой системы;

- формирование структурной основы долговременной адаптации.

2. Вторая, переходная, стадия долговременной адаптации к физическим нагрузкам заключается в избирательном росте определенных структур в клетках органов функциональной системы, активации синтеза нуклеиновых кислот и белков. За счет этого расширяются звенья, лимитирующие интенсивность и длительность двигательной реакции на этапе срочной адаптации и уменьшается стресс-реакция.

В эту стадию Происходит формирование системного структурного «следа» - комплекса структурных изменений, развивающихся в системе, отвественной за адаптацию.

При этом формирование системного структурного «следа» обеспечивает:

- увеличение физиологических возможностей доминирующей системы за счет избирательного роста именно тех клеточных структур, которые лимитируют функцию доминирующей системы;

- повышение экономичности функционирования системы, ответственной за адаптацию

3. Третья стадия «устойчивой адаптации» характеризуется завершением формирования системного структурного «следа».

Выделяют три основные черты сформированного структурного «следа»:

1. Изменение аппарата нейрогормональной регуляции на всех уровнях, которое выражается в формировании устойчивого условнорефлекторного динамического стереотипа и увеличения фонда двигательных навыков.

2. Увеличение мощности и повышение экономичности функционирования двигательного аппарата.

3. Увеличение мощности и экономичности функционированияя аппарата внешнего дыхания и кровообращения.

4. Четвертая стадия – «изнашивания» системы, ответственной за адаптацию (эта фаза не является обязательной). [Ф.З. Меерсон, М.Г. Пшенникова, 1988]

Адаптация является одной из наиболее существенных физиологических основ тренировоч­ной деятельности спортсменов. Весь тренировочный процесс направлен на формирование адаптации к специфической мышечной деятельности. В этом плане процесс адаптации к физическим нагрузкам А.С. Солодков рассматривает более конкретно и выделяет стадии, в своей основе согласующиеся с вышеобозначенными, но несколько различающиеся по названию.

В динамике адаптационных изменений у спортсменов А.С. Солодков выделяет четыре стадии:

1. Стадия физиологического напряжения.

2. Стадия адаптированности организма в значительной мере тождественна состоянию его тренированности.

3. Стадия дизадаптации организма развивается в результате перенапряжения адаптационных механизмов и включения компенсаторных реакций вследствие интенсивных тренировочных и соревновательных нагрузок и недостаточного отдыха между ними.

4. Стадия реадаптации возникает после длительного перерыва в систематических тренировках или их прекращения совсем и характеризуется приобретением некоторых исходных свойств и качеств организма.

Основными, имеющими принци­пиальное значение в спорте, следует считать две первые ста­дии.

При всем разнообразии индивидуальной фенотипической адаптации развитие ее у человека характеризуется некоторыми общими чертами. Среди таких черт при приспособлении орга­низма к любым факторам среды следует выделять два вида адаптации — срочную, но несовершенную, и долговременную, совершенную.

Срочная адаптация возникает непосредственно после нача­ла действия раздражителя и может реализоваться на основе готовых, ранее сформировавшихся физиологических механиз­мов и программ.

Долговременная адаптация возникает постепенно, в резуль­тате длительного или многократного действия на организм факторов среды. Принципиальной особенностью такой адапта­ции является то, что она возникает не на основе готовых фи­зиологических механизмов, а на базе вновь сформированных программ гомеостатического регулирования.

Она развивается на основе многократной реализации «сроч­ной» адаптации и характеризуется тем, что в итоге по­степенного количественного накопления каких-то изме­нений организм приобретает новое качество — из не­адаптированного превращается в адаптированный.

В процессе формирования долговременной адаптации к фи­зическим нагрузкам прежде всего происходит перестройка ап­парата гуморальной регуляции функциональной системы, ответственной за адаптацию.

В этом случае происходит:

- Повышение экономичности функциониро­вания гуморального звена и

- повышение его мощности.

Физическая работоспособность и факторы ее определяющие

Уровень физической работоспособности является результатом процесса адаптации организма к физическим нагрузкам.

Физическая работоспособность спортсменов является важнейшим условием для развития всех основных физических качеств, основой способности организма к перенесению высоких специфических нагрузок, возможности реализовать функциональные потенциалы к интенсивному протеканию восстановления во всех видах спорта и во многом определяет спортивный результат практически на всех основных этапах многолетней тренировки.

Знание и учет основных факторов, обусловливающих и лимитирующих физическую работоспособность спортсменов, основных закономерностей ее динамики в различные периоды выполнения мышечной нагрузки – необходимое условие рационального планирования тренировочного процесса и оптимальной реализации тренировочной программы, обеспечения эффективного восстановления организма после физических нагрузок.

Понятие «физическая работоспособность» до сих пор не имеет однозначного толкования, и разные авторы вкладывают в него довольно различное содержание.

Мы будем понимать, что физическая работоспособность - потенциальная способность человека выполнять работу определенного характера и вида в заданных режимах внешних условий.

Физическая работоспособность проявляется в раз­личных формах мышечной деятельности, поэтому говорят, что «Физическая работоспособность» - это потенциальная способность че­ловека реализовать максимум физического усилия в статической, ди­намической или смешанной работе.

Физическая работоспособность спортсменов - это тот предел и диапазон мощности физической нагрузки, в рамках которых спортсмен в данное время способен выполнять ее, сохраняя оптимальные усло­вия функционирования - экономичность и стабильность основных па­раметров физиологических систем.

В общем виде величина физической работоспособности прямо пропорциональна количеству внешней механической работы, которую человек способен выполнить с высокой интенсивностью.

Различают понятия «общей» и «специальной» физической рабо­тоспособности.

Общая физическая работоспособность - это уровень развития физических качеств и способностей, не свойственных данному виду спорта, но прямо или косвенно влияющих на достижения в избранном виде спорта.

Специальная физическая работоспособность - это уровень раз­вития физических способностей, соответствующих специальным требо­ваниям избранной спортивной специализации. Под специальной работоспособностью понимаются реальные функ­циональные возможности организма человека к эффективному выполне­нию конкретной мышечной деятельности.

В основе приобретения и повышения физической работоспособ­ности лежит механизм долговременной адаптации организма спортсме­на к условиям тренировочной и соревновательной деятельности, что внешне выражается в его морфофункциональной специализации.

Уровень физической работоспособности выступает интегральным показателем функционального состояния и функциональной подготовленности спортсменов.

Факторы, обусловливающие физическую работоспособность спортсменов

Физическая работоспособность - многокомпонентное свойство ор­ганизма.

В этом смысле работоспособность зави­сит от телосложения и антропометрических показателей, мощности, емкости и эффективности механизмов энергопродукции, силы и вынос­ливости мышц, нейромышечной координации, состояния опорно-двига­тельного аппарата и др.

Физическая работоспособность определяется следующими основными факторами:

1. Энергетическим потенциалом человека,

2. Экономичностью движений,

3. Степенью исчерпания энергетических ресурсов,

4. Устойчивостью организма к изменениям во внутренней среде.

Проявлению высокой физической работоспособности в реальных условиях спортивной деятельности способствуют психологические факторы - мотивация, волевые качества, личностные и другие осо­бенности спортсмена. Характер (вид) нагрузки, ее интенсивность и дли­тельность определяют значение отдельных факторов для успешного завершения работы в каждом конкретном случае.

Уровень развития отдельных компонентов физичес­кой работоспособности у разных людей различен. Он зависит от внешних условий — профессии, характера физической активности и вида спорта. Несомненное влияние на ос­тальные показатели и работоспособность в целом имеет состояние здоровья.

Отмечается, что многие факторы, определяющие физическую рабо­тоспособность наследственно обусловлены.

Комплекс функциональных резервов организма, определяющих уровень работоспособности включает в себя следующие составляющие:

1. Предельная мощность функционирования организма связана с уровнем энергетического обмена, активностью гормональной и фер­ментативной деятельности, морфофункциональным развитием сенсорных и эффекторных систем - кардиореспираторной, мышечной. Мощность функционирования систем организма зависит от запасов источников энергии и активности развития аэробных и анаэробных механизмов энергообразования.

2. Экономичность функционирования систем определяет функцио­нальную и метаболическую «цену» данных уровней работы, транспорта газов и потребления кислорода и общую экономичность преобразова­ния энергии (В.С.Мищенко, 1980, 1990).

3. Большой рабочий диапазон функционирования физиологических систем определяется способностью организма мобилизовать свои ре­сурсы при наличии низкого уровня оперативного покоя. Этот фактор объединяет высокую экономичность и высокую мобилизующую способ­ность организма.

4. Подвижность функционирования систем, определяемая ско­ростью развертывания функциональных и метаболических реакций при переменах интенсивности работы.

В ходе многолетней тренировки повышение уровня физической работоспособности спортсмена характеризуется линейной связью со спортивным результатом. Динамика же разных функциональных показа­телей обнаруживает различные тенденции.

Для одних функциональных показателей, оказывающих существенное влияние на повышение спор­тивных достижений лишь на начальном этапе тренировки, характерен замедляющийся темп прироста.

Для ряда других показателей типичен ускоренный прирост на среднем уровне мастерства и затем некоторое его замедление.

Третья группа функциональных показателей обнару­живает ускоренный прирост и имеет высокую корреляцию со спортив­ным результатом на этапе высшего мастерства. Наконец, часть функ­циональных показателей повышается относительно равномерно и нез­начительно, как следствие целостной приспособительной реакции ор­ганизма (Ю.В. Верхошанский, 1988).

Специально проведенные нами исследования (А.И. Шамардин, И.Н. Солопов, Е.Э. Червякова, 2000), показали, что физическая работоспособность, обусловливается на разных этапах многолетней подготовки спортсменов включением различных категорий факторов.

На начальном этапе физическая работоспособность в основном обусловливается высоким уровнем факторов, образующих категорию «морфофункциональной мощности».

На промежуточном этапе (спортивного совершенствования или углубленной специализации) наряду с факторами категории «мощности», в обеспечение физической работоспособности достоверное значение приобретают факторы «предельной мощности функционирования». В это же время подключаются и факторы «экономичности».

На заключительном этапе многолетней подготовки, этапе высшего спортивного мастерства, ведущее значение уже имеют факторы «экономичности» при сохранении высокого уровня значимости факторов «предельной мощности функционирования».

Методы определения физической работоспособности.

Тестирование физической работоспособности является важнейшей составной частью комплексного контроля спортсменов, так как с его помощью определяются функциональные возможности организма, выявляются слабые звенья адаптации к нагрузкам и факторы, ее лимитирующие.

Различают эргометрические и физиологические показатели физической работоспособности.

Для оценки работоспособности при двигательном тестировании используется совокупность этих показателей – результат проделанной работы и уровень адаптации организма к данной нагрузке (И.В. Аулик, 1979).

Индекс гарвардского стептеста (ИГСТ) используется для определения реакции сердечно-сосудистой системы на тяжелую физическую нагрузку. ИГСТ может определяться у здоровых, физически подготовленных людей.

Для тестирования необходимо иметь: ступеньки различной высоты (или регулируемый степэргометр), электрический или механический метроном, секундомер.

Высота ступеньки и время восхождения выбирается в зави­симости от пола и возраста обследуемого.

Темп восхождения равняется 30 циклам в 1 мин. После заверше­ния работы обследуемый в течение первых 30 с — со 2-й и 3-й и 4-й минут восстановления троекрат­но подсчитывают ЧСС.

ИГСТ рассчитывают по формуле:

T ^. 100

ИГСТ =  (f₂ + f₃ + f₄) ^. 2

где t — время восхождения (с), f₂, f₃, f₄ — количество ударов пульса за 30 с на 2-й, 3-й и 4-й минутах восстановления соот­ветственно.

Физическая подготовленность оценивается по зна­чению полученного индекса. При ИГСТ меньше 55 физическая подготовленность оценивается как слабая, при 55-64 — ниже средней, при 65-79 — как средняя, при 80-89 — как хорошая и больше 80 — как отличная.

Тест PWC₁₇₀. Функциональную пробу, основанную на определении мощности мышечной нагруаки, при которой ЧСС повы­шается до 170 уд/мин, обозначают как пробу Sjostrand (T.Sjostrand, 1947) или как тест PWC₁₇₀ (от первых букв английского обозначения термина «физическая работоспособность» — Physical Working Capacity).

Испытуемому предлагается последовательно выпол­нить на велоэргометре лишь две нагрузки умеренной интенсивности (например, 500 и 1000 кГм/мин) с часто­той вращения педалей 60-75 об/мин, разделенные 3-минутным интервалом отдыха. Каждая нагрузка про­должается 5 мин, в конце ее в течение 30 с сосчитыва­ется ЧСС аускультативным методом (стетофонендоскопом) или регистрируется (для тех же целей) ЭКГ.

Наиболее рационально расчеты PWC₁₇₀ вести не гра­фическим способом, а путем подстановки эксперимен­тальных значений ЧСС и мощности работы в следующую формулу:

(170 - f₁)

PWС₁₇₀ = W₁ + (W₂ - W₁ ).

f₂ - f₁

Это уравнение позволяет легко найти величину PWC₁₇₀, если известны мощность 1-й (W₁) и 2-й {W₂} нагрузок и ЧСС в конце 1-й (fi) и 2-й (f2) нагрузок.

Исследование физической работоспособности с по­мощью велоэргометрических нагрузок получило широкое распространение в практике. Однако, при тестировании работоспособности в конкретных видах спорта, целесообразно использовать мышечные нагрузки специфического характера.

Для оценки реакции функциональных систем организма на физические нагрузки определяется целый ряд показателей (ЧСС, АД, ДО, рН и др.).

Динамика работоспособности в различные периоды выполнения физической нагрузки.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА СОСТОЯНИЙ.

При выполнении тренировочного или соревновательного упраж­нения в функциональном состоянии спортсмена происходят значи­тельные изменения.

В непрерывной динамике этих изменений можно выделить три основных периода:

1. Предстартовый,

2. Основной (рабо­чий)

3. Восстановительный.

ПРЕДСТАРТОВОЕ СОСТОЯНИЕ

Еще до начала выполнения мышечной работы, в процессе ее ожидания, происходит целый ряд изменений в разных функциях организма. Значение этих изменений состоит в подготовке организма к успешному выполнению предстоящей деятельности.

Предстартовое изменение функций может происходить — за несколько минут, часов или даже дней (если речь идет об ответственном соревновании) до начала мышечной работы.

По своей природе предстар­товые изменения функций яв­ляются условнорефлекторными нервными и гормональными реакциями.

Уровень и характер предстартовых сдвигов, часто соответствует особенностям тех функциональных изменений, которые происходят во время выполнения самого упражнения.

Выделяют три формы предстартового состояния:

- состояние готовности — проявление умеренного эмоционального возбуждения, которое способствует повышению спортивного результата;

- состояние так называемой стартовой и лихорадки — резко выраженное возбуждение, под влиянием которого возможно как повышение, так и понижение спортивной работоспособности;

- слишком сильное и длительное предстартовое возбуждение, которое в ряде случаев сменяется угнетением и де­прессией — стартовой апатией, ведущей к снижению спортивного результата.

BPAБАТЫВАНИЕ, «мертвая ТОЧКА», «ВТОРОЕ ДЫХАНИЕ».

Врабатывание — это первая фаза функциональных изменений» происходящих во время работы. Процесс врабатывания характерен для любой мышечной деятельности и является биологической закономерностью.

Тесно связаны с процессом врабатывания явления «мертвой точки» и «второго дыхания».

Врабатывание происходит в начальный период работы, на протяжении которого быстро усиливается деятельность функциональных систем, обеспечивающих выполнение данной работы.

ЗАКОНОМЕРНОСТИ ТЕЧЕНИЯ ВРАБАТЫВАНИЯ:

Первая особенность врабатывания — относительная замед­ленность в усилении вегетативных процессов, инертность в развертывании вегетативных функций, что в значительной мере связано с характером нервной и гуморальной регуляции этих про­цессов в данный период.

Вторая особенность врабатывания — гетерохронизм, т. е. нёодновременность, в усилении отдельных функций организма. Врабатывание двигательного аппарата протекает быстрее, чем вегетативных систем. С неодинаковой скоростью изменяются разные показатели, деятельности вегетативных систем, концентрация мета­болических веществ в мышцах и крови.

Третьей особенностью врабатывания является наличие прямой зависимости между интенсивностью (мощностью) выполняемой работы и скоростью изменения физиологических функций: чем интенсивнее выполняемая работа, тем быстрее происходит началь­ное усиление функций организма, непосредственно связанных с ее выполнением. Поэтому длительность периода врабатывания нахо­дится в обратной зависимости от интенсивности (мощности) упраж­нения.

Четвертая особенность врабатывания состоит в том, что оно протекает при выполнении одного и того же упражнения тем быст­рее, чем выше уровень тренированности спортсмена.

Через несколько минут после начала напряженной и продолжи­тельной работы у нетренированного человека часто возникает осо­бое состояние, называемое «мертвой точкой» (иногда оно отмечает­ся и у тренированных спортсменов). Чрезмерно интенсивное начало работы повышает вероятность появления этого состояния.

Оно характеризуется тяжелыми субъективными ощущениями, среди которых главное—ощущение одышки. Кроме того, человек испы­тывает чувство стеснения в груди, головокружение, ощущение пульсации сосудов головного мозга, иногда боли в мышцах, жела­ние прекратить работу.

Объективными признаками состояния «мертвой точки» служат частое и относительно поверхностное дыхание, повышенное потребление O₂ и увеличенное выделение СО2 с выдыхаемым воздухом, большой вентиляционный эквивалент кислорода, высокая ЧСС, повышенное содержание СО₂ в крови и альвеолярном воздухе, сниженное рН крови, значительное потоот­деление.

Общая причина наступления «мертвой точки» состоит, вероятно, в возникающем в процессе врабатывания несоответствии между высокими потребностями рабочих мышц в кислороде и недостаточ­ным уровнем функционирования кислородтранспортной системы, призванной обеспечивать организм кислородом. В результате в мыш­цах и крови накапливаются продукты анаэробного метаболизма, и прежде всего молочная кислота. Это касается и дыхательных мышц, которые могут испытывать состояние относительной гипо­ксии из-за медленного перераспределения сердечного выброса в начале работы между активными и неактивными органами и тканя­ми тела.

Преодоление временного состояния «мертвой точки» требует больших волевых усилий. Если работа продолжается, то появляется чувство внезапного облегчения, которое чаще всего проявляется в появлении нормального («комфортного») дыхания. Поэтому состояние, сменяющее «мертвую точку», называют «вто­рым дыханием».

С наступлением этого состояния ЛВ обычно умень­шается, частота дыхания замедляется, а глубина увеличивается, ЧСС также может несколько снижаться. Потребление О₂ и выделе­ние СО₂ с выдыхаемым воздухом уменьшаются, рН крови растет. Потоотделение становится очень заметным. Состояние «второго дыхания» показывает, что организм достаточно мобилизован для удовлетворения рабочие запросов. Чем интенсивнее работа, тем раньше наступает «второе дыхание».

УСТОЙЧИВОЕ СОСТОЯНИЕ

При выполнении упражнений постоянной аэробной мощности вслед за периодом быстрых изменений функций организма (врабатыванием) следует период, который был назван (А. Хиллом) периодом устойчивого состояния (англ. steady—state).

В это время достигается согласо­ванная деятельность двигательной и вегетативных функций. Состояние устойчивой работоспособности на­рушается вследствие развития процесса утомления, характеризующегося возрастанием напряженности деятельности функциональных систем при относи­тельно стабильном уровне работоспособности, а затем и ее снижением.

При выполнении упражнений небольшой мощности на протяжении периода устойчивого состояния имеется количественное соответствие между потребностью организма в кислороде (кислородным запросом) и ее удовлетворением. Поэтому такие упражнения А. Хилл отнес к упражнениям с истинно устойчивым состоянием. Кислородный долг после непродолжительного их выполнения практически равен лишь кислородному дефициту, возникающему в начале работы.

При более интенсивных нагрузках — средней, субмаксимальной и околомаксимальной аэробной мощности — вслед за периодом быстрого увеличения скорости потребления О₂ (врабатывания) следует период, на протяжении которого она хотя и очень мало, но постепенно повышается. Поэтому второй рабочий период в этих упражнениях можно обозначить только как условно устойчивое состояние. В аэробных упражнениях большой мощности уже пет полного равновесия между кислородным запросом и его удовлетворением во время самой работы. Поэтому после них регистрируется кислородный долг, который тем больше, чем больше мощность работы и ее продолжительность.

В упражнениях максимальной аэробной мощности после короткого периода врабатывания потребление О₂ достигает уровня МПК. (кислородного потолка) и потому больше увеличиваться не может. Далее оно поддерживается на этом уровне, иногда снижаясь лишь ближе к концу упражнения. Поэтому второй рабочий период в упражнениях максимальной аэробной мощности называют периодом ложного устойчивого состояния.

В упражнениях анаэробной мощности вообще нельзя выделить второй рабочий период, так как на протяжении всего времени их выполнения быстро повышается скорость потребления О₂ (и проис­ходят изменения других физиологических функций). В этом смысле можно сказать, что в упражнениях анаэробной мощности есть только период врабатывания.

При выполнении упражнений любой аэробной мощности на про­тяжении второго периода (с истинно, условно или ложно устойчи­вым состоянием, определяемым пo скорости потребления O₂) многие ведущие физиологические показатели медленно изменяются. Эти относительно медленные функциональные изменения получили название «дрейфа». Чем больше мощность упражнения, тем выше скорость «дрейфа» функциональных показателей, и наоборот, чем ниже мощность упражнения (чем оно продолжительнее), тем ниже скорость «дрейфа».

Таким образом, во всех упражнениях аэробной мощности с уровнем потребления О₂ более 50% от МПК, как и во всех упражнени­ях анаэробной мощности, нельзя выделить рабочий период с истинно устойчивым, неизменным состоянием функций ни по скорости по­требления О₂, ни тем более по другим показателям. Для упражне­ний такой большой аэробной мощности основной рабочий период можно обозначить кик псевдо (квази) устойчивое состояние или как период с медленными функциональными измене­ниями («дрейфом»). Большинство этих изменений отражает слож­ную динамику адаптации организма к выполнению данной нагрузки в условиях развивающегося на протяжении работы процесса утомления.