Таблица 15.

Композиция мышц, площадь поперечного сечения мышечных волокон и активность ряда ферментов четырехглавой мышцы бедра у спортсменов разной квалификации и у неспортсменов (У. Финк и др., 1977)

Теоретически возможны две причины этого. Первая причина: преобладание медленных волокон в мышцах может быть врожденным, генетически предопределенным. Человек с такими особенностями мышечного аппарата имеет предпосылки к достижению высокого результата именно в видах спорта, требующих наиболее активного участия медленных: ("выносливых") волокон. Вторая причина: увеличение процента медленных волокон является следствием тренировки выносливости и происходит за счет соответствующего уменьшения числа быстрых волокон. Имеющиеся в настоящее время данные говорят; в пользу первого предположения.

Во-первых, очень высокий процент медленных волокон наблюдается и у людей, никогда не занимавшихся спортом. Кстати, в этом случае можно предположить, что они не воспользовались возможностью, предоставленной им природой, стать хорошими стайерами.

Во-вторых, даже многомесячная тренировка выносливости практически не изменяет соотношения быстрых и медленных волокон в мышцах, хотя вызывает явные эффекты в отношении выносливости - повышает спортивный результат, МПК, толщину медленных волокон и активность мышечных ферментов окислительного метаболизма.

В-третьих, процент медленных и быстрых волокон, в интенсивно и мало тренируемых мышцах примерно одинаков у спортсменов одной специализации, хотя окислительный потенциал и другие биохимические характеристики интенсивно тренируемых мышц выше. Так, у тренирующихся в ориентировании с большой нагрузкой для мышц ног процент медленных волокон в этих мышцах примерно такой же, что и в мышцах рук (табл. 16).

В-четвертых, результаты исследований моно- (генетически идентичных) и дизиготных (генетически неидентичных) близнецов показывают, что у первых поразительно близко соотношение двух типов волокон в мышцах (даже если один из пары активно занимается спортом, а другой нет), тогда как у вторых возможны большие вариации в композиции мышцы.

Таблица 16.

Процентное распределение волокон в мышцах рук и ног у спортсменов разных специализаций и у неспортсменов (по данным разных авторов)

Вместе с тем в процессе тренировки выносливости в композиции тренируемых мышц все же происходят определенные специфические перестройки. Как следует из данных, приведенных в табл. 16, в нагружаемых мышцах у спортсменов почти отсутствуют быстрые гликолитические волокна (II-В) и основную массу быстрых волокон составляют быстрые окислительные волокна (II-А). Таким образом, при неизменном соотношении медленных и' быстрых мышечных волокон тренировка выносливости способствует превращению быстрых волокон преимущественно (или исключительно) в подтип быстрых окислительных волокон (II-А). Это увеличивает общий процент волокон, способных в основном к аэробному метаболизму и наиболее приспособленных к выполнению длительных упражнений на выносливость.

Структурные особенности мышечных волокон. Одним из эффектов тренировки выносливости является увеличение толщины мышечных волокон рабочая гипертрофия. Об этом свидетельствуют различия в площади поперечного сечения мышечных волокон разного типа у спортсменов и нетренированных мужчин (см. табл. 15). Тренировка выносливости ведет к рабочей гипертрофии преимущественно саркоплазматического типа, которая связана в большей мере с увеличением саркоплазматического пространства мышечных волокон.

Существенные изменения при этом происходят также в отдельных межфибриллярных структурных компонентах мышечных волокон, особенно в митохондриях. В процессе тренировки выносливости усиливается синтез белков, составляющих митохондриальные мембраны мышечных волокон. В результате возрастают число и размеры митохондрий внутри мышечных волокон. У высококвалифицированных спортсменов, например, объемная плотность центральных и периферических митохондрий - соответственно на 50 и 300%. больше, чем у нетренированных мужчин. Объемная плотность и размеры митохондрий у женщин (спортсменок и неспортсменок) меньше, чем у мужчин. Чем больше число и объем митохондрий (и соответственно выше активность митохондриальных ферментов окислитительного метаболизма), тем выше способность мышцы к утилизации ею кислорода, доставляемого с кровью.

Капиллиризация мышечных волокон. Тренировка выносливости вызывает увеличение числа капилляров, окружающих мышечные волокна, так что возрастает прежде всего число капилляров, приходящихся на одно мышечное волокно. Поэтому, несмотря на. утолщение (гипертрофию) волокон, дистанция от капилляра до наиболее удаленных (центральных); Митохондрий внутри них, по крайней мере, не уменьшается по сравнению с предтренировочным расстоянием (табл. 17). Среднее число капилляров на 1 мм2 поперечника мышечных волокон у нетренированных людей составляет 325, а у тренированных - 400.

У хорошо тренированных спортсменов мышечное волокно может быть окружено 5-6 капиллярами (у мужчин это число несколько больше, чем у женщин), см. табл. 17. Быстрые и медленные волокна могут иметь общие капилляры, но в среднем плотность капилляров вокруг медленных волокон больше, чем вокруг быстрых (как у спортсменов, так и у нетренированных людей), а вокруг быстрых окислительных (II-А) больше, чем вокруг быстрых гликалитических (II-А).

Таблица 17.

Капилляризация трех видов мышечных волокон в латеральной головке четырехглавой мышцы бедра у мужчин и женщин - бегунов на средние и длинные дистанции, а также у неспортсменов

Следует подчеркнуть, что усиленная капилляризация наблюдается только в мышцах, которые очень активны при тренировке выносливости, и отсутствует в мышцах, не принимающих активного участия в выполнении упражнений.

Повышенная плотность капилляров мышц увеличивает поверхность диффузии и укорачивает путь, который должны пройти молекулы из кровеносных сосудов в мышечные клетки. Это способствует превышению аэробной мышечной работоспособности, так как обеспечивает большую емкость кровотока в рабочих мышцах и облегчает передачу энергетических веществ (прежде всего кислорода) через капиллярно-клеточные мембраны. Отсюда понятно, почему у спортсменов-стайеров максимальный мышечный кровоток и капиллярная диффузионная способность значительно выше, чем у неспортсменов и спринтеров.

Биохимическая адаптация мышц к тренировке выносливости

Повышение выносливости в результате тренировки связано не только с увеличением возможностей кислородтранспортной системы по доставке О2 к работающим мышцам. В скелетных мышцах происходят также большие изменения, которые приводят к увеличению возможностей всего организма в целом в использовании О2, т. е. к повышению аэробных возможностей (выносливости) тренирующегося спортсмена. Главные механизмы тренировочного эффекта повышения выносливости мышц связаны с их биохимической адаптацией и подробно рассматриваются в курсе биохимии. Здесь перечислены лишь основные физиологические следствия действия этих биохимических механизмов.

Наиболее характерными эффектами тренировки выносливости являются повышенные емкость и мощность аэробного метаболизма рабочих мышц. Главные биохимические механизмы этих эффектов следующие:

1. увеличение содержания и активности специфических ферментов аэробного (окислительного) метаболизма;

2. увеличение содержания миоглобина (максимально в 1,5 - 2 раза);

3. повышение содержания энергетических субстратов - мышечного гликогена и липидов (максимально на 50%);

4. усиление способности мышц окислять и углеводы, и особенно жиры.

Тренированный человек во время аэробной работы получает относительно больше энергии за счет окисления жиров и соответственно меньше за счет окисления углеводов по сравнению с нетренированными. Это находит отражение в более низком дыхательном коэффициенте при работе одинаковой абсолютной или относительной мощности у тренированных по сравнению с нетренированными. Такой субстратный энергетический сдвиг в сторону преимущественного использования жиров может быть обозначен как "жировой сдвиг". Значение его состоит в сохранении более ограниченных запасов углеводов. Как уже говорилось (11.4.2.), при субмаксимальных аэробных нагрузках одним из главных - механизмов утомления является расходование мышечного гликогена. "Жировой сдвиг" у тренированных на выносливость спортсменов позволяет медленнее (экономичнее) расходовать мышечный гликоген и тем отодвигать момент его истощения, а следовательно, повышать продолжительность выполнения упражнения. Чем выше окислительная способность мышц, тем больше "жировой сдвиг" и тем соответственно меньше расходуется (больше сохраняется) дефицитный мышечный гликоген.

Усиленное использование жирных кислот уменьшает потребление глюкозы рабочими мышцами и благодаря этому защищает спортсмена от развития гипогликемии, лимитирующей работоспособность.

Кроме того, уменьшение использования углеводов приводит к снижению лактата в мышцах. Действительно,- у хорошо тренированных спортсменов содержание лактата в мышцах ниже, чем у нетренированных. То же самое наблюдается у одного и того же человека после периода тренировки выносливости (см. рис. 52 и 39).

Итак, тренировка выносливости вызывает два основных эффекта: 1) усиливает максимальные аэробные возможности организма и 2) повышает эффективность (экономичность) деятельности организма при выполнении аэробной работы.

О первом эффекте можно судить по увеличению МПК (и других функциональных показателей) при максимальной аэробной нагрузке, о втором - по снижению функциональных показателей (ЧСС, легочной вентиляции температуры тела, концентрации лактата в крови и др.) при стандартной не максимальной аэробной нагрузке.

В основе положительных эффектов тренировки выносливости лежат структурно-функциональные изменения в кислородтранспортной, кислород-утилизирующей и других физиологических системах, а также совершенствование центрально-нервной и нейрогуморальной (эндокринной) регуляций деятельности этих систем в процессе выполнения аэробной работы.

Глава 5. Физиологические основы формирования двигательных навыков и обучения спортивной технике

При управлении движениями центральная нервная система осуществляет очень сложную деятельность. Это связано с тем, что в выполнении спортивных динамических движений и поддержании определенных поз тела принимают участие не одна и даже иногда не несколько, а десятки различных мышц. Состав работающих мышц и число сокращающихся в них двигательных единиц может непрерывно варьировать, причем не только при переходе от одной фазы двигательного акта к другой, но и в пределах одной и той же фазы. Кроме того, как состав участвующих в данном движении мышц, так и число вовлеченных в работу двигательных единиц меняется при изменении скорости движения, степени развиваемого усилия, утомления и ряда других факторов.

Фонд различных двигательных навыков в организме состоит, с одной стороны, из врожденных движений, с другой - из двигательных актов, складывающихся в результате специального обучения на протяжении индивидуальной жизни.

Человек рождается с весьма ограниченным по числу и сложности фондом готовых проявлений двигательной деятельности (сосание, глотание, мигание, сгибание и разгибание конечностей в ответ на болевые и другие раздражители и т. д. Наряду с этим ло наследству передается чрезвычайно важное свойство - пластичность нервной системы, обеспечивающая высокую степень тренируемости, т. е. способности путем обучения овладевать новыми формами двигательных актов, адекватных изменившимся условиям жизнедеятельности (Л.А. Орбели). Это обеспечивает исключительно большие возможности совершенствования техники спортивных движений.

Тренируемость, передаваемая по наследству, у разных лиц выражена неодинаково. Более того, у одного и того же человека в отношении различных проявлений деятельности она также сильно варьирует. Поэтому при спортивном отборе наряду с морфологическими особенностями и состоянием вегетативных функций необходимо также учитывать специфическую тренируемость в отношении определенных двигательных координации, свойственных тому или иному виду физических упражнений.

В различные периоды жизни тренируемость выражена неодинаково. Есть возрастные периоды, когда тренируемость особенно высока и обучение, в том числе двигательным актам, происходит особенно успешно. Для различных видов умственной и мышечной деятельности эти периоды различны. Так, двигательные координации, связанные с правильным произношением иностранных слов, в детском возрасте усваиваются легко и быстро. Если новый язык начинают изучать люди среднего возраста, когда тренируемость в отношении координации деятельности речевых мышц несколько снижается, то большинству из них приходится сталкиваться с очень большими трудностями.

Новые сложные спортивные движения также осваиваются в определенные периоды жизни человека. Поэтому для эффективности обучения технике движений, важно выявить те возрастные периоды, когда тренируемость в данном виде физических упражнений является особенно высокой. Из практики спорта известно, что обучение сложным двигательным актам в фигурном катании на коньках, гимнастике, прыжках в воду и некоторых других видах физическид упражнений особенно эффективно в детском возрасте.

Условнорефлекторные механизмы как физиологическая основа формирования двигательных навыков

Сенсорные и исполнительные (оперантные) компоненты двигательного навыка

Физиологическим механизмом тренируемости, благодаря которому формируются новые, индивидуально приобретенные виды двигательной деятельности, в том числе спортивная техника,-являются временные связи, возникающие условноре-флекторным путем. Рефлекторная природа произвольных движений была раскрыта И.М. Сеченовым. В дальнейшем И.П. Павлов вместе со своими многочисленными учениками и последователями выявили основные закономерности образования новых форм двигательных актов по механизму условнорефлекторных связей.

Классические условные реакции в опытах с выделением слюны характеризуются образованием временной связи между индифферентным сигналом и подкрепляющим тот сигнал безусловным рефлексом (условные рефлексы первого порядка) или ранее образованной устойчивой условнорефлекторной реакцией (условные рефлексы более высоких порядков). Это сенсорные условные рефлексы, в которых ответная реакция на афферентный сигнал (например, слюноотделение, отдергивание руки при нанесении болевого раздражения) является или безусловнорефлекторной, или ранее приобретенной условной реакцией. В них, следовательно, используется ответ в виде уже имеющейся в организме реакции, и только сигнал, т. е. сенсорная часть, приобретает новые (условно-рефлекторные) свойства.

Но когда речь идет о двигательных навыках, всегда подразумевается не просто повторение по условному сигналу ранее имевшейся реакции, а образование оперантных, называемых также инструментальными или мануальными; временных связей. Эти связи характеризуются новой формой движения или образованием комбинации из уже известных элементов нового сложного двигательного акта, до этого не имевшегося у данного организма. Следовательно, в этом случае временные связи относятся не только к афферентным (сенсорным, чувствительным), но и к эфферентным (эффекторным), т. е. исполнительным, звеньям двигательных реакций.

Двигательные навыки человека характеризуются тем, что в них одновременно сочетаются оба вида временных связей. С одной стороны, через первую и вторую сигнальные системы устанавливаются связи между ранее индифферентными для спортсмена раздражителями и последующей деятельностью (сенсорные компоненты временной связи), а с другой - вырабатываются новые ответные двигательные реакции (оперантные компоненты временных связей) с соответствующим характером протекания не только двигательных, но и вегетативных функций.

При образовании спортивных и других двигательных навыков у человека особенно большое значение имеют временные связи высших порядков, формирующиеся при воздействиях не только через первую, но и через вторую сигнальную систему (обучение различным навыкам всегда осуществляется путем не только показа, но и словесного объяснения).

Формирование двигательного навыка сопровождается образованием временных связей, способствующих более эффективному обеспечению движений функциями вегетативных органов, особенно при длительных упражнениях циклического характера. Существенно, что моторные и вегетативные компоненты двигательного навыка формируются не одновременно. В навыках с относительно простыми движениями (например, в беге, ходьбе на лыжах) раньше формируются двигательные компоненты, в навыках же со сложными Движениями (например, в гимнастике, борьбе, спортивных играх) - вегетативные компоненты.

Характерно, что после образования навыка вегетативные компоненты могут стать более инертными, чем двигательные. Например, при изменении привычной формы деятельности - переход с непрерывной работы на работу с переменной интенсивностью - двигательные функции изменяются быстро, в ряде случаев сразу же, а вегетативные органы еще длительное время функционируют в соответствии с ранее сформировавшимся характером движения (М.Е. Маршак).

Значение для формирования сложных движений ранее выработанных координации. При обучении технике спортивных движений формирование двигательных навыков всегда происходит на базе ранее выработанных организмом координации. Например, навык стояния формируется у ребенка на базе навыка сидения, при котором приобретается способность удерживать в вертикальном положении голову и туловище, навык ходьбы - на базе навыка стояния. При формировании различных спортивных движений, например в гимнастике, фигурном катании на коньках, многие компонент ты физического упражнения также не являются полностью новыми, они представляют собой элементы ранее приобретенных навыков.

Если необходимо усвоить сложную технику движения, компоненты которого в значительной своей части являются новыми, обычно используются подготовительные упражнения и обучение по элементам, когда техника выполнения движения усложняется постепенно на базе.временных связей, сформированных при более простых координациях.

В некоторых случаях наличие прочно закрепившихся навыков не только не содействует, но даже препятствует формированию нового по своему характеру двигательного акта, особенно когда структура нового движения связана с переделкой старого навыка. Например, если при обучении фигурному катанию на коньках образовать и закрепить навык вращения только в одну сторону, то это затруднит выработку навыка такого же вращения в противоположную сторону. Поэтому при обучении спортивным упражнениям важно сразу же формировать правильные движения, так как переделка прочно закрепленных неполноценных двигательных актов может потребовать весьма длительного времени и большого труда.

Динамический стереотип и экстраполяция в спортивных двигательных навыках. Двигательный навык, как правило, представляет собою не элементарный, а комплексный двигательный акт, состоящий из нескольких элементов (фаз), связанных в едином целостном двигательном акте. В ациклических упражнениях отдельные фазы в определенном порядке последовательно сменяют друг друга. В циклических упражнениях также имеется многократно повторяющаяся закономерная связь фаз движения в каждом цикле.

В процессе формирования двигательного навыка отдельные фазы движения, представляющие собой как бы различно протекающие компоненты двигательного акта, складываются в своеобразную цепь реакций, осуществляющихся в виде определенного динамического стереотипа.

Следует указать, что динамический стереотип в физических упражнениях относится только, к последовательности осуществления фаз движения. Так, при беге, ходьбе, плавании и т. д. только последовательность этих фаз остается одной и той же, а временные отношения между ними, обусловленные длиной и частотой шагов, постоянно варьируют. Внутренняя же структура движения, т. е. состав участвующих в двигательном акте мышц и количество сокращающихся двигательных единиц в этих мышцах, может непрерывно меняться. Это характерно также для длительности скрытых периодов, последовательности включения в деятельность отдельных мышц, продолжительности периода импульсации в них, величины средней и максимальной амплитуды биопотенциалов и т. д.. Это объясняется тем, что при наличии в организме большого числа исполнительных приборов (сотни мышц и сотни и даже тысячи двигательных единиц в каждой из них) ЦНС имеет возможность достигать одного и того же внешнего эффекта за счет многих вариаций тонкой внутренней структуры движения.

Динамический стереотип является характерным для последовательности фаз внешней структуры только тех навыков, в которых эта последовательность может протекать по определенному стандарту (циклические упражнения). Но существуют и другие виды навыков, в которых необходимо в связи с частыми изменениями ситуации реагировать каждый раз новым движением (ациклические упражнения). К такого рода навыкам относятся навыки в единоборствах (боксе, фехтовании, борьбе) и спортивных играх (футболе, хоккее, баскетболе и др.). В них динамический стереотип: в виде стабильной целостной системы смены фаз движений, как правило, не образуется; стабильность в той или иной мере относится не к проявлениям сложных двигательных комбинаций, а лишь к отдельным составным элементам (например, к штрафным броскам мяча в баскетболе).

Двигательная деятельность человека характеризуется большой вариативностью. Значительная часть моторных актов новой структуры благодаря высокой пластичности ЦНС осуществляется путем экстраполяции. Она обеспечивает так называемый перенос навыков и возможность "с места" осуществлять новые движения.

Экстраполяцией является способность нервной системы на основании имеющегося опыта адекватно решать вновь возникающие двигательные задачи. Увеличение запаса освоенных движений содействует значительному повышению возможностей человека без специального обучения правильно решать новые двигательные задачи, близкие к ранее решённым.

Формы экстраполяции весьма разнообразны. Они имеют отношение к самым разным сторонам двигательной деятельности, в том числе к связанным с правильной оценкой создавшейся ситуации и определением тактики действий, программированием характера и формы предстоящих движений и пр.

Экстраполяция широко осуществляется при выполнении не только совершенно новых, но и привычных двигательных актов. Например, человек при ходьбе использует огромное количество различных вариантов комбинаций деятельности мышц, необходимых каждый раз для адекватного приспособления к конкретным условиям. Любой наклон тела или поворот головы, изменение высоты или длины шага, увеличение или снижение веса переносимого груза всегда сопровождаются изменениями программы выполнения двигательного акта. Естественно, что практически невозможно обучить человека неограниченному числу встречающихся в жизни вариантов движения, например, ходьбы. Но при овладении даже ограниченным числом вариантов этого двигательного акта ЦНС оказывается способной благодаря экстраполяции осуществлять его в самых различных условиях.

Еще большее значение экстраполяция имеет при выполнении движений со значительными вариациями внешнего характера двигательного акта. Например, футболист может выполнить удар по мячу разными частями правой или левой ноги, с неодинаковой силой, из различного исходного положения. Такого рода разнообразные двигательные задачи после обучения относительно ограниченному числу приемов решаются благодаря экстраполяции.

Способность человека к экстраполяции при овладении двигательными актами лишь в небольшой степени обусловлена наследственной информацией. Основное значение имеет формирование временных связей. При однообразном выполнении двигательных актов возможности к экстраполяции суживаются, при разнообразии же их - расширяются. Поэтому тренировка не только в спортивных играх и единоборствах, но и в циклических движениях должна проводиться с различной скоростью и длительностью передвижений, с разным весом отягощений и т. д.

Диапазон экстраполяции всегда несколько ограничен. Так, навыки, которыми обладает футболист, не могут быть использованы для выполнения путем экстраполяции приемов борца или боксера и наоборот. Поэтому экстраполяцию необходимо учитывать при подборе комплекса подготовительных упражнений. Этот комплекс должен включать такие упражнения, которые могут оказать положительное влияние на освоение основного упражнения. Если же несколько вспомогательных упражнений дают по механизму экстраполяции один и тот же эффект, то количество их можно уменьшить. При подборе Подготовительных упражнений необходимо также всегда учитывать тот эффект, который по механизму экстраполяции сказывается и на развитии вегетативных функций (кровообращение, дыхание и т.п.), обеспечивающих двигательную деятельность.

Развитие у спортсмена способности к экстраполяции позволяет ему лучше бороться с действием сбивающих факторов и в случае невозможности осуществить движение или какую-либо его фазу по ранее заученной программе создавать новую внешнюю или внутреннюю структуру деятельности мышц, адекватную решаемой двигательной задаче.

Стадии (фазы) формирования двигательного навыка. Становление двигательного навыка проходит через несколько стадий, или фаз. В первой стадии отмечается иррадиация нервных процессов с генерализацией ответных реакций и вовлечением в работу лишних мышц. На этой стадии начинается объединение отдельных частных действий в'целостный акт. Во второй стадии наблюдаются концентрация нервных процессов, улучшение координации, устранение излишнего мышечного напряжения и более высокая степень совершенства внешнего проявления стереотипности движений. В третьей стадии навык стабилизируется и еще более совершенствуются координация и автоматизация движений.

В ряде случаев некоторые из стадий могут отсутствовать. Это связано со многими факторами: степенью сложности и мощности мышечной работы, исходным состоянием двигательного аппарата, квалификацией спортсмена и др. Уже говорилось, что новые сложные движения всегда формируются на фоне сложившихся координации. Вследствие этого обучение, например, гимнастическим упражнениям будет проходить совершенно различно у новичков, спортсменов средней квалификации и у мастеров спорта. Так, у высококвалифицированных спортсменов благодаря приобретенным ранее навыкам и способности к экстраполяции обучение упражнениям может протекать без первой и даже второй стадии.

Устойчивость навыка и длительность его сохранения. Двигательные навыки, как и другие проявления временных связей, недостаточно стабильные в начале образования, в дальнейшем становятся все более и более стойкими. При этом чем они проще по своей структуре, тем прочнее. Навыки со сложнейшими координационными отношениями менее стойки. Вследствие этого даже высококвалифицированному спортсмену трудно при повторениях сложных движений каждый раз показывать свои лучшие результаты. Если хотя бы один какой-то фактор, от которого зависит качественное выполнение упражнения, становится менее полноценным, результат снижается. К факторам, снижающим устойчивость навыка, относятся ухудшение общего состояния нервной системы (например, при утомлении), развитие гипоксии, недостаточная адаптация при значительном изменении поясного времени, неуверенность в себе при сильных противниках и др. Существенное значение имеет тип нервной системы.

После прекращения систематической тренировки навык начинав ет утрачиваться. Но это имеет различное выражение для разных его компонентов. Наиболее сложные двигательные компоненты могут ухудшаться даже при перерывах в несколько дней. Еще больше они страдают при длительных перерывах (недели, месяцы). Поэтому для достижения высоких результатов тренировка должна быть систематической, без длительных интервалов. Несложные компоненты навыка могут сохраняться месяцами, годами и десятилетиями. Например, человек, научившийся плавать, кататься на коньках или ездить на велосипеде, сохраняет эти навыки в упрощенном виде даже после весьма больших перерывов.

Вегетативные компоненты навыков, связанные с регуляциейфункции кровообращения, дыхания и т. д., имеют ряд отличий от двигательных. При кратковременной смене одного вида Деятельности другим вегетативные компоненты перестраиваются медленнее, чем двигательные. При длительных перерывах (месяцы и в особенности годы) вегетативные компоненты навыка в отличие от двигательных могут угасать полностью.

Характеристика деятельности мышц при формировании двигательного навыка

Особенности деятельности мышц при формировании двигательных навыков можно проследить по данным электромиография при одновременной регистрации биопотенциалов нескольких мышц. Как уже говорилось, в начальных стадиях формирования спортивного навыка биопотенциалы регистрируются не только в тех мышцах, которые необходимы для осуществления данного двигательного акта, но и в ряде "лишних" мышц. Это связано с явлениями иррадиации в нервных центрах. По мере закрепления навыка происходит ограничение иррадиации, а при полностью сформированном навыке она наблюдается только в необычных условиях, например - при действии сильных посторонних раздражителей, при утомлении.

В результате совершенствования навыка в циклических движениях изменяется длительность периодов активности мышц. В начальных стадиях формирования навыка электрическая активность соответствующих мышц наблюдается не только во время активных фаз движения, но и в интервалах между ними. В дальнейшем злектромиографические залпы становятся короткими.

В процессе формирования навыка происходит изменение взаимоотношений между мышцами-антагонистами. В начале обучения может наблюдаться их одновременная биоэлектрическая активность, при относительно медленных движениях обнаруживается реципрокность между ними, и биоэлектрическая активность начинает возникать поочередно. Однако даже при сформированном навыке реципрокность может быть выражена не полностью, проявляясь лишь в снижении активности антагониста во время сокращения агониста.При этом чем быстрее темп движений, тем больше биоэлектрическая активность агониста сочетается с одновременной активностью антагониста.

В ряде случаев одновременная деятельность мышц-антагонистов представляет собой выражение особой формы координации, наблюдающейся при высокой степени, совершенства данного двигательного навыка. В частности, это имеет место при медленных движениях, требующих плавного перемещения звеньев тела, например при спуске курка у стрелков.

У разных лиц биоэлектрическая активность, отражающая степень участия в движении различных мышц при формировании двигательного навыка, протекает неодинаково. Это объясняется тем, что одно и то же движение может выполняться при несколько отличающемся сочетании деятельности работающих мышц.

В связи с этим в картине биоэлектрической активности у спортсменов одинаковой квалификации наряду с общими чертами могут быть и существенные различия.

Роль афферентации (обратных связей) в формировании и сохранении двигательного навыка

В сложном нервном механизме формирования двигательных что в и управления ими важное место принадлежит информации, получаемой из внешней среды и от различных частей тела и систем организма.

Обратные связи и их роль в формировании и совершенствовании техники движений. Нервная система, вызывая через пусковые двигательные и вегетативные нервы какую-либо деятельность, благодаря наличию обратных связей сразу же начинает получать от управляемых органов (мышц, сердечнососудистой системы и т.д.). А также из внешней среды информацию о совершившемся действии. Сигналы обратных связей, являясь важнейшим фактором корреляции движений, поступают в ЦНС через органы чувств и поэтому называются также сенсорными коррекциями (Н.А. Бернштейн).

Различают внутренние обратные связи, которые сигнализируют о характере работы мышц, сердца и других систем организма, и внешние, несущие информацию о деятельности из внешней среды (точность метания, направление движения мяча в футболе, изменение положения тела противника в борьбе и т.д.).

Внутренние обратные связи при выполнении физических упраж нений осуществляются преимущественно через двигательную (проприоцептивную), вестибулярную и интероцептивную сенсорные системы, внешние - через зрительную, слуховую и тактильную.

Существенное значение для совершенствования техники движений имеет и так называемая сторонняя информация, получаемая от тренера и других лиц в результате наблюдения за Движениями. Помимо наблюдений в настоящее время широко используется различного рода инструментальная техника, гензомет-Рия, электромиография, цикло- или киносъемки, видеомагнитофонные записи и т. д., позволяющие оценивать пространственные и временные параметры двигательного акта. Особую ценность полученные данные имеют тогда, когда эта информация является "срочной", т. е. используется для улучшения "техники движения непосредственно во-время выполнения упражнения, или при последующих повторениях его (В. С. Фарфель).

Интеграция в центральной нервной системе афферентных и других факторов, предшествующих программированию движения

Двигательный акт на всех этапах подготовки и выполнения связан с интеграцией в ЦНС афферентных и других факторов. П. К. Анохин выделяет четыре основных фактора: 1) мотивацию, 2) память, 3) обстановочную информацию и 4) пусковую информацию.

В трудовой и спортивной деятельности людей особенно большое значение имеют различного рода социально обусловленные виды мотивации. Благодаря следам в нервной системе (памяти) предшествующий опыт оказывает сильнейшее влияние на оценку любых событий и ситуаций. Большую роль в процессе интеграции играет обстановочная информация. Информация об обстановке, поступающая из окружающей среды, и о состоянии различных функций организма является, несомненно, весьма существенным компонентом правильного программирования в ЦНС различных действий.

Наконец, существенное значение имеет пусковая направляющая, т. е. сигналы, какими в спорте являются выстрел, звук свистка, движение флажка, команда и др. Однако многие пусковые раздражители" требующие ответных двигательных актов, весьма сложны; они представляют собой не единичный сигнал, а ситуацию определенного характера. Это всегда сильно затрудняет афферентный синтез. Например, в разных Видах единоборства и спортивных игр новые действия нужно начинать многократно. При этом начало и характер ответных движений определяются не каким-либо отдельным сигналом, а всей создавшейся ситуацией, т. е. совокупностью многих (в ряде случаев десятков и даже сотен) раздражителей. При выполнении разных физических упражнений использование информации, получаемой из внутренней и внешней среды путем обратных связей, имеет специфические особенности. При медленном выполнении двигательных актов обратные связи способствуют корригированию данного движения или какой-либо его фазы. При сложных многофазных движениях, которые выполняются быстро (например, гимнастических), обратные связи играют меньшую роль в текущей коррекции в результате недостатка времени. Наконец, при очень кратковременных движениях (в частности, баллистических - метаниях, бросках) обратные связи могут корригировать длительный акт только при его повторениях.

Программирование двигательного акта с учетом состояния исполнительных приборов

Интеграция таких факторов, как па~ мять, обстановочная и пусковая информация и функциональное состояние центральных и периферических исполнительных приборов, является основой для программирования сложных движений.

Экспериментальные исследования показали, что безусловные двигательные рефлексы могут полноценно осуществляться даже при отсутствии обратных связей. Прочно сформировавшиеся простые условнорефлекторные движения также могут выполняться при выключении обратных связей, осуществляемых двигательной сенсорной системой. Следовательно, ранее хорошо закрепленные программы дают возможность осуществлять такие движения без сенсорной коррекции. Но образование в этих условиях новых движений чрезвычайно затруднено. Программы движений, характеризующихся высокой степенью сложности и точности (к ним принадлежат многие спортивные упражнения), без коррекции путем обратных связей полноценно осуществляться не могут. Следовательно, программирование постоянно сменяющих друг друга фаз сложных движений требует обязательной сигнализации в ЦНС о состоянии двигательного аппарата и различных вегетативных систем.

Программирование движений по своей трудности в разных видах спорта неодинаково. Это связано, во-первых, со степенью сложности двигательного акта, во-вторых - со степенью его новизны, в-третьих с длительностью времени для программирования. Если движение совершалось ранее многократно и навык уже хорошо освоен, то повторное программирование даже сложных двигательных актов (например, в гимнастике, при метаниях) совершается относительно легко. При новых же движениях, например в спортивных играх и единоборстве, процесс программирования более трудный. Это обусловлено необходимостью вследствие непрерывного изменения обстановки осуществлять программирование, как и афферентный синтез, в течение весьма короткого времени, а также каждый раз в каком-то новом варианте, поскольку движения, как правило, не являются стандартными.

Эффективность выполнения движений требует соответствия двигательной программы функциональным возможностям мышц и обеспечивающих их работу вегетативных органов. Рассогласование между программой и фактическим выполнением движения особенно усиливается при изменении состояния периферических исполнительных приборов (мышц, кардиореспираторной и других систем организма). Функциональные же возможности периферических органов, в частности мышц, постоянно изменяются. Это требует своевременного поступления соответствующей информации в нервные центры. Только тогда нервная система может создать полно-Ценную программу, обеспечивающую эффективное выполнение двигательных задач. В отдельных случаях недостаточная эффективность выполнения упражнений может быть обусловлена несоответствием программирования в ЦНС состоянию периферических аппаратов, в том числе мышц.

Лучшие результаты в таких упражнениях, как прыжки в высоту, прыжки с шестом, поднятие тяжестей, достигаются, как правило, не при первом, а при повторном их выполнении. Это отчасти связано с тем, что во время решения начальных, более легких задач (при меньшей высоте, меньшем весе) нервная система получает точную информацию о фактическом состоянии периферического мышечного аппарата. Поэтому специальная разминка перед выполнением любых сложнокоординированных упражнений обеспечивает нервные центры дополнительной информацией о состоянии исполнительного двигательного аппарата.

Двигательная память

Нервные процессы, связанные, с одной стороны, с поступлением в ЦНС через сенсорные системы определенного комплекса афферентных импульсов, с другой же - с посылкой через эфферентные нервы специального комплекса импульсов к исполнительным органам, оставляют после себя слёд.ы (эн граммы), составляющие двигательную и другие виды памяти. В физиологическом аспекте память представляет собой функцию ЦНС, обеспечивающую хранение и переработку вновь поступающей информации, интегрирование ее с ранее приобретенной информацией и извлечение ее из "хранилища" для удовлетворения той или иной возникшей потребности. В этом "хранилище" наряду с другими видами информации содержатся- и сформированные путем обучения программы коорди-.нированного управления мышцами, связанные с техникой выполнения различных физических упражнений.

Для выполнения физического упражнения важное значение имеет запоминание программ управления сокращением мышц. В таких программах учитываются непрерывно изменяющиеся пространственно-временные отношения между различными нервными центрами, управляющими движениями. Это обусловлено тем, что спортивные упражнения характеризуются неодновременным включением и выключением участвующих в деятельности мышц и различной степенью вовлечения в нее двигательных единиц.

Нервные процессы, связанные с памятью, включают несколько компонентов, каждый из которых имеет самостоятельное значение:

1) восприятие информации, поступающей из разных сенсорных систем;

2) переработку и синтез этой информации;

3) фиксацию (хранение) результатов переработки информации;

4) извлечение из памяти нужной информации и

5) программирование ответных реакций. В некоторых случаях у спортсменов извлечение из памяти нужной информации временно затрудняется (в частности, при сбивающих факторах и отрицательных эмоциях, нарушающих нормальную деятельность нервной системы). Вследствие этого ухудшается выполнение физических упражнений.

Различные параметры двигательного акта запоминаются и извлекаются из памяти неодинаково. В существенной мере это зависит от объема и специфики поступающей информации. Например, силовое напряжение при статических усилиях воспроизводится с отклонениями от заданного на 15-25%, а при движении-значительно точнее. Это обусловлено тем, что при статических усилиях импульсация по обратным связям приходит в ЦНС только от рецепторов мышц, а при движениях в протекании обратных связей принимают участие и рецепторы суставов, реагирующие на угловое смещение, что позволяет более точно определять степень напряжения мышц (В.С. Фарфель). Достаточно хорошо в памяти сохраняются последовательность и временные параметры осуществления различных фаз двигательного акта.

Эффективность запоминания и последующая точность воспроизведения временных и пространственных параметров физических упражнений связаны со многими факторами: степенью, обученностй, сложностью двигательного акта, числом повторений движения на занятии, величиной интервалов между ними, длительностью перерывов между тренировками, эмоциональным состоянием и др.

Так, при пассивном и активном обучении простому движению - воспроизведению амплитуды движения по дуге в лучезапястном суставе - величина ошибки, значительно увеличивается в первые 6 часов после тренировки. Через 12 ч дальнейшее увеличение ошибки менее значительно (рис. 56, А).

При обучении сложным гимнастическим упражнениям после перерывов в 6, 12 и 24 ч процент успешных попыток увеличивается (рис. 56, Б). Но спустя 48 ч выполнение упражнения значительно ухудшается. Это говорит о том, что ежедневная тренировка более эффективна, чем тренировка через день. При параллельном обучении на одном занятии двум гимнастическим упражнениям забываемость увеличивается, особенно в тех случаях, когда эти упражнения значительно отличаются Друг от друга (А. В. Менхин).

В процессе обучения обязательным упражнениям в фигурном катании на коньках также было выявлено, что двигательная память при перерывах в занятиях в 1 день значительно лучше, чем в 2, 4 и 10 дней. Наибольшее улучшение точности наблюдалось лри выполнении фигур тремя сериями по 5 попыток в каждой с интервалами между сериями в 3 мин (И.В. Абсалямова).

Автоматизация движений

Совершенствование техники спортивных движений теснейшим образом связано с автоматизацией многих компонентов двигательного акта. т. е. с выполнением их без осознавания. В организме осуществляется большое число не всегда осознаваемых рефлекторных актов, возникающих непроизвольно. Это так называемые первичные автоматизмы, связанные с различными безусловнорефлекторными реакциями, регулирующими вегетативные и некоторые двигательные функции (мигание, глотание и др.). Наряду с этим имеются и вторичные автоматизмы, т. е. реакции, которые ранее протекали с осознаванием и лишь потом получили возможность осуществляться автоматически. К ним относятся, в частности, двигательные навыки. Сформировавшиеся двигательные навыки характеризуются хорошо закрепленными временными связями, и многие их компоненты могут осуществляться без осознавания, т. е. автоматизированно.

Рассматривая автоматизацию навыка, следует разграничивать осознавание общих сторон двигательного акта, связанных с перемещением крупных звеньев тела, и частных, касающихся положения мелких структурных элементов, работы отдельных мышц и их двигательных единиц, участвующих в движении. Деятельность мелких мышечных структур, как и отдельных функциональных моторных единиц или их небольших групп, обычно не осознается человеком. Без специальной тренировки не отражается в сфере сознания и деятельность многих отдельных мышц. Хорошо осознаются движения только крупных звеньев и тела в целом. Весьма слабо отражаются в сознании вегетативные компоненты навыков.

В нервной системе процессы управления автоматизированными и неавтоматизированными компонентами движения тесно связаны друг с другом. При обучении и тренировке сознательный контроль за общим характером осуществления движений имеет весьма важное значение. Сознательное формирование стоящих перед спортсменом задач, в частности связанных с общей структурой движений, положительно воздействует и на многие из тех автоматизированных процессов в нервных центрах, мышцах и вегетативных органах, которые совершенно не осознаются человеком. На доведении до сознания особенностей выполнения физических упражнений (например, характера совершенных спортсменом ошибок), основано значение срочной информации, получаемой, в процессе или сразу после окончания упражнения (В.С. Фарфель).

Следует указать, что детали двигательного акта, выполненного автоматизированно, после завершения движения могут частично и далее полностью осознаваться (например, действия вратаря или борца при внезапной опасной ситуации).

Поле осознания у человека относительно узкое, оно не может одновременно воспринимать большое количество различных по своему характеру компонентов двигательного акта. Когда поле сознания занимают одни компоненты моторного акта, одновременно из него вытесняются другие. Поэтому при обучении технике движения нужно возможно большее число этих компонентов доводить до автоматизированного выполнения. Тогда можно будет включать в поле сознания спортсмена только самое главное, связанное с основными задачами выполнения упражнения. Детали же должны осуществляться автоматизированно.

Спортивная техника и энергетическая экономичность выполнения физических упражнений

Экономичность энергетических затрат при двигательной деятельности достигается за счет совершенствования координации двигательных и вегетативных функций.

В первую очередь энергозатраты снижаются за счет совершенствования техники выполнения физических упражнений. При несовершенной технике вследствие возникновения в нервных центрах процессов иррадиации в движении могут принимать участие лишние мышцы и лишние двигательные единицы. Такая работа характеризуется повышением расхода энергии. С улучшением техники выполнения двигательного акта в результате процессов концентрации в нервной системе в работу вовлекаются лишь необходимые мышечные волокна. В результате энергозатраты уменьшаются.

У спортсменов, хорошо владеющих техникой движений, экономизация энергозатрат обусловлена улучшением координации не только двигательных, но в некоторой мере и вегетативных функций. Они мобилизуются в процессе двигательной деятельности, главным образом по механизму безусловных рефлексов. Вместе с тем при образовании двигательного навыка может происходить изменение характера протекания вегетативных безусловных рефлексов, приспособление их не вообще к мышечной работе, а именно к данному виду двигательной деятельности. В результате снижаются энергетические затраты на обеспечение работы сердца, дыхательных мышц и некоторых других вегетативных органов. Эти особенности функций вегетативных органов, приобретенные в процессе формирования навыков, и составляют условнорефлекторные дыхательные (М.Е. Маршак, А.Б. Гандельсман, К.М. Смирнов и др.), сердечно сосудистые (В.В. Васильева, В.. Георгиев и др.) и другие вегетативные компоненты двигательного акта.

Физиологическое обоснование принципов обучения спортивной технике

Эффективность обучения спортивной технике тесно связана с Целым рядом педагогических принципов обучения, соблюдение которых возможно только при условии учета физиологических закономерностей функционирования организма, особенно тех, которые связаны с деятельностью нервной и мышечной систем.

Принцип постепенного усложнения техники движений. При осуществлении спортивных движений функционируют очень сложные временные связи, управляющие одновременной деятельностью многих мышц. Такие связи образуются постепенно, по мере широкого использования ранее образованных двигательных рефлексов (см. У.Г). Существенна при этом роль подготовительных упражнений, позволяющих усвоить отдельные фрагменты движения и затем включить их в целостную систему разучиваемого сложного двигательного акта.