152949 (Современные представления о физиологических механизмах срочной адаптации организма спортсменов)

Современные представления о физиологических механизмах срочной адаптации организма спортсменов к воздействиям физических нагрузок

Доктор медицинских наук Ю.В. Высочин Кандидат биологических наук, доцент Ю.П. Денисенко, Санкт-Петербургская государственная академия физической культуры им. П.Ф. Лесгафта, Санкт-Петербург, Камский государственный институт физической культуры, Набережные Челны

Проблемы устойчивости к физическим перегрузкам в экстремальных условиях спортивной деятельности относятся к числу наиболее актуальных проблем современной спортивной физиологии и медицины. Отсутствие достаточных знаний в этой области служит серьезным препятствием на пути решения целого ряда других не менее важных проблем, прежде всего проблем профилактики спортивного травматизма и заболеваемости, интенсификации тренировочного процесса и повышения его эффективности, а также разработки новейших физкультурно-оздоровительных технологий.

Изучая проблему устойчивости человека в экстремальных условиях деятельности, В.И. Медведев [9] видел одну из главных причин ее огромной актуальности в том, что деятельность человека всегда носит общественный характер и ее целевая направленность может резко отличаться от целевой направленности биологических защитных реакций. Это приводит не только к увеличению роли психических факторов в формировании механизмов устойчивости, но и к тому, что в процессе приспособления могже возникнуть два типа обеспечивающих реакций и программ поведения, каждый из которых направлен на достижение противоположных целей, то есть возможны противоречия между человеком как биологическим объектом и как членом общества.

Примеры подобных стуаций чаще всего можно наблюдать в спорте, когда из-за резких нарушений гомеостаза, то есть возникновения биологически значимой угрозы, спортсмен сходит с дистанции, не добившись удовлетворения социально значимой доминирующей потребности, например победы в соревнованиях. Однако есть и другие примеры, когда в такой же ситуации, но другой спортсмен успешно справляется с этой сложной задачей и даже увеличивает скорость бега к концу дистанции ("феномен второго дыхания"). Современная наука располагает и множеством других фактов, свидетельствующих о чрезвычайно высокой вариативности индивидуальной устойчивости человека к различным факторам окружающей среды. Вместе с тем физиологические механизмы этого явления, как и физиологические механизмы, лежащие в основе экстренного повышения физической работоспособности, или "феномена второго дыхания", долгое время оставались малоизученными и наиболее сложными для интерпретации с позиций целостного организма.

Реальная возможность их расшифровки появилась после того, как в процессе многолетних исследований Ю.В. Высочиным [3] было выявлено существование релаксационного механизма срочной адаптации, которому затем было присвоено наименование релаксационного механизма срочной мобилизации защиты (РМСЗ) организма от экстремальных воздействий [4].

Суть этого механизма заключается в том, что на фоне гипоксии, возникающей при интенсивных физических нагрузках, происходят активизация тормозных систем ЦНС и снижение ее возбудимости, резкое уменьшение количества следовых потенциалов последействия в биоэлектрической активности расслабляющихся мышц, то естъ нормализация процесса расслабления и существенное (иногда до 70-80%) повышение его скорости.

Экспериментально доказано, что активизация РМСЗ обеспечивает возникновение эффекта экстренного повышения работоспособности. Установлено также, что по функциональной активности или мощности РМСЗ все испытуемые подразделяются по крайней мере на три типа (с высокой, средней и низкой активностью) и что именно величина активности РМСЗ, оцениваемая по степени прироста скорости расслабления мышц, предопределяет индивидуальный уровень устойчивости организма при срочной адаптации к физическим нагрузкам и другим факторам среды [5, 7, 8].

Дальнейшие исследования в этом направлении, а также анализ экспериментальных данных с позиций теории функциональных систем П.К. Анохина [1] привели к заключению, что РМСЗ, оказывающий прямое влияние на сложнейшие внутрисистемные и межсистемные взаимоотношения процессов, которые предопределяют в конечном итоге общий коэффициент полезного действия (ОКПД) организма, уровень физической работоспособности и устойчивости к экстремальным воздействиям, следует отнести к категории функциональных систем под названием неспецифическая "тормозно-релаксационная функциональная система срочной адаптации и защиты" (ТРФСЗ) организма от экстремальных воздействий [6].

Примечательная особенность теории функциональных систем в отличие от ставшего традиционным анатомического подхода в физиологии и медицине заключается в постулировании в качестве ведущего принципа системной организации физиологических функций.

Физиологические функциональные системы (ФС) организма представляют собой динамические, саморегулирующиеся организации, все компоненты которых избирательно объединяются и взаимодействуют для достижения определенных полезных для организма результатов. Полезный приспособительный для системы и организма в целом результат в концепции П.К. Анохина выступает как центральное звено, как важнейший системообразующий фактор в динамической организации любой функциональной системы.

Такими полезными для организма приспособительными результатами, то есть системообразующими факторами, строящими различные ФС, могут быть либо параметры внутренней среды, определяющие нормальный метаболизм тканей, либо результаты поведенческой, а для человека и социально-трудовой или спортивной, деятельности, удовлетворяющие его социальные потребности.

ТРФСЗ, с точки зрения теории ФС, включает в себя все основные центральные и периферические механизмы, как и любая другая ФС: 1) полезный приспособительный результат, или системообразующий фактор, как ведущее звено функциональной системы; 2) рецепторы результата; 3) обратную афферентацию, поступающую от рецепторов результата в центральные образования функциональной системы; 4) центральную архитектонику, представляющую собой избирательное объединение функциональной системой нервных элементов различных уровней; 5) исполнительные соматические, вегетативные и эндокринные компоненты, включая организованное целенаправленное поведение.

Одним из главных системообразующих факторов ТРФСЗ является тканевая гипоксия, а положительный результат ее деятельности заключается в поддержании нормальных соотношений важнейших гомео-статических констант (02 - С02 ) в организме. Исходя из этого ТРФСЗ можно отнести к категории антигипоксических ФС.

К настоящему времени накоплено достаточно сведений о комплексах антигипоксических реакций, описаны и гомеостатические ФС обеспечения потребностей организма в кислороде, а также общая функциональная система гомеостаза [10, 11]. Вместе с тем ТРФСЗ имеет ряд принципиальных и существенных отличий от других ФС гомеостатической регуляции.

Согласно описаниям А.Н. Меделяновского [10] ведущими компонентами (эффекторами) ФС кислородного обеспечения являются сердечно-сосудистая и дыхательная системы, а конечный положительный результат (антигипоксический эффект) достигается главным образом за счет интенсификации деятельности этих эффекторов (увеличение объема вдоха, частоты дыхания, ударного объема сердца, частоты сердечных сокращений, артериального давления и т.д.). Основной принцип их работы - интенсификация деятельности эффекторов.

В ТРФСЗ, наоборот, главный рабочий принцип - экономизация энергетических затрат и функций эффекторов, а в качестве ведущих компонентов выступают тормозные системы ЦНС и релаксационные процессы нервно-мышечной системы. При этом деятельность ТРФСЗ не определяется ни сердечно-сосудистой, ни дыхательной системой, то есть теми мощными эффекторами, которые играют решающую роль в функциональных системах гомеостаза. Более того, как показали наши исследования, при активизации ТРФСЗ функциональная нагрузка на системы энергообеспечения мышечной деятельности даже уменьшается, о чем свидетельствует снижение уровня ЧСС, дыхания, артериального давления, содержания в крови лактата, креатинина и стрессорных гормонов. Тем не менее благодаря большому экономизирующему эффекту резко возрастает интегральный коэффициент полезного действия организма и существенно повышается физическая работоспособность. Третье существенное отличие состоит в особенностях взаимодействия ТРФСЗ с другими функциональными системами.

Согласно основным принципам классической теории ФС, в частности принципам иерархии и последовательного взаимодействия, в каждый конкретный момент времени деятельность организма определяется доминирующей в плане выживаемости или адаптации к внешней среде ФС. Доминирование ФС в целом организме определяется их биологической, а для человека - в первую очередь социальной значимостью. По отношению к каждой доминирующей все другие ФС в соответствии с их значимостью выстраиваются в определенном иерархическом порядке. После удовлетворения ведущей потребности деятельностью организма завладевает следующая ведущая по социальной или биологической значимости потребность. Она строит новую доминирующую ФС и т.д. Известен и мультипараметрический принцип взаимодействия ФС, предусматривающий их обобщенную деятельность [11]. Однако он распространяется в основном на все показатели гомеостаза и объединяет деятельность различных ФС гомеостатического уровня в единую обобщенную ФС гомеостаза.

Руководствуясь этими принципами, довольно сложно объяснить взаимоотношения ФС при напряженной мышечной деятельности, выполняемой в условиях выраженных нарушений гомеостаза, то есть в ситуациях, когда человеку приходится одновременно решать и социально значимые, и биологически значимые задачи, в реализации которых участвуют разные ФС. Вероятно, именно на эту трудность указывал В.И. Медведев [9], подчеркивая актуальность исследований проблемы устойчивости человека к экстремальным воздействиям.

В наших исследованиях было установлено, что в отличие от известных ФС гомеостаза ТРФСЗ, не вступая в конкурентную борьбу за эффекторы, может параллельно взаимодействовать с другими доминирующими ФС и существенно повышать эффективность их деятельности. Это положение, на наш взгляд, служит важным дополнением и развитием классической теории функциональных систем. Оно позволяет описать сложные причинно-следственные взаимоотношения, основанные на принципах параллельного взаимодействия между мощной локомоторной функциональной системой (ЛФС), формирующейся для удовлетворения доминирующей социально значимой потребности (например, победы в соревнованиях), и ТРФСЗ, формирующейся для устранения нарушений гомеостаза, неизбежно возникающих при интенсивной мышечной деятельности, то есть для удовлетворения не менее значимой биологической потребности.

С возникновением доминирующей социальной мотивации (победить в соревнованиях) в соответствии с основными узловыми стадиями "центральной архитектоники" формируется локомоторная функциональная система (ЛФС) и "включается" готовая, или так называемая старая, сложившаяся в процессе онто- и филогенеза программа. Основной принцип этой программы - интенсификация деятельности всех эффекторов ЛФС.

При этом регистрируется повышение возбудимости ЦНС, резко возрастает интенсивность функционирования нейроэндокринной, нервно-мышечной, сердечно-сосудистой, дыхательной и терморегуляционной систем. Вследствие огромных энерготрат, повышенного потребления кислорода и интенсивного метаболизма нарастают явления ацидоза, тканевой гипоксии и гипоксемии. В мышцах накапливаются молочная кислота и недоокисленные продукты обмена. Появляются явные признаки нарастающего утомления и снижения работоспособности.

На этой стадии, характеризующейся существенными нарушениями гомеостаза, информация о которых от рецепторов результата по каналам афферентной обратной связи поступает в ЦНС, возможны два крайних, совершенно различных как по содержанию, так и по эффективности пути достижения конечной цели - победить в соревнованиях (социальная потребность) и сохранить свою жизнь (биологическая потребность). Каждый из этих путей предопределяется прежде всего степенью функциональной активности или мощности ТРФСЗ у того или иного спортсмена.

У спортсменов с низкой активностью ТРФСЗ организм пытается ликвидировать нарушения гомеостаза и гипоксию за счет дальнейшего повышения возбудимости ЦНС и наращивания интенсивности функционирования кислородтранспортных систем. Однако, как показали наши исследования, этот путь крайне нерентабелен и неэффективен в силу целого ряда причин, объединяющихся в своего рода замкнутый порочный круг, одно из важных звеньев которого - повышенный уровень возбуждения ЦНС.

Любое произвольное движение, как известно, начинается с возбуждения нейронов соответствующих моторных зон коры головного мозга, посылающих двигательные импульсы к конкретным группам мышц и вызывающих их сокращение. Торможение тех же нейронов приводит к прекращению их импульсации и расслаблению мышц. При недостаточной силе тормозного процесса или перевозбуждении ЦНС часть нейронов может остаться в состоянии возбуждения и продолжать посылку двигательных импульсов к расслабляющейся мышце, вызывая появление пачек следовых потенциалов последействия в биоэлектрической активности расслабляющихся мышц, резко выраженные нарушения процесса расслабления и, соответственно, снижение его скорости. Это, в свою очередь, приводит к более или менее выраженным, в зависимости от мощности пачек следовых потенциалов, нарушениям во временных взаимоотношениях работающих мышц, то есть к нарушениям координации движений и появлению периодов одновременной активности мышц-антагонистов, сопровождающейся огромной бесполезной тратой энергии, расходуемой мышцами на преодоление сопротивления (растяжение) собственных антагонистов. Возникновение более мощных пачек следовых потенциалов становится главной причиной серьезных повреждений и даже разрывов мышц [2].

Повышенная возбудимость ЦНС и значительная иррадиация возбуждения в моторной зоне коры головного мозга, возникающая вследствие первичной или вторичной (относительной) слабости тормозных систем, характерная для спортсменов с низкой активностью ТРФСЗ, сопровождаются явлениями, известными под названием "психоэмоциональная напряженность". Для этого состояния характерен гипертонус, то есть достаточно сильно выраженное напряжение работающих и неработающих мышц, также приводящий к большим энерготратам, большему потреблению кислорода неработающими мышцами и еще большим нарушениям координации и биомеханической структуры (техники движений).