Развитие утомления в различных видах спортивной деятельности

Размещено на http://www.allbest.ru

1. Теории развития утомления

Утомление -- сложное явление, развивающееся во всем организме. Развивающееся в опыте утомление изолированной мышцы в связи с ее длительной работой выражается в постепенном уменьшении амплитуды сокращений, удлинении фазы расслабления, а также в том, что расслабление постепенно становится все менее полным -- развивается контрактура. Специальные исследования обнаружили, что в утомленной мышце уменьшается возбудимость (порог раздражения повышается), удлиняется скрытый период (отрезок времени от момента начала раздражения мышцы до момента начала сокращения), увеличивается вязкость. Необходимо отметить, что эти признаки имеют место и при двигательной деятельности в мышцах всего организма. утомление организм спортивный нервный

Нервно-мышечный препарат содержит в себе три элемента: мышечное волокно, нервно-мышечный синапс и нервное волокно. Опыт показывает, что при утомлении нервно-мышечного препарата изменение функциональных свойств наступает, в первую очередь, в нервно-мышечных синапсах, во вторую очередь, -- непосредственно в мышечных волокнах. Что касается нервных проводников, то они, как впервые показал Н. Е. Введенский, практически «неутомимы». Изменение функциональных свойств нервно-мышечных синапсов выражается в нарушении процесса передачи возбуждения с нервных волокон на мышечные.

Существует несколько теорий развития утомления. Все они разрабатывались в условиях изолированной мышцы, на нервно-мышечном препарате.

Одной из наиболее ранних теорий, пытавшихся объяснить происхождение утомления, была теория «истощения». Поскольку осуществление любой деятельности связано с превращениями энергии, предполагали, что утомление мышцы при ее работе есть следствие расхода энергетических веществ, т. е. результат истощения имеющихся в ней известных запасов этих веществ. Однако эксперименты показали, что значительное утомление изолированной мышцы наступает раньше, чем в действительности исчерпываются в ней запасы углеводов. Если же опыт проводится в условиях, когда мышца не отделена от организма и в ней поддерживается нормальное кровообращение, то содержание углеводов в утомленной мышце вообще мало отличается от исходных данных. Далее оказалось возможным восстановить работоспособность утомленной изолированной мышцы, промывая ее физиологическим раствором, который сам по себе не восполняет расхода энергетических веществ. Таким образом, теория «истощения» не дает должного объяснения утомления изолированной мышцы, тем более она неприемлема для объяснения утомления при мышечной деятельности целого организма.

Сущность теории «задушения» сводится к предположению, что утомление мышцы при работе вызывается нарастающей недостаточностью притока кислорода. Однако исследования показали, что мышца может совершать свою работу вообще без всякого доступа кислорода извне, например при нахождении изолированной мышцы в камере, наполненной азотом. Сокращение мышцы без доступа кислорода извне происходит за счет анаэробных процессов расщепления аденозинтрифосфата и креатинфосфата и распада гликогена до молочной кислоты. Утомление мышцы в бескислородной среде наступает все же значительно быстрее, чем в обычных условиях.

Теория «засорения» основывается на том, что мышечная работа связана с усиленным распадом энергетических веществ, что приводит к известному накоплению промежуточных продуктов этого распада. Этому обстоятельству авторы теории «засорения» придавали исключительное значение, причем роль главного «засоряющего» вещества приписывали молочной кислоте. Но в двадцатых годах тешущего столетия было впервые установлено, что мышца может сокращаться и в том случае, если углеводный обмен в ней совершенно выключен и, следовательно, молочная кислота вовсе не образуется. При этом, утомление мышцы происходит быстрее, чем при ненарушенном углеводном обмене. Несомненно, что при некоторых видах работы накопление в организме недоокисленных продуктов мышечного обмена имеет место и играет свою роль в развитии утомления, но этим не исчерпываются причины утомления.

Исторический интерес представляет теория «отравления». В 1912 г. немецким ученым было заявлено об открытии им «ядов утомления», якобы образующихся в мышцах во время работы. Указывалось, что будто бы возможно вызывать утомление у животных посредством впрыскивания им некоторых доз крови, взятой у утомленного животного. Обнаружение «ядов утомления» открывало принципиальную возможность выработки противоядий против утомления с помощью хорошо известных в микробиологии методов. Однако все опыты, послужившие основой для провозглашения теории «отравления», оказались глубоко ошибочными и несостоятельными.

Перечисленные теории затрагивают только отдельные звенья сложного и многогранного процесса утомления.

2. Утомление организма как результат сдвигов в функциональном состоянии центральной нервной системы

Мышечная работа - это целостная деятельность всего организма. Функционирование организма как целого и его взаимодействие с внешним миром осуществляется посредством нервной системы при ведущей роли ее высшего отдела -- коры больших полушарий. Утомление организма вследствие мышечной работы является прежде всего результатом сдвигов в функциональном состоянии центральной нервной системы. И. М. Сеченов писал: «Источник ощущения усталости помещают обыкновенно в работающие мышцы: я же помещаю его ... исключительно в центральную нервную систему» (Сеченов И. М., 1935). Исследования отечественных физиологов -- И. М. Сеченова, И. П. Павлова, Н. Е. Введенского, А. А. Ухтомского, Л. А. Орбели, Г. В. Фольборта и др. -- убедительно обосновывают то важное положение, что в возникновении и развитии утомления нервная система играет ведущую роль.

Утомление организма при мышечной работе, прежде всего, связано с утомлением центральной нервной системы, так как интенсивная мышечная деятельность является в то же время и интенсивной деятельностью нервных центров. Последняя в результате длительной напряженной работы нарушается. Выражением этого нарушения является изменение нормального взаимоотношения процессов возбуждения и торможения, причем тормозной процесс начинает преобладать. В результате расстраивается нормальное течение рефлекторных процессов, нарушаются регуляция вегетативных функций и координация движений, двигательный аппарат постепенно приходит в недеятельное состояние (Павлов С.Е., 1999; Павлов С.Е. и др., 2001; Селье Г., 1960; Суркина И.Д. и др., 1991; Хмелева С.Н. и др., 1997).

Нервная система наиболее чувствительна к изменениям внутренней среды. Такие факторы утомления, как накопление в крови продуктов работы клеток, уменьшение содержания в крови сахара, недостаток при некоторых условиях кислорода в крови, понижают работоспособность организма не прямо, а главным образом опосредствованно -- через центральную нервную систему (рис. 1).

Эти возможности коры больших полушарий и других отделов мозга, осуществляемые через посредство интрацентральных путей и вегетативных нервов, реализуются с помощью регулирующих влияний на все органы и ткани, в том числе также и на центральную нервную систему. В активизации этих влияний ведущая роль принадлежит условнорефлекторным реакциям, возникающим при действии самых разнообразных сигнальных раздражителей.

Среди условных раздражителей для человека огромное значение имеет словесный раздражитель, оказывающий свое влияние через вторую сигнальную систему коры больших полушарий, взаимодействующую с первой сигнальной системой. Механизм влияния различных эмоциональных факторов на работоспособность организма при утомлении должен рассматриваться в свете взаимодействия двух сигнальных систем. Различные речевые воздействия (словесные поощрения, призывы и т. д.) могут существенно влиять на течение явлений утомления.

Следует указать на интересные опыты с гипнотическим словесным внушением различных двигательных представлений при выполнении работы. Испытуемый в состоянии гипноза поднимал легкий или тяжелый груз, причем при поднимании легкого груза ему внушалось, что он поднимает тяжелый, а при поднимании тяжелого -- внушалось, что он поднимает легкий.

В первом случае -- при совершении легкой работы на фоне внушенного представления о тяжелой работе -- физиологические сдвиги были выше и утомление наступало значительно быстрей, чем в контрольных опытах с выполнением той же работы вне гипноза. Во втором случае --при совершении тяжелой работы на фоне внушенного представления о легкой работе -- наблюдалось противоположное явление.

Опыты с выполнением работы на фоне тех или иных внушенных двигательных представлений убедительно показывают, что утомление и усталость зависят от состояния центральной нервной системы и, прежде всего, от процессов в коре больших полушарий, которые могут изменяться условнорефлекторным путем, в частности через посредство второй сигнальной системы.

В физиологии принято различать понятия утомление и усталость. Утомление -- состояние организма, возникающее вследствие работы и объективно характеризующееся снижением работоспособности, усталость -- это субъективная сторона проявления утомления, психическое переживание, связанное с утомлением, чувство утомления.

Степень усталости большей частью соответствует степени действительного снижения работоспособности, что в свою очередь связано с количеством и качеством проделанной работы. Однако нередки случаи, когда усталость и другие признаки утомления по своей выраженности друг другу не соответствуют, например, когда усталость чувствуется большая, а объективных данных для резкого снижения работоспособности нет, так как работа проделана незначительная. Это наблюдается, если работа совершается без интереса и желания, без ясного представления цели данной работы или ближайших ее результатов. Могут быть другие случаи, когда налицо все данные для выраженного утомления, так как работа произведена большая, а усталость тем не менее не чувствуется. Это бывает тогда, когда выполнение работы сопровождается эмоциональным подъемом, обусловливаемым заинтересованностью в работе, сознанием высокой цели и т. п.

Условия, в которых выполнялась утомительная работа (факторы внешней среды, обстановка, коллектив, время суток и т. д.), могут по механизмам временных связей приобрести сигнальное значение, способствуя в дальнейшем развитию утомления и усталости. Эти же условия могут стать и сигналами, противодействующими развитию утомления и усталости, если сама работа на первых порах не была утомительной. Значение условнорефлекторных механизмов в развитии утомления исключительно велико (Васильева В.В. и др.,1977; Волков В.М.,1976; Жбанков О.В. и др.,1999; Сашенков С.Л. и др., 1995).

Существенное значение для развития явлений утомления имеют трофические воздействия центральной нервной системы через вегетативные нервы. Симпатические и парасимпатические нервы, как показал впервые Павлов на примере сердечной мышцы, осуществляют часть трофических влияний центральной нервной системы на органы. При раздражении симпатических нервов изменяются функциональные свойства и повышается работоспособность утомленных скелетных мышц. Последующие исследования вскрыли периферические механизмы, с помощью которых реализуются адаптационно-трофические влияния нервной системы на мышцу при ее утомлении. Было показано, что при раздражении симпатических нервов усиливаются окислительные процессы, увеличивается образование аденозинтрифосфорной кислоты, повышается забуференность (щелочной резерв) ткани, повышается электропроводность мышцы и ее упруговязкие свойства. Импульсы по симпатическому нерву влияют также на функцию нервно-мышечного синапса, улучшая процесс передачи возбуждения с нерва на мышцу, нарушающийся при утомлении. Трофические влияния центральной нервной системы (т. е. влияния на процессы обмена веществ) имеют всеобщее распространение в организме. Сущность этих влияний может выражаться в изменении функционального состояния различных органов. Возникающие безусловно- и условнорефлекторным путем стимулирующие трофические воздействия центральной нервной системы на все органы и ткани, играют важную роль в мышечной деятельности человека при производственной работе и спортивной деятельности. Эти воздействия в зависимости от своей интенсивности могут в большей или меньшей мере противодействовать наступающему утомлению или, в известной степени, «снимать» уже наступившее утомление (Карпман В.Л. и др., 1988; Куликов В.П. и др., 1998; Озолин Н.Н. и др., 1993; Суздальницкий Р.С. и др., 2000).

3. Особенности и специфические причины развития утомления в различных видах спортивной деятельности

Нельзя дать универсальное объяснение механизмам утомления, действительное на все случаи. Главенствующую роль в развитии утомления при всех видах работы играет нервная система. Вместе с тем при каждом конкретном виде работы могут дополнительно приобретать существенное значение какие-нибудь особые факторы. Это делает необходимым проанализировать особенности утомления применительно к отдельным формам мышечной деятельности.

3.1. Развитие утомления при циклической работе

Утомление при циклической работе умеренной мощности. Работа, связанная с преодолением сверхдлинных дистанций в различных видах спорта, совершается длительное время, в течение которого нервные центры постепенно утомляются. Интенсивная деятельность сердечно-сосудистой и дыхательной систем в течение длительного срока приводит к снижению функциональных свойств их нервных регуляторных аппаратов. Таким образом, понижение работоспособности организма при длительной работе, обусловленное расстройством деятельности соответствующих нервных центров, связано и с постепенным, изменением функций кровообращения и дыхания (Викулов А.В., 1997; Абзалов Р.А. и др., 1999) .

Работа умеренной мощности протекает в условиях истинного устойчивого состояния: образующиеся продукты распада успевают устраняться во время самой работы, значительного накопления их в организме не наблюдается. Поэтому говорить о каком-либо «засорении» организма продуктами обмена при этой работе нет оснований.

Важным фактором утомления при напряженной работе умеренной мощности (бег и плавание на сверхдлинные дистанции, лыжные переходы и т. п.) следует считать снижение концентрации сахара в крови - гипогликемию. В этом случае исследование крови обнаруживает резкое снижение содержания сахара (до 50 мг%). Количество израсходованных углеводов при длительной работе может дойти до нескольких сот граммов, но полного истощения углеводных резервов в организме не происходит, потому что острое утомление и прекращение работы наступает раньше. Уменьшение количества сахара в крови является сигналом начинающегося существенного изменения внутренней среды организма и, в то же время, причиной развития компенсаторных реакций по мобилизации углеводов из депо и по превращению в углеводы жиров и белков, а в дальнейшем и причиной такого изменения деятельности центральной нервной системы, которое может привести к полному прекращению работы.

Особенно чувствительной к недостатку сахара в крови является центральная нервная система. В случае резкой гипогликемии функциональное состояние центральной нервной системы изменяется и нарушается ее координационная деятельность, что сказывается на работе двигательного аппарата и вегетативных органов. Углеводное голодание корковых клеток может обусловить даже нарушение психических функций, что изредка наблюдается на финише бега и проявляется в форме неадекватного поведения (например, бег на месте или поворачивание кругом и продолжение бега в обратном направлении и т. п.). Прием углеводов (50--100 г сахара) при длительной работе оказывает положительное влияние на функциональное состояние центральной нервной системы, повышая тем самым работоспособность организма, снижая утомление или отдаляя время его острого развития. Положительный эффект от приема углеводов подтверждает то положение, что снижение уровня сахара в крови является существенным фактором в развитии утомления при длительной напряженной работе.

Специальными экспериментальными исследованиями обоснованы сроки приема углеводов. Целесообразным оказывается принимать углеводы непосредственно во время самой работы -- на дистанции. Можно принимать углеводы и перед самым началом работы, непосредственно перед стартом, однако это менее эффективно, чем прием во время работы. Допустимым считается прием углеводов больше чем за 2 часа до начала работы. Прием углеводов за полчаса, час или полтора часа до начала работы не целесообразен, так как при этом в первые же минуты работы происходит резкое снижение уровня сахара в крови, что отрицательно влияет на работоспособность.

Помимо уменьшения концентрации сахара в крови, в развитии утомления при длительной напряженной работе может играть роль нарушение теплорегуляции. Потоотделение, если оно не сопровождается испарением пота с поверхности тела или одежды, не ведет к увеличению теплоотдачи. Отставание же теплоотдачи от уровня теплопродукции при мышечной работе приводит к повышению температуры тела, что может отрицательно повлиять на работоспособность (если повышение температуры значительно). Особенно это может иметь место при высокой влажности среды и малой проницаемости одежды.

Утомление при циклической работе большой мощности. Напряженная деятельность нервных центров при мышечной работе большой мощности быстрее приводит к их истощению, чем при работе умеренной мощности. Также быстрее, чем при работе умеренной мощности, снижается работоспособность органов дыхания и кровообращения.

Работа большой мощности совершается в условиях ложного устойчивого состояния. Потребление кислорода достигает максимальной величины, на которую способен организм (до 4,5--5 л у хорошо тренированного человека), и в то же время значительно отстает от кислородного запроса. Следовательно, работа выполняется в условиях недостатка кислорода и кислородный долг во время работы неуклонно увеличивается. Следствием этого является накопление в организме недоокисленных продуктов. Таким образом, существенными факторами утомления при выполнении работы большой мощности являются растущая кислородная задолженность и, связанное с ней, накопление в организме недоокисленных продуктов, что приводит к угнетению деятельности нервных центров.

При выполнении работы большой мощности работоспособность сердечнососудистой и дыхательной систем (с их нервно-регуляторными механизмами), обеспечивающих кислородное снабжение всех органов, в том числе и нервной системы, в значительной степени определяет общую работоспособность организма. Недостаток кислорода и химические изменения в связи с накоплением в крови недоокисленных продуктов влияют на все органы и ткани организма не только непосредственно, гуморально, но и через посредство центральной нервной системы, которая является наиболее чувствительной к воздействиям со стороны внутренней среды. Химические агенты внутренней среды воздействуют на клетки нервных центров как путем непосредственного соприкосновения с ними (например, действие углекислоты на дыхательный центр), так и путем воздействия на хеморецепторы. В настоящее время доказано наличие хеморецепции во всех органах и тканях тела.

Утомление при циклической работе максимальной и субмаксимальной мощности. К циклической работе максимальной мощности относят спринтерские дистанции в различных видах спорта, на которых работа длится короткое время -- в пределах десятков секунд. За такое короткое время не может произойти очень больших сдвигов в деятельности вегетативных органов. Более значительные сдвиги успевают произойти при работе субмаксимальной мощности, которая длится от 35 сек до 2--5 мин.

Утомление при работе максимальной и субмаксимальной мощности в первую очередь связано с изменением функционального состояния центральной нервной системы. Мышечные сокращения большой частоты и силы вызываются интенсивной деятельностью нервных центров. В то же время центральная нервная система подвергается воздействию мощного потока идущих от периферии двигательного аппарата центростремительных проприоцептивных импульсов. В результате этого в нервных центрах развивается состояние парабиотического торможения, функциональная подвижность их понижается, что исключает возможность воспроизведения центробежных импульсов в первоначальном ритме, и движения бегуна, пловца и т. д. замедляются, «сковываются».

Мышечная работа максимальной мощности фактически протекает в анаэробных условиях. В результате в работающих мышцах происходит накопление недоокисленных продуктов, концентрация молочной кислоты достигает больших размеров. Поэтому полагают, что накопление молочной кислоты сказывается главным образом на процессе расслабления мышц, а это, естественно, отражается на частоте сокращений. Изменение упруго-вязких свойств мышц также ведет к уменьшению скорости сокращений, что является одной из причин того, что движения, например у бегуна, делаются менее размашистыми и менее быстрыми, а шаг укорачивается, замедляется и скорость бега неизбежно уменьшается.

Таким образом, ведущим фактором утомления организма при мышечной работе максимальной и субмаксимальной мощности является изменение функциональных свойств нервных центров и мышц, т. е. утомление всей нервно-мышечной системы. При этом при работе субмаксимальной мощности существенную роль в развитии утомления играет также снижение функциональных возможностей аппаратов кровообращения и дыхания.

3.2 Развитие утомления при статических усилиях и силовой работе

Утомление при статических усилиях наступает быстро, несмотря на кажущуюся иногда легкость упражнения. Так, например, весьма трудно простоять в положении полуприседа в течение 1--2 мин. Вис на перекладине, упор на брусьях, держание угла в висе или упоре также принадлежат к числу трудных упражнений статического характера, которые ограничены во времени. Динамическая работа, при выполнении которой отдельные мышцы несут преимущественно статическую нагрузку, вызывает снижение работоспособности в первую очередь именно этих мышц.

Особое значение в развитии утомления при статических усилиях принадлежит центральной нервной системе. При любой работе динамического характера в центральной нервной системе происходит непрерывное чередование процессов возбуждения и торможения. Такой характер функционирования нервных центров обеспечивает более длительную их работоспособность. При статическом усилии в соответствующих нервных центрах состояние возбуждения поддерживается непрерывно, без ритмического чередования с торможением. Такой характер функционирования нервных центров ведет к быстрому понижению их работоспособности, что, очевидно, обусловливает возникновение в них парабиотического торможения. В результате характер пусковых и регулирующих влияний, идущих из нервных центров к мышцам, быстро изменяется, степень напряжения мышц все более уменьшается и, наконец, статическое усилие прекращается совсем.

Энергетические затраты даже при тяжелых статических усилиях сравнительно невелики; сдвиги со стороны деятельности вегетативных органов невысоки, причем заметное увеличение дыхания и деятельности сердца наблюдается не во время самого усилия, а по прекращении его в восстановительном периоде («феномен статического усилия»). Таким образом, в развитии утомления при статических усилиях ни энергетические затраты сами по себе, ни сдвиги в деятельности вегетативных органов не играют основной роли.

Считалось, что в развитии утомления при статических усилиях основное значение имеет недостаточное кровообращение в длительно напряженных мышцах вследствие механического сдавливания сосудов и бездействия «мышечного насоса». В связи с затрудненным кровообращением в мышцах могут накапливаться недоокисленные продукты в количестве, затрудняющем дальнейший распад энергетических веществ. При исследовании статически напряженных мышц в них не было обнаружено большого количества недоокисленных продуктов распада. Это опровергает предположение, что утомление при статических условиях зависит от недостаточного кровоснабжения статически напряженных мышц. Главнейшее значение в развитии утомления при статических усилиях имеет, как уже было указано выше, изменение функциональных свойств нервных центров.

Иногда статическое напряжение определенных мышц является компонентом динамической работы (например, напряжение мышц спины при беге); при недостаточной тренированности эти мышцы утомляются в первую очередь.

При необходимости в течение длительного времени неподвижно сохранять одну и ту же позу тела происходит утомление статически напряженных мышц, сопровождаемое иногда болевыми ощущениями. Длительное удерживание однообразной позы приводит также к нарушению крово- и лимфообращения и застойным явлениям (скопление венозной крови и лимфы) в наиболее низко расположенных при данном положении частях тела, отмечается общее чувство усталости и понижение работоспособности.

Эффективным средством борьбы с указанными явлениями будут различные динамические физические упражнения, усиливающие крово- и лимфообращение, а также упражнения, обусловливающие активное расслабление мышц, бывших в состоянии статического напряжения, и напряжение их антагонистов. Эти же упражнения (в сочетании с длительными статическими напряжениями) являются и средством тренировки выносливости организма к длительному удерживанию тела в однообразном положении.

Максимальные силовые напряжения связаны с максимальной активностью нервных центров, которые при этом подвергаются чрезвычайно интенсивному влиянию импульсов, идущих из проприорецепторов двигательного аппарата. Снижение функциональных свойств центральной нервной системы играет ведущую роль в утомлении организма при силовой работе. Наряду с этим имеют значение и местные изменения в самих мышцах, например понижение в них функциональной подвижности. В утомлении при длительной силовой работе (переноска тяжестей, тренировка в поднимании штанги и т. д.) определенную роль играет и снижение функций вегетативных органов.

Размещено на Allbest.ru