2 курс / Нормальная физиология / Методы_исследования_и_фармакологической_коррекции_физической_работоспособности

краткосрочную и долгосрочную работоспособность [Новакатикян А. О., 1982, и др.]. Однако во всех рассматриваемых ти­ пах, классах и видах работоспособности наблюдается много общих моментов в динамике метаболизма, изменениях со­ стояния сложных нервных структур, мышечного утомления, химизма крови и т. д. [Бобков Ю. Г., Виноградов В. М., 1982]. Таким образом, работоспособность —это сложный процесс, который зависит от интеграции и взаимодействия различных систем и органов на различных уровнях организации: от био­ химического и генетического до социального.

Динамика работоспособности зависит от характера и усло­ вий деятельности, а также от физиологических, биологиче­ ских, психологических и других особенностей субъекта [Руд­ ный Н. М., Бодров В. А., 1983, и др.]. Установлено, что рабо­ тоспособность человека (особенно ее максимальные значе­ ния) определяется генотипом, полом, возрастом людей, зави­ сит от климата и сезона года, физической тренированности, условий труда и т. д. Выявлено, что наибольшая работоспо­ собность у людей отмечается в конце лета — начале осени, а наименьшая — зимой [Загрядский В. П., 1972]. Установлено снижение работоспособности на протяжении зимовки на Се­ вере, совпадение сезонных различий работоспособности по фазе в разных географических зонах, но с большим снижени­ ем в северных широтах и в большей степени у южан. Доказа­ ны количественные различия в снижении работоспособности зимой в различных регионах страны: на Чукотке —на 17%, в Андижане —на 10%, а в умеренном климате —на 4—8%. В умеренном климате регистрируется сезонный спад физиче­ ской работоспособности. У мужчин, в среднем, абсолютные величины работоспособности выше, чем у женщин, и они су­ щественно возрастают при физической тренировке как у муж­ чин, так и у женщин. Ряд авторов считают, что на уровень физической работоспособности существенное влияние оказы­ вают возраст и масса тела [Невзоров В. П., Калина Т. С., 1985], по другим литературным данным, величины физиче­ ской работоспособности в среднем почти одинаковы и ста­ бильны в возрастном диапазоне 20—55 лет. Установлено, что возрастные изменения работоспособности не являются линей­ ной функцией возраста и во многом определяются интенсив­ ностью и характером труда [Бузунов В. А., 1985]. В последнее время активно ведутся исследования по выявлению связи ме­ жду биоритмами и работоспособностью человека. Есть мне­ ния, что выработанная всем ходом эволюции временная по­ следовательность физиологических процессов — важнейшая предпосылка хорошего здоровья и высокой работоспособно­

10

сти, которую надо рассматривать с позиций концепции цир­ кадной системы [Агаджанян Н. А., Шабатура Н. Н., 1989]. На основе реальных результатов динамики работоспособности ут­ верждается, что в основе работоспособности лежит колеба­ тельный процесс, протекающий по принципу последователь­ ной смены типов парных взаимодействий; большое значение в достижении адаптированное™ и устойчивой работоспособ­ ности имеет синхронизация физиологических биоритмов [Нетудыхатка О. Ю. и др., 1990, и др.].

Высокая устойчивая работоспособность формируется в хо­ де индивидуальной адаптации организма человека, когда аде­ кватно функционируют его регуляторные механизмы и функ­ циональные системы. Наиболее же общей чертой является из­ менение неспецифической резистентности организма. При этом значительные сдвиги происходят в метаболизме, окисли­ тельных процессах, иммунной системе; активизируется перекисное окисление липидов, изменяется кислородный режим, повышается устойчивость организма к гипоксии; активизиру­ ется эндокринная система, в частности, функции симпатикоадреналовой системы и коры надпочечников; включаются ме­ ханизмы, обеспечивающие взаимодействие иммунной систе­ мы и эндокринного гомеостаза, переход на качественно но­ вый уровень синхронизации процессов, протекающих в на­ званных системах, изменяются обмен микроэлементов, белко­ вая и витаминная обеспеченность организма, содержание ге­ моглобина в крови и железа в плазме крови.

Можно согласиться с мнениями ряда специалистов, что ес­ ли необходимо обеспечить устойчивую работоспособность че­ ловека, то она должна формироваться на возможно большем диапазоне функциональных состояний. На основе современ­ ных исследований работоспособности человека принципиаль­ но показана возможность коррекции работоспособности и разработаны практические мероприятия по ее повышению. Тем не менее до сих пор однозначно не установлены факторы (ключевые звенья), лимитирующие работоспособность чело­ века в тех или иных условиях и приводящие к ее срыву.

Теоретическим обоснованием повышения работоспособно­ сти может служить идея о том, что для достижения адаптации, помимо формирования функциональной системы, необходи­ мо возникновение на клеточном и органном уровне «систем­ ного структурного следа» [Меерсон Ф. 3., 1981]. Суть систем­ ного структурного следа состоит в следующем: в процессе адаптации формируются новые функциональные системы, это ведет к активизации синтеза нуклеиновых кислот и белков, изменению мембранных структур, энергообеспечения и дру­

11

гим процессам, определяющим существование клетки. Благо­ даря существующей взаимосвязи между функцией клетки и ее генетическим аппаратом возникающий комплекс структурных изменений приводит к формированию структурного следа в системе, повышает ее физиологические возможности. После прекращения действия рассматриваемого фактора среды ак­ тивность генетического аппарата клетки снижается, что при­ водит к исчезновению системного структурного следа и к снижению работоспособности. Таким образом, работоспособ­ ность человека — сложное системное образование, испыты­ вающее влияние многих уровней регуляции жизнедеятельно­ сти.

Физическая работоспособность является специальным по­ нятием физиологии труда и спорта, она изучается также и во многих других областях прикладной физиологии и медицины. В последние годы ее исследования все шире внедряются в клиническую медицину.

Физическая работоспособность проявляется в различных формах мышечной деятельности. Ее определение и оценка необходимы при решении следующих практических задач:

1)определение функциональной способности и толерант­ ности к физической нагрузке здоровых и больных лю­ дей;

2)определение профессиональной пригодности человека в видах деятельности, связанных с высокой физической активностью;

3)организация двигательных режимов пациентов лечебных учреждений и центров реабилитации;

4)установление риска заболевания коронарной болезнью;

5)оценка результатов лечения и физической тренировки;

6)проведение врачебной экспертизы;

7)подготовка спортсменов.

Несмотря на весьма широкое использование термина «фи­ зическая работоспособность», общепринятого теоретически и практически обоснованного определения ему пока еще не да­ но. В понятие физической работоспособности, или просто ра­ ботоспособности, вкладывается очень разное по своему объе­ му и смыслу содержание — под физической работоспособно­ стью понимается способность к физическому труду, просто способность к труду, физическая выносливость и т. п.; часто под работоспособностью понимается потенциальная способ­ ность человека проявлять максимум физического усилия в статической, динамической или смешанной работе. В самом общем виде физическая работоспособность прямо пропор­ циональна количеству механической работы, которую человек

12

способен выполнить с требуемым качеством. Поскольку дли­ тельная работа мышц лимитируется доставкой к ним кислоро­ да, общая физическая работоспособность в значительной мере зависит от кардиореспираторной производительности.

Более полное объяснение понятия физической работоспо­ собности дает теория функциональных систем П. К. Анохина. Согласно этой теории организм в зависимости от конкретной цели деятельности срочно формирует конкретную функцио­ нальную систему, обеспечивающую достижение этой цели. Под функциональной системой понимается такое сочетание процессов и механизмов, которое, формируясь динамически в зависимости от особенностей сложившейся ситуации, непре­ менно приводит к конечному приспособительному эффекту, полезному для организма именно в этой ситуации. В каждой функциональной системе выделяются физиологический ре­ зультат (константа) и физиологические механизмы, которые мобилизуются для ее сохранения. Исходя из теории функцио­ нальных систем, физическую работоспособность следует счи­ тать явлением специфическим, имеющим в каждом конкрет­ ном случае свои отличительные признаки и особенности, как и организующаяся для ее обеспечения функциональная систе­ ма. Следуя этому положению, под физической работоспособно­ стью понимается способность человека к выполнению кон­ кретных двигательных задач в заданных рамках внешних усло­ вий.

В свете практической возможности коррекции работоспо­ собности человека актуально заключение о работоспособно­ сти человека как функциональной системе, состоящей из двух основных уровней. Верхний уровень — уровень мотивации и психической регуляции деятельности — программирует содер­ жание предстоящей человеку работы и, вместе с тем, регули­ рует ее выполнение. Он буквально определяет, что и как надо делать. Следующий уровень — биологический — зависит от верхнего уровня, но вместе с тем лимитирует его, определяя закономерности распределения максимумов и минимумов в динамике работоспособности человека [Попов А. К., 1985]. С позиций психологии показаны возможности повышения ра­ ботоспособности, используя все уровни регуляции состояния человека, определяя в качестве ведущего социальный уровень, так как он фактически затрагивает все нижележащие уровни, определяющие работоспособность.

Наиболее полно физическая работоспособность проявляет­ ся в различных видах мышечной деятельности. Для реализа­ ции любой мышечной активности необходимы определенные качества: сила, выносливость, быстрота, ловкость и др. Ины­

13

ми словами, физическая работоспособность — это комплексное понятие, обусловленное рядом факторов, среди которых ос­ новное значение имеют уровень физического развития, со­ стояние здоровья, масса тела, мощность, емкость и произво­ дительность энергетических процессов, состояние нейромышечного аппарата, психическое состояние, мотивация и т. п. Значимость этих факторов в процессе работы определяется ее характером, видом, интенсивностью и продолжительностью.

Физическая работоспособность в основном определяется энергетическими возможностями организма и лимитируется системой транспорта кислорода. Поэтому в более узком смыс­ ле физическую работоспособность понимают как функцио­ нальную способность кардиореспираторной системы. В этом случае физическая работоспособность организма соответству­ ет его аэробной работоспособности (производительности). Именно в таком аспекте и применяется в настоящее время этот термин в физиологии труда и спорта.

Однако в целом, как сказано выше, это понятие более об­ ширно и объективное заключение о физической работоспо­ собности человека может быть дано только после комплекс­ ной оценки всех ее составляющих. С увеличением количества учтенных факторов соответственно повышаются достовер­ ность определения и информативность показателей физиче­ ской работоспособности.

Физическая работоспособность, являясь интегральным по­ казателем, определяется согласованной деятельностью различ­ ных функциональных систем организма. Это взаимодействие достигается в результате регуляторной деятельности централь­ ной нервной системы и высшего ее отдела — коры головного мозга — и обеспечивает тонкое приспособление вегетативных функций к особенностям мышечной деятельности.

У разных лиц развитие отдельных компонентов физиче­ ской работоспособности может резко отличаться в зависимо­ сти от наследственности, профессии, уровня и характера фи­ зической активности, занятий различными видами спорта и т. д. Корреляция между отдельными факторами, обусловли­ вающими работоспособность, варьирует в широких пределах. Наиболее важное значение при проведении физических на­ грузок имеет состояние аэробной и анаэробной мощности ор­ ганизма.

ФИЗИОЛОГИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ ФИЗИЧЕСКОЙ РАБОТОСПОСОБНОСТИ И ДВИГАТЕЛЬНЫХ ТЕСТОВ

Основной двигательный механизм организма — мышцы. Уровень обмена веществ в них изменяется в очень широких пределах. В работающей мышце по сравнению с мышцей, на­ ходящейся в состоянии покоя, интенсивность окислительных процессов возрастает в 50 раз и более. Одновременно большая нагрузка приходится на систему транспорта продуктов обме­ на — тканевую жидкость и кровообращение. Для сохранения химического и физического равновесия к клеткам необходимо доставлять нужное количество питательных веществ и кисло­ рода, а также удалять тепло и конечные продукты обмена ве­ ществ — воду, углекислый газ и др. Поэтому при интенсивной нагрузке способность противостоять утомлению во многом за­ висит от состояния систем кровообращения и дыхания.

Механизм превращения энергии в организме заключается в следующем. В самой мышечной клетке превращение энергии в мышечное сокращение обеспечивается аденозинтрифосфорной кислотой (АТФ) и креатинфосфатом (КФ) путем присое­ динения или отщепления фосфатных групп. Под влиянием нервного импульса АТФ расщепляется до аденозиндифосфорной кислоты (АДФ) и фосфатной группы (Ф). При этом осво­ бождается энергия (8 ккал), часть которой трансформируется в мышечное сокращение. Этот процесс схематически можно изобразить так:

АТФ	нервный импульс
	------------------------------ >АДФ + Ф + свободная энергия.

фермент аденозинтрифосфатаза

Однако запас АТФ в мышцах невелик, и для поддержания активности мышц на определенном уровне необходим быст­ рый ресинтез АТФ. Ресинтез происходит в процессе рефосфо­ рилирования при соединении АДФ и фосфатов, прежде всего, КФ:

АДФ + КФ < > креатин + АТФ.

Концентрация в мышцах КФ в 3—4 раза больше по срав­ нению с концентрацией АТФ. Поэтому умеренное (на 20— 40 %) снижение содержания АТФ сразу компенсируется за счет КФ. Истощение запасов КФ зависит от величины физи­

15

ческой нагрузки. При работе с максимальной интенсивностью запасы КФ расходуются в первые 20—40 с. После этого осво­ бождающиеся фосфатные группы соединяются с гликогеном или глюкозой, и включается следующий источник энергооб­ разования —анаэробное окисление гликогена (гликолиз). Анаэробное окисление гликогена происходит благодаря нали­ чию специального кофермента — никотинамидадениндинуклеотида. Этот процесс более длителен и достигает максимума примерно в конце первой минуты максимальной работы. В результате реакции гликолиза образуется молочная кислота и восстанавливается АТФ:

(гликоген или глюкоза) + Ф + АДФ -> молочная кислота + АТФ.

В анаэробных условиях активность мышечных клеток не может быть длительной. Она лимитируется возрастанием кон­ центрации молочной кислоты, а также исчерпанием запасов гликогена или глюкозы. Анаэробные возможности проявля­ ются в кратковременной мышечной работе максимальной ин­ тенсивности, когда невозможна доставка требуемого количе­ ства кислорода к работающим мышцам. Анаэробная произво­ дительность организма наиболее полно характеризуется пока­ зателями максимального кислородного долга и максимума на­ копления молочной кислоты (лактата) в крови.

В аэробных условиях присоединение фосфатной группы происходит в присутствии кислорода, поэтому данный про­ цесс называется окислительным фосфорилированием:

(гликоген и свободные жирные кислоты) + Ф + АДФ + 0 2 -> АТФ +С 02 + Н20.

Аэробные возможности организма проявляются в упражне­ ниях большой и умеренной интенсивности, когда в процессе работы полностью покрывается кислородный запрос мышц. В таких условиях при равномерной нагрузке, как правило, дли­ тельно сохраняется уровень потребления кислорода.

Не более 1—2 мин могут выполняться нагрузки субмакси­ мальной мощности (80—90 % МПК), характеризующиеся ана­ эробным типом обмена, когда наибольшая часть кислородно­ го запроса потребляется не во время работы, а в восстанови­ тельном периоде. Около 30 мин может совершаться работа при полном использовании аэробной способности организма (70—80 % МПК). Образующаяся при этом значительная ки­ слородная задолженность требует предоставления перерывов для отдыха, сопоставимых с длительностью работы. При этом важно, чтобы к началу следующего эпизода нагрузки кисло­

16

родный долг был полностью ликвидирован. Работа большой мощности (50—70 % МПК) может выполняться здоровыми людьми в интервале от 30 мин до нескольких часов и может выполняться лишь эпизодически. Работа умеренной мощно­ сти (25—50 % МПК) достаточно широко представлена в дея­ тельности людей физического труда, может выполняться в те­ чение нескольких часов, но также эпизодически, при предос­ тавлении во время рабочего периода кратковременных пауз для отдыха. Фактором, ограничивающим возможную длитель­ ность таких работ, является не столько величина кислородно­ го долга, сколько снижение углеводных ресурсов или наруше­ ния теплового состояния (перегрев). Работы низкой интен­ сивности (менее 25 % МПК) могут совершаться в течение 8—

18ч.

Таким образом, для профессиональной деятельности чело­

века в большинстве случаев характерны в основном нагрузки малой мощности и лишь эпизодически (у людей физического труда) — умеренной и большой. Но под влиянием факторов астенизации, заболеваний сердечно-сосудистой и дыхательной систем индивидуальные величины МПК снижаются пропор­ ционально выраженности этих факторов. Соответственно обычные нагрузки становятся трудновыполнимыми или невы­ полнимыми для конкретного индивида. Подобный же сдвиг может иметь место и у здоровых людей, выполняющих работу в осложненных условиях (гипоксия, гипертермия и т. д.), ко­ гда функция кардиореспираторной системы уже предельно мобилизована при нагрузках значительно меньшей интенсив­ ности.

Основные функциональные и биохимические сдвиги после физической нагрузки разной мощности в точке утомления представлены в табл. 1.

При работе максимальной мощности утомление связано с несостоятельностью центрального механизма организации и координации движений такого темпа: происходит самоогра­ ничение интенсивности потока импульсов с помощью корот­ коаксонных вставочных нейронов ГАМКергической природы, торможения передачи сигналов в синапсах вследствие тормоз­ ных пресинаптических рецепторов, остаточной деполяриза­ ции электровозбудимых мембран и развития парабиоза. При работе субмаксимальной мощности основную роль в генезе утомления играет дальнейшая неспособность организма ком­ пенсировать изменения как местного (в работающих мыш­ цах), так и общего гомеостаза (выраженная лактацидемия, ацидоз, гипогликемия, обеднение запасов гликогена в мыш­ цах и печени, снижение ударного объема сердца). При работе

17

Т а б л и ц а 1 . Основные функциональные и биохимические сдвиги по­

сле физической нагрузки разной мощности в точке утомления (по Боб­ кову Ю. В. и др., 1984)

18

большой мощности скорость развития утомления зависит от состояния кардиореспираторной системы и способности орга­ низма длительно компенсировать нарастающие сдвиги ки­ слотно-основного состояния, гипогликемию, нарушения тер­ морегуляции.

При работе умеренной мощности развивающееся утомле­ ние связано с истощением углеводного резерва и нарушением питания мозга, накоплением метаболитов и ухудшением функции митохондрий, нарушениями терморегуляции и спо­ собности поддерживать гомеостатические механизмы. С ис­ черпанием этой способности, в том числе резервов кардиорес­ пираторной системы, и связаны невозможность дальнейшего выполнения и прекращение работы.

Процесс восстановления работоспособности после нагру­ зок протекает по типу гармонической кривой, когда фазы прироста работоспособности (суперкомпенсация) чередуются с фазами повторного ее снижения. Фазы метаболической су­ перкомпенсации характеризуются, прежде всего, сверхвосста­ новлением энергетического потенциала организма, в частно­ сти содержания гликогена в мышцах и печени, эффективно­ сти продукции АТФ митохондриями.

Восстановление мощности окислительного фосфорилиро­ вания, сниженной в состоянии утомления, представляет со­ бой основную задачу периода восстановления. Это объясняет­ ся необходимостью значительных энергетических затрат на различные восстановительные синтезы: ферментов и струк­ турных белков, фосфолипидов мембран, гормонов, гликогена и др. Все эти синтезы при развитии утомления подавляются вследствие дефицита энергии [Меерсон Ф. 3., 1981]. В резуль­ тате накопления гидроперекисей липидов нарушается струк­ тура митохондриальных мембран, нарастает разобщение окис­ лительного фосфорилирования.

Таким образом, замыкается порочный круг, который игра­ ет большую роль в механизме утомления: поскольку энергия используется в основном для выполнения работы, ее начинает не хватать для обеспечения восстановительных синтезов, в том числе компонентов митохондрий, а это в свою очередь приводит к снижению ресинтеза АТФ и к дальнейшему уве­ личению дефицита энергии.