Особенности физиологических сдвигов при статических усилиях

Особенности физиологических сдвигов при статических усилиях

Под статическими усилиями понимают длительное непрерывное напряжение, как отдельной группы мышц, так и общее напряжение многих групп мышц, обеспечивающих сохранение позы при различных видах деятельности (при двигательной работе, рабочей позу в труде, общих напряжениях при выполнении физических упражнений и др.). Сохранение однообразной позы более утомительно, чем выполнение динамической работы. Это связано с работой нервных центров, которая характеризуется непрерывным возбуждением ограниченных групп нервных клеток. При этом отмечается дезорганизация их активности; нарастает возбуждение, которое, в конце концов, вызывает охранительное торможение, и статическое напряжение уменьшается и прекращается.

Постоянное напряжение мышц затрудняет кровообращение и дыхание в напряженных мышцах и мешает активизации текущего восстановления. Статические усилия часто связаны с натуживанием, при котором затрудняется продвижение крови через легкие и возникает дополнительная нагрузка на правое сердце.

Такая координация движений на фоне сохранения общей позы, особенно напряженной, требует большой тренировки. Чрезмерные усилия приводят к перенапряжению.

Перенапряжение (острое утомление) возникает при выполнении динамических физических нагрузок и статических напряжений, не соответствующих уровню физической подготовленности человека (особенно часто оно возникает на фоне имеющего место переутомления). При статических усилиях может возникнуть острая сердечная недостаточность, нарушение координации в регионарном кровообращении, одышка, цианоз, расстройство координаций движений.

Острое утомление возникает при работе значительной интенсивности, несоответствующей уровню непосредственной готовности к выполнению упражнения и предварительной подготовленности организма.

Ведущим фактором в возникновении физиологических сдвигов является нарушение в функции ЧНС, центры которой, в результате срочности мобилизации, не обеспечивают постоянного развития активности и координации деятельности органов и систем. Уменьшается подвижность нервных процессов и развивается торможение в нервных центрах, возникающее под влиянием высокого ритма и темпа афферентных раздражений, связанных с интенсивными мышечными сокращениями. Возможны «сшибка» нервных процессов и возникновение запредельного торможения. Запаздывает также активизация функции желез внутренней секреции. В результате вегетативные системы не выполняют своей роли в обеспечении организма питательными веществами и восстановления работающего организма. Недостаток в потреблении О и кислородный долг в организме резко увеличиваются. Сердечно-сосудистая и дыхательная системы не обеспечивают кислородный запас организма. Быстро накапливаются продукты обмена и, в частности, молочная кислота. В этих условиях в связи с перенапряжением сердца и неадекватным изменением тонуса сосудов может развиться коллапс.

У нетренированных лиц состояние острого утомления может развиться и на ранних этапах длительной физической нагрузки в результате резкого срыва регуляторных механизмов и истощения резервов восстановления в органах и системах организма.

Острое утомление быстрее развивается при высокой температуре и влажности окружающей среды. При этом усиливается потоотделение, что приводит к потере организмом хлоридов и изменению количественного соотношения ионов натрия, калия, кальция, хлора и фосфора в крови и тканях тела. Острое утомление у лиц старшего возраста переносится тяжело, а восстановление затягивается и требует особых лечебных мероприятий.

Хроническое утомление

Хронической утомление – результат кумуляции сдвигов в нервно-мышечной и вегетативной системах организма, возникающих при многократной утомительной работе. Оно может возникать как результат систематического недовосстановления при общей и при локальной нагрузке. Ведущими явлениями, характеризующими хроническое утомление, служит расстройство управляющей функции ЦНС и проявляется в неспособности организма к мобилизации усилий, прогрессирующему снижению общей работоспособности и расстройстве координации при сложных общих и локальных движениях.

Отмечаются также тахикардия, повышение минимального артериального давления, снижение потребления кислорода на 1 кг массы тела, потливость.

При сохранении способности к осуществлению старых автоматизированных навыков отмечается неспособность к усвоению новых полезных навыков и действий. В дальнейшем наступает расстройство и старых закрепленных навыков и действий. Физиологическая основа этого явления – нарушение баланса возбудительно-тормозных нервных процессов. Возможно, снижение способности сохранять концентрацию внимания и бдительность в условиях труда и в быту, бессонница. Устойчивость организма к неблагоприятным факторам окружающей среды уменьшается. Человек легко заболевает. Восстановление организма после нагрузок затягивается.

При мышечной деятельности может возникать утомление, характеризующееся комплексом изменений в состоянии различных функций организма. Степень выраженности этих изменений, в том числе чувства усталости, тем больше, чем интенсивнее и продолжительнее была проделанная работа.

 

 

 

 

 

 

 

Определение и основные показатели утомления.

Утомлением называется особое состояние, возникающее как следствие работы и проявляющееся в ухудшении двигательных и вегетативных функций и их координации, понижении работоспособности и появлении чувства усталости. Это состояние имеет временный характер и исчезает через некоторое время после прекращения работы, т.е. во время отдыха.

Внешние проявления мышечного утомления разнообразны. Они зависят от характера выполняемых физических упражнений, особенностей внешней среды и личных индивидуальных особенностей спортсменов. К внешним проявлениям утомления, часто встречающимся в спорте, относятся: нарушение координации движений, падение производительности работы, одышка, чрезмерная потливость, покраснение кожных покровов и др.

Эти внешние проявления обусловлены как ухудшением работы периферических органов, так и расстройством координации их деятельности нервной системой.

Изменение координации функций периферических органов, возникающее через некоторое время после начала работы происходит в одних случаях еще до снижения работоспособности исполнительных аппаратов и представляют собой как бы профилактическое мероприятие, позволяющее более длительно сохранить высокую эффективность работы. В других случаях оно наступает вследствие расстройства функций нервной системы, которое бывает при сильном утомлении.

Ухудшение функций периферических органов при работе, возникающее в результате неполноценной нервной регуляции, может проявляться в различных формах. Во-первых, могут снижаться показатели деятельности различных органов и систем органов (например, уменьшаются минутный объем легочной вентиляции, минутный объем крови, потребление кислорода). Во-вторых,

вследствие нарушения координации может наблюдаться более высокая, чем необходимо, степень мобилизации функций периферических органов. Это выражается в меньшей экономичности работы различных систем организма, в особенности при перерасчете затраченной энергии на 1 кг веса тела, на 1 м пройденной дистанции или на 1 единицу времени.

В целях сохранения работоспособности периферических исполнительных аппаратов нервная система может изменять формы координации их деятельности: заменять работу одних мышечных элементов другими, уменьшать глубину дыхательных движений и т.д.

Сочетание разных показателей утомления. В зависимости от вида работы и состояния различных функций организма наблюдается разное сочетание показателей утомления. В одних случаях отмечаются и снижение функций периферических органов, и ухудшение координации нервной системой их деятельности, и понижение производительности работы, и ощущение усталости. В других случаях могут быть только один или два из этих общих показателей утомления. Например, если выполняется интересная работа, то при наличии ряда может отсутствовать субъективная сторона утомления – чувство усталости, которое во многих случаях может обнаруживаться значительно раньше возникновения объективных признаков ухудшения вегетативных и двигательных функций организма и снижения работоспособности.

При циклической длительной работе с предельной или со значительной интенсивностью ухудшается в результате развития утомления состояние ряда периферических органов, менее совершенной становится деятельность нервной системы, что приводит к нарушению нормальной координации двигательных и вегетативных функций, снижается производительность работы, возникает чувство усталости. При аналогичной же длительной работе малой мощности производительность работы может остаться той же, хотя при этом нарушаются некоторые показатели структуры движений, изменяется деятельность отдельных вегетативных органов и возникает ощущение усталости. Это наблюдается, например, при многочасовых передвижениях с небольшой скоростью.

Утомление и состояние энергетических ресурсов. Несмотря на то, что утомление приводит к временному снижению работоспособности, оно имеет важное биологическое значение, являясь сигналом о частичном истощении ресурсов.

Снижение или прекращение деятельности скелетных мышц, сердца, желез внутренней секреции и других органов происходит всегда при наличии еще некоторого остаточного запаса энергетических и других веществ. Это связано с тем, что как полное, так и частичное, но резкое снижение содержания этих веществ может вызвать перерождение, а в некоторых случаях даже гибель определенных клеток организма. Утомление при работе возникает еще при наличии значительных резервов, приводя к снижению или прекращению деятельности. Эти резервы частично используются человеком в экстренных случаях, например финишном ускорении.

Первичные и вторичные проявления утомления. Поскольку в организме все проявления деятельности обусловлены одновременным вовлечением в работу целого ряда органов и систем органов, т.е. являются системными, нарушение тех или других функций при развитии утомления наблюдается в показателях работы многих органов.

Ухудшение функции того или другого органа может быть как первичным, так и вторичным. Первичное снижение функций характеризуется тем, что орган начинает работать менее интенсивно вследствие изменений, возникающих непосредственно в нем самом. Например, некоторые мышечные волокна не способны длительно поддерживать сокращение и расслабляются даже в том случае, когда в них продолжают поступать импульсы из центральной нервной системы. При вторичном снижении функций та же мышца, даже если она

полностью сохранила свои свойства, начинает плохо сокращаться в результате ухудшения регуляции ее деятельности центральной нервной системой.

Начало утомления обусловлено большей частью первично возникающими изменениями в состоянии некоторых органов. При продолжении работы снижение функций многих систем органов вызывается уже вторичным путем. Например, при длительной мышечной работе таким вторичным путем может ухудшаться как состояние самих мышц и вегетативных систем органов, так и нервная регуляция их деятельности.

Поскольку при мышечной работе в деятельность вовлекается большинство систем органов, то развитие утомления характеризуется причудливым сочетанием и первично и вторично вызванных изменений деятельности разных органов. Вследствие этого в ряде случаев очень сложно отличить первично возникающие изменения от вторичных. Иногда такая дифференциация возможна. Так, в горах первичной причиной, вызывающей возникновение у спортсменов утомления, является гипоксия, которая ухудшает возможность доставки кровью кислорода тканям организма. При низком уровне тренированности утомление первично проявляется в виде недостаточной деятельности сердца и неполноценного перераспределения крови и т.д.

Ярким примером значения первичных изменений вегетативных процессов для вторичного вызова ухудшения деятельности нервной и других систем является изменение содержания глюкозы в крови. Большое потребление во время длительной интенсивной мышечной работы (бег, плавание и др.) глюкозы через некоторое приводит к снижению содержания ее в крови. Это снижение вторичным путем ведет к ухудшению состояния мозга, весьма чувствительного к понижению сахара в крови. В свою очередь, ухудшение состояния мозга может нарушить координацию самых различных двигательных и вегетативных функций, снижая тем самым эффективность выполнения физических упражнений. Таким образом, первичные изменения какой-либо одной вегетативной функции приводят к нарушению функций целого ряда органов и систем органов.

Во многих случаях, в частности при значительных по мощности усилиях, первичное утомление возникает в результате ухудшения функционального состояния самих мышц. Некоторым функциональным единицам в мышце свойственна высокая степень утомляемости, и они могут выключаться из деятельности спустя весьма короткое время после начала напряжения. Вследствие этого сила данной мышцы может быстро снижаться, иногда даже на протяжении нескольких секунд. Так, при статических усилиях с большим отягощением деятельность некоторых функциональных единиц прекращается через относительно короткое время. Поэтому спустя несколько секунд поддержание усилия становится невозможным (например, удержание штанги, угла на кольцах).

При возникновении утомления снижаются сила и скорость сокращения мышц, затягивается фаза расслабления, повышаются пороги возбудимости, снижается коэффициент полезного действия мышечного сокращения. При сильной же степени утомления после прекращения сокращения может наблюдаться неполное расслабление мышечных волокон, так называемая остаточная контрактура.

Важнейшая роль при утомлении принадлежит процессам, протекающим в центральной нервной системе. Деятельность нервной системы, как и других систем организма, может ухудшаться как первично, так и вторично.

При умственной работе, при трудных для спортсмена ситуациях, при боязни соперников и в некоторых других случаях изменения деятельности нервной системы являются первичным фактором, вызывающим утомление. Вторично деятельность нервной системы угнетается при увеличении в крови содержания недоокисленных продуктов обмена веществ, гипоксии, гипогликемии, изменений содержания гормонов в крови и т.д. В результате ухудшаются программирование и координация двигательных и вегетативных функций, что приводит к снижению производительности работы спортсмена и возникновению чувства усталости.

Каждая клетка, каждый орган обладают способностью в известной мере противостоять утомлению. Но особая роль в этом отношении принадлежит нервной системе, которая, программируя и координируя все двигательные и вегетативные функции, может варьировать формы координации, заменяя в работе утомленные клетки и органы неутомленными или менее утомленными,

повышать степень мобилизации ресурсов в работающих органах и тканях и т.д. Вследствие этого значительно отдаляется момент возникновения утомления и снижения работоспособности.

Преодолеваемое (скрытое) утомление. Смена форм координации движений ярко проявляется в ряде циклических упражнений: плавании, беге на коньках и др. В этих упражнениях, например, через некоторое время после начала отмечается даже при неизменной скорости плавания учащение темпа и уменьшение длины преодолеваемого расстояния при каждом гребке, т.е. возникает новая форма координации (В.С.Фарфель). В результате уменьшение длины гребков компенсируется учащением их и общая скорость передвижения остается прежней. Снижение же скорости движения начинается лишь тогда, когда учащение темпа уже не компенсирует уменьшение гребка или когда темп также начинает урежаться. Примечательно, что учащение темпа и уменьшение гребка возникает еще задолго до того времени, когда для спортсмена становится невозможным сохранять исходные величины этих показателей. Следовательно, такое рано возникающее изменение координации движений имеет профилактический характер, направлено на предупреждение или задержку развития явлений утомления.

Изменение координации двигательных и вегетативных функций, обусловливающее задержку развития утомления и протекающее без снижения эффективности работы (например плавание, бег, гребля) квалифицируется как проявление преодолеваемого (скрытого) утомления.

В физиологическом механизме возникновения преодолеваемого утомления важная роль принадлежит условным рефлексам и развитию экстраполяции. Благодаря им, хорошо тренированный человек значительно лучше использует возможности организма в отношении смены форм координации двигательных и вегетативных функций для предотвращения или отсрочки развития утомления.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Восстановление и использование закономерностей в планировании тренировок

 

После  окончания   мышечной  работы  наступает  восстановительный,   или

послерабочий,  период.  Он  характеризуется   степенью   изменения   функций

организма и временем, которое необходимо для их восстановления до  исходного

уровня. Изучение восстановительного периода необходимо  для  оценки  тяжести

конкретной работы, определения  ее  соответствия  возможностям  организма  и

установления   длительности необходимого отдыха.

Биологическая   роль   послерабочего   периода   состоит   не   только   в

восстановлении  уровня  измененных   функций   и   энергетических   ресурсов

организма, но и  в  функциональных  и  структурных  перестройках,  т.  е.  в

формировании эффекта тренированности.

Восстановительный период рассматривают как  конструктивный.  В  это  время

возникает суперкомпенсация в процессах обмена веществ в гладкой и  скелетной

мускулатуре.  Явление  суперкомпенсации  проявляется  в  большем  накоплении

энергетических  резервов  в  скелетных  мышцах,  в  накоплении  пластических

материалов, обуславливающих их гипертрофию. Все эти изменения –  непременное

условие  повышения  функциональных  возможностей   организма,   составляющее

содержание  состояния  тренированности.   Возникновение   функциональных   и

морфологических  изменений  в  организме  под  влиянием  нагрузки,   которые

реализуются   в   восстановительном   периоде,   -   условие   развития    и

совершенствования организма человека.

Физиологические механизмы восстановления.

В период восстановления развертывается своеобразный спектр различных

реакций. Последействие работы характеризуется усилением кровообращения, повышением температуры. Известно, что природа восстановительного периода с точки зрения физиологического механизма заключается в так называемых следовых явлений в

тканях и центральной нервной системе. Следовые процессы – это общее

свойство функционирования различных структур живого организма. Они

достаточно полно представлены на различных “этажах” организации мышечной и

нервной ткани. Принципиальная сущность следовых явлений в центральной

нервной системе и в тканях вскрыта в трудах И. М. Сеченова, И. П. Павлов,

Н.Е. Введенского.

 Развивая положения  своих учителей, А. А. Ухтомский сравнивал  одиночный

нервный импульс с кометой, хвост которой тянется после прохождения головной

части. Этот “хвост” – следовый процесс – неоднороден. Для него характерны

фазные изменения возбудимости. Они определяют судьбу последующей реакции

ткани. При оптимальных раздражениях каждая “волна возбуждений наиболее

полно утилизирует положительное последействие предшествующей волны”. Важно

и другое принципиальное положение. Следовые реакции могут смещаться в

процессе деятельности, в ходе выполнения рабочего движения.

 В учении о доминанте  следовым явлением отведена заметная  роль. Для

понимания следовых реакций в условиях мышечной деятельности важно

представление о доминанте как функциональном объединении, состоящем не

только из коркового, но и субкортикальных, вегетативных и гуморальных

компонентов. Одной из основных черт доминанты является инертность, т. е.

способность удерживать и продолжать начавшееся возбуждение и тогда, когда

первоначальный стимул к возбуждению миновал. Оказалось, что сохранение

доминантных свойств очагом возбуждения в сенсомоторной области после

выключения раздражения, вызвавшего доминанту, нередко достигает 20-30 мин.

Таким образом следовый процесс, созданный доминантным очагом, может быть

достаточно стойким и инертным, что позволяет удерживать возбуждение и

тогда, когда источник раздражения удален.

 Для объяснения механизмов  следовых реакций в нервной  системе нередко

используют представления о циркуляции (ревербации) импульсов в цепях

нейронов. По мнению Л. Л. Воронина (1964), гипотеза о циркуляции импульсов

находит подтверждение в исследованиях на разных уровнях нервной системы, в

том числе и в коре головного мозга.

 Следовые  реакции  в  коре  больших  полушарий  были  широко  изучены  при

исследовании феномена последовательной  индукции.  Известно,  что  под  этим

понимается  возникновение  противоположного  по  знаку  нервного   процесса,

следующего  за  окончанием  действия  раздражителя.  Следовый  процесс   мог

характеризоваться “положительной фазой  индукции”  (положительная  индукция)

или  “отрицательной  фазой  индукции”  (отрицательная  индукция).   И   хотя

представления И. П.  Павлова  о  механизме  индукции  как  движении  нервных

процессов в коре головного

 

 

 

                                                    4

мозга  не  соответствуют  современным   данным,   некоторые   закономерности

отмеченного  феномена  представляют  интерес  для  характеристики   следовых

процессов. Оказалось, что как положительное, так и отрицательное  проявление

индукции находится в зависимости от силы первичного нервного процесса и  его

концентрации. Так, при слабом тормозном процессе,  а  также  при  чрезмерной

его  концентрации  трудно  получить  достаточно  выраженный  эффект  в  виде

положительной индукции. Необходим какой-то  оптимум  интенсивности  нервного

процесса,  чтобы  наблюдать  индукционное  последействие.   Таким   образом,

отмечены временный. Преходящий характер следовых реакций, зависимость их  от

упроченности основных нервных процессов.

 Для понимания природы  восстановительного периода представляет  интерес  так

называемое трофическое направление в  изучении  процессов  последействия.  В

1890  г.  И.  П.  Павлов  опубликовал  статью  “Баланс   азота   в   слюнной

подчелюстной  железе  при  работе  (материалы  к  учению  о   восстановлении

функционирующей железистой  ткани)”.  В  ней  великий  физиолог  вскрыл  ряд

интересных закономерностей, не потерявших значения и в настоящее время.  Вот

некоторые из них:

 

               1. В работающем  органе  наряду  с  процессами  разрушения  и

истощения происходит процесс восстановления.  Причем  в  противовес  прежним

представлениям К. Бернара (1878) он наблюдается не  только  после  окончания

работы, но и, главное, уже в процессе деятельности;

 

                2. Взаимоотношения истощения и  восстановления  определяются

интенсивностью  работы:  во  время  интенсивной   работы   восстановительный

процесс не в состоянии  полностью  компенсировать  расходы  железы,  поэтому

полное возмещение потерь наступает позднее, во время отдыха;

 

               3.Восстановление израсходованных  ресурсов  происходит  не  до

исходного уровня, а с некоторым избытком (явление избыточной компенсации).

 Исследуя последействие  утомительных мышечных нагрузок, Н. Н.  Яковлев  “на

биохимическом уровне” подтвердил  положение  И.  П.  Павлова  о  возможности

сверхвосстановления источников энергии в период отдыха.  Он  установил,  что

после мышечной  работы  на  определенных  этапах  восстановления  отмечается

суперкомпенсация гликогена.

 

                   Основные закономерности восстановления.

 

 Восстановление функций  после работы характеризуется  рядом существенных

особенностей, которые определяют не только процесс восстановления, но и

преемственную взаимосвязь с предшествующей и последующей мышечной

деятельностью, степень готовности к повторной

 

 

 

                                                    5

работе. К числу таких особенностей следует отнести: 1) неравномерное

течение восстановительных процессов;

                            2) фазность восстановления мышечной

работоспособности;

                            3) гетерохронность восстановления различных

вегетативных функций;

                            4) неодновременное восстановление  вегетативных

функций, с одной

                                стороны, и мышечной работоспособности, с

другой.

 

 Неравномерность восстановительных  процессов. Согласно А. Хиллу, процесс

восстановления, в частности ликвидация кислородной задолженности, имеет

экспоненциальный характер. Причем вначале восстановления идет быстро, а

затем медленно (“ползком”). В наиболее отчетливой форме подобный двухфазный

период восстановления выражен после тяжелой работы; после умеренной работы

ликвидация кислородного долга носит, как правило, однофазный характер, т.

е. имеет место только фаза быстрого восстановления потребления кислорода к

исходным данным.

 По А. Хиллу, подобное  фазное восстановление – результат  влияния двух

факторов:

1) несоответствия между  кислородным запросом в период  восстановления и

    интенсификацией  функции кровообращения. После работы  происходит быстрое

    восстановление  сердечно – сосудистой системы  и снабжение кислородом

    становится неадекватным  потребностям в нем – ликвидация  кислородного

    долга заменяется;

2) поведения молочной  кислоты. Первая, быстрая, фаза ошибочно  связывалась

    с процессом  окислительного ресинтеза молочной кислоты в мышцах, вторая,

    медленная, - с окислительным удалением молочной кислоты,

    диффундировавшей из мышцы.

 В настоящее время  неравномерное восстановление функций  прослежено не

только по величине потребления кислорода, но и по величине других

послерабочих реакций. Оказалось, что фазность восстановления зависит и от

тяжести работы, и от характера мышечной деятельности (динамические

упражнения различной интенсивности, статические и силовые упражнения). Так

после выполнения упражнений максимальной интенсивности за первые 5 мин.

ликвидация кислородного долга происходила почти в пять раз быстрее, чем за

последующие 13 мин. периода восстановления.

 Таким образом неравномерность восстановления вегетативных и двигательных

функций составляет отличительную черту восстановительного процесса.

 

 

 

                                                  6

 Фазность восстановления мышечной работоспособности. Существенной

особенностью восстановительного периода является фазный характер

восстановления мышечной работоспособности.Первые исследования фазного

характера восстановления работоспособности относятся к 20-м годам нашего