Глава 1
ФИЗИОЛОГИЧЕСКАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА МЫШЕЧНОЙ ДЕЯТЕЛЬНОСТИ
Число движений, которые совершаются во всех видах спорта, настолько велико, что описать все движения и дать им физиологическую характеристику не представляется возможным. Однако существуют основные критерии, по которым можно классифицировать упражнения.
Энергетические критерии - по преобладающим источникам энергии (аэробные и анаэробные) и по уровню энерготрат (единичным - ккал в I с и суммарные, на всю выполненную работу).
Биомеханические - по структуре движений упражнения циклические, ациклические и смешанные.
Критерии предельного времени работы - по зонам относительной мощности.
Критерии ведущего физического качества - упражнения силовые, скоростные, скоростно-силовые, упражнения на выносливость, координационные или сложно-технические (А.С. Солодков, Е.Б. Сологуб, 2001).
Общепринятой в настоящее время считается классификация физических упражнений, предложенная B.C. Фарфелем (1970), по которой принято группировать виды спорта по особенностям выполняемых движений.
Таким образом, физиологическая характеристика движения в спорте построена на основе классификации, в которой учитываются:
1) особенность режима работы мышц;
2) структурность движения;
3) мощность выполняемой работы;
4) двигательные качества, развиваемые под влиянием работы.
По режиму работы мышц все движения в спорте подразделяются на динамические и статические. Деление работы на динамическую и статическую условно. Целостному организму не свойственна чисто динамическая или статическая работа мышц. В действительности при любой двигательной деятельности одни мышцы выполняют динамическую работу, другие - статическую.
Динамические движения перемещают тело в пространстве или части тела относительно друг друга. Мышцы при этом находятся преимущественно в изотоническом режиме (укорачиваются без проявления напряжения). Физиологическая характеристика динамических движений будет дана несколько ниже.
Статическая работа обеспечивает создание определенной позы тела, т.е. мышцы удерживают части тела в определенном положении относительно друг друга. В этом случае мышцы пребывают в изотермическом режиме, т.е. преимущественно напрягаются не укорачиваясь.
Статические упражнения характеризуются феноменом Лингарда. Он заключается в том, что усиление дыхания и кровообращения при статических усилиях происходит не столько во время выполнения работы, сколько после нее. Причину возникновения «феномена статического усилия» объясняют большим напряжением мышц, в результате которого наступает сжатие кровеносных сосудов, уменьшение кровоснабжения и поступления кислорода к мышцам. После выполненной работы восстанавливается кровоснабжение мышц, продукты анаэробного распада (молочная кислота и др.) всасываются в кровь и стимулируют нервные центры дыхательной и сердечно-сосудистой систем, вызывая усиление их функционирования. Статическое усилие зачастую сопровождается явлением натуживания, т.е. остановкой дыхания, повышением внутригрудного давления, уменьшением притока крови к сердцу. Повышение в крови концентрации СО2 увеличивает функциональную деятельность сердечно-сосудистой и дыхательной систем в восстановительном периоде.
Возникновение феномена статического усилия связано с явлениями взаимной индукции возбуждения и торможения в нервных центрах. Длительное возбуждение двигательной зоны коры больших полушарий в результате отрицательной индукции угнетает центральные механизмы, регулирующие дыхание и кровообращение. Прекращение статического напряжения (по типу последовательной индукции) сопровождается возбуждением ранее заторможенных центров дыхания и кровообращения.
Динамическая и статическая работы обычно сосуществуют и дополняют друг друга. Статически работающие мышцы обеспечивают исходное положение тела, на базе которого выполняется динамическая работа. Переход от одного положения к другому также происходит посредством движений. В естественных условиях, таким образом, мышечная деятельность протекает в ауксотоническом режиме, т.е. развиваются обе формы механической реакции мышц напряжение и укорочение.
По структурности движения физические упражнения подразделяются на четыре вида: циклические, ациклические, смешанные и нестандартные, или ситуационные, движения.
1. Циклические движения (ходьба, бег, бег на коньках и ходьба на лыжах, гребля, езда на велосипеде) имеют общие черты:
а) многократность повторения одного и того же цикла, состоящего из нескольких фаз;
б) все фазы движения одного цикла последовательно повторяются в другом цикле;
в) последняя фаза одного цикла является началом первой фазы движения следующего цикла;
г) в основе циклических движений лежит безусловный ритмический двигательный рефлекс, проявляющийся автоматически.
2. Ациклические движения характеризуются законченным однократным циклом, состоящим из одной или нескольких фаз движений. Ациклические движения отличаются максимальной силой и скоростью сокращения мышц (прыжки, метание, поднимание тяжестей) или тонкой их дозировкой в прицельных действиях (стрельба, броски на меткость). Эта особенность ациклической работы определяет ее специфические требования к функциям организма.
3. Смешанные движения состоят из циклических и ациклических движений (упражнений), таких как прыжок с разбега. В этом случае для осуществления ациклического упражнения - прыжка - необходимо, затормозив, подавить ритмический двигательный рефлекс.
4. Нестандартные, или ситуационные, движения – спортивные игры (баскебол, волейбол, теннис, футбол, хоккей и др.) и единоборства (бокс, борьба, фехтование). К этой же группе относят кроссы из-за большой сложности профиля современных трасс. Для этих движений характерны: переменная мощность работы (от максимальной до умеренной или полной остановки спортсмена), сопряженная с постоянными изменениями структуры двигательных действий и направления движений; изменчивость ситуации, сочетаемая с дефицитом времени.
По мощности выполняемой работы динамические циклические упражнения делятся на четыре зоны: максимальной, субмаксимальной, большой и умеренной мощности. Мощность - количество работы, выполняемой в единицу времени. Она зависит от скорости передвижения и продолжительности работы. Чем больше скорость передвижения, тем меньше ее продолжительность и короче дистанция. Наоборот, длительные дистанции проходят с меньшей скоростью, но за более продолжительное время.
Работа различной мощности предъявляет неодинаковые требования к организму, в связи с чем, и реакция его различна.
I. Зону работы максимальной мощности характеризует максимальная скорость передвижения с затратой наименьшего времени.
Примерами служат: спринтерский бег в течение первых 20 с, плавание длительностью до 25 с, велогонка на 200 м в течение 12 с, работа на велоэргометре длительностью до 10-15 с.
Отличительные черты работы максимальной мощности:
1) высокие энергетические затраты организма;
2) анаэробные условия работы;
3) предельный ритм функционирования ц.н.с;
4) быстрая утомляемость.
Кислородный запрос при работе максимальной мощности достигает от 7 до 14 л, что при пересчете на 1 мин составляет 40 л. Потребление же кислорода в течение работы в пересчете на 1 мин достигает лишь 1-2 л. Таким образом, запрос кислорода удовлетворяется лишь по окончании работы. Во время же самой работы, которая происходит в анаэробных условиях, ввиду незначительного усиления процессов дыхания и кровообращения возникает значительный кислородный долг. Абсолютная величина кислородного долга равна 7-8 л, что составляет 20-28% от кислородного запроса.
Как известно, основой энергетики мышечного сокращения служит распад аденозинтрифосфорной кислоты (АТФ). Ресинтез АТФ происходит в значительной мере за счет энергии, освобождаемой в процессе расщепления креатинфосфата (КРФ). Ввиду незначительных запасов КРФ этот механизм непродолжителен (7-8 с), но осуществляется наиболее быстро. Использование кислорода мышцами для окислительного ресинтеза продуктов распада АТФ и КРФ получило название алактатного кислородного долга.
Ресинтез АТФ при работе максимальной мощности в конце дистанции может протекать частично и за счет медленного анаэробного расщепления гликогена (гликогенелиз), что сопровождается небольшим накоплением молочной кислоты в мышцах.
Таким образом, спортивная работа максимальной мощности определяется в основном количественным уровнем КРФ и функциональной устойчивостью нервных центров к предельному ритму возбуждения.
II. Работа субмаксимальной мощности характеризуется близким к предельному уровнем интенсивности, который может поддерживаться спортсменом от 20 с до 3-5 мин. С такой интенсивностью пробегаются дистанции 400, 800, 1500 м в легкой атлетике, 500-3000 м в конькобежном спорте, проплываются дистанции 100-400 м. Эта работа характеризуется:
– высокой анаэробной производительностью;
– развертыванием функционирования сердечно-сосудистой и дыхательной систем;
–сдвигом кислородного равновесия крови.
При работе субмаксимальной мощности кислородный запрос за 1 мин меньше (10-25 л), чем при работе максимальной мощности. Потребление кислорода увеличивается до 3-4 л/мин, так как большая продолжительность работы способствует усилению дыхания и кровообращения. Однако это намного ниже кислородного запроса, вследствие чего образуется большой кислородный долг (до 20 л).
Основным механизмом ресинтеза АТФ при данной работе является анаэробное расщепление гликогена. Это приводит к образованию большого количества молочной кислоты в мышцах и крови (свыше 200 мг/%) и вызывает подкисление крови, рН которой снижается до 7,0.
Окислительный ресинтез продуктов распада гликогена после работы осуществляется за счет алактатного кислородного долга.
Спортивная работоспособность в упражнениях субмаксимальной мощности определяется высокой анаэробной производительностью организма в условиях сдвига кислотно-щелочного равновесия. Ведущими физиологическими системами обеспечения работы в зоне субмаксимальной мощности являются кислородтранспортные системы - кровь, кровообращение и дыхание, а также центральная нервная система, роль которой еще очень велика, так как она должна управлять движениями, осуществляемыми с очень высокой скоростью, в условиях недостаточного кислородного снабжения самих нервных центров.
III. Работа большой мощности длится 30-50 мин (бег до 10 000 м). Она характеризуется:
– анаэробной и аэробной производительностью;
–предельным ПО2 и большим кислородным долгом;
– значительными сдвигами в химизме крови и мочи.
Работа большой мощности совершается при максимально возможном потреблении кислорода (4-5 л/мин). Однако высокое потребление кислорода лежит ниже кислородного запроса (6-10 л/мин). По этой причине происходит образование большого количества кислородного долга. Продолжительность работы большой мощности обеспечивает усиление функциональной деятельности систем дыхания и кровообращения. Ведущее значение в зоне большой мощности имеют функции кардиореспираторной системы, а также системы терморегуляции и желез внутренней секреции.
IV. Работа умеренной мощности продолжается до 1-2 ч и более (сверхдлинные заплывы, ходьба на лыжах, превышающая 10 000 м, марафонский бег и т.д.). Она характеризуется:
– равновесием анаэробных и аэробных процессов;
– высокой функциональной устойчивостью ц.н.с;
–снижением содержания гликогена в мышцах и сахара крови.
Ведущее значение в зоне умеренной мощности имеют большие запасы углеводов, предотвращающие гипогликемию, и функциональная устойчивость центральной нервной системы к монотонии, противостоящая развитию запредельного торможения. При работе умеренной мощности окислительное фосфорилирование успевает обеспечить ресинтез АТФ. Спортивная работоспособность при этой работе определяется: величиной общего энергетического потенциала организма, экономным использованием энергетических источников, функциональной устойчивостью организма в течение длительного периода времени.
По двигательным качествам, развиваемым под влиянием работы, выделяют работу на мышечную силу, быстроту, выносливость, ловкость и гибкость.
Мышечная сила - способность преодолевать внешнее сопротивление за счет мышечных сокращений. При оценке различают абсолютную и относительную мышечную силу. Мышечную силу измеряют в изометрических условиях. Она зависит от физического поперечника мышц. Сила проявляется в изотонических и ауксотонических условиях, где при малом внешнем сопротивлении она мало зависит от поперечного сечения и во многом определяется скоростью мышечного сокращения.
Быстрота - способность совершать движения в минимальный для данных условий отрезок времени. Быстроту измеряют по трем показателям: по латентному времени двигательной реакции, по быстроте отдельного движения, по максимальной быстроте движений.
Выносливость - способность организма противостоять утомлению. Измеряется предельным временем выполнения работы данной мощности и определенного характера. Различают две формы проявления выносливости - общую и специальную.
Общая выносливость характеризует способность длительно выполнять любую циклическую работу умеренной мощности с участием больших мышечных групп, а специальная выносливость проявляется в различных конкретных видах двигательной деятельности. Физиологической основой общей выносливости является высокий уровень аэробных возможностей человека - способность выполнять работу за счет энергии окислительных реакций. Специальная выносливость определяется теми требованиями, которые предъявляются конкретными физическими нагрузками организму спортсмена.
Ловкость оценивают по пространственным и временным показателям движений. Ловкость может проявляться в трех различных формах (B.C. Фарфель, 1960). Наиболее простая форма ловкости - в пространственной точности движения без учета продолжительности его выполнения. Одна из форм ловкости определяется пространственной точностью выполнения, но ограниченной продолжительностью во времени.
Указанные формы ловкости относятся к стандартным движениям. При нестандартных движениях ловкость определяется способностью правильно и быстро решать возникающие двигательные задачи.
Гибкость - способность совершать движения в суставах с большой амплитудой, т.е. суставная подвижность. Различают активную гибкость при произвольных движениях в суставах и пассивную гибкость при растяжении мышц внешней силой. Пассивная гибкость обычно превышает активную.