3. Стійкий стан

Стійкий стан (англ. steady - state). При виконанні вправ постійної аеробної потужності за періодом швидких змін функцій організму (впрацювання) настає період, стійкого стану. При виконанні вправ невеликої потужності впродовж періоду стійкого стану є кількісна відповідність між потребою організму в кисні (кисневим запитом) і її задоволенням. Тому такі вправи є вправами з істинно стійким станом. Кисневий борг після нетривалого їх виконання практично дорівнює лише кисневому дефіциту, що виникає спочатку роботи.

У всіх вправах аеробної потужності з рівнем споживання О2 більше 50% від МСК, як і у всіх вправах анаеробної потужності, не можна виділити робочий період з істинно стійким, незмінним станом функцій ні по споживанню О2, ні тим більше за іншими показниками. Це пов'язано з тим, що протягом всього часу їх виконання, не дивлячись на швидке підвищення ступеня споживання О2, потужність системи аеробного окислення відстає від фізичної потужності і не в змозі досягти показників, необхідних для повного покриття кисневого боргу. Таким чином, починаючи з аеробних вправ великої потужності вже немає повної рівноваги між кисневим запитом і його задоволенням під час самої роботи. Тому після них реєструється кисневий борг, який тим більше, чим більша потужність роботи і її тривалість. Але до певного моменту наростаючий кисневий борг не призводить до зниження демонстрованої спортсменом фізичної потужності вправи. Це явище характеризується як псевдо (квазі) стійкий стан або період з повільними функціональними змінами ("дрейфом").

В період квазістійкого стану організму відбувається поступова компенсаторна перебудова в діяльності серцево-судинною, дихальної, нервово-м'язової, ендокринної і інших систем (рис. 3), яка дозволяє підтримувати задані параметри потужності навантаження.

Рис. 3. Зміна ("дрейф") показників діяльності серцево-судинної системи впродовж субмаксимальної аеробної роботи. За 0 прийняті показники на 10-ій хв. роботи.

4. Процес стомлення

Процес стомлення - це сукупність змін, що відбуваються в різних органах, системах і організмі в цілому, в період виконання фізичної роботи що приводить врешті-решт до неможливості її продовження. Стан втоми характеризується викликаним роботою тимчасовим зниженням працездатності, яке виявляється в суб'єктивному відчутті втоми. В стані втоми людина не здатна підтримувати необхідний рівень інтенсивності і (або) якості (техніка виконання) роботи або вимушена відмовитися від її продовження.

Ступінь участі тих або інших фізіологічних систем у виконанні вправ різного характеру і потужності неоднаковий. У виконанні будь-якої вправи можна виділити основні, ведучі, найбільш завантажувані системи, функціональні можливості яких визначають здатність людини виконати дану вправу на необхідному рівні інтенсивності і (або) якості. Ступінь завантаженості цих систем по відношенню до їх максимальних можливостей визначає граничну тривалість виконання даної вправи, тобто період настання стану втоми. Таким чином, функціональні можливості провідних систем не тільки визначають, але і лімітують інтенсивність і граничну тривалість і (або) якість виконання даної вправи.

При виконанні різних вправ причини втоми неоднакові. Розгляд основних причин втоми пов'язаний з двома основними поняттями. Перше поняття - локалізація втоми, тобто виділення тієї провідної системи (або систем), функціональні зміни в якій і визначають настання стану втоми. Друге поняття - механізми втоми, тобто ті конкретні зміни в діяльності провідних функціональних систем, які обумовлюють розвиток втоми.

По локалізації втоми можна, по суті, розглядати три основні групи систем, що забезпечують виконання будь-якої вправи:

- регулюючі системи - центральна нервова система (при потужних навантаженнях), вегетативна нервова система і гормонально-гуморальна система (при роботі на витривалість);

- система вегетативного забезпечення м'язової діяльності - системи дихання, крові і кровообігу (роль, особливо велика при тривалих вправах);

- виконавча система - руховий (периферичний нервово-м'язовий) апарат (виснаження енергетичних ресурсів, отруєння продуктами розпаду енергетичних речовин, що накопичуються в результаті недостатнього надходження кисню).

Для різних вправ характерна специфічна комбінація провідних систем (локалізації) і механізмів стомлення.

При виконанні вправ максимальної анаеробної потужності (до 10 с.) найбільш важливу роль в розвитку втоми грають процеси, що відбуваються в ЦНС і виконавчому нервово-м'язовому апараті.

Під час цих вправ вищі моторні центри повинні активувати максимально можливе число спинальних мотонейронів працюючих м'язів і забезпечити високочастотну імпульсацію. Така інтенсивна "моторна команда" може підтримуватися лише протягом декількох секунд. Особливо рано знижується частота імпульсації, і відбувається виключення швидких мотонейронів. Виключно швидко витрачаються фосфагени в працюючих м'язах, особливо креатинофосфат, так що одним з провідних механізмів стомлення при виконанні цих вправ служить виснаження фосфагенів як основних субстратів, здатних забезпечувати таку роботу. Анаеробний гліколіз розвивається повільніше, тому за декілька секунд роботи концентрація лактату в м'язах, що скорочуються, збільшується незначно. Системи вегетативного забезпечення зважаючи на їх інертність не грають вирішальної ролі у виконанні цих вправ і відповідно в розвитку втоми.

При виконанні вправ майжемаксимальной анаеробної потужності (тривалість 20-50 с.) розвиток втоми також визначають зміни що відбуваються в ЦНС і у виконавчому м'язовому апараті. Як і при максимальній анаеробній роботі, ЦНС повинна забезпечувати рекрутування і високочастотну імпульсацію більшості спинальних мотонейронів, що іннервують основні робочі м'язи. У самих м'язових клітинах відбувається інтенсивне витрачання субстратів анаеробного метаболізму - фосфагенів і м'язового глікогену, накопичується і діффундірує в кров значна кількість молочної кислоти. Отже разом з виснаженням фосфагенов важливою причиною стомлення при майжемаксимальній анаеробній роботі є накопичення в м'язах і крові молочної кислоти, що, з одного боку, знижує швидкість глікогеноліза в м'язах, а з іншої - несприятливо впливає на діяльність ЦНС.

Рис. 4. Концентрація фосфагенів (Л) і лактату (Б) в робочих м'язах впродовж анаеробних і аеробних вправ різної граничної тривалості (стрілки відповідають моменту відмови від роботи); концентрація фосфагенів (В) і лактату (Г) в робочих м'язах після вправ різної відносної потужності аероба (по. Д. Карлссону та ін., 1971)

Під час виконання вправ субмаксимальної анаеробної потужності (тривалість 1-2 хв.) ресинтез фосфагенів відбувається з достатньою швидкістю, тому в кінці роботи не виявляється помітного їх витрачання (рис. 4 А). Головним механізмом стомлення в цих вправах служать накопичення лактату в м'язах (рис. 4 Б) та крові і обумовлене ним зниження рН в м'язових клітинах і крові. Обидва ці чинника приводять до зменшення швидкості глікогеноліза в м'язах і негативно впливають на діяльність ЦНС. При роботі субмаксимальної анаеробної потужності додатковим (хоча не дуже істотним) чинником, лімітуючим працездатність, служать функціональні можливості, кисневотранспортної системи. Тому одним з механізмів стомлення при виконанні такої роботи є недостатнє постачання кисню м'язам.

При виконанні вправ максимальної аеробної потужності (тривалість 3-10 хв.) втома пов'язана перш за все з кисневотранспортною системою, граничні можливості якої є чинником, лімітуючим працездатність. Один з головних механізмів стомлення в даному випадку - недостатнє забезпечення працюючих м'язів киснем. В процесі такої роботи значну частину енергії м'язи отримують в результаті анаеробного глікогеноліза з утворенням молочної кислоти, накопичення якої (зниження рН) в м'язах і крові також грає важливу роль в розвитку втоми.

Виконання вправ майжемаксимальної аеробної потужності (тривалість до 30 хв.) також лімітується в основному можливостями кисневотранспортної системи. В процесі їх виконання концентрація фосфагенів знижується незначно, концентрація лактату в м'язах і крові відносно невелика (рис. 4). Втома пов'язана із зниженням продуктивності серцево-судинної системи, особливо серця. Серцева продуктивність виступає як головний чинник, лімітуючий постачання м'язам кисню. Робота забезпечується переважно глікогенолізом. Проте відмова від продовження її прямо не пов'язана з виснаженням вуглеводних ресурсів організму (рис. 5). Висока концентрація молочної кислоти в м'язах і крові дозволяє розглядати її як один з важливих механізмів стомлення при виконанні вправ майжемаксимальної аеробної потужності.

Вправи субмаксимальної аеробної потужності (тривалість до 120 хв.) пов'язані з великим навантаженням на серцево-судинну систему. Їх виконання забезпечуєтся окислювальними процесами в працюючих м'язах, що використовують як основний субстрат м'язовий глікоген і глюкозу крові. Головним механізмом стомлення при таких вправах служить виснаження запасів глікогену в працюючих м'язах і печінці (рис. 5). Більшість змін, які спостерігаються в діяльності серцево-судинної системи, впродовж періоду квазістійкого стану (рис. 2), відображають перебіг процесів, які, врешті-решт, приводять до втоми. Велике і тривале навантаження на серце веде до зниження продуктивності міокарду. Певну роль в розвитку втоми грають вимоги, що підвищуються по мірі продовження роботи, до підтримки необхідної температури тіла (робочої гіпертермії).

Рис. 5. Зміст м'язового глікогену після вправ різної відносної потужності і (відповідно) різної граничної тривалості. Числа біля кривих указують, відносну потужність роботи у відсотках від МСК - 120% МСК відповідає, майжемаксимальной анаеробної потужності

Вправи середньої аеробної потужності (тривалість до декількох годин) також дають велике навантаження на кисневотранспортну систему. При роботі такої потужності відбувається значна витрата глікогену м'язів і посилена витрата (виснаження) глікогену печінки, що веде до розвитку гіпоглікемії. Таким чином, повторно страждає ЦНС, для якої глюкоза крові грає роль єдиного енергетичного джерела. Крім того, велике значення має порушення процесів терморегуляції, що може викликати критичне підвищення температури тіла. В результаті додаткового перерозподілу кровотоку (посилення шкірного кровотоку і зниження кровотоку працюючих м'язів) відбувається підвищення тепловіддачі. Доставка кисню до робочих м'язів знижується, що веде до м'язової втоми.

Вправа малої аеробної потужності (впродовж декількох годин при потужності роботи менше 50% від індивідуального МСК) значною мірою характеризуються тією ж локалізацією і механізмами стомлення, що і вправи середньої аеробної потужності. Відмінність полягає в повільнішому настанні описаних процесів і в більшому витрачанні жирів, недоокислені продукти розщеплювання яких можуть поступати в кров і бути важливим чинником стомлення.