Физиология спорта. Учебное пособие-1

становительном периоде происходит не только устранение происшедших при работе изменений. Следовые реакции после выполнения упражнения не исчезают полностью, а сохраняются и при повторных выполнениях суммируются, притом не только в виде функциональных изменений органов и тканей, но включает и структурные, конструктивные изменения в организме (накопление энергетических и пластических материалов в мышцах, миокарде и др.). Лишь наличие конструктивных изменений, которые затягиваются не на часы, а на дни и месяцы, обеспечивает повышение функциональных возможностей организма.

В современном спорте, для которого характерны большие объемы тренировочных

нагрузок,применяютсяразличныесредства,

ускоряющие восстановительные процес-

сы. Этих средств очень много, но из них значительная часть входит в список допингов, прием которых запрещен. Без ограничений используются массаж, водные процедуры, сауна, парная баня, не запрещен прием адаптогенов растительного происхождения (китайский лимонник, женьшень и др.), витаминов. Ускоряют восстановительные процессы полноценное сбалансированное питание, полноценный и здоровый сон (8–9 часов) и использование различных форм активного отдыха.

Контрольные вопросы

1.Предстартовое, стартовое и « собственно стартовое состояние», их физиологический механизм?

2.Разновидностипредстартовыхреакцийиих зависимость от тренированности спортсмена, масштаба соревнований и типов высшей нервной деятельности.

3.Разминка, ее значение.

4.Физиологические эффекты общей разминки.

5.Предназначение и содержание специальной части разминки.

6.Длительность разминки.

7.Врабатывание и факторы, определяющие его длительность.

8.Гетерохронность врабатывания различных систем организма.

9.Состояния «мертвой точки» и «второго дыхания», их характеристика и причины возникновения.

10.«Устойчивое состояние», их разновидно-

сти.

11.Утомление, внешние его проявления.

12.Локализация и механизмы утомления.

13.Перенапряжение, переутомление и перетренированность.

14.Восстановительные процессы во время

ипосле мышечной деятельности. Закономерности восстановительных процессов.

15.Какие имеются фазы восстановления?

16. Кислородный долг, его разновидности и длительность устранения.

В процессе спортивной тренировки и физического воспитания происходит совершенствование двигательной деятельности. Оно включает два компонента: развитие двигательных качеств и формирование двигательных навыков. Последнее очень важно во всех видах спорта, но без должного развития двигательных качеств достижение высоких спортивных результатов невозможно.

Физиологияспортарассматривает 5 основныхдвигательныхкачеств – мышечнаясила, быстрота ( скорость), выносливость, ловкость и гибкость.

4.1.ФИЗИОЛОГИЧЕСКИЕ МЕХАНИЗМЫ РАЗВИТИЯ И ПРОЯВЛЕНИЯ СИЛЫ

Сила – это способность за счет мышечного сокращения преодолевать внешнее сопротивление. Это важнейшее двигательное качество, без которого, строго говоря, невозможно выполнение любого упражнения, хотя не при всех упражнениях необходимо проявлять максимальную силу. Но имеется значительное количество упражнений, при выполнении которых необходимо проявлять максимальную силу.

В динамических упражнениях сила, как известно, равна произведению массы на ускорение, сообщаемое этой массе. При

этом важно помнить, что при достижении максимальной силы оба сомножителя не могут быть максимальными, поскольку между ними существует обратная зависимость. В собственно-силовых упражнениях требуется придать максимально большей массе определенное ускорение, достаточное для перемещения этой массы на необходимое расстояние. Следовательно, переменной величиной будет перемещаемая масса, а уско-

рение сохранится постоянным.

Различают абсолютную и относительную силу.

Абсолютная сила – это отношение максимальной силы к физиологическому поперечнику мышцы ( площади поперечного сечения волокон мышцы перпендикулярно их направлению). Она измеряется в ньютонахиликилограммахсилына 1 кв.см (Н/см2

или кг/см2).

Относительная сила – это отношение мышечной силы к ее анатомическому поперечнику (поперечному сечению мышцы перпендикулярно ее длине). Измеряется в тех же единицах. В спортивной практике используется более простой показатель – отношение мышечной силы к массе тела спортсмена, т.е. в расчете на 1 кг.

Абсолютная сила мышц необходима в собственно-силовых упражнениях – при

подъемах штанги максимального или околомаксимального веса, при выполнении некоторых гимнастических упражнений. Относительная сила мышц нужна для успешного перемещения собственного тела ( в прыжках).

Развитие мышечной силы связано с определенными изменениями, которые происходят в организме под влиянием силовых упражнений. К ним относятся морфологические, биохимические и физиологические

изменения.

Морфологические изменения сводятся главным образом к увеличению поперечного сечения мышцы, или к рабочей гипертрофии. Мышечная сила, особенно в изометрических условиях, зависит от числа и толщинымышечных волокон, которыеопределяют толщину мышцы, или площадь ее поперечного сечения. Поскольку число мышечных волокон увеличивается лишь до определенного возраста, то гипертрофия мышцы определяется исключительно утолщением волокон, а не их числа.

Различают два крайних типа гипертрофии мышц – саркоплазматический и миофибриллярный.

Саркоплазматическая рабочая гипертрофия – это утолщение мышечных волокон за счетпреимущественногоувеличенияобъема саркоплазмы, т.е. несократительной части мышечных волокон. При этом увеличивается содержание белков митохондрий, повышаются метаболические резервы мышц: гликоген, КФ, миоглобин и др. Увеличивается также число капилляров.

Наиболее предрасположены к саркоплазматической гипертрофии медленные и быстрые окислительные волокна. Рабочая гипертрофия такого типа мало влияет на развитие силы, но повышает выносливость мышц.

Миофибриллярная гипертрофия связана с увеличением числа и объема собственно сократительного аппарата мышечных

волокон – миофибрилл. При этом растет плотность их укладки в мышечном волокне. Такая гипертрофия мышечных волокон ведет к значительному росту максимальной силы мышц. Абсолютная сила мышц при этом в отличие от гипертрофии первого типа также увеличена. К миофибриллярной гипертрофии наиболее предрасположены быстрые гликолитические мышечные волокна.

Измерение мышечной силы у человека осуществляется при произвольном мак-

симальном напряжении мышц. При этом определяется максимальная произволь-

ная мышечная сила. Она зависит от двух групп факторов: мышечных ( периферических) и координационных (нервных) фак-

торов.

К мышечным (периферическим) факторам относятся:

-механические условия мышечной тяги – плечо рычага действия мышечной силы и угол приложения этой силы к костным рычагам;

-длина мышц, так как напряжение мышцы зависит от ее длины;

-поперечник активируемых мышц – чем больше суммарный поперечник произвольно сокращающихся мышц, тем больше проявляемая мышечная сила.

Ккоординационным (нервным) фак-

торам относятся внутримышечные и межмышечные координационные механизмы

управления мышечным аппаратом.

К механизмам внутримышечной координации относятся:

-регуляция числа активных двигательных единиц ( ДЕ), т.е. мотонейронов данной мышцы;

-регуляция частоты импульсации мотонейронов (МН);

-синхронизация активности ДЕ.

Чем большее число ДЕ участвует в сокращении мышцы, тем большую силу она развивает. Число ДЕ, участвующих

всокращении, определяется интенсивностью возбуждающих влияний, которым подвергаются мотонейроны со стороны высших двигательных центров (коры, подкорковых структур, вставочных нейронов спинного мозга). При этом мобилизуются более крупные ДЕ, обладающие более высоким порогом возбуждения. При слабых влияниях возбуждаются лишь малые мотонейроны, обладающие низким порогом возбуждения. Мышца при этом развивает небольшое напряжение.

Частота импульсации мотонейронов так-

же определяет напряжение мышцы. Если частота небольшая, то в сокращении мышцы участвуют малые ДЕ, и они функционируют

врежиме одиночного сокращения. При этом обеспечивается слабое, но мало утомительное сокращение мышцы.

При увеличении интенсивности возбуждающих влияний происходит не только мобилизация новых, более крупных высокопороговых мотонейронов, но и увеличение частоты импульсации мелких ( низкопороговых) мотонейронов. Они начинают работать в режиме тетанического (суммированного), более сильного сокращения. При дальнейшем увеличении интенсивности влияний в режим тетанического сокращения переходит все большее количество крупных ДЕ.

Если ДЕ сокращаются одновременно, развиваемое напряжение будет больше. При

этом повышается крутизна нарастания силы и развивается «взрывная сила». Она опре-

деляет спортивный результат в темповых упражнениях в тяжелой атлетике, в легкоатлетических метаниях, прыжках и др. Если двигательные единицы участвуют в сокращении мышц асинхронно, напряжение мышцы будет меньше, хотя движение будет

плавным.

Механизмы межмышечной коорди-

нации проявляются в адекватном выборе «нужных» мышц-синергистов, в ограни-

чении «ненужной» активности мышц-анта- гонистов данного и других суставов и в усилении активности мышц-антагонистов, обеспечивающих фиксацию смежных су-

ставов.

Управление мышцами, когда требуется проявление их максимальной произвольной

силы, является для центральной нервной системы сложной задачей. Поэтому в обыч-

ных условиях мышцы не могут проявить свою максимальную силу. Максимальная

произвольная сила тех или иных мышечных групп меньше, чем их максимальная

сила. Разница между ними называется си-

ловым дефицитом.

Силовой дефицит данной мышцы или мышечной группы тем меньше, чем совершеннее центральное управление мышечным аппаратом. Величина силового дефицита зависит и от психического состояния спортсмена: при некоторых эмоциональных состояниях человек может проявлять такую силу, которая намного превышает его обычные максимальные силовые возможности (при крайних экстремальных условиях, под гипнозом и др.).

Величина силового дефицита зависит от количества одновременно активируемых мышечных групп: он тем больше, чем больше число одновременно мобилизуемых мышечных групп. Это объясняется тем, что обеспечить координацию сократительной деятельности небольшого числа мышц проще, чем многих мышц, особенно при проявлении динамической силы. Поэтому показатели динамической силы подвержены более значительным колебаниям при повторных измерениях по сравнению с показателями статической силы.

Динамическая сила при концентрическом сокращении мышц меньше, чем статическая, а в режиме эксцентрических сокращений больше статической силы, притом, чем больше скорость движения, тем больше проявляемая динамическая сила.

4.2.ФИЗИОЛОГИЧЕСКИЕ МЕХАНИЗМЫ РАЗВИТИЯ СКОРОСТИ ДВИЖЕНИЙ

Быстрота – этоспособностьсовершатьдвижения в минимальный для данных условий отрезок времени.

Различают комплексные и элементарные формы проявления быстроты. В естественных условиях спортивной деятельности быстрота проявляется в комплексных формах, включающих скорость двигательных действий и умственных операций, а также в со-

четании с другими качествами.

К элементарным формам проявления быстроты относятся:

-быстрота (скорость) одиночного (однократного) движения;

-быстрота смены циклов движений (темп, или частота движений);

-быстрота двигательной реакции – латентный (скрытый) период простой (без выбора) и сложной (с выбором) сенсомоторной реакции, а также реакции на

движущийся объект.

Быстрота однократного движения

определяется в значительной мере соотношением быстрых и медленных ДЕ в мышце, выполняющей данное движение. Это соотношение в разных мышцах и у разных людей различно. Чем больше быстрых ДЕ, тем выше скоростные свойства мышц.

При рождении все мышечные волокна медленные. В течение первых недель жизни одни ДЕ становятся быстрыми, другие остаются медленными. Превращение мышечных волокон в быстрые или медленные регулируется также и влияниями со стороны мотонейронов – «быстрых» или «медленных». «Быстрые» мотонейроны обладают большей частотой импульсации, и раздражение мотонейронов током высокой частоты повышает скоростные свойства мышечных волокон.

Скоростные свойства мышц не всегда зависят от силы мышц. Более того, при малом

сопротивлении скорость сокращении мышц

вообще не зависит от силы.

Быстрота смены циклов движений

(частота движений) связана со скоростью чередования сокращения и расслабления работающих мышц, что обусловливается быстротой смены процессов возбуждения

иторможения в соответствующих центрах коры больших полушарий, т.е. подвижностью нервных процессов.

Существует корреляция частоты движений, совершаемых в различных суставах: у кого частота движений выше в одном суставе, она выше и в других суставах. Это свидетельствует о том, что максимальная частотадвиженийхарактеризуетскоростные свойства всего организма, его ЦНС. Частота движений важна в циклических упражнениях, т.к. является одним из компонентов, определяющих скорость передвижения.

Простым показателем частоты движений является максимальный темп постукиваний пальцем за короткий интервал времени – 5–10 сек, так называемый теппинг-тест. Частота движений развивается с возрастом

ипри занятиях спортом.

Различаютбыстротуреакциипривыполнении заранее известного движения и при выборе и выполнении движения, адекватного сигналу или ситуации. Для понимания физиологических механизмов этой формы быстроты рассмотрим простую двигательную реакцию, когда в ответ на раздражение возникает стандартная мышечная деятельность. Время, которое необходимо для этого рефлекса, складывается из разных составляющих. Наибольшее время требуется на прохождение возбуждения от сенсорного центра к двигательному центру в пределах коры больших полушарий. Этот путь характеризуется наибольшей изменчивостью, в то время как на остальных этапах скорость прохождения возбуждения относительно постоянна. По этой причине скорость двигательной реакции служит функциональной

характеристикой ЦНС, показателем быстроты переключения нервных возбуждений от одних нервных клеток на другие.

Быстрота реакции в определенной мере зависит от врожденных свойств нервной системы. В то же время она значительно изменяется под влиянием тренировок. У тренированных спортсменов латентный период простой двигательной реакции составляет 0,12–0,16 с, а у нетренированных лиц –

0,20–0,22 с.

В сложных ситуациях, когда необходим выбор адекватной реакции из множества возможных, решающим качеством является пропускная способность мозга, т.е. количество информации, пропускаемой мозгом в единицу времени. При этом, чем больше возможных решений, тем больше время реакции.

4.3.ФИЗИОЛОГИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ РАЗВИТИЯ ВЫНОСЛИВОСТИ

Выносливость – это показатель работоспособности и сопротивляемости утомлению. Обычно под выносливостью понимают способность длительно выполнять глобальную мышечную работу преимущественно или исключительно аэробного характера без снижения эффективности. Однако разли-

чают также локальную выносливость, а по типу мышечного сокращения – статиче-

скую и динамическую выносливость.

Разные виды мышечной деятельности обладают разным утомляющим действием. Поэтому выносливость как физическое качество относится лишь к определенному виду деятельности. Это обусловлено тем, что механизмы выносливости при различных видах мышечной деятельности суще-

ственно различаются.

Статическая выносливость ( выносли-

вость к статическим усилиям) основывается на высокой способности нервных центров

и иннервируемых ими мышц обеспечивать непрерывную активность в условиях недостаточного обеспечения кислородом и «засорения» продуктами обмена. Если статическое усилие невелико, оно может осуществляться при сменной активности ДЕ, тем самым создаются условия для восстановительных процессов в нервных клетках и увеличения длительности статического усилия. При усилии менее 20% от максимального

статическая работа может продолжаться очень долго. Это критический уровень статической работы. Если усилие превы-

шает 20%, то предельная его длительность существенно уменьшается даже при небольшом увеличении усилия.

Разные мышцы обладают неодинаковой выносливостью к статическим усилиям. Те из них, в которых преобладает тоническое напряжение (мышцы туловища и шеи и др.), более выносливы, чем мышцы, которые выполняют преимущественно динамическую работу. В то же время между статической и динамической выносливостью имеется

определенная корреляция.

Динамическая выносливость имеет раз-

новидности:

-силовая выносливость;

-анаэробная выносливость (скоростная);

-аэробная выносливость (общая).

Силовая выносливость определяется

устойчивостью нервной системы и нервномышечного аппарата к многократным сильным сокращениям мышц, вызывающим в них снижение кровотока и кислородное голодание. Важную роль играет гипертрофия мышц по саркоплазматическому типу, а также преобладание быстрых окислительных и медленных волокон. Если повторные сокращения мышц не являются максимальными по силе (в гиревом спорте, в гребле), существенно возрастает значимость кислородтранспортной системы и механизмов внутри- и межмышечной координации.

Скоростная выносливость зависит от устойчивости нервных центров и нервномышечного аппарата к высокому темпу активности. Определяющими факторами являются также максимальная анаэробная емкость,преобладаниебыстрыхокислительных и гликолитических волокон, активность ферментов, обеспечивающих расщепление и ресинтез фосфагенов, повышение содержания в мышцах метаболических резервов

(миоглобина и КФ).

Аэробная выносливость – это способ-

ность длительно выполнять глобальную циклическую работу преимущественно или исключительно аэробного характера. Физиологической основой аэробной выносливости является высокий уровень аэробных возможностей человека:

-высокая максимальная скорость потребления кислорода, т.е. аэробная мощность, или МПК;

-способность длительно поддерживать высокую скорость потребления кислорода (МПК) и большее суммарное его

потребление на всю работу, или аэробная емкость.

Аэробная производительность, в частности МПК, зависит от функциональных возможностей двух систем:

-кислородтранспортной системы, обеспечивающей поглощение кислорода из окружающего воздуха и доставляющей его к мышцам и другим активным органам тела;

-кислородутилизирующей системы, т.е. мышц и активных органов, экстрагирующих и утилизирующих кислород, при-

носимый кровью.

Кислородтранспортная система включает внешнее дыхание, систему крови

и систему кровообращения.

Внешнее дыхание обеспечивает поглощение кислорода из окружающей среды за счет легочной вентиляции и диффузии кислорода через легочную мембрану в кровь. Легочная

вентиляция (ЛВ) у бегунов-стайеров и лыжниковнадистанцииподдерживаетсянауровне 120–140л/мин.Этодостигаетсязасчетувели- чениядыхательногообъема (ДО),анечастоты дыхания. Этому способствуют увеличенные легочные объемы, возросшая сила и выносливостьдыхательныхмышц,повышеннаярастяжимость грудной клетки и легких и меньшее сопротивление потоку воздуха.

У спортсменов, тренированных на выносливость, в среднем на 20% увеличен объем циркулирующей крови ( ОЦК). Это снижает вязкость крови и облегчает работу сердца, увеличивает ОЦК, центральный объем крови, венозный возврат и систолический объем крови. Увеличение ОЦК повышает общего количества эритроцитов и гемоглобина,атакжеснижаетконцентрациюлактата в крови, что в свою очередь способствует по-

вышению очень важного показателя – поро-

га анаэробного обмена (ПАНО). ПАНО яв-

ляется показателем аэробных возможностей организма и имеет прямую связь со спортивными результатами в видах спорта на выносливость. У тренированных спортсменов ПАНО достигается лишь при потреблении кислорода более 80% от МПК, а у нетренированных лиц – уже при 45–60% от МПК.

Кислородтранспортные возможности ор-

ганизма зависят главным образом от спо-

собности сердца обеспечивать более высокую объемную скорость кровотока (сердечный выброс, или минутный объем

крови).Поэтому высокие аэробные возможности (МПК) у высококвалифицированных спортсменов определяются практически исключительно высокой производительностью сердца, т.е. МОК, что достигается за счет увеличения главным образом систолического объема крови, а ЧСС у них при максимальной нагрузке даже ниже, чем у нетре-

нированных лиц.

Увеличение систолического объема яв-

ляется следствием двух основных изменений в сердце:

в почках) и окисление лактата в сердечной и скелетных мышцах. Кроме того, длительное повышение потребления О2 связано с необходимостью поддерживать усиленную деятельность дыхательной и сердечнососудистой систем в период восстановления, усиленный обмен веществ и другие процессы, которые обусловлены длительно сохраняющейся повышенной активностью симпатической нервной и гормональной систем, повышенной температурой тела, также медленно снижающимисяна протяжении

периода восстановления.

Восстановлениезапасовкислорода.Кис-

лород находится в мышцах в форме химической связи с миоглобином. Эти запасы очень невелики: каждый килограмм мышечной массы содержит около 11 мл О2. Следовательно, общие запасы «мышечного» кислорода (из расчета на 40 кг мышечной массы у спортсменов) не превышают 0,5 л. В процессе мышечной работы он может быстро расходоваться, а после работы быстро восстанавливаться. Скорость восстановления запасов кислорода зависит лишь от доставки его к мышцам.

Быстровосстанавливаетсятакжесодержание О2 в венозной крови, оттекающей от работавшихмышцидругихактивныхорганов, и тканей тела, что указывает на достаточное их обеспечение кислородом в послерабочий период. Поэтому нет никаких физиологических оснований использовать дыхание чистым кислородом или смесью с повышенным содержанием кислорода после работы для ускорения процессов восстановления.

4.4.ФИЗИОЛОГИЧЕСКИЕ МЕХАНИЗМЫ И ЗАКОНОМЕРНОСТИ РАЗВИТИЯ ЛОВКОСТИ И ГИБКОСТИ

Ловкость – это способность к выполнению сложных по координации движений, проявление высоких координационных спо-

собностей нервной системы. Она является результатом сложного взаимодействия процессов возбуждения и торможения в дви-

гательных нервных центрах. К ловкости относят также способность создавать но-

вые двигательные акты и двигательные навыки, быстро переключаться с одного движения на другое при изменении ситуации.

В основе координационных способностей лежит оценка изменений в среде, высокие

функциональные возможности сенсор-

ных систем, особенно зрительной, двигательной и вестибулярной, обеспечивающих

основную информацию о качестве выполне-

ния движений и поправки по ходу их выпол-

нения – сенсорные коррекции.

Критериями ловкости являются коорди-

национная сложность, точность движений и быстрота выполнения движения.

Программа ( пространственно-временная структура возбуждения мышц) сложно координированных движений, а также информация, поступающая через сенсорные системы, оставляют определенные следы в нервной системе, что при неоднократном их выполнении способствует запоминанию

и программы, и полученных ощущений, т.е.

формированию моторной памяти. Однако даже спортсмены высокой квалификации при выполнении сложных по координации движений не каждый раз показывают свои

лучшие результаты.

Ловкость при стандартных (стереотип-

ных) движениях имеет в своей основе цепь реакций в виде динамического стереотипа. В видах спорта с ситуационным характером движений она связана с экстрапо-

ляцией – способностью нервной системы на основе имеющегося опыта адекватно решать вновь возникшие двигательные

задачи. Поэтому чем больше двигательный опыт, тем большее количество новых движений может быть выполнено без специального обучения.

Выполнение сложно координированных движений несет большую нагрузку для нервной системы. Поэтому чрезмерно

частое и длительное выполнение сложных

по координации движений может привести к перенапряжению подвижностинервных процессов. В то же время развитие коорди-

национных способностей обусловливает

экономизацию функций: снижает расход энергии и возбуждение двигательных центров, совершенствует взаимодействие процессов возбуждения и торможения, отдаляет

мышечное утомление.

Гибкость – способность совершать движения в суставах с большой амплитудой.

Активнаягибкостьпроявляетсяприпро-

извольных движениях в суставах.

Пассивная гибкость проявляется при растяжении мышц с использованием внешней силы. Она выше, чем активная гибкость. Оба вида гибкости у женщин выше, чем у мужчин. Самая высокая гибкость у детей, с возрастом она снижается, особенно в позвоночнике.

Гибкость зависит от способности к управлению двигательным аппаратом и от его мор-

фофункциональных особенностей (вязкость

мышц, эластичность связок, состояние межпозвоночных дисков). Гибкость выше

приразогреваниимышц,снижаетсяприутомлении. Утром она ниже, чем в течение дня. Упражнения на гибкость, выполняемые на уроках физкультуры и на тренировках, предо-

храняютмышцыоттравм,носохраняютсвою эффективность относительно недолго.

Контрольные вопросы

1.Факторы, определяющие силу мышц.

2.Типы рабочей гипертрофии мышечных волокон и их влияние на мышечную силу.

3.Механизмы внутримышечной и межмышечной координации при регуляции силы мышц.

4.Максимальная и максимальная произвольная сила мышц. Силовой дефицит.

5.Возрастные особенности развития мышечной силы.

6.Быстрота движений. Элементарные формы проявления быстроты.

7.Быстрота реакции, ее физиологические механизмы.

8.Быстрота отдельного движения, определяющие ее факторы.

9.Быстрота изменения фаз ( частота) движений.

10.Быстрота в целостных двигательных действиях.

11.Выносливость, ее виды.

12.Силовая выносливость, ее механизмы.

13.Механизмы анаэробной выносливости.

14.Аэробная выносливость. Максимальное по-

требление О2 (МПК), порог анаэробного обмена (ПАНО).

15.Кислородный долг, его компоненты.

16.Гибкость, ее виды и определяющие факторы.

17.Координационные способности ( ловкость), показатели и механизмы развития.

18.Резервы развития двигательных качеств при тренировке.