Руководство по спортивной медицине - Коллектив авторов

В состоянии устойчивой работоспособности при продолжающейся мышечной работе наблюдается усиление рефлекторных реакций. Это отражается в повышении возбудимости ЦНС, которое может быть обозначено как состояние рабочего возбуждения в период мышечной деятельности и обусловлено тем, что сильное изолированное возбуждение корковых двигательных центров, наблюдавшееся в период начального усилия, после окончания периода врабатывания ослабевает и происходит дальнейшее распространение процесса возбуждения. Следует отметить, что рабочее возбуждение ЦНС в период устойчивой работоспособности обусловлено не только распространением возбуждения со стороны двигательных центров, но и рефлекторной стимуляцией со стороны работающих мышц. Оказывает влияние также усиление обменных процессов, что определяет увеличение в крови метаболитов и гормонов.

Анализируя физиологические механизмы возникновения и удержания состояния устойчивой работоспособности, необходимо подчеркнуть ведущую роль высших корковых центров в формировании не только двигательных, но и вегетативных функций организма при мышечной работе.

Изменения химизма внутренней среды благодаря хорошо налаженным и устойчивым механизмам гуморальной регуляции мобилизуют их в целях поддержания постоянства внутренней среды организма, нарушаемого в период мышечной работы (даже в тех случаях, когда организм достигает истинного устойчивого состояния).

Снижение работоспособности после продолжительной или интенсивной работы связано с физиологическими процессами утомления. Эти процессы будут подробно рассмотрены в главе 9.

ГЛАВА 2.

СТРУКТУРНАЯ АДАПТАЦИЯ К ФИЗИЧЕСКИМ НАГРУЗКАМ

2.1. Системный структурный след как основа адаптации. Взаимосвязь функции и генетического аппарата

Физическая нагрузка – самый естественный и древний фактор, воздействующий на человека. Этот фактор, обусловленный природой земной гравитации, во все времена сопровождал человека, и двигательная мышечная активность всегда была важным звеном приспособления человека к окружающему миру.

Проблема адаптации к нагрузкам сводится к вопросу о механизмах, обеспечивающих преимущества тренированному организму. Сама адаптация характеризуется двумя основными чертами.

1. Тренированный организм может выполнять мышечную работу такой продолжительности или интенсивности, которая не под силу нетренированному. Так, нетренированный человек не в состоянии пробежать марафонскую дистанцию или поднять штангу весом, значительно превышающим его собственный. При выполнении стандартной работы, доступной нетренированному человеку, тренированный может совершать ее более длительное время без утомления или выполнить с такой скоростью, на которую не способен нетренированный человек.

2. Тренированный организм характеризуется более экономным функционированием физиологических систем в покое и при умеренных нагрузках, а также способностью достигать при максимальных нагрузках такого уровня функционирования этих систем, который недостижим для нетренированного человека. Так, в условии покоя у тренированных людей частота сердцебиений может составлять 30 – 50 уд/мин («брадикардия атлетов»), у них уменьшена частота дыхания до 8 – 15 дых/мин, снижены легочная вентиляция и минутный объем дыхания на 10 – 12 %, также в покое уменьшено потребление кислорода миокардом.

Выполнение стандартной мышечной работы сопровождается у тренированного организма существенно меньшим повышением уровня лактата в крови, что способствует предупреждению утомления и повышению работоспособности. Реакция же симпатоадреналовой системы и повышение уровня катехоламинов в крови в ответ на нагрузки значительно меньше. Таким образом, при выполнении одинаковой по интенсивности работы тренированный организм работает более экономно, с меньшей мобилизацией физиологических функций.

При предельно напряженной работе наблюдается обратное: в тренированном организме происходит бüльшая мобилизация сердечно-сосудистой, дыхательной систем по сравнению с нетренированным. Так, при максимальной работе потребление кислорода у тренированного человека может возрастать до 5 – 6 л/мин, а у нетренированного не превышает 3 л/мин; минутный объем сердца повышается до 45 – 47 л/мин, ударный объем – до 200 мл, тогда как у нетренированного максимальное значение этих показателей 20 – 25 л/мин и 140 – 145 мл соответственно; легочная вентиляция может достигать 150 л/мин, а частота дыхания – 60 дых/мин. В ответ на предельные нагрузки у тренированных людей наблюдается более мощная реакция симпатоадреналовой системы, чем у нетренированных.

Рассмотренные различия наглядно демонстрируют, что при малых нагрузках, когда выполняется работа, одинаково легкая для тренированного и нетренированного человека, различий в физиологических сдвигах почти нет. При более интенсивной работе у нетренированного происходят бьльшие физиологические сдвиги, чем у тренированного, с ростом нагрузки различия увеличиваются. Тренированный может совершать работу, по интенсивности значительно превышающую ту, которая для нетренированного является предельной. При этом соответственно физиологические сдвиги у него продолжают расти. Наконец, достигается предельная интенсивность работы и для тренированного, в этот момент регистрируются его максимальные функциональные сдвиги, которые лежат значительно выше предельных сдвигов у нетренированного.

Для понимания механизма адаптации к физическим нагрузкам с позиций молекулярной физиологии существенно, что в процессе развития адаптации к любому фактору среды, и, в частности, к физическим нагрузкам, определяются два основных этапа: срочная, но несовершенная адаптация и долговременная устойчивая адаптация.

Во всех случаях срочная адаптация реализуется мгновенно, но реакция организма протекает на пределе, с утратой резервов, низким результатом и сопровождается выраженной стресс-реакцией. Устойчивая долговременная адаптация характеризуется более совершенной реакцией организма, отсутствием выраженной стресс-реакции и возможностью нормальной жизнедеятельности.

На этапе срочной адаптации основная двигательная реакция организма сопровождается ярко выраженной стресс-реакцией с избыточным высвобождением в кровь катехоламинов, кортикостероидов и т. д., максимальным увеличением легочной вентиляции, минутного объема сердца, уровня лактата и аммиака в крови, выраженными повреждениями клеточных мембран, проявляющимися ферментемией. В результате скорость реакции организма снижается, и он оказывается неспособным осуществлять длительную мышечную работу. Развивающаяся в дальнейшем долговременная адаптация характеризуется тем, что в ответ на ту же самую нагрузку не возникает резкой стресс-реакции, и мышечная работа сопровождается умеренными значениями тех же показателей. В результате становится возможным длительное стабильное выполнение работы.

Какой процесс, протекающий в организме, «расширяет» при развитии тренированности звенья, лимитирующие на этапе срочной адаптации интенсивность и длительность работы? Что лежит в основе перехода срочной несовершенной адаптации в долговременную и устойчивую?

В ответ на нагрузку, создаваемую факторами среды, в клетках органов и тканей, на которые непосредственно падает нагрузка, закономерно активируется синтез нуклеиновых кислот и белков, который приводит к избирательному росту клеточных структур, лимитирующих физиологическую мощность системы, ответственной за реализацию адаптации к данному фактору среды. В результате функциональные возможности системы возрастают, срочная адаптация переходит в долговременную.

Такое развитие процессов реализуетсяивходеадаптации к физическим нагрузкам. При первоначальном действии любого сигнала, вызывающего интенсивную и длительную двигательную реакцию, в организме формируется обеспечивающая ее функциональная система. При этом в ответ на действие сигнала возникают возбуждение соответствующих центров и активация функции эндокринных желез, приводящие к мобилизации скелетной мускулатуры, а также органов дыхательной и сердечно-сосудистой систем, обеспечивающих энергетический метаболизм работающих мышц. Таким образом, функциональная система, ответственная за адаптацию к физическим нагрузкам, включает в себя афферентное звено – рецепторы, центральное регуляторное звено – центры нейрогормональной регуляции на разных уровнях ЦНС и эффекторное звено – скелетные мышцы, органы дыхания, кровообращения.

Основа адаптации. Увеличение функциональных возможностей систем органов закономерно влечет за собой активацию синтеза нуклеиновых кислот и белков в их клетках. Это приводит к формированию структурных изменений, увеличивающих потенциал систем, ответственных за адаптацию, и составляет основу перехода от срочной адаптации к долговременной. В качестве первого сдвига увеличивается скорость транскрипции рибонуклеиновой кислоты (РНК) на структурных генах дезоксирибонуклеиновой кислоты (ДНК) в ядрах клеток. Увеличение количества информационной РНК приводит к росту программированных этой РНК рибосом и полисом, в которых интенсивно протекает синтез клеточных белков. В результате масса структур возрастает, увеличиваются функциональные возможности клетки – сдвиг, составляющий основу долговременной адаптации.