Функциональные изменения в организме при физических нагрузках

4. Функциональные изменения в организме при физических нагрузках

Физические нагрузки вызывают перестроение различных функций организма, особенности которых зависят от мощности и характера двигательной деятельности.

4.1 Изменение функций различных органов и систем организма

В состоянии покоя деятельность различных функций отрегулирована соответственно невысокому уровню кислородного запроса и энергообеспечения. При переходе к рабочему уровню необходима перестройка функций органов и систем на более высокий уровень активности (Е.Б. Сологуб, 1999).

В центральной нервной системе происходит повышение лабильности и возбудимости многих ассоциативных нейронов. Во время работы «нейроны движения» организуют моторную активность через пирамидный путь, а «нейроны положения» через экстрапирамидную систему – формирование рабочей позы.

Еще перед началом работы в коре больших полушарий происходит предварительное программирование и формирование перестройки на предстоящее движение, которые отражаются в различных формах изменений электрической активности. Происходит избирательное увеличение меж центральных взаимодействий корковых потенциалов, появляются «меченые ритмы» электроэнцифолограммы – потенциалы в темпе предстоящего движения.

В спинном мозге за 30 секунд до начала работы повышается возбудимость мотонейронов.

В мобилизации функций организма и их резервов значительна роль симпатической нервной системы, выделение гормонов гипофиза и надпочечников.

В двигательном аппарате при работе увеличивается возбудимость и лабильность работающих мышц, возрастает чувствительность проприорецепторов, растет температура, уменьшается вязкость мышечных волокон. В мышцах дополнительно открываются капилляры, улучшается кровообращение. Однако при больших статических нагрузках (более 30% от максимума) кроваток резко затрудняется из-за сдавливания кровеносных сосудов.

Различные двигательные единицы в целой мышце при длительной физической нагрузке вовлекаются в работу попеременно, восстанавливаются в период времени, а при больших кратковременных напряжениях включаются в работу – синхронно. В зависимости от работы активизируются различные двигательные единицы. При работе небольшой интенсивности активны лишь высоко возбудимые и менее мощные медленные волокна, а с возрастанием нагрузки – промежуточные и, наконец, мало возбудимые, но наиболее мощные быстрые двигательные единицы (Е.Б. Сологуб, 1999).

Дыхание значительно увеличивается при мышечной работе – растет глубина дыхания (до 2–3 л) и частота дыхания (до 40–60 вед/мин), минутный объем дыхания при этом может увеличится до 150–200 л/мин.

Сердечно-сосудистая система, участвуя в доставке кислорода к работающим тканям, претерпевает заметные рабочие изменения. Увеличивается ударный объем крови (при больших нагрузках у спортсменов достигает 150–200 мл), нарастает частота сердцебиения (до 180 уд/мин), растет минутный объем крови до 35 л/мин. Происходит перераспределение кровотока, тем оно более выражено, чем больше мощность работы. Количество крови при работе увеличивается за счет выхода ее из кровяных депо. Увеличивается скорость кровотока, а время кругооборота крови снижается в 2 раза. Наблюдается увеличение количества форменных элементов в крови.

При работе увеличивается отдача кислорода из крови в ткани. Соответственно, становится больше артериовенозная разность по кислороду. Рост кислородного долга при передвижениях спортсмена на средних и длинных дистанциях сопровождается увеличением в крови концентрации молочной кислоты и снижением рН крови. В связи с потерей воды и увеличения форменных элементов повышается вязкость крови до 70% (Е.Б. Сологуб, 1999).

4.2 Механизмы энергообеспечения при физической нагрузке у скалолазов

В процессе прохождения трассы спортсмен совершает физическую работу. В зависимости от развиваемой при этом мощности работу делят на зоны. Основой деления служит взаимосвязь между скоростью и предельным временем выполнения работы: работа в определенной зоне относительной мощности совершается до тех пор, пока не наступит заметное снижение скорости выполнения упражнения, вызванное нарастающим утомлением (табл.)

Таблица. Физиологические характеристики работы разной относительной мощности (по Фарфелю, Баннистеру, Тейлору, Волкову, Робинсону, Зациорскому)

 

Нагрузка и восстановление должны рассматриваться как взаимосвязанные стороны повышения спортивной работоспособности скалолаза. Воздействие физической нагрузки, приводящее к развитию утомления, характеризует ее срочный тренировочный эффект. Восстановление начинается уже в процессе выполнения работы (текущее восстановление), но основные энергозапасы восполняются после окончания лазания или какого-то упражнения (срочное и отставленное восстановление). Текущее восстановление поддерживает нормальное функционирование организма в процессе выполнения нагрузки.

Время, затраченное на прохождение трассы в ИЛ, ПГ соответствует работе субмаксимальной и большой мощности. Чем выше мастерство спортсмена, тем (быстрее он проходит трассу и, следовательно, тем большую мощность он на ней развивает (Пиратинский А.Е., 1987).

Способность к развитию мощности при лазании по скальному рельефу у спортсменов с одинаковым уровнем физической подготовки определяется техническим мастерством, степенью знания маршрута, умением ориентироваться и психическим состоянием.

Разные по длительности интервалы физической работы имеют соответствующие механизмы энергообеспечения.

Рассмотрим схематично действие этих механизмов Мышечное сокращение происходит за счет энергии аденозинтрифосфорной кислоты (АТФ). Наличного запаса АТФ в мышце хватает ненадолго, и он начинает вырабатываться из креатинфосфата (КрФ). Для развития этого механизма используется нагрузка от 3 до 8 с (отдельные серии шагов на легких участках или некоторые силовые выходы).

В дальнейших процессах энергетического обеспечения непосредственное участие принимают углеводы (крахмал, гликоген), при разложении которых происходит ресинтез АТФ. Гликоли – бескислородное (анаэробное) расщепление гликогена – достигает максимума через 40–50 с. После 60–70 с непрерывной работы достигают максимума дыхательные (аэробные) процессы, но, несмотря на это, кислородный долг продолжает оставаться значительным в зонах субмаксимальной и большой мощностей. Следовательно, скалолазы должны стремиться к повышению уровня анаэробных возможностей организма.

Для совершенствования гликолитических механизмов целесообразны нагрузки от 20 с до 2 мин (скоростные тренировки на отрезках, лазание по трассам ПГ с продолжительными паузами отдыха, выполнение в быстром темпе серий различных упражнений).

Текущее восстановление имеет различную биохимическую основу в зависимости от напряженности мышечной работы. При выполнении физических упражнений малой интенсивности объем кислорода, поступающий к работающим мышцам и тканям, покрывает кислородный запрос организма. АТФ ресинтезируется в этих случаях аэробным путем. Восстановление в ходе работы протекает в оптимальных условиях кислородного обмена, что возможно только при медленном лазаний. Одна ко при ускорениях, а также во время динамичных приемов преодоления отдельных участков скалы аэробный ресинтез дополняется энергетическими источниками анаэробного обмена.

Быстрому преодолению трасс ИЛ, прохождению дистанций ПГ с маленькой паузой отдыха между трассами и соревновательным выступлениям в связках присущ смешанный характер ресинтеза АТФ в ходе работы, относящейся к зоне большой мощности. При лазаний или выполнении физических упражнений в зоне максимальной и субмаксимальной мощности возникает резкое несоответствие между требованиями к текущему восстановлению и скоростью ресинтеза АТФ. Это одна из причин быстрого утомления при таком характере нагрузок. Срочное восстановление лимитируется сроком оплаты кислородного долга (1,5–2 ч после окончания работы). Суммарные же энерготраты восполняются в период отставленного восстановления (Пиратинский А.Е., 1987).

Восстановительные процессы можно ускорить правильным режимом тренировки и отдыха, рациональным питанием, комплексом медико-биологических и психорегулирующих факторов.

Среди педагогических приемов, ускоряющих восстановление, на первое место следует поставить индивидуальный подход при дозировании нагрузок. Слепое копирование тренировок других, даже выдающихся, спортсменов не может быть оправдано ни педагогически, ни физиологически.

После окончания работы энергетические запасы к определенному времени восстанавливаются с избытком (сверхвосстановление): работоспособность организма превышает исходную. В зависимости от характера предшествующей нагрузки (анаэробная, аэробная, смешанная) фазы сверхвосстановления (суперкомпенсации) будут разными. Очередную тренировку следует проводить в фазе суперкомпенсации. Это наиболее эффективно, влияет на дальнейшее повышение работоспособности.

Точное определение сроков суперкомпенсации для каждого спортсмена затруднено в связи с различными темпами восстановления у разных людей, поэтому рекомендуется вести постоянный учет продолжительности пауз отдыха и длительности перерывов между занятиями, чтобы иметь возможность правильно планировать нагрузки (Пиратинский А.Е., 1987).

Методика исследования

Показатель частоты сердцебиений является одним из наиболее часто употребляемых в практике. Он используется как для характеристики деятельности сердечнососудистой системы в состоянии покоя, так и для изучения реакций на нагрузку. Чаще всего ЧСС определяют, прощупывая пульс на лучевой артерии в области запястья. Подсчет ведут за 10 с, а затем пересчитывают в I мин. Для определения ЧСС покоя испытуемый должен находиться в неподвижном состоянии не менее 2–3-х минут. Он должен быть изолирован от посторонних раздражений, эмоциональных воздействий. У взрослого человека ЧСС покоя составляет 60–70 уд./мин. При развитии физического качества выносливость у спортсменов в состоянии покоя ЧСС снижается до 40–50 уд./мин (в отдельных случаях у стайеров экстракласса – до 28–32 уд./мин). У многих спортсменов, специализирующихся в игровых видах спорта, ЧСС покоя может быть повышенной. Для контроля за ходом восстановления после нагрузки ЧСС просчитывается от момента окончания работы до возвращения показателя к исходному уровню покоя. Учитывают величину сдвига ЧСС под влиянием нагрузки, сравнивая ЧСС за первые 10 с сразу же после окончания работы с исходной ЧСС, а также длительность периода восстановления. Чем меньше повышение ЧСС и короче время восстановления, тем более адаптирован испытуемый к данной нагрузке.

Эксперимент проводился на группе спортсменов, занимающихся скалолазанием.

Для эксперимента взяли три группы: начальной подготовки (НП), учебно-тренировочная (УТ) и спортивное совершенствование (СС). Пульс измерялся несколько раз:

1.         В покое

2.         После разминки

3.         После разминочного лазания

4.         Во время основной работы (три измерения)

5.         Восстановление в течении пяти минут

Цель данного исследования проследить насколько быстро происходит адаптация спортсменов после месяца отдыха и как быстро новички привыкают к столь специфичной нагрузке.

Обсуждение результатов и выводы

Динамика ЧСС – один из признаков отражающий повышение тренированности. Индивидуальная реакция ЧСС на нагрузку отражает уровень адаптации к ней.

ЧСС в покое имеет значительные возрастные характеристики. У детей начальной подготовки (11–12) ЧСС находится в пределах 81–100 уд/мин, у детей учебно-тренировочной группы (13–15) 57–75 уд/мин, в группе спортивного совершенствования (17 и старше) 53–61 уд/мин. Известно, что низкая ЧСС характерна для взрослых тренированных спортсменов. Это в большинстве случаев преобладанием высокого тонуса парасимпатической системы и снижением тонуса симпатической в результате систематических тренировок.

Индивидуальная пульсовая реакция юных спортсменов на физическую нагрузку разной интенсивности зависит от исходных величин в покое и после разминки. При выполнении общих развивающих упражнений ЧСС у новичков довольно высокое (130 уд/мин) Это может быть связано с тем, что упражнения, которые даются в разминке им плохо знакомы, т.е. еще не сформирован определенный двигательный навык и организм не приучен к определенным нагрузкам. По данным, которые были получены после месяца тренировок видно, что пульс снизился, организм занимающихся адаптировался к данным видам нагрузки. В других группах не очень большая, что говорит о сформировавшемся навыке.

При выполнении специальной нагрузки – разминочное лазание (траверс 14,5 метров) – видно, что у группы спортивного совершенствования пульс при работе малой мощности приблизительно равен пульсу при выполнении ОРУ, это говорит о том, что данная работа для них привычна и входит в основную разминку. У новичков пульс изменяется значительно. Функциональные системы организма не адаптированы к нагрузке. У большей половины группы наблюдается покраснение лица, потоотделение, учащение дыхания, в то время как у мастеров спорта не изменилась частота дыхания. После месяца тренировки у новичков пульс снизился. Потоотделение и покраснение лица не значительны. Частоты дыхания снижается. Организм привыкает к нагрузке, сердечно-сосудистая система начинает работать в более экономном режиме.

При выполнении основной части занятия ЧСС в разных группах не ниже 150 уд/мин. Самый максимальный пульс у новичков 199 уд/мин.

По полученным данным о восстановлении после работы видно, что этот показатель улучшился у всех групп. Связанно это с регулярными тренировочными занятиями.

Выводы

1.         После месяца отдыха в двух группах пульс при разминке и разминочном лазании чуть повышен. У новиков он достигает максимального значения при данной работе (умеренной мощности)

2.         При основной работе пульс возрастает до 199 уд/ мин у новичков, до 190 в группе УТ и до 180 уд/ мин в группе СС.

3.         Восстановление замедленное во всех группах.

4.         После месяца работы пульс снижается, хотя у новичков он остается довольно высоким по сравнению с о старшими группами.

5.         Восстановление остается замедленным у новичков, у группы СС пульс полностью восстановился уже на третьей минуте, что говорит о хорошей адаптации к данной нагрузке.

6.         Достоверность результатов на уровне значимости 0,05

В результате исследования выяснилось, что группа спортивного совершенствования адаптируется к работе быстро, так как происходит «вспоминание» двигательного навыка. Новички адаптируются хуже всех, так как у них происходит формирование этого двигательного навыка.

Заключение

В этой работе мы рассмотрели изменение гемодинамики под влиянием физических нагрузок. Выяснили от каких параметров зависит минутный объем крови, как изменяются и от чего зависят частота сердечных сокращений, ударный объем крови, максимальное потребление кислорода, кровяное давление. Узнали, что происходит в организме при физических нагрузках, как изменяются функции различных органов при работе. Изучили механизмы энергообеспечения при работе разной мощности на примере работы скалолазов. В исследовательской части проследили динамику восстановления ЧСС и адаптацию к работе после месяца отдыха у скалолазов различный квалификаций. В результате исследования выяснили, что группа спортивного совершенствования адаптируется к работе быстро, а новички адаптируются хуже всех.

Список литературы

 

1.   Амосов Н.М., Бенкет Я.Б. Физиологическая активность и сердце, – Киев: Здоровье, 1989.

2.   Аулик И.В. Определение физической работоспособности в клинике и спорте. – М.: Медицина, 1990 - с. 192–200.

3.   Граевская Н.Д. Кровообращение и тренированность, – М.: Медицина, 1968.

4.   Крестовников А.Н. Очерки по физиологии физических упражнений, – М.: Физкультура и спорт, 1951.

5.   Пиратинский А.Е. Подготовка скалолаза. – М.: Физкультура и спорт, 1987. – с. 125–128.

6.   Сологуб Е.Б. Физиологические основы спортивной тренировки: Уч. пособие. – Л.: ГДОИФК. – 1986. 57 с.

7.   Сологуб Е.Б., А.С. Солодков Общая физиология: Учеб. Пособие / СПБГАФК им. П.Ф. Лесгафта. СПб., 2000. – 216 с.

8.   Чусов Ю.Н. Физиология человека: Учеб. Пособие. – М.: Просвещение, 1981.-с. 123–239.

9.   Физиология человека: Учеб для институтов физической культуры / под общ ред. Зимкина Н.В. – М.: Физкультура и спорт, 1975. – с. 223–256.

10.       Аршавский И.Н. Некоторые сравнительно онтогенетические данные в связи с анализом причин определяющих продолжительность жизни у млекопитающих // Проблемы долголетия. – М.: Медгиз, 1962. - с. 51–57.

11.       Аршавский И.Н. К теории индивидуального развития организма // Ведущие проблемы возрастной физиологии. – М.: Медицина, 1966. с. – 32–36.

12.       Карпман В.Л. Фазовый анализ сердечной деятельности. – М.: Медгиз, 1964.

13.       Карпман В.Л., Хрущев С.В., Борисова Ю.А. Сердце и работоспособность спортсмена. – М.: Физкультура и спорт, 1978.

14.       Карпман В.Л. Определение минутного объема крови // Теория и практика физической культуры. – 1954.– №6. – с. 69.

15.       Карпман В.Л., Любина Б.Г. Гемодинамика при разных режимах мощности физической нагрузки // Кардиология. – №12. – 1973. – с. 83–87.

16.       Парин В.В., Карпман В.Л. Систолический объем сердца // Физиология кровообращения. Физиология сердца / под общ. ред. Бабского Е.Б. – Л.: Наука, 1980.