Физические механизмы утомления

Содержание.

Введение…………………………………………………………………………2

I. Утомление понятие….........................................................................................3

1.1 Определение и физиологические механизмы развития утомления……..4

1.2 Физиологические механизмы восстановительных процессов…………..8

1.3 Физиологические мероприятия повышения эффективности восстановления………………………………………………………………….10

Заключение………………………………………………………………………13

Список литературы……………………………………………………………...15

ВВЕДЕНИЕ

Актуальность темы. 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 высоких спортивных результатов.

К настоящему времени имеется более 100 определений понятия утомления и ряд теорий его происхождения. Обилие формулировок указывает на еще недостаточное знание этого сложного явления и механизмов его развития. С точки зрения физиологии 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.

В настоящее время актуальными являются проблемы диагностики, так как от определения уровня утомления зависит, с одной стороны, предупреждение развития переутомления, а с другой - развитие функциональных возможностей организма, создание устойчивой мотивации к занятиям физическими упражнениями и подбор используемых средств, методов, организационных форм занятий, поиск новых форм двигательной активности.

I. Утомление понятие.

Утомление — это физиологическое состояние, наступающее вследствие напряженной или длительной деятельности и выражающееся в снижении работоспособности. Определенная степень утомления стимулирует восстановительные процессы, что при повторной и постепенно увеличивающейся нагрузке способствует повышению тренированности и работоспособности.

Утомление наступает быстрее при монотонной работе (длительное возбуждение одних и тех же нервных клеток) и отсутствии стимулирующих эмоциональных мотивов. Это особенно наглядно проявляется при работе на конвейере, где физически легкая, но однообразная и длительная работа очень быстро вызывает утомление.

Утомление в мышечной системе наступает вследствие уменьшения в мышцах запаса энергетических веществ (АТФ, гликогена) и накопления продуктов распада (молочной кислоты).

Утомление  наступает гораздо быстрее при статической (связанной с постоянным напряжением) мышечной деятельности, чем при динамической (напряжение, сменяющееся расслаблением). Поэтому статическую работу необходимо чередовать с динамической, а также с отдыхом.

Некоторые особенности характеризуют процесс утомления при работе в ночные смены на заводах и фабриках, во время уборочной кампании в сельском хозяйстве и т. д.

Работа в ночные часы сопровождается более значительным нервным напряжением по сравнению с работой в дневное время.

Во время уборки урожая большая нагрузка падает на сельскохозяйственных рабочих, когда они в течение ряда дней работают без соблюдения режима труда и отдыха.

1.1 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 (Солодков А.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, человека 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 ещё 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 утомления привели к накоплению обширного экспериментального материала. На основе этих данных 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,
• теорию засорения мышц продуктами обмена,
• теорию отравления метаболитами,
• теорию задушения (вследствие недостатка кислорода).

             Все эти так называемые локально-гуморальные теории не полностью вскрывают механизмы утомления, так как в качестве его основной причины рассматриваются 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 развитая 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 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, обуславливающих 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 к 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.

1.2 Физиологические механизмы восстановительных процессов

             Как и любой процесс, происходящий в организме, восстановление регулируется двумя основными механизмами - нервным (за счет условных и безусловных рефлексов) и гуморальным. При этом одни авторы (Смирнов К. М., 1970) указывают на ведущую роль нервной регуляции при восстановлении, другие (Виру А. А., 1988; Волков В. М., 1990) сообщают о доминирующем влиянии гуморальной. По мнению последних, именно накопление продуктов обмена веществ и гормональные изменения в процессе физических нагрузок определяют скорость, интенсивность и продолжительность восстановительных процессов.

           Можно полагать, что в данном случае дело обстоит несколько иначе. Прежде всего, следует иметь в виду, что в целостном организме, особенно во время ответственной и напряженной работы и после ее окончания, отделять один механизм от другого нельзя. В любом периоде восстановления (рабочем, раннем, позднем) регуляция этого процесса осуществляется при участии как нервного, так и гуморального механизмов. Вместе с тем очевидно, что на разных этапах деятельности человека их роль неодинакова.

           Нервный механизм регуляции, как более быстрый, прежде всего направляет и осуществляет восстановление в период самой деятельности и в раннем периоде восстановления. С помощью нервного механизма преимущественно регулируется нормализация внутренней среды организма, главным образом через сердечнососудистую и дыхательную системы (доставка кислорода, питательных веществ, удаление продуктов обмена).

             Более медленный гуморальный механизм регуляции обеспечивает, прежде всего, восстановление водно-солевого обмена, запасов глюкозы и гликогена, а также ферментов и гормонов. Однако, еще раз подчеркиваем, что в процессе трудовой и спортивной деятельности человека регуляция работы органов, систем и их функций в целом осуществляется только совместным, нервно-гуморальным путем.

            Во время работы и после ее окончания нервно-гуморальный механизм регулирует, с одной стороны, процессы освобождения и мобилизации энергии, что принято считать эрготропным направлением регуляции, а с другой, - процессы, усиливающие анаболизм, т. е. трофотропное направление регуляции (Королев Л.А., 1977).

           Многочисленные наблюдения за ходом восстановления различных функций организма спортсменов выявляют некоторые особенности в регуляции этих реакций. При изучении функций гемодинамики в периоде раннего восстановления после спортивных нагрузок отчетливо прослеживались своеобразные соотношения адренергических и холинэргических влияний на регуляцию сердечнососудистой системы. Так, относительно быстрое восстановление частоты сердечных сокращений, ударного объема крови и времени систолы указывает на преимущественно адренергические влияния.

            Более медленно регулировались и нормализовывались артериальное кровяное давление, время диастолы, тонус мышечных артерий и периферическое сопротивление кровотоку. Такие особенности на данном этапе восстановления обеспечивают своеобразную экономизацию метаболических процессов, выражающуюся в общем снижении потребления кислорода и аккумуляции лактата (холинэргическое влияние).

            Наблюдаемая заметная вариативность восстановления зависит также от индивидуальных особенностей спортсменов, уровня их тренированности и характера мышечной работы. Для наиболее быстрого и полного восстановления, свойственного тренированным людям, характерна ускоренная перестройка регуляции в трофотрофном направлении. Ускорение этого перехода обусловлено снижением тонуса симпатического отдела и повышением тонуса парасимпатического отдела вегетативной иннервации в процессе систематических тренировок.

             В ходе специальных исследований установлено, что в фазе раннего восстановления около 50% составляют эрготропные реакции, на долю трофотропных реакций приходится примерно 20%, и 30% принадлежат смешанному направлению регуляции. В фазе позднего восстановления более половины составляют трофотропные процессы, что, по-видимому, является метаболической базой для образования в организме "структурного следа" долговременной адаптации.

             Как и всякие системы с обратной связью, восстановительные процессы вследствие функциональных и структурных перестроек приводят к супер восстановлению. Это явление составляет одну из важнейших физиологических основ тренировки, которое, расширяя функциональные резервы организма, обеспечивает рост силы, быстроты и выносливости.

1.3 Физиологические мероприятия повышения эффективности восстановления

            В настоящее время все мероприятия, направленные на ускорение восстановительных процессов, делят на педагогические, психологические, медицинские и физиологические. Если первые три вида достаточно хорошо известны и отражены в литературе, то по поводу физиологических мероприятий ясности нет. Конечно, в какой-то мере они взаимосвязаны с медицинскими и другими мероприятиями, но имеют и свои особенности.

          Что же такое физиологические мероприятия по ускорению процессов восстановления? Их теоретическое обоснование построено на представлениях о физиологических закономерностях спортивной деятельности и функциональных резервах организма.

          Они включают в себя контроль за состоянием функций организма, динамикой работоспособности и утомления в период тренировки и соревнований, а также мобилизацию и использование функциональных резервов организма для ускорения восстановления. Интегральным критерием оценки эффективности восстановительных процессов является уровень общей и специальной работоспособности.

         Все восстановительные мероприятия могут быть разделены на:

• постоянные
• периодические.

            Мероприятия первой группы проводятся с целью профилактики неблагоприятных функциональных изменений, сохранения и повышения неспецифической резистентности и физиологических резервов организма, предупреждения развития раннего утомления и переутомления спортсменов.               

            К таким мероприятиям относятся рациональный режим тренировок и отдыха, сбалансированное питание, дополнительная витаминизация, закаливание, общеукрепляющие физические упражнения, оптимизация эмоционального состояния. Эти мероприятия достаточно хорошо известны, реализуются в спортивной практике и не требуют дополнительного обоснования.

            Мероприятия второй группы осуществляются по мере необходимости с целью мобилизации резервных возможностей организма для поддержания, экстренного восстановления и повышения работоспособности спортсменов.   

           К мероприятиям этой группы относят различные воздействия на биологически активные точки, вдыхание чистого кислорода при нормальном и повышенном атмосферном давлении (гипербарическая оксигенация), гипоксическую тренировку, массаж, применение тепловых процедур, ультрафиолетовое облучение, а также использование биологических стимуляторов и адаптогенов, не относящихся к допингам, пищевых веществ повышенной биологической активности и некоторые другие.

           Часть мероприятий этой группы апробирована и внедрена в практику спорта, в отношении других (особенно фармакологических средств) следует говорить пока с определенной осторожностью. Во-первых, отдельные вещества, не относившиеся ранее к допингам, начинают причислять к последним, а во-вторых, систематическое применение некоторых препаратов может приводить к истощению резервных возможностей организма, снижению его неспецифической устойчивости и возникновению ряда патологических состояний.

             Из числа биологически активных веществ, рекомендуемых для ускорения восстановительных процессов и повышения работоспособности, наибольшее распространение получили растительные стимуляторы и адаптогены (женьшень, элеутерококк, китайский лимонник, заманиха и др.).     

            Они характеризуются широким диапазоном действия, низкой токсичностью, возможностью использования их как в качестве тонизирующих и стимулирующих средств при выполнении ответственных работ, так и с целью ускорения адаптации, повышения общей неспецифической резистентности организма и улучшения восстановительных процессов.

             В экстренных случаях можно рекомендовать препараты, стимулирующего действия, которые быстро снимают усталость, ускоряют восстановление пластических и энергетических процессов и повышают работоспособность; положительное действие при этом появляется лишь на фоне выраженного утомления. К числу таких препаратов относят сиднокарб, биметил, пироцетам, олифен и актовит.

           Они восстанавливают функциональное состояние путем срочной мобилизации сохранившихся резервных возможностей организма. Однако следует иметь в виду, что длительное применение подобных веществ без дополнительного отдыха может приводить к возникновению нежелательных изменений в организме. Поэтому непременным условием достижения благоприятного эффекта является правильный выбор курса приема, а также индивидуализация дозировки в зависимости от функционального состояния организма и характера спортивной деятельности.

             Контроль за восстановлением функций организма и работоспособности - довольно трудная задача, для решения которой требуются подготовленные специалисты, необходимое аппаратурное обеспечение и условия для проведения исследований. Однако существуют рекомендации по использованию более простых методических приемов. В частности, для оценки эффективности восстановления при занятиях оздоровительными физическими упражнениями Е. Г. Мильнер (1985) рекомендует использовать пульсометрию или ортостатическую пробу.

Заключение.

            Процессы, лежащие в основе утомления, многообразны и сложны. Природа утомления до настоящего времени остается недостаточно изученной. Невозможно определенно указать, является ли состояние утомления следствием расходования каких-либо веществ или оно зависит от накопления продуктов обмена, от блокирования определенных этапов распада и ресинтеза энергетически важных веществ, от изменения ритма протекающих процессов (интервала возбуждения), от развития нервного торможения, от каких-либо определенных комбинаций всех этих явлений или других процессов.

          Одни исследователи считают, что процесс утомления развивается в самом периферическом деятельном органе, другие - локализуют этот процесс исключительно в центральной нервной системе, третьи - придают особое значение вегетативной нервной системе. Высказывается мнение, что утомление всего организма зависит от изменений в системе кровообращения, а также целый ряд других сообщений и предположений. Основными причинами, задерживающими развитие знаний о процессах утомления, являются:

1) отсутствие единого  общего понимания этих процессов

2) отсутствие метода, дающего  возможность измерить степень  отклонения функции утомленного  органа от нормы.

           Утомление – процесс, обусловленный временными изменениями состояния периферических рабочих систем, а в ряде случаев, в частности в спорте, - нарушениями относительной стабильности внутренней среды организма. Эти изменения, в свою очередь, поддерживают функциональные изменения в центральной нервной системе. Утомление выражается в появлении чувства усталости, снижении работоспособности, уменьшении мышечной силы, нарушении координации движений.

          Особенно выраженное утомление наступает после выполнения максимальных тренировочных и соревновательных нагрузок. В этом случае частая смена процессов возбуждения и торможения в нервных центрах даже хорошо тренированных лиц утомительна. В нервных клетках при такой деятельности быстро развивается охранительное торможение; сила возбудительного процесса и подвижность нервных процессов при этом уменьшаются. Изменения в нервных центрах сопровождаются изменениями функционального состояния мышц, что еще больше ускоряет нарушение слаженной деятельности организма. Как следствие этого, работоспособность резко падает, и необходим определенный промежуток времени (часто довольно продолжительный) для того, чтобы она полностью восстановилась.

            В развитии утомления, особенно состояний перенапряжения, перетренированности, переутомления, встречающихся довольно часто в спортивной практике, имеют место механизмы нарушения корковой нейродинамики. В частности, происходит разлад моторно-висцеральных интеграции (разрегулирование функций) в результате воздействия неблагоприятного внешнего фактора — чрезмерной мышечной нагрузки, превышающей функциональные возможности организма.

          Максимальная физическая нагрузка, выполненная на фоне утомления от предшествующей мышечной работы, приводит к своеобразной «сшибке» нервных процессов, что ведет к функциональному нарушению деятельности центральной нервной системы — неврозам.

         Именно эти глубокие сдвиги в нейродинамике на фоне утомления при форсированной работе и лежат в основе функциональных расстройств, выражающихся в различных конкретных нарушениях регуляторных механизмов отдельных функций. Данное состояние может также наблюдаться после выполнения однократной чрезмерной физической нагрузки, превышающей возможности организма, у недостаточно тренированных спортсменов или на фоне сниженного функционального потенциала организма после перенесенного в недалеком прошлом заболевания (тонзиллит, грипп, катары верхних дыхательных путей и т. п.), что также часто наблюдается в спортивной практике.

Список литературы

1. Анохин П.К. Принципиальные вопросы общей теории функциональных систем. М.: Медицина, 1971.

2. Солодков А. С., Сологуб Е. Б. Физиология спорта:

Учебное пособие/ СПбГАФК им. П. Ф. Лесгафта. СПб., 1999. 231 с.

3. Коц Я.М. - Спортивная физиология. Учебник для институтов физической

культуры.