Диагностика предстартового функционального состояния организма спортсменов на основе психофизиологических параметров ЦНС

ДИАГНОСТИКА ПРЕДСТАРТОВОГО ФУНКЦИОНАЛЬНОГО СОСТОЯНИЯ ОРГАНИЗМА СПОРТСМЕНОВ НА ОСНОВЕ ПСИХОФИЗИОЛОГИЧЕСКИХ

ПАРАМЕТРОВ ЦНС

М.М. ПОЛЕВЩИКОВ, Н.И. ПАЛАГИНА, ГОУ ВПО «Марийский государственный университет» (МарГУ); В.В. РОЖЕНЦОВ, ГОУ ВПО «Марийский государственный технический университет» (МарГТУ), г. Йошкар-Ола

Аннотация

В статье показано значение периода врабатывания для оптимизации тренировочного и соревновательного процессов. По результатам проведенного исследования для обеспечения успешной соревновательной деятельности спортсмена предложен способ количественной оценки степени мобилизации функциональных резервов во время разминки и подготовки к соревнованиям с целью достижения состояния оптимальной работоспособности.

Abstract

In article value of the preparation term for optimization of training and competitive processes is shown. By results of carried out research for maintenance of successful competitive activity of the sportsman the method of a quantitative assessment of mobilization degree of the functional reserves during warm-up and preparations for competitions to the purpose of achievement of a state of optimum work capacity is offered.

Ключевые слова: спорт, тренировка, работоспособность, врабатывание, диагностика, психофизиологические параметры.

Введение

В современном спорте от человека требуется максимальное или супермаксимальное проявление всех его возможностей. Успешность соревновательной деятельности спортсмена зависит не только от его функциональной подготовленности, но и от степени мобилизации функциональных резервов во время разминки и подготовки к соревнованиям для достижения состояния оптимальной работоспособности. В недостаточной мере рассмотрено в литературе время врабатывания систем, ответственных за потребление, транспорт и утилизацию кислорода, то есть способность организма спортсмена достигать предельных при данной работе величин потребления кислорода [16].

При анализе факторов, обусловливающих достижение спортсмена, целесообразно отдельно рассматривать факторы, определяющие двигательный потенциал (ДП): тренировку, генотип, фенотип и факторы, обеспечивающие скорость мобилизации ДП: разминку, эмоции, биоритмы, утомление. Значение последних факторов надо учитывать при анализе изменений качества выполнения упражнения по ходу врабатывания, при анализе влияний разминки и эмоций. Нужны систематические исследования всех этих процессов, для того чтобы оценить предполагаемые физиологические механизмы и для установления факторов, действующих в любой фазе физической активности [26].

Методика исследования

Для достижения состояния оптимальной работоспособности используются различные способы оценки необходимого времени врабатывания организма спортсмена.

Известен метод эргографии, основанный на регистрации амплитуды движения строго ограниченного звена тела человека [3]. Во время врабатывания амплитуда рабочих движений постепенно повышается и достигает максимального значения. Недостатком способа является оценка времени врабатывания только ограниченного числа мышечных групп организма человека.

Для оценки времени врабатывания используется метод регистрации кожно-гальванической реакции. В период врабатывания величина кожно-гальванической реакции высокая, а по окончании времени врабатывания она уменьшается [1]. Недостатком способа является сложность регистрации кожно-гальванической реакции, низкая точность оценки времени врабатывания.

Иногда оценку времени врабатывания дают по результатам регистрации частоты сердечных сокращений [11]. Время врабатывания оценивается по моменту выхода частоты сердечных сокращений на рабочий уровень. Недостатком способа является то, что, регистрируя реакцию частоты сердечных сокращений на физическую нагрузку, нельзя определенно сказать, отражает ли она состояние исполнительного органа - сердца или связана с особенностями вегетативной регуляции сердечной деятельности [8].

Для достижения оптимальных спортивных результатов важную роль играет успешность выполнения предстартовых физических нагрузок. В процессе выполнения физических упражнений время наступления оптимальной работоспособности в каждом конкретном случае должно определяться индивидуально. Для этого необходимо выдержать два условия, находящихся в естественном противоречии [16]:

а

- нужно обеспечить оптимальный объем работы, обусловливающий высокий соревновательный эффект;

- продолжительность предварительной работы не должна быть настолько большой, чтобы оказывать отрицательное влияние на спортсмена.

В настоящее время считается, что существует большой набор физиологических реакций организма, в которых отражаются изменения уровня ФС. Поэтому предлагается оценивать ФС по комплексу взаимосвязанных физиологических реакций, а изменения ФС рассматривать как смену одного комплекса реакций другим. Разделяя такой подход к диагностике ФС, Н.Б. Маслов и соавт. считают, что в практических целях при исследовании ФС человека в первую очередь должно уделяться внимание центральной нервной системе (ЦНС), так как в иерархической структуре функциональных систем она занимает главное место [12]. Это определяется значимостью функционирования ЦНС для человека как целостной системы, выполняющей связующую функцию между организмом и внешней средой и обеспечивающей интеграцию функций во внутренней среде организма. При этом состояние ЦНС рассматривается как фон, определяющий в значительной степени поведение человека, его возможности (в том числе спортивные результаты) и отражающий особенности процессов регулирования в норме и патологии [7].

Исходя из этого Н.Б. Маслов и соавт. считают, что при определении ФС организма необходимо в первую очередь диагностировать происходящие в ЦНС нейрофизиологические изменения. С этой целью в экспериментах, проводимых в натурных условиях, в основном используются психофизиологические методики, характеризующие параметры ФС ЦНС [12]. Наряду с другими широко используемым психофизиологическим параметром является критическая частота световых мельканий (КЧСМ), объясняемая наличием инерционности зрительного анализатора. При воздействии света на глаз возбуждение в соответствующих центрах головного мозга возникает не сразу, так как в сетчатке и нерве должен совершиться ряд физико-химических процессов. Между моментом воздействия света на сетчатку и моментом возникновения соответствующего зрительного ощущения, как показано

Рис. 1. Параметры инерционности зрительной системы человека: а) временная диаграмма светового импульса; б) временная диаграмма зрительного ощущения на световой импульс.

Обозначения величин в тексте

на рис. 1, существует некоторое время, называемое «временем ощущения» т1.

В то же время зрительные ощущения не исчезают одновременно с прекращением раздражения. Раздражение расходует некоторую долю светочувствительного вещества глаза, на восстановление убыли которого требуется некоторое время, происходят и остающиеся после раздражения восстановительные процессы в зрительных центрах. В результате между моментом прекращения раздражения на сетчатку и моментом исчезновения соответствующего зрительного ощущения, как показано на рис. 1, также существует некоторое время, называемое «временем восстановления» т2 [9]. Таким образом, при воздействии на глаз мелькающего света из-за наличия времени ощущения и времени восстановления при некоторой частоте мельканий возникает явление их слияния. Частота мельканий света в секунду (Гц), при которой наступает слияние мельканий, и называется КЧСМ [2].

Метод КЧСМ находит широкое применение в физиологии труда и спорта, так как величина КЧСМ характеризует общее ФС организма при различных уровнях общефизической нагрузки [5, 15, 19, 21]. Показатель КЧСМ изменяется под влиянием тренировочной нагрузки, ее объема и интенсивности, поэтому метод КЧСМ находит широкое применение в физиологии спорта для исследования динамики врабатывания [4] и утомления в процессе тренировки, оптимизации тренировочного процесса [13, 14, 17, 18].

В настоящее время считается, что КЧСМ является многофакторным индикатором психофизиологического состояния, отражающего текущий уровень активации ЦНС. Уменьшение значения КЧСМ свидетельствует

0 развитии утомления, повышение - о наличии возбуждения или стресса, поэтому адекватная оценка и интерпретация КЧСМ требует учета многих факторов.

Изменения величины КЧСМ в ответ на внешние воздействия, в том числе на физические нагрузки, как правило, невелики по абсолютной величине и составляют диапазон порядка 1-3 Гц [5, 6]. В то же время экспериментальные исследования по определению оценки точности измерения КЧСМ показали, что переход от видимости световых мельканий к их слиянию размыт и составляет зону неопределенности, в среднем равную

1 Гц, что обусловливает малую точность метода КЧСМ. Кроме того, значения КЧСМ у одного и того же испытуемого при повторных тестах, выполненных через 3-5 часов при одной и той же нагрузке, статистически достоверно отличаются, что свидетельствует о нестабильности и малой воспроизводимости результатов измерения КЧСМ. Таким образом, поиск критериев оценки степени мобилизации функциональных резервов во время разминки и подготовки к соревнованиям для достижения состояния оптимальной работоспособности является актуальным.

Результаты и их обсуждение

В последнее время предложены психофизиологические методы, позволяющие определить временные параметры, характеризующие инерционность зрения:

время ощущения [25], время восстановления [23], время восприятия зрительной информации [24], под которым понимается время, необходимое для передачи информации в ЦНС и ее восприятия, составляющее период с момента начала предъявления первого светового импульса до предъявления второго, когда он уже не может помешать восприятию первого.

В лаборатории функциональной диагностики при факультете физической культуры предложен и апробирован новый способ оценки времени врабатывания организма, основанный на определении времени ощущения, характеризующего скорость возбудительных процессов в ЦНС. Способ использует известный в психофизиологических исследованиях метод парных импульсов и позволяет повысить достоверность оценки необходимого времени врабатывания. Этот результат достигается тем, что испытуемому задают тест с постоянной нагрузкой, равной 100% должного максимального потребления кислорода, и предъявляют последовательность парных световых импульсов длительностью 200 мс, разделенных межим-пульсным интервалом, равным 70 мс, повторяющихся через постоянный временной интервал 1 с, как показано на рис. 2, где ^ - длительность светового импульса; т - длительность межимпульсного интервала; Т - длительность временного интервала повторения парных световых импульсов.

В процессе тестирования периодически методом последовательного приближения определяют пороговый межимпульсный интервал, при котором два импульса в паре сливаются в один, и строят график динамики порогового межимпульсного интервала в координатах «значение порогового межимпульсного интервала - время тестирования»; время врабатывания оценивают по времени выхода графика порогового межимпульсного интервала на «плато».

При предъявлении испытуемому последовательности парных световых импульсов длительностью ^ разделенных межимпульсным интервалом т > т , о11-система зри-

и Г пор; -Г

тельного анализатора после окончания первого импульса возбудится и сформирует сигнал, свидетельствующий о его окончании, поэтому у испытуемого возникает субъективное ощущение раздельности двух световых импульсов.

При уменьшении длительности межимпульсного интервала т между двумя световыми импульсами восприятие зрительных импульсов затрудняется из-за влияния обратной маскировки, заключающейся в ухудшении

Рис. 2. Временная диаграмма последовательности парных световых импульсов, предъявляемых испытуемому в процессе тестирования. Обозначения в тексте

восприятия первого по времени импульса вследствие предъявления второго импульса в непосредственной пространственно-временной близости с первым, а также прямой маскировки, при которой первый импульс влияет на качество восприятия второго [5]. Поэтому при уменьшении длительности межимпульсного интервала т между двумя световыми импульсами до значения т = тпор о!1-система зрительного анализатора после окончания первого импульса не успевает возбудиться и сформировать сигнал, свидетельствующий о его окончании, и у испытуемого возникает ощущение субъективного слияния двух световых импульсов в паре в один.

Во время ответов на световые стимулы появляется вначале рецептивное поле (РП) нейрона небольшого размера. Затем регистрируемое РП расширяется, после чего ослабляется, фрагментируется и исчезает. Статистическая оценка показала, что исчезновение регистрируемого РП нейрона приходится на период от 100 до 200 мс после появления светового стимула [22]. После исчезновения РП нейронные структуры приходят в исходное состояние и становятся готовыми к восприятию нового стимула [6], поэтому длительность световых импульсов принята равной 200 мс.

Так как формирование зоны возбуждения РП заканчивается через 60-70 мс после предъявления светового стимула [6], длительность межимпульсного интервала принята равной 70 мс. При такой длительности меж-импульсного интервала о!1г-система зрительного анализатора после окончания первого светового импульса возбудится и сформирует сигнал, свидетельствующий о его прекращении.

При межстимульном интервале, равном 500 мс, эффекты маскировки отсутствуют или слабо выражены [7]. Для устранения эффекта маскировки между парами световых импульсов парные световые импульсы повторяются через постоянный временной интервал 1 с.

Для апробации предложенного способа оценки необходимого времени врабатывания выполнено тестирование с использованием велоэргометра модели ВЭ-05 «Ритм» ТУ 200 УССР 45-86 в положении сидя со скоростью педалирования 60 об./мин группы испытуемых спортсменов циклических видов спорта (лыжники) в количестве 15 чел. Спортсмены имели спортивную классификацию: 2 - мастера спорта, 6 - кандидатов в мастера спорта, 7 - спортсменов I разряда.

Во время тестирования врачом выполнялся постоянный контроль состояния испытуемого по его внешнему виду, частоте сердечных сокращений и артериальному давлению. Определение порогового межимпульсного интервала выполнялось в начале тестирования и через каждые 2 мин педалирования.

В качестве примера приведем данные тестирования испытуемого П., 22 лет, кандидата в мастера спорта по лыжным гонкам. Данные значений порогового межим-пульсного интервала в процессе тестирования представлены в таблице, график динамики значений порогового межимпульсного интервала - на рис. 3.

а

Время тестирования, мин 0 2 4 6

Значение порогового межимпульсного интервала, мс 9,6 8,4 7,7 7,3

Время тестирования, мин 8 10 12 14

Значение порогового межимпульсного интервала, мс 7 7 7 7

0 2 4 6 8 10 12 14

Рис. 3. График динамики значений порогового межимпульсного интервала.

По оси абсцисс - время тестирования, мин; по оси ординат - значение порогового межимпульсного интервала, мс

Анализ графика порогового межимпульсного интервала в процессе тестирования показывает, что график выходит на плато через 8 мин тестирования. Это позволяет

принять время необходимого врабатывания испытуемого при данной нагрузке равным 8 мин. По окончании этого времени процессы регуляции вегетативных функций во всех органах и системах организма закончены, и весь организм находится в состоянии оптимальной работоспособности.

Выводы

Предлагаемый способ позволяет достоверно оценить значение времени врабатывания организма человека. Данные о врабатывании организма помогают тренерам и спортсменам при подготовке к стартам. Без количественной оценки врабатывания можно в процессе подготовки к старту «перегрузить» организм подготовительными упражнениями, и спортсмену не хватит физической подготовки для успешного проведения соревнования. И, напротив, недостаточный объем подготовительных упражнений не позволит спортсмену показать лучший результат, соответствующий его подготовке. Спортсмен вынужден будет часть соревновательного времени потратить на процесс врабатывания организма, а это ухудшает соревновательный результат. Полученные в результате лабораторных испытаний данные по времени врабатыва-ния организма спортсменов циклических видов спорта позволяют более целенаправленно проводить разминку (подготовку) к предстоящим стартам.

Работа выполнена при финансовой поддержке Минобрнауки РФ (проект № 2.2.3.3/2048).

Литература

1. Бузунов В.А. Особенности соматической и вегетативной регуляции при работе малых групп мышц в зависимости от режима нагрузки // Физиология человека. - 1979. - Т. 5. - № 4. - С. 607-613.

2. Вартанян И.А. Физиология сенсорных систем: руководство. Сер. «Мир медицины». - СПб.: Изд-во «Лань», 1999. - 224 с.

3. Горшков С.И., Золина З.М., Мойкин Ю.В. Методики исследований в физиологии труда. - М.: Медицина, 1974. - 311 с.

4. Евстафьев В.Н. Динамика физиологических функций организма моряков в условиях интенсификации трудовой деятельности // Физиология человека. - 1990. -Т. 16. - № 1. - С. 149-155.

5. Жужгин С.М., Семешина Т.М. Лабильность зрительного анализатора как показатель функционального состояния человека // Физиология человека. - 1991. -Т. 17. - № 6. - С. 147-150.

6. Кадиров М.Х. Проявление общих свойств нервной системы в трудовой деятельности оператора перфорации // Физиология человека. - 1989. - Т. 15. -№ 5. - С. 102-107.

7. Казначеев В.П. Современные аспекты адаптации. -Новосибирск: Наука, 1980. - 192 с.

8. Карпман В.Л., Белоцерковский З.Б., Гудков И.А. Тестирование в спортивной медицине. - М.: Физкультура и спорт, 1988. - 208 с.

9. Кравков С.В. Глаз и его работа. Психофизиология зрения, гигиена освещения. - 4-е изд., перераб. и доп. -М.; Л.: Изд-во АН СССР, 1950. - 531 с.

10. Кропотов Ю.Д., Пономарев В.А. Реакция нейронов и вызванные потенциалы в подкорковых структурах мозга при зрительном опознании. Сообщение IV. Эффект маскировки зрительных стимулов // Физиология человека. - 1987. - Т. 13. - № 4. - С. 561-566.

11. Майфат С.П., Малафеева С.Н. Контроль за физической подготовленностью в юношеском возрасте (период начальной спортивной специализации): монография / Урал. гос. пед. ун-т. - Екатеринбург, 2003. - 132 с.

12. Маслов Н.Б., Блощинский И.А., Максименко В.Н. Нейрофизиологическая картина генеза утомления, хронического утомления и переутомления человека-оператора // Физиология человека. - 2003. - Т. 29. -№ 5. - С. 123-133.

13. Мухамед А.А. Оптимизация тренировочного процесса гимнасток в подготовительном периоде // Теория и практика физической культуры. - 1999. - № 7. -С. 54-55.

14. Николаева Н.П., Полевщиков М.М., Роженцов В.В. Использование психофизиологических методов для управления тренировочным процессом // Пробл. физич. воспит., спортивной тренировки и профессиональной подготовки специалистов по физической культуре и спорту: сб. науч. тр. / Матер. междунар. научн.-практ.

конф. - Чебоксары: ЧПГУ им. И.Я. Яковлева, 2003. -С.167-169.

15. Николаева Н.П., Полевщиков М.М., Роженцов В.В. Исследование функционального состояния спортсмена психофизиологическими методами // Физическая культура, спорт и здоровье: сб. науч. ст. - Йошкар-Ола, 2003. - С. 51-53.

16. Платонов В.Н., Вайцеховский С.М. Тренировка пловцов высокого класса. - М.: Физкультура и спорт, 1985. - 256 с.

17. Полевщиков М.М., Роженцов В.В. Управление тренировочным процессом с использованием метода КЧСМ // Духовность, валеологические, психологические и социальные аспекты физической культуры и спорта: Матер. науч.-практ. конф. с междунар. участ. - Воронеж, 1999. - С. 24-26.

18. Роженцов В.В., Полевщиков М.М. Индивидуализация физической нагрузки по параметрам психофизиологического состояния // Медико-биологические проблемы физической культуры и спорта в современных условиях: Матер. междунар. науч.-практ. конф. - Белгород, 17-19 ноября 2003 г. - Белгород: Изд-во БелГУ, 2003. -С. 362-366.

19. Роженцов В.В., Полевщиков М.М. Контроль функционального состояния психофизиологическими методами // VII Междунар. науч. конф. «Современный олимпийский спорт и спорт для всех»: Матер. конф. -Т. 2. - М.: СпортАкадемПресс, 2003. - С. 151-153.

20. Тароян Н.А., Мямлин В.В., Генкина О.А. Межполу-шарные функциональные отношения в процессе реше-

ния человеком зрительно-пространственной задачи // Физиология человека. - 1992. - Т. 18. - № 2. - С. 5-14.

21. Шайтор Э.П., Шабанов А.И., Ухин В.М. Описание стандартной методики измерения критической частоты слияния мельканий // Физиология человека. - 1975. -Т. 1. - № 3. - С. 570-572.

22. Шевелев И.А. Временная переработка сигналов в зрительной коре // Физиология человека. - 1997. -Т. 23. - № 2. - С. 68-79.

23. Пат. 2195174 РФ, А 61 В 5/16. Способ определения времени инерционности зрительной системы человека / В.В. Роженцов, И.В. Петухов. - Опубл. 27.12.2002, Бюл. № 36.

24. Пат. 2209030 РФ, МКИ7 А 61 В 5/00. Способ определения времени восприятия зрительной информации / В.В. Роженцов, И.В. Петухов (РФ). - Опубл.

27.07.2003, Бюл. № 21.

25. Пат. 2231293 РФ, МПК7 А 61 В 5/16. Способ определения времени возбуждения зрительного анализатора человека / В.В. Роженцов, М.Т. Алиев (РФ). - Опубл.

27.06.2004, Бюл. № 18.

26. Приоритетная справка от 25.01.2008 г. на изобретение «Способ оценки времени врабатывания» / М.М. Полевщиков, В.В. Роженцов. - № 2008101960.

27. Viru Atko. Mobilization of the possibilities of the athlete's organism: a problem // J. Sports Med. and Phys. Fitnees. - 1993. - V. 33. - № 4. - P. 413-425. (Текст в ЭВМ - Р/ж Биология, № 1-95, реф. 1М5523 - лист 413).