Утомление и восстановление
Тема 9. Утомление и восстановление (лекция 2 часа)
9.1. Определение и основные признаки утомления
Утомление выражается не только в уменьшении совершаемой работы, снижении коэффициента полезного действия (уменьшении количества и снижении качества продукции, снижении эффективности спортивной деятельности), но и в нарушении координации движений, покраснении или побледнении покровов тела, повышении температуры тела, расходовании функциональных резервов адаптации организма. Поскольку работа предшествует и сопровождает утомление, то при нем наблюдается усиленное функционирование сердечно-сосудистой и дыхательной систем, а также системы терморегуляции. Но характерно для утомления не усиление функции этих систем, а недостаточная экономичность.
При утомлении происходит нарушение и в работе скелетной мускулатуры. Страдает координация в сокращениях мышц, в работу вовлекаются дополнительные мышечные единицы, мышцы и мышечные группы, что нарушает двигательную активность и вызывает увеличение обмена и дополнительную нагрузку на вегетативные системы.
На протяжении некоторого времени организм может маскировать развивающееся утомление, включая новые группы мышц, несколько видоизменяя движения (укорачивая длину шага и увеличивая частоту шагов и т.д.), но сохраняя работоспособность. Поэтому можно говорить о скрытом утомлении, когда оно может быть замаскировано изменением двигательной активности, и о явном утомлении, когда организм скрыть его уже не может и работоспособность, эффективность труда падает.
Утомление, особенно некомпенсируемое, начинает проявляться тогда, когда организм начинает исчерпывать физиологические резервы.
Субъективно ощущение сдвигов в организме, лежащих в основе утомления, воспринимается как усталость. В спортивной деятельности, где не всегда могут быть использованы приборы для оценки состояния утомления, чувство усталости является очень важным источником о состоянии организма, необходимым для правильного выбора тактики действия спортсмена.
Рекомендуемые материалы
Биологически усталость является субъективным сигналом утомления, тех сдвигов гомеостаза, которые произошли в организме. Усталость предупреждает об опасности дальнейшей работы для организма.
Утомление ярко выражено у высших животных, которые прекращают активную двигательную активность тогда, когда у организма еще есть значительные резервы, которые в случае жизненной необходимости могут быть мобилизованы. У низших животных явления утомления отсутствуют или очень слабо выражены. Такие животные могут проявлять свою двигательную активность до предела своих возможностей, а затем совершенно беззащитны в течение часов и суток.
В сохранении жизненно важных резервов и заключается биологическая роль утомления, усталости. Вместе с тем, преодоление системами организма сдвигов, характерных для утомления, способствует развитию его работоспособности и выносливости.
9.2. Центральные и периферические механизмы утомления
Сдвиги во внутренней среде организма при мышечной деятельности обусловлены химическими изменениями в мышцах и нервных клетках, но вклад первых значительно больше, так как они работают менее экономично и количественно (по массе) их во много раз больше. Появление продуктов обмена в крови вызывает ряд сдвигов в функции вегетативных систем и неработающих органов, в том числе и центральной нервной системе, в эндокринных органах, направленных на устранение происшедших сдвигов.
Наличие значительных сдвигов в обмене при утомлении было известно давно, с этим связано и возникновение таких теорий утомления, как теория истощения энергетических ресурсов, теория засорения мышц продуктами обмена, теория отравления кенотоксина, теория задушения мышц в результате недостатка кислорода. В противоположность этим теориям И.М. Сеченов (1903) выдвинул свою центрально-нервную теорию утомления. В последующем отечественная наука развивалась преимущественно в русле этой теории. Однако и в настоящее время есть сторонники и центрального и периферического механизма утомления. Наличие большого числа теорий говорит о том, что нет одной хорошей.
Поскольку главным проявлением утомления является снижение работоспособности и появление усталости, то можно говорить о многообразии причин (полипричинности, поликаузальности), вызывающих снижение работоспособности.
9.3. Утомление при разных видах мышечной деятельности
В развитии утомления при мышечной деятельности разной структуры и мощности ведущими являются разные физиолого-биохимические факторы.
При статической работе утомление возникает в результате непрерывного "бомбардирования" нервных центров импульсами, идущими от проприорецепторов мышц, сухожилий и связок. В основном утомление локализуется в центральной нервной системе и в самом двигательном аппарате. Причины возникновения утомления при динамической работе различны в зависимости от мощности и продолжительности мышечной деятельности. При работе максимальной мощности источник утомления лежит в нервно-мышечном аппарате, других изменений произойти не успевает, при этом сдвиги происходят внутри клеток. Исчерпываются резервы компенсации сдвигов, возникающих при возбуждении клеток, при взаимодействии между клетками (остаточная деполяризация – парабиотическое торможение). Снижается уровень содержания АТФ и КрФ (возникает алактатный кислородный долг).
При физической работе субмаксимальной мощности возникает большой кислородный долг, наблюдается снижение рН крови. Кровь "наводняется" продуктами обмена, что нервным и гуморальным путем влияет на работу работающих и не работающих органов. Утомление в этом случае связано с исчерпанием механизмов компенсации острых сдвигов во внутренней среде организма.
При работе большой мощности основным фактором утомления выступает возникновение дискоординации соматических и вегетативных функций. Утомление связано с предельным напряжением кардиореспираторной системы, исчерпанием ее физиологических резервов и резервов компенсации сдвигов рН и температуры тела.
При работе умеренной мощности утомление по преимуществу связано с израсходованием доступных быстрой мобилизации энергетических ресурсов, с воздействием гипогликемии на ЦНС, исчерпанием резервов кортикостероидов и резервов системы терморегуляции (обезвоживание). При этой работе наблюдается расход резервов всех уровней (клеточного, тканевого, органного и системного).
Из-за многопричинности развития состояния утомления в настоящее время нет основания отдавать преимущество ни центральной, ни периферической теориям утомления. Нарушение функции центральной нервной системы в любой ситуации ведет к нарушению координации как двигательных, так и вегетативных актов, что усугубляет ситуацию. Иными словами, центральная нервная система как регулятор вовлекается всегда, и, если его работа нарушена, усугубляется неблагополучная ситуация.
При кумуляции симптомов утомления оно может переходить в переутомление – состояние, которое можно рассматривать как своеобразную форму невроза. Объективным признаком переутомления выступает резкое снижение спортивной работоспособности. При возникновении переутомления тренировки должны быть прекращены.
9.4. Восстановительные процессы
Сдвиги, возникшие при работе и явившиеся причиной утомления, после окончания работы постепенно исчезают – наблюдаются восстановительные процессы. Работоспособность восстанавливается до исходного уровня, а затем она повышается (гипервосстановление), с постепенным возвращением к норме. Процесс протекания восстановления зависит от объема и интенсивности проделанной работы и уровня тренированности организма, причем повторные нагрузки выгодно давать в фазу гипервосстановления и не выгодно в фазу полного восстановления. При повторных нагрузках в фазу недовосстановления тренируется выносливость, но можно получить и истощение организма. Восстановление вегетативных функций после работы происходит не одновременно. Быстрее всего устраняется кислородный долг, но молочная кислота снижается в крови медленно, гипервентиляция и усиленный обмен может наблюдаться продолжительное время. Обмен может быть повышенным до двух суток.
Вслед за дыханием нормализуется сердечная деятельность. Быстрее всего восстанавливается частота сердечных сокращений, затем ударный и минутный объем крови и кровяное давление, которое может снижаться на более или менее длительное время в связи с расширением сосудов работавших мышц. Эти сдвиги могут продолжаться часами. Еще более медленно восстанавливается водный баланс и состав крови.
Механизмами восстановительных сдвигов являются рефлексы (безусловные и условные) с интерорецепторов, возбуждаемых сдвигами во внутренней среде организма, и механизмы гуморальных обратных связей. Рефлекторные механизмы регулируют главным образом восстановление внутренней среды через функцию кардиореспираторной системы. Гуморальные механизмы обеспечивают главным образом восстановление водно-солевого и энергетического обмена.
Все восстановительные сдвиги могут быть разделены на
1) текущие,
2) немедленные, непосредственно следующие за работой,
3) запаздывающие, которые могут продолжаться многие часы и сутки.
Первые связаны с восстановлением резервов первой очереди, а вторые – второй. У молодых людей восстановление происходит быстрее, чем у пожилых, быстрее происходит восстановление и у тренированных по сравнению с нетренированными.
Как все системы с обратной связью системы восстановления обязательно обеспечивают перерегулирование, перевосстановление, что является одной из основ тренировки организма, роста его силы и выносливости.
Восстановительные процессы в организме могут быть ускорены за счет снабжения организма водой, солями, легко усваиваемыми энергетическими веществами, за счет усиления кровообращения и лимфообращения в работающих органах (массаж, водные процедуры), за счет приема специальных препаратов, усиливающих окислительное фосфорилирование и другие процессы.
Для восстановления нужно время, которое может быть занято активным или пассивным отдыхом. Активный отдых облегчает восстановление за счет индукционных отношений мышц-антагонистов, за счет усиления кровообращения и дыхания, а также за счет положительных эмоций, тонизирующих центральную нервную систему. Активный отдых очень полезен при работе средней тяжести и вреден при тяжелой, истощающей работе.
Средства восстановления могут быть разделены на три группы:
1) педагогические;
2) медико-биологические;
3) психологические.
Тема 10. Показатели тренированности организма (Лекция 2)
10.1. Характеристика процесса тренировки и состояния тренированности
Спортивная (физическая) тренировка как специализированный процесс всестороннего физического воспитания и развития в целях достижения высоких спортивных результатов может рассматриваться как в педагогическом, так и в физиологическом аспектах, причем педагогический аспект тренировки значительно шире физиологического. Физиологический аспект касается формирования состояния адаптированности, системы развития физических качеств путем совершенствования соответствующих резервов организма и формирования двигательных навыков. С педагогической точки зрения тренировка строится на общих и специальных принципов. К первым относятся:
1) активность,
2) сознательность,
3) наглядность,
4) систематичность
5) последовательность,
6) доступность
7) прочность.
Ко вторым:
1) единство общей и специальной физической подготовки, 2) непрерывность и цикличность тренировочного процесса, 3) постепенное и максимальное повышение тренировочных нагрузок.
Годичный цикл тренировки делится в большинстве своем на три периода:
1) подготовительный, когда работа направлена на развитие необходимых физических качеств и совершенствование техники движений (объем и интенсивность тренировочных нагрузок постепенно повышаются),
2) соревновательный, когда работа направлена на сохранение и некоторое повышение достигнутого уровня тренированности
3) переходный, когда соревнования отсутствуют, нагрузки снижаются (они направлены на сохранение некоторого минимального уровня тренированности, с которого можно начать следующий подготовительный период).
Тренированность с физиологической точки зрения – это состояние адаптированности, характеризующееся совершенной системой функциональных резервов адаптации организма и готовностью к ее быстрому и эффективному включению в функционирование, что отражается в высокой работоспособности. Тренировка в этом случае может рассматриваться как процесс развития физических качеств в процессе повторения упражнения и возрастания нагрузок путем использования организмом соответствующих резервов, а также формирования и совершенствования двигательных навыков на основе сложных комплексов условных и безусловных рефлексов. В тренировке главное – повторность и возрастания нагрузок, что за счет обратных связей позволяет совершенствовать и движения, и их обеспечение на основе механизмов саморегуляции организма. Повторность возрастающих нагрузок создают условия для мобилизации механизмов (резервов) поддержания гомеостаза, в результате чего сдвиги во внутренней среде быстрее компенсируются, механизмы компенсации быстрее включаются, а клетки и ткани становятся менее чувствительными к сдвигам в гомеостазе.
Повторность двигательных навыков ведет к закреплению двигательного стереотипа, совершенствованию координации движений. Повторность нагрузок способствует проторению путей в ЦНС, т.е. увеличивает скоростные качества. Улучшение координации ведет к развитию силы, скорости, ловкости. Повторность нагрузок (особенно значительных) способствует не только к ускорению мобилизации резервов организма, но и к увеличению их абсолютной величины, переходу части резервов третьего эшелона во второй.
Совершенно очевидно, что могут сравниваться показатели функций у тренированных (адаптированных) и нетренированных (неадаптированных) людей как в покое, так и при различных нагрузках, а также людей с различной степенью тренированности (адаптированности). В последнем случае эти показатели могут использоваться для оценки тренированности (спортивной формы).
По физиологическим показателям тренированность (спортивная форма) может быть оценена весьма приблизительно и относительно работоспособности человека. Без педагогических, психологических и медицинских наблюдений она не может характеризовать готовность спортсмена к соревновательной деятельности. При этом значение имеет лишь комплексная оценка физиологических сдвигов в организме с обязательным учетом специализации спортсмена.
10.2. Показатели тренированности в покое
В процессе систематических тренировок происходит ряд морфологических изменений в организме: увеличение прочности костей и связок, увеличение мускулатуры (абсолютно и относительно веса тела), уменьшение жировой клетчатки и увеличение запасов гликогена, а также гипертрофия сердечной мышцы и увеличение сосудистой сети скелетных мышц. Иными словами, морфологически тренированный организм характеризуется гипертрофией работающих органов.
Величина ЖЕЛ несколько увеличена у тренированных по сравнению с нетренированными, но главным образом она зависит от размеров и особенностей строения тела. То же относится и к сердечно-сосудистой системе.
Главными отличиями тренированного организма от нетренированного в покое является проявления экономичности физиологических функций. У тренированных дыхание реже, но глубже (дыхательный объем 700–900 мл), но МОД равен у тренированных и нетренированных. Задержка дыхания и утилизация кислорода у тренированных выше, чем у нетренированных, так же как и напряжение углекислоты в альвеолярном воздухе.
ЧСС у тренированных ниже, чем у нетренированных (55 против 70–75 уд./ мин.). Часто наблюдается синусовая аритмия, особенно при интенсивных тренировках. При редком ритме увеличивается время систолы и, особенно, диастолы. Это характеризуется как гиподинамия миокарда. В связи с уменьшением СО у тренированных при увеличении объема сердца увеличивается резервный объем крови. МОД также уменьшается. При уменьшении нагрузок (в переходном периоде) СО и МОК увеличивается. Поэтому по величине этих объемов можно судить и о динамике тренированности спортсменов.
Показатели артериального давления у спортсменов находятся в пределах возрастных норм, имеется некоторая наклонность к повышению давления. Тонус сосудов (скорость распространения пульсовой волны по крупным сосудам) меняется волнообразно.
В результате тренировок увеличивается количество эритроцитов и гемоглобина, а также емкость буферных систем; щелочной резерв крови увеличен.
У тренированных лучше координация движений, короче время сенсомоторной реакции (скрытое время рефлекса), больше сила (умение мобилизовать большое количество двигательных единиц и синхронность их включения), укорочена хроноксия, снижен порог и увеличена подвижность (лабильность) нервно-мышечного аппарата. Повышается также лабильность нервных клеток, подвижность нервных процессов, увеличивается скорость переработки информации.
Следует иметь в виду, что исследование функциональных показателей в покое в тренировочном периоде может давать ошибочные результаты, так как изменения функций, связанные с тренировкой, могут длиться 1–2 суток и более после окончания работы.
10.3. Реакции тренированного и нетренированного организма на стандартные нагрузки
В связи с тем, что физиологические функции регистрируются во время работы с большим трудом и зачастую со значительными ошибками, изменения ряда функций следует определять не во время работы, а сразу после нее.
Особенности реакции организма у тренированных людей на физические нагрузки могут быть сведены к следующим.
Центральная нервная система. У тренированных после окончания работы скрытый период сенсомоторных реакций укорочен, способность к дифференцировкам повышена, явления последовательного торможения уменьшены.
Двигательный аппарат. Электрическая активность мышц у тренированных меньше и сконцентрирована во времени. Между движениями она уменьшается до минимума. Возбудимость и лабильность мышц либо не изменяется, либо повышается.
Обратите внимание на лекцию "Понятие конкретного правонарушения и анализ преступного поведения".
Расход энергии при стандартной работе у тренированных людей менее выражен.
Дыхание у тренированных лучше скоординировано с двигательной активностью; легочная вентиляция, кислородный запрос и кислородный долг меньше у них, чем у нетренированных. Сердечно-сосудистая система. Меньший кислородный запрос и лучшая утилизация кислорода тканями у тренированных обеспечивают меньшие требования к органам кровообращения. В связи с этим при стандартной работе у них частота сердечных сокращений в абсолютных величинах меньше, чем у нетренированных, а в процентном отношении к покою может быть и больше. Частота пульса, систолический и минутный объем крови лучше соответствуют выполняемой работе и сдвиги менее выражены, чем у нетренированных. Кровяное давление в неактивных областях увеличивается больше, а в активных меньше, чем у нетренированных. Также изменяется и жесткость артерий.
Система крови. Изменения во внутренней среде у тренированных при стандартной работе меньше, чем у нетренированных. Все это свидетельствует о лучшей координации функций у тренированных, о более экономном расходовании резервов, в результате чего работа осуществляется более производительно.
10.4. Показатели тренированности организма при выполнении предельной работы
При выполнении предельно напряженной работы резко возрастает потребление кислорода. Максимальное потребление кислорода у тренированных выше, чем у нетренированных. Максимальные величины составляют почти 7 л/мин (90 мл/кг мин-1), у стайеров высокой квалификации 5–6 л/мин (83–85 мл/кг мин-1), у нетренированных – 3,0–3,5 л/мин (менее 40 мл/кг мин-1). При максимальном потреблении кислорода (МПК) спортсмен может работать лишь ограниченное время. Обычно работа совершается при значениях, близких к 80% МПК. МПК растет от начала подготовительного периода к соревновательному, поэтому может характеризовать состояние тренированности (это особенно характерно для спортсменов не очень высокой квалификации).
Легочная вентиляция при предельной работе может составлять у тренированных мужчин 150–200 л/мин, у женщин – 90–130 л/мин. Коэффициент использования кислорода при этом не должен снижаться, что наблюдается у нетренированных. Частота сердечных сокращений у тренированных возрастает до 200 уд./мин, систолический объем до 150–200 мл, минутный объем крови – до 30–35 л и более (у нетренированных соответственно 170–180 уд./ мин, 120–130 мл, 20–25 л). У нетренированных максимальный кислородный долг не превышает 5–7 л, а у тренированных может достигать 20 л и более. У тренированных возможно повышение молочной кислоты в крови до 250 мг% (у нетренированных до 150 мг%). У нетренированных отмечается больший миогенный лейкоцитоз. При предельной работе уменьшается диурез, увеличивается проницаемость капилляров клубочков, в моче появляется белок, эритроциты и гемоглобин, что свидетельствует о несоответствии подготовки спортсмена выполняемой работе.
