Состояние и перспективы развития физиологии спорта

Основные учебные и научные разработки по физиологии спорта впервые начались и неразрывно связаны с историей развития кафедры физиологии института физической культуры им. П. Ф. Лесгафта. Особен­ностью деятельности кафедры физиологии явилось создание при ней науч­ных лабораторий по основным разделам физиологии спорта.

Выполненные исследования в этих лабораториях позволили получить новые данные по спортивной биоэнергетике и осуществить классификацию спортивных упражнений с учетом их энергетической характеристики (А. Б. Гандельсман); была разработана методика неинвазивного определения композиции скелетных мышц и вскрыты механизмы развития двигательно­го навыка (Н. В. Зимкин); выявлен феномен синхронизации потенциалов на электромиограммах при утомлении (Е.К. Жуков); определены особенности сосудистых реакций у спортсменов различных специализаций (В.В. Ва­сильева); создана оригинальная методика регистрации электроэнцефалограмм непосредственно в процессе высокоинтенсивной мышечной работы и впервые исследованы корковые механизмы регуляции движений спорт­сменов (Е. Б. Сологуб); изучены эмоции соревновательной деятельности (С. А. Разумов); развито представление о физиологических резервах спорт­смена (А. С. Мозжухин); обосновано учение о функциональной системе адаптации спортсменов (А. С. Солодков) и др.

В дальнейшем изучение различных проблем физиологии спорта в на­шей стране существенно расширялось и углублялось, но при этом в боль­шинстве случаев использовались методические подходы, разработан­ные на кафедре физиологии ИФК им. П. Ф. Лесгафта. В настоящее вре­мя исследования ведутся во всех учебных и научно-исследовательских ин­ститутах физической культуры, во многих университетах, медицинских и педагогических вузах. Изучаются роль и значение всех физиологических систем организма при мышечной деятельности, а также приоритетные для физиологии спорта проблемы: адаптация к физическим нагрузкам, работо­способность, утомление и восстановление спортсменов, функциональные резервы организма и др.

Выяснение вопроса о процессах экстраполяции в ЦНС имеет сущест­венное значение для обоснования вариативности нагрузок в процессе спор­тивной тренировки. Только на основе этой концепции может быть пра­вильно построен тренировочный процесс, при котором должны варьиро­ваться величина, скорость и интенсивность нагрузок, что еще не всегда принимается во внимание медиками, тренерами и спортсменами. Необхо­димо также учитывать возрастную динамику локомоторных функций чело­века.

Приоритетными направлениями дальнейших исследований физио­логии ЦНС являются выяснение особенностей формирования и мобилиза­ции функциональных резервов мозга спортсменов и изучение перестроек корковых функциональных систем взаимосвязанной активности в процессе адаптации их к специализированным нагрузкам. Существенное внимание следует уделить исследованиям вызванной активности коры больших по­лушарий и спинного мозга, а также роли функциональной асимметрии и сенсорных систем в формировании некоторых специальных двигательных навыков.

В последние годы развивается новое направление физиологии спорта, связанное с разработкой спортивной генетики и рассматривающее осо­бенности наследственных влияний и тренируемости различных физиологи­ческих показателей и физических качеств и, в первую очередь, роли врож­денных индивидуально-типологических особенностей организма для спор­тивной ориентации, отбора и прогнозирования достижений в спорте.

Благоприятные изменения, происходящие в организме, и в частности, в сердечно-сосудистой системе при занятиях физической культурой и спортом - очевидны. Однако далеко не все вопросы этого раздела спор­тивной кардиологии решены, и изучение функциональных сдвигов нельзя считать законченным. Требует дальнейшего исследования возможность развития патологических изменений в сердце (патологическое спортивное сердце, по Г. Ф. Лангу), которые могут возникнуть прежде всего вследст­вие чрезмерных тренировочных нагрузок, превышающих возможности конкретного спортсмена. Трудности в изучении и предупреждении ряда заболеваний у спортсменов заключаются в том, что в настоящее время нет разработанного и научно-обоснованного курса патологической физиологии спорта, необходимость которого весьма очевидна.

До настоящего времени отсутствуют данные, касающиеся эффективно­сти разных сочетаний темпа движений и частоты дыхания в различных ви­дах спорта, а также о характере и степени произвольных коррекций внеш­него дыхания.

До сих пор остается спорным вопрос о длительности восстановления после напряженных тренировочных и соревновательных нагрузок.

Касаясь некоторых специальных теоретических вопросов, имеющих и несомненное прикладное значение в спорте, нужно в первую очередь ука­зать на проблемы адаптации к физическим нагрузкам, функциональных резервов организма, спортивной биоритмологии, психофизиологическо­го и медицинского отбора и профессиональной ориентации спортсме­нов. В частности, ближайшими задачами являются определение количест­венных критериев различных стадий адаптации, анализ адаптивных функ­циональных систем, формирующихся при различных видах спортивной деятельности, дифференцирование адаптационных изменений от предпатологических состояний и исследование компенсаторных реакций.

Уже многие годы проводятся исследования различных функций орга­низма спортсменов. Однако комплексные обследования осуществляются относительно редко, а анализ их результатов связан с длительной обработ­кой получаемых данных. В связи с этим в физиологии спорта большое зна­чение приобретают так называемые экспресс-методы, позволяющие оцени­вать функциональное состояние спортсмена не только после, но и в про­цессе тренировок и соревнований. Важными задачами спортивных физиологов явля­ются также обоснование, разработка и внедрение экспресс-методов с целью исследования функциональных систем адаптации, формирующих­ся к различным видам физических упражнений. Использование компьюте­ров даст возможность быстро анализировать и обобщать результаты, полу­ченные различными методами исследования, а наиболее важные и инфор­мативные сразу внедрять в практику.

Говоря о массовой физической культуре, нужно учитывать следую­щее. Применяемые нагрузки должны вызывать изменения, соответствую­щие только стадии повышения неспецифической устойчивости (адаптированности) организма. Необходимо также предупреждение воз­можности возникновения травм. Все это относится и к физической подго­товке специальных контингентов: военнослужащих, спасательных команд и др. Особого внимания заслуживают занятия физической культурой с детьми, женщинами, инвалидами и лицами с ослабленным здоровьем. Тре­буются дальнейшая разработка и научное обоснование целого ряда физио­логических проблем, связанных с возрастными и медико-биологическими особенностями этих контингентов лиц, характером их адаптивных пере­строек.

В ближайшие годы в массовой физической культуре следует решить вопросы о минимальном объеме физических упражнений при различном их сочетании и необходимой продолжительности занятий, что в совокуп­ности позволит получить достаточный оздоровительный эффект в от­ношении устойчивости людей к действию неблагоприятных факторов окружающей среды и сохранения высокой умственной и физической ра­ботоспособности. Такого рода исследования сложны, объемны, но они крайне необходимы. При этом минимальные нормы нагрузки и времени при занятиях физическими упражнениями, очевидно, будут неодинаковы для лиц различного возраста, состояния здоровья, пола, профессии, что по­требует дифференцированного подхода к исследованиям разных групп на­селения. Вместе с тем необходимо подчеркнуть, что и до настоящего вре­мени основное внимание исследователей было обращено на спорт, особен­но спорт высших достижений. Физическая культура массового характера находится в стороне, и функциональные изменения, адаптивные пере­стройки при этом изучаются в меньшей степени.

Интенсивно развивающаяся практика физической культуры и спорта требует быстрейшей реализации прикладных направлений физиологии спорта. Вместе с тем, еще раз следует напомнить общеизвестное положе­ние о том, что не разрабатывая глубоко теоретических проблем и не про­водя фундаментальных исследований, мы постоянно будем отставать и в практике. Полезно напомнить слова известного итальянского физика и фи­зиолога Алессандро Вольта, сказанные им еще в 1815 году: "Нет ничего практичнее хорошей теории".

2. АДАПТАЦИЯ К ФИЗИЧЕСКИМ НАГРУЗКАМ И РЕЗЕРВНЫЕ ВОЗМОЖНОСТИ ОРГАНИЗМА.

Одной из важнейших проблем современной физиологии и медицины является исследование закономерностей процесса адаптации организма к различным факторам среды. Адаптация человека затрагивает широкий спектр общебиологических закономерностей, интересы работников различных научных дисциплин и связана, прежде всего, с саморегулированием многокомпонентных функциональных систем. Не случайно проблема адаптации человека является одним из основных разделов обширной Меж­дународной биологической программы.

В настоящее время имеется ряд определений адаптации. На наш взгляд, наиболее полным является понятие физиологической адаптации, данное в третьем издании Большой Советской Энциклопедии: "Адаптация физио­логическая - совокупность физиологических реакций, лежащая в осно­ве приспособления организма к изменению окружающих условий и на­правленная к сохранению относительного постоянства его внутренней среды - гомеостаза". (М., 1969. Т.]. С.216).

Значение проблемы адаптации в спорте определяется прежде всего тем, что организм спортсмена должен приспосабливаться к физическим на­грузкам в относительно короткое время. Именно скорость наступления адаптации и ее длительность во многом определяют состояние здоровья и тренированность спортсмена. В этой связи значительный научный интерес для практики спорта представляет разработка системного обоснования адаптации организма в процессе достижения высшего спортивного мастер­ства. Вместе с тем общеизвестно, что морфофункциональные особенности организма человека, сформировавшиеся в течение длительного периода эволюции, не могут изменяться с такой же быстротой, с какой изменяются структура и характер тренировочных и соревновательных нагрузок в спор­те. Несоответствие во времени между этими процессами может приводить к возникновению функциональных расстройств, которые проявляются раз­личными патологическими нарушениями.

2.1. Динамика функций организма при адаптации и ее стадии.

Определение функциональных изменений, возникающих в период тре­нировочных и соревновательных нагрузок, необходимо прежде всего для оценки процесса адаптации, степени утомления, уровня тренированности и работоспособности спортсменов и является основой для совершенствова­ния восстановительных мероприятий. О влиянии физических нагрузок на человека можно судить только на основе всестороннего учета совокупно­сти реакций целостного организма, включая реакции со стороны централь­ной нервной системы, гормонального аппарата, сердечно-сосудистой и ды­хательной систем, анализаторов, обмена веществ и др. Следует подчерк­нуть, что выраженность изменений функций организма в ответ на физиче­скую нагрузку зависит прежде всего от индивидуальных особенностей че­ловека и уровня его тренированности. Изменения функциональных показа­телей организма спортсменов могут быть правильно проанализированы и всесторонне оценены только при рассмотрении их в отношении к процессу адаптации.

Приспособительные изменения в здоровом организме бывают двух видов: изменения в привычной зоне колебаний факторов среды, когда система функционирует в обычном составе; изменения при действии чрезмерных (непривычных) факторов с включением в функциональную систему дополнительных элементов и механизмов.

В литературе первая и вторая группы приспособительных изменений нередко называются адап­тационными. По-видимому, более оправданным будет называть первую группу изменений обычными физиологическими реакциями, поскольку эти сдвиги не связаны с существенными физиологическими перестройками в организме и не выходят за пределы физиологической нормы. Вторая группа приспособительных изменений отличается значительным использо­ванием физиологических резервов и перестройкой функциональных сис­тем в связи с чем их целесообразно называть адаптационными сдвига­ми (Солодков А. С., 1981).

Несомненный интерес представляет понятие общего адаптационного син­дрома,предложенное канадским ученым Гансом Селье (1960). Под по­следним он понимает совокупность защитных реакций организма чело­века или животных., возникающих в условиях стрессовых ситуаций. В адаптационном синдроме автор выделяет три стадии: стадию тревоги, обусловленную мобилизацией защитных сил организма; стадию резистентности, связанную с приспособлением человека к экстремальным факторам среды и стадию истощения, возникающую при длительном стрессе, что может привести к возникновению заболеваний и даже смерти.

В динамике адаптационных изменений у спортсменов мы выделяем четыре стадии, каждой из которых присущи свои функциональные изме­нения и регуляторно-энергетические механизмы. Естественно, основными, имеющими принципиальное значение в спорте следует считать две первые стадии. Применительно к общей схеме адаптации такие стадии свойствен­ны людям в процессе приспособления к любым условиям деятельности. Это положение было теоретически обосновано, экспериментально доказа­но и опубликовано А. С. Солодковым еще в 1974 году.

Стадия физиологического напряжения организма характеризуется преобладанием процессов возбуждения в коре головно­го мозга и распространением их на подкорковые и нижележащие двига­тельные и вегетативные центры, возрастанием функции коры надпочечни­ков, увеличением показателей вегетативных систем и уровня обмена веществ. На уровне двигательного аппарата характерным для этой стадии является увеличение числа активных моторных единиц, дополнительное включение мышечных волокон, увеличение силы и скорости сокращения мышц, увеличение в мышцах гликогена, АТФ и креатинфосфата. Спор­тивная работоспособность - неустойчива.

В стадии напряжения организма основная нагрузка ложится на регуляторные механизмы. За счет напряжения регуляторных механизмов осуществляется приспособление физиологических реакций и метаболизма к возросшим физическим нагрузкам. При этом в некоторых случаях изме­нения функций организма могут носить выраженный характер.

Стадия адаптированности организма в значительной ме­ре тождественна состоянию его тренированности. Другими словами, в основе развития тренированности лежит процесс адаптации организма к физическим нагрузкам. Физиологическую основу этой стадии составля­ет вновь установившийся уровень функционирования различных орга­нов и систем для поддержания гомеостаза в конкретных условиях деятельности. Определяемые в это время функциональные сдвиги не вы­ходят за рамки физиологических колебаний, а работоспособность спорт­сменов стабильна и даже повышается.

Стадия дизадаптации организма развивается в результате перенапряжения адаптационных механизмов и включения компенса­торных реакций вследствие интенсивных тренировочных нагрузок и недостаточного отдыха между ними. Процесс дизадаптации по сравне­нию с процессом приспособления развивается, как правило, медленнее, причем сроки его наступления, продолжительность и степень выраженно­сти функциональных изменений при этом отличаются большой вариатив­ностью и зависят от индивидуальных особенностей организма. Стадия ди­задаптации характеризуется еще и тем, что отсутствуют признаки ак­тивации нервной и эндокринной систем и имеет место некоторое снижение общей функциональной устойчивости организма. Это со­стояние может быть отнесено к предболезненному. При дизадаптации на­блюдаются эмоциональная и вегетативная неустойчивость, раздражительность, вспыльчивость, головные боли, нарушение сна. Снижается умст­венная и физическая работоспособность.

Процесс дизадаптации является результатом того, что биосоциальная плата за адаптацию к интенсивным тренировочным и соревновательным нагрузкам вышла за пределы физиологических резервов организма и вы­двинула перед ним новые проблемы. Конечный исход дизадаптационных расстройств может протекать с достаточной еще способностью к восста­новлению всех функций организма и работоспособности, что чаще всего и наблюдается у спортсменов. В других случаях дизадаптация будет иметь скрытые дефекты, которые выявляются только с течением времени под влиянием или очень высоких нагрузок, или какой-то дополнительной вред­ности. И, наконец, дизадаптация может закончиться стойкими неблагопри­ятными изменениями функций организма, снижением или утратой спор­тивной работоспособности. Очевидно, стадия дизадаптации по своим патофизиологическим основам в значительной мере соответствует состоянию перетренированности спортсменов.

Стадия реадаптации возникает после длительного перерыва в систематических тренировках или их прекращения совсем и характеризу­ется приобретением некоторых исходных свойств и качеств организ­ма. Физиологический смысл этой стадии - снижение уровня тренированности и возвращение некоторых показателей к исход­ным величинам. Можно полагать, что спортсменам, систематически тре­нировавшимся многие годы и оставляющим большой спорт, требуются специальные, научно обоснованные оздоровительные мероприятия для возвращения организма к нормальной жизнедеятельности.

Следует иметь в виду, что возникшие в процессе длительных и интен­сивных физических нагрузок структурные изменения в миокарде и скелет­ных мышцах, нарушенный уровень обмена веществ, гормональные и фер­ментативные перестройки, своеобразно закрепленные механизмы регуля­ции к исходным значениям, как правило, не возвращаются. За системати­ческие чрезмерные физические нагрузки, а затем за их прекращение орга­низм спортсменов в дальнейшем платит определенную биологическую цену, что может проявляться развитием кардиосклероза, ожирением, сниже­нием резистентности клеток и тканей к различным неблагоприятным воз­действиям и повышением уровня общей заболеваемости.

При адаптации к чрезмерным для данного организма физическим на­грузкам в полной мере реализуется общебиологическая закономерность, которая состоит в том, что все приспособительные реакции организма к необычным факторам среды обладают лишь относительной целесообраз­ностью. Иными словами, даже устойчивая, долговременная адаптация к физическим нагрузкам имеет свою функциональную или структурную це­ну. Цена адаптации может проявляться в двух различных формах: 1) в прямом изнашивании функциональной системы, на которую при адаптации падает главная нагрузка, 2) в явлениях отрицательной пере­крестной адаптации, т. е. в нарушении у адаптированных к определенной физической нагрузке людей других функциональных систем и адаптацион­ных реакций, не связанных с этой нагрузкой.

Прямая функциональная недостаточность может реализоваться в усло­виях остро возникшей большой нагрузки, при которой наблюдаются пря­мые повреждения структур сердца, скелетных мышц, нарушения фермент­ной активности и другие изменения, являющиеся как итогом самой нагруз­ки, так и возникающей при этом стресс-реакции (Пшенникова М. Г., 1986). Эта цена срочной адаптации ярко проявляется при первых нагрузках не­тренированных людей и устраняется правильно построенным тренировоч­ным процессом и развитием адаптированности.

Цена адаптации в значительной мере зависит от вида физических нагрузок, к которым происходит приспособление. Так, например, у тя­желоатлетов высокотренированных к статическим силовым нагрузкам, на­блюдается снижение выносливости к динамической работе; утомление при таких нагрузках у них развивается быстрее, чем у нетренированных здоро­вых людей. Одновременно у тяжелоатлетов в противоположность людям, тренированным на выносливость, обнаружено снижение плотности капил­ляров в скелетных мышцах и отсутствие роста массы митохондрий.

На фоне высокой тренированности у штангистов, борцов и других спортсменов нередко наблюдается снижение резистентности к действию холода и простудным заболеваниям, нарушение клеточного и гумораль­ного иммунитета. У высокотренированных на выносливость спортсменов наблюдаются нарушения функций желудочно-кишечного тракта, печени и почек, что является следствием ограниченного кровоснабжения этих орга­нов в период длительной мышечной работы.

Однако высокая цена адаптации и феномены отрицательной перекрест­ной резистентности при таком приспособлении представляют собой воз­можное, но вовсе не обязательное явление. Наиболее рациональный путь к предупреждению адаптационных нарушений состоит в правильно постро­енном режиме тренировок, отдыха и питания, закаливании, повышении ус­тойчивости к стрессорным воздействиям и гармоничном физическом и психическом развитии личности спортсмена.