Физиологические механизмы устойчивости организма спортсменов в экстремальных условиях

Здоровье человека, теория и методика физической культуры и спорта. 2015. № 1. С. 127-132

Раздел 3. Вопросы спорта и спортивной подготовки

Высочин Юрий Васильевич, доктор медицинских наук, профессор кафедры физического воспитания Санкт-Петербургского государственного технологического университета растительных полимеров, г. Санкт-Петербург. Россия, Гордеев Юрий Владимирович, доцент кафедры физической культуры и спорта Санкт-Петербургского государственного университета, г. Санкт-Петербург, Россия, Денисенко Юрий Прокофьевич, доктор биологических наук, зав. кафедрой теории и методики спортивных игр Набережночелнинского института социально-педагогических технологий и ресурсов, г. Набережные Челны, Россия Яценко Леонид Григорьевич, кандидат педагогических наук, зав. кафедрой физического воспитания Санкт-Петербургского государственного технологического университета растительных полимеров, г. Санкт-Петербург, Россия

ФИЗИОЛОГИЧЕСКИЕ МЕХАНИЗМЫ УСТОЙЧИВОСТИ ОРГАНИЗМА СПОРТСМЕНОВ В ЭКСТРЕМАЛЬНЫХ УСЛОВИЯХ

Аннотация: Проблемы устойчивости к физическим перегрузкам в экстремальных условиях спортивной деятельности относятся к числу наиболее актуальных проблем современной спортивной физиологии и медицины. Благодаря параллельному взаимодействию локомоторной функциональной системы и тормозно-релаксационной функциональной системы защиты организму удается одновременно и эффективно решать две чрезвычайно сложные задачи: удовлетворение социально-и биологически значимой доминирующей потребности.

Ключевые слова: экстремальные условия, функциональная система защиты, скорость расслабления мышц, физическая работоспособность, центральная нервная система.

Проблемы устойчивости к физическим перегрузкам в экстремальных условиях спортивной деятельности относятся к числу наиболее актуальных проблем современной спортивной физиологии и медицины. Изучая проблему устойчивости человека в экстремальных условиях деятельности, В. И. Медведев [1, с. 23-27] одну из главных причин её огромной актуальности видел в том, что деятельность человека всегда носит общественный характер и ее целевая направленность может резко отличаться от целевой направленности биологических защитных реакций. Современная наука располагает и множеством других фактов, свидетельствующих о чрезвычайно высокой вариативности индивидуальной устойчивости человека к различным факторам окружающей среды. Вместе с тем физиологические механизмы этого явления, как и физиологические механизмы, лежащие в основе экстренного повышения физической работоспособности, или «феномена второго дыхания», долгое время оставались малоизученными и наиболее сложными для интерпретации с позиций целостного организма.

Реальная возможность их расшифровки появилась после того, как в процессе многолетних исследований Ю.В. Высочиным [2] было выявлено существование релаксационного механизма срочной адаптации, которое затем было названо

127

Здоровье человека, теория и методика физической культуры и спорта. 2015. № 1. С. 127-132

Раздел 3. Вопросы спорта и спортивной подготовки

релаксационным механизмом срочной мобилизации защиты (РМСЗ) организма от экстремальных воздействий [3]. Суть этого механизма заключается в том, что на фоне гипоксии, возникающей при интенсивных физических нагрузках, происходят активизация тормозных систем ЦНС и снижение ее возбудимости, резкое уменьшение количества следовых потенциалов последействия в биоэлектрической активности расслабляющихся мышц, т.е. нормализация процесса расслабления и существенное повышение его скорости. Экспериментально доказано, что активизация РМСЗ обеспечивает возникновение эффекта экстренного повышения работоспособности. Установлено также, что по функциональной активности, или мощности РМСЗ, все испытуемые подразделяются по крайней мере на три типа (с высокой, средней и низкой) и что именно величина активности РМСЗ, оцениваемая по степени прироста в скорости произвольного расслабления мышц (СПР), предопределяет индивидуальный уровень устойчивости организма при срочной адаптации к физическим нагрузкам и другим факторам среды [4]. Дальнейшие исследования в этом направлении, а также анализ экспериментальных данных с позиций теории функциональных систем П. К. Анохина [5, с. 46-48] привели к заключению, что РМСЗ, оказывающий прямое влияние на сложнейшие внутрисистемные и межсистемные взаимоотношения процессов, которые предопределяют в конечном итоге общий коэффициент полезного действия систем организма, уровень физической работоспособности и устойчивости к экстремальным воздействиям, следует отнести к категории функциональных систем под названием неспецифическая «тормозно-релаксационная функциональная система срочной адаптации и защиты» (ТРФСЗ) организма от экстремальных воздействий [3]. ТРФСЗ, с точки зрения теории функциональных систем, как и любая другая ФС, включает в себя все основные центральные и периферические механизмы: Одним из главных системообразующих факторов ТРФСЗ является тканевая гипоксия, а положительный результат ее деятельности заключается в поддержании нормальных соотношений важнейших гомеостатических констант (О2-СО2) в организме. Исходя из этого, ТРФСЗ можно отнести к категории антигипоксических функциональных систем. К настоящему времени накоплено достаточно сведений о комплексах антигипоксических реакций. Описаны и гомеостатические функциональные системы обеспечения потребностей организма в кислороде, а также общая функциональная система гомеостаза [6, 7]. Вместе с тем ТРФСЗ имеет ряд принципиальных и существенных отличий от других ФС гомеостатической регуляции. Согласно описаниям А. Н. Меделяновского [6], ведущими компонентами (эффекторами) ФС кислородного обеспечения являются сердечно-сосудистая и дыхательная системы, а конечный положительный результат (антигипоксический эффект) достигается главным образом за счет интенсификации деятельности этих эффекторов (увеличение объема вдоха, частоты дыхания, ударного объема сердца, частоты сердечных сокращений - ЧСС, артериального давления и т.д.). Основной принцип их работы - интенсификация деятельности эффекторов. В ТРФСЗ, наоборот, главный рабочий принцип- экономизация энергетических затрат и функций эффекторов, а в качестве ведущих компонентов выступают

Здоровье человека, теория и методика физической культуры и спорта. 2015. № 1. С. 127-132

Раздел 3. Вопросы спорта и спортивной подготовки

тормозные системы ЦНС и релаксационные процессы нервно-мышечной системы. При этом деятельность ТРФСЗ не определяется ни сердечнососудистой, ни дыхательной системами, т. е. теми мощными эффекторами, которые играют решающую роль в функциональных системах гомеостаза. Более того. как показали исследования Ю. В. Высочина [4] и наши собственные [8, 9], при активизации ТРФСЗ функциональная нагрузка на системы энергообеспечения мышечной деятельности даже уменьшается, о чем свидетельствует снижение уровня ЧСС, дыхания, артериального давления, содержания в крови лактата, креатинина и стрессорных гормонов. Тем не менее, благодаря большому экономизирующему эффекту резко возрастает интегральный коэффициент полезного действия организма и существенно повышается физическая работоспособность. Третье существенное отличие состоит в особенностях взаимодействия ТРФСЗ с другими функциональными системами.

У спортсменов с низкой активностью ТРФСЗ организм пытается ликвидировать нарушения гомеостаза и гипоксию за счет дальнейшего повышения возбудимости ЦНС и наращивания интенсивности функционирования кислородтранспортных систем. Однако, как показали наши исследования [3, 4, 8, 9], этот путь крайне нерентабелен и неэффективен в силу целого ряда причин, объединяющихся в своего рода замкнутый порочный круг, одним из важных звеньев которого является повышенный уровень возбуждения ЦНС.

Повышенная возбудимость ЦНС и значительная иррадиация возбуждения в моторной зоне коры головного мозга, возникающая вследствие первичной или вторичной (относительной) слабости тормозных систем, характерная для спортсменов с низкой активностью ТРФСЗ, сопровождается явлениями, известными под названием «психоэмоциональная напряженность». Для этого состояния характерен гипертонус, т.е. достаточно сильно выраженное напряжение работающих и неработающих мышц, также приводящий к большим энерготратам, большему потреблению кислорода неработающими мышцами и еще большим нарушениям координации и биомеханической структуры (техники движений). Еще большая интенсификация деятельности кислородтранспортных систем в этих условиях неэффективна, поскольку сердце не в состоянии быстро проталкивать кровь через медленно расслабляющиеся мышцы, которые к началу очередного цикла сокращения еще могут иметь более или менее выраженную степень напряжения (в зависимости от частоты ритмических сокращений и скорости расслабления) и значимо улучшить кровоснабжение.

Таким образом, очевидно, что на фоне огромных, причем бесполезных, энерготрат и низкой скорости восстановления энергетических ресурсов организм не в состоянии более или менее длительно поддерживать высокий уровень физической работоспособности. Прогрессивно нарастают явления ацидоза, гипоксии, накопления недоокисленных метаболитов, ухудшаются сократительные и релаксационные характеристики мышц, снижается работоспособность. Следует отметить также, что у 80-90% спортсменов этой категории регистрируются различного рода перенапряжения, травмы и заболевания опорно-двигательного

Здоровье человека, теория и методика физической культуры и спорта. 2015. № 1. С. 127-132

Раздел 3. Вопросы спорта и спортивной подготовки

аппарата, дистрофия миокарда, нарушения ритма и гипертрофия сердца [3, 9]. Совершенно иначе причинно-следственные взаимоотношения физиологических процессов во время напряженной мышечной деятельности развиваются у спортсменов с высокой активностью ТРФСЗ с того момента, когда соответствующие «рецепторы результата» зафиксировали нарушения гомеостаза. Активизация тормозных систем приводит к снижению уровня возбуждения в ЦНС и быстрой ликвидации отрицательных последствий повышенной возбудимости. Во-первых, снижаются психоэмоциональная напряженность и гипертонус скелетных мышц. В результате улучшаются регуляция, координация, биомеханическая структура (техника) движений и, естественно, возрастают их экономичность и эффективность. Снижение гипертонуса приводит к уменьшению энергозатрат и потребления кислорода неработающими группами мышц. Вследствие этого большее количество кислорода поступает в активно работающие мышцы и уменьшается его дефицит, т.е. тканевая гипоксия. При этом уменьшаются запрос и функциональная нагрузка на сердечно-сосудистую и дыхательную системы, чем, в свою очередь, обеспечивается дополнительная экономия энергетических ресурсов. Во-вторых, при активизации тормозных систем ЦНС происходят нормализация процесса расслабления скелетных мышц и существенное повышение его скорости. Благодаря повышению скорости произвольного расслабления (СПР) мышц появляется альтернирующий ритм активности мышц-антагонистов, увеличиваются паузы отдыха между очередными мышечными сокращениями, улучшаются кровоснабжение работающих мышц и доставка к ним кислорода. Это, в свою очередь, сопровождается снижением запроса к кислородтранспортным системам и соответственно к интенсивности их деятельности (снижаются АД, ЧСС, частота дыхания и т.д.), что создает дополнительную экономию энергетических ресурсов. При обобщении совокупности литературных и наших экспериментальных данных удалось определить главное стратегическое направление в решении проблемы повышения эффективности подготовки спортсменов- всестороннее совершенствование релаксационных характеристик мышц и целенаправленное формирование релаксационного типа долговременной адаптации (РТДА). И как следствие - обосновать основные пути и принципы построения специальной релаксационной подготовки, направленной на повышение эффективности тренировочного процесса на всех этапах становления спортивного мастерства. В связи с этим нами были разработаны основные принципы построения комплексной системы специальной релаксационной подготовки. При использовании релаксационной подготовки мы посчитали целесообразным использовать именно те факторы и средства, которые вызывают активацию (включение) ТРФСЗ и соответственно повышение СПР мышц, а значит, и целенаправленного формирования РТДА.

Под воздействием широкого спектра адаптогенных факторов, активизирующих ТРФСЗ, сначала происходит кратковременное (после каждого воздействия), а затем стойкое (при длительном использовании) повышение СПР мышц и формирование РТДА. Этим обеспечивается одновременное достижение наилучшего конечного

Здоровье человека, теория и методика физической культуры и спорта. 2015. № 1. С. 127-132

Раздел 3. Вопросы спорта и спортивной подготовки

результата одновременно по всем критериям эффективности и адаптированность сложных биологических систем: 1) высокий уровень экономичности энергетических затрат; 2) высокая скорость восстановительных процессов; 3) высокий уровень устойчивости к физическим и психоэмоциональным перегрузкам; 4) сохранение здоровья и спортивного долголетия; 5) высокий уровень физической работоспособности и технического мастерства спортсменов.

Из представленных данных можно с полным основанием заключить, что именно активизация (включение) тормозно-релаксационной функциональной системы срочной адаптации и защиты организма от экстремальных воздействий и её мощность, оцениваемая по величине прироста скорости расслабления мышц в ответ на физическую нагрузку, играют решающую роль в механизмах экономизации функций, снижения энергетических затрат, повышения скорости восстановительных процессов, сопротивляемости утомлению и соответственно обеспечения экстренного повышения работоспособности (феномена второго дыхания) при повторных физических нагрузках.

Библиографический список

1.Медведев, В. И. Устойчивость физиологических и психологических функций человека при действии экстремальных факторов [Текст] /В. И. Медведев. -Л: Наука, 1982.-104 с., с. 23-27.

2. Высочин, Ю.В. Физиологические механизмы защиты, повышения устойчивости и физической работоспособности в экстремальных условиях спортивной и профессиональной деятельности: дис. ... докт. мед. наук/Ю.В. Высочин.-Л.: ВМА им. С.М. Кирова, 1988.-550 с.

3. Высочин, Ю.В. Тормозно-релаксационная система защиты организма от физических перегрузок [Текст] /Ю. В. Высочин//3акономерности адаптации различных систем организма спортсменов к физическим нагрузкам, искусственным и естественным адаптогенным факторам: Материалы республ. конф.-Л.: ГДОИФК, 1989.-С. 18-30.

4. Денисенко, Ю.П. Механизмы срочной адаптации организма спортсменов к воздействиям физических нагрузок [Текст] /Ю.П.Денисенко//Теория и практика физ. культуры.- 2005.- №3.- С. 14-18.

5. Анохин, П.К. Очерки по физиологии функциональных систем [Текст] /П. К. Анохин. - М.: Медицина, 1975.-448 с., с. 46-48.

6. Меделяновский, А.Н. Функциональные системы, обеспечивающие гомеостаз [Текст] /А. Н. Меделяновский//Функциональные системы организма: Руководство,-М.: Медицина, 1987.-С. 77-97.

7. Судаков, К.В. Основные принципы общей теории функциональных систем [Текст] /К. В. Судаков//Функциональные системы организма: Руководство.-Медицина, 1987.-С. 26-49.

8. Высочин, Ю.В. Факторы, лимитирующие прогресс спортивных результатов и квалификации футболистов [Текст] /Ю.В. Высочин, Ю.П. Денисенко// Теория и практика физ. культуры.-2001.-№ 2.-С. 17-21.

Раздел 3. Вопросы спорта и спортивной подготовки

9. Высочин, Ю.В. Миорелаксация в механизмах специальной физической работоспособности [Текст] /Ю. В. Высочин, Ю.П.Денисенко, И.М. Рахма //Искусство подготовки высококвалифицированных футболистов: науч.-метод. пособие.- М.: Советский спорт, 2003.- С. 273-311.

Сведения об авторах: Высочин Юрий Васильевич, доктор медицинских наук, профессор кафедры физического воспитания Санкт-Петербургского государственного технологического университета растительных полимеров, 190121, г. Санкт-Петербург, ул. Союза Печатников 30-23, сот. т. +7-905-209-77-24, E-mail: visochin@mail. ru; Гордеев Юрий Владимирович, доцент кафедры физической культуры и спорта Санкт-Петербургского государственного университета, 190121, г. Санкт-Петербург, ул. Союза Печатников 30-23, сот. т. +7905-209-77-24, E-mail: visochin@mail.ru; Денисенко Юрий Прокофьевич, доктор биологических наук, профессор, зав. кафедрой теории и методики спортивных игр Набережночелнинского института социально-педагогических технологий и ресурсов, г. Набережные Челны, Россия, E-mail: yprof@yandex.ru; Яценко Леонид Григорьевич, кандидат педагогических наук, профессор, зав. кафедрой физического воспитания Санкт-Петербургского государственного технологического университета растительных полимеров, 190121, г. Санкт-Петербург, ул. Союза Печатников 30-23, сот. т. +7-905-209-77-24, E-mail: visochin@mail.ru

Раздел 3. Вопросы спорта и спортивной подготовки