ФИЗИОЛОГИЧЕСКАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА МЫШЕЧНОЙ ДЕЯТЕЛЬНОСТИ

Глава 1

Число движений, которые совершаются во всех видах спорта, на­столько велико, что описать все движения и дать им физиоло­гическую характеристику не представляется возможным. Однако су­ществуют основные критерии, по которым можно классифицировать упражнения.

Энергетические критерии - по преобладающим источникам энер­гии (аэробные и анаэробные) и по уровню энерготрат (единичным - ккал в I с и суммарные, на всю выполненную работу).

Биомеханические - по структуре движений упражнения цикличе­ские, ациклические и смешанные.

Критерии предельного времени работы - по зонам относительной мощности.

Критерии ведущего физического качества - упражнения силовые, скоростные, скоростно-силовые, упражнения на выносливость, координационные или сложно-технические (А.С. Солодков, Е.Б. Сологуб, 2001).

Общепринятой в настоящее время считается классификация фи­зических упражнений, предложенная B.C. Фарфелем (1970), по ко­торой принято группировать виды спорта по особенностям выпол­няемых движений.

Таким образом, физиологическая характеристика движения в спорте построена на основе классификации, в которой учитыва­ются:

1) особенность режима работы мышц;

2) структурность движения;

3) мощность выполняемой работы;

4) двигательные качества, развиваемые под влиянием работы.

По режиму работы мышц все движения в спорте подразделяются на динамические и статические. Деление работы на динамическую и статическую условно. Целостному организму не свойственна чи­сто динамическая или статическая работа мышц. В действительно­сти при любой двигательной деятельности одни мышцы выполня­ют динамическую работу, другие - статическую.

Динамические движения перемещают тело в пространстве или части тела относительно друг друга. Мышцы при этом находятся преимущественно в изотоническом режиме (укорачиваются без про­явления напряжения). Физиологическая характеристика динамиче­ских движений будет дана несколько ниже.

Статическая работа обеспечивает создание определенной позы тела, т.е. мышцы удерживают части тела в определенном положе­нии относительно друг друга. В этом случае мышцы пребывают в изотермическом режиме, т.е. преимущественно напрягаются не укорачиваясь.

Статические упражнения характеризуются феноменом Лингарда. Он заключается в том, что усиление дыхания и кровообраще­ния при статических усилиях происходит не столько во время вы­полнения работы, сколько после нее. Причину возникновения «феномена статического усилия» объясняют большим напряжени­ем мышц, в результате которого наступает сжатие кровеносных сосудов, уменьшение кровоснабжения и поступления кислорода к мышцам. После выполненной работы восстанавливается крово­снабжение мышц, продукты анаэробного распада (молочная кис­лота и др.) всасываются в кровь и стимулируют нервные центры дыхательной и сердечно-сосудистой систем, вызывая усиление их функционирования. Статическое усилие зачастую сопровождает­ся явлением натуживания, т.е. остановкой дыхания, повышением внутригрудного давления, уменьшением притока крови к сердцу. Повышение в крови концентрации СО₂ увеличивает функциональ­ную деятельность сердечно-сосудистой и дыхательной систем в вос­становительном периоде.

Возникновение феномена статического усилия связано с явлени­ями взаимной индукции возбуждения и торможения в нервных цен­трах. Длительное возбуждение двигательной зоны коры больших полушарий в результате отрицательной индукции угнетает централь­ные механизмы, регулирующие дыхание и кровообращение. Прекра­щение статического напряжения (по типу последовательной индук­ции) сопровождается возбуждением ранее заторможенных центров дыхания и кровообращения.

Динамическая и статическая работы обычно сосуществуют и до­полняют друг друга. Статически работающие мышцы обеспечи­вают исходное положение тела, на базе которого выполняется ди­намическая работа. Переход от одного положения к другому также происходит посредством движений. В естественных условиях, таким образом, мышечная деятельность протекает в ауксотоническом ре­жиме, т.е. развиваются обе формы механической реакции мышц напряжение и укорочение.

По структурности движения физические упражнения подразде­ляются на четыре вида: циклические, ациклические, смешанные и не­стандартные, или ситуационные, движения.

1. Циклические движения (ходьба, бег, бег на коньках и ходьба на лыжах, гребля, езда на велосипеде) имеют общие черты:

а) многократность повторения одного и того же цикла, состоящего из нескольких фаз;

б) все фазы движения одного цикла последовательно повторяются в другом цикле;

в) последняя фаза одного цикла является началом первой фазы движения следующего цикла;

г) в основе циклических движений лежит безусловный ритмический двигательный рефлекс, проявляющийся автоматически.

2. Ациклические движения характеризуются законченным однократным циклом, состоящим из одной или нескольких фаз движений. Ациклические движения отличаются максимальной силой и скоростью сокращения мышц (прыжки, метание, поднимание тяжестей) или тонкой их дозировкой в прицельных действиях (стрельба, броски на меткость). Эта особенность ациклической работы определяет ее специфические требования к функциям организма.

3. Смешанные движения состоят из циклических и ациклических движений (упражнений), таких как прыжок с разбега. В этом случае для осуществления ациклического упражнения - прыжка - необходимо, затормозив, подавить ритмический двигательный рефлекс.

4. Нестандартные, или ситуационные, движения – спортивные игры (баскебол, волейбол, теннис, футбол, хоккей и др.) и единоборства (бокс, борьба, фехтование). К этой же группе относят кроссы из-за большой сложности профиля современных трасс. Для этих движений характерны: переменная мощность работы (от максимальной до умеренной или полной остановки спортсмена), сопряженная с постоянными изменениями структуры двигательных действий и направления движений; изменчивость ситуации, сочетаемая с дефицитом времени.

По мощности выполняемой работы динамические циклические упражнения делятся на четыре зоны: максимальной, субмаксималь­ной, большой и умеренной мощности. Мощность - количество ра­боты, выполняемой в единицу времени. Она зависит от скорости передвижения и продолжительности работы. Чем больше скорость передвижения, тем меньше ее продолжительность и короче дистан­ция. Наоборот, длительные дистанции проходят с меньшей скоро­стью, но за более продолжительное время.

Работа различной мощности предъявляет неодинаковые требо­вания к организму, в связи с чем, и реакция его различна.

I. Зону работы максимальной мощности характеризует макси­мальная скорость передвижения с затратой наименьшего времени.

Примерами служат: спринтерский бег в течение первых 20 с, плавание длительностью до 25 с, велогонка на 200 м в течение 12 с, работа на велоэргометре длительностью до 10-15 с.

Отличительные черты работы максимальной мощности:

1) высокие энергетические затраты организма;

2) анаэробные условия работы;

3) предельный ритм функционирования ц.н.с;

4) быстрая утомляемость.

Кислородный запрос при работе максимальной мощности до­стигает от 7 до 14 л, что при пересчете на 1 мин составляет 40 л. Потребление же кислорода в течение работы в пересчете на 1 мин достигает лишь 1-2 л. Таким образом, запрос кислорода удовлет­воряется лишь по окончании работы. Во время же самой работы, которая происходит в анаэробных условиях, ввиду незначительно­го усиления процессов дыхания и кровообращения возникает зна­чительный кислородный долг. Абсолютная величина кислородно­го долга равна 7-8 л, что составляет 20-28% от кислородного запроса.

Как известно, основой энергетики мышечного сокращения слу­жит распад аденозинтрифосфорной кислоты (АТФ). Ресинтез АТФ происходит в значительной мере за счет энергии, освобождаемой в процессе расщепления креатинфосфата (КРФ). Ввиду незначитель­ных запасов КРФ этот механизм непродолжителен (7-8 с), но осу­ществляется наиболее быстро. Использование кислорода мышцами для окислительного ресинтеза продуктов распада АТФ и КРФ по­лучило название алактатного кислородного долга.

Ресинтез АТФ при работе максимальной мощности в конце ди­станции может протекать частично и за счет медленного анаэроб­ного расщепления гликогена (гликогенелиз), что сопровождается небольшим накоплением молочной кислоты в мышцах.

Таким образом, спортивная работа максимальной мощности определяется в основном количественным уровнем КРФ и функци­ональной устойчивостью нервных центров к предельному ритму возбуждения.

II. Работа субмаксимальной мощности характеризуется близким к предельному уровнем интенсивности, который может поддер­живаться спортсменом от 20 с до 3-5 мин. С такой интенсивностью про­бегаются дистанции 400, 800, 1500 м в легкой атлетике, 500-3000 м в конькобежном спорте, проплываются дистанции 100-400 м. Эта работа характеризуется:

– высокой анаэробной производительностью;

– развертыванием функционирования сердечно-сосудистой и дыхательной систем;

–сдвигом кислородного равновесия крови.

При работе субмаксимальной мощности кислородный запрос за 1 мин меньше (10-25 л), чем при работе максимальной мощности. Потребление кислорода увеличивается до 3-4 л/мин, так как большая продолжительность работы способствует усилению дыха­ния и кровообращения. Однако это намного ниже кислородного за­проса, вследствие чего образуется большой кислородный долг (до 20 л).

Основным механизмом ресинтеза АТФ при данной работе явля­ется анаэробное расщепление гликогена. Это приводит к образова­нию большого количества молочной кислоты в мышцах и крови (свыше 200 мг/%) и вызывает подкисление крови, рН которой сни­жается до 7,0.

Окислительный ресинтез продуктов распада гликогена после работы осуществляется за счет алактатного кислородного долга.

Спортивная работоспособность в упражнениях субмаксимальной мощности определяется высокой анаэробной производительностью организма в условиях сдвига кислотно-щелочного равновесия. Ве­дущими физиологическими системами обеспечения работы в зоне субмаксимальной мощности являются кислородтранспортные сис­темы - кровь, кровообращение и дыхание, а также центральная нервная система, роль которой еще очень велика, так как она долж­на управлять движениями, осуществляемыми с очень высокой ско­ростью, в условиях недостаточного кислородного снабжения самих нервных центров.

III. Работа большой мощности длится 30-50 мин (бег до 10 000 м). Она характеризуется:

– анаэробной и аэробной производительностью;

– предельным ПО₂ и большим кислородным долгом;

– значительными сдвигами в химизме крови и мочи.

Работа большой мощности совершается при максимально возмож­ном потреблении кислорода (4-5 л/мин). Однако высокое потребле­ние кислорода лежит ниже кислородного запроса (6-10 л/мин). По этой причине происходит образование большого количества кисло­родного долга. Продолжительность работы большой мощности обеспечивает усиление функциональной деятельности систем дыха­ния и кровообращения. Ведущее значение в зоне большой мощнос­ти имеют функции кардиореспираторной системы, а также системы терморегуляции и желез внутренней секреции.

IV. Работа умеренной мощности продолжается до 1-2 ч и более (сверхдлинные заплывы, ходьба на лыжах, превышающая 10 000 м, марафонский бег и т.д.). Она характеризуется:

– равновесием анаэробных и аэробных процессов;

– высокой функциональной устойчивостью ц.н.с;

– снижением содержания гликогена в мышцах и сахара крови.

Ведущее значение в зоне умеренной мощности имеют большие запасы углеводов, предотвращающие гипогликемию, и функцио­нальная устойчивость центральной нервной системы к монотонии, противостоящая развитию запредельного торможения. При работе умеренной мощности окислительное фосфорилирование успевает обеспечить ресинтез АТФ. Спортивная работоспособность при этой работе определяется: величиной общего энергетического потенциа­ла организма, экономным использованием энергетических источни­ков, функциональной устойчивостью организма в течение длитель­ного периода времени.

По двигательным качествам, развиваемым под влиянием рабо­ты, выделяют работу на мышечную силу, быстроту, выносливость, ловкость и гибкость.

Мышечная сила - способность преодолевать внешнее сопротив­ление за счет мышечных сокращений. При оценке различают абсо­лютную и относительную мышечную силу. Мышечную силу изме­ряют в изометрических условиях. Она зависит от физического поперечника мышц. Сила проявляется в изотонических и ауксотонических условиях, где при малом внешнем сопротивлении она мало зависит от поперечного сечения и во многом определяется скорос­тью мышечного сокращения.

Быстрота - способность совершать движения в минимальный для данных условий отрезок времени. Быстроту измеряют по трем показателям: по латентному времени двигательной реакции, по быстроте отдельного движения, по максимальной быстроте движе­ний.

Выносливость - способность организма противостоять утомле­нию. Измеряется предельным временем выполнения работы данной мощности и определенного характера. Различают две формы про­явления выносливости - общую и специальную.

Общая выносливость характеризует способность длительно вы­полнять любую циклическую работу умеренной мощности с учас­тием больших мышечных групп, а специальная выносливость про­является в различных конкретных видах двигательной деятельности. Физиологической основой общей выносливости является высокий уровень аэробных возможностей человека - способность выполнять работу за счет энергии окислительных реакций. Специальная вынос­ливость определяется теми требованиями, которые предъявляются конкретными физическими нагрузками организму спортсмена.

Ловкость оценивают по пространственным и временным пока­зателям движений. Ловкость может проявляться в трех различных формах (B.C. Фарфель, 1960). Наиболее простая форма ловкости - в пространственной точности движения без учета продолжительности его выполнения. Одна из форм ловкости определяется простран­ственной точностью выполнения, но ограниченной продолжитель­ностью во времени.

Указанные формы ловкости относятся к стандартным движени­ям. При нестандартных движениях ловкость определяется способ­ностью правильно и быстро решать возникающие двигательные задачи.

Гибкость - способность совершать движения в суставах с боль­шой амплитудой, т.е. суставная подвижность. Различают активную гибкость при произвольных движениях в суставах и пассивную гибкость при растяжении мышц внешней силой. Пассивная гибкость обычно превышает активную.

Глава 2