Глава 6. спортивная морфология

Спортивная морфология рассматривает вопросы об изменениях организма в процессе спортивной подготовки; изучается морфо-функциональные закономерности адаптации организма к различным факторам внешней среды, в том числе и к спортивной деятельности; раскрывается вопросы о значении размеров тела, их пропорций и конституциональных особенностей человека для спортивных достижений по основным спортивным специализациям. В общебиологическом плане в спортивной морфологии организм человека рассматривают как сложно устроенную, целостную, самообновляющуюся и саморегулирующуюся систему. Поэтому много внимания уделяется вопросам биологического регулирования в системе «организм – окружающая среда».

Истоки спортивной морфологии уходят в далекое прошлое. Уже древние греки имели представление о характере влияния физических упражнений на организм человека и о морфологических особенностях спортсменов, занимающихся определенными видами спорта. Так, Флавий-мл. (III в. н.э.) описал некоторые особенности формы тела спортсменов, которые могли обеспечить победу на олимпийских играх.

Спорт является мощным фактором, влияющим на биологическую и социальную природу человека. Для объяснения морфологических изменений в организме под влиянием спортивной деятельности есть, казалось бы, простая причинно-следственная связь: физическая нагрузка Þ рабочая гипертрофия Þ увеличение мышечной массы. Внимание тренеров порой направлено лишь на достижение результата, причем любой ценой конечного результата (наращивания мышечной массы, а вместе с ней и силовых качеств). При этом не учитывается тот факт, что в перестройку вовлекаются не только мышцы, но и все другие органы и системы в организме человека. Между причиной (физической нагрузкой) и следствием (наращиванием мышечной массы) стоит сложная цепь последовательных взаимных приспособлений систем организма к меняющимся функциональным отношениям. Не учитывать этой особенности – значит, не уметь управлять основными процессами, происходящими в организме.

6.1 Организм человека как функциональная система

В основе жизнедеятельности любого организма лежит рефлекторный принцип его реагирования на внешние воздействия. На организм со стороны внешней среды действует какое-то раздражение, вызывающее некоторую ответную реакцию. Ответная реакция организма изменяет окружающую его внешнюю среду. При повторном раздражении предшествующая реакция организма автоматически учитывается. Организм постоянно получает информацию о том, как выполняется то или иное действие. Так формируется канал обратной связи, позволяющий организму постоянно корректировать свою собственную деятельность относительно предшествующих реакций.

На примере механизма управления мышечной деятельностью можно проследить все структурные элементы прямых и обратных связей мышечных волокон с нервной системой. Управляющие команды, поступающие с мотонейронов спинного мозга к мышцам, достигают их по нервным волокнам, которые идут вначале в составе передних корешков спинного мозга, а затем в составе периферических нервов – это прямая связь двигательного аппарата с ЦНС. Однако для формирования определенной двигательной реакции организма ЦНС необходима информация о готовности двигательного аппарата к ее выполнению. Эта информация поступает к нервной системе по каналу обратной связи, в качестве которого используются чувствительные нервные проводники. ЦНС связана со всеми органами с помощью прямых (эфферентных) и обратных (афферентных) связей, благодаря чему становится возможной согласованная работа внутренних органов. В качестве прямой и обратной связей в организме используются не только нервные элементы, но и гуморальная и эндокринная системы.

Организм человека устроен чрезвычайно сложно и включает в себя множество структурных подразделений, начиная от клетки и заканчивая целым организмом. В 30-х гг. ХХ в. П.К. Анохиным была сформулирована идея о том, что живой организм представляет собой функциональную систему, т.е., динамическое объединение частей организма, которое направлено на получение полезного результата действия.

С этой точки зрения каждое движение человека, в том числе и движение спортсмена, можно рассматривать как результат объединения большого количества различных морфологических элементов: костей, связочно-суставного аппарата, мышц, элементов кровеносной и нервной систем, направленного на достижение определенного двигательного эффекта. Каждая из перечисленных структур выполняет в двигательном акте определенную функцию. Функциональную систему можно выделить на любом уровне: клеточном, тканевом, органном, организменном. Отсюда становится понятным многостороннее влияние физических упражнений и спорта на организм человека. Выполнение движений неизбежно отражается на состоянии костей, их соединений, мышц, внутренних органов, т.е., и на системах исполнения, и на системах обеспечения.

6.2 Адаптация и ее морфологические проявления в организме спортсменов

Как уже говорилось, под влиянием занятий спортом в системах организма происходят прогрессивные морфологические изменения, которые обеспечивают приспособленность организма спортсмена к высоким тренировочным и соревновательным нагрузкам. Важнейшим свойством любого организма является поддержание постоянства его внутренней среды – гомеостаза. Несмотря на то, что все клетки и ткани постоянно обновляются в процессе жизни, тканевый состав органов остается постоянным.

Для обеспечения этой стабильности эволюция избрала принцип избыточной организации, что выражается в дублировании органов и процессов в организме. Обычно в нормальных условиях для обслуживания организма достаточно одного из них. Человек может обходиться одной почкой, одним легким, может жить, потеряв 1/3 крови. Избыточность организации страхует организм от случайностей. Прочность организма намного выше, чем ему действительно требуется, а предел физических возможностей организма не исчерпывается в обычных ситуациях, он рассчитан и на предельные нагрузки.

В процессе эволюции сформировалось большое количество приспособительных реакций и механизмов, обеспечивающих способность реагировать на изменения внешней среды и поддерживать постоянство внутренней, которые можно объединить общим термином – адаптация.

Под адаптацией понимают те приспособительные изменения в организме, которые отражают расширение его функциональных возможностей, увеличение работоспособности, повышение сопротивления внешним воздействиям. Каждому органу, каждой функциональной системе присущи собственные ритмы и диапазоны приспособляемости.

Морфо-функциональные изменения, происходящие в организме в процессе мышечной деятельности, существенны и выражаются в основном в гипертрофии поперечно-полосатых мышц при силовых нагрузках, в преобразовании конструкции мышцы, как органа, в морфологической перестройке костей, сердечно-сосудистой системы и т.п. Адаптационные изменения в двигательном аппарате спортсмена неодинаковы. В зависимости от особенностей вида спорта, длительности занятий или уровня мастерства эти изменения носят тотальный (общий) или локальный (местный) характер. Обычно локальные изменения имеют место там, где в наибольшей мере действует нагрузка и где она проявляется специфически. На первой стадии адаптации приспособление идет на функциональном уровне, а морфологические изменения незначительны и носят полиморфный характер. Вторая стадия соответствует такому состоянию систем, при котором наряду с гиперфункцией имеет место выраженная морфологическая перестройка органов.

Компенсаторно-приспособительные процессы, с морфологической точки зрения могут быть 2 видов: атрофией и гипертрофией.

Атрофия представляет собой процесс, характеризующийся уменьшением объема и размеров органа, качественными изменениями клеточных элементов, приводящими к их гибели. Атрофия обычно сопровождает патологические процессы в организме человека.

Гипертрофией называют увеличение массы функциональных единиц органа, сопровождающееся интенсификацией его функций. Гипертрофия характеризуется увеличением объема и веса органа, объема клеточных элементов, а в некоторых случаях и увеличением количества клеток органа – гиперплазией. Истинная гипертрофия затрагивает перестройку клеток, выполняющих специфическую для органа функцию (это мышечные волокна для мышц, остеоциты – для костей). Ложная гипертрофия часто протекает по типу замещения паренхиматозных клеток соединительной тканью и обычно сопутствует атрофии.

Усиление функциональной активности органов двигательного аппарата и систем обеспечения, наблюдаемое при повышенной мышечной работе, связано с возрастанием энергетических затрат организма: ­ энергозатрат → расщепление белково-липидных комплексов клеточной протоплазмы до мелких, легко окисляемых молекул → ­ осмотического давления и ацидоз → набухание клеточной протоплазмы и ¯ концентрации структурных элементов цитоплазмы → гиперемия и включаются механизмы авторегуляции → внутриклеточные структуры ориентируются на синтез новых структур (если функции «стало тесно» в данной структуре ® активация синтеза с последующим увеличением массы структур).

Если объем и поверхность гипертрофированной клетки не удовлетворяют нарастающим потребностям в газообмене и метаболизме, то за ресинтезом ДНК клетка делится. Это восстанавливает нормальные соотношения между объемом и поверхностью. Если клетка не способна к делению, то она может наращивать свой внутриклеточный материал, как это имеет место в мышечных волокнах.

6.3 Структурные изменения в различных системах организма под влиянием физических нагрузок

Изменения в костной системе

Скелет человека обладает разнообразием функций, удивительно легок, прочен и надежен, обладает большой пластичностью и способностью к перестройке при изменяющихся условиях внешней и внутренней среды. Установлено, что в организме ежедневно обменивается от 10 до 20% минеральных веществ костной ткани. В течение 50 дней обменивается 29 % фосфора эпифизов бедренной и большеберцовой костей, почти ½ минеральных веществ лопатки и полное обновление фосфатидов костного мозга. Не вызывают сомнений факты количественной и качественной структур костной ткани у спортсменов, систематически переносящих большие нагрузки. Под влиянием занятий спортом, помимо прогрессивных изменений, увеличивающих его прочность и надежность, могут появляться предпатологические и патологические изменения в виде костных выступов – остеофитов, участков разрежения костной ткани, характеризующие состояние перетренированности организма.

Адаптационные изменения в костной ткани у спортсменов происходят на разных уровнях – от клеток до систем.

На молекулярном уровне в костной ткани констатируется повышенный синтез белков, ферментов и других органических веществ, усиливается отложение неорганических веществ. Степень этого увеличения находится в прямой зависимости от степени физической нагрузки – чем она интенсивнее, тем большее количество веществ определяется в костях.

На тканевом уровне отмечается повышенная остеонизация костной ткани, характеризующаяся образованием новых остеонов с большим количеством новых костных пластин, значительно более упругих и обладающих достаточным запасом прочности, разрушением старых остеонов. Таким образом, все клеточные элементы ткани оказываются задействованы в процессе ее перестройки.

На органном уровне во всех костях скелета отмечаются изменения химического состава, изменения формы и внутреннего строения, изменения роста и сроков окостенения. Химический состав изменяется в сторону увеличения содержания неорганических веществ, что сопровождается увеличением плотности костной ткани. Форма костей значительно изменяется в связи с повышенной мышечной деятельностью (табл. 12). В местах прикрепления мышц образуются гребни, бугры, шероховатости - они тем больше, чем сильнее развиты мышцы.

Таблица 12

Изменения формы некоторых костей под влиянием спортивной специализации

Вид спорта	Изменения костей
Штанга	Ключица утолщается, подмышечный край лопатки становится неровным. Меняется изгиб диафиза лучевой кости, позвонки приобретают клиновидную форму с клином, суживающимся кпереди
Плавание	Гипертрофия дельтовидной мышцы вызывает увеличение диафиза плечевой кости, сглаживание хирургической шейки, Позвонки приобретают 4-угольную форму
Гребля на байдарке	Слабо выражена шейка лучевой кости в результате усиления бугристости, где прикрепляется двуглавая мышца плеча; позвонки клиновидные, как у штангистов
Гимнастика	Кости запястья угловатой формы.
Художественная гимнастика, фехтование, метание молота	Ладьевидная и полулунная кости приобретают округлую форму.
Легкая атлетика, игры, гимнастика, лыжи, прыжки в воду	Изменения в форме вертлужной впадины на тазовой кости.
Метание диска	Утолщение дистального конца диафиза бедра
Бег	Утолщение большеберцовой кости в обл. ее бугристости и малоберцовой – в обл. ее головки.
Хоккей, борьба	Увеличение ширины проксимальных эпифизов костей голени, у борцов – клиновидные позвонки, с клином, суживающимся кзади

Морфологические изменения в костной ткани. Надкостница в процессе занятий спортом сильно утолщается вследствие повышенной функции ее внутреннего, или костеобразующего слоя. Компактное вещество утолщается. Симметричное утолщение на костях конечностей отмечается у пловцов, бегунов, штангистов, конькобежцев и футболистов. Асимметричные изменения, связанные с неодинаковыми нагрузками на верхние конечности, наблюдаются у теннисистов и метателей, но в разных сегментах. У фехтовальщиков, например, рабочая гипертрофия развивается на верхней правой конечности в области плечевой и 1-й пястной костей, а на нижней конечности в области бугра пяточной кости – в связи с выпадами и ударами пяткой об опорную поверхность. У боксеров асимметричные изменения наблюдают в костях кисти, особенно в головках пястных костей. У легкоатлетов-прыгунов происходит перестройка компактного вещества в костях преимущественно толчковой ноги, разница в поперечных диаметрах соотв. костей может достигать 1-5мм.

У стрелков из винтовки не обнаруживаются какие-либо заметные изменения в плечевой кости и костях кисти, но изменения локализуются в костях предплечья. А у стрелков из пистолета основную нагрузку несет правая конечность, удерживающая оружие, и изменения наблюдаются во всех звеньях рабочей конечности.

Рассматривая костную систему на уровне целостного организма, можно констатировать, что все адаптационные изменения в ней протекают как благоприятные, и носят характер рабочей гипертрофии. У юных спортсменов рабочая гипертрофия отмечается через 6-7 мес. после начала тренировок, а у спортсменов среднего и старшего возраста – через 1-1,5 года. Общие адаптационные изменения происходят во всех костях скелета, а локальные – в наиболее нагруженных его отделах. При снятии физической нагрузки наблюдалось обратное развитие рабочей гипертрофии.