Физиологическая характеристика двигательной активности и формирование движений

Физиология – биологическая наука, изучающая функции человеческого организма в различных их проявлениях. Возраст 18–25 лет – это заключительный этап естественного физиологического развития организма человека. Под влиянием этих нагрузок в организме происходит целый ряд перестроечных приспособительных процессов, повышающих функциональные возможности организма, его способности противостоять внешним воздействиям. В результате происходит существенный рост уровня основных двигательных качеств: быстроты, силы, выносливости, гибкости, ловкости.

Адаптация – это приспособление органов чувств и организма к новым, изменившимся условиям существования. Адаптации способствуют адекватные по объёму и интенсивности нагрузки. После периода необходимого для отдыха израсходованные ресурсы восстанавливаются. Эффект сверхвосстановления после однократной нагрузки (одного тренировочного занятия) удерживается недолго, всего несколько дней.

Гипокинезия – это недостаток двигательной активности

В результате систематических занятий физическими упражнениями мышечная масса сердца может увеличится в 2–3 раза. В результате систематических занятий физическими упражнениями лёгочная вентиляция может увеличится в 20–30 раз.

Социальная адаптация и, в частности, адаптация студента к учебному процессу в высшем учебном заведении и к условиям, его сопровождающим, – это проблема в основном психологическая, но в конечном счёте, она так же замыкается на физиологии, на физиологических процессах, происходящих преимущественно в центральной нервной системе.

Длительное использование предельных нагрузок приводит к угнетению иммунитета. Локальный эффект повышения тренированности, который является неотъемлемой частью общего, связан с ростом функциональных возможностей отдельных физиологических систем. При регулярных занятиях физическими упражнениями в крови увеличивается количество эритроцитов (при кратковременной интенсивной работе – за счет выхода эритроцитов из «кровяных депо»; при длительной интенсивной нагрузке – за счет усиления функций кроветворных органов). Повышается содержание гемоглобина в единице объема крови, соответственно увеличивается кислородная емкость крови, что усиливает ее кислородно-транспортную возможность. Вместе с тем в циркулирующей крови наблюдается увеличение содержания лейкоцитов и их активность. Специальными исследованиями было установлено, что регулярная физическая тренировка без перегрузок увеличивает фагоцитарную активность составляющих крови, т.е. повышает неспецифическую сопротивляемость организма к различным неблагоприятным, особенно инфекционным факторам.

Показателями работоспособности сердца являются частота пульса, кровяное давление, систолический объем крови, минутный объем крови. Пульс – волна колебаний, распространяемая по эластичным стенкам артерий в результате гидродинамического удара порции крови, выбрасываемой в аорту под большим давлением при сокращении левого желудочка. При мышечной работе в артериальной крови повышается содержание молочной кислоты. Частота пульса соответствует частоте сокращений сердца (ЧСС) и составляет в среднем 60–80 удар/мин. Предельная ЧСС у тренированных людей при физической нагрузке находится на уровне 200–220 удар/мин. В норме у здорового человека в возрасте 18–40 лет в покое кровяное давление равно 120/80 мм рт. ст. После прекращения нагрузки у тренированных людей оно быстро восстанавливается.

Если в покое кровь совершает полный кругооборот за 21–22 с, то при физических нагрузках – за 8 с и менее. Наиболее оптимальными считаются физические нагрузки при частоте сердечных сокращений 130–180 удар/мин. Длительная и интенсивная умственная работа, так же, как и состояние нервно-эмоционального напряжения, может существенно повысить частоту сердечных сокращений до 100 удар/мин и более. Таким образом, длительная напряженная умственная работа, нервно-эмоциональные состояния, не сбалансированные с активными движениями, с физическими нагрузками, могут привести к ухудшению кровоснабжения сердца и мозга, других жизненно важных органов, к стойкому повышению кровяного давления, к формированию «модного» ныне среди студентов заболеванию – вегето-сосудистой дистонии.

Главным регулятором дыхания является дыхательный центр, расположенный в продолговатом мозге. В состоянии покоя дыхание совершается ритмично, причем временное соотношение вдоха и выдоха приблизительно равно 1:2. Частота дыхания (смена вдоха и выдоха и дыхательной паузы) в покое составляет 16–20 циклов. При физической работе частота дыхания увеличивается в среднем в 2–4 раза.

Дыхательный объем (ДО) – количество воздуха, проходящее через легкие при одном дыхательном цикле (вдох, дыхательная пауза, выдох).

Легочная вентиляция (ЛВ) – объем воздуха, который проходит через легкие за 1 мин.

Жизненная емкость легких (ЖЕЛ) – наибольший объем воздуха, который человек может выдохнуть после самого глубокого вдоха.

Потребление кислорода (ПК) – количество кислорода, фактически использованного организмом в покое или при выполнении какой-либо работы за 1 мин.

Максимальное потребление кислорода (МПК) – наибольшее количество кислорода, которое может усвоить организм при предельно тяжелой для него работе. МПК служит важным критерием функционального состояния систем дыхания и кровообращения.

Кислородный долг (КД) — количество кислорода, необходимое для окис­ления продуктов обмена веществ, накопившихся при физической работе.

Гипоксия – это кислородный голод. К видам гипоксии относится анемическая гипоксия.

При регулярных физических нагрузках увеличивается способность организма откладывать в мышцах (и печени) запас углеводов в виде гликогена и тем самым улучшать так называемое тканевое дыхание мышц. Половина тканей тела обновляется или заменяется полностью в течение трёх месяцев.

Белки являются основным строительным материалом, из которого построены клетки всех тканей организма. Белки состоят из разнообразных белковых элементов – аминокислот. Основным источником полноценных белков служат животные белки.

Углеводы, к которым относятся глюкоза, животный крахмал – гликоген, используются организмом преимущественно как основной источник энергии.

Уменьшение концентрации глюкозы в крови до 0,07% (гипогликемия) снижает мышечную и умственную работоспособность.

Жиры обладают высокой энергетической ценностью – 1 г жиров при расщеплении выделяет 9,3 ккал.

Человеческий организм на 60–65% состоит из воды.

Минеральные соли способствуют поддержанию осмотического давления в клетках и биологических жидкостях, участвуют в обеспечении постоянства внутренней среды организма, в протекании химических процессов обмена веществ и энергии.

Значение витаминов состоит в том, что, присутствуя в организме в ничтожных количествах, они регулируют реакции обмена веществ, свертываемость крови, рост и развитие организма, сопротивляемость инфекционным заболеваниям.

Важнейшей физиологической константой организма человека является то минимальное количество энергии, которое человек расходует в состоянии полного покоя. Эта константа называется основным обменом. Потребность организма в энергии оценивается в килокалориях. Минимальная величина суточных энергозатрат в норме составляет 2950–3850 ккал. Соотношение количества энергии, поступившей в организм с пищей и израсходованной, называется энергетическим балансом, и находится он в тесной зависимости от характера жизнедеятельности.

Существует большая группа видов спорта и отдельных упражнений, особенностью которых является нестандартность исполнения – ациклические упражнения.

Для ликвидации молочной кислоты и восстановления АТФ требуется кислород. Анаэробную производительность организма характеризует кислородный долг. Чем выше концентрация лактата, тем сильнее ощущается утомление. Аэробный – это окислительный процесс.

Таблица 1

Зоны относительной мощности в спортивных упражнениях

(по B.C. Фарфелю, Б.С. Гиппенрейтеру)

Степень мощности	Продолжительность работы	Виды физических упражнений при рекордном выполнении
Максимальная	От 20 до 25 с	Бег 100 и 200 м. Плавание 50 м. Велогонка 200 м с хода
Субмаксимальная (ниже максимальной)	От 25с до 3-5 мин	Бег 400, 800, 1000, 1500 м. Плавание 100, 200,400 м. Бег на коньках 500, 400, 1500, 3000 м. Велогонки 300, 1000, 2000, 3000 и 4000 м
Большая	От 3-5 мин до 30 мин	Бег 2, 3, 5, 10 км. Плавание 800, 1500 м. Бег на коньках 5, 10 км. Велогонки 5000, 10 000, 20 000 м
Умеренная	Свыше 30 мин	Бег 15 км и больше. Спортивная ходьба 10 км и больше. Бег на лыжах 10 км и больше. Велогонки 100 км и больше

Эти четыре зоны относительной мощности предполагают деление множества различных дистанций на четыре группы: короткие, средние, длинные и сверхдлинные. Мощность работы прямо зависит от ее интенсивности, а высвобождение и расход энергии при преодолении дистанций, входящих в различные зоны мощности, имеют существенно отличающиеся физиологические характеристики (табл.2).

Таблица 2

Физиологическая характеристика работы в зонах различной мощности

(по B.C. Фарфелю)

Показатель	Зоны относительной мощности работы
максимальная	субмаксимальная	большая	умеренная
Предельная длительность	До 25 с	От 25 с до 3 - 5 мин	От 3 - 5 мин до 30 мин	Свыше 30 мин
Величина потребления кислорода	Незначительная	Возрастает к максимальной	Максимальная	Пропорциональна мощности
Величина кислородного долга	Почти субмаксимальная	Субмаксимальная	Максимальная	Пропорциональна мощности
Вентиляция легких и кровообращение	Незначительная	Субмаксимальная	Максимальная	Пропорциональна мощности
Биохимические сдвиги	Субмаксимальные	Максимальные	Максимальные	Незначительные

Зона максимальной мощности. В ее пределах выполняется работа, требующая предельно быстрых движений. Ни при какой другой работе не освобождается столько энергии в единицу времени, сколько при работе с максимальной мощностью. Работа мышц совершается почти полностью за счет бескислородного (анаэробного) распада веществ. Практически весь кислородный запрос (долг) организма удовлетворяется уже после работы. Дыхание ограничено – спортсмен либо не дышит, либо делает несколько коротких вдохов. Из-за кратковременности работы кровообращение не успевает усилиться, частота же сердечных сокращений значительно возрастает к концу работы. Однако минутный объем крови увеличивается ненамного, потому что не успевает вырасти систолический объем крови в сердце. Зона субмаксимальной мощности. В мышцах протекают не только анаэробные процессы, но и процессы аэробного окисления, доля которого увеличивается к концу работы из-за постепенного усиления кровообращения. Интенсивность дыхания также возрастает до самого конца работы. Все время прогрессирует кислородная задолженность. Кислородный долг к концу работы становится даже больше, чем при максимальной мощности. В крови происходят большие химические сдвиги.

Зона большой мощности. Возможности аэробного окисления более высоки, однако они все же несколько отстают от анаэробных процессов, поэтому накопление кислородного долга все же происходит. К концу работы он бывает значителен. Большие сдвиги наблюдаются в химическом составе крови и мочи.

Зона умеренной мощности. Это уже сверхдлинные дистанции. Работа умеренной мощности характеризуется устойчивым состоянием, с чем связаны усиление дыхания и кровообращения пропорционально интенсивности работы и отсутствие накопления продуктов анаэробного распада. При многочасовой работе наблюдается значительный общий расход энергии, что уменьшает углеводные ресурсы организма.

Таким образом, при тренировке на коротких, средних, длинных и сверхдлинных дистанциях и подобных упражнениях должны подбираться такие отрезки (упражнения) и такая интенсивность их преодоления, которые тренировали бы соответствующие этим дистанциям физиологические механизмы энергетического обмена, физиологически и психологически готовили бы тренирующегося к преодолению тех трудностей и неприятных ощущений, с которыми связано возможно более быстрое (качественное) выполнение конкретных упражнений.

Известно, что отношение энергии, полезно затраченной на работу, ко всей израсходованной энергии называется коэффициентом полезного действия (КПД). Считается, что наибольший КПД человека при привычной для него работе не превышает 0,30–0,35.

Работоспособность – это способность человека выполнять кон­кретную деятельность в рамках заданных временных лимитов и параметров эффективности. Основу работоспособности составляют не только биологические возможности человека, но и определенные знания и умения в сфере конкретной деятельности.

Длительность восстановления, критерием которого является готовность человека к повторным нагрузкам того же объема и интенсивности, находится в зависимости от степени общего или локального утомления организма, от характера и особенностей периода отдыха между нагрузками.

Утомление – это нормальное физиологическое состояние, которое возникает как следствие физической или умственной работы при недостаточности восстановительных процессов.

Утомление крайне многолико. Различают две фазы развития утом­ления: компенсированную и некомпенсированную. В компенсированной фазе не происходит видимого снижения работоспособности. Работа совершается за счет подключения к напряженной деятельности других систем организма, которые до наступления утомления не принимали активного участия в данной работе.

Невозможность поддержания нужной интенсивности работы даже при подключении резервных систем организма означает начало некомпенсированной фазы утомления.

При работе значительной интенсивности, не соответствующей уровню непосредственной готовности организма к выполнению данной нагрузки, возникает острое утомление.

Накопление различных сдвигов в нервно-мышечной и центральной нервной системе, возникающих при многократной утомительной работе, вызывает хроническое утомление.

При восстановлении работоспособности различают активный и пассивный отдых, а также некоторые дополнительные средства восстановления работоспособности, которые условно можно отнести к пассивному отдыху.

Феномен активного отдыха – Феномен Сеченова. Эффект активного отдыха зависит также от степени величины нагрузки, от степени развития утомления – при возрастании утомления оптимум стимулирующего влияния передвигается в сторону меньших нагрузок. Систематическое продолжение работы в состоянии утомления, длительное выполнение работы, связанной с чрезмерным нервно-психическим перенапряжением или физическим напряжением - все это может привести к переутомлению или перетренировке. При небольшой степени утомления дыхание нормальное.

Активный отдых не является панацеей: в период значительного утомления эффективность его понижается и может уступать эффективности пассивного отдыха. «Аутогенное погружение» - это состояние глубокой дрёмы. Саморегуляция эмоционального состояния проходит посредством самовнушения. Суть её заключается в проявлении волшебного действия слова(специально подобранных словесных формул).С ростом тренированности эффект активного отдыха увеличивается. Сон — это особое состояние мозга, при котором происходит торможение нервных клеток больших полушарий головного мозга.

К пассивному отдыху относится – массаж.

Гиподинамия – совокупность отрицательных морфофункциональных изменений в организме человека вследствие гипокинезии — хронического недостатка мышечной нагрузки, ослабление организма. Гиподинамия расстраивает эту систему, нарушая каждую из составляющих ее частей и их взаимодействие. В результате развивается кислородная недостаточность организма, гипоксия.

Гипокинезия – это недостаток двигательной активности.

Отсутствие достаточной дозы ежедневных мышечных движений создает особые неестественные условия для жизнедеятельности организма человека, отрицательно воздействует на обмен веществ, на структуру и функции всех тканей, органов.

Минимально необходимый объём ходьбы в день 10–12 тыс. шагов. Наиболее действенной альтернативой гипокинезии и гиподинамии в современных условиях могут и должны выступать разнообразные физические упражнения.

Ритмичное протекание физиологических процессов – это свойство живого организма. Практически все показатели жизнедеятельности – биохимические, физиологические, поведенческие – обнаруживают ритмические колебания в разных диапазонах частоты. Структуры в организме, ответственные за регуляцию ритмов, называют – эндогенными часами. У человека главный внутренний водителем ритма у человека является гипоталамус, ответственный за сохранение постоянства внутренней среды. Однако для большинства ритмов характерна индивидуальная изменчивость. Инфаркты миокарда случаются у «сов» в полтора раза чаще, чем у «жаворонков». Биоритмы отдельных органов и систем взаимодействуют друг с другом и образуют упорядоченную систему ритмических процессов – организацию деятельности организма во времени. Многие биоритмы (суточные, лунные и годовые) сформировались в ходе эволюции как целесообразное приспособление процессов жизнедеятельности организма к окружающей среде. Обычно высокий подъём работоспособности у человека наблюдается примерно с 8 до 12 и с 17 до 19ч.

Центральная нервная система регулирует, управляет и совершенству­ет двигательную деятельность человека через двигательные единицы. Двигательная единица состоит из двигательной нервной клетки, нервного волокна и группы мышечных волокон. Каждая мышца включает в себя от нескольких сотен до нескольких сотен тысяч дви­гательных единиц. Чем большее напряжение должна развить мышца, тем большее количество двигательных единиц включается в работу.

Возбуждение – деятельное состояние клеток, когда они трансформируют и передают электрические импульсы другим клеткам.

Торможение – обратный процесс, направленный на снижение биоэлектрической активности и восстановление затраченной энергии.

Безусловными называют унаследованные рефлексы, заложенные от рожде­ния в нервной системе. Примером простейшего двигательного безусловного рефлекса является непроизвольное отдергивание руки при ожоге. Рефлексы, формирующиеся в результате сочетания различных раздражителей с безусловными рефлексами, называются условными.

Нервная клетка с нервным волокном и мышечные клетки, которые активизируются от них, вместе образуют двигательную единицу. Чем большее напряжение должна развивать мышца, тем больше двигательных единиц включается в работу. Физиологической основой формирования двигательных навыков служат уже существовавшие или образующиеся временные связи между нервными центрами (иногда говорят, что у него (нее) хорошая двигательная база).

Двигательный стереотип – это стойкая последовательность автоматического выполнения ряда движений на уровне навыка. То есть образуется стойкая система нервных процессов — строго определенная последовательность рефлексов. Достаточно подейство­вать только первому раздражителю, как приходит в действие вся цепочка нервных процессов, участвующих в движении.

Фаза генерализации характеризуется расширением возбудительного процесса. При этом происходит вовлечение в работу даже «лишних» групп мышц, неоправданно большое напряжение работающих мышц и т.п. Движения скованны, угловаты, не координированы и неточны, неэкономичны.

В фазе автоматизации навык настолько уточняется и закрепляется, что выполнение необходимых движений становится как бы автоматическим и не требует деятельного контроля сознания. Такой навык отличается высокой экономичностью и стабильностью выполнения всех составляющих его движений.

Весь процесс формирования двигательного навыка в зависимости от его особенностей сопровождается изменением физических нагрузок, а следовательно, и соответствующими физиологическими перестройками в функциях целого ряда внутренних органов и систем.

Глава 5