Физиология человека Сологуб, Солодков

А. С. Солодков Е. Б. Сологуб ФИЗИОЛОГИЯ ЧЕЛОВЕКА ‘ i j д ^ как ВОЗРАСТНАЯ ОБЩ АЯ С П О Р ТИ В Н А Я Учебник для высших учебных заведений физической культуры Пет ЕЯ№р r t ' А.С.Солодков Е.Б.Сологуб С 60 #6 ФИЗИОЛОГИЯ ЛОВЕК у О Б Щ А Я •С П О Р Т И В Н А Я • В О З Р А С Т Н А Я Учебник для высших учебных заведений физической культуры Издание 2-е, исправленное и дополненное Допущен Государственным комитетом РФ по физической культуре и спорту в качестве учебника для высших учебных заведений физической культуры •С.ТОМІГУГОІ АТЫ М ДАГЫлд«лод. С. БЕЙСЕМ БАЕВ А Т Ы Н Д А Г*^ З Ы М И К ІТ А П Х АИ А НАУЧНАЯ БИБЯИОТЕ ЕМ САЕЗА * П А ІД О Д Д Г С К Я І ГОСУДАРСГМНМИЙ Г Н И И Г е Р Т » ЯМ t Iv fA lrn rO ll УДК 612.(075) ББК 28.903 С60 Издание подготовлено на кафедре физиологии Санкт-Петербургской государственной академии физической культуры им. 77. Ф. Лесгафта Р е ц е н з е н т ы : КУЛЕШОВ И. М. КОЗЛОВ, докт. биол. и докт. пед. наук, проф (СПбГАФК им. П. Ф. Лесгафта) Солодков А. С., Сологуб Е. Б. С60 Физиология человека. Общая. Спортивная. Возраст ная: Учебник. Изд. 2-е, испр. и доп. — М.: Олимпия Пресс, 2005. — 528 с., ил. ISBN 5-94299-037-9 Учебник подготовлен в соответствии с новой программой по физиологии для вузов физической культуры и требованиями Госу дарственного стандарта высшего профессионального образования. Учебник предназначен для студентов, аспирантов, научных со трудников, преподавателей, тренеров и врачей, работающих в об ласти физической культуры. pi У Д К 6 1 2 .( 0 7 5 ) Б Б К 2 8 .9 0 3 С.Торайғыроа м j атындағы ПМУ-дІң академик С Бейсембаес- © Солодков А. С., Сологуб Е. Б., 2001, 2005 Издательство «Олимпия Пресс», 2001, 2005 атындағы ғылыми N 5 -9 4 2 9 9 -0 3 7 -9 КІТАПХАИДСЫ .... ^ 4 Издательство «Терра-Спорт», 2001 ПРЕДИСЛОВИЕ Физиология человека является теоретической основой целого ряда практических дисциплин (медицины, психологии, педагогики, биомеханики, биохимии и др.). Без понимания нормального течения физиологических процессов и характеризующих их констант раз личные специалисты не могут правильно оценивать функционал ьное состояние организма человека и его работоспособность в различ ных условиях деятельности. Знание физиологических механизмов регуляции различных функций организма имеет важное значение в понимании хода восстановительных процессов во время и после на пряженного мышечного труда. Раскрывая основные механизмы, обеспечивающие существова ние целостного организма и его взаимодействие с окружающей сре дой, физиология позволяет выяснить и исследовать условия и харак тер изменений деятельности различных органов и систем в процессе онтогенеза человека. Физиология является наукой, осуществляю щей системный подход в изучении и анализе многообразных внутрии межсистемных взаимосвязей сложного человеческого организма и сведение их в конкретные функциональные образования и единую те оретическую картину. Важно подчеркнуть, что в развитии современных научных фи зиологических представлений существенная роль принадлежит оте чественным исследователям. Знание истории любой науки является необходимой предпосылкой для правильного понимания места, роли и значения дисциплины в содержании социально-политичес кого статуса общества, его влияния на эту науку, а также влияние науки и ее представителей наразвитие общества. Поэтому рассмотре ние исторического пути развития отдельных разделов физиологи и, упоминание наиболееярких ее представителей и анализ естественно научной базы, на которой формировались основные понятия и пред ставления этой дисциплины, дают возможность оценить современ ное состояние предмета и определить его дальнейшие перспективные направления. Физиологическая наука в России в XVI11— XIX столетиях пред ставлена плеядой блестящих ученых— И. М.Сеченов,Ф. В.Овсянни ков, А. Я. Данилевский, А. Ф. Самойлов, И. Р. Тарханов, Н. Е. Вве денский, И. М. Сеченову и И. П. Павлову принадлежит заслуга со 3 здания новых направлений не только в Российской, но и в мировой ФИЗИОЛОГИИ. ^ Физиологию как самостоятельную дисциплину начали препода вать с 1738 г. в Академическом (позже Санкт-Петербургском) уни верситете. Существенное значение в развитии физиологии принад лежит и основанному в 1755г. Московскому университету,гдевего составе в 1776 г. была открыта кафедра физиологии. В 1798 Санкт-Петербурге была основана Медико-хирургичес г . в кая (Военно-медицинская) академия, которая сыграла исклю чи тельную роль в развитии физиологии человека. Созданную при ней кафедру физиологии последовательно возглавляли П. А-Загорс- кий, Д. М. Велланский, Н. М.Якубович, И. М. Сеченов, И. Ф. Цион, Ф. В. Овсянников, И. Р. Тарханов, И. П. Павлов, Л. А. Орбели, A. В. Лебединский, М. П. Бресткин и другие выдающиеся предста вители физиологической науки. За каждым названным именем сто ят открытия в физиологии, имеющие мировое значение. В программу обучения в физкультурных вузах физиология включа лась с п е р в ы х дней их организации. На созданных П. Ф. Лесгафтом в 1896 г. Высших курсах физического образования сразу же был от крыт кабинет физиологии, первым руководителем которого яв лялся академик И. Р. Тарханов. В последующие годы физиологию здесь преподавали Н. П. Кравков, А. А. Вальтер, П. П. Ростовцев, B. Я. Чаговец, А. Г. Гинецинский, А. А. Ухтомский, Л. А. Орбели, И. С. Беритов, А. Н. Крестовников, Г. В. Фольборт и др. Бурное развитие физиологии и ускорение научно-технического прогресса в стране обусловили появление в 30-х годах XX столетия раздела физио Ф г и и с п о р т а , хотя отдельные работы, посвященные изучению функций организма при выполнении физических нагрузок, пуб ликовались еще в конце XIX века (И. О. Розанов, С. С. Груздев, Ю. В. Блажевич, П. К. Горбачев и др.). При этом следует подчерк нуть, что систематические исследования и преподавание ф изио логии спорта начались в нашей стране раньше, чем за рубежом и носили более целенаправленный характер. Кстати заметим, что только в 1989 г. Генеральная Ассамблея Международного Союза физиологических наук приняла решение о создании при ней ко миссии «Физиология спорта», хотя подобные комиссии и секции в системе АН СССР, АМН СССР, Всесоюзного физиологического общества им. И. П. Павлова и Госкомспорта СССР существовали в нашей стране с 1960-х годов. Теоретические предпосылки для возникновения и развития физиологии спорта были созданы фундаментальными работами М. Бериташвили, К. М. 4 изучение физиологических основ физическои культуры и спорта началось значительно позже. Особенно большая заслуга в создании этого раздела физиологии принадлежит J1. А. Орбели и его ученику А. Н. Крестовникову, и она неразрывно связана со становлением и развитием Академии физической культуры им. П. Ф. Лесгафта и ее кафедры физиологии — первой подобной кафедры среди физкуль турных вузов страны и в мире. После создания в 1919 г. кафедры физиологии в институте физи ческого образования им. П. Ф. Лесгафта преподавание этого предме та осуществлялиJ1. А. Орбели, А. Н. Крестовников, В. В. Василье ва, А. Б. Гандельсман, Е. К.Жуков, Н. В. Зимкин, А. С. Мозжухин, Е. Б. Сологуб, А. С. Солодков и др. В 1938 г. А. Н. Крестовниковым был издан первый в нашей стране и в мире Учебник физиологии для институтов физической культуры, а в 1939 г. — монография «Физи ология спорта». Важную роль в дальнейшем развитии преподавания дисциплины сыграли три издания Учебника физиологии человека под редакцией Н. В. Зимкина (1964,1970,1975г.г.) Становление физиологии спорта в значительной мере было обуслов лено широким проведением фундаментальных и прикладных исследо ваний по предмету. Развитие любой науки ставит перед представителя ми многих специальностей все новые и новые практические задачи, на которые теория не всегда и сразу же может дать однозначный ответ. Однако, как остроумно заметил Д. Краукрофт (1970), — «... научные исследования обладают одной странной особенностью: у них есть при вычка рано или поздно оказываться полезными для кого-то или для чего-то». Анализ развития учебного и научного направлений физиоло гии спорта со всей очевидностью подтверждает это положение. Запросы теории и практики физического воспитания и обучения требуют от физиологической науки раскрытия особенностей функ ционирования организма с учетом возраста людей и закономернос тей их адаптации к мышечной деятельности. Научные принципы физического воспитания детей и подростков базируются нафизиологических закономерностях роста и развития человека на разных этапах онтогенеза. В процессе физического воспитания следует не только повышать двигательную подготовленность, но и формиро вать необходимые психофизиологические свойства и качества лич ности, обеспечивающие ее готовность к труду, к активной деятель ности в условиях современного мира. Формирование различных органов и систем, двигательных ка честв и навыков, их совершенствование в процессе физического вос питания может быть успешным при условии научно обоснованного применения различных средств и методов физической культуры, а также при необходимости интенсификации или снижения мышеч ных нагрузок. При этом необходимо учитывать возрастно-половые 5 и индивидуальные особенности детей, подростков, зрелых и пожилыхлюдей, атакже резервные возможности их организма на разных этапах индивидуального развития. Знание таких закономерностей специалистами оградит практику физического воспитания от при менения как недостаточных, так и чрезмерных мышечных нагру зок, опасных для здоровья людей. К настоящему времени накоплены значительные фактические материалы по спортивной и возрастной физиологии, изложенные в соответствующих учебниках и учебных пособиях. Однако в после дние годы по некоторым разделам предмета появились новые дан ные, не вошедшие в прежние издания. Кроме того, в связи с посто янно менявшейся и дополнявшейся учебной программой содержа ние ранее изданных разделов дисциплины не соответствует совре менным тематическим планам, по которым ведется преподавание в физкультурных вузах России. С учетом сказанного, в предлагаемом учебнике изложены систематизированные, дополненные и в ряде случаев новые материалы в рамках сегодняшних учебных и науч ных сведений по предмету. В соответствующие разделы учебника включены и результаты собственных исследований авторов. В 1998-2000 годах А. С. Солодковым и Е. Б. Сологуб изданы три учебных пособия по общей, спортивной и возрастной физиологии, которые были широко востребованы студентами, одобрены препо давателями и послужили основой для подготовки современного учебника. Изданный ими в 2001 г. учебник соответствует новой программе по дисциплине, требованиям Государственного стандар та высшего профессионального образования Российской Федера ции и вкл ючает три части — общую, спортивную и возрастную физи ологию. Несмотря на достаточно большой тираж первого издания (10000 экз.), через два года учебника в магазинах не оказалось. Кроме того, авторы получили от читателей ряд замечаний по допущенным при наборе неточностям, орфографическим ошибкам и пр., за что они выражают искреннюю признательность. В первом издании не было редактора и корректора. Авторы сознают, что и по второму изданию, исправленному и дополненному, могут быть некоторые замечания и предложения. Они с благодарностью их примут. 6 Часть I ОБЩАЯ ФИЗИОЛОГИЯ Любому тренеру и педагогу для успешной профессиональной де ятельности необходимо знание функций организма человека. Лишь учет особенностей его жизнедеятельности может помочь правильно управлять ростом и развитием организма человека, сохранением здо ровья детей и взрослых, поддержанием работоспособности даже в по жилом возрасте, рациональному использованию мышечных нагру зок в процессе физического воспитания и спортивной тренировки. 1. ВВЕДЕНИЕ. ИСТОРИЯ ФИЗИОЛОГИИ 1.1. ПРЕДМЕТ ФИЗИОЛОГИИ, ЕЕ СВЯЗЬ С ДРУГИМИ НАУКАМИ И ЗНАЧЕНИЕ ДЛЯ ФИЗИЧЕСКОЙ КУЛЬТУРЫ И СПОРТА Ф и з и о л о г и я — это наука о функциях и механизмах дея тельности клеток, тканей, органов, систем и всего организма в це лом. Физиологическая функция —это проявление жизнедеятельно сти, имеющее приспособительное значение. Физиология как наука неразрывно связана с другими дисциплинами. Она базируется на знаниях физики, биофизики и биомеханики, хи мии и биохимии, общей биологии, генетики, гистологии, киберне тики, анатомии. В свою очередь, физиология является основой ме дицины, психологии, педагогики, социологии, теории и методики физического воспитания. В процессе развития физиологической на уки из общей физиологии выделились различные ее частныеразделы: физиология труда, физиология спорта, авиакосмическая физиоло гия, физиология подводного труда, возрастная физиология, психо физиология и др. Общая физиология представляет собой теоретическую основу фи зиологии спорта. Она описывает основные закономерности деятель ности организма людей разного возраста и пола, различные функ циональные состояния, механизмы работы отдельных органов и сис тем организма и их взаимодействия. Ее практическое значение с о с т о и т в научном обосновании возрастных этапов развития организма человека, индивидуальных особенностях отдельных людей, меха низмов проявления их физических и умственных способностей, осо 7 бенностей контроля и возможностей управления функциональным состоянием организма. Физиология вскрывает последствия вредных привычек у человека, обосновывает пути профилактики функцио нальных нарушений и сохранение здоровья. Знания физиологии по могают педагогу и тренеру в процессах спортивного отбора и спортивной ориентации, в прогнозировании успешности соревнова тельной деятельности спортсмена, в рациональном построении тре нировочного процесса, в обеспечении индивидуализации физичес ких нагрузок и открывают возможности использования функцио нальных резервов организма. 1.2. МЕТОДЫ ФИЗИОЛОГИЧЕСКИХ ИССЛЕДОВАНИЙ Физиология — наука экспериментальная. Знания о функциях и механизмах деятельности организма построены на опытах, проводи мых на животных, наблюдениях в клинике, обследованиях здоровых людей в различных экспериментальных условиях. При этом в отно шении здорового человека требуются методы, не связанные с по вреждениями его тканей и проникновением во внутрь организма — так называемые неинвазивные методы. В общей форме физиология использует три методических приема исследований: наблюдение ил и метод «черного ящика», острый опыт и хронический эксперимент. Классическими методами исследований являл нсъ методыудаления иметодыраздражения отдел ьных частей или целых органов, в основ ном применявшиеся в опытах на животных или во время операций в клинике. Они давали приблизительное представление о функциях уда ленных или раздражаемых органов и тканей организма. В этом отноше нии прогрессивным методом исследования целостного организма я вил ся разработанный И. П. Павловым методусловныхрегексов. В современныхусловиях наиболее распространенными являются электрофизиологические методы, позволяющие регистрировать электрические процессы, не изменяя текущей деятельности изучае мых органов и без повреждения покровных тканей — например, электрокардиография, электромиография, электроэнцефалография (регистрация электрической активности сердца, мышц и мозга). Раз витие радиотелеметрии позволяет передавать эти получаемые запи си на значительные расстояния, а компьютерные технологии и специ альные программы— обеспечивают тонкий анализ физиологических данных. Использование фотосъемки в инфракрасных лучах (тепло видения) позволяет выявить наиболее горячие или холодные участки тела, наблюдаемые в состоянии покоя или в результате деятельности. С помощью так называемой компьютерной томографии, не вскры 8 вая мозга, можно увидеть морфофункциональные его изменения на различной глубине. Новые данные о работе мозга и отдельных частей тела дает изучение магнитных колебаний. 1.3. КРАТКАЯ ИСТОРИЯ ФИЗИОЛОГИИ Наблюдения за жизнедеятельностью организма производились с незапамятных времен. За 14-15 веков до н. э. в Древнем Египте при изготовлении мумий люди хорошо знакомились с внутренними органами человека. В гробнице врача фараона Унаса изображены древние медицинские инструменты. В Древнем Китае только по пульсу удивительно тонко различали до 400 болезней. В IV-V веке до н. э. там было развито учение о функционально важных точках тела, которое в настоящее время явилось основой для современных раз работок рефлексотерапии и иглоукаливания, Су-Джок терапии, те стирования функционального состояния скелетных мышц спорт смена по величине напряженности электрического поля кожи в биоэлектрически активных точках над ними. Древняя Индия про славилась своими особыми растительными рецептами, воздействи ем на организм упражнениями йоги и дыхательной гимнастики. В Древней Греции первые представления о функциях мозга и сердца высказывали в IV-V веке до н. э. Гиппократ (460-377 г. до н. э.) и Аристотель (384-322 дон. э.), ъъ Древнем Риме ъо II веке дон. э. — врач Гален(201-131 г. д о н .э.). Однако, как экспериментальная наука, физиология возникла в XVII векенашейэры, когда английский врач В. Гарвей открыл круги кро вообращения. В этот же период французский ученый Р. Декарт ввел понятие рефлекс (отражение), описав путь внешней информации в мозг и обратный путь двигательного ответа. Работами гениального русского ученого М . В. Ломоносова и немецкого физика Г. Гельм гольца о трехкомпонентной природе цветного зрения, трактатом чеха Г. Прохазки о функциях нервной системы и наблюдениями ита льянца Л. Гальвани о животном электричестве в нервах и мышцах отмечен XVIIIвек. В XIXвеке разработаны представления английско го физиолога Ч. Шеррингтона об интегративных процессах в не рвной системе, изложенные в его известной монографии в 1906 г. Проведены первые исследования утомления итальянцем А. Моссо. Обнаружил изменения постоянных потенциалов кожи при раздра жениях у человека И. Р. Тарханов (феномен Тарханова). В XIX в. работами «отца русской физиологии» И. М. Сеченова (1829-1905) заложены основы развития многих областей физиологии — изучение газов крови, процессов утомления и «активного отдыха», а главное —открытие в 1862 году торможения в центральной нервной системе («Сеченовского торможения») и разработка физиологических 9 основ психических процессов человека, показавших рефлекторную природу поведенческих реакций человека ( Рефлексы головного моз га», 1863 г.). Дальнейшая разработка идей И. М. Сеченова шла двумя путями. С одной стороны, изучение тонких механизмов возбуждения и торможения проводилось в Санкт-Петербургском Университете Н. Е. Введенским (1852-1922). Им создано представление о физиоло гической лабильности как скоростной характеристике возбуждения и учение о парабиозе как общей реакции нервно-мышечной ткани на раздражение. В дальнейшем это направление было продолжено его учеником А. А. Ухтомским ( 1875-1942), который, изучая процессы координации в нервной системе, открыл явление доминанты (господ ствующего очага возбуждения) и роль в этих процессах усвоения рит ма раздражений. С другой стороны, в условиях хронического экспе римента на целостном организме, И. П. Павлов(1849-1936) впервые создал учение об условных рефлексах и разработал новую главу физи ологии —физиологию высшей нервной деятельности. Кроме того, в 1904 г. за свои работы в области пищеварения И. П. Павлов, одним из первых русских ученых, был отмечен Нобелевской премией. Физио логические основы поведения человека, роль сочетанных рефлексов были разработаны В. М. Бехтеревым. Крупный вклад в развитие физиологии внесли и другие выдающи еся отечественные физиологи: основатель эволюционной физиоло гии и адаптологии академик J1. А. Орбели, изучавший условно-реф лекторные влияния коры на внутренние органы акад. К. М. Быков, создатель учения о функциональной системе акад. П. К. Анохин, ос нователь отечественной электроэнцефалографии—акад. М. Н. Лива нов, разработчик космической физиологии —акад. В. В. Ларин, осно ватель физиологии активности — Н. А. Бернштейн и многие др. В области физиологии мышечной деятельности следует отметить основателя отечественной физиологии спорта —проф. А. Н. Крестовникова (1885-1955), написавшего первый учебник по физиологии чело века для физкультурных вузов страны (1938) и первую монографию по физиологии спорта (1939), а также широко известных ученых—проф. Е. К. Жукова, В. С. Фарфеля, Н. В. Зимкина, А. С. Мозжухина и многих др., а среди зарубежных ученых — П .-О. Астраңца, А. Хилла, Р. Грани та, Р. Маргария и др. ш 2. ОБЩИЕ ЗАКОНОМЕРНОСТИ ФИЗИОЛОГИИ И ЕЕ ОСНОВНЫЕ ПОНЯТИЯ Живые организмы представляют собой так называемые откры тые системы (т. е. не замкнутые в себе, а неразрывно связанные с внешней средой). Они состоят из белков и нуклеиновых кислот и 10 характеризуются способностью к авторегуляции и самовоспроизведению. Основными свойствами живого организма являются обмен веществ, раздражимость (возбудимость), подвижность, самовоспроизведение (размножение, наследственность) и само регуляция (поддержание гомеостаза, приспособляемость-адап тивность). 2.1. ОСНОВНЫЕ ФУНКЦИОНАЛЬНЫЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ ВОЗБУДИМЫХ ТКАНЕЙ Общим свойством всех живых тканей является р а з д р а ж и м о с т ь , т .е. способность под влиянием внешних воздействий изме нять обмен веществ и энергии. Среди всех живых тканей организма особо выделяют в о з б у д и м ы е т к а н и (нервную, мышеч ную и железистую), реакция которых на раздражение связана с воз никновением специальных форм активности — электрических по тенциалов и других явлений. Основными функциональными характеристиками возбудимых тканей являются возбудимость и лабильность. Возбудимость— свойство возбудимых тканей отвечать на раздра жение специфическим процессом в о з б у ж д е н и я . Этот процесс включает электрические, ионные, химические и тепловые изменения, атакже специфические проявления: в нервных клетках — импульсы возбуждения, в мышечных —сокращение или напряжение, в желе зистых — выделение определенных веществ. Он представляет собой переход изсостояния физиологического покоя в деятельное состоя ние. Для нервной и мышечной ткани характерна также способность передавать это активное состояние соседнимучасткам—i.e. п р о в о димость. Возбудимые ткани характеризуются двумя основными нервными процессами — возбуждением и торможением. Т о р м о ж е н и е — это активная задержка процесса возбуждения. Взаимодействие этих двух процессов обеспечивает координацию нервной деятельности в целостном организме. Различают местное (или локальное) возбуждение и распространя ющееся. М е с т н о е в о з б у ж д е н и е представляет незначитель ные изменения в поверхностной мембране клеток, а р а с п р о с т р а н я ю щ е е с я в о з б у ж д е н и е связано с передачей всего комплекса физиологических изменений (импульса возбуждения) вдоль не рвной или мышечной ткани. Для измерения возбудимости пользу ются определением п о р о г а , т. е.минимауіьной величины раздра жения, при которой возникает распространяющееся возбуждение. Величина порога зависит от функционального состояния ткани и от особенностей раздражителя, которым может быть любое изменение 11 внешней среды (электрическое, тепловое, механическое и пр.). Чем выше порог, тем ниже возбудимость и наоборот. Возбудимость мо жет повышаться в процессе выполнения физических упражнений оптимальной длительности и интенсивности (например, под влия нием разминки, входе врабатывания) и снижаться при утомлении, развитии перетренированности. Лабильность — скорость протекания процесса возбуждения в н е р в н о й и мышечной ткани (лат. лабилис подвижный). Понятие лабильности или функциональной подвижности было выдвинуто Н. Е. Введенским в 1892 г. В качестве одной из мер лабильности Н. Е. Введенский предложил максимальное количество волн воз буждения (электрических потенциалов действия), которое может воспроизводиться тканью в 1с в соответствии с ритмом раздражения. Лабильность характеризует скоростные свойства ткани. Она может повышаться под влиянием раздражений, тренировки, особенно у спортсменов при развитии качества быстроты. 2.2. НЕРВНАЯ И ГУМОРАЛЬНАЯ РЕГУЛЯЦИЯ ФУНКЦИЙ У простейших одноклеточных животных одна единственная клетка осуществляет разнообразные функции,. Усложнение же дея тельности организма в процессе эволюции привело к разделению функций различных клеток — их специализации. Для управления такими сложными многоклеточными системами уже было недоста точнодревнего способа — переноса регулирующих жизнедеятель ность веществ жидки ми средами организма. Регуляцияразличных функций у высокоорганизованных животных и человека осуществляется двумя путями: г у м о р а л ь н ы м (лат. гумор —жидкость) — через кровь, лимфу и тканевую жидкость и н ервным. Возможности гуморальной регуляции функций ограничены тем, что она действует сравнительно медленно и не может обеспе чить срочных ответов организма (быстрых движений, мгновен ной реакции на экстренные раздражители). Кроме того, гумо ральным путем происходит широкое вовлечение различных ор ганов и тканей в реакцию (по принципу «Всем, всем, всем!»). В отличие от этого, с помощью нервной системы возможно быстрое и точное управление различными отделами целостного организма, доставка сообщений точному адресату. Оба эти механизма тесно связаны, однако ведущую роль в регуляции функций играет нервная система. В регуляции функционального состояния органов и тканей прини мают участие особые вещества —н е й р о п е п т и д ы , выделяемые 12 железой внутренней секреции гипофизом и нервными клетками спинного и головного мозга. В настоящее время известно около сот ни подобных веществ, которые являются осколками белков и, не вызывая сами возбуждения клеток, могут заметно изменять их функциональное состояние. Они влияют на сон, процессы обучения и памяти, на мышечный тонус (в частности, на позную асиммет рию), вызывают обездвижение или обширные судороги мышц, об ладают обезболивающим и наркотическим эффектом. Оказалось, что концентрация нейропептидов в плазме крови у спортсменов может превышать средний уровень у нетренированных лиц в 6-8 раз, повышая эффективность соревновательной деятельности. В условиях чрезмерныхтренировочных занятий происходит истоще ние нейропептидов и срыв адаптации спортсмена к физическим на грузкам . 2.3. РЕФЛЕКТОРНЫЙ МЕХАНИЗМ ДЕЯТЕЛЬНОСТИ НЕРВНОЙ СИСТЕМЫ Вдеятельности нервной системы основным является рефлектор ный механизм. Р е ф л е к с — это ответная реакция организма на внешнее раздражение, осуществляемая с участием нервной сис темы. Нервный путь рефлекса называется р е ф л е к т о р н о й д у г о й . В состав рефлекторной дуги входят: 1) воспринимающее образова ние — рецептор, 2) чувствительный или афферентный нейрон, свя зывающий рецептор с нервными центрами, 3) промежуточные (или вставочные) нейроны нервных центров, 4) эфферентный нейрон, связывающий нервные центры с периферией, 5) рабочий орган, от вечающий на раздражение — мышца или железа. Наиболее простые рефлекторные дуги включают всего две не рвные клетки, однако множество рефлекторных дуг в организме состоят из значительного количества разнообразных нейронов, рас положенных в различных отделах центральной нервной системы. Выполняя ответные реакции, нервные центры посылают команды к рабочему органу (например, скелетной мышце) через эфферент ные пути, которые выполняют роль так называемых к а н а л о в п р я м о й с в я з и . В свою очередь, в ходе осуществления рефлек торного ответа или после него рецепторы, находящиеся в рабочем органе, и другие рецепторы тела посылают в центральную нервную систему информацию о результате действия. Афферентные пути этих с ообще ний— к а н а л ы о б р а т н о й с в я з и . Полученная информация используется нервными центрами для управления дальнейшими действиями, т. е. прекращением рефлекторной реак ции, ее продолжением или изменением. Следовательно, основу це 13 лостной рефлекторной деятельности составляет не отдельная реф лекторная дуга, а замкнутое р е ф л е к т о р н о е к о л ь ц о, образованное прямыми и обратными связями нервных центров с п риферией. Г < 2.4. ГОМЕОСТАЗ клетки лимфа, межтканевая жидкость носителъное пост оянст во —г о м е о с т а з различных показателей, так как любые ее изменения приводят к нарушению функций кле ток и тканей организма, особенно высокоспециализированных клеток центральной нервной системы. К. таким постоянным пока зателям гомеостаза относятся температура внутренних отделов тела, сохраняемая в пределах 36-37° С, кислотно-основное равновесие крови, характеризуемое величиной pH = 7.4-7.35, осмотическое дав ление крови (7.6-7.8 атм.), концентрация гемоглобина в крови 130-160 г - л 1и др. Гомеостаз представляет собой не статическое явление, а динами ческоеравновесие. Способность сохранять гомеостаз в условиях по стоянного обмена веществ и значительных колебаний факторов внешней среды обеспечивается комплексом регуляторных функ ций организма. Эти регуляторные процессы поддержания динами ческогоравновесия получили название г о м е о к и н е з а . Степень сдвига показателей гомеостаза при существенных ко лебаниях условий внешней среды или при тяжелой работе у боль шинства людей очень невелика. Например, длительное изменение pH крови всего на 0.1 -0.2 может привести к смертельному исходу. Однако, в общей популяции имеются отдельные индивиды, обла дающие способностью переносить гораздо большие сдвиги показа телей внутренней среды. У высококвалифицированных спортсменов-бегунов в результате большого поступления молочной кисло ты из скелетных мышц в кровь во время бега на средние и длинные дистанции pH крови может снижаться до величин 7.0 и даже 6.9. Лишь несколько человек в мире оказались способными подняться на высоту порядка 8800 м над уровнем моря (на вершину Эвереста) без кислородного прибора, т. е. существовать и двигаться в услови ях крайнего недостатка кислорода в воздухе и, соответственно, в тканях организма. Эта способность определяется врожденными особенностями человека — так называемой его генетической нор мой реакции, которая даже для достаточно постоянных функциоиндивидуальные различия. 14 2.5. ВОЗНИКНОВЕНИЕ ВОЗБУЖДЕНИЯ И ЕГО ПРОВЕДЕНИЕ 2 .5 .1 . М Е М Б Р А Н Н Ы Е П О Т Е Н Ц И А Л Ы клетки Между плавают эв имеюгся.особь могут проходить участвующие поддержании основную роль играют два специальных белка. Один из них выпол няет рол ь особого н а т р и й — к а л и е в о г о н а с о с а , который за счет энергии АТФ активно перекачивает натрий из клетки наружу, а калий внутрь клетки. В результате концентрация ионов калия стано вится внутри клетки выше, чем в омывающей клетку жидкости, а ионов натрия—выше снаружи. + Na + К Ш Ж Ш А Цитоплазма ,т Б ш ш а т + + + Рис. 1. Мембрана возбудимых клеток в покое (А) и при возбуждении (Б). (По: Б.Альберте и др., 1986) а — двойной слой липидов, б — белки мембраны. На А: каналы «утечки калия» (1), «натрий-калиевый насос» (2) и закрытый в покое натриевый канал (3). На Б: открытый при возбуждении натриевый канал ( I), вхождение ионов натрия в клетку и смена зарядов на наружной и внутренней стороне мембраны. 15 Второй белок служит к а н а л о м у т е ч к и к а л и я , через который ионы калия в силу диффузии стремятся выйти из клетки, где они содержатся в избытке. Ионы калия, выходя из клетки, созда ют положительный заряд на наружной поверхности мембраны. В ре зультате внутренняя поверхность мембраны оказывается заряжен ной отрицательно по отношению к наружной. Таким образом, мемб рана в состоянии покоя поляризована, т. е. имеется определеннаяраз ность потенциалов По обе стороны мембраны, называемая п о т е н ц и а л о м п о к о я . Она равна для нейрона примерно минус 70 м В, для мышечного волокна — минус 90 мВ. Измеряют мембранный потен циал покоя, вводя тонкий кончик микроэлектрода внутрь клетки, а второй электрод помещая в окружающую жидкость. В момент про кола мембраны и вхождения микроэлектрода внутрь клетки на экра не осциллографа наблюдают смещение луча, пропорциональное ве личине потенциала покоя. В основе возбуждения нервных и мышечных клеток лежит повыше ние проницаемости мембраны для ионов натрия открывание натриевых каналов. Внешнее раздражение вызывает перемещение заряженных частиц внутри мембраны и уменьшение исходной раз ности потенциалов по обе стороны или д е п о л я р и з а ц и ю м е м б р а н ы. Небольшие величины деполяризации приводят к открыва нию части натриевых каналов и незначительному проникновению натрия внутрь клетки. Эти реакции являются подпороговыми и вызы вают лишь местные (локальные) изменения. Приувеличении раздражения изменения мембранного потенциала достигают п о р о г а в о з б у д и м о с т и или к р и т и ч е с к о г о у р о в н я д е п о л я р и з а ц и и — около 20 мВ, при этом величина потенциала покоя снижается примерно до минус 50 мВ. В результате открывается значительная часть натриевых каналов. Происходит ла винообразное вхождение ионов натрия внутрь клетки, вызывающее резкое изменение мембранного потенциала, которое регистрируется в виде п о т е н ц и а л а д е й с т в и я . Внутренняя сторона мембраны в месте возбуждения оказывается заряженной положительно, а вне шняя — отри цател ьно (рис. 1- Б). ЙЦЙ-V. \ тй? k‘( г а д а Д Весь этот процесс чрезвычайно кратковременный. Он занимает всего около 1-2 мс, после чего ворота натриевых каналов закрываются. К этому моменту достигает большой величины медленно нараставшая при возбуждении проницаемость для ионов калия. Выходящие из клетки ионы калия вызывают быстрое снижение потенциала дей ствия. Однако окончательное восстановление исходного заряда про должается еще некоторое время. В связи с этим в потенциале действия различают кратковременную высоковольтную часть — п и к ( и л и с п а й к ) и длительные малые колебания — с л е д о в ы е потенциалы. Потенциалы действия мотонейронов имеют амплитуду пика около 16 100 мВ и длительность около 1.5 мс, в скелетных мышцах —амплитуда потенциала действия 120-130 м В, а длительность 2-3 мс. В процессе восстановления после потенциала действия/юбо/яа натрий-калиевого насоса обеспечивает «откачку» излишних ионов натрия наружу и «накачивание» потерянных ионов калия внутрь, т. е. возвращение к исходной асимметрии их концентрации по обе стороны мембраны. На работу этого механизма тратится около 70% всей необходимой клетке энергии. Возникновение возбуждения (потенциала действия) возможно лишь при сохранении достаточного количества ионов натрия в окру жающей клетку среде. Большие потери натрия организмом (напри мер, с потом при длительной мышечной работе в условиях высокой температуры воздуха) могут нарушить нормальную деятельность не рвных и мышечных клеток, снизив работоспособность человека. В условиях кислородного голодания тканей (например, при наличии большого кислородного долга во время мышечной работы) процесс возбуждения также нарушается из-за поражения (инактивации) меха низма вхождения в клетку ионов натрия, и клетка становится невозбу димой. На процесс инактивации натриевого механизма влияет кон центрация ионов Са2+в крови. При повышении содержания Са2+сни жается клеточная возбудимость, а при дефиците Са2+ возбудимость повышается, и появляются непроизвольные мышечные судороги. 2 .5 .2 . П Р О В Е Д Е Н И Е В О З Б У Ж Д Е Н И Я ения)облад ностью распространяться вдоль по нервным и мышечным волокнам. В нервном волокне потенциал действия является очень сильным раздражителем для соседних участков волокна. Амплитуда потенциала лействия обычно в 5-6 раз превышает пороговую величину депол яриза1 . Это обеспечивает высокую скорость Между зоной возбуждения (имеющей і положитель внутренней ный) и соседним невозбужденным участком мембраны нервного во локна (с обратным соотношением зарядов) возникают электрические токи так называемые м е с т н ы е т о к и . В результате развивается деполяризация соседнего участка, увеличение его ионнои проницаемо сти и появление потенциаладействия. В исходной же зоне возбуждения восстанавливается потенциал покоя. Затем возбуждением охватывается следующий участок мембраны и т. д. Таким образом с помощьюместпроисходитраспространение возбуждения ьса. По ки нервного волокна, т. е. п р о в е д е тся,т.е. мере проведения амплитуда потенц ■ ■ К ісөмоа Т возбуждение не затухает даже при б( атындағы ғылыми P t S O f lt К ІТ А П Х А Н А О ! a 17 В процессе эволюции с переходом от безмякотных нервных волокон к мякогным произошло существенное повышение скорости проведения нервного импульса. Для безмякотных волокон характерно непрерыв ное проведение возбуждения, которое охватывает последовательно каждый соседний участок нерва. Мякотные же нервы почти полностью покрыты изолирующей миелиновой оболочкой. Ионные токи в них могут проходить только в оголенных участках мембраны п е р е х в а т а х Р а н в ь е , лишенных этой оболочки. При проведении нервного и м п ул ьса возбуждение перескакивает от одного перехвати к другому и может охватывать даже несколько перехватов. Тикое проведение получи ло название салышипорного(лат. saltus—прыжок). При этом повышается не только скорость, ной экономичность проведения. Возбуждение зах ватывает не всю поверхность мембраны волокна, а лишь небольшую ее часть. Следовательно, меньше энергии тратится на активный транспорт ионов через мембрану при возбуждении и в процессе восстановления. Скорость проведения в разных волокнах различна. Более толстые нервные волокна проводят возбуждение с большей скоростью: у них расстояния между перехватами Ранвье больше и длиннее скачки. Наибольшую скорость проведения имеют двигательные и проприоцептивные афферентные нервные волокна —до 100 мс~1. В тонких симпатических нервных волокнах (особенно в немиелинизированных волокнах) скорость проведения мала — порядка 0.5 — 15 м -с1. Во время развития потенциала действия мембрана полностью теряет возбудимость Это состояние называют полной невозбудимостыоили а б с о л ю т н о й р е ф р а к т е р н о с т ь ю . За ним следует о т н о с и т е л ь н а я р е ф р а к т е р н о с т ь , когда потенциал действия может возникать лишь при очень сильном раздражении. Постепенно возбудимость восстанавливается до исходного уровня. 3. НЕРВНАЯ СИСТЕМА Нервную систему подразделяют на периферическую (нервные волокна и узлы) и центральную. К центральной нервной системе (ЦНС) относят спинной и головной мозг. 3.1. ОСНОВНЫЕ ФУНКЦИИ ЦНС Все важнейшие поведенческие реакции человека осуществляются с помощью ЦНС. Основными функциями ЦНС являются: • объединение всех частей организма в единое целое и их регуляция; • управление состоянием и поведением организма в соответствии с условиями внешней среды и его потребностями. У высших животных и человека ведущим отделом ЦНСявляется кора больших полушарий. Она управляет наиболее сложными функ циями в жизнедеятельности человека — психическими процессами (сознание, мышление, речь, память и др.). Основными методами изучения функций ЦНС являются методы удаления и раздражения (в клинике и на животных), регистрации электрических явлений, метод условных рефлексов. Продолжают разрабатываться новые методы изучения ЦНС: с помощью так называемой компьютерной томографии можно уви деть морфофункциональные изменения мозга на различной его глу бине; фотосъемки в инфракрасных лучах ( тепловидение) позволяют обнаружить наиболее «горячие» точки мозга; новые данные о работе мозга дает изучение его магнитных колебаний. 3.2. ОСНОВНЫЕ ФУНКЦИИ И ВЗАИМОДЕЙСТВИЯ НЕЙРОНОВ Основными структурными элементами нервной системы явля ются нервные клетки или н е й р о н ы . 3 .2 .1 . О С Н О В Н Ы Е Ф УН КЦ И И НЕЙРОНОВ Через нейроны осуществляется передача информации от одного участка нервной системы к другому, обмен информацией между не рвной системой и различными участками тела. В нейронах происхо дят сложнейшие процессы обработки информации. С их помощью формируются ответные реакции организма (рефлексы) на внешние и внутренние раздражения. Таким образом, основными функциями нейронов являются: вос приятие внешних раздражений — р е ц е п т о р н а я ф у н к ц и я , их переработка — и н т е г р а т и в н а я ф у н к ц и я и передача нервных влияний на другие нейроны или различные рабочие органы э ф ф е к т о р н а я ф у н к ц и я . В теле нервной клетки, или с о м е, происходят основные процессы переработки информации. Многочисленные древовидно разветвленные отростки — д е н д р и т ы (греч. дендрон — дерево) служат входами нейрона, через которые сигналы поступают в нервную клетку. Выходом нейрона является отходящий от тела клетки отросток — а к с о н (греч. аксис — ось), который передает нервные импульсы дальше —дру гой нервной клетке или рабочему органу (мышце, железе). Осо бенно высокой возбудимостью обладает начальная часть аксона и расширение в месте его выхода из тела клетки аксонный х о л м и к нейрона. Именно в этом сегменте клетки возникает нервный импульс. 19 3.2.2. ТИПЫ НЕЙРОНОВ Нейроны подразделяются на три основных типа: афферентные, эфферентные и промежуточные. А ф ф е р е н т н ы е н е й р о н ы (чувствительные, или центростремительные) передают информа цию от рецепторов в ЦНС. Тела этих нейронов расположены вне ЦНС — в спинномозговых узлах и в узлах черепных нервов. Аффе рентные нейроны имеют длинный отросток — дендрит, который контактирует на периферии с воспринимающим образованием ре цептором или сам образует рецептор, а также второй отросток —ак сон, входящий через задние рога вспинной мозг. Э ф ф е р е н т н ы е н е й р о н ы (центробежные) связаны с передачей нисходящих влияний от вышележащих этажей нервной системы к нижележащим или из ЦНС к рабочим органам. Для эффе рентных нейронов характерны разветвленная сеть коротких отрост ков —дендритов и один длинный отросток—аксон. П р о м е ж у т о ч н ы е н е й р о н ы (интернейроны, или вставочные) —это, как правило, более мелкие клетки, осуществляю щие связь между различными (в частности, афферентными и эффе рентными) нейронами. Они передают нервные влияния в горизон тальном направлении (например, в пределах одного сегмента спин ного мозга) и в вертикальном (например, из одного сегмента спинно го мозга в другие — выше или нижележащие сегменты). Благодаря многочисленным разветвлениям аксона промежуточные нейроны могут одновременно возбуждать большое число других нейронов. 3 .2 .3 . В О З Б У Ж Д А Ю Щ И Е И Т О Р М О З Я Щ И Е СИНАПСЫ Взаимодействие нейронов между собой (и с эффекторными орга нами) происходит через специальные образования — с и н а п с ы (греч. — контакт). Они образуются концевыми разветвлениями ней рона нателе или отростках другого нейрона. Чем больше синапсов на нервной клетке, тем больше она воспринимает рахіичныхраздраже ний и, следовательно, шире сфера влияний на ее деятельность и воз можность участия в разнообразных реакциях организма. Особенно много синапсов в высших отделах нервной систем ы и именно у ней ронов с наиболее сложными функциями. В структуре синапса различают три элемента (рис. 2): 1 ) п р е с и н а п т и ч е с к у ю м е м б р а н у , образованную утолщением мембраны конечной веточки аксона; 2 ) с и н а п т и ч е с к у ю щ е л ь между нейронами; 3) п о с т с и н а п т и ч е с к у ю м е м б р а н у — утолщение прилегающей поверхности следующего нейрона. 20 Пост. Поры Рис. 2. Схема синапса Пре. — пресинаптическая мембрана, Пост. — постсинаптическая мембрана, С — синаптические пузырьки, Щ — синаптическая щель, М — митохондрий, Ах — ацетилхолин Р — рецепторы и поры ( Поры) дендрита (Д) следующего нейрона. Стрелка — одностороннее проведение возбуждения. В большинстве случаев передача влияния одного нейрона на другой осуществляется химическим путем. В пресинаптической части кон такта имеются синаптические пузырьки, которые содержат специаль ные вещества — м е д и а т о р ы или посредники. Ими могут быть ацетилхолин (в некоторых клетках спинного мозга, в вегетативных узлах), норадреналин (в окончаниях симпатических нервных волокон, в гипоталамусе), некоторые аминокислоты и др. Приходящие в окон чания аксона нервные импульсы вызывают опорожнение синаптичес ких пузырьков и выведение медиатора в синаптическую щель. По характеру воздействия на последующую нервную клетку разли чают возбуждающие и тормозящие синапсы. В в о з б у ж д а ю щ и х с и н а п с а х медиаторы (например, ацетилхолин) связываются со специфическими макромолекулами постсинаптической мембраны и вызываютее деполяризацию. При этом регистрируется небольшое и кратковременное (около I мс) колебание мембран ного потенциала в сторону деполяризации ил и в о з б у ж д а ю щ и й п о с т с и н а п т и ч е с к и й п о т е н ц и а л (ВПСП).Для возбуждения нейрона необходимо, чтобы ВПСП достиг порогового уровня. Для этого величина деполя ризацион ного сдвига мембранного потенциала должна составлять не менее 10 мВ. Действие медиатора очень кратковременно (1 -2 мс), после чего он расщепляется на неэф фективные компоненты (например, ацетилхолинрасщепляется фер ментом холинэстеразой на холин и уксусную кислоту) или поглощается обратнопресинаптическими окончаниями (например, норадреналин). В т о р м о з я щ и х с и н а п с а х содержатся тормозные медиаторы (например, гамма-аминомас/іяная кислота). Их дей ствие на постсинаптическую мембрану вызывает усиление выхода ионов калия из клетки и увеличение поляризации мембраны. При этом регистрируется кратковременное колебание мембранного по тенциала в сторону гиперполяризации —т о р м о з я щ и й п о с т с и н а п т и ч е с к и й п о т е н ц и а л (ТПСП). В результате нервная клетка оказывается заторможенной. Возбудить ее труднее, чем в ис ходном состоянии. Для этого понадобится более сильное раздраже ние, чтобы достичь критического уровня деполяризации. 3 .2 .4 . В О З Н И К Н О В Е Н И Е И М П У Л Ь С Н О Г О О Т В Е Т А Н Е Й Р О Н А На мембране тела и дендритов нервной клетки находятся как воз буждающие, так и тормозящие синапсы. В отдельные моменты вре мени часть их может быть неактивной, а другая часть оказывает ак тивное влияние на прилегающие к ним участки мембраны. Общее изменение мембранного потенциала нейрона является результатом сложного взаимодействия (интеграции) местных ВПСП и ТПСП всех многочисленных активированных синапсов. При одновремен ном влиянии как возбуждающих,такитормозящихсинапсов проис ходит ал гебраическое суммирование (т.е. взаимное вычитание) их эффектов. При этом возбуждение нейрона возникнет лишь в том случае, если сумма возбуждающих постсинаптических потенциалов окажется больше суммы тормозящих. Это превышение должно со ставлять определен ную пороговую величину (около 10 м В). Только в этом случае появляется потенциал действия клетки. Следует отме тить, что в целом возбудимость нейрона зависит от его размеров: чем меньше клетка, тем выше ее возбудимость. С появлением потенциала действия начинается процесс проведе ния нервного импульса по аксону и передача его на следующий ней рон или рабочий орган, т.е. осуществляется эффекторная функция нейрона. Нервный импульс является основным средством связи меж ду нейронами. Таким образом, передача информации в нервной систем происхо дит с помощью двух механизмов — электрического ( ВПСП; ТПСП; потенциал действия) и химического (медиаторы). 3.3. ОСОБЕННОСТИ ДЕЯТЕЛЬНОСТИ НЕРВНЫХ ЦЕНТРОВ Свойства нервных центров в значительной мере связаны с осо бенностями проведения нервных импульсов через синапсы, связы вающие различные нервные клетки. 3 .3 .1 . О С О Б ЕН Н О С ТИ П Р О В ЕД ЕН И Я В О ЗБ У Ж Д ЕН И Я Ч ЕР ЕЗ Н ЕРВН Ы Е ЦЕНТРЫ Н е р в н ы м ц е н т р о м называют совокупность нервных клеток, необходимых д.гя осуществления какой-либо функции. Эти центры от вечают соответствующими рефлекторными реакциями на внешнее 22 раздражение, поступившее от связанных с ними рецепторов. Клетки нервных центров реагируют и на непосредственное ихраздражение веществами, находящимися в протекающей через них крови (гумо ральные влияния). В целостном организме имеется строгое согласо вание — к о о р д и н а ц и я их деятельности. Проведение волны возбуждения от одного нейрона к другому через синапс происходит в большинстве нервных клеток химическим пу тем — с помощью медиатора, а медиатор содержится лишь в пресинаптической части синапса и отсутствует в постсинаптической мем бране. Поэтому важной особенностью проведения возбуждения через синаптические контакты является о д н о с т о р о н н е е п р о в е д е н и е нервных влияний, которое возможно лишь от пресинаптической мембраны к постсинаптической и невозможно в обратном направлении. В связи с этим поток нервных импульсов в рефлек торной дуге имеет определенное направление от афферентных ней ронов к вставочным и затем к эфферентным — мотонейронам или вегетативным нейронам. ^ Большое значение в деятельности нервной системы имеет дру гая особенность проведения возбуждения через синапсы — з а м е д л е н н о е п р о в е д е н и е . Затрата времени на процессы, происходящие от момента подхода нервного импульса к пресинаптической мембране до появления в постсинаптической мемб ране потенциалов, называется с и н а п т и ч е с к о й з а д е р ж кой. В большинстве центральных нейронов она составляет около 0.3 мс. После этого требуется еще время на развитие возбуждаю щего постсинаптического потенциала (ВПСП) и потенциала дей ствия. Весь процесс передачи нервного импульса (от потенциала действия одной клетки до потенциала действия следующей клет ки) через один синапс занимает примерно 1.5 мс. При утомлении, охлаждении и ряде других воздействий длительность синаптичес кой задержки возрастает. Если же для осуществления какой-либо реакции требуется участие большого числа нейронов (многих со тен и даже тысяч), то суммарная величина задержки проведения по нервным центрам может составить десятые доли секунды и даже целые секунды. При рефлекторной деятельности общее время от момента нане сения внешнегораздражения до появления ответной реакции организ ма — так называемое с к р ы т о е и л и л а т е н т н о е в р е м я р е ф л е к с а определяется в основном длительностью проведения через синапсы. Величина латентного времени рефлекса служит важным показателем функционального состояния нервных центров. Измере ние латентного времени простой двигательной реакции человека на внешний сигнал широко используется в практике для оценки функ ционального состояния ЦНС (рис. 3). 23 Рис. 3. Схема измерения времени двигательной реакции А —афферентные, Э — эфферентные и Ц —центральные пути; С—отметка светового сигнала, О —отметка нажима кнопки, I 150мс —время реакции. 3 .3 .2 . С У М М А Ц И Я В О ЗБ У Ж Д ЕН И Я В ответ на одиночную афферентную волну, идущую от рецепторов кнейронам, в пресинаптической части синапса освобождается неболь шое количество медиатора. При этом в постсинаптической мембране нейрона обычно возникает ВПСП — небольшая местная деполяриза ция. Для того, чтобы общая по всей мембране нейрона величина ВПСП достигала порога возникновения потенциаладействия, требу ется су м м а ци я на мембране клетки многихподпороговых ВПСП. Лишь в результате такой суммации возбуждения возникает ответ ней рона. Различают пространственную и временную суммацию. П р о с т р а н с т в е н н а я с у м м а ц и я наблюдается в случае одновременного поступления нескольких импульсов в один и тот же нейрон по разным пресинаптическим волокнам. Одномомент ное возбуждение синапсов в различных участках мембраны нейро на повышает амплитуду суммарного ВПСП до пороговой величи ны. В результате возникает ответный импульс нейрона и осуществ ляется рефлекторная реакция. Например, для получения ответа двигательной клетки спинного мозга обычно требуется одновре менная активация 50-100 афферентных волокон от соответствую щих периферических рецепторов.. В р е м е н н а я с у м м а ц и я происходит при активации одного и того же афферентного пути серией последовательных раздраже ний. Если интервалы между поступающими импульсами достаточно коротки и ВПСП нейрона от предыдущих раздражений не успевают затухать, то последующие ВПСП накладываются друг на друга, пока деполяризация мембраны нейрона не достигнет критического уров ня для возникновения потенциаладействия. Таким способом даже слабые раздражения через некоторое время могут вызывать ответные реакции организма (например, чихание и кашель в ответ на слабые раздражения слизистой оболочки дыхательных путей). Э .З .Э . Т Р А Н С Ф О Р М А Ц И Я И УСВОЕНИЕ РИТМ А Характер ответного разряда нейрона зависит не только от свойств раздражителя, но и от функционального состояния самого нейрона (его мембранного заряда, возбудимости, лабильности). Не рвные клетки обладают свойством изменять частоту передающихся импульсов,т.е. с в о й с т в о м т р а н с ф о р м а ц и и р и т м а . При высокой возбудимости нейрона (например, после приема ко феина) может возникать учащение импульсации (мультипликация ритма), а при низкой возбудимости (например, при утомлении) происходит урежениеритма, так как несколько приходящих им пульсов должны суммироваться, чтобы наконец достичь порога воз никновения потенциала действия. Эти изменения частоты импуль сации могут усиливать или ослаблять ответные реакции организма на внешние раздражения: При ритмических раздражениях активность нейрона может на строиться на ритм приходящих импульсов,т. е. наблюдается я вл ен и е у с в о е н и я р и т м а (Ухтомский А. А., 1928). Развитие усвоения ритма обеспечивает сонастройку активности многих нерв ных центров при управлении сложными двигательными актами, осо бенно это важно для поддержания темпа циклических упражнений. 3 .3 .4 . С Л Е Д О В Ы Е П Р О Ц Е С С Ы После окончания действия раздражителя активное состояние не рвной клетки или нервного центра обычно продолжается еще неко торое время. Длительность следовых процессов различна: неболь шая в спинном мозге (несколько секунд или минут), значительно больше в центрах головного мозга (десятки минут, часы или даже дни) и очень большая в коре больших полушарий (до нескольких десятков лет). Поддерживать явное и кратковременное состояние возбуждения в нервном центре могут импульсы, циркулирующие по замкнутым цепям нейронов. Значительно сложнее по при роде длительно сохра няющиеся скрытые следы. Предполагают, что длительное сохране ние в нервной клетке следов со всеми характерными свойствами раз дражителя основано на изменении структуры составляющих клетку белков и на перестройке синаптических контактов. Непродолжительные импульсные последействия (длительнос тью до 1 часа) лежат в основе так называемой к р а т к о в р е м е н н о й п а м я т и , а длительные следы, связанные со структурными и биохимическими перестройками в клетках, — в основе формирова ния д о л г о в р е м е н н о й п а м я т и . 25 3.4. КООРДИНАЦИЯ ДЕЯТЕЛЬНОСТИ ЦНС Процессы координации деятельности ЦНС основаны на согласо вании двух нервных процессов — возбуждения и торможения. Тор можение является активным нервным процессом, который предуп реждает или угнетает возбуждение. f t* 3 .4 .1 . ЗН А Ч ЕН И Е П Р О Ц Е С С А ТО Р М О Ж ЕН И Я В Ц Н С Явление торможения в нервных центрах было впервые открыто И. М. Сеченовым в 1862 г. Значение этого процесса было рассмотре но им в книге «Рефлексы головного мозга» (1863). Опуская лапку лягушки в кислоту и одновременно раздражая не которые участки головного мозга (например, накладывая кристал лик поваренной соли на область промежуточного мозга), И. М. Сече нов наблюдал резкую задержку и даже полное отсутствие «кислотно го» рефлекса спинного мозга (отдергивания лапки). Отсюда он сде лал заключение, что одни нервные центры могут существенно изменять рефлекторную деятельность в других центрах, в частности вышележащие нервные центры могут тормозить деятельность ниже лежащих. Описанный опыт вошел в историю физиологии под назва нием Сеченовское торможение. Тормозные процессы — необходимый компонент в координации нервной деятельности. Во-первых, процесс торможения ограничивает распространение возбуждения на соседние нервные центры, чем спо собствует его концентрации в необходимых участках нервной систе мы. Во-вторых, возникая в одних нервных центрах параллельно с воз буждением других нервных центров, процесс торможения тем самым выключает деятельность ненужных в данный момент органов. В-треть их, развитие торможения в нервных центрах предохраняет их от чрез мерного перенапряжения при работе, т. е. играет охранительнуюроль. 3 .4 .2 . П О С ТС И Н А Л ТИ Ч Е С К О Е И П Р ЕС И Н А П ТИ Ч ЕС К О Е ТОРМ ОЖ ЕНИЕ Процесс торможения, в отличие от возбуждения, неможетраспространяться по нервному волокну—это всегда местный процесс в области синаптических контактов. По месту возникновенияразлича ют пресинаптическое и постсинаптическое торможение. П о с т с и н а п т и ч е с к о е т о р м о ж е н и е — это тормозные эффекты, возникающие в постсинаптической мембране. Чаще всего этот вид торможения связан с наличием в ЦНС специальных т о р м о з н ы х н е й р о н о в . Они представляют собой особый тип вставочных нейронов, у которых окончания аксонов выделяют тор26 мозный медиатор. Одним изтаких медиаторов является гамма-ами номасляная кислота (ГАМК). Нервные импульсы, подходя к тормозным нейронам, вызывают « них такой же процесс возбуждения, как и в других нервных клетках. В ответ по аксону тормозной клетки распространяется обычный потен циал действия. Однако, в отличие от других нейронов, окончания аксона при этом выделяют не возбуждающий, а тормозной медиатор. В результате тормозные клетки тормозят те нейроны, на которых оканчиваются их аксоны. К специальным тормозным нейронам относятся юіетки Рэниюу в спинном мозге, клетки Пуркинье мозжечка, корзинчатые клетки в промежуточном мозге и др. Большое значение, например, тормозные клетки имеют при регуляции деятельности мышц-антагонистов: приводя к расслаблению мышц антагонистов, они облегчаюттем са мым одновременное сокращение мышц-агонистов (рис.4). К л е т к и Р э н ш о у участвуют в регуляции уровня активности отдельных мотонейронов спинного мозга. При возбуждении мото нейрона импульсы поступают по его аксону к мышечным волокнам и одновременно по коллатералям аксона — ктормозной клетке Рэн шоу. Аксоны последней «возвращаются» к этому же нейрону, вызы вая его торможение. Чем больше возбуждающих импульсов посыла ет мотонейрон на периферию (а значит, и ктормозной клетке), тем сильнее это в о з в р а т н о е т о р м о ж е н и е (разновидность постсинаптического торможения). Такая замкнутая система дей МР Рис. 4. тормозной клетки в регуляции мышц-антагонистов В и Т —возбуждающий и пюрмозный нейроны. Возбуждение (+ ) мошонсйрона мыиіцы-сгибателя (МС) и торможение (—) мотонейрона мышцыразгибателя (МР). Р — кожный рецептор. У ч а с т и е 7 1 ствует как механизм саморегуляции нейрона, предохраняя его от чрез мерной активности. К л е т к и П у р к и н ь е м о з ж е ч к а своими тормозными влияниями на клетки подкорковых ядер и стволовых структур уча ствуют в регуляции тонуса мышц. К о р з и н ч а т ы е к л е т к и в промежуточном мозге являются как бы воротами, которые пропускают или не пропускают импульсы, идущие в кору больших полушарий от различных областей тела. П р е с и н а п т и ч е с к о е т о р м о ж е н и е возникает перед синаптическим контактом — в пресинаптической области. Оконча ние аксона тормозной нервной клетки образует синапс на конце ак сона возбуждающей нервной клетки, вызывают чрезмерно сильную деполяризацию мембраны этого аксона, которая угнетает проходя щие здесь потенциалы действия и тем самым блокирует передачу возбуждения. Этот вид торможения ограничивает поток афферент ных импульсов к нервным центрам, выключая посторонние для ос новной деятельности влияния. 3 .4 .3 . ЯВЛЕНИЯ ИРРАДИАЦИИ И КОНЦЕНТРАЦИИ При раздражении одного рецептора возбуждение может в прин ципе распространяться в ЦНСвлюбом направлении и на любую не рвную клетку. Это происходит благодаря многочисленным взаимо связям нейронов одной рефлекторной дуги с нейронами других реф лекторных дуг. Распространение процесса возбуждения на другие не рвные центры называют явлением и р р а д и а ц и и . Чем сильнее афферентное раздражение и чем выше возбудимость окружающих нейронов, тем больше нейронов охватывает процесс иррадиации. Процессы торможения ограничивают иррадиацию и способствуют концентрации возбуждения в исходном пункте ЦНС. Процесс иррадиации играет важную положительную роль при формировании новых реакций организма (ориентировочных реак ций, условных рефлексов). Чем больше активируется различных нервных центров, тем легче отобрать из их числа наиболее нужные для последующей деятельности центры. Благодаря иррадиации воз буждения между различными нервными центрами возникают но вые функциональные взаимосвязи—условные рефлексы. На этой ос нове возможно, например, формирование новых двигательных на выков. Вместе с тем, иррадиация возбуждения может оказать и отри цательное воздействие на состояние и поведение организма, нару шая тонкие взаимоотношения между возбужденными и затормо женными нервными центрами и вызывая нарушения координации движений. 28 3.4.4. ДОМИНАНТА Исследуя особенности межцентрал ьных отношений, А. А. Ух томский обнаружил, что если в организме животного осуществля ется сложная рефлекторная реакция, например, повторяющиеся акты глотания, то электрическое раздражение моторных центров не только перестает вызывать в этот момент движение конечностей, но и усиливает протекание начавшейся цепной реакции глотания, которая оказалась главенствующей. Такой господствующий очаг возбуждения в ЦНС, определяющий текущую деятельность организма, А. А. Ухтомский (1923) обозна чил термином д о м и н а н т а . Доминирующий очаг может возникнуть при повышенном уровне возбудимости нервных клеток, который создается различными гу моральными и нервными влияниями. Он подавляет деятельность других центров, оказывая с о п р я ж е н н о е т о р м о ж е н и е . Объединение большого числа нейронов в одну доминантную си стему происходит путем взаимного сонастраивания на общий темп активности, т. е. путем усвоения ритма. Одни нервные клетки снижают свой более высокий темп деятельности, а другие — повы шают низкий темп до некоторого среднего, оптимального ритма. Доминанта может надолго сохраняться в скрытом, следовом состоя нии (потенциальная доминанта). При возобновлении прежнего со стояния или прежней внешней ситуации доминанта может снова возникнуть (актуализациядоминанты). Например, в предстарто вом состоянии активизируются все те нервные центры, которые входили в рабочую систему во время предыдущих тренировок, и, соответственно, усиливаются функции, связанные с работой. Мыс ленное выполнение физических упражнений или представление движений также воспроизводит рабочую доминанту, что обеспечи вает тренирующий эффект представления движений и явмет ся ос новой так называемой идеомоторной тренировки. При полном рас слаблении (напр, при аутогенной тренировке) спортсмены добива ются устранения рабочих доминант, что ускоряет процессы восста новления. Как фактор поведения, доминанта связана с высшей нервной дея тельностью и психологией человека. Доминанта является физиоло гической основой акта внимания. При наличии доминанты многие влияния внешней среды остаются вне нашего внимания, но зато бо лее интенсивно улавливаются и анализируются те, которые нас осо бенно интересуют. Таким образом, доминанта является мощным фактором отбора биологически и социально наиболее значимых раз дражений. 29 I 3.5. ФУНКЦИИ СПИННОГО МОЗГА И ПОДКОРКОВЫХ ОТДЕЛОВ ГОЛОВНОГО МОЗГА В ЦНС различают более древние сегментарные и эволюционно более молодые надсегментарныеотдел ы нервной системы. К сегмен тарным отделам относят спинной, продолговатый и средний мозг, участки которых регулируют функции отдельных частей тела, лежа щих на том же уровне. Надсегментарные отделы — промежуточный мозг, мозжечок и кора больших полушарий не имеют непосредствен ных связей с органами тела, а управляют их деятельностью через ни жележащие сегментарные отделы. 3 .5 .1 . СП И Н Н О Й М О З Г Спинной мозг является низшим и наиболее древним отделом ЦНС. В составе серого вещества спинного мозга человека насчитывают около 13.5 млн. нервных клеток. Изннхосновнуюмассу (97%) пред ставляют промежуточные клетки ( вставочные или интернейроны), которые обеспечивают сложные процессы координации внутри спинного мозга. Среди мотонейронов спинного мозга выделяют крупные а л ь ф а -м о т о н е й р о н ы и мелкие — г а м м а - м о т о н е й р о н ы. От альфа-мотонейронов отходят наиболее толстые и быстропроводящие волокна двигательных нервов, вызывающие со кращения скелетных мышечных волокон. Тонкие волокна гаммамотонейронов не вызывают сокращения мышц. Они подходят к проприорецепторам — мышечным веретенам и регулируют их чувстви тельность. Р е ф л е к с ы с п и н н о г о м о з г а можно подразделить на двигательные, осуществляемые альфа-мотонейронами передних ро гов, и вегетативные, осуществляемые афферентными клетками бо ковых рогов. Мотонейроны спинного мозга иннервируют все скелетные мышцы (за исключением мышц лица). Спинной мозг осуществляет э л е м е н т а р н ы е д в и г а т е л ь н ы е р е ф л е к с ы — сгибательные и разгибательные, ритмические, шагательные, возникающие при раз дражении кожи или проприорецепторов мышц и сухожилий, а также посылает постоянную импульсацию к мышцам, поддерживая м ы ш е ч н ы й т о н у с . Специальные мотонейроны иннервируют дыха тельную мускулатуру—межреберные мы шцы и диафрагму, и обеспе чивают дыхательные движения. Вегетативные нейроны иннервируют все внутренние органы (сердце, сосуды, потовые железы, железы внут ренней секреции, пищеварительный тракт, мочеполовую систему). П р о в о д н и к о в а я ф у н к ц и я спинного мозга связана с передачей в вышележащие отделы нервной системы получаемого с 30 периферии потока информации и с проведением импульсов, идущих из головного мозга в спинной. За последние годы разработаны специальные методики для изу чения деятельности спинного мозга у здорового человека. Так. на пример, функциональное состояние альфа-мотонейронов оценива ют по изменению ответных потенциалов мышц при периферических раздражениях —так называемому Н-рефлексу (рефлексу Гофмана) икроножной мышцы при раздражении большеберцового нерва и по Т-рефлексу (от тендон — сухожилие) камбаловидной мышцы при раздражении ахиллова сухожилия. Разработаны методики регистра ции (с неповрежденных покрововтела) потенциалов, проходящих по спинному мозгу в головной. 3 .5 .2 . П Р О Д О Л ГО В А ТЫ Й М О ЗГ И ВАРОЛИЕВ М О СТ Продолговатый мозг и варолиев мост (в целом — задний мозг) являются частью ствола мозга. Здесь находится большая группа че репномозговых нервов (от V до XII пары), иннервирующих кожу, слизистые оболочки, мускулатуру головы и ряд внутренних органов (сердце, легкие, печень). Тут же находятся центры многих пищеварительныхрефлексов—жевания, глотания, движений желудка и части кишечника, выделения пищеварительных соков, а также центры не которых защитныхрефлексов (чихания, кашля, мигания, слезоотде ления, рвоты) и центры водно-солевого и сахарного обмена. На дне IV желудочка в продолговатом мозге находится жизненно важный дыхатыьный центр, состоящий из центров вдоха и выдоха. Его состав ляют мелкие клетки, посылающие импульсы к дыхательным мыш цам через мотонейроны спинного мозга. В непосредственной близости расположен сердечно-сосудистый центр. Его крупные клетки регулируют деятельность сердца и про свет сосудов. Переплетение клеток дыхательного и сердечно-сосуди стого центров обеспечивает их тесное взаимодействие. Продолговатый мозг играет важную роль в осуществлении двига тельных актов и в регуляции тонуса скелетных мышц, повышая тонус мышц-разгибателей. Он принимает участие, в частности, в осуществ лен и и установочныхрефлексов позы (шейных,лабиринтных). Через п родол говатый мозг п роходят восходя щи е пути слуховой, вестибуляр ной, проприоцептивной и тактильной чувствительности. 3 .5 .3 . С Р Е Д Н И Й М О З Г В состав среднего мозга всходят четверохолмия, черная субстан ция и красные ядра. В передних буграх четверохолмия находятся зри тельные подкорковые центры, а в задних — слуховые. Средний мозг 31 участвует в регуляции движений глаз, осуществляет зрачковыйрефлекс (расширение зрачков в темноте и сужение их на свету). Четверохолмия выполняют ряд реакций, являющихся компонен тами ориентировочногорефлекса. В ответ на внезапное раздражение происходит поворот головы и глаз в сторону раздражителя, а у жи вотных — настораживание ушей. Этот рефлекс (по И . П. Павлову, рефлекс «Что такое?») необходим для подготовки организма к своев ременной реакции на любое новое воздействие. Черная субстанция среднего мозга имеет отношение к рефлексам жевания и глотания, участвует в регуляции тонуса мышц (особенно при выполнении мелких движений пальцами рук) и в организации содружественных двигательных реакций. Красное ядро среднего мозга выполняет моторные функции —ре гулирует тонус скелетных мышц, вызывая усиление тонуса мышцсгибателей. Оказывая значительное влияние на тонус скелетных мышц, средний мозг принимает участие в ряде установочныхрефлек сов поддержания позы (выпрямительных — установке тела теменем вверх и др.). 3 .5 .4 . П Р О М ЕЖ У ТО Ч Н Ы Й М О З Г В состав промежуточного мозга входят таламус (зрительные буг ры) и гипоталамус (подбугорье). Через т а л а м у с проходят все афферентные пути (за исключе нием обонятельных), которые направляются в соответствующие воспринимающие области коры (слуховые, зрительные и пр.). Ядра таламуса подразделяются на специфические и неспецифические. К специфическим относят переключательные (релейные)ядра и ассоци ативные. Через переключательные ядра таламуса передаются аффе рентные влияния от всех рецепторов тела. Ассоциативные ядра полу чают импульсы от переключательных ядер и обеспечивают их взаи модействие. Помимо этих ядер в таламусе имеются неспецифические ядра, которые оказывают как активирующие, так и тормозящие вли яния на небольшие области коры. Благодаря обширным связям таламус играет важнейшую роль в жизнедеятельности организма. Импульсы, идущие от таламуса в кору, изменяют состояние корковых нейронов и регулируют ритм корковой активности. С непосредственным участием тала муса происходит образование условных рефлексов и выработка двигательных навыков, формирование эмоций человека, его м и мики. Таламусу принадлежит большая роль в возникновении ощущений, в частности ощущения боли. С его деятельностью связыва ют регуляцию биоритмов в жизни человека (суточных, сезонных и др.). 32 Г и п о т а л а м у с является высшим подкорковым центром регуля ции вегетативных функций, состояний бодрствования и сна. Здесь расположены вегетативные центры, регулирующие обмен веществ в организме, обеспечивающие поддержание постоянства темпера туры тела (у теплокровных) и нормального уровня кровяного дав ления, поддерживающие водный баланс, регулирующие чувство го лода и насыщения. Раздражения задних ядер гипоталамуса вызывает усиление симпатических влияний, а передних — парасимпатичес кие эффекты. Благодаря связи гипоталамуса с гипофизом ( г и п о т а л а м о - г и п о ф и з а р н а я с и с т е м а ) осуществляется контроль деятельности желез внутренней секреции. Вегетативные и гормональные реакции, регулируемые гипоталамусом, являются компонентами эмоцио нальных и двигательных реакций человека. 3 .5 .5 . Н Е С П Е Ц И Ф И Ч Е С К А Я С И С Т Е М А М О З ГА Н е с п е ц и ф и ч е с к а я с и с т е м а занимает срединную часть ствола мозга. Она не связана с анализом какой-либо специфической чувствительности или с выполнением определенных рефлекторных реакций. Импульсы в эту систему поступают через боковые ответв ления от всех специфических путей, в результате чего обеспечивает ся их обширное взаимодействие. Для неспецифической системы ха рактерно расположение нейронов в виде диффузной сети, обилие и разнообразие их отростков. В связи с этим она и получила название с е т е в и д н о г о о б р а з о в а н и я или р е т и к у л я р н о й ф о р мации. Различают два типа сияния неспецифической системы на работу других нервных центров — активирующее и тормозящее. Оба типа этих влияний могут быть восходящими (к вышележащим центрам) и нисходящими (к нижележащим центрам). Они служат для регулиро вания функционального состояния мозга, уровня бодрствования ирегу ляции позно-тонических и фазных реакций скелетных мышц. 3 .5 .6 . М О З Ж Е Ч О К Мозжечок — это надсегментарное образование, не имеющее не посредственных связей с исполнительными аппаратами. Мозжечок состоит из непарного образования — червя и парных полушарий. Основными нейронами коры мозжечка являются многочислен ные к л е т к и ГІ у рк и н ье. Благодаря обширным связям (на каждой клетке оканчивается до 200 ОООсинапсов) в них происходит интегра ция самыхразличных сенсорных влияний, в первую очередь проприоцептивных, тактильных и вестибулярных. Представительство раз33 ных периферических рецепторов в коре мозжечка имеет соматотопическую организацию (греч. соматос—тело, топос - место), т. е. от ражает порядок их расположения в теле человека. Кроме того, этот порядок расположения соответствует такому же порядку расположе ния представительства участковтела в коре больших полушарии, что облегчает обмен информацией между корой и мозжечком и обеспе чивает их совместную деятельность в управлении поведением чело века. Правильная геометрическая организация нейронов мозжечка обусловливает его значение в отсчете времени и четком поддержа нии темпа циклических движений. Основной функцией мозжечка является регуляция позно-тоническихреакций и координация двигательной деятельности (Орбе ли JI. А., 1926). По анатомическим особенностям (связям коры мозжечка с его ядрами) и функциональному значению мозжечок подразделяют на три п р о д о л ь н ы е зоны: • в н у т р е н н ю ю или м е д и а л ь н у ю кору червя, функцией которой является регуляция тонуса скелетных мышц, поддержание позы и равновесия тела; • п р о м е ж у т о ч н у ю —с р е д н ю ю ч а с т ь к о р ы п о л у ш а р и й мозжечка, функция которой состоит в согласовании позных реакций с движениями и коррекции ошибок; • б о к о в у ю или л а т е р а л ь н у ю кору п о л у ш а р и й мозжечка, которая совместно с промежуточным мозгом и корой больших полушарий участвует в программировании быстрых балл истических движений (бросков, ударов, прыжков и пр.). 3 .5 .7 . Б А З А Л Ь Н Ы Е Я Д Р А Кбазальным ядрам относят полосатое тело, состоящее изхвостатого ядра и скорлупы, и бледное ядро, а в настоящее время причисля ют также миндалевидное тело (относящееся к вегетативным центрам лимбической системы) и черную субстанцию среднего мозга. Афферентные влияния приходят к базальным ядрам от рецепто ров тела через таламус и от всех областей коры больших полушарий. Они почти исключительно поступают в полосатое тело. Эфферент ные влияния от него направляются к бледному ядру и далее к стволо вым центрам экстрапирамидной системы, атакже через таламус об ратно к коре. Базальные ядра участвуют в образовании уыовных рефлексов и осу ществлении сложных безусловныхрефлексов (оборонительных, пищедобывательных и др.). Они обеспечивают необходимое положение тела во время физической работы, атакже протекание автоматичес ких ритмических движений (древних автоматизмов). 34 Б л е д н о е я д р о выполняет основную моторную функцию, а п о л о с а т о е т е л о регулирует его активность. В настоящее время выявлено значение хвостатого ядра в контроле сложных психических процессов— внимания, памяти, обнаружении ошибок. З.б. ВЕГЕТАТИВНАЯ НЕРВНАЯ СИСТЕМА Все функции организма условно можно разделить на соматические, или анимальные (животные), связанные с восприятием внешней ин формации и деятельностью мышц, и вегетативные (растительные), связанные с деятельностью внутренних органов, — процессы дыха ния, кровообращения, пищеварения, выделения, обмена веществ, роста и размножения. 'S. 3 .6 .1 . Ф УНКЦИОНАЛЬНАЯ ВЕГЕТАТИ ВН О Й О РГАН И ЗАЦ И Я НЕРВНОЙ СИ СТЕМ Ы В е г е т а т и в н о й н е р в н о й с и с т е м о й называют совокупность эфферентных нервных клеток спинного и головного моз га, а также клеток особых узлов (ганглиев), иннервирующих внутрен ние органы. Раздражения различных рецепторов тела могут вызвать изменения как соматических, так и вегетативных функций, так как афферентные и центральные отделы этих рефлекторных дуг обшие. Они различаются лишь своими эфферентными отделами. Харак терной особенностью эфферентных путей, входящих в рефлектор ные дуги вегетативныхрефлексов, является их двухнейронное строеиие(один нейрон находится в ЦНС, другой — в ганглиях или в ин нервируемом органе). Вегетативная нервная система подразделяется на два отдела — симпатический и парасимпатический (рис. 5). Эфферентные пути с и м п а т и ч е с к о й н е р в н о й с и с т е м ы начинаются в грудном и поясничном отделах спинного мозга от нейронов его боковых рогов. Передача возбуждения с предузловых симпатических волокон на послеузловые происходит с участием медиатора ацетилхолина, ас послеузловых волокон на иннервируе мые органы — с участием медиатора норадреналина. Исключением являются волокна, иннервирующие потовые железы и расширяю щие сосуды скелетных мышц, где возбуждение передается с помо щью ацетилхолина. Эфферентные пути п а р а с и м п а т и ч е с к о й н е р в н о й с и с т е м ы начинаются втоловном мозге — от некоторых ядер среднего и продолговатого мозга, и в спинном мозге — от нейронов крестцового отдела. П роведение возбуждения в синапсах парасим патического пути происходит с участием медиатора ацетилхолина. Вто35 п а р а с и м я . Средний мозг Черепной отдел- Продолговатый мозг Продолговатый мозг Послеузловые волокна Спинной мозг Грудо поясничный ( отдел Сердце I нейрон симпатич. пути Спинной мозг С н нейрон симпатич. пути Симпатич. узел Сосуд IV Предузловое волокно Крестцовый отдел Рис. 5. Вегетативная нервная система Слева — область выхода волокон: парасимпатической (черный цвет) и симпатической (заштриховано) систем. Справа — строение эфферентной части рефлекторной дуги вегетативных рефлексов. Слева — схема среднего, продолговатого и спинного мозга. Арабские цифры — номера грудных сементов, римские — номера поясничных сегментов. рой эфферентный нейрон находится в иннервируемом органе или вблизи от него. Высшимрегулятором вегетативных функций является гипотиломус, который действует совместно с ретикулярной формацией и лим бической системой под контролем коры больших полушарий. Кроме того, нейроны, расположенные всамих органах или в симпатических узлах, могут осуществлять собственные рефлекторные реакции без участия ЦНС — «периферическиерефлексы». 3 .6 .2 . Ф УНКЦИИ СИМ ПАТИЧЕСКОЙ НЕРВНОЙ СИ СТЕМ Ы Сучастием симпатической нервной системы протекают многие важные рефлексы в организме, направленные на обеспечение его дея тельного состояния, в том числе — его двигательной активности. К ним относятся рефлексы расширения бронхов, учащения и усиления сердечных сокращений, расширения сосудов сердца и легких при од новременном сужении сосудов кожи и органов брюшной полости (обеспечение перераспределения крови), выброс депонированной кро ви из печени и селезенки, расщепление гликогена до глюкозы в пече ни {мобилизацияуглеводных источников энергии), усиление деятель ности желез внутренней секреции и потовых желез. Симпатическая 36 нервная система снижает деятельность ряда внутренних органов: и результате сужения сосудов в почках уменьшаются процессы моче образован ия, угнетается секреторная и моторная деятельность орга нов желудочно-кишечного тракта; предотвращается акт мочеиспус кания — расслабляется мышца стенки мочевого пузыря и сокращает ся его сфинктер. Повышенная активность организма сопровождается симпатичес ким рефлексом расширения зрачка. Огромное значение для двига тельной деятельности организма имеет трофическое влияние симпа тических нервов на скелетные мышцы, улучшающее их обмен ве ществ и функциональное состояние, снимающее утомление. Симпатический отдел нервной системы нетолько повышает уро вень функционирования организма, но и мобилизует его скрытые функциональныерезервы, активирует деятельность мозга, повышает защитные реакции (иммунные реакции, барьерные механизмы и др.), запускает гормональные реакции. Особенное значение имеет симпатическая нервная система приразвитии стрессовых состояний, в наиболее сложных условиях жизнедеятельности. Л. А. Орбели под черкивал важнейшее значение симпатических влияний для приспо собления (адаптации) организма к напряженной работе, к различ ным условиям внешней среды. Эта функция была им названа а д а пт а ц и о н н о —т р о ф и ч е с к о й . 3 .6 .3 . Ф УН К Ц И И ПАРАСИМ ПАТИЧЕСКОЙ НЕРВНОЙ СИСТЕМ Ы П а р а с и м п а т и ч е с к а я н е р в н а я с и с т е м а осуществляет сужение бронхов, замедление и ослабление сердечных сокращений', су жение сосудов сердца; пополнение энергоресурсов ( синтез гликогена в печени и усиление процессов пищеварения); усиление процессов мочеобразования в почках и обеспечение акта мочеиспускания (сокращение мышц мочевого пузыря и расслабление его сфинктера) и др. Пара симпатическая нервная система преимущественно оказывает пусковые влияния: сужение зрачка, бронхов, включение деятельности пи щеварительных желез и т. п. Деятельность парасимпатического отдела вегетативной нервной системы направлена на текущую регуляцию функционального со стояния, на поддержание постоянства внутренней среды — гомео стаза. Парасимпатический отдел обеспечивает восстановление различных физиологических показателей, резко измененных после напряженной мышечной работы, пополнение израсходованных энергоресурсов. Медиатор парасимпатической системы — ацетилхолин, снижая чувствительность адренорецепторов к действию адреналина и норадреналина, оказывает определенное антистрессорное влияние. 3.6.4. ВЕГЕТАТИВНЫЕ РЕФЛЕКСЫ Через вегетативные симпати ческие и парасимпатические пути Ц Н С осуществляет некоторые в е - гетативные рефлексы, начинающиеся с различных ре цепторов внешней и внутренней среды: висцеро-висцеральные (с внутренних органов на внутрен ние органы — например, дыха тельно-сердечный рефлекс); дермо-висцерцльные (с кожных по кровов — изменение деятельности внутренних органов при раздра жении активных точек кожи, на пример, иглоукалыванием, точеч ным массажем); с рецепторов глаз ного яблока — г л а з о - с е р д е ч н ы й р е ф л е к с Ашнера(урежение сердцебиений при надавлива Рис. 6. Вегетативные рефлексы Влияние положения тела нии на глазные яблоки — пара симпатический эффект); мотор- на частоту сердечных сокращений (уд./мин). но-висцеральные—например, о р(По: Могендович М.Р., 1972) то с т а т и ч е с к а я п р о б а (учащение сердцебиения при пе реходе из положения лежа в положение стоя —симпатический эфенки функционального состояния организма и особенно состояния вегетативной нервной си стемы (оценки влияния симпатического или парасимпатического ее отдела). . . »•* 3.7. ЛИМБИЧЕСКАЯ СИСТЕМА Под л и м б и ч е с к о й с и с т е м о й понимают ряд корковых и подкорковых структур, функции которых связаны с организаци ей мотивационно-эмоциональных реакций, процессами памяти и обучения. Корковые отделы лимбической системы, представляющие ее высший отдел, находятся на нижних и внутренних поверхностях больших полушарий (участки лобной коры, поясная извилина или лимбическая кора, гиппокамп и др.). К подкорковым структурам лимбической системы относят гипоталамус, некоторые ядра таламу са, среднего мозга и ретикулярной формации. Между всеми этими 38 отделами имеются тесные прямые и обратные связи, образующие так называемое «лимбическое кольцо». Лимбическая система участвует в самых разнообразных проявле ниях деятельности организма — в регуляции пищевого и питьевого по ведения, цикла сон-бодрствование, в процессах формирования памят ного следа (отложения и извлечения из памяти), в развитии агрессив но-оборонительныхреакций, обеспечивая избирательный характер поведения. Она формирует положительные и отрицательные эмоции со всеми двигательными, вегетативными и гормональными их компонентами. Электрические раздражения различных участков лимбической системы через вживленные электроды (в эксперимен тах на животных, в клинике при лечении больных) выявили наличие ц е н т р о в у д о в о л ь с т в и я , формирующих положительные эмоции, и н е у д о в о л ь с т в и я , формирующих отрицательные эмоции. Изолированное раздражение таких точек в глубоких струк турах мозгачеловека вызывало появление чувства «беспричинной радости», «беспредметной тоски», «безотчетного страха». 3.8. ФУНКЦИИ КОРЫ БОЛЬШИХ ПОЛУШАРИЙ У высших млекопитающих животных и человека ведущим отде лом ЦНС является кора больших полушарий. 3 .8 .1 . К О Р К О В Ы Е Н ЕЙ РО Н Ы Кора представляет собой слой серого вещества толщиной 2-3 мм, содержащий в среднем около 14млрд. нервных клеток. Характерным в ней является обилие межнейронных связей, рост которых продол жается до 18 лет, а в ряде случаев и далее. Основными типами корковых мет ок являются пирамидные и звездчатые нейроны. З в е з д ч а т ы е н е й р о н ы связаны с процессами восприятияраздражений и объединением деятельности различных пирамидных нейронов. П и р а м и д н ы е н е й р о н ы осуществляют эфферентную функцию коры (преимущественно через пирамидный тракт) и внутрикорковые процессы взаимодействия между удаленными друг от друга нейронами. Наиболее крупные пирамидные клетки — гигантс кие пирамиды Беца находятся в передней центральной извилине (моторной зоне коры). Функциональной единицей коры является в е р т и к а л ь н а я к о л о н к а взаимосвязанных нейронов. Вытянутые по вертикали круп ные пирамидные клетки с расположенными над ними и под ними нейронами образуют функциональные объединения нейронов. Все нейроны вертикальной колонки отвечают на одно и то же афферент 39 ное раздражение (сходного и того же рецептора) одинаковой реакцинос шщннвавщшформируют S ” l-і Ш ____ _ лтпртм пнпамилных неиэфферентные могут „яться вболее крупные образования, обеспечивая сложные реакции. 3 .8 .2 . Ф У Н К Ц И О Н А Л Ь Н О Е З Н А Ч ЕН И Е Р А З Л И Ч Н Ы Х КОРКОВЫ Х ПОЛЕЙ По особенностям строения и функциональному значению от дельных корковых участков вся кора подразделяется на три основные группы полей - первичные, вторичные и третичные (рис.7). П е р в и ч н ы е п о л я связаны с органами чувств и органами движения на периферии. Они обеспечивают возникновение ощуще ний. К ним относятся, например, поле болевой и мышечно-сустав ной чувствительности в задней центральной извилине коры, зритель- А Б Моторное поле Соматическое сенсорное поле Задняя центральная извилина Передняя центральная извилина Слуховое поле Зрительное поле Рис. 7. Первичные, вторичные и третичные поля коры больших полушарии На А: крупные точки — первичные поля, средние — вторичные поля, мелкие — третичные поля (по Г.И. Поляков 1964, А. Р. Лурия, 1971) На Б: первичные (проекционные) поля коры больших полушарий (по В. Пенфильд, Л. Робертс , 1964) 40 ное поле в затылочной области, слуховое поле в височной области и моторное поле в передней центральной извилине. В первичных полях находятся высокоспециализированные клетки-определители или д е т е к т о р ы , избирательно реагирующие только на определенные раздражения. Например, в зрительной коре имеются нейроны-детекторы, возбуждающиеся только при включении или при выключении света, чувствительные лишь к определенной его интенсивности, к конкретным интервалам светового воздействия, к определенной дли не волны и т.д. При разрушении первичных полей коры возникают так называемые корковая слепота, корковая глухота и т.п. В т о р и ч н ы е п о л я расположены рядом с первичными. В них происходит осмысливание и узнавание звуковых, световых и других сиг налов, возникают сложные формы обобщенного восприятия. При пора жении вторичных полей сохраняется способность видеть предметы, слышать звуки, но человек их не узнает, не помнит значения. Т р е т и ч н ы е п о л я развиты практически только у человека. Это ассоциативные области коры, обеспечивающие высшие формы анализа и синтеза и формирующие целенаправленную поведенческую деятельность человека. Третичные поля находятся в задней полови не коры—между теменными, затылочными и височными областями, и в передней половине — в передних частях лобных областей. Их роль особенно велика в организации согласованнойработы обоих полуша рий. Третичные поля созревают у человека позже других корковых полей и раньше других деградируют при старении. Функцией задних третичных полей (главным образом, нижнете менных областей коры) является прием, переработка и хранение ин формации. Они формируют представление о схеме тела и схеме про странства, обеспечивая пространственную ориентацию движений. Передние третичные поля (передне-лобные области) выполняют об щую регуляцию сложных форм поведения человека, формируя на мерения и планы, программы произвольных движений и контроль за их выполнением. Развитие третичных полей у человека связывают с ф у н к ц и е й речи. М ы ш л е н и е ( в н у т р е н н я я речь) возможно только при совместной деятельности различных сенсор ных систем, объединение информации от которых происходит втретичных полях. При врожденном недоразвитии третичных полей че ловек не в состоянии овладеть речью (произноситлишьбессмысленные звуки) и даже простейшими двигательными навыками (не мо жет одеваться, пользоваться орудиями труда и т. п.). 3 .8 .3 . П АРН АЯ Д Е Я Т Е Л Ь Н О С Т Ь И Д О М И Н И Р О В А Н И Е П О Л УШ АРИ Й Обработка информации осуществляется в результате парной дея тельности обоих полушарий головного мозга. Однако, как правило, 41 одно из полушарий является ведущим - доминантным. У бол ьшинства людей с ведущей правой рукой (правшей) доминантным явля ется левое полушарие, а соподчиненным (субдоминантным) - правое П(М)Левоеполушарие по сравнению с правым и меет более тонкое ней ронное строение, большее богатство взаимосвязей нейронов, более концентрированное представительство функций и лучшие условия кровоснабжения. В левом доминантном полушарии находится мо торный центр речи (центр Брока), обеспечиваюшии речевую дея тельность, и,сенсорный центр речи, осуществляющий понимание слов. Левое полушарие специализировано на тонком сенсомоторном контроле за движениями рук. KJ У человека различаюттри формы ф у н к ц и о н а л ь н о й с и м м е т р и и : моторную, сенсорную и психическую. Как правило, у человека имеются ведущая рука, нога, глаз и ухо. Однако пробле ма функциональной асимметрии довольно сложна. Например, у человека-правши может быть ведущим левый глаз или левое ухо, сигналы от которых являются главенствующими. При этом в каж дом полушарии могут быть представлены функции не только про тивоположной, но и одноименной стороны тела. В результате это го обеспечивается возможность замещения одного полушария другим в случае его повреждения, а также создается структурная основа для переменного доминирования полушарий при управлении движениями. Психическая асимметрия проявляется в виде определенной с п е ц и а л и з а ц и и п о л у ш а р и й . Для левого полушария характерны аналитические процессы, последовательная обработка информации, в том числе с помощью речи, абстрактное мышление, оценка временных отношений, предвосхищение будущих событий, успешное решение вербально-логических задач. В правом полуширии информация обрабатывается целостно, синтетически (без рас членения на детали), с учетом прошлого опыта и без участия речи, преобладает предметное мышление. Эти особенности позволяют связывать с правым полушарием восприятие пространственных признаков и решение зрительно-пространственных задач. Ф унк ции правого полушария связаны с прошедшим временем, а левого с будущим. 3 .8 .4 . ЭЛЕКТРИЧЕСКАЯ БОЛЬШ ИХ АКТИВНОСТЬ КОРЫ ПОЛУШ АРИЙ Изменения функционального состояния коры отражаются в записи ее электрической активности — э л е к т р о э н ц е ф а л о г р а м м ы (Э Э Г). Современные электроэнцефалографы усиливают 42 потенциалы мозга в 2-3 млн. раз и дают возможность исследовать ЭЭГ от многих точек коры одновременно, т. е. изучать системные процессы. Регистрация ЭЭГ производится в виде чернильной запи си на бумаге, а также в виде целостной картины на схеме поверхно сти мозга, т. е. карты мозга (метод картирования) на экране монито ров современных компьютерных систем (рис. 8). Различают определенные диапазоны частот, называемые р и т м а м и ЭЭГ (рис. 9): в состоянии относительного покоя чаше всего регистрируется альфа-ритм (8-13 колебаний в 1с); в состоя ни и ак тивного внимания—бета-ритм (Мколебаний в 1с и выше); приза- fa Vi V...'.v;;.w.wv. .v,! V. 'V/V.VV.V.V-.V/ ^ГГ; «s u jb b pa Р ,|»^/Һ^ЛЛ^А>ЛИМ • ’ 4.07.ew *L PH ^ y.e»12.e*€f7t»»2.9-»^ % > _ _ 60 м u i« w e m т а м и ?зо< *ч Л/с. 8. Картирование мозга Многоканальная регистрация электроэнцефалограммы (ЭЭГ) человека на экране монитора и отражение возбужденных (светные зоны) и заторможенных (темные зоны) участков коры а I 6 I в I г I ІС 50мкв ж V V W V V v^V vvV vr І з 1с Рис. 9. ЭЭГзатылочной (а—д) и моторной (е —з) областей коры больших полушарий человека при различных состояниях и во время мышечной работы а — активное состояние, глаза открыты (бета-ритм/; б— покой, глаза закрыты (альфа-ритм); в — дремота (тета-ритм); г — засыпание; д — глубокий сон (дельта-ритм); е — непривычная или тяжелая работа — асинхронная частая активность (явление десинхронизации); ж — циклическая работа — медленные потенциалы в темпе движений («меченые ритмы» ЭЭГ); з — выполнение освоенного движения — появление альфа-ритма. сыпании некоторых эмоциональных состояниях тета ритм (4 7 колебаний в 1с); при глубоком сн е, потере созн ан и я, наркозе физической работе Щ Н І І І при ной или тяжелой работы приводит к так называемой д е с и н х р о Н И 3 а Ц и и ЭЭГ - быстрой а с и н х р о н н о й активности П о • м ре формирования двигательного навыка в ЭЭГ возникают явления с и н х р о н и з а ц и и ЭЭГ - усиления взаимосвязанности (синхронU и «5 я I I м и м С 7 С 7 1 -------- v D i v i i / v i i ---------- 1 ------------- .. . ности и си н ф азн ости ) электрической активности Р ™ ^ н ь іх о б л а с - тей коры, в управлении движениями. При циклич кой работе появляются медленные потенциалы втемпе выполняемо го, воображаемого или предстоящего д в и ж е н и я -« м е ч е н ы е р и тмы» (С ол огуб Е. Б., 1973). П омимо фоновой активности в ЭЭГ выделяют отдельные потен циалы, связанные с какими-либо событиями, в ы з в а н н ы е п о те н ц и а л ы, возникающие в ответ на внешние раздражения (слухо вые, зрительные и др.); потенциалы, отражающие мозговые процес сы при подготовке, осуществлении и окончании отдельных двига тельных актов - это « в о л н а о ж и д а н и я » или условная негативная волна (Уолтер Г., 1966), премоторные, моторные и фи нальные потенциалы и др. Кроме того, регистрируют различные с в е р х м е д л е н н ы е к о л е б а н и я длительностью от нескольких секунд до десятков минут (в частности, так называемые «омега-потенциалы» и др.), которые отражают биохимические процессы регуляции функций и психической деятельности. у ч а с т в у ю щ и х 4. ВЫСШАЯ НЕРВНАЯ ДЕЯТЕЛЬНОСТЬ Развивая идеи И. М. Сеченова о рефлекторной основе поведен ческой деятельности целостного организма, И. П. Павлов пришел к мысли, что в изменяющихся условиях внешней среды недостаточно обладать стандартными рефлекторными реакциями, а требуется вы работка новыхрефлексов, адекватных новым условиям существова ния. Впервые об условных рефлексах он заговорил в известной Мад ридской речи в 1903г. 4.1. УСЛОВИЯ ОБРАЗОВАНИЯ И РАЗНОВИДНОСТИ УСЛОВНЫХ РЕФЛЕКСОВ Условные рефлексы по многим признакам отличаются отбезус ловных (табл. 1). 44 Таблица I Различия условных и безусловных рефлексов Безусловные рефлексы Врожденные реакции Постоянно существующие реакции Видовые рефлексы Имеются готовые рефлекторные дуги Осуществляются всеми отделами ЦНС Условные рефлексы Приобретенные реакции Временно существующие реакции Индивидуальные рефлексы Образуются новые рефлекторные дуги t Осуществляются ведущими отделами ЦНС Условные рефлексы у млекопитающих и человека осуществляют ся корой больших полушарий (в этом также принимают участие та ламический отдел промежуточного мозга и в ряде случаев подкорко вые ядра). , I • < И. П. Павловым была разработана объективная методика изуче ния приобретаемых или условных рефлексов, которая основывалась на изоляции обследуемого организма от посторонних раздражений и на точной регистрации сигнала и ответа на него. И ссл едо ван ия п ро водились на собаках в звукоизолированных камерах («башнях мол чания»), куда подавались дозированные раздражения светом, зву ком, механическими раздражениями кожи и пр. В качестве ответной реакции было выбрано выделение слюны, которая отводилась от од ного из слюнных протоков, выведенного на наружную поверхность щеки (методика фистулы слюнной железы). В процессе выработки приобретаемых рефлексов должны соблю даться следующие условия: • Сочетание любого индифферентного раздражителя с какимлибо значимым безусловным раздражением (напр, пищевым) — методика безусловного подкрепления; • Индифферентное раздражение должно предшествовать безус ловному, чтобы приобрести сигнальное значение; • Нервные центры, к которым адресованы раздражения, должны быть в состоянии оптимоііъного возбуждения. Например, после предварительного изолированного действия светового сигнала собаке подавалось подкрепление — мясосухар ный порошок и регистрировалось выделение слюны. После ряда сочетаний этих сигналов уже однотолько включение света вызы вало выделение слюны, т. е. был выработан новый рефлекс, биоло гический смысл которого заключался в подготовке организма к приему пищи. Механизм образования условного рефлекса заключался вформи45 S S S S S S S !2 5 ! S S j j g ^ I 5 2 ; прекращения пода™ пиши после световою сигнала слюнной услов ный рефлекс исчезал. В ходе выработки условного рефлекса наблюпо п.лг-l пппрпепенные Фазы этого процесса. ____ Я Ш Б Щ Б Х Ш “ гнала, когда условI) генерализации v ______ гигнагП. основой чего любой > ________ тоКатигеяр.мога условного торможения рабатываемого условного торможения nu 1посторонние IV/VI --- ------ - ЧеНВ л 1 ” и ™ о в а н и я х усл ов н ы е р е ф л е к с , бы ли вы ^ ботаны в разнообразных экспериментальных условиях (в том числе в условиях свободного поведения) у различных животных, птиц рыб, черепах, даже у амеб. Изучение биопотенциалов коры больших полушарий показало, что условием образования вре менной связи между изучаемыми корковыми центрами являет ся пространственная синхронизация их электрической активности. реф. туральные - на сигналы, характеризующие безусловные раздражи тели (напр., запах мяса для слюнного рефлекса) и искусственные на посторонние сигналы (например, запах мяты); 2) наличные и следо вые на условный сигнал, непосредственно предшествующий безус ловному подкреплению, и на его следовое влияние; 3)положитель ные(с активным проявлением ответной реакции) и отрицательные (с ее торможением); А) условные рефлексы на время - при ритмичес кой п о д а ч е условных сигналов ответная реакция появляется через заданный интервал даже при отсутствии очередного сигнала; 5)ус ловные рефлексы первого порядка — на один предшествующий ус ловный раздражитель — и более высоких порядков, когда безуслов ному подкреплению предшествует сочетание двух последовательно подающихся сигналов (свет + звук) — условный рефлекс второго порядка, трех сигналов (свет + звук + касалка) — условный рефлекс третьего порядка и т. д. У собак вырабатываются, в основном, рефлек сы третьего порядка, у обезьян — четвертого, у грудного ребенка — 5-6 порядка, у взрослого человека —двадцатого и более порядков. Освоение речи человеком представляет собой формирование ог ромной цепи условно-безусловных рефлексов, не требующих специального подкрепления. * 46 При формировании новых двигательных навыков возникают особые рефлексы, которые в отличие от сенсорныхрефлексов илиреф лексов Iрода (а которых новой частью рефлекторной дуги была аф ферентная часть) имеют новую часть рефлекторной дуги в эфферен тном отделе (новые исполнительные аппараты — мышцы). Это так называемые инструментальные или оперантныерефлексы —рефлек сы I I рода {Коношский Ю. М., 1970). 4.2. ВНЕШНЕЕ И ВНУТРЕННЕЕ ТОРМОЖЕНИЕ УСЛОВНЫХ РЕФЛЕКСОВ По своему происхождению торможение условных рефлексов может быть безусловным (врожденным) и условным (выработан ным в течение жизни). К безусловному торможению относят охра нительное или запредельное торможение, возникающее при чрез мерно сильном или длительном раздражении, и внешнее тормо жение условных рефлексов посторонними для центров условного рефлекса раздражителями (например, нарушение непрочного дви гательного навыка у спортсмена в необычных условиях соревно ваний). Условное торможение вырабатывается при отсутствии под крепления условного сигнала. Различают несколько видов условного торможения: угасательное, дифференцировочное и запаздывающее. У г а с а н и е развивается при повторении условного сигнала без подкрепления. Например, имея прочный слюнный условный рефлексусобаки на вспышку света и затем применяя свет без подкрепле ния, можно получить последовательно следующие условные отве ты — 1 0 ,8 ,6 ,4 ,5 ,2 ,0 ,0 ,0 капель слюны. Д и ф ф е р е н ц и р о в о ч н о е т о р м о ж е н и е вырабатывается при подкреплении одного условного сигнала (например, звук с час тотой 500 Гц) и отсутствии подкрепления сходных с ним сигналов (звук 1ООО, 200 и 100 Гц), на которые первоначально (в период гене рализации условного рефлекса) получался условный ответ. Этот вид торможения, в частности, позволяет спортсмену отдифференциро вать сокращения ненужных мышц при выработке двигательного на выка, т. е. имеет важное координационное значение. Процесс воспи тания человека сопровождается постоянной дифференцировкой подкрепляемых и осуждаемых обществом поведенческих реакций (что такое «хорошо» и что такое «плохо*). З а п а з д ы в а ю щ е е т о р м о ж е н и е формируется при отставлении на определенный отрезок времени подкрепления от ус ловного сигнала. В этом случае сразу после условного сигнала реак ция отсутствует (тормозится), но перед моментом подкрепления об наруживается . 47 4.3. ДИНАМИЧЕСКИЙ СТЕРЕОТИП 1 В И Й Ш Ш І Ц В 11 Звук 1 20 к , 1 М етрон ом -120 1 И й ю к ■4) Метроном - 6 0 уд. • I (неподкрепляемыи раздра жит* лк! - Ок. ; 5) Свет - 1 2 к.; 6) Звук - 20 к. Если теперь подавать 4 J I V /U V I * ^ ^ / — —— - | А j П /-Ч О О светового раздражения сохраняет обычный ответ - 12 к. Следова тельно, в коре больших полушарий собаки образована цепь последо вательно возбуждающихся или затормаживающихся нервных цент ров, в которой активность каждого автоматически вызывает вклю чение следующего. Подобный стереотип возникает у спортсмена при выработке двигательного навыка, особенно при выполнении стандартных движений. Такой стереотип, связанный с цепью мо торных актов, А. Н. Крестовников назвал двигательный динамичес кий стереотип. Он легче образуется при выполнении циклических упражнений, чем ациклических. 4.4. ТИПЫ ВЫСШЕЙ НЕРВНОЙ ДЕЯТЕЛЬНОСТИ, I И II СИГНАЛЬНАЯ СИСТЕМА Случившееся в 1924 г. в Ленинграде сильное наводнение грозило затопить клетки с подопытными собаками, которые испытали силь ный стресс. На следующий день обнаружилось, что у некоторых из них пропали прочно выработанные условные рефлексы, но у других рефлексы сохранились. Это навело И. П. Павлова на мысль о различ ных типах нервной системы у животных. В качестве основных свойств нервной системы И. П. Павлов рассматривал силу возбужде ния и торможения, их уравновешенность и подвижность. С учетом этих свойств им были выделены следующие 4 типа высшей нервной 48 деятельности (ВН Д), которые оказались сходными с 4темпераментами, выделенными еще Гиппократом в V веке д о н . э. 1. Тип сильный неуравновешенный (холерик). Характеризуется сильным процессом возбуждения и более слабым процессом тормо жения, поэтому легко возбуждается и с трудом затормаживает свои реакции. 2. Тип сильный уравновешенный и высокоподвижный (сангвиник). Отличается сильными уравновешенными и высокоподвижными процессами возбуждения и торможения. Легко переключается с од ной формы деятельности на другую, быстро адаптируется к новой ситуации. 3. Тип сильный уравновешенный инертный (флегматик). Имеет сильные и уравновешенные процессы возбуждения и торможения, но мало подвижный — медленно переключающийся с возбуждения на торможение и обратно. С трудом переходит от одного вида дея тельности к другому, зато вынослив при длительной работе. Медлен но, но прочно адаптируется к необычным условиям внешней среды. 4. Тип слабый (меланхолик). Характеризуется слабыми процессами возбуждения и торможения, с некоторым преобладанием тормозного процесса, мало адаптивен, подвержен неврозам. Зато обладает высо кой чувствительностью к слабым раздражениям и может их легко дифференцировать. Описанные типы имеются у животных и человека. Они представля ют собой лишь крайние проявления особенностей нервной системы. между которыми может быть значительное число переходных типов. Кроме того, И. П. Павлов выделил специфически человеческие типы ВИД, связанные с наличием у человека особой — в т о р о й с и г н а л ь н о й с и с т е м ы — слова видимого, слышимого, написанного, произносимого, в отличие от п е р в о й с и г н а л ь н о й с и с т е м ы , общей для человека и животных — непосредственных раздражите лей внешней или внутренней среды организма. Вторая сигнальная сис тема чрезвычайно расширила адаптационные возможности человека. Ее свойствами являются — обобщение сигналов I и 11сигнальной си стемы, появление абстракций (сложных комплексных понятий мужество, ярость, доброта и пр.), возможность передачи накопленного опыта предшествующих поколений последующим (возникновение науки, культуры и пр.). Вторая сигнальная система таким образом составила основу письменной и устной речи, появления математи ческих и нотных символов, абстрактного мышления человека. Ее деятельностьсвязывают с функциями третичных полей коры больших полушарий, преимущественно левого полушария у правшей, где на ходятся центры речи. В связи с различным соотношением улюдей реакций, связанных с преобладанием I или II сигнальной системы, И. П. Павлов различал 49 специфически человеческие шипы нервной системы, «мыслитель ный» — с преобладанием второй сигнальной системы и «художе ственный» — с преобладанием первой сигнальной системы. Среди взрослых людей количестволиц с преобладанием второй сигнальной системы составляет около половины населения. Около 25% состав ляют лица с преобладанием первой сигнальной системы и примерно 25% —лица, имеющие равновесие обеих систем. Соответственно этим типам, в настоящее время различают 2 основные формы интел лекта человека: невербальный интеллект , отражающий природные возможности индивида манипулировать с непосредственными (осо бенно зрительно-пространственными) раздражителями, и вербаль ный интеллект, отражающий способность манипулировать со сло весным материалом, что определяет характер поведенческих реак ций, в том числе и в спорте. 5. НЕРВНО-МЫШЕЧНЫЙ АППАРАТ У человека существует 3 вида мышц: поперечно-полосатаые ске летные мышцы, особая поперечно-полосатая сердечная мышца и гладкие мышцы внутренних органов. 5.1. ФУНКЦИОНАЛЬНАЯ ОРГАНИЗАЦИЯ СКЕЛЕТНЫХ МЫШЦ Скелетные мышцы человека содержат около 300 млн. мышечных волокон и имеют площадь порядка 3 м2. Целая мышца представляет собой отдельный орган, а мышечное волокно — клетку. М ы ш ц ы и н н е р в и р у ю т с я двигательными нервами, передающими из центров моторные команды, чувствительными нервами, несущими в центры информацию о напряжении и движении мышц, и симпати ческими нервными волокнами, влияющими на обменные процессы в мышце. Ф у н к ц и и с к е л е т н ы х м ы ш ц заключаются в перемещении частей тела друг относительно друга, перемещении тела в пространстве (локомоция) и поддержании позы тела. Функциональной единицей мышцы является д в и г а т е л ь н а я е д и н и ц а , состоящая из мотонейрона спинного мозга, его аксона (двигательного нерва) с многочисленными окончаниями и иннерви руемых им мышечных волокон. Возбуждение мотонейрона вызывает одновременное сокращение всех входящих в эту единицу мышечных во локон. Двигательные единицы (Д Е) небольших мышц содержат ма лое число мышечных волокон (ДЕ мышц глазного яблока 3-6 воло кон, мышц пальцев руки 10-25 волокон), а ДЕ крупных мышц туло вища и конечностей — до нескольких тысяч (например, ДЕ икро ножной мышцы человека — около 2000 мышечных волокон). 50 Мелкие мышцы иннервируются из одного сегмента спинного мозга, а крупные мышцы—мотонейронами 2-3 спинальных сегментов. М отонейроны, иннервирующие одну мышцу, составляют общий м о т о н е й р о н н ы й пул, в котором могут находиться мотонейроны различных размеров. Б о л ь ш и е Д Е образованы крупными мото нейронами, которые имеюттолстые аксоны, множество концевых разветвлений и большое число связанных с ними мышечных воло кон. Такие Д Е имеют низкую возбудимость, генерируют высокую частоту нервных импульсов (порядка 20-50 импульсов в 1с) и хараквозбужден включаются к и е ДЕ имеют мотонейроны небольших размеров, тонкие и мед ленно проводящие аксоны, малое число мышечных волокон. Они включаются шечных усилиях. Нарастание нагрузки вызывает активацию различ ных ДЕ скелетной мышцы в соответствии с их размерами —от мень ших к большим (правило Хеннемана). М ы ш е ч н о е в о л о к н о представляет собой вытянутую клетку (ее диаметр около 10-100 мкм, а длина 10-12см). Всостав волокна входят его оболочка — сарколемма, жидкое содержимое — саркоіиазма,ядро, энергетические центры —митохондрии, белковые депо — рибосомы, сократительные элементы — миофибрил/іы, а также замк нутая система продольных трубочек и цистерн, расположенных вдоль миофибрилл и содержащих ионы Са2+,— саркоплазматическии клетки --------1------ --7 жутки образует поперечные трубочки, входящие внутрь мышечного клетки а ^•щ и. ^ при ее возбуждении. М и о ф и б р и л л ы —это тонкие волокна (диаметр их 1-2мкм, длина 2-2.5 мкм), содержащие 2 вида сократительных белков{ прото фибрилл): тонкие нити актина и вдвое более толстые нити миозина. Они расположены таким образом, что вокруг миозиновых нитей на ходится 6 актиновых нитей, в вокруг каждой актиновой 3 миози новых. Миофибриллы разделены Z -мембранами на отдельные участ к и — с а р к о м е р ы , в средней части которых расположены пре имущественно миозиновые нити, а актиновые нити прикреплены к Z-мембранам по бокам саркомера. (Разная способность актина и ми озина преломлять свет создает в состоя нии покоя мышцы ее попереч но-полосатый вид в световом микроскопе). Нити а к т и н а составляют около 20% сухого веса миофибрилл. Актин состоит из двух форм белка: 1) глобулярной формы — в виде сферических молекул и 2). палочковидных молекул тропомиозина, скрученных в виде двунитчатых спиралей в длинную цепь. На п ротя жении этой двойной актиновой нити каждый виток содержит по 14 »« ___ _ _ __ ^ ^ п / ч п £ к « ГV I # П Я _________ ________ ___ / ч т -■ V„ П и ы ^ш ш ш ж еш М Ш Ж ^ Г Т / \ Г Г Л 1 V I 11-1 О п ТТ П А П Р Т П М (I 51 молекул глобулярного актина (по 7 молекул с обеих сторон), наподо бие нитки с бусинками, а также центры связывания ионов Са 2\ В этих центрах содержится особый белок (тропонин)9участвующий в образовании связи актина с миозином. М и о з и н составлен и з уложенных параллельно белковых нитей (эта часть представляетсобой так называемый легкий меромиозин). На обоих концах его имеются отходяшие в стороны шейки с утолщениями —головками (эта часть —тяжелый меромиозин), бла годаря которым образуются поперечные мостики между миозином и актином. 5.2. МЕХАНИЗМЫ СОКРАЩЕНИЯ И РАССЛАБЛЕНИЯ МЫШЕЧНОГО ВОЛОКНА При произвольной внутренней команде сокращение мышцы че ловека начинается примерно через0.05 с (50 мс). За это время мотор ная команда передается от коры больших полушарий к мотонейро нам спинного мозга и по двигательным волокнам к мышце. Подойдя к мышце, процесс возбуждения должен с помощью медиатора пре одолеть нервно-мышечный синапс, что занимает примерно 0.5 мс. Медиатором здесь является ацети.гхолин, который содержится в си наптических пузырьках в пресинаптической части синапса. Нервный импульс вызывает перемещение синаптических пузырьков к преси наптической мембране, их опорожнение и выход медиатора в синап тическую щель. Действие ацетилхолина на постсинаптическую мем брану чрезвычайно кратковременно, после чего он разрушается ацетилхолинэстеразой на уксусную кислоту и холин. По мере расходо вания запасы ацетилхолина постоянно пополняются путем его синтезирования в пресинаптической мембране. Однако, при очень частой идлительной импульсации мотонейрона расход ацетилхоли на превышаетего пополнение, а также снижается чувствительность постсинаптической мембраны к его действию, в результате чего на рушается проведение возбуждения через нервно-мышечный синапс. Эти процессы лежат в основе периферических механизмов утан. гения при длительной и тяжелой мышечной работе. Выделившийся в синаптическую щель медиатор прикрепляется к рецепторам постсинаптической мембраны и вызывает в ней явления депомризации. Небольшое подпороговое раздражение вызывает лишь местное возбуждение небольшой амплитуды — п о т е н ц и а л к о н ц е в о й п л а с т и н к и (ПКП). При достаточной частоте нервных импульсов П КП достигает по рогового значения и на мышечной мембране развивается мышечный п о т е н ц и а л д е й с т в и я . Он (со с к о р о с т ь ю 5 м -с 1) распростра няется вдоль по поверхности мышечного волокна и заходит в попе 52 речные трубочки внутрь волокна. Повышая проницаемость клеточ ных мембран, потенциал действия вызывает выход из цистерн и тру бочек саркоп,газматическогоретикулума ионов Са2+, которые прони кают в миофибрилл ы, к центрам связывания этих ионов на молеку лах актина. Под влиянием Оа2+длинные молекулы тропомиозина проворачи ваются вдоль оси и скрываются в желобки между сферическими мо лекулами актина, открывая участки прикрепления головок миозина к актину. Тем самым между актином и миозином образуются так называемые п о п е р е ч н ы е м о с т и к и . При этом головки миозина совершают гребковые движения, обеспечивая скольжение нитей ак тина вдоль нитей миозина с обоих концов саркомера к его цен гру, т.е. м е х а н и ч е с к у ю р е а к ц и ю мышечного волокна (рис. 10). Энергия гребкового движения одного мостика производит пере мещение на 1% длины актиновой н ити .Для дальнейшего скольжения сократительных белков друг относительно друга мостики между ак тином и миозином должны распадаться и вновь образовываться на следующем центре связывания Са2+\ Такой процесс происходит в ре зультате активации в этот момент молекул миозина. Миозин приооретает свойства фермента АТФ-азы, который вызывает распад АТФ. Выделившаяся при распаде АТФ энергия приводит к разрушению А Рис. 10. Схема электромеханической связи в мышечном волокне На А: состояние покоя, на Б — возбуждение и сокращение Пд — потенциал действия, мм — мембрана мышечного волокна, п — поперечные трубочки, т — продольные трубочки и цистерны с ионами Са2+, а — тонкие нити актина, м — толстые нити миозина с утолщениями (головками) на концах. Зет-мембранами ограничены саркомеры миофибрилл. Толстые стрелки - распространение потенциала действия при возбуждении волокна и перемещение ионов Са-+ из цистерн и продольных трубочек в миофибриллы, где они содействуют образованию мостиков между нитями актином и миозином и скольжение этих нитей (сокращение волокна) за счет гребковых движений головок миозина. имеющихся мостиков и образованию в присутствии Са2+новых мос тиков на следующем участке актиновой нити. В результате повторе ния подобных процессов многократного образования и распада мостиков сокращается длина отдельных саркомеров и всего мышечного волокна в целом. Максимальная концентрация кальция в миофибрилл с достигается уже через 3 мс после появления потенциаладей ствия в поперечных трубочках, а максимальное напряжение мышеч ного волокна — через 20 мс. Весь процесс от появления мышечного потенциала действия до сокращения мышечного волокна называется эл е к т р о м е х а н и ч е с к о й с в я з ь ю (или электромеханическим сопряжением). В результате сокращения мышечного волокна актин и миозин более равномерно распределяются внутри саркомера, и исчезает видимая под микроскопом поперечная исчерченность мышцы. Р а с с л а б л е н и е мышечного волокна связано с работой особого механизма — «кальциевого насоса», который обеспечивает откачку ионов Са2+из миофибрилл обратно в трубочки саркоплазматическог о петикулума. На это также тратится энергия АТФ. 5.3. ОДИНОЧНОЕ И ТЕТАНИЧЕСКОЕ СОКРАЩЕНИЕ. ЭЛЕКГРОМИОГРАММА При единичном надпороговом раздражении двигательного нерва или самой мышцы возбуждение мышечного волокна сопровождается о д и н о ч н ы м с о к р а щ е н и е м . Эта форма механической реакции состоит из 3 фаз: латентного или скрытого периода, фазы сокраще ния и фазы расслабления. Самой короткой фазой является скрытый период, когда в мышце происходит электромеханическая передача. Фаза расслабления обычно в 1.5-2 раза более продолжительна, чем фаза сокращения, а при утомлении затягивается на значительное время. Если интервалы между нервными импульсами короче, чем дли тельность одиночного сокращения, то возникает я в л е н и е с у п е р п о з и ц и и — наложение механических эффектов мышечного во локна друг на друга и наблюдается сложная форма сокращения — т е т а н у с . Различают 2 формы тетануса — зубчатый тетанус, возникающий при более редком раздражении, когда происходит по падание каждого следующего нервного импульса в фазу расслабле ния отдельных одиночных сокращений, и сплошной или гладкий те танус, возникающий при более частом раздражении, когда каждый следующий импульс попадает в фазу сокращения (рис. 11). Таким образом, (в некоторых границах) между частотой импульсов возбуж дения и амплитудой сокращения волокон ДЕсуществуетопределен ное соотношение: при небольшой частоте (например, 5-8 имп. в 1с) 54 Рис. 11. Одиночное сокращение, зубчатый и сплошной тетанус камбаловидной мышцы человека (по: Зимкин Н.В. и др., 1984). Верхняя кривая — сокращение мышцы, нижняя — отметка раздражения мышцы, справа указана частота раздражения возникают одиночные сокращения, при увеличении частоты (15-20 имп. в 1с) — зубчатый тетанус, при дальнейшем нарастании частоты (25-60 имп. в 1с) — гладкий тетанус. Одиночное сокращение —более слабое и менее утомительное, чем тетаническое. Зато тетанус обеспе чивает в несколько раз более мощное, хотя и кратковременное сокра щение мышечного волокна. С о к р а щ е н и е ц е л о й м ы ш ц ы зависит от формы сокращения отдельныхДЕи их координации во времени. П ри обеспе чении длительной, но не очень интенсивной работы, отдельные ДЕ сокращаются попеременно (рис. 12), поддерживая общее напряженне мышцы на заданном уровне (например, при беге на длинные и снерхдлинные дистанции). При этом отдельные ДЕ могут развивать как одиночные, так и тетанические сокращения, что зависит от частоты нервных импульсов. Утомление в этом случае развивается медленно, так как, работая по очереди, ДЕ в промежутках между активацией успевают восстанавливаться. Однако для мощного кратковременного усилия (например, поднятия штанги) требуется синхронизация ак тивности отдельных ДЕ, т. е. одновременное возбуждение практи чески всех ДЕ. Это, в свою очередь, требует одновременной актива55 Целая мышца /\ ДЕ-1 Д Е -2 Д Е -3 / \ / \ /\ / V Рис. 12. Различныережимы работы двигательных единиц (ДЕ) ции соответствующих нервных центров и достигается в результате длительной тренировки. При этом осуществляется мощное и весьма утомительное тетаническое сокращение. Амплитуда сокращения одиночного волокна не зависит от силы надпорогового раздражения (закон «Все или ничего»). В отличие от этого, при нарастании силы надпорогового раздражения сокращение целой мышцы постепенно растет до максимальной амплитуды. Работа мышцы с небольшой нагрузкой сопровождается редкой частотой нервных импульсов и вовлечением небольшого числа ДЕ. В этих условиях, накладывая отводящие электроды на кожу над мышцей и используя усилительную аппаратуру, можно на экране осциллографа или с применением чернильной записи на бумаге за регистрировать одиночные п о т е н ц и а л ы д е й с т в и я о т д е л ь н ы х Д Е В случае же значительных напряжений потенциалы действия многих ДЕ алгебраически суммируются и возникает сложная интегрированная кривая записи электрической активнос ти целой мышцы — э л е к т р о м и о г р а м м а (ЭМГ). Форма ЭМ Г отражает характер работы мышцы\ при статичес ких усилиях она имеет непрерывный вид, а при динамической ра боте — вид отдельных пачек импульсов, приуроченных, в основ ном, к начальному моменту сокращения мышцы и разделенных пе риодами «электрического молчания». Особенно хорошо ритмичность появления подобных пачек наблюдается у спортсменов при цикличес кой работе (рис. 13). У маленьких детей и неадаптированных к такой работе лиц четких периодов отдыха не наблюдается, что отражает не достаточное расслабление мышечных волокон работающей мышцы. Чем больше внешняя нагрузка и сила сокращения мышцы, тем выше амплитуда ее ЭМГ. Эго связано с увеличением частоты нервных им пульсов, вовлечением большего числа ДЕ в мышце и синхронизацией ЭМ Г двугл. мышцы ЭМГ трехгл. мышцы М еханограмма Рис. 13. Электромиограмма мышц-антагонистов при циклической работе их активности. Современная многоканальная аппаратура позволяет производить одновременную регистрацию ЭМГ многих мышц на раз ных каналах. При выполнении спортсменом сложныхдвижений мож но видеть на полученных ЭМГ кривых не только характер активно сти отдельных мышц, но и оценить моменты и порядок их включения или выключения в различные фазы двигательных актов. Зап иси ЭМГ, полученные в естественных условиях двигательной деятельности, можно передавать к регистрирующей аппаратуре потелефону или ра диотелеметрически. Анализ частоты, амплитуды и формы ЭМ Г (на пример, с помощью специальных компьютерных программ) позволя ет получить важную информацию об особенностяхтехники выполня емого спортивного упражнения и степени ее освоения обследуемым спортсменом. По мере развития утомления при той же величине мышечного уси лия амплитуда ЭМ Г нарастает. Это связано с тем, что снижение сократительной способности утомленных ДЕ компенсируется не рвными центрами вовлечением в работу дополнительных ДЕ, т. е. путем увеличения количества активных мышечных волокон. Кроме того, усиливается синхронизация активности ДЕ, что также повы шает амплитуду суммарной ЭМГ. 5.4. МОРФОФУНКЦИОНАЛЬНЫЕ ОСНОВЫ МЫШЕЧНОЙ СИЛЫ Движение является результатом взаимодействия внутренних и внешних сил, развиваемых в опорно-двигательном аппарате, ак тивных (возникающих при сокращении или напряжении мышцы во время ее возбуждения) и пассивных (упругое напряжение при растя жении мышцы, сопротивление мышцы и ее сухожилия). С и л а м ы ш ц ы зависит от ряда морфологических и физиологи ческих факторов*, количества и свойств мышечных волокон в мыш* 57 це, исходной длины мышцы, характера нервных импульсов, механи ческих условий действия мышцы на кости скелета. Сила мышцы является суммой силы отдельных ее мышечных воло кон. Подсчитано, что 1 одиночное мышечное волокно икроножной мышцы развивает напряжение 100-200 мг, 1 ДЕ икроножной мыш цы человека содержит около 2000 мышечных волокон и развивает напряжение 200-400 г, 1 икроножная мышца содержит около 1000 ДЕ, т. е. развивает напряжение 200-400 кг. Большое значение имеет а н а т о м и ч е с к о е с т р о е н и е мышцы. В параллельно-волокнистых и веретенообразных мышцах (камбало видная мышца и др.) сила мышцтем больше, чем больше ее анатоми ческий поперечник, т. е. площадь поперечного сечения целой мышцы. В перистых мышцах (двуглавая мышца и др.) физиологический попе речник, т. е. площадь поперечного сечения всех мышечных волокон гораздо больше, чем ее анатомический поперечник. В такой мышце упаковано значительно больше мышечных волокон и, соответствен но, больше ее сила. На силу сокращения мышцы влияет ее и с х о д н а я д л и н а , так как от нее зависит возможное количество поперечных мостиков между актином и миозином. Предполагают, что в каждом цикле присоединения-отсоединения поперечных мостиков расходуется энер гия 1 молекулы АТФ на 1 поперечный мостик. Следовательно, чем больше образуется в мышечном волокне актино-миозиновых мости ков,тем выше скорость расщепления АТФ, больше тяга сократитель ных белков и, соответственно, больше развиваемая мышцей сила. Наибольшее количество актино-миозиновых контактов образу ется при небольшом растяжении мышцы до некоторой оптимальной длины. При значительном растяжении саркомера нити актина далеко расходятся в стороны и практически не контактируют с расположен ным в средней части саркомера миозином. В случае же резкого уменьшения длины саркомера нити актина в центре перекрывают друг друга, препятствуя контактам с миозином и также уменьшая число образуемых мостиков. В связи с этими особенностями взаимо действия сократительных белков наибольшая сила мышцы проявля ется при некотором ее предварительном растяжении. Одной из важнейших характеристик скелетных мышц, влияющих на cwiy сокращения, является с о с т а в ( к о м п о з и ц и я ) м ы ш е ч н ы х в о л о к о н . Различают 3 типа мышечных волокон — медленные неутомляемые (I типа), быстрые неутомляемые или про межуточные (1 I-а типа) и быстрые утомляемые (1 I-б типа). Медленные волокна (I типа), их обозначают также SO — Slow Oxydative (англ. — медленные окислительные) — это выносливые (неутомляемые) и легко возбудимые волокна, с богатым кровоснаб жением, большим количеством митохондрий, запасов миоглобина и 58 с использованием окислительных процессов энергообразования (аэробные). Их, в среднем, у человека 50%. Они легко включаются в работу при малейших напряжениях мышц, очень выносливы, но не обладают достаточной силой. Чаше всего они используются при под держании ненагрузочной статической работы, например, при сохра нении позы. Быстрые утомляемые волокна (11-б типа) или FG — Fast Glicolitic (быстрые гликолитические) используют анаэробные процессы энер гообразования (гликолиз). Они менее возбудимы, включаются при больших нагрузках и обеспечивают быстрые и мощные сокращения мышц. Зато эти волокна быстро утомляются. Их примерно 30%. Во локна промежуточного типа ( ll-а) — быстрые неутомляемые, окис лительные, их около 20%. В среднем, для разных мышц характерно различное соотношение медленных неутомляемых и быстрых утом ляемых волокон. Так, втрехглавой мышце плеча преобладают быст рые волокна (67%) над медленными (33%), что обеспечивает скоростно-силовые возможности этой мышцы (рис. 14), а для более медлен ной и выносливой камбаловидной мышцы характерно наличие 84% медленных и всего 16% быстрых волокон (Салтин Б., 1979). Однако, состав мышечных волокон в одной и той же мышце имеет огромные индивидуальныеразличия, зависящие от врожденных типо логических особенностей человека. К моменту рождения человека его мышцы содержат лишь медленные волокна, но под влиянием не рвной регуляции устанавливается в ходе онтогенеза генетически за данное индивидуальное соотношение мышечных волокон разного типа. По мере перехода от зрелого возраста к пожилому число быст рых волокон у человека заметно снижается и, соответственно, умень шается мышечная сила. Например, наибольшее количество быстрых волокон в наружной головке 4-х главой мышцы бедра мужчины (около 59-63%) отмечается в возрасте 20-40 лет, а в возрасте 60-65 лет их число почти на 1/3 меньше (45%). Трехглавая плеча 67% Камбало видная Наружная бедра 33% 51% 16% 49% \84% Рис. 14. Состав мышечных волокон в разных мышцах Медленные — черным цветом; быстрые — серым 59 Количество тех или других мышечных волокон не изменяется в процессе тренировки. Возможно только нарастание толщины (гипер трофия) отдельных волокон, а также некоторое изменение свойств промежуточных волокон. При направленности тренировочного про цесса на развитие силы происходит нарастание объема быстрых воло кон, что и обеспечивает повышение силы тренируемых мышц. Х а р а к т е р н е р в н ы х и м п у л ь с о в изменяет силу сокращения мышц тремя способами: 1) увеличением числа активных Д Е это механизм вовлечения или рекрутирования Д Е (сначала происходит вовлечение медленных и более возбудимых ДЕ, затем — высокопо роговых быстрых ДЕ); 2) увеличением частоты нервных импульсов, в результате чего происходит переход от слабых одиночных сокраще ний ксильным тетаническим сокращениям мышечных волокон; 3) увыичением синхронизации ДЕ, при этом происходит увеличение силы сокращения целой мышцы за счет одновременной тяги всехактивных мышечных волокон. Существенное значение имеют м е х а н и ч е с к и е у с л о в и я р а б о т ы м ы ш ц ы —точка приложения ее силы и точка прило жения сопротивления (поднимаемого груза). Например, при сгиба нии в локте вес поднимаемого груза может быть порядка 40 кг и более, при этом сила мышц-сгибателей достигает 250 кг, а тяга су хожилий — 500 кг. Между силой и скоростью сокращения мышцы существует опре деленное соотношение, имеющее вид гиперболы ( с о о т н о ш е н и е с и л а — с к о р о с т ь , по А. Хиллу). Чем выше сила, развиваемая мышцей, тем меньше скорость ее сокращения, и наоборот, с нараста нием скорости сокращения падает величина усилия. Наибольшую скорость развивает мышца, работающая без нагрузки. Скорость мы шечного сокращения зависит от скорости передвижения поперечных мостиков, т. е. отчастоты гребковых движений в единицу времени. В быстрых ДЕ эта частота выше, чем в медленных ДЕ, и, соответствен но, потребляется больше энергии АТФ. Во время сокращения мы шечных волокон в 1с происходит примерно от 5 до 50 циклов при крепления-отсоединения поперечных мостиков. При этом никаких колебаний силы в целой мышце не ощущается, так как ДЕ работают асинхронно. Л ишь при утомлении возни кает синхронная работаДЕ, и в мышцах появляется дрожь (треморутомления). 5.5. РЕЖИМЫ РАБОТЫ МЫШЦЫ Механическая работа (А), совершаемая мышцей, измеряется произведением поднимаемого веса (Р) на расстояние (h): А = Р • Һ кгм. При регистрации работы изолированной мышцы лягушки вид но, что чем больше величина груза, тем меньше высота, на которую 60 его поднимает мышца. Различают 3 режима работы мышцы: изото нический, изометрический и ауксотонический.. И з о т о н и ч е с к и й р е ж и м (режим постоянного тонуса мышцы) наблюдается при отсутствии нагрузки на мышцу, когда мышца закреплена с одного конца и свободно сокращается. Напря жение в ней при этом не изменяется. Это происходит при раздраже нии изолированной мышцы лягушки, закрепленной одним концом на штативе. Так как при этих условиях Р = 0, то механическая работа также эавна нулю (А = 0). В таком режиме работает в орга низме человека только одна мышца — мышца языка. (В современной также щ ғл т шению к такому сокращению мышцы с нагрузкой, при котором по изменения длины ным, но в этом случае механическая работа мышцы не равна пулю, т. е. она совершает внешнюю работу). дли И зометрический режим мышцы) характеризуется напряжением мышцы в условиях, когда она закреплена с обоих концов или когда мышца не может поднять слишком большой груз. При этом Һ = 0 и, соответственно, механи ческая работа тоже равна нулю (А = 0). Этот режим наблюдается при сохранении заданной позы и при выполнении статической работы. В этом случае в мышечном волокне все равно происходят процессы возникновения и разрушения мостиков между актином и миозином, т. е. тратится энергия на эти процессы, но отсутствует механическая реакция перемещения нитей актина вдоль миозина. Физиологичесзаключается длительности А у к с о т о н и ч е с к и й р е ж и м (смешанныйрежим)характе ризуется изменением длины и тонуса мышцы, при сокращении кото рой происходит перемещение груза. В этом случае совершается меха ническая работа мышцы (А = Р *Һ). Такой режим проявляется при выполнении динамической работы мышц даже при отсутствии внешнего груза, так как мышцы преодолевают силу тяжести, дей ствующую на тело человека. Различают 2разновидности этого ре жима работы мышц: преодолевающий (концентрический) и уступа ющий (эксцентрический) режим. Изучение работы мышцы с различными нагрузками и в разном темпе позволило вывести з а к о н с р е д н и х н а г р у з о к и с р е д н е г о т е м п а д в и ж е н и й : максимальную механическую работу мышца совершает при средних нагрузках и среднем темпе движений. При высоких скоростях сокращения мышцы часть ее энергии тратится на преодоление сопротивления (растущего «нут ре н него трения и вязкости мышцы), а при низких скоростях на поддержание jg 61 ствует в этом случае для закрепления достигнутой длины мышцы в каждый данный момент времени. Работу, производимую мышцами человека, изучают, используя различные методики ее регистрации — эргографию, велоэргометриюидр. В э р г о г р а ф и и (греч.эргон — работа,графо — писать) регистрируется амплитуда подъема различных грузов, подвешенных через блок. Вычисляя по эргограмме величину работы как произве дение груза на амплитуду его подъема (А = Р • Һ), И. М. Сеченов описал в 1905 г. явление а к т и в н о г о о т д ы х а . Оказалось, что пассивный отдых правой руки после ее утомления дает меньшее уве личение ее работоспособности, чем после работы (во время ее отдыха) левой руки. л * - pi 5.6. ЭНЕРГЕТИКА МЫШЕЧНОГО СОКРАЩЕНИЯ П ри работе мышц химическая энергия превращается в механичес кую, т. е. мышца является химическим двигателем, а не тепловым. Для процессов сокращения ирасслабления мышц п о т р е б л я е т с я э н е р г и я АТФ. Расщепление АТФ с отсоединением одной молеку лы фосфата и образованием аденозиндифосфата (АДФ) сопровожда ется выделением 10 ккал энергии на 1 моль: АТФ = АДФ + Ф + Эн.. Однако запасы АТФ в мышцах невелики (около 5 ммоль • л 1). Их хватает лишь на 1-2 с работы. Количество АТ Ф в мышцах не может изменяться, так как при отсутствии АТФ в мышцах развивается кон трактура (не работает кальциевый насос и мышцы не в состоянии расслабляться), а при избытке — теряется эластичность. Для продолжения работы требуется постоянное восполнение за пасов АТФ. Восстановление АТФ происходит в анаэробных услови ях — за счет распада креатинфосфата (КрФ) и глюкозы (реакции гликолиза) — и в аэробных условиях — за счет реакций окисления жиров и углеводов. Энергосистемы, используемые в качестве ис точников энергии, обозначают как фосфагенная энергетическая си стема или система АТФ-КрФ, гликолитическая (илилактацидная) система и окислительная (или кислородная) система. Б ы с т р о е в о с с т а н о в л е н и е АТФ происходит в тысячные доли секунды за счет распада КрФ. АДФ + КрФ = АТФ + Кр. Н аи большей эффективности этот путь энергообразования достигает к 56-й секунде работы, но затем запасы КрФ исчерпываются, так как их также немного (около 30 ммоль •л 1). М е д л е н н о е в о с с т а н о в л е н и е АТФ в анаэробныхусловиях обеспечивается энергией расщепления глюкозы (выделяемой из глико гена) —реакцией гликолиза с образованием в конечном итоге молоч ной кислоты (лактата) и восстановлением 3 молекул АТФ. Эта реак ция достигает наибольшей мощности к концу 1-й минуты работы. 62 Особое значение этот путь энергообразования имеет при высоком мощности работы, которая продолжается от 20 с до 1-2 мин (напри мер, при беге на средние дистанции), атакже при резком увеличении мощности более длительной и менее напряженной работы (спурты и финишные ускорения при беге на длинные дистанции) и при недо статке кислорода во время выполнения статической работы. Ограни чение использования углеводов связано не с уменьшением запасов гликогена (глюкозы) в мышцах и в печени, а с угнетением реакции гликолиза избытком накопившейся в мышцах молочной кислоты. Р е а к ц и и о к и с л е н и я обеспечивают энергией работу мыиіқ в условиях достаточного поступления в организм кислорода, т. е. при аэробной работе длительностью более 2-3 мин. Доставка кислорода достигает необходимого уровня после достаточного развертывании функций кислородтранспортных систем организма (дыхательной, сердечно-сосудистой систем и системы крови). Важным показателем мощности аэробных процессов является предельная величина по ступления в организм кислорода за 1 мин — м а к с и м а л ь н о е п о т р е б л е н и е к и с л о р о д а ( МП К). Эта величина зависит от индивидуальных возможностей каждого человека. У нетренированныхлиц в 1 мин поступает к работающим мышцам около 2.5-3 л О, а у высококвалифицированных спортсменов—лыжников, пловцов, бегунов-стайеров и др. достигает 5-6 л и даже 7 л в 1 мин. При значительной мощности работы и огромной потребности при этом в кислороде основным субстратом окисления в большинстве спортивных упражнений являются углеводы, так как для ихокисления требуется гораздо меньше кислорода, чем при окислении жиров.. При использовании одной молекулы глюкозы (С6Н 120 6), полученной из гликогена, образуется 38 молекул АТФ, т. е. аэробный путь энергообра зования обеспечивает при том же расходе углеводов во много раз бол ьше продукции АТФ, чем анаэробный путь. Молочная кислота в этих реак циях не накапливается, а промежуточный продукт—пировиноградная кислота сразу окисляется до конечных продуктов СО, и Н20. В качестве источника энергии жиры используются в состоянии двигательного покоя, при любой работе сравнительно невысокой мощности (требующей до 50% МП К) и при оченьдлительной работе на выносливость (требующей около 70-80% М П К). Среди всех ис точников энергии жиры обладают наибольшей энергетической емко стью'. при расходовании 1 моля АТФ выделяется около 10 ккал энергии, 1 моля КрФ — около 10.5 ккал, 1 моля глюкозы при анаэ робном расщеплении — около 50 ккал, а при окислении 1 моля глю козы — около 700 ккал, при окислении 1 моля жиров — 2400 ккал (КоцЯ. М., 1 9 8 2 ). Однако использование жиров при работе высо кой мощности лимитируется трудностью доставки кислорода рабо тающим тканям. 63 Работа мышц сопровождается выделением тепла. Теплообразова ние происхолнт в момент сокращения мышц начальное теплообра зование (оно составляет всего одну тысячную всех энерготрат) и в пе риод восстановления — запаздывающее теплообразование. В обычных условиях при работе мышц тепловые потери состав ляют около 80% всех энерготрат. Для оценки эффективности меха нической работы мышцы используют вычисление к о э ф ф и ц и е н т а п о л е з н о г о д е й с т в и я (КПД). Величина КПД показывает, какая часть затрачиваемой энергии используется на выполнение механичес кой работы мышцы. Ее вычисляют по формуле: КПД = I А: (Е — е) ] • 100%, где: А — энергия, затраченная на полезную работу; Е — общий расход энергии; е — расход энергии в состоянии покоя за время, равное длитель ности рабОТЫ. • У нетренированного человека КПД примерно 20%, у спортсмена — 30-35%. При ходьбе наибольший КПД отмечается при скорости 3.64.8 км •ч а с 1, при педалировании на велоэргометре — при длительно сти цикла около 1с. С увеличением мощности работы и включением «ненужных» мышц КПД уменьшается. При статической работе, посколькуА = 0, эффективность работы оценивается по длительности поддерживаемого напряжения мышц. 6. ПРОИЗВОЛЬНЫЕ ДВИЖЕНИЯ Двигательная деятельность человека является основной формой его поведения во внешней среде. При этом следует указать, что не только физическая работа, но и разнообразные виды умственного труда в конечном итоге проявляются двигательной активностью. И. М. Сеченов (1863) по этому поводу писал, что «... все бесконеч ное разнообразие внешних проявлений мозговой деятельности сво дится окончательно к одному лишь явлению — мышечному движе нию». 6.1. ОСНОВНЫЕ ПРИНЦИПЫ ОРГАНИЗАЦИИ ДВИЖЕНИЙ Выполнение двигательных актов осуществляется обширным комплексом нейронов, расположенных в различных отделах ЦНС. Такая функциональная система управления движениями является многоэтажной и многоуровневой. 64 6.1.1. ОБЩАЯ СХЕМА УПРАВЛЕНИЯ ДВИЖЕНИЯМИ Решающим фактором поведения является полезный результат. Для его достижения в нервной системе формируется группа взаимо связанных нейронов — ф у н к ц и о н а л ь н а я с и с т е м а (П. К. Анохин, 1975). Деятельность ее включает следующие процес сы: 1) обработка всех сигналов, поступающих из внешней и внутрен ней среды организма — так называемый афферентный синтег, 2) принятиерешения о цели и задачахдействия; 3) создание представ ления об ожидаемом результате и формирование конкретной про граммы движений', 4) анализ полученного результата и внесение в программу поправок — сенсорных коррекций. В процессах афферентного синтеза участвуют глубокие внутрен ние процессы —побуждение к действию ( м о т и в а ц и я ) и его замысел, извлекаются из п а м я т и моторные следы (навыки) и выученные тактические комбинации. У человека на их основе создается опреде ленный п л а н и конкретная п р о г р а м м а д в и ж е н и я . Эти процессы отражаются в изменениях электрической активности моз га — «волна ожидания», изменения огибающей амплитуды ЭЭГ, уси ление взаимосвязанности корковых нейронов, местные потенциалы готовности и др. феномены, связанные с повышением возбудимости корковых нейронов и созданием рабочей системы мозга. Выражен ность этих феноменов отражает степень заинтересованности чело века в реакции, скорость и силу ответных сокращений мышц. На уровне спинного мозга процессы преднастройки отражаются повышением возбудимости спинальных мотонейронов, в мышцах — повышением чувствительности проприорецепторов скелетных мышц. Сенсорная информация о результате выполнения движения, получаемая по кана лам обратной связи, используется нервными центрами для уточнения временных, пространственных и силовых характеристик двигатель ных актов, внесения поправок в команды — так называемых сенсор ных коррекций (W. Бернштейн, 1966; К. Прибрам, 1975). 6.1.2. РЕФЛЕКТОРНОЕ КОЛЬЦЕВОЕ РЕГУЛИРОВАНИЕ И ПРОГРАММНОЕ УПРАВЛЕНИЕ ДВИЖЕНИЯМИ В двигательной деятельности человека различают п р о и з в о л ь н ы е д в и ж е н и я —сознательноуправляемые целенаправленные действия и н е п р о и з в о л ь н ы е д в и ж е н и я , происходящие без участия сознания и представляющие собой либо безусловные реак ции, либо автоматизированные двигательные навыки. В основе уп равления произвольными движениями человека лежат дваpa3jiu4Hbix физиологических механизма: 1) рефлекторное кольцевое регулирование и 2) программное управление по механизму центральных команд. 65 Замкнутая система р е ф л е к т о р н о г о к о л ь ц е в о г о Р®ГУ" л и р о в а н и я характерна для осуществления различньіх форм двигательных действий и позных реакций, не требующих быстрого двигательного акта. Это позволяет нервным центрам получать ин формацию о состоянии мышц и результатах их действий по различ ным афферентным путям и вносить поправки в моторные команды по ходу действия. П р о г р а м м н о е у п р а в л е н и е по механизму центральных команд — это механизм регуляции движений, независимый от аффе рентных проприоцептивных влияний. Такое управление используется в случае выполнения кратковременных движений (прыжков, бросков, ударов, метаний), когда организм не успевает использовать информа цию от проприорецепторов мышц и других рецепторов. Вся програм ма должна быть готова еще до начала двигательного акта. П ри этом отсутствует замкнутое кольцо регуляции. Управление производится по так называемой открытой петле, а активность во многих произ вольно сокращающихся мышцах возникает раньше, чем регистри руется обратная афферентная импульсация. Например, при выпол нении прыжковых движений электрическая активность в мышцах, направленная на амортизацию удара, возникает раньше, чем проис ходит соприкосновение с опорой, т. е. она носит предупредитель ный характер. ’' , ... Такие центральные программы создаются согласно сформиро ванному в мозге (главным образом — в ассоциативной передне-лобной области коры) образу двигательного действия и цели движения. В дальнейшей конкретной разработке моторной программы принима ют участие мозжечок (латеральная область его коры) и базальные ядра (полосатое тело и бледное ядро). Информация от них поступает через таламус в моторную и премоторную области коры и далее к исполнительным центрам спинного мозга и скелетным мышцам. Механизм кольцевого регулирования является более древним фило генетически и возникает раньше в процессе индивидуального разви тия. Примерно к трем годам достаточное развитие получают зри тельные обратные связи, осуществляющие текущий зрительно-мо торный контроль, а с 5-6 лет происходит переход к текущему контро лю движений с участием проприоцептивных обратных связей. Этот механизм достигает значительного совершенства к 7-9 летнему воз расту, после чего начинается переход к формированию механизма центральных команд. К 10-11 годам повышение скорости произвольныхдвижений обеспечивается достаточным развитием процес сов предварительного программирования их пространственных и временных параметров. С этого возраста представлены оба механизмауправления произвольными движениями, дальнейшее совершен ствование которых продолжается вплоть до 17-19лет. 66 6.1.3. ТРИ ОСНОВНЫХ ФУНКЦИОНАЛЬНЫХ БЛОКА МОЗГА Среди многоэтажных систем нервных центров обобщенно можно выделить три основных функциональных блока (Лурия А. Р., 1973): 1)блок р е г у л я ц и и тонуса, у р о в н я б о д р с т в о в а н и я ; 2)блок приема, п е р е р а бот к и и х ра нения и н ф о р мации; 3)блок п р о г р а м м и р о в а н и я , р е г уля циии конт ро ля д в и г а т е л ь н о й д е я т е л ь н о с т и . К п е р в о м у ф у н к ц и о н а л ь н о м у б л о к у относятся неспецифические отделы нервной системы, в частности ретикуляр ная формация ствола мозга, которые модулируют функциональное со стояние вышележащих и нижележащих отделов, вызывая состояния сна, бодрствования, повышенной активности, увеличивая или уменьшая мощность двигательных реакций. В т о р о й ф у н к ц и о н а л ь н ы й б л о к расположен в задних отделах полушарий и включает в свой состав зрительные (затылоч ные), слуховые (височные), общечувствительные (теменные) об ласти коры и соответствующие подкорковые структуры. Первич ные (проекционные) корковые поля этого блока обеспечивают процессы ощущения, а вторичные поля — процессы восприятия, опознания информации. Высший отдел этого блока — третичные (ассоциативные нижнетеменные) поля, которые осуществляют сложные формы афферентного синтеза, создавая интегральный образ внешнего мира и обобщая сигналы, приходящие от левой и правой половины тела. Они формируют представления о «схеме тела» и «схеме пространства», обеспечивая пространственную ори ентацию движений. Т р е т и й ф у н к ц и о н а л ь н ы й б л о к расположен в передних отделах больших полушарий. В его состав входят первичные (мотор ные) и вторичные (премоторные) поля, а высшим отделом являются ассоциативные передне-лобные (или префронтальные) области (пе редние третичные поля). Этот блок с участием речевых функций вы полняет универсальную реакцию общейрегуляции поведения, форми руя намерения и планы, программы произвольных движений и конт роль за их выполнением. 6.2. РОЛЬ РАЗЛИЧНЫХ ОТДЕЛОВ ЦНС В РЕГУЛЯЦИИ П03Н0-Т0НИЧЕСКИХ РЕАКЦИЙ Мышечная деятельность включает в себя процессы осуществле ния двигательных актов и процессы поддержания позы тела. Эти процессы регулируются различными отделами ЦНС. 67 6.2.1. РОЛЬ СПИННОГО МОЗГА юироде рефлекторным Для При длительном растяжении vllFinnvi v тшяг -------» , д. жести возникает постоянное раздражение их проприорецепторов, потоки импульсов от которых проходят по толстым афферентным волокнам в спинной мозг, где передаются непосредственно (безуча стия вставочных нейронов) на альфа-мотонейроны передних рогов и двухнеиронные В Ы ЗЫ В аЮ Т 1U H M 4C LNU C п а м р л л ^ м м и ------- — " (или моносинаптические) рефлекторные дуги лежат в основе тони ческих с у х о ж и л ь н ы х (с рецепторов сухожилий) и м и о т а т и ч е с к и х р е ф л е к с о в н а р а с т я ж е н и е (с рецепторов мышечных веретен). Это рефлексы активного противодействия мышцы ее рас тяжению. В произвольной двигательной деятельности человека иногда требуется подавление этих рефлексов, например, при выпол нении шпагата. Степень тонического напряжения мышцы зависит от частоты им пульсов, посылаемых к ней альфа-мотонейронами. Однако, потоки этих импульсов могут регулироваться вышележащими этажами не рвной системы, в частности, неспецифическими отделами ствола мозга с помощью так называемой г а м м а ре гул я ц и и. Разряды гамма-мотонейронов спинного мозга под влиянием ретикулярной формации повышают чувствительность рецепторов мышечных ведлине ьфа повышая ее тонус. _____________________ __ ^ и _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ __ _ Г ¥ г » ч Г Л /1 l a i i r t A n «I тт VI п п а т л П U U L I Р П А Т А I/ 6.2.2. РОЛЬ КОРЫ ГОЛОВНОГО МОЗГА, МОЗЖЕЧКА И СТВОЛА МОЗГА В регуляции тонуса участвует также медленная часть пирамид ной системы и различные структуры экстрапирамидной системы (подкорковые ядра, красные ядра и черная субстанция среднего моз га, мозжечок, ретикулярная формация ствола мозга, вестибулярные ядра продолговатого мозга). Неспецифическая система вызывает общее изменение тонуса раз личных мышц: усиление тонуса осуществляет активирующий отдел ретикулярной формации среднего мозга, а угнетение — тормозящий отдел продолговатого мозга. В отличие от нее специфическая систе ма (моторные центры коры больших полушарий и ствола мозга) дей ствует избирательно, т. е. на отдельные группы мышц-сгибателей или разгибателей. Усиление тонуса мышц-сгибателей вызывают корковые влияния, передающиеся непосредственно к нейронам 68 спинного мозга по корково-спинномозговой (пирамидной) системе, а также через красные ядра (по корково-красноядерно-спинномозговой системе) и частично через ретикулярную формацию (по ретикуло-спинномозговой системе). В противоположность им, влияния, передающиеся через вестибулярные ядра продолговатого мозга к вставочным и двигательным нейронам передних рогов спинного мозга (по вестибуло-спинномозговым путям), вызывают тоническое повышение возбудимости мотонейронов мышц-разгибателей, что обеспечивает повышение тонуса этих мышц. Мозжечок формирует правильное распределение тонуса скелет ных мыши;. через красные ядра среднего мозга он повышаеттонус мышц-сгибателей, а через вестибулярные ядра продолговатого моз га — усиливает тонус мышц-разгибателей. В поддержании позы и равновесия тела, регуляции тонуса мышц основное значение имеет медиальная продольная зона мозжечка — кора червя. При мозжечко вых расстройствах падает тоническое напряжение мышц (атония) и вследствие ненормального распределения тонуса мышц конечностей возникает нарушение походки (атаксия). Бледное ядро угнетаеттонус мышц, а полосатое тело снижает его угнетающее действие. Высший контроль тонической активности мышц осуществляет кора больших полушарий, в частности ее моторные, премоторные и лобные области. С ее участием происходит выбор наиболее целесооб разной для данного момента позы тела, обеспечивается ее соответ ствие двигательной задаче. Непосредственное отношение к регуля ции тонуса мышц имеют медленные пирамидные н е й р о н ы п о л о ж е н и я . Корковые влияния на тонические реакции мышц пере даются через медленную часть пирамидного тракта и через экстрапирамидную систему. 6.2.3. РЕФЛЕКСЫ ПОДДЕРЖАНИЯ ПОЗЫ (УСТАНОВОЧНЫЕ) Специальная группа рефлексов способствует сохранению позы это так называемые у с т а н о в о ч н ы е р е ф л е к с ы . К ним относятся статические и стато-кинетическиерефлексы, в осуще ствлении которых большое значение имеют продолговатый и сред ний мозг. С т а т и ч е с к и е р е ф л е к с ы возникают при изменении положения тела или его частей в пространстве'. 1) при изменениях положения головы в пространстве — лабиринтные рефлексы, возни кающие при раздражении рецепторов вестибулярного аппарата, 2) шейные рефлексы-возникающ ие с проприорецепторовмыши шеи при изменении положения головы по отношению к туловищу, и 3) выпрямительные рефлексы — с рецепторов кожи, вестибулярного 69 отклонении головы назад наклоне ТОНУС МЫШЦ-СГИОателеи ^ іа и и ^ ш п ш п рефлекс)/ • -----— рямительного рефлекса происходят последовательные сокращения мышц шеи и туловища, а затем и конечностей. Этот рефлекс обеспе чивает вертикальное положение тела теменем кверху. У человека он проявляется, например, при нырянии. С т а т о - к и н е т и ч е с к и е р е ф л е к с ы компенсируют отклонения тела при ускорении или замедлении прямолинейного дви жения (лифтный рефлекс), а также при вращениях (отклонения головы, тела и глаз в сторону, противоположную движению). 1Іеремещение глаз со скоростью вращения тела, но в противоположную сто рону, и быстрое их возвращение в исходное положение — н и с т а г м г л а з — обеспечивает сохранение изображения внешнего мира на сетчатке глаз и тем самым зрительную ориентацию. ЕЛОВ Спинной мозг обеспечивает протекание многих элементарных двигательных рефлексов, включение которых в сложные двигатель ные акты и регуляция по мощности, пространственной ориентации и включения ловного мозга под контролем коры больших полушарий. _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ ___ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _. . . , л п Л м / п і т і і 4 Т і АТПРПОММ ГЛ . 6.3.1. РОЛЬ СПИННОГО МОЗГА И ПОДКОРКОВЫХ ОТДЕЛОВ ЦНС В РЕГУЛЯЦИИ ДВИЖЕНИЙ Спинной мозгосуществляетрядэ л е м е н т а р н ы х д в и г а т е л ь н ы х р е ф л е к с о в : рефлексы на растяжение (миотатические и сухожильные рефлексы, например, коленный рефлекс), кож ные сгибате/іъныерефлексы (например, защитный рефлекс отдерги вания конечности при уколах, ожогах), разгибательныерефлексы (рефлекс отталкивания от опоры, лежащий в основе стояния, ходь бы, бега), перекрестные рефлексы и др. Э л е м е н т а р н ы е д в и г а т е л ь н ы е р е ф л е к с ы вклю чаются в более сложные двигательные акты — регуляцию деятельно сти мышц-антагонистов, ритмических и шагательных рефлексов, лежащих в основе локомоций и других движений. Для сгибательного движения в суставе необходимо не только со кращение мышц-сгибателей, но и одновременное расслабление мышц-разгибателей. При этом в мотонейронах мышц-сгибателей возникает процесс возбуждения, а в мотонейронах мышц-разгибате лей — торможение. При разгибании сустава, наоборот, тормозятся центры сгибателей и возбуждаются центры разгибателей. Такие ко70 ординационные взаимоотношения между спинальными моторными центрами названы р е ц и п р о к н о й ( в з а и м о с о ч е т а н н о й ) и н н е р в а ц и е й м ы ш ц - а н т а г о н и с т о в . Однакореципрокные отношения между центрами мышц-антагонистов в необходимых си туациях (например, при фиксации суставов, при точностных движе ниях) могут сменяться одновременным их возбуждением. Составной частью различных сложных двигательных действий, как произвольных, так и непроизвольных, часто являются р и т м ич е с к и е р е ф л е к с ы . Это одна из форм древних и относительно простых рефлексов. Они особенно выражены при выполнении цик лической работы, включаются в ш а г а т е л ь н ы е р е ф л е к с ы . Основные механизмы шагательных движений заложены в спинном мозге. Специальные нейроны (спинальные локомоторные генерато ры) и многочисленные взаимосвязи внутри спинного мозга обеспе чивают последовательную активность различных мышц конечнос тей, согласование ритма и фаз движений, приспособление движений к нагрузке на мышцы. В среднем мозгу расположены нейроны «локо моторной области», которые включают этот механизм и регулируют мощность работы мышц, обеспечивая примитивную форму локомоции — без ориентации в пространстве. Нейроны промежуточной продольной зоны коры мозжечка согла суют позные реакции с движениями. Они выполняют также точ ные расчеты по ходу движений, необходимые для коррекции оши бок и адаптации моторных программ к текущей ситуации. Про граммирование каждого последующего шага осуществляется ими на основе анализа предыдущего. Кроме того производится согласо вание движений рук и ног, и особенно — регуляция активности мышц-разгибателей, обеспечивающих опорную фазу движения. Значение мозжечка в четком поддержании темпа ритмических движений объясняют геометрически правильным чередованием ря дов эфферентных клеток Пуркинье и походящих к ним афферент ных волокон. К управлению ритмическими движениями непосредственное от ношение имеют активирующие иугнетающие отделы ретикулярной формации, влияющие на силу и темп сокращения мышц, а также под корковые ядра, которые организуют автоматическое их протекание и содружественные движения конечностей. Включение древних форм ритмических движений (циклоидных) в акт письма позволяет челове ку перейти от отдельного начертания букв к обычной письменной скорописи. Тож е самое происходит при освоении акта ходьбы с переходом от отдельных шагов к ритмической походке. Плавность ритмических движений, четкое чередование реципрокных сокраще ний мышц обеспечивают премоторныеотделы коры. 71 6.3.2. РОЛЬ РАЗЛИЧНЫХ ОТДЕЛОВ КОРЫ БОЛЬШИХ ПОЛУШАРИЙ Функцией комплекса различных корковых областей является опре деление целесообразности локомоций, ихсмысла, ориентации в про странстве, перестройка программ движений в различных ситуациях, включение ритмических движений как составного элемента всложные акты поведения. Об участии разл ичных корковых областей в регуляции циклических движений можно судить по появлению в их электрической активности медленных потенциалов в темпе движения _ «меченых ритмов « ЭЭГ, а при редких движениях — по изме нениям огибающей амплитуду ЭЭГ кривой. В организации двигательных актов участвуют практически все отделы коры больших полушарий. М о т о р н а я о б л а с т ь к о р ы (прецентральная извилина) посылает импульсы к отдельным мыш цам, преимущественно к дистальным мышцам конечностей. Объе динение отдельных элементов движения в целостный акт («кинети ческую мелодию») осуществляют в т о р и ч н ы е п о л я п р е м о т о р н о й о б л а с т и . Они определяют последовательность двигательных актов, формируют ритмические серии движений, ре гулируют тонус мышц. П о с т ц е н т р а л ь н а я и з в и л и н а коры представляет собой общечувствительное поле, которое обеспечивает субъективное ощущение движений. Н и ж н е т е м е н н ы е о б л а с т и к о р ы (задние третичные поля) формируют представления о взаимном расположении различных частей тела и положении тела в пространстве, обеспечивают точную адресацию моторных команд к отдельным мышцам и пространственную ориентацию движений. Об л а с т и коры, о т н о с я щ и е с я к л и м б и ч е с к о й си с т е м е (нижние и внутренние части коры), ответственны за эмоциональную окраску движений и управление вегетативными их компо нентами. В высшей регуляции произвольных движений важнейшая роль при надлежит п е р е д н е - л о б н ы м о б л а с т я м (переднимтретичным полям). Здесь помимо обычных вертикальных колонок нейронов су ществует принципиально новый тип функциональной единицы — в форме замкнутого нейронного кольца. Циркуляция и м пульсов в этой замкну той системе обеспечивает кратковременную память. Она сохраняет в коре возбуждение между временем прихода сенсорных сигналов и формированием ответной эфферентной команды. Такой механизм служит основой сенсомоторной интеграции при программировании движений, при осуществлении зрительно-двигательных реакций. Функцией передне-лобной (третичной) области коры является со знательная оценка текущей ситуации и предвидение возможного бу дущего, выработка цели и задачи поведения, программирование про извольных движений, их контроль и коррекция. Соответствие вы72 полняемых действий поставленным задачам придает движениям чело века определенную целесообразность и осмысленность. При пораже нии лобных долей движения человека становятся бессмысленными. 6.3.3. РЕЧЕВАЯ РЕГУЛЯЦИЯ ДВИЖЕНИЙ Спецификой регуляции движений у человека является то, что они подчинены р е ч е в ы м в о з д е й с т в и я м , т. е. могут программироваться лобными долями в ответ на поступающие из вне словесные сигналы, а также благодаря участию внешней или внутренней речи (мышления) самого человека. В этой функции при нимают участие расположенные в левом полушарии человека сен сорный центр речи Вернике и моторный центр речи — центр Брока. Считают, что афферентная импульсация от речевой мускулатуры яв ляется важным ориентиром, дополняющим проприоцептивные сиг налы от работающих мышц, а формирующиеся наречевой основе изби рательные связи в коре облегчают составление моторных программ. Эта управляющая система еще не развита у ребенка 2-3 лет. Она появляется л ишь к 3-4 годам. Внешняя речь, сменяясь постепенно шепотом и переходя затем во внутреннюю речь, становится важным регулятором моторных действий взрослого человека. 6. 4. НИСХОДЯЩИЕ МОТОРНЫЕ СИСТЕМЫ Высшие отделы головного мозга осуществляют свои влияния на деятельность нижележащих отделов, в том числе спинного мозга, че рез нисходящие пути, которые группируют обычно в две основные нисходящие системы — пирамидную и экстрапирамидную. В настоящее время предлагают подразделять основные нисходя щие пути, исходя из расположения нервных окончаний в спинном мозге и функциональных различий, на следующие 2 системы: более молодую л а т е р а л ь н у ю , волокна которой оканчиваются в боковых (латеральных) частях спинного мозга и связанную преиму щественно с мускулатурой дистальных звеньев конечностей (сюда от носят корково-спинномозговую и красноядерно-спинномозговую системы), и древнюю м е д и а л ь н у ю , волокна которой оканчива ются во внутренних (медиальных) частях белого вещества, связан ную главным образом с мускулатурой туловища и проксимальных звеньев конечностей, состоящую из вестибуло-спинномозговой и ретикуло-спинномозговой систем. П и р а м и д н а я с и с т е м а выполняет 3 основные функции: • посылает мотонейронам спинного мозга импульсы — команды к движениям (пусковые влияния); 73 . изменяет проведение нервных импульсов во вставочных спи н ал ьн ы х н ей рон ах, облегчая протекание нужных в данный момент спинномозговых рефлексов, • осуществляет контроль за потоками афферентных сигналов в нервные центры, выключая постороннюю информацию и обеспечивая обратные связи от работающих мышц. Волокна пирамидной системы вызывают преимущественно воз буждение мотонейронов мышц-сгибателей, особенно вл ияя на от дельные мышцы и даже части мышц верхних конечностей, в частно сти на мышцы пальцев рук. Э к с т р а п и р а м и д н а я с и с т е м а оказывает обобщенные воздействия на п о з н о -тоническиереакции организма от коры, моз жечка, промежуточного мозга и подкорковых ядер. Влияния этой системы передаются через корково-красноядерно-спинномозговои путь, составляющий функционально единое целое с «медленной» подсистемой пирамидного тракта, и через более древнюю медиаль ную систему (вестибуло-спинномозговую и ретикуло-спинномозговую системы). Таким образом, среди нисходящих моторных систем, осуществ ляющих функцию контроля активности мотонейронов спинного Кора больших полушарий Средний мозг Продолго ватый мозг Фазн. Спинной мозг Мышца Рис. 15. Схема основных нисходящих путей регуляции двигательной деятельности I __ быстрая подсистема и 2 — медленная подсистема корково-спиномозго вого пути (пирамидного тракта); 3 — корково-красноядерно-спиномозго вой путь. Латеральная система — /, 2, 3. Медиальная система — 4, 5. М — мотонейрон спинного мозга , получающий фазные ( Фазн.) и тонические (Тонич.) возбуждающие (+ ) и тормозящие (—) влияния. 74 мозга, можно выделить одну часть, которая обусловливает ф а з н у ю двигательную деятельность — это «быстрая» подсистема пирамид ного тракта, и другую часть — остальные нисходящие системы, ко торые обеспечивают регуляцию т о н у с а мышц и позных реакций организма. Изэтих систем три системы беспечивают повышение воз будимости мотонейронов мышц-сгибателей (корково-спинно моз говая, корково-красноядерно-спинномозговая и корково-ретикуло-спинномозговая), я система (вестибуло-спинномозгопая) — тормозит эти мотонейроны (рис. 15). 7. СЕНСОРНЫЕ СИСТЕМЫ Сложные акты поведения человека во внешней среде требуют постоянного анализа окружающего мира, а также осведомленности нервных центров о состоянии внутренних органов. Специальные нервные аппараты, служащие для анализа внешних и внутренних раздражений, И. П. Павлов назвал а н а л и з а т о р а м и . Современ ное представление об анализаторах как сложных многоуровневых системах, передающих информацию от рецепторов к коре и вклю чающих регулирующие влияния коры на рецепторы и нижележа щие центры, привело к появлению более общего понятия с е н с о р ные системы. 7.1. ОБЩИЙ ПЛАН ОРГАНИЗАЦИИ И ФУНКЦИИ СЕНСОРНЫХ СИСТЕМ В составе сенсорной системы раз/іичают 3 отдела: 1 ) п е р и ф е р и ч е с к и й, состоящий из рецепторов, воспринимающих определен ные сигналы, и специальных образований, способствующих работе рецепторов (эта часть представляет собой органы чувств — глаз, ухо и др.); 2) п р о в о д н и к о в ы й , включающий проводящие пути и подкорковые нервные центры; 3) к о р к о в ы й — области коры большихполушарий, которым адресуется данная информация. Нервный путь, связывающий рецептор с корковыми клетками, обычно состоит из четырех нейронов: первый, чувствитыьный ней рон расположен вне ЦНС — в спинномозговых узлах или узлах че репномозговых нервов (спиральном узле улитки, вестибулярном узле и др.); второй нейрон накопится в спинном, продолговатом или среднем мозге; третий нейрон — в релейных (переключательных) ядрах таламуса (промежуточный мозг); четвертый нейрон представ ляет собой корковую клетку проекционной зоны коры больших по лушарий. О с н о в н ы е ф у н к ц и и с е н с о р н ы х систем: 75 • сбор и обработка информации о внешней и внутренней среде организма^ . |АПГ1||Т • осуществление обратных связей, информирующих нервные центры о результатах деятельности; • поддержание нормального уровня (тонуса) функционального со стояния мозга. Разложение сложностей внешнего и внутреннего мира на отдель ные элементы и их анализ И. П. Павлов считал основной функцией сенсорных систем (анализаторов). Помимо первичного сбора инфор мации важной функцией сенсорных систем является также осуще ствление обратных связей о результатах деятельности организма. Для уточнения и совершенствования различных действий человека, в первую очередь двигательных, ЦНС должна получать информа цию о силе и длительности выполняемых сокращений мышцами, о скорости и точности перемещений тела или рабочих снарядов, об из менениях темпа движений, о степени достижения поставленной цели ит. п. Без этой информации невозможно формирование и совершен ствование двигательных навыков, втом числе спортивных, затруднен но совершенствование техники выполняемых упражнений. Наконец, сенсорные системы вносят свой вклад в регуляцию функционального состояния организма. Импульсация, идущая от различ ных рецепторов в кору больших полушарий как по специфическим, так и по неспецифическим путям, является существенным условием поддержания нормального уровня ее функционального состояния. Искусственное выключение органов чувств в специальных экспери ментах на животных приводило к резкому снижению тонуса коры и засыпанию. Такое животное просыпалосьлишь во время кормления и при позывах к мочеиспусканию или опорожнению кишечника. 7.2. КЛАСИФИКАЦИЯ И МЕХАНИЗМЫ ВОЗБУЖДЕНИЯ РЕЦЕПТОРОВ Р е ц е п т о р а м и называются специальные образования, транс формирующие ( преобразующие) энергию внешнего раздражения в спе цифическую энергию нервного импульса. Все рецепторы по характеру воспринимаемой среды делятся на э к с т е р о р е ц е п т о р ы , принимающие раздражения из внешней среды, (рецепторы органов слуха, зрения, обоняния, вкуса, осяза ния), и н т е р о р е ц е п т о р ы , реагирующие на раздражения из внутренних органов, и п р о п р и о р е ц е п т о р ы , воспринимающие раздражения из двигательного аппарата (мышц, сухожилий, сустав ных сумок). По виду воспринимаемыхраздражений различают х е м о р е ц е п т о р ы (рецепторы вкусовой и обонятельной сенсорных систем, хе76 морецепторы сосудов и внутренних органов); м е х а н о р е ц е п т о ры (проприорецепторы двигательной сенсорной системы, бароре цепторы сосудов, рецепторы слуховой, вестибулярной, тактильной и болевой сенсорных систем); ф о т о р е ц е п т о р ы (рецепторы зрительной сенсорной системы) и т е р м о р е ц е п т о р ы (рецепторы температурной сенсорной системы кожи и внутренних органов). По характеру связи с раздражителем различают д и с т а н т н ы е р е ц е п т о р ы , реагирующие на сигналы от удаленных источников и обусловливающие предупредительные реакции организма (зри тельные и слуховые) и к о н т а к т н ы е , принимающие непосред ственные воздействия (тактильные и др.) По структурным особенностям различают п е р в и ч н ы е и в т о р и ч н ы е р е ц е п т о р ы . Первичные рецепторы — это окончания чувствительных биполярных клеток, тело которых нахо дится вне ЦНС, один отросток подходит к воспринимающей раздра жение поверхности, адругой направляется в ЦНС (например, про приорецепторы, терморецепторы, обонятельные клетки). Вторич ныерецепторы п редета вле н ы с пе ци ал и з и рова н н ым и реце птори ы ми клетками, которые расположены между чувствительным нейроном и точкой приложения раздражителя (например, фоторецепторы глаза). В первичных рецепторах энергия внешнего раздржителя непосред ственно преобразуется в нервный импульс в одной и той же клетке. В периферическом окончании чувствительных клеток при действии раздражителя возникает повышение проницаемости мембраны и ее деполяризация, возникает местное возбуждение— р е ц е п т о р н ы й п о т е н ц и ал, который, достигнув пороговой величины, обусловли вает появление потенциаладействия, распространяемого по нервно му волокну к нервным центрам. Во вторичныхрецепторах раздражитель вызывает появление рецеп торного потенциала в клетке-рецепторе. Ее возбуждение приводит к Ш выделению медиатора в пресинаптическои части контакта кле гки-рецептора с волокном чувствительного нейрона. Местное возбуждение этого волокна отражается появлением возбуждающего постсинаптического потенциала или так называемого г е н е р а т о р н о г о п о т е н ц и а л а . При достижении порога возбудимости в волокне чувстви тельного нейрона возникает потенциал действия, несущий информа цию в ЦНС. Таким образом, во вторичных рецепторах одна мет ка преобразует энергию внешнегораздражите^ія в рецепторный потенци ал, а другая — в генераторный потенциа/і и потенциал действия. I ft Шг 1 I Hi ■'Wi l • 7 .3 . СВОЙСТВА РЕЦЕПТОРОВ Главным свойством рецепторов является их и з б и р а т е л ь н а я чувствитеііьность к адекватным раздражите/іям. Бол ьш и нство ре 77 цепторов настроено на восприятие одного вида (модальности) раздраЦС11 l u p u D n a u i p _________ ГТПСІ Н И Х П Я Ч П П Я специфическим для Г и Г ям чуТ— Юность рецепторов чрезвычайно высока. ВозбуZ lo c n ,, рецептора измеряется минимтьноа величиной энергии адекватногораздражителя, которая необходима для возникновения возбуждения, т.е. п о р о г о м в о з б у ж д е н и я . ____ * ■ ' f ^ || ДругиИ/ГВ t o i / n u n u w r » ----- ’ п о р о г о в для адекватныхраздражителей Например, в чина возбуждение фоторецепторов ж H O J Н И К Н У І D II и VI I ~ ---------------J , - [ЛЯ нагревания 1 мл воды на 1°С в течение 60000 лет. Возбуждение рецеп торов может возникать и при действии неадекватных раздражителен (например, ощущение света в зрительной системе при механических .. ^пп./тгмліо/ч-иутіппяженияхУ Однако в этом случае пороги воз буждения (дифференциальные) А б с о л ю т н ы е п о р о г и измеряются минимально ощущаемой величиной раздражителя. Д и ф ф е р е н ц и а л ь н ы е п о р о г и представляют собой минимальную разницу между двумя интенсив ностями раздражителя, которая еще воспринимается организмом (различия в цветовых оттенках, яркости света, степени напряжения мышц, суставных углах и пр.). Фундаментальным свойством всего живого является а д а п т а ц и я , т .е. приспособляемость к условиям внешней среды. Адаптаци онные процессы охватывают не только рецепторы, но и все звенья сенсорных систем. Адаптация периферических элементов проявля ется в том, что пороги возбуждения рецепторов не являются постоян ной величиной. Путем повышения порогов возбуждения, т. е. сниже ния чувствительности рецепторов происходит приспособление к длимонотоннымраздражениям одежды непрерывного тикания часов. По скорости адаптации к длительным раздражениям рецепторы подразделяют на быстро адаптирующиеся ( ф а з н ы е ) и медленно адаптирующиеся ( т о н и ч е с к и е ) . Фазные рецепторы реагируют л ишь в начале или при окончании действия раздражителя одним-двумя импульсами (например, кожные рецепторы давления—тельца Пачини), а тонические продолжают посылать в ЦНС неослабевающую информацию в течение длительного времени действия раздражителя (например, так называемые вторичные окончания в мышечных вере тенах, которые информируют ЦНС о статических напряжениях). понижением возбудимости рецепторов мешения в темное происходит постепенное повышение возбудимое78 ти фоторецепторов глаза, и человек начинает различать слабо осве щенные предметы—это так называемая т е м н о в а я а д а п т а ц и я . Однако такая высокая возбудимость рецепторов оказывается чрез мерной при переходе в ярко освещенное помещение («свет режет гла за»). В этих условиях возбудимость фоторецепторов быстро снижа ется — происходит с в е т о в а я а д а п т а ц и я . Нервная система тонко регулирует чувствительность рецепто ров в зависимости от потребностей момента путем э ф ф е р е н т н о й р е г у л я ц и и рецепторов. В частности, при переходе от состояния покоя к мышечной работе чувствительность рецепторов двигательного аппарата заметно возрастает, что облегчает восприя тие информации о состоянии опорно-двигательного аппарата (гам ма-регуляция). Механизмы адаптации к различной интенсивности раздражителя могут затрагивать не только сами рецепторы, но и другие образования в органах чувств. Например, при адаптации к различной интенсивности звука происходит изменение подвижно сти слуховых косточек (молоточка, наковальни и стремячка) в среднем ухе человека. 7.4. КОДИРОВАНИЕ ИНФОРМАЦИИ Амплитуда и длительность отдельных нервных импульсов (потен циалов действия), поступающих от рецепторов к центрам, приразных раздражениях остаются постоянными. Однако рецепторы переда ют в нервные центры а д е к в а т н у ю информацию не только о характере, но и о силе действующего раздражителя. Информация об изменениях интенсивности раздражителя кодируется (преобразует ся в форму нервного импульсного кода) двумя способами: 1) изменением ч а с т о т ы и м п у л ь с о в , идущих по каждому из нервных волокон от рецепторов к нервным центрам, и 2) измене нием ч и с л а и р а с п р е д е л е н и я импульсов — их количества в пачке, интервалов между пачками, продолжительности отдельных пачек импульсов, числа одновременно возбужденных рецепторов и соответствующих нервных волокон (разнообразная пространствен но-временная картина этой импульсации, богатая информацией, на зывается п а т т е р н о м ) . Чем больше интенсивность раздражителя, тем больше частота афферентных нервных импульсов и их количество. Это обусл о вл и ва ется тем, что нарастание силы раздражителя приводит к увеличению деполяризации мембраны рецептора, что, в свою очередь, вызывает увеличение амплитуды генераторного потенциала и повышение час тоты возникающих в нервном волокне импульсов. Между логариф мом силы раздражения и числом нервных импульсов существует прямо пропорциональная зависимость. 79 Имеется еще одна ции. Избирательная чувств дражителям информа ‘еиепторов к адекватным разпяяличные виды действующей на с ™ .» - ^ ^ S s= 5 3 =s==s 7.5. ЗРИТЕЛЬНАЯ СЕНСОРНАЯ СИСТЕМА служит для восприятия и анализа Зрительная сенсорная . ееетовых раздражений. Через нее человек п о л у т а ^ ^ О ^ И * информации о внешней среде, ^лаз человека воспринимаетсютовые л у ч и лишь в видимой части спектра - в диапазоне от 400 до 800 нм. 7 .5.1. ОБЩИЙ ПЛАН ОРГАНИЗАЦИИ Зрительная сенсорная система состоит из следующих отделов: О п е р и ф е р и ч е с к и й о т д е л - это сложный вспомогательный фоторецепторы орган лярных) и 2-х (танглиозных) нейронов; п о в о д н и к о в ы й о т д е л - зрительный нерв (вторая пара черепно-мозговых нервов), представляющий собой волокна 2-ых нейронов и частично перекрещивающийся в хиазме, передает ин формацию третьим нейронам, часть которых расположена в пере днем двухолмии среднего мозга, другая часть — в ядрах промежуточ ного мозга, так называемых наружных коленчатых телах, 3) к о р к о в ы й о т д е л — 4-е нейроны находятся в 17 поле затылочной области коры больших полушарий. Это образование представляет собой первичное (проекционное) поле или ядро аналисоторого является возникновение ощущении. Ряфункцией ся вторичное поле или периферия анализатора (18 и 19 поля), функция которого — опознание и осмысливание зритель ных ощущений, что лежит в основе процесса восприятия. Дальней шая обработка и взаимосвязь зрительной информации с информаци ей от других сенсорных систем происходит в ассоциативных задних третичных полях коры — нижнетеменных областях. ' 1 2 ) / I V / IYJL I * 4 ... . . ..... -- - -- - т «V П П Л Т Ю I __V I Г \1 Я П С % - Р V I I I AJ*« * » “ “ J l 7.5.2. СВЕТОПРОВОДЯЩИЕ СРЕДЫ ГЛАЗА И ПРЕЛОМЛЕНИЕ СВЕТА (РЕФРАКЦИЯ) Г л а з н о е я б л о к о представляет собой шаровидную камеру диаметром около 2.5 см, содержащую светопроводящие среды —рого80 вицу, влагу передней камеры, хрусталик и студнеобразную жидкость — стекловидное тело, назначение которых преломлять световые лучи и фокусировать их в области расположения рецепторов на сетчатке. Стенками камеры служат 3 оболочки. Наружная непрозрачная обо лочка — с к л е р а переходит спереди в прозрачную р о г о в и ц у . Средняя с о с у д и с т а я о б о л о ч к а в передней части глаза образует р е с н и ч н о е т е л о и р а д у ж н у ю о б о л о ч к у , обусловлива ющую цвет глаз. В середине радужной оболочки (радужки) имеется отверстие — з р а ч о к , регулирующий количество пропускаемых световых лучей. Диаметр зрачка регулируется зрачковым рефлек сом, центр которого находится в среднем мозге. Внутренняя с е т ч а т а я о б о л о ч к а ( с е т ч а т к а ) или р е т и н а , содержит ф о т о р е ц е п т о р ы глаза — палочки и колбочки и служит для преобразова ния световой энергии в нервное возбуждение. Светопреломляющие среды глаза, преломляя световые лучи, обеспечивают четкое изобра жение на сетчатке. Основными преломляющими средами глаза челове ка являются роговица и хрусталик. Лучи, идущие из бесконечности через центр роговицы и хрусталика (т. е. через главную оптическую ось глаза) перпендикулярно к их поверхности, не испытывают пре ломления. Все остальные лучи преломляются и сходятся внутри ка меры глаза в одной точке — ф о к у с е . Приспособление глаза к четко му видению различно удаленных предметов (его фокусирование) на зывается а к к о м о д а ц и е й . Этот процесс у человека осуществля ется за счет изменения кривизны хрусталика. Ближняя точка ясного видения с возрастом отодвигается (от 7 см в 7-10 лет до 75 см в 60 лет и более), так как снижается эластичность хрусталика и ухудшается аккомодация. Возникает с т а р ч е с к а я д а л ь н о з о р к о с т ь . В норме длинник глаза соответствует преломляющей силе глаза. Однако у 35% людей имеются нарушения этого соответствия. В слу чае б л и з о р у к о с т и длинник глазабольше нормы и фокусировка лучей происходит перед сетчаткой, а изображение на сетчатке стано вится расплывчатым. В д а л ь н о з о р к о м глазу, наоборот, длин ни к глаза меньше нормы и фокус располагается за сетчаткой. В результа те изображение на сетчатке тоже расплывчато. 7.5.3. ФОТОРЕЦЕПЦИЯ Ф о т о р е ц е п т о р ы глаза (палочки и колбочки) — это высокоспе циализированные клетки, преобразующие световые раздражения в не рвное возбуждение. Фоторецепция начинается в наружных сегментах этих клеток, где на специальных дисках, как на полочках, располо жены молекулы зрительного пигмента (в палочках родопсин, в колбочках — разновидности его аналога). Под действием света про исходит ряд очень быстрых превращений и обесцвечивание зритель81 ного пигмента. В ответ на стимул эти рецепторы, в отличие от всех других рецепторов, формируют рецепторный потенциал в виде тор мозных изменений на мембране клетки. Другими словами, на свету происходит гиперполяризация мембран рецепторных клеток, а в темноте — их деполяризация, т. е. стимулом для них является темно та, а не свет. При этом в соседних клетках происходят обратные из менения, что позволяет отделить светлые и темные точки про странства. Фотохимические реакции в наружных сегментах фото рецепторов вызывают изменения в мембранах остальной части ре цепторной клетки, которые передаются биполярным клеткам (первым нейронам), а затем и ганглиозным клеткам (вторым нейро нам), от которых нервные импульсы направляются в головной мозг! Часть ганглиозных клеток возбуждается на свету, часть — в темноте. • • Палочки, рассеянные преимущественно по периферии сетчатки (их 130 млн), и колбочки, расположенные преимущественно в цент ральной части сетчатки (их 7 млн), различаются по своим функциям (рис. 16-А). П а л о ч к и обладают более высокой чувствительнос тью, чем колбочки, и являются органами сумеречного зрения. Они воспринимают черно-белое ( бесцветное) изображение. К о л б о ч к и представляют собой органы дневного зрения. Они обеспечивают цветное зрение. Существует 3 вида колбочек у человека: восприни мающие преимущественно красный, зеленый и сине-фиолетовый цвет. Разная их цветовая чувствительность определяется различиями в зрительном пигменте.Комбинации возбуждения этих приемников разных цветов дают ощущуния всей гаммы цветовых оттенков, а рав номерное возбуждение всех трех ти пов колбочек—ощущение белого цвета. При нарушении функции колбочек наступает цветовая слепо та (дальтонизм), человек перестает различать цвета, в частности, красный и зеленый цвет. Это заболевание отмечается у 8% мужчин и у 0.5% женщин. і ■ 7.5.4. ФУНКЦИОНАЛЬНЫЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ ЗРЕНИЯ Важными характеристиками органа зрения являются острота и поле зрения О с т р о т о й з р е н и я называется способность различать отдельные объекты. Она измеряется минимальным углом, при кото ром две точки воспринимаются как раздельные, — примерно 0.5 уг ловой минуты. В центре сетчатки колбочки имеют более мелкие раз меры и расположены гораздо плотнее, поэтому способность к про странственному различению здесь в 4-5 раз выше, чем на периферии сетчатки. Следовательно, центральное зрение отличается более вы сокой остротой зрения, чем периферическое зрение. Для детального 82 Мышечное веретено Б Сухожильный Рис. 16. Рецепторы сенсорных систем А: фоторецепторы. Колбочки (1) и палочки (2). Б: слуховые рецепторы. 1 — вестибулярная лестница, 2 — барабанная лестница, 3 — перепончатый канал улитки, 4 — вестибулярная мембрана , 5 — основная мембрана, 6 — покровная мембрана , 7 — волосковые клетки , g — афферентные нервные волокна, 9 — нервные клетки спирального ганглия (первые нейроны). В и Г: вестибулярные рецепторы. В — отолитовый аппарат. 1 — отолитовая мембрана , 2 — отолиты (кристаллы углекислого кальция), 3 — волосковые рецепторные клетки , 4 — волокна вестибулярного нерва. Г — полукружные каналы. 1— волокно вестибулярного нерва, 2 — ампула , 3 — купула с волосковыми рецепторными клетками, 4 — полукружный канал. Стрелки показывают направление колебаний купулы при инерционных смещениях эндолимфы. Д: проприорецепторы. Мышечное веретено. I — афферентное нервное волокно, 2 — экстрафузальные мышечные волокна (перерезаны), 3 — внутриверетенные (интрафузальные) мышечные волокна , 4 — оболочка веретена , 5 — ядра, 6 — ядерная сумка , 7 — чувствительные нервные окончания, 8 — эфферентные нервные гамма-волокна , 9 — сухожилие. Сухожильный орган. I — афферентное нервное волокно, 2 — мышечные волокна , 3 — сухожилие, 4 — капсула , 5 — чувствительные нервные окончания. разглядывания предметов человек поворотом головы и глаз перемещаетих изображение в центр сетчатки. Острота зрения зависит не только от густоты рецепторов, но и от четкости изображения на сетчатке, т. е. от преломляющих свойств глаза, от степени аккомодации, от величины зрачка. В водной среде преломляющая сила роговицы снижается, так как ее коэффициент преломления близок к коэффициенту воды. В результате под водой острота зрения уменьшается в 200 раз. П о л е м з р е н и я называется часть пространства, видимая при неподвижном положении глаза. Для черно-белых сигналов поле зре ния обычно ограничено строением костей черепа и положением в глазницах глазных яблок. Для цветных раздражителей поле зрения меньше, так как воспринимающие их колбочки находятся в цент ральной части сетчатки. Наименьшее поле зрения отмечается для зе леного цвета. При утомлении поле зрения уменьшается. Человек обладает б и н о к у л я р н ы м з р е н и е м , т.е. зрением двумя глазами. Такое зрение имеет преимущество перед моноокулярным зрением (одним глазом) в восприятии глубины простран ства, особенно на близких расстояниях (менее 100м). Четкость та кого восприятия (глазомер) обеспечивается хорошей координацией движения обоих глаз, которые должны точно наводиться на рассмат риваемый объект. В этом случае его изображение попадает на иден тичные точки сетчатки (одинаково удаленные от центра сетчатки) и человек видит одно изображение. Четкий поворот глазных яблок за висит от работы наружных мышц глаза — его глазодвигательного ап парата (четырех прямых и двух косых мышц), другими словами, от м ы ш е ч н о г о б а л а н с а г л а з а . О днакоидеа,іьныймышечный баланс глаза или ортофория имеется лишьу 40%людей. Его наруше ние возможно в результате утомления, действия алкоголя и пр., а также как следствие дисбаланса мышц, что приводит к нечеткости и раздвоению изображения (гетерофория). При небольших наруше ниях сбалансированности мышечных усилий наблюдается неболь шое скрытое (или физиологическое) косоглазие, которое в бодром состоянии человек компенсирует волевой регуляцией, а при значи тельных — явное косоглазие. Глазодвигательный аппарат имеет важное значение в восприятии скорости движения, которую человек оценивает либо по скорости перемещения изображения по сетчатке неподвижного глаза, либо по скорости движения наружных мышц глаза при следящих движениях глаза. Изображение, которое видит человек двумя глазами, прежде всего определяется его ведущим глазом. В е д у щ и й г л а з обладает более высокой остротой зрения, мгновенным и особенно ярким восприя тием цвета, более обширным полем зрения, лучшим ощущением глу84 бины пространства. При прицеливании воспринимается л ишь то, что входит в поле зрения этого глаза. В целом, восприятие объекта в большей мере обеспечивается ведущим глазом, а восприятие окружа ющего фона — неведущим глазом. 7.6. СЛУХОВАЯ СЕНСОРНАЯ СИСТЕМА Слуховая сенсорная система служит для восприятия и анализа звуковых колебаний внешней среды. Она приобретает у человека осо бо важное значение в связи с развитием речевого общения между людьми. Деятельность слуховой сенсорной системы имеет также значение для оценки временных интервалов — темпа и ритма дви жений. 7.6.1. ОБШИЙ ПЛАН ОРГАНИЗАЦИИ Слуховая сенсорная система состоит из следующих разделов: ^ п е р и ф е р и ч е с к и й о т д е л , который представляет собой сложный специализированный орган, состоящий из наружного, среднего и внутреннего уха; 2 ) п р о в о д н и к о в ы й о т д е л — первый нейрон проводнико вого отдела, находящийся в в спиральном узле улитки, получает воз буждение от рецепторов внутреннего уха, отсюда информация по ступает по его волокнам, т. е. по слуховому нерву (входящему в 8 пар черепно-мозговых нервов) ко второму нейрону в продолговатом мозге и после перекреста часть волокон идет к третьему нейрону в заднем двухолмии среднего мозга, а часть к ядрам промежуточного мозга — внутреннему коленчатому телу; 3) к о р к о в ы й о т д е л — представлен четвертым нейроном, который находится в первичном (проекционном) слуховом поле в височной области коры больших полушарий и обеспечивает возник новение ощущения, а более сложная обработка звуковой информа ции происходит в расположенном рядом вторичном слуховом поле, отвечающем за формирование восприятия и опознание информа ции. Полученные сведения поступают в третичное поле нижнете менной зоны, где интегрируются с другими формами информации. 7.6.2. ФУНКЦИИ НАРУЖНОГО, СРЕДНЕГО И ВНУТРЕННЕГО УХА Н а р у ж н о е у х о является звукоулавливающим аппаратом. Звуковые колебания улавливаются ушными раковинами (у живот ных они могут поворачиваться к источнику звука) и передаются по наружному слуховому проходу к барабанной перепонке, которая от- деляет наружное ухо от среднего. Улавливание звука и весь проц слушания двумя ушами - так называемый б и н а у р а л ь н ы и CJIVX_ имеет значение для определения направления звука. Звуко вые колебания, идущие сбоку, доходят до ближайшего уха на не сколько десятитысячных долей секунды (0.0006 с) раньше, чем до другого. Этой ничтожной разницы во времени прихода звука к обо им ушам достаточно, чтобы определить его направление. С р е д н е е у х о является звукопроводящим аппаратом, и н о представляет собой воздушную полость, которая через слуховую (Евстахиеву) трубу соединяется с полостью носоглотки. Колебания от барабанной перепонки через среднее ухо передают соединенные друг с другом 3 слуховые косточки — молоточек, наковальня и стремячко, а последнее через перепонку овального окна передает эти коле бания жидкости, находящейся во внутреннем ухе, - п е р и л и м ф е. Благодаря слуховым косточкам амплитуда колебаний уменьшается а сила их увеличивается, что позволяет приводить в движение столб жидкости во внутреннем ухе. При сильных звуках специальные мышцы уменьшают подвижность барабанной перепонки и слуховых косточек, адаптируя слуховой аппарат к таким изменениям раздра жителя и предохраняя внутреннее ухо от разрушения. Благодаря со единению через слуховую трубу воздушной полости среднего уха с полостью носоглотки возникает возможность выравнивания давле ния по обе стороны барабанной перепонки, что предотвращает ее разрыв при значительных изменениях давления во внешней среде — при погружениях под воду, подъемах на высоту, выстрелах и пр. Это б а р о ф у н к ц и я у х а . В н у т р е н н е е у х о является звуковоспринимающим аппаратом. Оно расположено в пирамидке височной кости и содержит у л и т к у , которая у человека образует 2.5 спиральных витка. Улитковый канал разделен двумя перегородками основной мембраной и вестибулярной мембраной на 3 узких хода: верхний (вестибулярная лестница), сред ний (перепончатый канал) и нижний (барабанная лестница). На вер шине улитки имеется отверстие, соединяющее верхний и нижний каналы в единый, идущий от овального окна к вершине улитки и далее к круглому окну. Полость его заполнена жидкостью перилимфой, а полость среднего перепончатого канала заполнена жидко стью иного состава — эндолимфой. В среднем канале расположен звуковоспринимаюший аппарат— К о р т и е в о р г а н , в котором находятся механорецепторы звуковых колебаний — волосковые клетки. 7.6.3. ФИЗИОЛОГИЧЕСКИЙ МЕХАНИЗМ ВОСПРИЯТИЯ ЗВУКА Восприятие звука основано на двух процессах, происходящих в улитке: 1) разделение звуков различной частоты по месту их наиболь86 шего воздействия на основную мембрану улитки и 2) преобразование рецепторными клетками механических колебаний в нервное возбуж дение. Звуковые колебания, поступающие во внутреннее ухо через овальное окно, передаются перилимфе, а колебания этой жидкости приводят к смещениям основной мембраны. От высоты звука зави сит высота столба колеблющейся жидкости и соответственно место наибольшего смещения основной мембраны: звуки высокой частоты дают наибольший эффект на начале основной мембраны, а низких частот—доходят до вершины улитки. Таким образом, приразличных по частоте звуках возбуждаются разные волосковые клетки и раз ные нервные волокна, т. е. осуществляется пространственный код. Увеличение силы звука приводит к увеличению числа возбужден ных волосковых клеток и нервных волокон, что позволяет различать интенсивность звуковых колебаний. Волоски рецепторых клеток погружены в п о к р о в н у ю м е м б р а н у . При колебаниях основной мембраны начинают смещаться находящиеся на ней волосковые клетки и их волоски механически раздражаются покровной мембраной. В результате в волосковых ре цепторах возникает процесс возбуждения, который по афферентным волокнам направляется к нейронам спирального узла улитки и далее в ЦНС (рис. 16-Б). Различают к о с т н у ю и в о з д у ш н у ю п р о в о д и м о с т ь звука. В обычных условиях у человека преобладает воздушная про водимость — проведение звуковых колебаний через наружное и среднее ухо к рецепторам внутренего уха. В случае костной проводи мости звуковые колебания передаются через кости черепа непосред ственно улитке (например, при нырянии, подводном плавании). Человек обычно воспринимает звуки с частотой от 15 до 20000 Гц (в диапазоне 10-11 октав). У детей верхний предел достигает 22000 Гц, с возрастом он понижается. Наиболее высокая чувствительность обнаружена в области частот от 1ОООдо 3000 Гц. Эта область соответ ствует наиболее часто встречающимся частотам человеческой речи и музыки. 7.7. ВЕСТИБУЛЯРНАЯ СЕНСОРНАЯ СИСТЕМА Вестибулярная сенсорная система служит для анализа положе ния и движения тела в пространстве. Это одна из древнейших сенсорных систем, развившаяся в условиях действия силы тяжес ти на земле. Импульсы вестибулярного аппарата используются в организме для поддержания равновесия тела, для регуляции и со хранения позы, для пространственной организации движений че ловека. 87 7.7.1. ОБЩИЙ ПЛАН ОРГАНИЗАЦИИ Вестибулярная сенсорная система состоит из следующих отделов: ^ п е р и ф е р и ч е с к и й о т д е л включает два образования, содержащие механорецепторы вестибулярной системы — преддверие (мешочек и маточка) и полукружные каналы, 2) п р о в о д н и к о в ы й о т д е л начинается от рецепторов волокнами биполярной клетки (первого нейрона) вестибулярного узла, расположенного в височной кости, другие отростки этих ней ронов образуют вестибулярный нерв и вместе со слуховым нервом в составе 8-ой пары черепно-мозговых нервов входят в продолговатый мозг; в вестибулярных ядрах продолговатого мозга находятся вторые нейроны, импульсы от которых поступают к третьим нейронам вталамусе (промежуточный мозг); 3 ) к о р к о в ы й о т д е л представляют четвертые нейроны, часть которых представлена в проекционном (первичном) поле вестибу лярной системы в височной области коры, а другая часть находится в непосредственной близости к пирамидным нейронам моторной об ласти коры и в постцеигральной извилине. Точная локализация кор кового отдела вестибулярной сенсорной системы у человека в насто ящее время не установлена. 7.7.2. ФУНКЦИОНИРОВАНИЕ ВЕСТИБУЛЯРНОГО АППАРАТА Периферический отдел вестибулярной сенсорной системы нахо дится во внутреннем ухе. Каналы и полости в височной кости образу ют костный лабиринт вестибулярного аппарата, который частично заполнен перепончатым лабиринтом. Между костным и перепонча тым лабиринтами находится жидкость — перилимфа, а внутри пере пончатого лабиринта — эндолимфа. А п п а р а т п р е д д в е р и я предназначен для анализа действия силы тяжести при изменениях положения тела в пространстве и ус корений прямолинейного движения. Перепончатый лабиринт преддве рия разделен на 2 полости —мешочек иматочку, содержащих о т о л и т о в ы е п р и б о р ы . Механорецепторыотолитовыхприборов представляют собой волосковые клетки. Они склеены студнеобраз ной массой, образующей поверх волосков отолитовуюмембрану, в которой находятся кристаллы углекислого кальция — о т о л и т ы (рис. 16-В). В маточке отолитовая мембрана расположена в горизон тальной плоскости, а в мешочке она согнута и находится во ф рон тальной и сагиттальной плоскостях. При изменении положения го ловы и тела, атакже при вертикальных или горизонтальных ускоре ниях отолитовые мембраны свободно перемащаются под действием 88 силы тяжести во всех трех плоскостях, натягивая, сжимая или сгибая при этом волоски механорецепторов. Чем больше деформация во лосков, тем выше частота афферентных импульсов в волокнах вести булярного нерва. А п п а р а т п о л у к р у ж н ы х к а н а л о в служит для анализа действия центробежной силы при вращательных движениях. Адекватным его раздражителем является угловое ускорение. Т ри дуги по лукружных каналов распложены в трех взаимно перпендикулярных плоскостях: передняя — во фронтальной плоскости, боковая — в го ризонтальной, задняя — в сагиттальной. В одном из концов каждого канала имеется расширение— а мпу л а . Находящиеся в ней волоски чувствительных клеток склеены в гребешок — а м п у л я р н у ю к у п у л у. Она представляет собой маятник, который может откло няться в результате разности давления эндолимфы на противопо ложные поверхности купулы (рис. 16-Г). При вращательных движе ниях в результате инерции эндолимфа отстает от движения костной части и оказывает давление на одну из поверхностей купулы. Откло нение купулы изгибает волоски рецепторных клеток и вызывает по явление нервных импульсов в вестибулярном нерве. Наибольшие из менения в положении купулы происходят в том полукружном канале, положение которого соответствует плоскости вращения. В настоящее время показано, что вращения или наклоны в одну сторону увеличивают афферентную импул ьсацию, а в другую сторо ну—уменьшают ее. Это позволяет различать направление прямоли нейного или вращательного движения. 7.7.3. ВЛИЯНИЯ РАЗДРАЖЕНИЙ ВЕСТИБУЛЯРНОЙ СИСТЕМЫ НА ДРУГИЕ ФУНКЦИИ ОРГАНИЗМА Вестибулярная сенсорная система связана со многими центрами спинного и головного мозга и вызывает ряд вестибуло-соматических и вестибуло-вегетативных рефлексов. Вестибулярные раздражения вызывают установочные рефлексы изменения тонуса мышц, лифтные рефлексы, а также особые движе ния глаз, направленные на сохранение изображения на сетчатке, — н и с т а г м (движения глазных яблок со скоростью вращения, но в противоположном направлении, затем быстрое возвращение к исходеной позиции и новое противоположное вращение). Помимо основной анализаторной функции, важной для управле ния позой и движениями человека, вестибулярная сенсорная система оказывает разнообразные побочные влияния на многие функции организма, которые возникают в результате иррадиации возбужде ния на другие нервные центры при н и з к о й у с т о й ч и в о с т и вестибулярного аппарата. Его раздражение приводит к снижению 89 возбудимости зрительной и кожной сенсорных систем, ухудшению точности движений. Вестибулярные раздражения приводят к нару шениям координации движений и походки, изменениям частоты сер дцебиения и артериального давления, увеличению времени двига тельной реакции и снижению частоты движений, ухудшению чув ства времени, изменению психических функций — внимания, опера тивного мышления, кратковременной памяти, эмоциональных проявлений, В тяжелых случаях возникают головокружения, тош нота, рвота. Повышение устойчивости вестибулярной системы дос тигается в большей мере активными вращениями человека, чем пассивными. >•, л ,-, .ззгеЗтея ЩМИр В условиях невесомости (когда у человека выключены вестибу лярные влияния) возникает утрата представления о направлении гравитационной вертикали и пространственном положении тела. Те ряются навыки ходьбы, бега. Ухудшается состояние нервной систе мы, возникает повышенная раздражительность, нестабильность на строения . 7.8. ДВИГАТЕЛЬНАЯ СЕНСОРНАЯ СИСТЕМА Двигательная сенсорная система служит для ана.іиза состояния двигательного аппарата — его движения и положения. И нформация о степени сокращения скелетных мышц, натяжении сухожилий, изме нении суставных углов необходима для регуляции двигательны ак тов и поз. •лоийэн 7.8.1. ОБЩИЙ ПЛАН ОРГАНИЗАЦИИ Двигательная сенсорная система состоит из следующих 3-х от делов: ^ п е р и ф е р и ч е с к и й о т д е л , представленный п р о п р и о р е ц е п т о р а м и , расположенными в мышцах, сухожилиях и суставных сумках; ■ 2 ) п р о в о д н и к о в ы й о т д е л , который начинается биполяр ными клетками (первыми нейронами), тела которых расположены вне ЦНС — в спинномозговых узлах. Один их отросток связан с ре цепторами, другой входит в спинной мозг и передает проприоцептивные импульсы ко вторым нейронам в продолговатый мозг (часть путей от проприорецепторов направляется в кору мозжечка), а далее к третьим нейронам — релейным ядрам таламуса (в промежуточный мозг); 3) к о р к о в ы й о т д е л находится в передней центральной извилине коры больших полушарий. 90 7.8.2. ФУНКЦИИ ПРОПРИОРЕЦЕПТОРОВ Кпроприорецепторам относятся мышечные веретена, сухожиль ные органы (или органы Гольджи) и суставныерецепторы (рецепторы суставной капсулы и суставных связок). Все эти рецепторы представ ляют собой м е х а н о р е ц е п т о р ы , специфическим раздражителем которых является их растяжение. М ы ш е ч н ы е в е р е т е н а прикрепляются к мышечным волокнам параллельно—один конец к сухожилию, а другой — к волокну. Каж дое веретено покрыто капсулой, образованной несколькими слоями клеток, которая в центральной части расширяется и образует я д е р н у ю с у м к у . Внутри веретена содержится несколько (от 2 до 14) тонких внутриверетенных или так называемых и н т р а ф у з а л ь н ы х мышечных волокон. Эти волокна в 2-3 раза тоньше обычных волокон скелетных мышц ( э к с т р а ф у з а л ь н ы х ) . Интрафузальные волокна подразделяются на два типа: 1) длин ные, толстые, с ядрами в ядерной сумке, которые связаны с наиболее толстыми и быстропроводящими афферентными нервными волок нами — они информируют о динамическом компоненте движения (скорости изменения длины мышцы) и 2) короткие, тонкие, с ядра ми, вытянутыми в цепочку, информирующие о статическом ком поненте (удерживаемой в данный момент длине мышцы). Оконча ния афферентных нервных волокон намотаны на интрафузал ьные волокна рецептора. При растяжении скелетной мышцы происходит растяжение и мышечных рецепторов, которое деформирует окон чания нервных волокон и вызывает появление в них нервных им пульсов. Частота проприоцептивной импульсации возрастает с уве личением растяжения мышцы, атакже при увеличении скорости ее растяжения. Тем самым нервные центры информируются о скорос ти растяжения мышцы и ее длине. Вследствие малой адаптации импульсация от мышечных веретен продолжается в течение всего периода поддержания растянутого состояния, что обеспечивает по стоянную осведомленность центров о длине мышцы. Чем более тонкие и координированные движения осуществляют мышцы, тем больше в них мышечных веретен: у человека в глубоких мышцах шеи, связывающих позвоночник с головой, среднее их число со ставляет 63, а в мышцах бедра и таза — менее 5 веретен на 1 г массы мышцы (рис.16-Д). ЦНС может тонко регулировать чувствительность проприорецепторов. Разряды мелких гамма-мотонейронов спинного мозіа вызывают сокращение интрафузальных мышечных волокон по обе стороны от от ядерной сумки веретена. В результате средняя несократимая часть мышечного веретена растягивается, и дефор мация отходящего отсюда нервного волокна вызывает повышение 91 его возбудимости. При той же длине скелетной мышиы в нервные центры при этом будет поступать большее число афферентных им пульсов. Это позволяет, во-первых, выделять проприоцептивную импульсацию на фоне другой афферентной информации и, во-вто рых, увеличивать точность анализа состояния мышц. Повышение чувствительности веретен происходит во время движения и даже в предстартовом состоянии. Это объясняется тем, что в силу низкой возбудимости гамма-мотонейронов их активность в состоянии по коя выражена слабо, а при произвольных движениях и вестибуляр ных реакциях она активируется. Чувствительность проприорецепторов повышается также при умеренных раздраженияхсимпатических волокон и выделении небольших доз адреналина. С у х о ж и л ь н ы е о р г а н ы расположены в месте перехода мышечных волокон в сухожилия. Сухожильные рецепторы (оконча ния нервных волокон) оплетают тонкие сухожильные волокна, ок руженные капсулой. В результате последовательногокрепмниясухожильных органов к мышечным волокнам (а в ряде случаев к мы шечным веретенам), растяжение сухожильных механорецепторов происходит при напряжении мышц. Таким образом, в отличие от мышечных веретен, сухожильные рецепторы информируют нервные центры о степени напряжения мышц и скорости его развития. С у с т а в н ы е р е ц е п т о р ы информируют о положении отдельных частей тела в пространстве и относительно друг друга. Эти рецепторы представляют собой свободные нервные окончания или окончания, заключенные в специальную капсулу. Одни сустав ные рецепторы посылают информацию о величине суставного угла, т. е. о положении сустава. Их импульсация продолжается в течение всего периода сохранения данного угла. Она тем большей частоты, чем больше сдвиг угла. Другие суставные рецепторы возбуждаются только в момент движения в суставе, т. е. посылают информацию о скорости движения. Частота ихимпульсации возрастает с увеличени ем скорости изменения суставного угла. Сигналы, идущие от рецепторов мышечных веретен, сухожиль ных органов, суставных сумок и тактильных рецепторов кожи, на зывают к и н е с т е т и ч е с к и м и , т. е. информирующими о движении тела. Их участие в произвольной регуляции движений различно. Сигналы от суставных рецепторов вызывают заметную реакцию в коре больших полушарий и хорошо осознаются. Благодаря им человеклучше воспринимает различия при движениях в суставах, чем различия в степени напряжения мышц при статических положе ниях или поддержании веса. Сигналы же от других проприорецепторов, поступающие преимущественно в мозжечок, обеспечивают бессознательную регуляцию, подсознательный контроль движе ний и поз. 92 7.9. СЕНСОРНЫЕ СИСТЕМЫ КОЖИ, ВНУТРЕННИХ ОРГАНОВ, ВКУСА И ОБОНЯНИЯ В коже и внутренних органах имеются разнообразные рецепто ры, реагирующие на физические и химические раздражители. 7.9.1. КОЖНАЯ РЕЦЕПЦИЯ В коже представлена тактильная, температурная и болевая ре цепция. На 1 см2кожи, в среднем, приходится 12-13 холодовых то чек, 1-2 тепловых, 25 тактильных и около 100 болевых. Т а к т и л ь н а я с е н с о р н а я с и с т е м а предназначена для анализа давления и прикосновения. Ее рецепторы представляют собой свободные нервные окончания и сложные образования (тельца Мейснера, тельца Паччини), в которых нервные окончания заключены в специальную капсулу. Они находятся в верхних и нижних слоях кожи, в кожных сосудах, в основаниях волос. Особенно их много на пальцах рук и ног, ладонях, подошвах, губах. Это м е х а н о р е ц е п т о р ы, реагирующие на растяжение, давление и вибрацию. Наибо лее чувствительным рецептором является тельце Паччини, которое вызывает ощущение прикосновения при смещении капсулы лишь на 0.0001 мм. Чем больше размеры тельца Паччини, тем более толстые и быстропроводяшие афферентные нервы отходят от него. Они прово дят кратковременные залпы (длительностью 0.005 с), информирую щие о начале и окончании действия механического раздражителя. Путь тактильной информации следующий: рецептор — 1-й нейрон в спинномозговых узлах — 2-й нейрон в спинном или продолговатом мозге — 3-й нейрон в промежуточном мозге (таламус) — 4-й нейрон в задней центральной извилине коры больших полушарий (первичная соматосенсорная зона). Т е м п е р а т у р н а я р е ц е п ц и я осуществляется Холодовыми рецепторами (колбы Краузе) и тепловыми (тельца Руффини, Гольджи-Маццони). При температуре кожи 31 -37°Сэти рецепторы почти неактивны. Ниже этой границы холодовые рецепторы активизиру ются пропорционально падениютемпературы, затем их активность падает и совсем прекращается при +12°С. При температуре выше 37*С активизируются тепловые рецепторы, достигая максимальной активности при +43°С, затем резко прекращают ответы. Б о л е в а я р е ц е п ц и я , каксчитаетбольшинствоспециалистов, не имеет специальных воспринимающих образований. Болевые раз дражения воспринимаются свободными нервными окончаниями, а также возникают при сил ьных температурных и механических раз дражениях в соответствующих термо— и механорецепторах. Температурные и болевые раздражения передаются в спинной 93 мозг, оттуда в промежуточный мозг и в соматосенсорную область коры. 7.9.2. ВИСЦЕРОЦЕПТИВНАЯ (ИНТЕРОРЕЦЕПТИВНАЯ) СЕНСОРНАЯ СИСТЕМА Во внутренних органах имеется множество рецепторов, воспри нимающих давление—барорецепторы сосудов, кишечного тракта и др., изменения химизма внутренней среды — хеморецепторы, ее тем пературы —терморецепторы, осмотического давления, болевые раз дражения. С их помощью безусловнорефлекторным путем регули руется постоянство различных констант внутренней среды (поддер жание гомеостаза), ЦНС информируется об изменениях во внутрен них органах. Информация от интерорецепторов через блуждающий, чревный и тазовый нервы поступает в промежуточный мозг и далее в лобные и другие области коры головного мозга. Деятельность этой системы практически не осознается, она мало локализована, однако при сильных раздражениях она хорошо ощущается. Она участвует в формировании сложных ощущений — жажды, голода и др. 7.9.3. ОБОНЯТЕЛЬНАЯ И ВКУСОВАЯ СЕНСОРНЫЕ СИСТЕМЫ Обонятельная и вкусовая сенсорные системы относятся к древ нейшим системам. Они предназначены для восприятия и анализахимическихраздражений, поступающих из внешней среды. X е м о р е ц е п т о р ы о б о н я н и я находятся в обонятельном эпителии верхних носовых ходов. Это — волосковые биполярные клетки, пе редающие информацию через решетчатую кость черепа к клеткам обонятельной луковицы мозга и далее через обонятельный тракт к обонятельным зонам коры (крючек морского коня, извилина гиппо кампа и другие). Различные рецепторы избирательнореагируют на разные молекулы пахучих веществ, возбуждаясьлишьтеми молеку лами, которые являются зеркальной копией поверхности рецептора. Они воспринимают эфирный, камфарный, мятный, мускусный и др. запахи, причем к некоторым веществам чувствительность необы чайновысока. Х е м о р е ц е п т о р ы в к у с а представляют собой вкусовые луковицы, расположенные в эпителии языка, задней стенке глотки и мягкого неба. У детей их количество больше, а с возрастом — убыва ет. Микроворсинки рецепторных клеток выступают из луковицы на поверхность языка и реагируют на растворенные в воде вещества. Их сигналы поступают через волокна лицевого и языко-глоточного не рвов (продолговатый мозг) в таламус и далее в соматосенсорную об ласть коры. Рецепторы разныхчастей языка воспринимают ч е т ы 94 ре о с н о в н ы х вкус а : горького (задняя часть языка), кислого (края языка), сладкого (передняя часть языка) и соленого (пердняя часть и края языка). Между вкусовыми ощущениями и химическим строе нием вещества отсутствует строгое соответствие, так как вкусовые ощущения могут изменяться при заболевании, беременности, условно-рефлекторных воздействиях, изменениях аппетита. В формиро вании вкусовых ощущений участвуют обоняние, тактильная, боле вая и температурная чувствительность. Информация вкусовой сен сорной системы используется для организации пищевого поведения, связанного с добываниекм, выбором, предпочтением или отверганием пищи, формированием чувства голода, сытости. 7.10. ПЕРЕРАБОТКА, ВЗАИМОДЕЙСТВИЕ И ЗНАЧЕНИЕ СЕНСОРНОЙ ИНФОРМАЦИИ Сенсорная информация передается от рецепторов в высшие отде лы мозга по двум основным путям нервной системы — специфическим и неспецифическим. Специфические проводящие пути составляют один из трех основных функциональных блоков мозга — блок при ема, переработки и хранения информации. Это классические аффе рентные пути зрительной, слуховой, двигательной и др. сенсорных систем. В обработке этой информации участвует и неспецифическая система мозга, не имеющая прямых связей с периферическими ре цепторами, но получающая импульсы по коллатералям от всех вос ходящих специфических систем и обеспечивающая их широкое вза имодействие.'1' ' * »>• •- * т * >• •' 7.10.1. ОБРАБОТКА СЕНСОРНОЙ ИНФОРМАЦИИ В ПРОВОДНИКОВЫХ ОТДЕЛАХ Анализ получаемых раздражений происходит во всех отделах сен сорных систем. Наиболее простая форма анализа осуществляется в результате выделения специализированнымирецепторами раздражи телей различной модальности (свет, звук и пр.) из всех падающих на организм воздействий. При этом водной сенсорной системе возмож но уже бол ее детал ьное выделение характеристик сигналов (цветоразличение фоторецепторами колбочек и др.). Важной особенностью в работе проводникового отдела сенсор ных систем является дальнейшая обработка афферентной информа ции, которая заключается, с одной стороны, в продолжающемся ана лизе свойств раздражителя, а с другой — в процессах их синтеза, в обобщении поступившей информации По мере передачи афферент ных импульсов на более высокие уровни сенсорных систем увеличи вается число нервных клеток, которые реагируют на афферентные 95 сигналы более сложно,чем простые проводники. Например, на уров не среднего мозга в подкорковых зрительных центрах имеются ней роны, которые реагируют на различную степень освещенности и об наруживают движение, в подкорковых слуховых центрах нейро ны извлекающие информацию о высоте тона и локализации звука, деятельность этих нейронов лежит в основе ориентировочного реф лекса на неожиданные раздражители. Благодаря многим разветвлениям афферентных путей на уровне ___ ып/лпі^пі^ппмүнентпов обеспечивается многократное взаимодействие афферентн акже взаимодействие между различными сенсорнь л т и п г т н м п ж н п о т м е т и т ь чрезвычайно обширные ВОСХОДЯЩИМИ и нисходящими путями). Особенно широкие возможности для взаимо действия различных сигналов создаются в неспецифической системе мозга, где к одному и тому же нейрону могут сходится (конверги ровать) импульсы различного происхождения (от 30000 нейронов) и от разных рецепторов тела. Вследствие этого неспецифическая система играет большую роль в процессах интеграции функций в организме. При поступлении вболее высокие уровни нервной системы проис ходит расширение сферы сигнализации, приходящей от одного рецепто ра. Например, в зрительной системе сигналы одного рецептора связа ны (через систему дополнительных нервных клеток сетчатки гори зонтальных и др.) с десятками ганглиозных клеток и могут, в принци пе, передавать информациюлюбым корковым нейронам зрительной коры. С другой стороны, по мере проведения сигналов происходит сжатие информации. Например, одна ганглиозная клетка сетчатки объединяет информацию от сотни биполярных клеток и десятков ты сяч рецепторов, т. е. такая информация поступает в зрительные нервы уже после значительной обработки, в сокращенном виде. Существенной особенностью деятельности проводникового отде ла сенсорных систем является передача без искажений специфической информации от рецепторов к коре больших полушарий. Большое ко личество параллельных каналов (в зрительном нерве 900000 волокон, в слуховом — 30000 волокон) помогает сохранить специфику переда ваемого сообщения, а процессы бокового (латерального) торможения изолировать эти сообщения от соседних клеток и путей. Одной из важнейш их сторон обработки афферентной информации является отбор наиболее значимых сигналов, осуществляемый восхо дящими также Ак тивируя или затормаживая многие центральные нейроны, он способотбору наиболее значимой для щ ят 96 Ч .# ^ I I ^ т ж чие от обширных влияний среднемозговой части ретикулярной фор мации, импульсация из неспецифическихядерталамуса воздействует лишь на ограниченные участки коры больших полушарий. Такое из бирательное повышение активности небольшой территории коры имеет значение в организации акта внимания, выделяя на общем аф ферентном фоне наиболее важные вданный момент сообщения. 7.10.2. ОБРАБОТКА ИНФОРМАЦИИ НА КОРКОВОМ УРОВНЕ В коре больших полушарий сложность обработки информации возрастает от первичных полей ко вторичным и третичным ее по лям. Так, простые клетки первичных полей зрительной коры явля ются детекторами черно-белых границ прямых линий, воспринима емых мелкими участками сетчатки, а сложные и сверхсложные ней роны вторичных зрительных полей выделяют длинулиний, их углы наклона, различные контуры фигур, направление движения объек тов, имеются клетки, опознающие знакомые лица людей ит. п. Первичные поля коры осуществляют anaj/израздражений опреде ленной мода.іьности, поступающих от связанных с ними специфи ческих рецепторов. Это так называемые ядерные зоны анализаторов, по И. П. Павлову (зрительные, слуховые и др.). Их деятельность ле жит в основе возникновения ощущений. Лежащие вокруг них вто ричные поля (периферия анализаторов) получают от первичных по лей результаты обработки информации и преобразуют их в более сложные формы. Во вторичных п о у ія х происходит осмысливание по лученной информации, ее узнавание, обеспечиваются процессы вос приятия раздражений данной модальности. От вторичных полей от дельных сенсорных систем информация поступает в задние третич ные поля — ассоциативные нижнетеменные зоны, где происходит ин теграция сигналов различной модальности, позволяющая создать цельный образ внешнего мира со всеми его запахами, звуками, крас ками и т. п. Здесь на основе афферентных сообщений от разных час тей правой и левой половины тела формируются сложные представ ления человека о схеме пространства и схеме тела, которые обеспе чивают пространственную ориентацию движений и точную адреса цию моторных команд к различным скелетным мышцам. Эти зоны также имеют особое значение вхранении полученной информации. На основе анализа и синтеза информации, обработанной в заднем третичном поле коры, в ее передних третичных полях (передней лобной области) формируются цели, задачи и программы поведе ния человека. Важной особенностью корковой организации сенсорных систем является э к р а н н о е или с о м а т о т о п и ч е с к о е (лат. — соматикус — телесный, топикус — местный) представительство 97 функций. Чувствительные корковые центры первичных полей коры образуют как бы экран, расположение рецепторов на периферии, т. е. здесь имеются проекции «точка в точку». Так, в задней центральной извилине (общечувствительном поле) нейро ны тактильной, температурной и кожной чувствительности пред ставлены в том же порядке, что и рецепторы на поверхности тела, напоминая копию человечка (гомункулюса); в зрительной коре как бы экран рецепторов сетчатки; в слуховой коре — в определен ном порядке нейроны, реагирующие на определенную высоту зву ков Тот же принцип пространственного представительства инфор мации наблюдается в переключательных ядрах промежуточного мозга, в коре мозжечка, что значительно облегчает взаимодействие различных отделов ЦНС. Область коркового сенсорного представительства по своим разме рам отражает функциональную значимость той wiu иной части аф ферентной информации. Так, в связи с особой значимостью анализа информации от кинестетических рецепторов пальцев руки и от рече образующего аппарата у человека территория их коркового предста вительства значительно превосходит сенсорное представительство других участков тела. Аналогично этому, на единицу площади цент ральной ямки в сетчатке глаза приходится почти в 500 раз большая зона зрительной коры, чем на такую же единицу площади периферии сетчатки. Высшие отделы ЦНС обеспечивают активный поиск сенсорной информации. Это наглядно проявляется в деятельности зрительной сенсорной системы. Специальные исследования движений глаз по казали, что взор фиксирует не все точки пространства, а лишь наибо лее информативные признаки, особо важные для решения какойлибо задачи в данный момент. Поисковая функция глаз является час тью активного поведения человека во внешней среде, его сознатель ной деятельностью. Она управляется высшими анализирующими и интегрирующими областями коры — лобными долями, под контро лем которых происходит активное восприятие внешнего мира.. Кора бол ыиих полушарий обеспечивает наиболее широкое взаи модействие различных сенсорных систем и их участие в организации двигательных действий человека, в том числе в процессе его спортив ной деятельности. о т р а ж а ю щ и й 7.10.3. ЗНАЧЕНИЕ ДЕЯТЕЛЬНОСТИ СЕНСОРНЫХ СИСТЕМ В СПОРТЕ Эффективность выполнения спортивных упражнений во многом зависит от процессов восприятия и переработки сенсорной инфор мации. Эти процессы обусловливают как наиболее рациональную 98 организацию двигательных актов, так и совершенство тактическо го мышления спортсмена. Четкое восприятине пространства и про странственная ориентация движений обеспечиваются функциони рованием зрительной, слуховой, вестибулярной, кинестетической рецепции. Оценка временных интервалов и управление временны ми параметрами движений базируются на проприоцептивных и слуховых ощущениях. Вестибулярные раздражения при поворотах, вращениях, наклонах и т. п. заметно влияют на координацию дви жений и проявление физических качеств, особенно при низкой ус тойчивости вестибулярного аппарата. Экспериментальное выклю чение отдельных сенсорных афферентаций у спортсменов (выпол нение движений в специальном ошейнике, исключающем актива цию шейных проприорецепторов; при использовании очков, закрывающих центральное или периферическое поле зрения) при водило к резкому снижению оценок за упражнение ил и к полной невозможности его исполнения. В противоположность этому, со общение спортсмену дополнительной информации (особенно сроч ной — в процессе движения) помогало быстрому совершенствова нию технических действий. На основе взаимодействия сенсорных систем у спортсменов вырабатываются комплексные представле ния, сопровождающие его деятельность в избранном виде спорта — «чувство» льда, снега, воды и т.п. При этом в каждом виде спорта имеются наиболее важные — ведущие сенсорные системы, от ак тивности которых в наибольшей мере зависит успешность выступ лений спортсмена. 8. КРОВЬ К р о в ь представляет собой внутреннюю жидкую среду (ткань) организма, обеспечивающую определенное постоянство основных физиологических и биохимических параметров и осуществляющую гуморальную связь между органами. Существует два понятия: п е р и ф е р и ч е с к а я к р о в ь , состоящая из плазмы и находящихся в ней во взвешенном состоянии форменных элементов и с и с т е м а к р о в и (Ланг Г. Ф., 1936), куда относят периферическую кровь, органы кроветворения и кроверазрушения (костный мозг, печень, селезенка и лимфатические узлы). Кровь является своеобразной формой ткани и характеризуется рядом особенностей: жидкая среда организма, находится в постоянном движении, составные части кро ви имеют разное происхождение, образуются и разрушаются в ос новном вне ее. 99 І 8.1. СОСТАВ, ОБЪЕМ И ФУНКЦИИ КРОВИ Кровь состоит из ф о р м е н н ы х э л е м е н т о в (42-46%) эритроцитов (красных кровяных клеток), лейкоцитов (белых кровя ных клеток) и тромбоцитов (кровяных пластинок) и жидкои части п л а з м ы (54-58%). крови, лишенная фибриногена, называ ется с ы в о р о т к о й . У взрослого человека общее количество крови составляет 5-8%массы тела, что соответствует 5-6л. Объем кро ви принято обозначать по отношению к массе тела (мл ■к г ). Б сред нем, он равен у мужчин - 65 мл ■к г 1, у женщин - 60 мл ■к г и у дете й — около 70 мл • к г 1. Количество эритроцитов в крови примерно в тысячу раз больше, чем лейкоцитов, и вдесятки раз выше, чем тромбоцитов. Последние по своим размерам в несколько раз меньше, чем эритроциты. Поэтому эритроциты составляют более 90% всего объема, приходящегося на долюформенных элементов крови. Выраженное в процентах отноше ние объема форменных элементов к общему объему крови называется ге м ато к р и то м. У мужчин гематокритсоставляет в среднем—46%, у женщин — 42%. Это означает, что у мужчин форменные элементы занимают 46%, а плазма — 54% объема крови, а у женщин 42 и 58%, соответственно. Эта разница обусловлена тем, что у мужчин содержа ние эритроцитов в крови больше, чем у женщин. У детей гематокрит выше, чем у взрослых; в процессе старения гематокрит снижается. Увеличение гематокрита сопровождается возрастанием в я з к о с т и к р о в и (внутренним ее трением), которая у здорового взрослого человека составляет4-5 ед. Поскольку периферическое сопротивление кровотоку прямопропорционально вязкости, любое существенное уве личение гематокрита приводит к повышению нагрузки на сердце, в ре зультате чего кровообращение в некоторых органах может нарушаться. Кровь выполняет в организме целый р я д ф и з и о л о г и ч е с к и х П ф у н к ц и й . л а з м а * : л Т р а н с п о р т н а я ф у н к ц и я к р о в и заключается в переносе всех необходимых для жизнедеятельности организма веществ (пита тельных веществ, газов, гормонов, ферментов, метаболитов). Д ы х а т е л ь н а я ф у н к ц и я состоит в доставке кислорода от легких к тканям иуглекислого газа от тканей клегким. Кислород пе реносится преимущественно эритроцитами в виде соединения с ге моглобином — о к с и г е м о г л о б и н о м (Н в 0 2), углекислый газ — плазмой крови вформебикарбонатныхионов(Н СО э_). Вобычных условиях при дыхании воздухом 1г гемоглобина присоединяет 1.34 мл кислорода, а так как в одном литре крови содержится 140-160 г гемоглобина, то количество кислорода в нем составляет около 200 мл; эту величину принято называть к и с л о р о д н о й е м к о с т ь ю к р о в и (иногда этот показатель рассчитывают на 100 мл крови). 100 Таким образом, если принять во внимание, что общий объем крови в организме человека составляет 5 л, то количество кислорода, связан ное с гемоглобином, в ней будет равно около одного литра. П и т а т е л ь н а я ф у н к ц и я к р о в и обусловлена переносом аминокислот, глюкозы, жиров, витаминов, ферментов и минераль ных веществ от органов пищеварения к тканям, системам и депо Т е р м о р е г у л я т о р н а я ф у н к ц и я обеспечивается участием крови в переносе тепла от органов и тканей, в которых оно вырабатывается, к органам, отдающим тепло, что и поддерживает температурный гомеостаз. В ы д е л и т е л ь н а я ф у н к ц и я направлена на перенос продуктов обмена (мочевина, креатин, индикан, мочевая кислота, вода, соли и др.) от мест их образования к органам выделения (почки, легкие, по товые и слюнные железы). З а щ и т н а я ф у н к ц и я к р о в и прежде всего состоит в формировании и м м у н и т е т а , который может быть как врожден ным, так и приобретенным. Различают также тканевой и клеточ ный иммунитет. Первый из них обусловлен выработкой антител в ответ на поступление в организм микробов, вирусов, токсинов, ядов, чужеродных белков; второй связан с ф а г о ц и т о з о м , в котором ведущая роль принадлежит лейкоцитам, активно уничтожающим попадающие в организм микробы и инородные тела, а также соб ственные отмирающие и мутагенные клетки. Р е г у л я т о р н а я ф у н к ц и я зак.іючается в осуществлении как гуморальной (перенос кровью гормонов, газов, минеральных ве ществ), так ирефлекторной регуляции, связанной с влиянием крови на интерорецепторы сосудов. 8.2. ФОРМЕННЫЕ ЭЛЕМЕНТЫ КРОВИ Образование форменных элементов крови называется г е м о п о э з о м. Он осуществляется в различных кроветворных органах. В костном мозге образуются эритроциты, нейтрофил ы, эозинофилы и базофилы. В селезенке и лимфатических узлах формируются лейкоциты. Образование моноцитов осуществляется в костном моз ге и в ретикулярных клетках печени, селезенки и лимфатических уз лов. В красном костном мозге и селезенке образуются тромбоциты. 8.2.1. ФУНКЦИИ ЭРИТРОЦИТОВ Основной физиологической функцией эритроцитов является связы вание и перенос кислорода от легких к органам и тканям. Этот процесс осуществляется благодаря особенностям строения эритроцитов и хи мического состава гемоглобина. 101 Эритроциты являются высокоспециализированными безядерpvu ____ о R tr n n a u и р л п а е к а г п - держится 4 5 -5 * 1 0 » • л-' эритроцитов. Форма эритроцитов в виде двояковогнутого диска обеспечивает большую поверхность для свободной диффузии газов через его мембрану. Суммарная поверх ность всех эритроцитов в циркулирующей крови составляет около 2 3000м В начальных фазах своего развития эритроциты шнешт и называются р е т и к у л о ц и т а м и . В нормальных условиях ретикулоциты составляют около 1% от общего числа циркулирующих Гкрови эритроцитов. Увеличение числа ретикулоцитов в перифери ческой крови может зависеть как от активации эритроцитоза, так и от усиления выброса ретикулоцитов из костного мозга в кровоток. Сред няя продолжительность жизни зрелых эритроцитов составляет около 120дней, после чего они разрушаются в печени и селезенке. В процессе передвижения крови эритроциты не оседают, так как они отталкиваются друг от друга, поскольку имеют одноименные от рицательные заряды. При отстаивании крови в капилляре эритроци ты оседают на дно. С к о р о с т ь о с е д а н и я э р и т р о ц и т о в (СОЭ) в нормальных условиях у мужчин составляет 4-8 мм в 1 час, у женшин — 6-10 мм в 1 час. По мере созревания эритроцитов их ядро замещается дыхательным пигментом - г е м о г л о б и н о м (Нв), составляющим около 90% сухого вещества эритроцитов, а 10% составляют минеральные соли, глюкоза, белки и жиры. Гемоглобин — сложное химическое соедине ние, молекула которого состоит из белка г л о б и н а и железосодер жащей части — г е м а. Гемоглобин обладает свойством легко соеди няться с кислородом и столь же легко его отдавать. Соединяясь с кислородом, он становится оксигемоглобинам (HeOJ, а отдавг превращается в восстановленный (редуцированный) гемоглобин. Гемог лобин крови человека составляет 14-15% ее массы, т. е. около 700 г. В скелетных и сердечной мышцах содержится близкий по своему строению белок м и о г л о б и н (мышечный гемоглобин). Он более активно, чем гемоглобин, соединяется с кислородом, обеспечивая им работающие мышцы. Общее количество миоглобина у человека со ставляет около 25% гемоглобина крови, В большей концентрации миоглобин содержится в мышцах, выполняющих функциональную нагрузку. Под влиянием физических нагрузок количество миогло бина в мышцах повышается. 8.2.2. ФУНКЦИИ ЛЕЙКОЦИТОВ Л е й к о ц и т ы по функциональным и морфологическим призна и ппелставляютсобой обычные клетки, содержащие ядро и прото 102 плазму. Количество лейкоцитов в крови здорового человека составля ет 4 — 6' 10? • л''. Лейкоциты неоднородны по своему строению: в одних из них протоплазма имеет зернистое строение (гранулоциты), в других зернистости нет (агранулоциты). Г р а н у л о ц и т ы составля ют 65-70% всех лейкоцитов и делятся в зависимости от способности окрашиваться нейтральными, кислыми или основными красками на нейтрофилы, эозинофилы и базофилы. А г р а н у л о ц и т ы составляют 30-35% всех белых кровяных клеток и включают в себя л и м ф о ц и т ы и м о н о ц и т ы . Функции различных лейкоцитов разнообразны. Процентное соотношениеразличных форм лейкоцитов в крови на зывается л е й к о ц и т а р н о й ф о р м у л о й . Общее количество лейкоцитов и лейкоцитарная формула не являются постоянными. Увеличение чиога лейкоцитов в периферической крови называется л е й к о ц и т о з о м , а уменьшение— л е й к о п е н и е й . Продол жительность жизни лейкоцитов составляет 7-10 дней. Н е й т р о ф и л ы составляют 60-70% всех лейкоцитов и являются наиболее важными клетками защиты организма от бактерий и их токсинов. Проникая через стенки капилляров, нейтрофилы попада ют в межтканевые пространства, где осуществляется ф а г о ц и т о з — поглощение и переваривание бактерий и других инородных белко вых тел. Э о з и н о ф и л ы (1 -4% от общего числа лейкоцитов) адсорбиру ют на свою поверхность антигены (чужеродные белки), многие тка невые вещества и токсины белковой природы, разрушая и обезвре живая их. Кроме дезинтоксикационной функции эозинофилы при нимают участие в предупреждении развития аллергических реакций. Б а з о ф и л ы составляют не более 0.5% всех лейкоцитов и осуще ствляют синтез гепарина, входящего в антисвертывающую систему крови. Базофилы участвуют также в синтезе ряда биологически ак тивных веществ и ферментов (гистамин, серотонин, PH К, фосфотаза, липаза, пероксидаза). Л и м ф о ц и т ы (25-30% от числа всех лейкоцитов) играют важнейшую роль в процессах образования и м м у н и т е т а организма, а также активно участвуют в нейтрализации различных токсичес ких веществ. Главным фактором иммунологической системы крови являются Т- и В-лимфоциты, Т-лимфоциты прежде всего выполняют роль строгого иммунного контролера. Вступив в контакт с любым антиге ном, они надолго запоминают его генетическую структуру и опреде ляют программу биосинтеза антител (иммуноглобулинов), которая осуществляется В-лимфоцитами. В-лимфоциты, получив програм му биосинтеза иммуноглобулинов, превращаются в п л а з м о ц и т ы , являющиеся фабрикой антител. 103 роисходитсинтез веществ, активирующихфа- ные (в том числе и опухолевые) клетки собственного организма. Т-лимфоцитам принадлежиттакже важная роль регуляторов крове творной функции, заключающаяся в уничтожении чужеродных стволовых клеток костного мозга. Лимфоциты способны синтезиро вать бета— и гамма-глобулины, входящие в состав антител. К сожалению, лимфоциты не всегда могут выполнять свою роль в образовании эффективной системы иммунитета. В частности, ви р у с и м м у н о д е ф и ц и т а ч е л о в е к а (ВИЧ), вызывающий грозное заболевание СПИД (с и н д р о м п р и о б р е т е н н о г о и м м у н о д е ф и ц и т а ) , может резко снижать иммунологическую защиту организма. Главным пусковым механизмом СПИДа является про никновение ВИЧ из крови в Т-л и мфоциты .Там вирус может оста ваться в неактивном, латентном состоянии несколько лет, пока в связи со вторичной инфекцией не начнется иммунологическая сти муляция Т-лимфоцитов. Тогда вирус активируется и размножается так бурно, что вирусные клетки, покидая пораженные лимфоциты, полностью повреждают мембрану и разрушают их. Прогрессирующая гибель лимфоцитов снижает сопротивляем ость организма к различ ным интоксикациям, в том числе и к микробам, безвредным для чело века с нормальным иммунитетом. Кроме того, резко ослабевает уничтожение Т-лимфоцитами мутантных (раковых) клеток, в связи с чем существенно возрастает вероятность возникновения злокаче ственных опухолей. Наиболее частыми проявлениями СПИДа явля ются. воспаления легких, опухоли, поражения ЦНС и гнойничко вые заболевания кожи и слизистых оболочек. Первичные и вторичные нарушения при СП ИДе обусловливают пеструю картину изменения периферической крови. Наряду со зна чительным снижением числалимфоцитов, в ответ на воспаление или гнойничковые поражения кожи (слизистых) может возникать нейтрофильный лейкоцитоз. При поражении системы крови появляются очаги патологического кроветворения и в кровь будут поступать в большом количестве незрелые формы лейкоцитов. При внутренних кровотечениях и истощении больного начинает развиваться про грессирующая анемия с уменьшением числа эритроцитов и гемогло бина в крови. М о н о ц и т ы (4-8%) являются самыми крупными клетками белой крови, которые назы вают м а к р о ф а г а м и . Они обладают самой высокой фагоцитарной активностью по отношению к продук там распада клеток и тканей, атакже обезвреживают токсины, обра зующиеся в очагах воспаления. Считают также, что моноциты при 104 нимают участие в выработке антител. К макрофагам, наряду с моно цитами, относят ретикулярные и эндотелиальные клетки печени, се лезенки, костного мозга и лимфатических узлов. 8.2.3. ФУНКЦИИ ТРОМБОЦИТОВ Т р о м б о ц и т ы — это мелкие, безъядерные кровяные пластинки (бляшки Биццоцери) неправильной формы, диаметром 2-5 мик рон. Несмотря на отсутствие ядра, тромбоциты обладаютактивным метаболизмом и являются третьими самостоятельными живыми клеткам и крови. Число их в периферической крови колеблется от 250 до 400 • 1019*л'1; продолжительность жизни тромбоцитов составля ет 8-12 дней. Тромбоцитам принадлежит ведущая роль в свертывании крови. Недостаток тромбоцитов в крови — т р о м б о п е н и я — наблюдается при некоторых заболеваниях и выражается в повышенной кровото чивости. 8.3. ФИЗИКО-ХИМИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА ПЛАЗМЫ КРОВИ П л а з м а к р о в и человека представляет собой бесцветную жидкость, содержащую 90-92% воды и 8-10% твердых веществ, к которым относятся глюкоза, белки, жиры, различные соли, гормо ны, витамины, продукты обмена веществ и др. Физико-химические свойства плазмы определяются наличием в ней органических и ми неральных веществ, они относительно постоянны и характеризуют ся целым рядом стабильных констант. У д е л ь н ы й вес плазмы равен 1.02-1.03, а удельный вес крови — 1.05-1.06; у мужчин он несколько выше (больше эритроцитов), чем у женщин. О с м о т и ч е с к о е д а в л е н ие является важнейшим свойством плазмы. Оно присуще растворам, отделенным друг от друга полупро ницаемыми мембранами, и создается движением молекул раствори теля (воды) через мембрану в сторону большей концентрации раство римых веществ. Сила, которая приводит в движение растворитель, обеспечивая его проникновение через полупроницаемую мембрану, называется о с м о т и ч е с к и м д а в л е н и е м . Основную роль в величине осмотического давления играют минеральные соли. У че ловека осмотическое давление крови составляет около 770 кПа (7.5-8 атм.). Та часть осмотического давления, которая обусловлена белками плазмы, называется о н к о т и ч е с к и м. Из общего осмотического давления на долю бел ков приходится примерно 1/200 часть, что составляет примерно 3.8 кПа. Клетки крови имеют осмотическое давление одинаковое с 105 плазмой Раствор, имеющий осмотическое давление, равное давлеlu id jM u n . r w у, -I ............ ж л п и р н н м у эл ем ен тов и надля форменных зывается и з о т о н и ч е с к и м . Растворы меньшей концентрации называются г и п о т о н и ч е с к и м и ; вода из этих растворов поступает в эритроциты, которые набухают и могут разрываться происходит их гемолиз. Если из плазмы крови теряется много воды и концентрация солей в ней повышается, то в силу законов осмоса вода из эритроцитов начинает поступать в плазму через их полупроницаемую мембрану, что вызывает сморщивание эритро цитов; такие растворы называют г и п е р т о н и ч е с к и м и . Относительное постоянство осмотического давления обеспечива ется осморецепторами и реализуется главным образом через орга ны выделения. К и с л о т н о - щ е л о ч н о е с о с т о я н и е представляет одну из важных констант жидкой внутренней среды организма и является ее активной реакцией, обусловленной количественным соотношением / г и ОН~ ионов. В чистой воде содержится одинаковое количество Н и ОН- ионов, поэтому она нейтральна. Если число ионов Н + в единице объема раствора превышает число ионов ОН', раствор имеет кислую реакцию; если соотношение этих ионов обратное, раствор является щелочным Для характеристики.активной реакции крови пользуются водородным показателем, или pH, который является отрицательным десятичным логарифмом концентрации водородных ионов. В хими чески чистой воде при температуре 25° С pH равен 7 (нейтральная реакция). Кислая среда (ацидоз) имеет pH ниже 7, щелочная (алка лоз) — выше 7. Кровь имеет слабощелочную реакцию: pH артериаль ной крови равен 7.4; pH венозной крови — 7.35, что обусловлено большим содержанием в ней углекислого газа. Б у ф е р н ы е с и с т е м ы к р о в и обеспечивают поддержание относительного постоянства активной реакции крови, т. е. осуще ствляют регуляцию кислотно-щелочного состояния. Эта способ ность крови обусловлена особым физико-химическим составом бу ферных систем, нейтрализующих кислые и щелочные продукты, на капливающиеся в организме. Буферные системы состоятиз смеси слабых кислот с их солями, образованными сильными основаниями. В крови имеется 4 буферных системы: 1) б и к а р б о н а т н а я б у ф е р н а я с и с т е м а — угольная кислота-двууглекислый (Н 2С 0 3— N a H C 0 3) , 2 ) ф о с ф а т н а я б у ф фосфорнокислый 2* 4 Na2H Р 0 4); 3 ) г е м о г л о б и н о в а я б у ф е р н а я с и с т е м а восстановленный гемоглобин-калийная соль гемоглобина (ННвК Н в О ); 4) б у ф е р н а я с и с т е м а б е л к о в п л а з м ы . В поддержании буферных свойств крови ведущая роль принадлежит ге моглобину и его солям (около 75%), в меньшей степени бикарбонатU 106 ному, фосфатному буферам и белкам плазмы. Белки плазмы играют рол ь буферной системы, благодаря своим амфотерным свойствам. В кислой среде они ведут себя как щелочи, связывая кислоты. В щелоч ной среде белки реагируют как кислоты, связывающие щелочи. Все буферные системы создают в крови щ е л о ч н о й р е з е р в , который в организме относительно постоянен. Величинаего измеря ется количеством миллилитров углекислого газа, которое может быть связано 100 мл крови при напряжении С 0 2в плазме, равном 40 мм рт. ст. В норме она равна 50-65 объемного процента СО,. Резерв ная щелочность крови выступает прежде всего как резерв буферных систем против сдвига pH в кислую сторону. К о л л о и д н ы е с в о й с т в а к р о в и обеспечиваются, г/гавным образом, за счет белков и в меньшей м ере—уг/іеводами и липоидами. Общее количество белков в плазме крови составляет 7-8% ее объема. В плазме находится ряд белков, отличающихся по своим свойствам и функциональному значению: а л ь б у м и н ы (около 4.5%), г л о б у л и н ы (2-3% )и ф и б р и н о г е н (0.2-0.4%). Белки плазмы крови выполняют функции регуляторов водного обмена между кровью и тканями. От количества белков зависят вяз кость и буферные свойства крови; они играют важную роль в под держании онкотического давления плазмы. 8.4. СВЕРТЫВАНИЕ И ПЕРЕЛИВАНИЕ КРОВИ Жидкое состояние крови и замкнутость кровеносного русла явля ются необходимыми условиями жизнедеятельности организма. Эти условия создает система с в е р т ы в а н и я к р о в и (система гемокоагуляции), сохраняющая циркулирующую кровь в жидком состоянии и предотвращающая ее потерю через поврежденные сосу ды постредством образования кровяных тромбов; остановка крово течения называется г е м о с т а з о м . Вместе с тем, при больших кровопотерях, некоторых отравлениях и заболеваниях возникает необходимость в п е р е л и в а н и и к р о в и, которое должно осуществляться при строгом соблюдении ее совместимости. 8.4.1. СВЕРТЫВАНИЕ КРОВИ Основоположником современной ферментативной теории свер тывания крови является профессор Дерптского (Тартуского) уни верситета А. А. Шмидт(1872). В дальнейшем эта теория была значи тельно дополнена и в настоящее время считают, что свертывание кро ви проходит три фазы: 1) образование протромбиназы, 2) образование тромбина, 3) образование фибрина. 107 Ойпазование п р о т р о м б и н а з ы осуществляется под влиянием Образование п р у __ ч __„„„.ronnainmero собой фосфоликлетоктканей ПИДЫ р а з р у ш а ю щ и х ^ u e b w i w i u i v ппа-* бопластин формируется при участии ионов Са и некоторых плазменных факторов свертывания крови. Вторая ф а з а свертывания крови характеризуется превращением не активного п р о т р о м б и н а кровяных пластинок под влиянием ам гю пиі 11 г г ___ п п п а#»тга г п ш активныи копротеидом, образуется клетками печени при учаш ии ьи .амппа Т р е т е й фазе свертывания из растворимого ф и б р и н о г е н а крови, активированноготромбином,образуется нерастворимый белок ф и б р и н нити которого образуют основу кровяного сгустка (тромба), пре кращающего дальнейшее кровотечение. Фибрин служит также струк турным материалом при заживлении ран. Фибриноген представляет со бой самый крупномолекулярный белок плазмы и образуется в печени. 8.4.2. ПЕРЕЛИВАНИЕ КРОВИ Основоположниками учения о группах крови и возможности ее переливания от одного человека к другому были К. Ландштейнер 11901) и Я. Янский ( 1903). В нашей стране переливание крови впер вые было проведено профессором Военно-медицинской академии В. Н. Шамовым в 1919 г., а в 1928 г. им было предложено перелива ние трупной крови, за что он был удостоен Ленинской премии у людей _ - __ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _- л м i f П І / І Л Л 19 / классифи времени. Она основана на сравнении антигенов, находящихся в эритроцитах ( а г г л ю т и н о г е н о в ) , и антител, имеющихся в плазме ( а г г л ю т и н и н о в ) . Выделены главные агглютиногены А и В и соответствующие агглютинины альфа и бета. Аггл ютиноген А и агглютинин альфа, атакже В и бета называются одноименными. В крови человека не могут содержаться одноименные вещества. При встрече их возникает реакция а г г л ю т и н а ц и и , т. е. склеивания эритроцитов, а в дальнейшем и разрушение (гемолиз). В этом случае говорят о несовместимости крови. В эритроцитах крови, отнесенной к I (0) группе, не содержится агглютиногенов, в плазме же имеются агглютинины альфа и бета. В эритроцитах 11(А) группы имеется агглютиноген А, а в плазме — агДля ьфа группа крови характеризуется содержанием агглютиногенов А и В и отсутствием агглютининов. Переливание несовместимой крови вызывает г е м о т р а н с ф у з и о н н ы й ш о к — тяжелое патологическое состояние, которое 108 Таблица 2 Агглютинация при переливании крови людей разных групп Агглютинины в плазме реципиента Агглютиногены в эритроцитах донора I (0) I (ос, Р) П(Э) III (а) IV (0) — • и (А) Щ — — [ — + IV (АВ) III (В) + I-;,*' тЛ я т | + + + -ф ’ может закончиться гибелью человека. В таблице 2 показано, в каких случаях при переливании крови д о н о р а (человек, даюший кровь) р е ц и п и е н т у (человек, принимающий кровь) возникает агг лютинация (обозначено знаком +). Людям первой (I) группы можно переливать кровь только этой группы, а также эту группу можно переливать людям всех других групп. Поэтому людей с I группой называют у н и в е р с а л ь н ы м и д о н о р а м и . Людям IV группы можно переливать одноименную кровь, а также кровь всех остальных групп, поэтому этих людей называют у н и в е р с а л ь н ы м и р е ц и п и е н т а м и . Кровьлюдей II и III групп можно переливатьлюдям с одноименной, а также с IV группой. Указанные закономерности отражены на рис. 17. Важное значение при переливании крови имеет совместимость по резус-фактору. Впервые он был обнаружен в эритроцитах обезьянмакак породы «резус». Впоследствии оказалось, что ре з у с-ф а к т о р содержится в эритроцитах 85% людей (резус-паложителышя кровь) и лишь у 15% людей отсутствует (резус-отрицательная кровь). При повторном переливании крови реципиенту, несовмести мому по резус-фактору с донором, возникают осложнения, связан ные с агглютинацией несовместимых донорских эритроцитов. Это является результатом воздействия специфических антирезус-агглю тининов, вырабатываемых ретикуло-эндотелиальной системой пос ле первого переливания. При вступлении в брак резус-положительного мужчины с резусотрицательной женщиной (что нередко случается) плод часто насле дует резус-фактор отца. Кровь плода проникает в организм матери, вызывая образование антирезус-агглютининов, которые приводят к гемолизу эритроцитов будущего ребенка. Однако, для выраженных нарушений у первого ребенка их концентрация оказывается недоста точной и, как правило, плод рождается живым, нос гемолитической желтухой. При повторной беременности в крови матери резко возра стает концентрация антирезусных веществ, что проявляется не толь ко гемолизом эритроцитов плода, но и внутрисосудистым свертыва нием крови, нередко приводящим к его гибели и выкидышу. 109 Рис. 17. С х е м а допустимого переливания крови 8.5. РЕГУЛЯЦИЯ СИСТЕМЫ КРОВИ Регуляция системы крови включает в себя поддержание постоян ства объема циркулирующей крови, ее морфологического состава и физико-химических свойств плазмы. В организме существует два ос новныхмеханизма регуляции системы крови — нервный и гуморальный. Высшим подкорковым центром, осуществляющим нервнуюрегуля цию системы крови, является г и п о т а л а м у с . Кора головного мозга оказывает влияние на систему крови также через гипоталамус. Эфферентные влияния гипоталамуса включают механизмы крове творения, кровообращения и перераспределения крови, ее депони рования и разрушения. Рецепторы костного мозга, печени, селезен ки, лимфатических узлов и кровеносных сосудов воспринимают происходящие здесь изменения, афферентные импульсы от этих ре цепторов служат сигналом соответствующих изменений в подкорко вых центрах регуляции. Гипоталамус через симпатический отдел ве гетативной нервной системы стимулирует кроветворение, усиливая эритропоэз. Парасимпатические нервные влияния тормозят эритропоэз и осуществляют перераспределение лейкоцитов: уменьшение их количества в периферических сосудах и увеличение в сосудах внут ренних органов. Гипоталамус принимаеттакже участие в регуляции осмотического давления, поддержании необходимого уровня сахара в крови и других физико-химических констант плазмы крови. Нервная система оказывает как прямое, так и косвенное регулиру ющее влияние на систему крови. Прямой путь регуляции заключает ся в двусторонних связях нервной системы с органами кроветворе ния, кровераспределения и кроверазрушения. Афферентные и эф 110 ферентные импульсы идут в обоих направлениях, регулируя все про цессы системы крови. Косвенная связь между нервной системой и си стемой крови осуществляется с помощью гуморальных посредни ков, которые, влияя на рецепторы кроветворных органов, стимули руют или ослабляют гемопоэз. Среди механизмов гуморальной регуляции крови особая роль при надлежит биологически активным гликопротеидам — г е м о п о э т и н а м, синтезируемым главным образом в почках, а также в печени и селезенке. Продукция эритроцитов регулируется эритропоэтинами, лейкоцитов — лейкопоэтинами и тромбоцитов — тромбопоэтинами. Эти вещества усиливают кроветворение в костном мозге, селезенке, печени, ретикулоэндотелиальной системе. Концентрация гемопоэтинов увеличивается при снижении в крови форменных элементов, но в мал ых количествах они постоянно содержатся в плазме крови здоровых людей, являясь физиологическими стимуляторами кроветворения. Стимулирующее влияние на гемопоэз оказывают гормоны гипофи за (соматотропный и адренокортикотропный гормоны), коркового слоя надпочечников (глюкокортикоиды), мужские половые гормоны ( андрогены). Женские половые гормоны (эстрогены) снижают гемопо эз, поэтому содержание эритроцитов, гемоглобина и тромбоцитов в крови женщин меньше, чем у мужчин. У мальчиков и девочек (до полового созревания) различий в картине крови нет, отсутствуют они и у людей старческого возраста. 9. КРОВООБРАЩЕНИЕ К р о в о о б р а щ е н и е представляет собой физиологические процессы, обеспечивающие непрерывное движение крови в орга низме благодаря деятельности сердца и сосудов. Посредством крово обращения достигается интеграция различных функций организма и его участие в реакциях на изменение окружающей среды. 9.1. СЕРДЦЕ И ЕГО ФИЗИОЛОГИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА Источником энергии, необходимой для продвижения крови по сосудам, является работа с е р д ц а . Оно представляет собой полый мышечный орган, разделенный продольной перегородкой на правую и левую половины. Каждая из них состоит из п р е д с е р д и я и ж е л у д о ч к о в , отделенных фиброзными перегородками. Одно сторонний ток крови из предсердий в желудочки и оттуда в аорту и легочные артерии обеспечивается соответствующими клапанами, открытие и закрытие которых зависит от градиента давлений по обе их стороны. 111 Толщина стенок отделов сердца неодинакова и ИЯ т5гк л7"°ги sssra1 р а з л и ч н ы х дце снабжается кровью через к о р о н а р и ы е (в : н е чні ы е) а р т е в и и начинающиеся у места выхода аорты. Кровь через них поступаеттолько во время расслабления миокарда, количество когоройиз пои>е составляет 200-300 мл ■мин ', а при напряженнойфизической работе может достигать 1000 мл • мин . * о с н о в н ы м с в о й с т в а м с е р д е ч н о й м ы ш ц ы относятся автоматия, возбудимость, проводимость и сократимость. ж___ ____ _ л р п п п и итишаетея его способность критмивлиянием органе. В о з б у ж д е н и е в сердце самом возникает в месте впадения полых вен в правое предсердие, где нахо дится так называемый с и н о а т р и а л ь н ы й у з е л (узел ис Ф ляка),являющ ийся г л а в н ы м в о д и т е л е м р и т м а с е р д ца Далее возбуждение по предсердиям распространяется до а т р и о в е н т р и к у л я р н о г о у з л а (узелАшоф-Тавара),расположенного в межпредсердной перегородке правого предсердия, затем по п у ч к у Г и с с а, его н о ж к а м и в о л о к н а м П у р к и н ь е оно проводится к мускулатуре желудочков. Автоматия обусловлена изменением м е м б р а н н ы х п о т е н ц и а л о в в водителе ритма, что связано со сдвигом концентрации ионов калия и натрия по обе стороны деполяризованных клеточных мембран. На характер проявления автоматии влияет содержание со лей кальция в миокраде, pH внутренней среды и ее температура, не которые гормоны (адреналин, норадреналин и ацетилхолин). В о з б у д и м о с т ь с е р д ц а проявляется в возникновении возбуждения при роіцесса возбуждения потенциала возбужденном участке, при этом сила раздражителя должленее п о р о г о в о й . Сердцереагирует на раздражитель или прояв ляется не всегда. Степень сокращения сердечной мышцы зависит не только отсилы раздражителя, но и от величины ее предварительного а также Возбудимость миокарда непостоянна. В начальном периоде возt l / U « w v ------------— Т*. т V — — — -------------------- ж Л f r i V A -JT - ъ - 'Я г & ф — ~ } ---------— --------------- --------------------------- -------- Л Г . I 1 • / Д — Ф • • / ---------------------------— Л ---------------- ----------------- ж. ' WPpjU'H Ф ~ н о й р е ф р а к т е р н о с т и , равную по времени систоле сердца (0.20.3 с). Вследствие достаточно длительного периода абсолютной реф112 рактерности сердечная мышца не может сокращаться по типу те тануса, что имеет исключительно важное значение для координации работы предсердий и желудочков. С началом расслабления возбудимость сердца начинает восста навливаться и наступает ф а з а о т н о с и т е л ь н о й р е ф р а к т е р н о с т и . Поступление в этот момент дополнительного импульса способно вызвать внеочередное сокращение сердца — э к с т р а с и с т о л у . При этом период, следующий за экстрасистолой, длится боль ше времени, чем обычно, и называется к о м п е н с а т о р н о й п а у з ой. После фазы относительной рефрактерности наступает период повышенной возбудимости. По времени он совпадаете диастоличес ким расслаблением и характеризуется тем, что импульсы даже не большой силы могут вызвать сокращение сердца. П р о в о д и м о с т ь с е р д ц а обеспечивает распространение возбуждения от клеток водителей ритма по всему миокарду (рис. 18). Проведение возбуждения по сердцу осуществляется электрическим путем. Потенциал действия, возникающий водной мышечной клет ке, является раздражителем для других. Проводимость в разных уча стках сердца неодинакова и зависит от структурных особенностей миокарда и проводящей системы, толщины миокарда, а также от тем пературы, уровня гликогена, кислорода и микроэлементов в сердеч ной мышце. С о к р а т и м о с т ь с е р д е ч н о й м ы ш ц ы обусловливает увеличение напряжения или укорочение ее мышечных волокон при воз буждении. Возбуждение и сокращение являются функциями разных структурных элементов мышечного волокна. Возбуждение — это функция поверхностной клеточной мембраны, а сокращение функСиноатриальный узел 113 ция миофибрилл. Связь между возбуждением и сокращением, сопря жение их деятельности достигается при участии особого образования внутримышечного волокна— с а р к о п л а з м а т и ч е с к о г о р е т и к у л у м а. Сила сокращения сердца прямо пропорциональна длине его мы шечных волокон, т. е. степени их растяжения при изменении вели чины потока венозной крови. Иными словами, нем больше сердце растянуто во время диастолы, тем оно сильнее сокращается во вре мя систолы. Эта особенность сердечной мышцы, установленная О . Франком и Е. Старлингом, получила название закона сер- дцаФранка-Старлинга. Поставщиками энергии для сокращения сердца служат АТФ и КрФ, восстановление которых осуществляется окислительным и гликолитическим фосфорилированием. При этом предпочтитель ными являются аэробные реакции. В процессе возбуждения и сокращения миокарда в нем возникают б и о т о к и и сердце становится электрогенератором. Ткани тела, обладая высокой электропроводностью, позволяют регистрировать усиленные электрические потенциалы с различных участков его по верхности . Запись биотоков сердца называется э л е к т р о к а р д и о г р а ф и е й, аее кривые — э л е к т р о к а р д и о г р а м м о й (ЭКГ), которая впервые была записана в 1902 г В. Эйнтховеном. Для регистрации ЭКГ у человека применяют 3 с т а н д а р т н ы х ( д в у х п о л ю с н ы х ) о т в е д е н и я , при этом электроды накладывают на поверхность конечностей: I — правая рука-левая рука, II —правая рука-левая нога, III —левая рука-левая нога. Поми мо стандартных применяют о д н о п о л ю с н ы е г р у д н ы е о т в е д е н и я (V, — V6) и у с и л е н н ы е о т в е д е н и я о т к о н е ч н о с т е й (aVL, aVR и aVF). При анализе ЭКГ определяют величину зубцов в милливольтах и длину интервалов между ними в долях секунды. В каждом сердечном цикле различают зубцы Р, Q, R, S,T (рис. 19). Зубец Р отражает воз буждение предсердий, интервал P-Q — время проведения возбужде ния от предсердия к желудочкам (0.12-0.20 с). Комплекс зубцов QRS (0.06-0.09 с) характеризует возбуждение желудочков, а интервал S-T и зубец Т —процессы восстановления в желудочках, т. е. ихреполяризацию.ИнтервалQ -T (0.36-0.40с),называемый э л е к т р и ч е с к о й с и с т о л о й , отражает распространение электрических процес сов в миокраде, т. е. его возбуждение. Время возбуждения миокарда зависит от продолжительности сердечного цикла, которую удобнее всего определять по интервалу R-R По показателям ЭКГ можно судить об автоматии, возбудимости, сократимости и проводимости сердечной мышцы. Особенности ав томатии сердца проявляются в изменениях частоты и ритма зубцов 114 Рис. 19. Схема электрокардиограммы здорового человека 1— интервал PQ; 2 —интервал QRS; 3 —интервал ST; 4 — интервал QT (электрическая систола сердца) ЭКГ, характер возбудимости и сократимости — в динамике ритма и высоте зубцов, а особенности проводимости — в продолжительности интервалов. Ритм работы сердца зависит от возраста, пола, массы тела, трени рованности. У молодых здоровых людей частота сердечных сокраще ний (ЧСС) составляет 60-80ударовв 1минуту. ЧСС менее 60ударов в 1 мин. называется б р а д и к а р д и е й , а более 9 0 — т а х и к а р д и е й . У здоровых людей может наблюдаться с и н у с о в а я а р и т мия, при которой разница в продолжительности сердечных циклов в покое составляет 0.2-0.3 с и более. Иногда аритмия связана с фаза ми дыхания ( д ы х а т е л ь н а я а р и т м и я ) , она обусловлена преобладающими влияниями блуждающего или симпатического не рвов. В этих случаях сердцебиения учащаются при вдохе и урежаются при выдохе. Безостановочное движение крови по сосудам обусловлено ритми ческими сокращениями сердца, которые чередуются с его расслабле нием. Сокращение сердечной мышцы называется с и с т о л о й , а ее расслабление — д и а с т о л о й . Периоду включающий систолу и диастолу, составляет с е р д е ч н ы й ц и к л . Он состоит из трех фаз••систолы предсердий, систолы желудочков и общей диастолы сер дца. Длительность сердечного цикла зависит от ЧСС. При сердечном ритме 75 ударов в 1 мин. она составляет0.8 с, при этом систола пред сердия равна 0.1 с, систола желудочков — 0.33 с и общая диастола сердца —0.37 с. Левый и правый желудочки при каждом сокращении сердца чело века изгоняют соответственно в аорту и легочные артерии примерно 60-80 мл крови; этот объем называется с и с т о л и ч е с к и м и л и у д а р н ы м о б ъ е м о м к р о в и (УОК). Умножив УОК на ЧСС, можно вычислить м и н у т н ы й о б ъ е м к р о в и (МОК), который составляет в среднем 4.5-5 л. Важным показателем является с е р * 115 д е ч н ы й и н д е к с — отношение М ОК к площади поверхности тела\ эта величина у взрослых людей в среднем равна 2.5-3.5 л мин м 2. При мышечной деятельности систолический объем может возрастать до 100-150 мл и более, а М О К —до 30-35 литров. 9.2. ДВИЖЕНИЕ КРОВИ ПО СОСУДАМ (ГЕМОДИНАМИКА) Движение крови по сосудам обусловлено градиентом давления в артериях и венах. Оно подчинено законам гидродинамики и опреде ляется двумя силами: д а в л е н и е м, влияющим на движение крови, и с о п р о т и в л е н и е м , которое она испытывает при трении о стенки сосудов. Силой, создающей давление в сосудистой системе, является рабо та сердца, его сократительная способность. Сопротивление кровото ку зависит прежде всего от диаметра сосудов, их длины и тонуса, а также от от объема циркулирующей крови и ее вязкости. При умень шении диаметра сосуда в два раза сопротивление в нем возрастает в 16 раз. Сопротивление кровотоку в артериолах в 106раз превышает со противление ему в аорте. Различают объемную и линейную скорости движения крови. О б ъ е м н о й с к о р о с т ь ю к р о в о т о к а называют количество крови, которое протекает за 1минуту через всю кровеносную систе му. Эта величина соответствует МОК и измеряется в миллилитрах в 1 мин. Какобщая, так и местная объемные скорости кровотока непосто янны и существенно меняются при физических нагрузках (табл. 3). Л и н е й н о й с к о р о с т ь ю к р о в о т о к а называют скорость движения частиц крови вдоль сосудов. Эта величина, измеренная в сантиметрах в 1 с, прямо пропорциональна объемной скорости кроТаблица 3 Общая и местная объемная скорость кровотока у человека (по Вейду и Бишопу) Показатели Объемная скорость кровотока (мл • мин1) Состояние Физическая работа покоя Легкая Средняя Тяжелая Общая объемная скорость кровотока Скелетные мышцы Мозг Сердце Органы брюшной полости Почки Кожа Другие органы 116 5800 9500 17500 25000 1200 750 250 1400 1100 700 600 4500 750 350 1100 900 1500 400 12500 750 750 600 600 1900 400 22500 750 1000 300 250 600 100 вотока и обратно пропорциональна площади сечения кровеносного русла. Линейная скорость неодинакова: она больше в центре сосуда и меньше около его стенок, выше в аорте и крупных артериях и ниже в венах. Самая низкая скорость кровотока в капиллярах, обшая пло щадь сечения которых в 600-800 раз больше площади сечения аорты. О средней линейной скорости кровотока можно судить по времени полного кругооборота крови. В состоянии покоя оно составляет 21 -23 с, при тяжелой работе снижается до 8-10 с. При каждом сокращении сердца кровь выбрасывается в артерии под большим давлением. Вследствие сопротивления кровеносных сосудов ее передвижению в них создается давление, которое называ ют к р о в я н ы м д а в л е н и е м . Величина его неодинакова в разных отделах сосудистого русла. Наибольшее давление в аорте и крупных артериях. В мелких артериях, артериолах, капиллярах и венах оно постепенно снижается; в полых венах давление крови меньше атмос ферного. ч На протяжении сердечного цикла давление в артериях неодина ково: оно выше в момент систолы и ниже при диастоле. Наибольшее давление называют с и с т о л и ч е с к и м ( м а к с и м а л ь н ы м ) , наименьшее — д и а с т о л и ч е с к и м ( м и н и м а л ь н ы м). Колебания кровяного давления при систоле и диастоле сердца проис ходят лишь в аорте и артериях; в артериолах и венах давление крови постоянно на всем протяжении сердечного цикла. С р е д н е е а р т е р и а л ь н о е д а в л е н и е представляет собой ту величину давления, которое могло бы обеспечить течение крови в артериях без колеба ний давления при систоле и диастоле. Это давление выражает энер гию непрерывного течения крови, показатели которого близки к уровню диастолического давления (рис. 20). В е л и ч и н а ' а р т е р и а л ь н о г о д а в л е н и я зависит от сократительной силы миокарда, величины МОК, длины, емкости и тонуса сосудов, вязкости крови. Уровень систолического давления зависит, в первую очередь, от силы сокращения миокарда. Отток крови из артерий связан с сопротивлением в периферических сосу дах, ихтонусом, что в существенной мере определяет уровень диасто лического давления. Таким образом, давление в артериях будет тем выше, чем сильнее сокращения сердца и чем больше периферическое сопротивление (тонус сосудов). Артериальное давление у человека может быть измерено прямым и косвенным способами. В первом случае в артерию вводится полая игла, соединенная с манометром. Это наиболее точный способ, одна ко он мало пригоден для практических целей. Второй, так называе мый м а н ж е т о ч н ы й с п о с о б , был предложен Рива-Роччи в 1896 г. и основан на определении величины давления, необходимой для полного сжатия артерии манжетой и прекращения в ней 1ока 117 С истолическое Рис. 20. Изменение кровяного давления в разных частях сосудистогорусла крови. Этим методом можно определитьлишь величину систоличес кого давления. Для определения систолического и диастолического давления применяется з в у к о в о й или а у с к у л ь т а т и в н ы й с п о с о б , предложенный Н. С. Коротковым в 1905 г. При этом способе также используется манжета и манометр, но о величине дав ления судят не по пульсу, а по возникновению и исчезновению зву ков, выслушиваемых на артерии ниже места наложения манжеты (звуки возникаютлишьтогда, когда кровь течет по сжатой артерии). В последние годы для измерения артериального давления у человека на расстоянии используются радиотелеметрические приборы. В состоянии покоя у взрослых здоровых людей систолическое давление в /ыечевой артерии составляет 110-120 мм рт. ст., диас толическое— 60-80ммрт. ст. Поданным Всемирной организации здравоохранения, артериальное давление до 140/90 мм рт. ст. являет ся н о р м о т о н и ч е с к и м , выше этих вел и ч и н — г и п е р т о н ич е с к и м , аниже 100/60ммрт.ст. — г и п о т о н и ч е с к и м . Разница между систолическим и диастолическим давлениями называется п у л ь с о в ы м д а в л е н и е м или п у л ь с о в о й а м п л и т у д о й ; ее величина в среднем равна 40-50 мм рт. ст. У людей пожилого возра ста кровяное давление выше, чем у молодых; у детей оно ниже, чем у взрослых. В капиллярах происходит обмен веществ между кровью и тканя ми, поэтому количество капилляров в организме человека очень ве лико. Оно больше там, где интенсивнее метаболизм. Например, на 118 единицу площади сердечной мышцы капилляров приходится в два раза больше, чем скелетной. Кровяное давление в разных капилля рах колеблется от 8 до 40 мм рт. ст.; скорость кровотока в них не большая — 0.3-0.5 мм ■с 1. В начале венозной системы давление крови равно 20-30 мм рт. ст., в венах конечностей — 5-10 мм рт. ст. и в полых венах оно колеблется около 0. Стенки вен тоньше, и их растяжимость в 100-200раз боль ше, нем у артерий. Поэтому е м к о с т ь в е н о з н о г о с о с у д и с т о г о р у с л а может возрастать в 5-6 раз даже при незначительном повышении давления в крупных венах. В этой связи вены называют е м к о с т н ы м и с о с у д а м и в отличие от артерий, которые оказывают большое сопротивление току крови и называются р е з и с т и в н ы м и с о с у д а м и (сосудами с о п р о т и в л е н и я ) . Линейная скорость кровотока даже в крупных венах меньше, чем в артериях. Например, в полых венах скорость движения крови почти в два раза ниже, чем в аорте. Участие дыхательных мышц в венозном кровообращении образно называется д ы х а т е л ь н ы м н а с о с о м , скелетных мышц — м ы ш е ч н ы м н а с о с о м . При динамической работе мышц движению крови в венах способствуют оба этих факто ра. При статических усилиях приток крови к сердцу снижается, что приводит к уменьшению сердечного выброса, падению артериально го давления и ухудшению кровоснабжения головного мозга. В легких имеется двойное кровоснабжение. Газообмен обеспечива ется сосудами малого круга кровообращения, т. е. легочными артерия ми, капиллярами и венами. Питание легочной ткани осуществляет ся группой артерий большого круга— бронхиальными артериями, от ходящими от аорты. Легочное русло, пропускающее за одну минуту то же количество крови, что и большой круг, имеет меньшую протя женность. Крупные легочные артерии более растяжимы, чем артерии большого круга. Поэтому они могут вмещать относительно больше крови без существенных изменений кровяного давления. Емкость легочных сосудов непостоянна: при вдохе она увеличивается, при выдохе — уменьшается. Легочные сосуды могут вмешать от 10 до 25% всего объема крови. Сопротивление току крови в сосудах малого круга кровообращения примерно в 10раз меньше, чем в сосудах большого круга. Это в значи тельной мере обусловлено широким диаметром легочных артериол. В связи с пониженным сопротивлением правый желудочек сердца ра ботает с небольшой нагрузкой и развивает давление в несколько раз меньшее, чем левый. Систолическое давление в легочной артерии составляет25-30 мм рт. ст., диастолическое — 5-10 мм рт. ст. Капиллярная сеть малого круга кровообращения имеет поверх ность около 140м?. Одномоментно в легочных капиллярах находится от 60 до 90 мл крови. За одну минуту через все капилляры легких про 119 ходит 3,5-5 л крови, а при физической работе — до 30-35 л • м и н 1. Эритроциты проходят через легкие за 3-5 с, находясь в легочных ка пиллярах (где происходит газообмен) в течение 0.7 с, при физичес кой работе — 0.3 с. Большое количество сосудов в легких приводит к тому, что кровоток здесь в 100 раз выше, чем в других тканях орга низма. j Кровоснабжение сердца осуществляется коронарными, или венеч ными, сосудами. В отличие от других органов, в сосудах сердца крово ток происходит преимущественно во время диастолы. В период систолы желудочков сокращение миокарда настолько сдавливает распо ложенные в нем артерии, что кровоток в них резко снижается. В покое через коронарные сосуды протекает в 1 минуту 200-250 мл крови, что составляет около 5% МОК. Во время физической рабо ты коронарный кровоток может возрасти до 3-4 л • м и н 1. Кровоснаб жение миокрада в 10-15 раз интенсивнее, чем тканей других органов. Через левую венечную артерию осуществляется 85% коронарного кровотока, черз правую — 15%. Венечные артерии являются к о н ц е в ы м и и имеют мало анастомозов, поэтому их резкий спазм или закупорка приводят к тяжелым последствиям. 9.3. РЕГУЛЯЦИЯ СЕРДЕЧНО-СОСУДИСТОЙ СИСТЕМЫ Работа сердца усиливается при увеличении венозного притока крови. М ышца сердца при этом сильнее растягивается во время диа столы, что способствует более мощному последующему ее сокраще нию. Однако эта зависимость проявляется не всегда. При очень большом притоке крови сердце не успевает полностью освободить свои полости, сокращения его не только не усиливаются, но даже ослабевают. Главную роль в регуляции деятельности сердца играют нервные и гуморальные влияния. Сердце сокращается благодаря импульсам, по ступающим от главного водителя ритма, деятельность которого кон тролируется центральной нервной системой. Н е р в н а я р е г у л я ц и я деятельности сердца осуществляется эфферентными ветвями блуждающего и симпатического нервов. Ис следование нервной регуляции деятельности сердца началось с откры тия в Петербурге в 1845 г. братьями Вебер тормозящего влияния блуж дающего нерва, а в 1867 г. там же братья Цион обнаружили ускоряющее влияние симпатического нерва. И лишь благодаря опытам И. П. Пав лова (1883) было показано, что различные волокна этих нервов поразному влияют на работу сердца. Так, раздражение одних волокон блуждающего нерва вызываетурежение сердцебиений, а раздражение других — их ослабление. Некоторые волокна симпатического нерва учащают ритм сердечных сокращений, другие—усиливают их. Усили120 воющие нервные волокна являются трофическими, т. е. действующим и на сердце путем повышения обмена веществ в миокарде. На основе анализа всех влияний блуждающего и симпатического нервов на сердце создана современная классификация их эффектов. Х р о н о т р о п н ы й э ф ф е к т характеризует изменение частоты сердечных сокращений, б а т м о т р о п н ы й —изменение возбуди мости, д р о м о т р о п н ы й — изменение проводимости и и н о т р о п н ы й — изменение сократимости. Все эти процессы блуждаю щие нервы замедляют и ослабляют, а симпатические —ускоряют и усиливают. Центры блуждающих нервов находятся в продолговатом мозге. Вторые их нейроны расположены непосредственно в нервных узлах сердца. Отростки этих нейронов иннервируют синоатриальный и атриовентрикулярный узлы и мышцы предсердий; миокард желу дочков блуждающими нервами не иннервируется. Нейроны симпа тических нервов расположены в верхних сегментах грудного отдела спинного мозга, отсюда возбуждение передается в шейные и верхние грудные симпатические узлы и далее к сердцу. Импульсы с нервных окончаний передаются на сердце посредством медиаторов. Для блуждающих нервов медиатором служит ацетилхолин, для симпати ческих — норадреналин. Центры блуждающих нервов постоянно находятся в состоянии некоторого возбуждения (тонуса), степень, которого изменяется под влиянием центростремительных импульсов от разных рецепторов тела. При стойком повышении тонуса этих нервов сердцебиения ста новятся реже, возникает с и н у с о в а я б р а д и к а р д и я . Тонус центров симпатических нервов выражен слабее. Возбуждение в этих центрах усиливается при эмоциях и мышечной деятельности, что ве дет к учащению и усилению сердечных сокращений. В рефлекторной регуляции работы сердца участвуют центры продолговатого и спинного мозга, гипоталамуса, мозжечка и коры больш их полушарий, а также рецепторы некоторых сенсорных сис тем (зрительной, слуховой,двигательной, вестибулярной). Большое значение в регуляции сердца и кровеносных сосудов имеют импуль сы от сосудистых рецепторов, расположенных в р е ф л е к с о г е н н ы х з о н а х (дугааорты, бифуркация сонныхартерий и др.).Такие же рецепторы имеются и в самом сердце. Часть этих рецепторов вос принимает изменения давления в сосудах (б а р о р е ц е п т о р ы). Х е м о р е ц е п т о р ы возбуждаются в результате сдвигов химичес кого состава плазмы крови при увеличении в ней рСО,или сниже ния р 0 2. Надёятельностьсердечно-сосудистой системы влияют импульсы от рецепторов легких, кишечника, раздражение тепловых и болевых рецепторов, эмоциональных и условнорефлекторных воздействий. 121 В частности, при повышении температуры тела на 1°С частота сердце биений возрастает на 10 ударов в 1 минуту. Гуморальная регуляция деятельности сердца осуществляется путем воздействия на него химических веществ, на_________________ П Ш Л Й ПРГЧ/ПСПІИИ Г Н Я І Я гуморальнои ХОДЯЩ П А О І о іч и и іэк і. 1 • — .......... - ^ ны с экспериментами О. Леви 11922), получившего «вагусоподобное —----------- ---------------------------------------------паплілаи блуждаюJ г аналогичными тических нервах, обнаружившего «симпатии». В дальнейшем было установлено, что вышеназванные вещества - это ацетилхолин и норадреналин. могут оказываться распада углеводов лпп 1 ^cw.u«r.«. Адреналин, норадреналин и тироксин усиливают ра боту сердца, ацетилхолин — ослабляет. Снижение pH, увеличение уровня мочевины и молочной кислоты повышают сердечную дея тельность. При избытке ионов калия урежается ритм и уменьшает ся сила сокращений сердца, его возбудимость и проводимость. Вы сокая концентрация калия приводит к расслоению миокарда и ос тановке сердца в диастоле. Ионы кальция учащают ритм и усилива ют сердечные сокращения, повышают возбудимость и проводи мость миокарда; при избытке кальция сердце останавливается в систоле. Ф у н к ц и о н а л ь н о е с о с т о я н и е с о с у д и с т о й системы, как и сердца ,регулируется нервными и гуморальными влияниями. Не рвы, регулирующие тонус сосудов, называются с о с у д о д в и г а т е л ь н ы м и и состоят из двух частей — сосудосуживающих и сосудорасСимпатические суживающее щ■ ! * ствие на сосуды кожи, органов брюшной полости, почек, легких и мозговых оболочек, но расширяют сосуды сердца. Сосудорасширяю щие влияния оказываются парасимпатическими волокнами, которые выходят из спинного мозга в составе задних корешков. Определенные взаимоотношения сосудосуживающих и сосудо расширяющих нервов поддерживаются сосудодвигательным цент ром, расположенным в продолговатом мозге и открытым в 1871 г. В.Ф.Овсянниковым. С о с у д о д в и г а т е л ь н ы й ц е н т р состоит из п р е с с о р н о г о (сосудосуживающего)и д е п р е с с о р н о г о (сосудорасширяющего) отделов. Главная роль в регуляции тонуса со судов принадлежит прессорному отделу. Кроме того, существуют в ы с ш и е сосудодвигательные центры, расположенные в коре го ловного мозга и гипоталамусе, и н и з ш и е — в спинном мозге. Нервная регуляция тонуса сосудов осуществляется и рефлекторным путем. На основе безусловных рефлексов (оборонительных, пищеЩ Н Л r i v U D v / U з FI U I 1V W * W T T 122 * .* ..j . XT ««Sk пых, половых) вырабатывание-'! сосудистые условные реакции на слова, вид объектов, эмоции и др. Основными естественными рецептивными полями, где возника ют рефлексы на сосуды, являются кожа и слизистые оболочки (экстероцептивныезоны) и сердечно-сосудистая система ( интероцептивныезоны). Главнейшими интерорецептивными зонами являются синокаротидная и аортальная; в дальнейшем подобные зоны были открыты в устье полых вен, в сосудах легких и желудочно-кишечно го тракта. Гуморальная регуляция тонуса сосудов осуществляется как сосудосуживающими, так и сосудорасширяющи ми веществами. К первой группе относят гормоны мозгового слоя надпочечников — адреналин и норадреналин, а также задней доли ги пофиза — вазопрессин. К числу гуморальных сосудосуживающих факторов относят серотонин, образующийся в слизистой оболочке кишечника, в некоторых участках головного мозга и при распаде тромбоцитов. Аналогичный эффект оказывает образующееся в поч ках вещество ренин, который активирует находящийся в плазме гло булин — гипертензиноген, превращая его в в активный гипертензии (ангиотонин). В настоящее время во многих тканях тела обнаружено значитель ное количество сосудорасширяющих веществ. Таким эффектом обла дает медуллин, вырабатываемый мозговым слоем почек, и простогландины, обнаруженные в секрете предстательной железы. В подче люстной и поджелудочной железах, в легких и коже установлено на личие весьма активного полипептида — брадикинина, который вызывает расслабление гладкой мускулатуры артериол и понижает кровяное давление. К сосудорасширяющим веществам также отно сятся ацетилхолин, образующийся в окончаниях парасимпатических нервов, и гистамин, находящийся встенках желудка, кишечника, а также в коже и скелетных мышцах (при их работе). Все сосудорасширяющие вещества, как правило, действуют местно, вызывая дилятацию капилляров и артериол. Сосудосуживающие вещества преимущественно оказывают общее действие на крупные кровеносные сосуды. 10. ДЫХАНИЕ Д ы х а н и е м называется совокупность физиологических про цессов, обеспечивающих поступление кислорода в организм, ис пользование его тканями для окислительно-восстановительных ре акций и выведения из организма углекислого газа. Дыхательная функция осуществляется с помощью внешнего (легочного) дыхаIS ния, переноса О, к тканям и СО, от них, а также газообмена между тканями и кровью. . 10.1. ВНЕШНЕЕ ДЫХАНИЕ У человека внешнее дыхание обеспечивается трахеей, бронхами, бронхиолами и альвеолами, общее количество которых составляет око ло 700 миллионов. Площадь альвеол равна 80-100 м2, а объем воздуха в них около 2-3 литров; объем воздухоносных путей - 150-180 мл. В обычных условиях альвеолы не спадаются, так как находящаяся на внутренней поверхности жидкость содержит с у р ф а к т а н т ы вещества, снижающие поверхностное натяжение. Г а з о о б м е н между легкими и окружающей средой осуществля ется за счет в д о х а и в ы д о х а . При вдохе объем легких увеличивается, давление в них становится ниже атмосферного, и воз дух поступаете дыхательные пути. Этот процесс носит активный ха рактер и обусловлен сокращением наружных межреберных мышц и опусканием (сокращением) диафрагмы, в результате чего объем лег ких возрастаетна 250-300 мл. Во время выдоха объем грудной полос ти уменьшается, воздух в легких сжимается, давление в них стано вится выше атмосферного, и воздух выходит наружу. Выдох в спо койном состоянии осуществляется пассивно за счет тяжести грудной клетки и расслабления диафрагмы. Форсированный выдох происхо дит вследствие сокращений внутренних межреоерных мышц, час тично — за счет мышц плечевого пояса и брюшного пресса. Важное значение для осуществления вдоха и выдоха имеет герме тически замкнутая п л е в р а л ь н а я п о л о с т ь (щ е л ь), образованная висцеральным (покрывает легкое) и париетальным (выстилает грудную клетку изнутри) листками плевры и защищен ная небольшим количеством жидкости. Давление в плевральной по лости ниже атмосферного, которое еще больше снижается при вдохе, способствуя поступлению воздуха в легкие. При попадании воздуха или жидкости в плевральную полость легкие спадаются за счет их эластической тяги, дыхание становится невозможным и развивают ся тяжелые осложнения — п н е в м о г и д р о т о р а к с . Количество воздуха, находящегося в легких после максимального вдоха, составляет о б щ у ю е м к о с т ь л е г к и х , величина которой у взрослого человека равна 4-6 л. В общей емкости легких принято выделять четыре составляющих ее компонента: дыхательный объем, резервный объем вдоха и выдоха и остаточный объем. Д ы х а т е л ь н ы й о б ъ е м — это количество воздуха, проходя щего через легкие при спокойном вдохе (выдохе) и равное 400-500 мл. Р е з е р в н ы й о б ъ е м в д о х а (1.5-3 л) составляет воздух, который можно вдохнуть дополнительно после обычного вдоха. Р еи х 124 j c p s n w M о б ъ е м о м в ы д о х а (1-1.5л) называется объем воздуха, который еще можно выдохнуть после обычного выдоха. О с т а т о ч н ы й о б ъ е м (1-1.2 л) — это количество воздуха, которое остается в легких после максимального выдоха и выходиттолько при пневмо тораксе. Сумма дыхательного воздуха, резервных объемов вдоха и выдоха составляет ж и з н е н н у ю е м к о с т ь л е г к и х (ЖЕЛ), равную 3.5-5 л; у спортсменов она может достигатьбл иболее. В покое человек делает 10-14дыхательных циклов в 1 минуту, по этому минутный объем дыхания (МОД) составляет 6-8 л. В состав ды хательного воздуха входит так называемое м е р т в о е ( в р е д н о е ) п р о с т р а н с т в о (120-150 мл), образованное воздухоносными путями (полости рта, носа, глотки, гортани, трахеи и бронхов), не уча ствующими в газообмене воздухом. Однако заполняющий это про странство воздух играет положительную роль в поддержании опти мальной влажности и температуры альвеолярного газа. Соотношение компонентовдыхательного цикла (длительность фаз вдоха и выдоха, глубина дыхания, динамика давления и скорость потоков в воздухо носных путях) характеризуют так называемый п а т т е р н д ы х а н и я , который зависит от внешних и внутренних влияний на организм. В процессе газообмена между организмом и атмосферным возду хом большое значение имеет в е н т и л я ц и я л е г к и х , обеспечи вающая обновление состава альвеолярного газа. Интенсивность вен тиляции зависит от глубины и частоты дыхания. Количественным показателем вентиляции легких служит м и н у т н ы й о б ъ е м д ы х а н и я , определяемый как произведение дыхательного объема на число дыханий в минуту. Легочная вентиляция обеспечивается работой дыхательных мышц. Эта работа связана с преодолением э л а с т и ч е с к о г о с о пр о т и в л е н и я легких и сопротивления дыхательному потоку воздуха ( н е э л а с т и ч е с к о е с о п р о т и в л е н и е ) . При МОД, равном 6-8 л • мин на работу дыхательных мышц расходуется 5-10 мл • мин'1Ог При физических нагрузках, когда МОД достигает 150200л • мин ', для обеспечения работы дыхательных мышц требуется уже около одного л и т р а 0 2. Высокая кислородная стоимость дыха ния невыгодна для организма, так как 0 2не может использоваться для полезной работы. Из воздуха альвеол 0 2переходит в кровь, а в него поступает СО,. Поэтому газовый состав их воздуха в процессе вентиляции легких неодинаков (табл. 4). Выдыхаемый воздух состоит из смеси альвеолярного и воздуха вредного пространства, по составу мало отличающегося от атмос ферного. Поэтому выдыхаемый воздух содержит больше 0 2и мень ше СО, посравнениюсальвеолярным. Назначение легочной венти ляции состоит в поддержании относительного постоянства уровня 125 Таблица 4 Состав воздуха (в %) при спокойном дыхании Воздух Вдыхаемый Выдыхаемый Альвеолярный Кислород Углекислый газ Азот 20.94 16.30 14.40 0.03 4.00 5.60 79.03 79.70 80.00 1 парциального давления 0 2 и С 0 2в альвеолярном воздухе. При ат мосферном давлении 760 мм рт. ст. р 0 2в нем равно 159 мм рт. ст. и рСО — 0.2 мм рт. ст., а в альвеолярном воздухе — 102 мм рт. ст. и 40 ммрт. ст., соответственно. Характер легочной вентиляции определя ется градиентом парциального давления этих газов в различных от делах дыхательных путей. 10.2. ОБМЕН ГАЗОВ В ЛЕГКИХ И ИХ ПЕРЕНОС КРОВЬЮ Переход 0 2из альвеолярного воздуха в кровь и СОгиз крови в альвео лы происходит только путем диффузии. Никакого механизма актив ного транспорта газов здесь не существует. Движущей силой диффу зии являются разности (градиенты) парциальных давлений (напря жений) О2и С 02по обе стороны альвеолярно-кап&ыярноймембраны или аэрогематического барьера Напряжение газов в различных сре дах представлено в таблице 5. ’ / \ Кислород и углекислый газ диффундируют только в растворенном состоянии, что обеспечивается наличием в воздухоносных путях во дяных паров, слизи и сурфактантов. В ходе диффузии через аэрогематический барьер молекулы растворенного газа преодолевают большое сопротивление, обусловленное слоем сурфактанта, альвео лярным эпителием, мембранами альвеол и капилляров, эндотелием сосудов, а также плазмой крови и мембраной эритроцитов. Диффузионная способность легких для кислорода очень велика. Это обусловлено огромным числом (сотни миллионов) альвеол и Таблица 5 Напряжение 0 2 и СО, (мм рт. ст.) при спокойном дыхании воздухом 126 Среда Углекислый газ Альвеолярный воздух Венозная кровь Артериальная кровь Ткани 40 46 40 50-60 большой их газообменной поверхностью (около 100 м2), а также ма лой толщиной (около 1 мкм) альвеолярно-капиллярной мембраны. Диффузионная способность легких у человека примерно равна 25 мл О, в 1 мин в расчете на 1 мм рт. ст. градиента парциальных давлений кислорода. Учитывая, что градиент р 0 2между притекающей к лег ким венозной кровью и альвеолярным воздухом составляет около 60 мм рт. ст., этого оказывается достаточно, чтобы за время прохожде ния кровичерезлегочный капилляр(около0.8с) напряжение кисло рода в ней успело уравновеситься с альвеолярным рО,. Диффузия С 0 2из венозной крови в альвеолы даже при сравни тельно небольшом градиенте р С 0 2(около 6 мм рт. ст.) происходит достаточно легко, так как растворимость С 0 2в жидких средах в 2025 раз больше, чему кислорода. Поэтому после прохождения крови через легочные капилляры р С 0 2в ней оказывается равным альвео лярному и составляет около 40 мм рт. ст. Дыхательная функция крови прежде всего обеспечивается достав кой к тканям необходимого им количества 0 2. Кислород в крови на ходится в двух агрегатных состояниях: растворенный в плазме (0.3 об.%) и связанный с гемоглобином (около 20 об.%) — о к с и г е м о глобин. Отдавший кислород гемоглобин считают восстановленным или дезоксигемоглобином. Поскольку молекула гемоглобина содержит 4 частицы ге м а (железосодержащего вещества), она может связать четыре молекулы 0 2. Количество 0 2, связанного гемоглобином в 100 мл крови, носит название к и с л о р о д н о й е м к о с т и к р о в и и составляет около 20 мл О,. Кислородная емкость всей крови человека, содержащей примерно 750 г гемоглобина, приблизительно равна 1л. Каждому значению р 0 2в крови соответствует определенное про центное насыщение гемоглобина кислородом. Кривую зависимости процентного насыщения гемоглобина кислородом от величины пар циального напряжения называют кривой д и с с о ц и а ц и и о к с и г е м о г л о б и н а (рис. 21). Анализ хода этой кривой сверху вниз показывает, что с уменьшением рО, в крови происходит диссоциа ция оксигемоглобина, т. е. процентное содержаниеоксигемоглобина уменьшается, а восстановленного растет. В рахшчных условиях деятельности может возникать острое снижение насыщенности крови кислородом — г и п о к с е м и я . При чины гипоксемии весьма разнообразны. Она может развиваться вследствие снижения р 0 2в альвеолярном воздухе (произвольная за держка дыхания, вдыхание воздуха с пониженным р 0 2), при физи ческих нагрузках, а также при неравномерной вентиляции различ ных отделов легких. Образующийся в тканях С 0 2диффундируетвтканевые капилля ры, откуда переносится венозной кровью в легкие, где переходит в 127 %НЬ02 100 90 80 70 60 50 40 30 0б %0 20 10 0 рО Рис. 21. Кривая диссонации оксигемоглобииа в крови человека в покое А - содержание НЬ02в артериальной крови , В - т о же в венозной крови альвеолы и удаляется с выдыхаемым воздухом. Углекислым газ в крови (как и 0 2) находится в двух состояниях:растворенный в плазме (около 5% всего количества) и химически связанный с другими веществами (95%). С 0 2в виде химических соединений имеет три фор мы : угольная кислота (Н2С 0 3), соли угольной кислоты (№ Н С 0 3)и в связи с гемоглобином (Н вН С 03). В крови тканевых капилляров одновременно с поступлением С 0 2 внутрь эритроцитов и образованием в них угольной кислоты проис ходит отдача 0 2оксигемоглобином. Восстановленный Нвлегкосвязывает водородные ионы, образующиеся при диссоциации угольной кислоты. Таким образом, восстановленный Нв венозной крови спо собствует связыванию СО,, а оксигемоглобин, образующийся в ле гочных капиллярах, облегчает его отдачу. В состоянии покоя с дыханием из организма человека удаляется 230-250 мл С 0 2в 1 минуту. При удалении из крови С 0 2из нее уходит примерно эквивалентное число ионов водорода. Таким порядком дыхание участвует в регуляции кислотно-щелочного состояния во внутренней среде организма. Обмен газов между кровью и тканями осущест& гяется также пу тем диффузии. Между кровью в капиллярах и межтканевой жидко стью существует градиент напряжения 0 2, который составляет 30-80 мм рт. ст., а напряжение СО, в интерстициальной жидкости на 20-40 мм рт. ст. выше, чем в крови. Кроме того, на обмен 0 2и С 0 2в тканях влияют площадь обменной поверхности, количество эритроцитов в крови, скорость кровотока, коэффициенты диффузии газов в тех средах, через которые осуществляется их перенос. Артериальная кровь отдает тканям не весь Ог Разность между об.% 0 2 в притекающей к тканям артериальной крови (около 20 об.%) и оттекающей от них венозной кровью (примерно 13 об.%) 128 называется а р т е р и о - в е н о з н о й р а з н о с т ь ю п о к и с л о р о д у (7 об.%). Эта величина служит важной характеристикой дыха тельной функции крови, показывая, какое количество О, доставля ют тканям каждые 100 мл крови. Для того, чтобы установить, какая часть приносимого кровью 0 2переходит в ткани, вычисляют к о э ф ф и ц и е н т у т и л и з а ц и и (использования) к и с л о р о д а . Его определяют путем деления величины артерио-венозной разности на содержание О, в артериальной крови и умножения на 100. В покое для всего организма коэффициент утилизации 0 2равен примерно 30-40%. Однако в миокарде, сером веществе мозга, печени и корко вом слое почек он составляет 40-60%. При тяжелых физических на грузках коэффициент утилизации кислорода работающими скелет ными мышцами и миокардом достигает 80-90%. В снабжении мышц 0 2при тяжелой работе имеет определенное значение внутримышечный пигмент м и о г л о б и н, который свзявает дополнительно 1.0-1.5 л 0 2. Связь 0 2 с миоглобином более прочная, чем с гемоглобином. Оксимиоглобин отдает 0 2только при выраженной гипоксемии. 10.3. РЕГУЛЯЦИЯ ДЫХАНИЯ Регуляция внешнего дыхания представляет собой физиологичес кий процесс управления легочной вентиляцией для обеспечения оп тимального газового состава внутренней среды организма в постоян но меняющихся условиях его жизнедеятельности. Основную роль в регуляции дыхания играют рефлекторные реакции, возникающие в результате возбуждения специфических рецепторов, заложенных в легочной ткани, сосудистых рефлексогенных зонах и скелетных мышцах. Центральный аппарат регуляции дыхания представляют нервные образования спинного, продолговатого мозга и вышележа щих сегментов ЦНС. Гуморальная регуляция дыхания, созданная Д. Холденом и Д. Пристли около 50 лет тому назад, в последние годы не находит экспериментального подтверждения, большинством специалистов считается ошибочной и упоминается сейчас только в историческом плане. Это обусловлено открытием специфических рецепторов (механо- и хеморецепторов), а также других рефлекторных влияний на дыхательный центр. Поэтому все изменения внешнего дыхания в на стоящее время объясняются только рефлекторными механизмами. Дыхательный ритм и управление деятельностью дыхательных мышц генерируется работой д ы х а т е л ь н о г о ц е н т р а , представ ляющего собой совокупность взаимосвязанных нейронов ретику лярной формации продолговатого мозга и вышележащих отделов ЦНС, обеспечивающих тонкое приспособление дыхания к различ129 ным условиям внешней среды. Современные представления о работе д ы м н о г о Ц е н т р а сводятся ктому, ч т о - ^ Д - а т е л ь н ы х н е и р о нов объединенных в так называемую л а т е р а л ь н у ю з о н у ям яется эфферентной частью дыхательного центра и обеспечивает я в л я е т с я , Гинспираторные нейроны). Др^^гаягруппа1нейронов,составляющая м е д и а л ь н у ю з о н у , ^м яется^ф ерентнойчастью дьіхательногоікнтраио^^евдваеія фазу выдоха заключается ритмики, организуемой латеральной зоной. afiT,n„ В регуляции дыхания на основе механизма обратных связей прииммяттгучастие несколько групп м е х а н о р е ц е п т о р о в легких. гладких Адекватным торов является растяжение стенок воздухоносных путей. И р р и т а н т н ы е р е ц е п т о р ы расположены в эпителиальном слое верхнихдыхательных путей и раздражаются при изменении о б к ма легких, атакже при пневмотораксе, коллапсе и действии на слизи стуютрахеи и бронхов механических или химических раздражителен. При раздражении этих рецепторов у человека возникают кашлевои рефлекс, першение и жжение, учащение дыхания и броноспазм. Д ж и - р е ц е п т о р ы расположены в стенках альвеол в местах их контакта с капиллярами, поэтому их еще называют ю к с т а к а п и л л я р н ы е р е ц е п т о р ы легких. Эти рецепторы формируют частое поверхностное дыхание при патологии легких (воспаление, отек, по вреждения легочной ткани), а также раздражаются при действии не которых биологически активных веществ (никотин, гистамин и др.). Проприорецепторы дыхательных мышц (межреберные мышцы, мышцы живота) обеспечивают усиление вентиляции легких при повышении сопротивления дыханию. Поддержание постоянства газового состава внутренней среды организма регулируется с помощью центральных и периферических хеморецепторов. ''!Ц е н т р а л ь н ы е х е м о р е ц е п т о р ы расположены в структурах продолговатого мозга, и они чувствительны к изменению pH меж_____ * л п п і і і і і ғ п і і т п А Т Г С 1 Л Л 1 4 Я М М клеточной водорода, концентрация которых зависит от р С 0 2в крови. При сни жении pH интерстициальной жидкости мозга (концентрация водородн ых ионов растет) дыхание становится более глубоким и частым. Напротив, при увеличении pH угнетается активность дыхательного центра Периферические (артериальные) хеморецепторы расположены в дуге аорты и месте деления общей сонной артерии (каротидный синус). Эти рецепторы вызывают рефлекторное увели M D lm U u A 1V I \ J I I iV IA 1 1p e l 130 t|y w /v v fi II У \ /rw ------------------- w • • • —- ——------------— V / П гІУІЧСІч/ 1 V x l іЙЙЙЙЫ ^ Ж UVI1 I Г І Л /І Ц Г І /І " • aw m *. ■ - ' - чение легочной вентиляции в ответ на снижение рО, в крови (гипоксемия). А ф ф ерентны е влияния с работающих мышц осуществляются благодаря раздражению проприорецепторов, что приводит к усилению дыхания рефлекторным путем. Повышение активности дыхательного центра в этом случае является результатом распространения возбуждения по различным отделам ЦНС. Существенное воздействие на регуляцию дыхания оказывают и условнорефлекторные влияния. В частности, эмоциональные на грузки, предстартовые состояния, гипнотические внушения, влия ния индифферентных раздражителей, сочетавшихся ранее с избыт ком С 0 2, самообучение управлению дыханием подтверждают ска занное. Легочная вентиляция зависит также от особенностей гемоди намики (уровень АД, величина МОК), температуры внешней среды и других факторов. 11. ПИЩЕВАРЕНИЕ П и щ е в а р е н и е м называется процесс физической и химичес кой переработки пищи, в результате которого становится возмож ным всасывание питательных веществ из пищеварительного тракта, поступление их в кровь и лимфу и усвоение организмом. 11.1. ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА ПИЩЕВАРИТЕЛЬНЫХ ПРОЦЕССОВ В пищеварительном аппарате происходят сложные физико-хи мические превращения пищи, которые осуществляются благодаря моторной, секреторной и всасывающей его функциям. Кроме того, органы пищеварительной системы выполняют и экскреторную фун кцию, выводя из организма остатки непереваренной пищи и некото рые продукты обмена веществ. Ф и з и ч е с к а я о б р а б о т к а п и щ и состоит в ее размельчении, перемешивании и растворении содержащихся в ней веществ. Х и м и ч е с к и е и з м е н е н и я п и щ и происходят под влиянием гидролитических пищеварительных ферментов, вырабатываемых секреторными клетками пищеварительных желез. В результате этих процессов сложные вещества пищи расщепляются на более простые, которые всасываются в кровь или лимфу и участвуют в обмене ве ществ а организме. В процессе переработки пища теряет свои видо вые специфические свойства, превращаясь в простые составные ц е менты, которые могут быть использованы организмом. С целью равномерного и более полного переваривания пищи тре131 киш ечному ' —г---* моторной функцией Ч Т О o n e c i C M U D ttv IW 1 ’ ______ счет сокращения гладких мышц стенок желудка и кишечн ш оГих даигательная активность характеризуется перистал ьтикои, ритмической сегментацией, маятникообразными движениями и то Т П 1 1 /Т \/ --------- ническим сокращением Секреторная функция клетками полости ртаГжелез желудка и кишечника, а также поджелудочной железы и печени. Пищеварительный секрет представляет собой ра створ электролитов, содержащий ферменты и другие вещества. ВыZ l m ш рпгрупп. ф'рмеитое, «ми-1) п р о т е а з ы , расщепляющие белки; 2) л ипазы ,расщ еп ля юшие жиры; 3) к а р б о г и д р а з ы, Р“ щ спта» 7 ле^ вВ ^ пищеварительные железы вырабатывают около 6-8 литров секрета в сутки, значительная часть которого подвергается обратному всасы ванию в кишечнике. поддержании экскреторной функции железы способны выделять в полость желудочно-кишечного тракт значительное количество азотистых соединений (мочевина, мочевая кислота), воды, солей, различных лекарственных и ядовитых ве---------- in ivpakad могут являться D M C U t m ^ u ---------------- л - ~ регулятором ___ фун Н а Li U J J I a n y u i v i v . v j m w i ------------------кции органов пищеварения с функциональным состоянием почек -* __________ _ лоттархга прежде все заслугой И. П. Павлова и его учеников. Ими был разработан новый о _____ ____ <4 r . AMn > n i m i L T l l ПХГГРМ Ш І^П Я оперативным путем выкраметод изучения желудочной — Г----ивал ась часть желудка собаки с сохранением вегетативной иннерва.* ______ /кіІ/>ТПГІТО ПОІПІПЯСІ К П Я фистула Ц И И . D J l v l M d /Iv n D iv riri — ....................Ж-можность получать чистый желудочный сок (без примеси пищи) на любом этапе пищеварения. Это позволило подробно характеризо вать функции органов пищеварения и раскрыть сложные механизмы \Л П Пяпппкя по фиЗИО* была присуждена ская премия. Дальнейшие исследования процессов пищеварения в лаборатории И. П. Павлова раскрыли механизмы деятельности слюнных и поджелудочной желез, печени и желез кишечника. При этом было установлено, что чем выше расположены железы по ходу пищеварительного тракта, тем большее значение имеют нервные ме_____J___________.4 П ___ . г л ч л т м/ a ПО’! и о v r \ n C T I l I L 4 V — функци ся в нижних отделах пищеварительного тракта, регулируется пре имущественно гуморальным путем J _____AI w i n 132 л П1/Г 11.2. ПИЩЕВАРЕНИЕ В РАЗЛИЧНЫХ ОТДЕЛАХ ЖЕЛУДОЧНО-КИШЕЧНОГО ТРАКТА Процессы пищеварения в разных отделах желудочно-кишечного тракта имеют свои особенности. Эти отличия касаются физической и химической переработки пищи, моторной, секреторной, всасываю щей и выделительной функций органов пищеварения. 11.2.1. ПИЩЕВАРЕНИЕ В ПОЛОСТИ РТА Переработка принятой пищи начинается в ротовой полости. Здесь происходят ее измельчение, смачивание слюной, анализ вкусовых свойств пищи, начальный гидролиз некоторых пищевых веществ и формирование пищевого комка. Пища в полости рта задерживается в течение 15-18 с. Находясь в ротовой полости, пища раздражает вку совые, тактильные и температурные рецепторы слизистой оболочки и сосочков языка. Раздражение этих рецепторов вызывает рефлек торные акты секреции слюнных, желудочных и поджелудочной же лез, выход желчи в двенадцатиперстную кишку, изменяет моторную активность желудка, а также оказывает важное влияние на осуществ ление жевания, глотания и вкусовую оценку пищи. После измельчения и перетирания зубами пища подвергается хи мической обработке благодаря действию гидролитических фермен тов слюны. В полость рта открываются протоки трех групп слюн ных желез: аизистых, серозных и смешанных. Многочисленные же лезы ротовой полости и языка выделяют слизистую, богатую муци ном слюну, околоушные железы секретируют жидкую, серозную слюну, богатую ферментами, а подчелюстные и подъязычные — вы деляют смешанную слюну. Белковое вещество слюны муцин делает пищевой комок скользким, что облегчает глотание пищи и продви жение ее по пищеводу. С л ю н а — первый пищеварительный сок, который содержит гидролитические ферменты, расщепляющие углеводы. Фермент слюны амилаза (птиалин) превращает крахмал в дисахариды, а фер мент мальтаза—дисахариды в моносахариды. Поэтому при доста точнодлительном пережевывании пищи, содержащей крахмал, она приобретает сладкий вкус. В состав слюны входят также кислая и щелочная фосфатазы, небольшое количество протеолитических, липолитических ферментов и иуклеаз. Слюна обладает выраженными бактерицидными свойствами, обусловленными наличием в ней фер мента лизоцима, растворяющего оболочку бактерий. Общее количе ство слюны, выделяемое за сутки, может составлять 1-1.5 л. Сформированный в ротовой полости пищевой комок перемеша ется к корню языка и далее поступает в глотку. Афферентная им# - * тр"- >- ■| ** #r V « г Ш ш гШ ' т 133 пульсация при раздражении рецепторов зева и мягкого неба передаетеяп о вш о к н ш тройничного, языкоглоточного и верхнего горганw _ _____ находящийся « ппплолговатом мозге. Отсюда эфферентные В результате К И , Ь Ы ІЫ Ь О Л П Л ----------------« Л И Л У П Л Г П / П Я Р Т П довательного сокращения этих мышц пищевои комок поступает в л и м іи ш п г _____ т.™ Жидкая пшпапоохолит п й ш е в о д и долее -------- - пйшевод за 1-2 с; твердая - за 8-10 с. С завершением акта глотания начинается желудочное пищеварение. 11.2.2. ПИЩЕВАРЕНИЕ В ЖЕЛУДКЕ заключаются вании пиши, ее механической и химической обработке и постепен ной эвакуации пищевого содержимого через привратник в двенадца типерстную кишку. Химическая обработка пиши осуществляется ж е л у д о ч н ы м с о к о м , которого у человека образуется 2.0-2.5 л в сутки. Желудочный сок выделяется многочисленными железами тела желудка, которые состоят из главных, обкладочных и добавочных клеток. Главные клетки секретируют пищеварительные ферменты, обкладочные — соляную кислоту и добавочные — слизь. Основными ферментами желудочного сока являются п р о т е а з ы и л и п а з а . К протеазам относятся несколько пепсинов, а также желатиназа и химозин. Пепсины выделяются в виде неактивных пепсиногенов. Превращение пепсиногенов и активный пепсин осу ществляется под воздействием соляной кислоты. Пепсины расщепля ют белки до полипептидов. Дальнейший распад их до аминокислот происходит в кишечнике. Химозин створаживает молоко. Липаза желудочного сока расщепляет только эмульгированные жиры (мо локо) на глицерин и жирные кислоты. Желудочный сок имеет кислую реакцию (pH при переваривании пиши равен 1.5-2.5), что обусловлено содержанием в нем 0.4-0.5% соляной кислоты. У здоровых людей для нейтрализации 100 мл же лудочного сока требуется 40-60 мл децинормального раствора щело чи. Этот показатель называется общей кислотностью желудочного сока. С учетом объема секреции и концентрации водородных ионов определяется также дебит-чассвободной соляной кислоты. С л и з ь ж е л у д о ч н о г о с о к а (муцин) представляет собой сложный комплекс глюкопротеидов и других белков в виде колло идных растворов. Муцин покрывает слизистую желудка по всей поверхности и предохраняет ее как от механических повреждений, так и от самопереваривания, так как он обладает выраженной антипептической активностью и способен нейтрализовать соляную кислоту. I І Н Щ Ь І Ш и Г І 134 IV^IUIIUIV ---------------------------------^ . Весь процесс желудочной секреции принято делить на три фазы: сложнорефлекторную (мозговую), нейрохимическую (желудочную) и кишечную (дуоденальную). Секреторная деятельность желудка зависит от состава и количе ства поступающей пищи. Мясная пища является сильным раздражи телем желудочных желез, деятельность которых стимулируется в те чение многих часов. При углеводной пище максимальное отделение желудочного сока происходит в сложнорефлекторной фазе, затем секреция снижается. Тормозящее воздействие на желудочную секре цию оказывают жир, концентрированные растворы солей, кислот и щелочей. Переваривание пищи в желудке обычно происходит в течение 6-8 часов. Длительность этого процесса зависит от состава п ищи, ее объе ма и консистенции, а также от количества выделившегося желудоч ного сока. Особенно долго в желудке задерживается жирная пиша (810 часов и более). Жидкости переходят в кишечник сразу же после их поступления в желудок. 11.2.3. ПИЩЕВАРЕНИЕ В ДВЕНАДЦАТИПЕРСТНОЙ КИШКЕ В обеспечении кишечного пищеварения большое значение имеют процессы, происходящие в двенадцатиперстной кишке. Здесь пище вые массы подвергаются воздействию кишечного сока, желчи и сока поджелудочной железы. Длина двенадцатиперстной кишки невели ка, поэтому пиша здесь не задерживается, и основные процессы пи щеварения происходят в нижележащих отделах кишечника. Кишеч ный сок, образуемый железами слизистой оболочки двенадцатипер стной кишки, содержит большое количество слизи и фермент пепти дазу, расщепляющий белки. Более слабое действие этот сок оказывает на жиры и крахмал. В нем содержится также фермент эн терокиназа, который активирует трипсиноген поджелудочного сока. Клетки двенадцатиперстной кишки вырабатывают два гормо на — секретин ихолецистокинин — панкреозимин, усиливающий сек рецию поджелудочной железы. Кислое содержимое желудка при переходе в двенадцатиперстную кишку приобретает щелочную реакцию под влиянием желчи, ки шечного и поджелудочного сока. У человека pH дуоденального со держимого колеблется от 4.0 до 8.0. В гидролизе питательных ве ществ, осуществляемом в двенадцатиперстной кишке, особенно зна чима роль сока поджелудочной железы. Значение п о д ж е л у д о ч н о й ж е л е з ы в пищеварении очень велико. Основная масса ткани поджелудочной железы вырабатывает пищеварительный сок, который выводится через проток в полость двенадцатиперстной кишки. У человека за сутки выделяется 1.5-2.0 135 л поджелудочного сока, представляющего собой прозрачную жид= И Н О Й реакцией (pH = 7.8-S.5). Сок поджелудочной железы Г Г ф ерм ентам и, которые расщепляютбелки, жиры и углеволезы uui аі г ____ полжелүлочт й ^ л е ^ в а к ы н о м состоянии и расщепляют соответственно крахмал молочный сахар, нуклеиновые кислоты и жиры. Нуклеазы Z Z T u h и химотртси») образуются клетками железы « ц е л ь ном состоянии в виде трипстогеш ихиматрипсшогена. Трипсинонимtuwiu«nr г^ ________na, v r .> u p w гЬрпментаэнтерог р н п Л И с Н а іІи а і r liiv u v 1л v n — ------------ Г и Г ы преврашается втрипсин. В свою очередь, трипсин превращает химотрипсиноген вактивный химотрипсин. Под влиянием трипсина и химотрипсина расщепляются белки и высокомолекулярные поли пептиды до низкомолекулярных пептидов и свободных аминокислот. Значительна роль п е ч е н и в пищеварении. Клетки печени непрерывно выделяют желчь, которая является одним из важнейших пищеварительных соков. У человека за сутки образуется около 5001ОООмл желчи. Процесс образования желчи идет непрерывно, а по ступление е е в двенадцатиперстную кишку — периодически, в ос новном в связи с приемом пиши. Натощак желчь в кишечник не по ступает, она направляется вжелчный пузырь, где концентрируется и несколько изменяет свой состав. В состав желчи входят желчные кислоты, желчные пигменты и другие органические и неорганические вещества. Желчные кислоты принимают участие в процессе переваривания жира. Желчный пиг мент билирубин образуется какклетками печени, так и из гемоглоби на в процессе разрушения там эритроцитов. Темный цвет желчи обусловлен наличием в ней этого пигмента. Ж е л ч ь повышает активность ферментов поджелудочного и кишечного соков, особенно липазы. Она эмульгирует жиры и ра створяет продукты их гидролиза, чем способствует их всасыванию. Создавая щелочную реакцию в двенадцатиперстной кишке, желчь препятствует разрушениютрипсина пепсином. Она выполняети ре гуляторную роль, являясь стимулятором желчеобразования, желчевыделения, моторной и секреторной деятельности тонкого кишеч ника. Желчь обладает также бактериостатическими свойствами, за держивая гнилостные процессы в кишечнике. Велика роль желчи во всасывании из кишечника жирорастворимых витаминов, холестери на, аминокислот и солей кальция. ' '■ Печень, образуя желчь, выполняет не только секреторную, но и экскреторную (выделительную) функцию. Основными органичес кими экскретами печени являются соли желчных кислот, билиру бин, холестерин, жирные кислоты и лецитин, а также кальций, на трий, хлор, бикарбонаты. Попадая с желчью в кишечник, все эти ве щества выводятся из организма. 136 11.2.4. ПИЩЕВАРЕНИЕ В ТОНКОМ КИШЕЧНИКЕ Пищевые массы (химус) издвенадцатиперстной кишки переме щаются втонкий кишечник, где продолжается их переваривание пи щеварительными соками, выделившимися в двенадцатиперстную кишку. Вместе с тем, здесь начинает действовать и собственный ки шечный сок, вырабатываемый либеркюновыми и бруннеровыми же лезами слизистой оболочки тонкой кишки. В кишечном соке содер жится энтерокиназа, атакже полный набор ферментов, расщепляю щих белки, жиры и углеводы. Эти ферменты участвуют лишь в п р и с т е н о ч н о м п и щ е в а р е н и и , так как в полость кишки они не выделяются. П о л о с т н о е п и щ е в а р е н и е в тонком кишечнике осуществляется ферментами, поступившими с пищевым химусом. Полостное пищеварение наиболее эффективно для гидро лиза крупномолекулярных веществ. Пристеночное (мембранное) пищеварение, открытое акад. А. М. Уголевым в 1950-60-х годах, происходит на поверхности мик роворсинок тонкой кишки. Оно завершает промежуточный и зак лючительный этапы пищеварения путем гидролиза промежуточных продуктов расщепления. М и к р о в о р с и н к и представляют собой цилиндрические выросты кишечного эпителия высотой 1-2 мкм. Количество их огромно — от 50 до 200 млн на 1 мм2 поверхности кишки, что увеличивает внутреннюю поверхность тонкого кишеч ника в 300-500 раз. Обширная поверхность микроворсинок улучша ет и процессы всасывания. Продукты промежуточного гидролиза попадают в зону так называемой щеточной каймы, образованной микроворсинками, где происходит заключительная стадия гидроли за и переход к всасыванию. Основными ферментами, участвующими в пристеночном пищеварении, являются амилаза, липаза ипротеазы. Благодаря этому пищеварению происходит расщепление 80-90% пептидных и гликолизных связей и 55-60% —триглицеридов. Пристеночное пищеварение находится в тесном взаимодействии с полостным. Полостное пищеварение подготавливает исходные пи щевые субстраты для пристеночного пищеварения, а последнее уменьшает объем обрабатываемого химуса в полостном пищеваре нии за счет перехода продуктов частичного гидролиза в щеточную кайму. Эти процессы способствуют наиболее полному переварива нию всех компонентов пищи и подготавливают их к всасыванию. Моторная деятельность тонкого кишечника обеспечивает пере мешивание химуса с пищеварительными секретами и продвижение его по кишке благодаря сокращению круговой и продольной муску латуры. При сокращении продольных волокон гладкой мускулатуры кишечника происходит укорочение участка кишки, при расслабле н и и —его удлинение. Продолжительность периодов сокращения и 137 пасслабления участков кишки при маятникообразных движениях расслаолсния учач.I ____ 11|ЦПЛ_ nfivrnowieHa автоматиеи составляет способностью мышц периодич есга^краш аться и расслабляться без внешних воздействий. Соч е с к и сокращай* и ___ ___„ „ „ „ « .и н и и вызывают перистальШ ----- Гч“ в и ж Г и я с п о с о б с т в у ю т передвижению пиши вперед Подлине кишки одновременнодвижется нескодькопериеБлуждаюший нерв стимулируетмоГорную функцию кишечника. По симпатическому нерву передаюті я тормозныесигналы. которые снижают тонус мыши и угнетают механические движения кишечника. На моторную функцию кишечншса оказывают влияние и гуморальные факторы: серотонин, холин и энтерокинин стимулируют движение кишечника. щ і ^ а т и ^ 11.2.5. ПИЩЕВАРЕНИЕ В ТОЛСТОМ КИШЕЧНИКЕ Переваривание пищи заканчивается в основном в тонком кишечни ке Железы толстого кишечника выделяют небольшое количество сока богатого слизью и бедного ферментами. Низкая ферментатив ная активность сока толстого кишечника обусловлена малым коли чеством непереваренных веществ в химусе, поступающем изтонкого кишечника. Сокоотделение в этом отделе кишечника регулируется главным образом местными влияниями; механическое раздражение усиливает секрецию в 8 -10 раз. Бмьшуюроль в жизнедеятельности организма и функции пищева рительного тракта играет микрофлора толстого кишечника, где обитают миллиарды различных микроорганизмов (анаэробные и мо лочные бактерии, кишечная палочка и др.). Нормальная микрофлора толстого кишечника принимает участие в осуществлении несколь ких функций: защищает организм от вредных микробов; участвует в синтезе ряда витаминов (витамины группы В, витамин К) и других биологически активных веществ; и н а к т и в и р у е т и разлагает фермен ты (трипсин, амилаза, желатиназа и др.), поступившие изтонкого кишечника, а также сбраживает углеводы и вызывает гниение бел ков. Движения толстого кишечника очень медленные, поэтому окопроцесс остатков шечника. В толстом кишечнике интенсивно происходит всасывание воды, вследствие чего образуются каловые массы, состоящие из остатков непереваренной пиши, слизи, желчных пигментов и бактерий. Опо рожнение прямой кишки (дефекация) осуществляется рефлекторно. — а 138 а» * «Я * * ' Ш. М Ш Ш V Ш ■ в я Ж Ж m I V в а 11.3. ВСАСЫВАНИЕ ПРОДУКТОВ ПЕРЕВАРИВАНИЯ ПИЩИ В с а с ы в а н и е м называется процесс поступления в кровь и лимфу различных веществ из пищеварительной системы. Кишечный эпите лий является важнейшим барьером между внешней средой, роль ко торой выполняет полость кишечника, и внутренней средой организ ма (кровь, лимфа), куда поступают питательные вещества. Всасывание представляет собой сложный процесс и обеспечивает ся различными механизмами: фильтрацией, связанной с разностью гидростатического давления вередах, разделенных полупроницае мой мембраной; диффузией веществ по градиенту концентрации; осмосом, требующим затрат энергии, поскольку он происходит против градиента концентрации. Количество всасывающихся веществ не за висит от потребностей организма (за исключением железа и меди), оно пропорционально потреблению пищи. Кроме того, слизистая оболочка органов пищеварения обладает способностью избиратель но всасывать одни вещества и ограничивать всасывание других. Способностью к всасыванию обладает эпителий слизистых обо лочек всего пищеварительного тракта. Например, слизистая полости рта может всасывать в небольшом количестве эфирные масла, на чем основано применение некоторых лекарств. В незначительной степе ни способна к всасыванию и слизистая оболочка желудка. Вода, ал коголь, моносахариды, минеральные соли могут проходить через слизистую желудка в обоих направлениях. Наиболее интенсивно процесс всасывания осуществляется в тонком кишечнике, особенно в тощей и подвздошной кишке, что определяется их большой поверхностью, во много раз превышающей поверхность тела человека. Поверхность кишечника увеличивается наличием вор синок, внутри которых находятся гладкие мышечные волокна и хоро шо развитая кровеносная и лимфатическая сеть. Интенсивность вса сывания в тонком кишечнике составляет около 2-3 л в I час. Углеводы всасываются в кровь в основном в виде глюкозы, хотя мо гут всасываться и другие гексозы (галактоза, фруктоза). Всасывание происходит преимущественно в двенадцатиперстной кишке и верх ней части тощей кишки, но частично может осуществляться в желуд ке и толстом кишечнике, Белки всасываются в кровь в виде аминокис/ют и в небол ьшом ко личестве в виде полипептидов через слизистые оболочки двенадца типерстной и тощей кишок. Некоторые аминокислоты могут всасы ваться вжелудке и проксимальной части толстого кишечника. Жиры всасываются большей частью в лимфу в виде жирных кис лот и глицерина только в верхней части тонкого кишечника. Жирные кислоты нерастворимы в воде, поэтому их всасывание, а также вса139 ;ы в а н и е х о л е с те р и н а и д р у г и х л и п о и д о в п р о и с х о д и т л и ш ь п р и бол ьшу ю рол проис воде всасываются преимущественно в тонком кишечнике по м е х ш и э д ж и ів н о ғо транспорта, против градиента концентрации. 12. ОБМЕН ВЕЩЕСТВ И ЭНЕРГИИ О б м е н в е щ е с т в и э н е р г и и - э т о совокупность физических, химических и физиологических процессов усвоения ............. . ™пртргтй Rппганизме с высвобождением энергии. Вобвзаимосвязанных шшшттшт-Wmmикш ш Ш т ми^ : „ л и 3 м — это совокупность процессов биосинтеза органических со единений, компонентов клеток, органов и тканей из поглощенных питательных веществ. К а т а б о л и з м _ э т о процессы расщепления сложных компонентов до простых веществ, обеспечивающих энерге тические и пластические потребности организма. Жизнедеятельность организма обеспечивается энергией за счет анаэробного и аэробного капплп/пяюшихс пишей белков, жиров и углеводов. 12.1. ОБМЕН БЕЛКОВ Б е л к и являются основным пластическим материалом, из кото рого построены клетки и ткани организма. Они являются составной частью мышц, ферментов, гормонов, гемоглобина, антител и других жизненно важных образований. В состав белков входят различные а м и н о к и с л о т ы , которые подразделяются на заменимые и незаменимые. З а м е н и м ы е ся в организме, а н е з а м е н и м ы е (валин, лейцин, изолеицин, лизин, метионин, триптофан, треонин, фенилаланин, аргинин и гис тидин) — поступают только с пищей. Поступившие в организм белки расщепляются в кишечнике до аминокислот и в таком виде всасываются в кровь и транспортируют ся в печень. Поступившие в печень аминокислоты подвергаются деза минированию и переаминированию. Эти процессы обеспечивают син тез видоспецифичных аминокислот. Из печени такие аминокислоты поступают в ткани и используются для синтеза тканеспецифичных белков. При избыточном поступлении белковс пищей, после отщеп^ 140 KJ ^ w Я Ш.Я ления от них аминогрупп, они превращаются в организме в углеводы и жиры. Белковых депо в организме человека нет. Наряду с основной, пластической функцией, белки могут играть роль источников энергии. При окислении в организме 1 г белка выде ляется 4.1 ккал энергии. Конечными продуктами расщепления бел ков в тканях являются мочевина, мочевая кислота, аммиак, креатин, креатинин и некоторые другие вещества. Они выводятся из организ ма почками и частично потовыми железами. О состоянии белкового обліена в организме судят по азотистому балансу, т. е. по соотношению количества азота, поступившего в организм, и его количества, выведенного из организма. Если это ко личество одинаково, то состояние называется а з о т и с т ы м р а в н о в е с и е м . Состояние, при котором усвоение азота превышает его выведение,называется п о л о ж и т е л ь н ы м а з о т и с т ы м б а л а н сом. Оно характерно д ля растущего организма, спортсменов в период их тренировки и лиц после перенесенных заболеваний. При полном или частичном белковом голодании, атакже во время некоторых забо леваний азота усваивается меньше, чем выделяется. Такое состояние называется о т р и ц а т е л ь н ы м а з о т и с т ы м б а л а н с о м . При голодании белки одних органов могут использоваться для поддержа ния жизнедеятельности других, более важных. При этом расходуются в первую очередь белки печени и скелетных мышц; содержание бел ков в миокарде и тканях мозга остается почти без изменений. Нормальная жизнедеятельность организма возможна лишь при азотистом равновесии, или положительном азотистом балансе. Такие состояния достигаются, если организм получает около 100г белка в сутки; при больших физических нагрузках потребность в белках воз растает до 120-150 г. Всемирная Организация Здравоохранения реко мендует употреблять не менее 0.75 г белка на 1 кг массы тела в сутки. 5г 12.2. ОБМЕН УГЛЕВОДОВ У г л е в о д ы поступают в организм человека, в основном, в виде крахмала и гликогена. В процессе пищеварения их них образуются глюкоза, фруктоза, лактоза и галактоза. Глюкоза всасывается в кровь и через воротную вену поступает в печень. Фруктоза и галак тоза превращаются в глюкозу в печеночных клетках. Избыток глю козы в печени фосфорилируется и переходит в гликоген. Его запасы в печени и мышцах у взрослого человека составляют 300-400 г. При углеводном голодании происходит распад гликогена и глюкоза по ступает в кровь. Углеводы служат в организме основным источником энергии. При окислении 1гуглеводов освобождается 4.1 ккал энергии. Для окислен ия углеводов требуется значительно меньше кислорода, чем при окисле141 НИИ жиров Это особенно повышает роль углеводов при мышечной д еГ льн осто. При уменьшении коснижаетояфизическая работоспособность. ™ -------нормальной деятельности нервной системы. имеют для Глюкоза выполняет в организме и некоторые пластические функ ции В частности, промежуточные продукты ее обмена (пентозы) вхоции. в 4dt, , у киспот. некоторыхферменнуклеотидов кле тон и аминокислот, а _ ток. Важным производным глюкозы является аскорбиновая кислота (витамин С), которая не синтезируется в организме человека. При голодании запасы гликогена в печени и концентрация глю1 ‘КГ 1 ^ ________ при длительной ппитрпьипы Миякозы в крови уменьшаются. -----------пряженной физической работе без дополнительного.приемауглево дов Снижение содержания глюкозы в крови до 0.06-0.07 % (нор мальная концентрация 0.08-0,12 %) приводит к развитию г и п о г л и к е м и и , что проявляется мышечной слабостью^ падением температуры тела, а в дальнейшем — судорогами и потерей сознания. При г и п е р г л и к е м и и (содержание сахара в крови достигает 0.15% и более) избыток глюкозы быстро выводится почками. 1 акое состояние может возникать при эмоциональном возбуждении, после также присм а П И Щ И , болеваниях поджелудочной железы. При истощении запасов глик гена усиливается синтез ферментов, обеспечивающих реакцию г л ю к о н е о г е н е з а , т.е. синтеза глюкозы из лактата или амино кислот. ......................... ......................... , п р и и п ш ү _______________о r r o i / w p П П М u u i a i v / n jiv i ---------------------------------: 12.3. ОБМЕН ЛИПИДОВ Физиологическая роль л и п и д о в (нейтральные жиры, фосфатиды и стерины) в организме заключается в том, что они входят в состав клеточных структур (пластическое значение липидов) и явля ются богатыми источниками энергии (энергетическоезначение). Н е й т р а л ь н ы е ж и р ы расщепляются в кишечнике до глицерина и жирных кислот. Эти вещества, проходя через кишеч ник, вновь превращаются в жир, который всасывается в лимфу и в небольшом количестве в кровь. Кровь транспортирует жиры в тка ни, где они используются для пластического синтеза и в качестве энергетического материала. Общее количество жира в организме человека колеблется в широ ких пределах и составляет 10-20% массы тела, при ожирении оно мо жет достигать 40-50%. Жировые депо в организме непрерывно об новляются. При обильном углеводном питании и отсутствии жиров в пище синтез жира в организме может происходить из углеводов. Нейтральные жиры, поступающие в ткани из кишечника и жиро 142 вых депо, окисляются и используются как источник энергии. При окислении 1 г жира освобождается 9.3ккал энергии. В связи с тем, что в молекуле жира содержится относительно мало кислорода, после днего требуется для окисления жиров больше, чем при окислении углеводов. Как энергетический материал жиры используются глав ным образом в состоянии покоя и при выполнении длительной мало интенсивной физической работы. В начале более напряженной мы шечной деятельности используются преимущественно углеводы, которые в дальнейшем в связи с уменьшением их запасов замещают ся жирами. При длительной работе до 80% всей энергии расходуется в результате окисления жиров. Жировая ткань, покрывающаяразличные органы, предохраняет их от механических воздействий. Скопление жира в брюшной полости обеспечивает фиксацию внутренних органов, а подкожная жировая клетчатка защищает организм от излишних теплопотерь. Секрет сальныхжелез предохраняет кожу от высыхания и излишнего смачиванияводой. іднидэі Пищевые продукты, богатые жирами, содержат некоторое коли чество фосфатидов и стеринов. Они также синтезируются в стенке кишечника и в печени из нейтральных жиров, фосфорной кислоты и холина. Ф о с ф а т и д ы входят в состав клеточных мембран, ядра и протоплазмы; они имеют большое значение для функциональной активности нервной ткани и мышц. Важная физиологическая роль принадлежит с т е р и н а м , в частности холестерину. Эти вещества являются источником образо вания в организме желчных кислот, а также гормонов коры надпо чечников и половых желез. При избытке холестерина в организме развивается патологический процесс — а т е р о с к л е р о з . Некото рые стерины пищи, например, витамин Д, также обладают большой физиологической активностью. Обмен липидов тесно связан с обменом белков и углеводов. По ступающие в организм в избытке белки и углеводы превращаются в жир. Наоборот, при голодании жиры, расщепляясь, служат источни ком углеводов. 12.4. ОБМЕН ВОДЫ И МИНЕРАЛЬНЫХ СОЛЕЙ В одаявляется составной частью всех клеток и тканей и в орга низме находится в виде солевыхрастворов. Тело взрослого человека на 50-65% состоит из воды, у детей — на 80% и более. В разных орга нах и тканях содержание воды на единицу массы неодинаково. Оно меньше всего в костях (20%) и жировой ткани (30%). В мышцах воды содержится 70%, во внутренних органах — 75-85% их массы. Наибо лее велико и постоянно содержание воды в крови (92%). 143 Лишение организма воды и минеральных солеи вызывает тяже лые нарушения и смерть. Полное голодание, но при приеме воды пе реносится человеком в течение 40-45 суток, без воды - лишь 5-7 дней. При минеральном голодании, несмотря на достаточное по ступление в организм других питательных веществ и воды, у жи вотных наблюдались потеря аппетита, отказ от еды, исхудание и смерть. При обычной температуре и влажности внешней среды суточный водный баланс взрослого человека составляет 2.2-2.8 л. Около 1.5 л жидкости поступает в виде выпитой воды, 600-900 мл в составе пищевых продуктов и 300-400 мл образуется в результате окисли тельных реакций. Организм теряет в сутки примерно 1.5 л с мочой, 400-600 мл с потом, 350-400 мл с выдыхаемым воздухом и 100-150 мл с испражнениями. О б м е н м и н е р а л ь н ы х с о л е й в организме имеет большое значение для его жизнедеятельности. Они находятся во всех тканях, составляя примерно 0.9% общей массы тела человека. В состав клеток входят многие минеральные вещества (калий, кальций, натрий, фосфор, магний, железо, йод, сера, хлор и другие). Нормальное функци онирование тканей обеспечивается не только наличием в них тех или иных солей, но и строго определенными их количественными соот ношениями. При избыточном поступлении минеральных солей в организм они могут откладываться в виде запасов. Натрий и хлор депонируются в подкожной клетчатке, калий — в скелетных мыш цах, кальций и фосфор — в костях. Физиологическое значение минеральных солей многообразно. Они составляют основную массу костной ткани, определяют уровень ос мотического давления, участвуют в образовании буферных систем и влияют на обмен веществ. Велика роль минеральных веществе про цессах возбуждения нервной и мышечной тканей, в возникновении электрических потенциалов в клетках, а также в свертывании крови и переносе ею кислорода. Все необходимые для организма минеральные элементы поступа ют с пищей и водой. Большинство минеральных солей легко всасы ваются в кровь; их выведение из организма происходит главным об разом с мочой и потом. При напряженной мышечной деятельности потребность в некоторых минеральных веществах увеличивается. И коротко о значении в и т а м и н о в , которые не выполняют энергетическую или пластическую функцию, а являясь, составными компонентами ферментных систем, играют роль катализаторов в обменных процессах. Они представляют собой вещества химичес кой природы, необходимые для нормального обмена веществ, рос та, развития организма, поддержания высокой работоспособности и здоровья. 144 Витамины делят на водорастворимые (группа В, С, Р и др.) и жи рорастворимые (А,Д, Е, К). Достаточное потсупление витаминов в организм зависит от правильного рациона питания и нормальной функции процессов пищеварения; некоторые витамины (К, В,,) синтезируются бактериями в кишечнике. Недостаточное поступле ние витаминов в организм ( гиповитаминоз) или полное их отсутствие (авитаминоз) приводят к нарушению многих функций. 12.5. ОБМЕН ЭНЕРГИИ В организме должен поддерживаться э н е р г е т и ч е с к и й б а л а н с поступления и расхода энергии. Живые организмы получают энергию в виде ее потенциальных запасов, аккумулированных в хи мических связях молекул углеводов, жиров и белков. В процессе биологического окисления эта энергия высвобождается и использу ется прежде всего для синтеза АТФ. Запасы АТФ в клетках невелики, поэтому они должны постоянно восстанавливаться. Этот процесс осуществляется путем окисления питательных веществ. Запас энергии в пище выражается ее калорий ностью, т. е. способностью освобождать при окислении то или иное количество энергии. Расход энергии зависит от возраста и пола, ха рактера и количества выполняемой работы, времени года, состояния здоровья и других факторов. Интенсивность энергетического обмена в организме определяет ся при помощи к а л о р и м е т р и и . Определение энергообмена можно производить методами прямой и непрямой калориметрии. П р я м а я к а л о р и м е т р и я основана на измерении тепла, выделяемого организмом и проводится с помощью специальных ка мер (калориметров). Это тепло определяет величину израсходован ной энергии. Прямая калориметрия наиболее точный метод, но он требует длительных наблюдений, громоздкого специального обору дования и неприемлем во многих видах профессиональной и спортивной деятельности. Значительно проще определять расходы энергии методами н е п р я м о й калориметрии. Один из них (непрямаяреспираторная калориметрия) основан на изучении газообмена, т. е. на определении количества потребляемого организмом кислорода и выдыхаемого за это время углекислого газа. С этой целью используются различные газоанализаторы. Для окисления различных питательных веществ требуется раз ное количество кислорода. Количество энергии, освобождаемое при использовании 1 л кислорода, называется его к а л о р и ч е с к и м э к в и в а л е н т о м . При окислении углеводов калорический эквивалент равен 5.05 ккал, при окислении жиров 4.7 ккал и бел145 ков _ 4.85 ккал. В организме обычно окисляется смесь питатель ных веществ, поэтому калорический эквивалент 0 2колеблется от 4.7 до 5.05 ккал. С увеличением в окисляемой смеси углеводов ка лорический эквивалент повышается, а с увеличением жиров — сни жается. ».ач» *ГИЦК, О величине калорического эквивалента 0 2 узнают по уровню д ы х а т е л ь н о г о к о э ф ф и ц и е н т а (ДК) — относительного объема выдыхаемой углекислоты к объему поглощаемого кислорода (C02/ 0 J . ВеличинаДК зависит от состава окисляемых веществ. При окислении углеводов он равен 1.0, при окислении жиров — 0.7 и бел ков —0.8. При окислении смеси питательных веществ величина его колеблется в пределах 0.8-0.9. При втором методе непрямой калориметрии ( алиментарная калориметрия) учитывают калорийность принимаемой пищи и ведут наблюдения за массой тела. Постоянство массы тела свиде тельствует о балансе между поступлением энергетических ресур сов в организм и их расходованием. Однако при использовании этого метода возможны существенные ошибки; кроме того, он не позволяет определить энерготраты за короткие промежутки времени. , В зависимости от активности организма и воздействий на него факторов внешней среды различают три уровня энергетического об мена: основной обмен, энерготраты в состоянии покоя и энерготра ты при различных видах труда. \ Основным обменом называется количество энергии, которое тра тит организм при полном мышечном покое, через 12-14 часов после приема пищи и при окружающей температуре 20-22°С. У взрослого человека он в среднем равен 1ккал на 1 кг массы тела в 1 час. У людей при массе тела в 70 кг основной обмен в среднем равен около 1700 ккал. Нормальные его колебания составляют + 10%. У женщин ос новной обмен несколько ниже, чем у мужчин; у детей он выше, чем у взрослых. Энерготраты в состоянии относительного покоя превышают ве личину основного обмена. Это обусловлено влиянием на энергооб мен процессов пищеварения, терморегуляцией вне зоны комфорта и тратами энергии на поддержание позы тела человека. Энерготраты при различных видах труда определяются харак тером деятельности человека. Суточный расход энергии в таких случаях включает величину основного обмена и энергию, необхо димую для выполнения конкретного вида труда. По характеру производственной деятельности и величине энерготрат взрослое население может быть разделено на 4 группы: 1) люди умственно го труда, их суточный расход энергии составляет 2200-3000 ккал; 2) люди, выполняющие механизированную работу и расходую146 щие за сутки 2300-3200 ккал; 3) люди частично механизированно го труда с суточным расходом энергии 2500-3400 ккал; 4) люди немеханизированного тяжелого физического труда, энерготраты которых достигают 3500-4000 ккал. При спортивной деятельнос ти расход энергии может составлять 4500-5000 ккал и более. Это обстоятельство следует учитывать при составлении пищевого ра циона спортсменов, который должен обеспечивать восполнение расходуемой энергии. • ' тш На механическую работу тратится не вся освобождающаяся в организме энергия. Большая ее часть превращается в тепло. То ко личество энергии, которое идет на выполнение работы, называет ся к о э ф ф и ц и е н т о м п о л е з н о г о д е й с т в и я (КПД). У человека КПД не превышает 20-25 %. КПД при мышечной дея тельности зависит от мощности, структуры и темпа движений, от количества вовлекаемых в работу мышц и степени тренированно сти человека. 14 12.6. РЕГУЛЯЦИЯ ОБМЕНА ВЕЩЕСТВ И ЭНЕРГИИ Центральной структурой регуляции обмена веществ и энергии яв ляется гипоталамус. В гипоталамусе локализованы ядра и центры регуляции голода и насыщения, осморегуляции и энергообмена. В ядрах гипоталамуса осуществляется анализ состояния внутренней среды организма и формируются управляющие сигналы, которые посредством эфферентных систем приспосабливают ход метаболиз ма потребностям организма. Эфферентными звеньями системы ре гуляции обмена являются симпатический и парасимпатический от делы вегетативной нервной системы и эндокринная система. Обмен веществ и получение аккумулируемой в А ТФ энергии проте кают внутри клеток. Поэтому важнейшим эффектором, через кото рый вегетативная нервная и эндокринная системы воздействуют на обмен веществ и энергии, являются клетки органов и тканей. Регу ляция обмена веществ заключается в воздействии на скорость биохи мических реакций, протекающих в клетках. Воздействие гипотшамуса на обмен белков осуществляется через систему гипоталамус-гипофиз-щитовидная железа. Повышенная продукция тиреотропного гормона передней доли гипофиза приво дит к увеличению синтеза тироксина и трийодтиронина щитовидной железы, регулирующих белковый обмен. На обмен белков оказывает прямое влияниесоматотропный гормон гипофиза. Регуляторнаяроль гипота/хамуса в жировом обмене связана с фун кцией серого бугра. Влияние гипоталамуса на обмен жиров опосре довано изменением гормональной функции гипофиза, шитовидной 147 и половых желез. Недостаточность гормональной функции желез ведет к о ж и р е н и ю . Более сложные расстройства жирового обмена наблюдаются при изменении функций поджелудочной железы. В этом случае они оказываются связанными с нарушениями углевод ного обмена. Истощение запасов гликогена при инсулиновой недо статочности приводит к компенсаторному усилению процессов глюконеогенеза. Вследствие этого в крови увеличивается содержание кетоновых тел (бета — оксимасляной, ацетоуксусной кислот и аце тона) . Н арушение фосфол и п идного обмена п ривод ит к жи ровой ин фильтрации печени. Лецитины и кефалины при этом легко отдают жирные кислоты, идущие на синтез холестерина, что в последующем обусловливает изменения, связанные с гиперхолестеринемией. Науглеводный обмен гипоталамус воздействует через симпатичес кую нервную систему. Симпатические влияния усиливают функ цию мозгового слоя надпочечников, выделяющего адреналин, кото рый стимулирует мобилизацию гликогена из печени и мышц. Дей ствие «сахарного» укола в дно IV желудочка продолговатого мозга также связано с усилением симпатических влияний. Главными гумо ральными факторами регуляции углеводного обмена являются гор моны коры надпочечников и поджелудочной железы (глюкокортикоиды, инсулин и глюкагон). Глюкокортикиоды(кортизон, гидро кортизон) оказывают ингибирующее (тормозящее) воздействие на глюкокиназную реакцию печени, снижая уровень глюкозы в крови. Инсулин способствует утилизации сахара клетками, а глюкагон уси ливает мобилизацию гликогена, его расщепление и увеличение со держания глюкозы в крови. В гипоталамусе расположены нервные центры, регулирующие водно-солевой обмен. Здесь же находятся и осморецепторы, раздражение которых рефлекторно влияет на водно-солевой обмен, обеспечивая постоянство внутренней среды организма. Большую роль в регуля ции водно-солевого обмена играют антидиуретический гормон гипо физа и гормоны коры надпочечников (MuuepajiKopmuKoudbi). Гормон гипофиза стимулирует обратное всасывание воды в почках и умень шает этим мочеобразование. Минералкортикоиды (альдостерон) действуют на эпителий почечных канальцев и повышают обратное всасывание в кровь натрия. Регулирующее воздействие на обмен воды и солей оказывают также гормоны щитовидной и паращитовидной желез. Первый увеличивает мочеобразование, второй способ ствует вы ведению из организма солей кальция и фосфора. Энергетический обмен в организме регулируется нервной и эндок ринной системами. Уровень энергообмена даже в состоянии относи тельного покоя может изменяться под влиянием ус/Ювнорефлекторныхраздражителей. Например, у спортсменов расход энергии повы шается в предстартовом состоянии. Существенное влияние на уро148 вень энергообмена оказывают гормоны гипофиза и щитовидной же/іезы. При усилении функции этих желез величина его повышается, при ослаблении — понижается. 13. ВЫДЕЛЕНИЕ Основной физиологической функцией выделительных процессов я вляется освобождение организма от конечных продуктов обмена ве ществ, избытка воды, органических и неорганических соединений, т. е. сохранение постоянства внутренней среды организма. 13.1. ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА ВЫДЕЛИТЕЛЬНЫХ ПРОЦЕССОВ Выделительные функции у человека осуществляются многими органами и системами организма: почками, желудочно-кишечным трактом, легкими, потовыми, сальными железами и др. Через почки у человека удаляются избыток воды, солей и продукты обмена ве ществ. Желудочно-кишечный тракт выводит из организма остатки пищевых веществ и пищеварительных соков, желчь, соли тяжелых металлов и некоторые лекарственные вещества. Через легкие выде ляются углекислый газ, пары воды и летучие вещества (продукты распада алкоголя, лекарственные вещества). Потовые железы удаля ют воду, соли, мочевину, креатинин и молочную кислоту; сальные железы — кожное сало, образующее защитный слой на поверхности тела. Ведущая роль в выделительных процессах и сохранении гомео стаза принадлежит почкам и потовым железам. 13.2. ПОЧКИ И ИХ ФУНКЦИИ П о ч к и выполняют целый ряд выделительных и гомеостатичес ких функций в организме человека. К ним относятся. 1) поддержание нормального содержания в организме воды, солей и некоторых ве ществ (глюкоза, аминокислоты); 2) регуляция pH крови, осмотичес кого давления, и о н н о г о составаи кислотно-щелочного состояния; 3) экскреция из организма продуктов белкового обмена и чужеродных веществ; 4) регуляция кровяного давления, эритропоэза и свертыва ния крови; 5) секреция ферментов и биологически активных ве ществ (ренин, брадикинин, простагландины и др.). Таким образом, почка является органом, обеспечивающим два главных процесса мочеобразовательный и гомеостатический. Основные функции почек осуществляются в н е ф р о н а х. В каждой почке человека имеется около одного миллиона нефронов, 149 5 Рис. 22. Схема строения нефрона А — нефрон; / — сосудистый (маяьнигиев) клубочек, 2 — извитой каналец первого порядка, J — собирательная трубка Б — тельце Ш ушя некого-Боумена; 1 — приносящий сосуд, 2 — выносящий сосуд, 3 —капиллярная сеть клубочка, 4 — полость капсулы, начало извитого канальца, 6 капсула Шумлянского-Боумена являющихся ее функциональными единицами и включающими маль пигиево (почечное) тельце и мочевые канальцы. М а л ь п и г и е в о т е л ь ц е состоит из капсулы ШумлянскогоБоумена, внутри которой находится сосудистый клубочек (рис. 22). В корковом слое расположено около 75% капсул и извитых каналь цев. В пограничной зоне (между корковым и мозговым слоем) — юкстамедуллярнаязона — располагаются остальные капсулы; изви тые канальцы этого комплекса находятся у границы с почечной ло ханкой. Юксамедуллярные нефроны отличаются от корковых неко торыми особенностями в строении и кровоснабжении (одинаковый диаметр приносящих и выносящих артериол). Считают также, что юкстамедуллярный комплекс выполняет эндокринную роль (обра зуется ренин), стимулируетсекрециюгоромнаальдостерона надпо чечниками и регулирует водно-солевой баланс. К а п с у л а Ш у м л я н с к о г о - Б о у м е н а имеет форму двустенной чаши и образована вдавлением слепого расширенного конца мочевого канальца в ее просвет. Внутренняя стенка капсулы, состоящая из однослойного плоского эпителия, тесно соприкасается со стенками капилляров сосудистого клубочка, образуя базальную 150 фильтрующую мембрану. Между ней и наружной стенкой капсулы находится щелевидная полость, в которую поступает плазма крови, фильтрующаяся через базальную мембрану из капилляров клубочка. К л у б о ч е к состоит из приносящей артерии, сложной сети артериальных капилляров и выносящей артерии. Диаметр выносящей аргериолы меньше, чем приносящей, что способствует поддержанию в капиллярах клубочков относительно высокого кровяного давления. М о ч е в ы е к а н а л ь ц ы начинаются от щелевидной полости капсулы, которая непосредственно переходит в проксимальный (ка налец первого порядка) извитой каналец. В некотором отдалении от капсулы проксимальный каналец выпрямляется и образует петлю Генле, переходящую в дистальный (каналец второго порядка) изви той каналец, открывающийся в собирательную трубку. Собиратель ные трубки проходят через мозговой слой почки и открываются на верхушках сосочков. Собирание конечной мочи происходит в почеч ных лоханках, куда открываются почечные чашечки. В обычных условиях через обе почки, составляющие лишь 0.43% массы тела человека, проходит около 25% объема крови, выбрасыва емой сердцем. Кровоток в коре почки достигает 4-5 мл • м и н 1на 1 г ткани — это наиболее высокий уровень органного кровотока. Осо бенность почечного кровотока заключается также в том, что несмот ря на существенные колебания артериального давления, кровоток в почках остается постоянным. Это обусловлено специальной систе мой саморегуляции кровообращения в них. 13.3. ПРОЦЕСС МОЧЕОБРАЗОВАНИЯ И ЕГО РЕГУЛЯЦИЯ Согласно современным представлениям, образование конечной мочи является результатом трех процессов: фильтрации, реабсорб ции и секреции. П р о ц е с с ф и л ь т р а ц и и воды и низкомолекулярных компонентов плазмы через стенки капилляров клубочка происходит только в том случае, если давление крови в капиллярах (около 70 мм рт. ст.) превышает сумму онкотического давления белков плазмы (около 30 мм рт. ст.) и давления жидкости (около 20 мм рт. ст.) в капсуле клубочка. Таким образом, эффективное фильтрационное давление, определяющее скорость клубочковой фильтрации, состав ляет около 20 мм ртст| Фильтрат, поступивший в капсулу Шумлянского-Боумена, со ставляет п е р в и ч н у ю м о ч у , которая по своему содержанию отличается от состава плазмы крови только отсутствием бе/іков. В сутки через почки человека протекает 1500-1800 л крови, и из каж дых 10 л крови, проходящей через капилляры клубочков, образуется около 1л фил ьтрата, что составляет в течен ие суток 150-180 л первич 151 ной мочи. Такая интенсивная фильтрация возможна только в усло виях обильного кровоснабжения почек и при особом строении филь трационной поверхности капилляров клубочка, в которых поддер живается высокое давление крови. К а н а л ь ц е в а я р е а б с о р б ц и я или о б р а т н о е в с а с ы в а н и е происходит в извитых канальцах и петле Ггнле, куда посту пает образовавшаяся первичная моча. Из 150-180 л первичной мочи реабсорбируется около 148-178л воды. Впочечных канальцах оста ется небольшое количество жидкости— в т о р и ч н а я (конечная) м о ч а, с уточный объем которой равен около 1.5 л. Через собиратель ные трубки, почечные лоханки и мочеточники она поступает в моче вой пузырь. Такое значительное обратное всасывание объясняется тем, что обшая суммарная площадь канальцев почек человека состав ляет 40-50 м2, а длина всех извитых канальцев достигает 80-100 км. Длина канал ьцев одного нефрона не превышает 40-50 мм. Реабсорб ции подвергаются кроме воды многие необходимые для организма органические (глюкоза, аминокислоты, витамины) и неорганичес кие (ионы К+, Na+, Са2+, фосфаты) вещества. К а н а л ь ц е в а я с е к р е ц и я осуществляется клетками канальцев, которые также способны выводить из организма некото рые вещества. Такие вещества слабо фильтруются или совсем не про ходят из плазмы крови в первичную мочу (некоторые коллоиды, органические кислоты). Механизм канальцевой секреции состоите том, что клетки эпителия нефрона захватывают названные вещества из крови и межклеточной жидкости и переносят их в просвет каналь ца. Другой вариант канальцевой секреции заключается в выделении в просвет канальцев новых органических веществ, синтезированных в клетках нефрона (мочевина, мочевая кислота, уробилин и др.). Скорость каждого из этих процессов регулируется в зависимости от состояния организма и характера воздействия на него. Р е г у л я ц и я м о ч е о б р а з о в а н и я осуществляется нейрогуморальным путем. Высшим подкорковым центром регуля ции мочеобразования является гипоталамус. Импульсы от рецепто ров почек по симпатическим нервам поступают в гипоталамус, где вырабатывается антидиуретический гормон (АДГ) или вазопрессин, усиливающий реабсорбцию воды из первичной мочи и являющийся основным компонентом гуморальной регуляции. Этот гормон по ступает в гипофиз, там накапливается и затем выделяется в кровь. Повышение секреции АДГ сопровождается увеличением проницае мости извитых канальцев и собирательныхтрубокдля воды. Усилен ная реабсорбция воды при недостаточном ее поступлении в организм приводит к снижению диуреза; моча при этом характеризуется высо кой концентрацией находящихся в ней веществ. При избытке воды в организме осмотическое давление плазмы падает. Через осмо- и 152 ионорецепторы гипоталамуса и почек происходит рефлекторное снижение продукции АДГ и его поступления в кровь. В этом случае организм избавляется от избытка воды путем выделения большого количества мочи низкой концентрации. Существенное значение в гуморальной регуляции мочеобразования принадлежит гормону коры надпочечников алъдостерону (из группы минералокортикоидов), который увеличивает реабсорбцию ионов Na+ и секрецию ионов К+, уменьшая диурез. Нервная регуляция мочеобразования выражена слабее, чем гумо ральная, и осуществляется как условнорефлекторным, так и безус ловнорефлекторным путем. В основном она происходит благодаря рефлекторным изменениям просвета почечных сосудов под влия нием различных воздействий на организм. Это ведет к сдвигам по чечного кровотока и, следовательно, процесса мочеобразования. Условнорефлекторное повышение диуреза на индифферентный раздражитель, подкрепленное повышенным потребление воды, свидетельствует об участии коры больших полушарий в регуляции мочеобразования. Следует иметь в виду, что почки обладают высо кой способностью к саморегуляции. Выключение высших корко вых и подкорковых центров регуляции не приводит к прекраще нию мочеобразования. 13.4. ГОМЕОСТАТИЧЕСКАЯ ФУНКЦИЯ ПОЧЕК Подержание почками постоянства объема и состава внутренней среды и прежде всего крови осуществляется специальной системой рефлекторной регуляции, включающей специфические рецепторы, афферентные пути и нервные центры, где происходит переработка информации. Команды к почкам поступают по эфферентным не рвам или гуморальным путем. Приспособление работы почек к изме няющимся условиям определяется преимущественным влиянием на клубочковый и канальцевый аппарат различных гормонов (АДГ. альдостерон, паратгормон, инсулин, гастрин, тирокальциотонин). Почки являются основным органом осмо— и волюморегуляции (ре гуляции объема). Они обеспечивают выделение избытка воды из организма в виде гипотонической мочи при увеличенном содержа нии воды (гипергидратации) или задерживают воду и выводят мочу, гипертоническую по отношению к плазме крови, при обезвожи вании организма (дегидратации). Эти особенности мочевыведения оп ределяются активностью центральных и периферических осмо- и натриорецепторов и уровнем выделения АДГ из гипоталамуса. В почках осуществляется синтез ряда биологически активных ве ществ (ренин, брадикини, урокиназа, простагландины и др.), кото рые участвуют в регуляции и поддержании постоянства внутренней 153 среды организма, т. е. почки являются типичным органом внутрен ней секреции. 13.5. МОЧЕВЫВЕДЕНИЕ И МОЧЕИСПУСКАНИЕ Образующаяся в почечных канальцах конечная моча по собира тельным трубкам поступаете почечные лоханки, мочеточники и мо чевой пузырь. Объем мочи в нем постепенно увеличивается, его стенки растягиваются. На начальном этапе заполнения пузыря на пряжение его стенок не изменяется, и давление внутри его не растет. Когда объем мочи в пузыре достигает 250-300 мл, напряжение глад комышечных волокон его стенок резко нарастает, давление жидко сти в его полости достигает 15-16 см водн. ст. и наступает рефлектор ный акт мочеиспускания. вяби Ведущим фактором, вызывающим раздражение механорецепто ров мочевого пузыря, является именно растяжение его стенок и в меньшей степени — увеличение давления. Если поместить пузырь в капсулу, препятствующую его растяжению, то повышение давления внутри пузыря не вызывает соответствующих рефлекторных реак ций. Возбуждение, возникшее при раздражении механорецепторов мочевого пузыря, поступает по афферентным нервам в крестцовый отдел спинного мозга, где находится рефлекторный центр мочеис пускания. Эфферентная иннервация мочевого пузыря осуществля ется симпатическими и парасимпатическими волокнами. Импуль сы, передающиеся по симпатическим волокнам, расслабляют мыш цы пузыря и повышают тонус его жома, что способствует заполне нию пузыря мочой и ее удержанию в нем. Противоположный эффект вызывают импульсы, поступающие по парасимпатическим волокнам, что приводит к более частому мочеиспусканию. Спинальный центр мочеиспускания находится под контролем вышележащих отделов мозга: тормозящие влияния исходят из коры головного мозга и среднего мозга, возбуждающие — из гипоталамуса и варолиева моста. Первые позывы к мочеиспусканию появляются у взрослого человека, когда объем мочи в пузыре достигает 150 мл. Усиленный поток импульсов наступает при увеличении мочи в пу зыре до 250-300 мл. При этом имеет место произвольное мочеиспус кание. При дальнейшем повышении объема содержимого пузыря акт мочеиспускания становится непроизвольным. 13.6. ПОТООТДЕЛЕНИЕ П о т о о т д е л е н и е выполняет ряд важных функций в организ ме. Выделение пота освобождает организм от конечных продуктов обмена веществ; путем выведения воды и солей поддерживается по 154 стоянство осмотического давления, атакже нормализуется темпе ратура тела вследствие теплоотдачи при испарении пота с поверхно сти КОЖИ, у • tr/s •• * П от содержит98-99% воды, минеральные соли (хлористый на трий и хлористый калий, сульфаты, фосфаты) и органические веще ства (мочевина, мочевая кислота, креатинин, гиппуровая кислота). Плотность пота составляет 1.010-1.012. В среднем за сутки в уел овиях относительного физического и эмоционального покоя, при комфорт ной температуре окружающей среды выделяется 500-600 мл пота. Различают т е р м и ч е с к о е и э м о ц и о н а л ь н о е п о т о о т д е л е н и е . Термическое потоотделение происходит на всей поверхности тела, эмоциональное — на ладонях, подошвенной сто роне стоп, в подмышечных впадинах, налице и реже на других учас тках тела. Интенсивность и скорость термического потоотделения нахо дится в прямой зависимости от уровня повышения температуры ок ружающей среды. При температуре воздуха около 60° С у человека в течение часа образуется 2.5 л пота. В горячих цехах за рабочую смену выделение пота может составлять 10-12 л. Испарение пота в таких условиях имеет исключительное значение для поддержания темпе ратурного гомеостаза, так как на испарение 1 г воды с поверхности тела человека расходуется 2.43 кДж (0.58 ккал). Эмоциональное (холодное) nomoomdejienue возн и кает при различ ных психических реакциях (страх, радость, гнев), умственном на пряжении, т. е. факторов, не оказывающих существенного влияния на терморегуляцию. Эмоциональное потоотделение в отличие от тер мического и меет очень короткий латентный период, быстро достига ет максимума, соответствующего силе возбуждения, и так же быстро прекращается с окончанием раздражения. Потоотделение, вызываемое физическойработой, представляет со четание обоих видов —термического (вследствие повышения теполопродукции при мышечной деятельности) и эмоционального. Сле довательно, интенсивность потоотделения при спортивной деятель ности зависит как от ее характера, так и от эмоционального фона. Образование пота является сложным секреторным процессом, находящимся под контролем нейрогуморальной регуляции. Иннер вация потовых желез осуществляется симпатическими нервами. От личительной особенностью волокон симпатических нервов является то, что они выделяют в качестве медиатора не адреналин, а ацетилхо лин, т. е. действуют по механизму парасимпатических, холинэргических структур. Механизм эмоционального потоотделения отлича ется оттеплового тем, что холодный пот выделяется под влиянием тех симпатических нервов, в синапсах которых выделяется адрена лин. Парасимпатическая иннервация на деятельность потовых желез 155 не оказывает влияния. Центры, регулирующие потообразование, расположены в спинном мозге и в гипоталамусе. Условнорефлекторно или при нагревании терморецепторов кожи импульсы поступают в соответствующие центры, и оттуда по симпатическим нервам возбуждение передается к потовым железам. 14. ТЕПЛОВОЙ ОБМЕН Способность Организма человека сохранять постоянную темпера туру обусловлена сложными биологическими и физико-химическими процессами т е р м о р е г у л я ц и и . В отличие от холоднокровных (пойкилотермных) животных, температура тела теплокровных ( гомойотермных) животных при колебаниях температуры внешней среды поддерживается на определенном уровне, наиболее выгодном для жизнедеятельности организма. Поддержание теплового баланса осуществляется благодаря строгой соразмерности в образовании теп ла и в ее отдаче. ;' ’ Величина т е п л о о б р а з о в а н и я зависит от интенсивности химических реакций, характеризующих уровень обмена веществ. Т е п л о о т д а ч а регулируется преимущественно физическими процессами (теплоизлучение, теплопроведение, испарение). 14.1. ТЕМПЕРАТУРА ТЕЛА ЧЕЛОВЕКА И ИЗОТЕРМИЯ Температура тела человека и высших животных поддерживается на относительно постоянном уровне, несмотря на колебания темпе ратуры внешней среды. Это постоянство температуры тела носит на звание и з о т е р м и и. Изотермия в процессе онтогенеза развивается постепенно. У новорожденных детей она далеко не совершенна и ус тойчивый характер приобретаете возрастом. Перераспределение теп ла междутканаяи осуществляется кровью. Кровь, обладая высокой т е п л о е м к о с т ь ю , переносит тепло оттканей с высоким уровнем теплообразования к тканям, где тепло образуется в небольших коли чествах. В результате выравнивается уровень температуры в различ ных частях тела. Температура поверхностных тканей («оболочки»), как правило, ниже температуры глубоких тканей («ядра»). Температура поверх ности тела неравномерна и зависит от интенсивности переноса к ней тепла кровью из глубоких частей тела, а также от охлаждающего или согревающего действия температуры внешней среды (рис. 23). Так, температура кожи на покрытых одеждой участках колеблется от 29 до 34 ; колебания температуры кожи на открытых частях тела в существенной мере зависят от температуры внешней среды. 156 Температура глубоких тканей более равномерна и составляет 37-37.5°. Темпе ратура печени, мозга, почек несколько выше, чем других внутренних органов. О температуре тела человека судят обычно на основании ее измерения в под мышечной впадине. Здесь температура у здорового человека равна 36.5-37°. Темпе ратура тела ниже 24° и выше 43° не совмес тима с жизнью человека. Изотермия име ет большое значение для метаболических процессов. Ферменты и гормоны облада ют наибольшей активностью при темпе ратуре 35-40°. Температура тела человека не остается постоянной, а колеблется втеРис. 23. Температурные чение суток в пределах 0.5-0.80. Макси ядро (серым цветом) мальная температура тела наблюдается в иоблочка 16-18 часов, а минимальная — в 3-4 часа. Постоянство температуры тела у человека может сохраняться лишь при условии равенства теплообразования и теплопотери всего организма. Это достигается посредством физиологическихл/ехяш/змов терморегуляции, которую принято разделять на химическую и физическую. Способность человека противостоять воздействию тепла и холода, сохраняя стабильную температуру тела, имеет извес тные пределы. При чрезмерно низкой или очень высокой температу ре среды защитные терморегуляционные механизмы оказываются недостаточными, и температура тела начинает резко падать или по вышаться. В первом случае развивается состояние г и п о т е р м и и , во втором гипертермии. 14.2. МЕХАНИЗМЫ ТЕПЛООБРАЗОВАНИЯ Образование тепла в организме происходит главным образом в результате химических реакций обмена веществ. При окислении пи щевых компонентов и других реакций тканевого метаболизма обра зуется тепло. Величина теплообразования находится в тесной связи с уровнем метаболической активности организма. Поэтому теплопро дукцию называют также химической терморегуляцией. Химическая терморегуляция имеет особо важное значение для поддержания постоянства температуры тела в условиях охлаждения. При понижении температуры окружающей среды происходит уве личение интенсивности обмена веществ и, следовательно, теплооб разования. У человека усиление теплообразования отмечается в том случае, когда температура окружающей среды становится ниже оп 157 тимальной температуры vuw зоны к о м ф о р т а . В обычной легкой одежде эта зона находится в пределах 18-20°, а для обнаженного чело века—28°С. Суммарное теплообразование в орган изме п роисходит в ходе хи мических реакций обмена веществ (окисление, гликолиз), что со ставляет так называемое п е р в и ч н о е т е п л о и при расходовании энергии макроэргическихсоединений (АТФ) на выполнение работы ( в т о р и ч н о е т е п л о ) . В виде первичного тепла в тканях рассеивается 60-70% энергии. Остальные 30-40% после расщепле ния АТФ обеспечивают работу мышц, различные процессы синте за, секреции и др. Но и при этомта или иная часть энергии перехо дит затем в тепло. Таким образом, и вторичное тепло образуется вследствие экзотермических химических реакций, а при сокраще нии мышечных волокон — в результате их трения. В конечном итоге переходит в тепло или вся энергия, или подавляющая ее часть. '' Наиболее интенсивное теплообразование в организме происходит в мышцах при их сокращении Относительно небольшая двигательная акти вность ведет кувеличению теплообразования в 2 раза, а тяжелая работа — в 4-5 раз и более. Однако в этих условиях существенно воз растают потери тепла с поверхности тела. При продолжительном охлаждении организма возникают непро извольные периодические сокращения скелетной мускулатуры (дсоло довая дрожь). При этом почти вся метаболическая энергия в мышце освобождается в виде тепла. Активация в условиях холода симпати ческой нервной системы стимулирует липолиз в жировой ткани. В кровоток выделяются и в последующем окисляются с образованием большого количества тепла свободные жирные кислоты. Наконец, повышение теплопродукции связано с усилением функций надпочеч ников и щитовидной железы. Гормоны этих желез, усиливая обмен веществ, вызывает повышенное теплообразование. Следуеттакже иметь в виду, что все физиологические механизмы, которые регули руют окислительные процессы, влияют в то же время и на уровень теплообразования. д 14.3. МЕХАНИЗМЫ ТЕПЛООТДАЧИ Отдача тепла организмом (физическая терморегуляция) осуще ствляется путем излучения, проведения и испарения. И з л у ч е н и е м теряется примерно 50-55% тепла в окружающую среду путем лучеиспускания за счет инфракрасной части спектра. Количество тепла, рассеиваемого организмом в окружающую среду с излучени ем, пропорционально площади поверхности частей тела, которые со прикасаются с воздухом, и разности средних значений температур 158 окружающей среды. Отдача окружающей среды. Т е п л о п р о в е д е н и е может происходить путем кондукции и конвекции. К о н д у к ц и е й тепло теряется при непосредственном контакте участков тела человека с другими физическими средами. При этом количество теряемого тепла пропорционально разнице средних температур контактирующих поверхностей и времени теп лового контакта. К о н в е к ц и я — способ теплоотдачи организма, осуществляемый путем переноса тепла движущимися частицами воздуха. Конвекцией тепло рассеивается при обтекании поверхности тела потоком воздуха с более низкой температурой, чем температура кожи. Движение воздушных потоков (ветер, вентиляция) увеличи вают количество отдаваемого тепла. Путем теплопроведения орга низм теряет 15-20% тепла, при этом конвекция представляет более мощный механизм теплоотдачи, чем кондукция. Теплоотдача путем и с п а р е н и я — это способ рассеивания организмом тепла (около 30%) в окружающую среду за счет его зат раты на испарение пота или влаги с поверхности кожи и слизистых дыхательных путей. При температуре внешней среды 20° испарение влаги у человека составляет 600-800 г в сутки. При переходе в воздух 1 гводы организм теряет 0.58 ккал тепла. Если внешняя температура превышает среднее значение температуры кожи, то организм не отда ет во внешнюю среду тепло излучением и проведением, а наоборот, поглощает тепло извне. Испарение жидкости с поверхности тела происходит при влажности воздуха менее 100%. 14.4. РЕГУЛЯЦИЯ ТЕПЛООБМЕНА Регуляция теплообмена обеспечивает баланс между количеством продуцируемого в единицу времени тепла и количеством тепла, рас сеиваемого организмом за то же время в окружающую среду. В ре зультате температура тела человека поддерживается на относительно постоянном уровне. Восприятие и анализ температуры окружающей среды осуществ ляется с помощью т е р м о р е ц е п т о р о в . Терморецепторы имеются в коже, мышцах, сосудах, во внутренних органах, дыхательных пу тях, спинном и среднем мозге. Одни из них реагируют на холод {хахо довыерецепторы), которых на поверхности тела человека насчитыва ется около 250000, другие — на тепло (тепловыерецепторы), их при мерно 30000. Разветвленная сеть терморецепторов обеспечивает под робную информацию о температурных сдвигах во внешней и внутренней среде организма, которая поступает в высшие центры теплообмена. 159 Центральный аппарат терморегуляции находится в передней и задней части гипоталамуса, а также в ретикулярной формации сред него мозга. Центр терморегуляции содержит различные по функци ям группы нервных клеток. Термочувствительные нейроны пере днего гипоталамуса поддерживают базальный уровень ( «установоч ную точку») температуры тела в организме человека. Эффекторные нейроны заднего гипоталамуса и среднего мозга управляют процесса ми теіиопродукции и теплоотдачи. Важная роль в терморегуляции принадлежит высшим отделам ЦНС — коре и ближайшим подкорковым центрам. Эмоциональное возбуждение, изменения в психическом состоянии оказывают суще ственное влияние на уровеньтеплообразования и теплоотдачи. От четливые изменения температуры тела наблюдаются у спортсменов при стартовом возбуждении (предстартовая лихорадка). При дли тельной мышечной работе температура тела может повышаться до 39-40° и более. ;' В осуществлении гуморальной регуляции теплообмена участвуют железы внутренней секреции, главным образом щитовидная и над почечники. Участие щитовидной железы в терморегуляции обусловленотем, что влияние пониженной температуры приводит к усилен ному выделению ее гормонов, повышающих обмен веществ, и, сле довательно, теплообразование. Роль надпочечников связана с выде лением ими в кровь катехоламинов, которые, усиливая окислительные процессы в тканях, в частности в мышцах, увеличи вают теплопродукцию и суживают кожные сосуды, уменьшая тепло отдачу. Ж- Т' ■ •. ‘г | | t I| 15. ВНУТРЕННЯЯ СЕКРЕЦИЯ ЦНС управляет деятельностью различных органов и систем орга низма с помощью нервной и гуморальной регуляции. В систему гу моральной регуляции различных функций организма включены специальные железы, выделяющие свои активные вещества — гор моны непосредственно в кровь,—так называемые ж е л е з ы в н у т ренней секреции. 15.1. ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА ЭНДОКРИННОЙ СИСТЕМЫ Гуморальная регуляция осуществляется двумя способами: 1) сис темой желез внутренней секреции или эндокринными железами (греч. эндон — внутрь, крино — выделять), продукты которых (гормоны) поступают непосредственно в кровь и действуют дистантно на уда ленные от них органы и ткани, а также системой эндокринных тка160 ней других органов; 2) системой местной саморегуляции, т. е. действи ем на соседние клетки (в пределах одного органа или ткани) биологи чески активных веществ (тканевых «гормонов» — гистамина, серото нина, кининов, простагландинов) и продуктов клеточного метабо лизма (например, появление при физических нагрузках молочной кислоты в мышцах ведет к расширению в них кровеносных сосудов и увеличению доставки кислорода). К эндокринным железам относят следующие образования', эпифиз (верхний придаток мозга или шишковидная железа), гипофиз (нижний придаток мозга), вилочковая железа (тимус или зобная же леза), щитовидная (тиреоидная) железа, околощитовидные (паратиреоидные) железы, поджелудочная железа (панкреас), надпочечни ки, половые железы (гонады). Гормоны выделяются также клетками некоторых органов (почки, сердце, плацента, пищеварительный тракт). Методами изученияжелез внутренней секреции являются тради ционные методы удаления или разрушения (у человека при заболева ниях ил и у животных в эксперименте), введение определенного гор мона в организм, атакже наблюдения в клинике за больными с пато логией эндокринной системы. В современных условиях концентра цию гормонов в железах, крови или моче изучают биологическими и химическими методами, используют ультразвуковое исследование, применяют радиоиммунологический метод. О б щ и м и с в о й с т в а м и желез внутренней секреции являются: 1. Отсутствие внешних протоков в отличие от желез внешней секреции, имеющихтакие протоки (например, сальных, молочных, слюнных и др.); продуцируемые эндокринными железами гормоны всасываются непосредственно в кровь, проходящую через железу; 2. Сравнител ьно небольшиеразмеры и масса] 3. Действие гормонов на клетки и ткани в весьма малых концент рациях (например, всего 1 г адреналина может активизировать 100 млн. лягушачьих сердец); 4. Избирательность действия гормонов на определенные ткани и клетки-мишени, имеющие специальные рецепторы на поверхности клеточной мембраны или в плазме, с которыми связываются гормоны; 5. Специфичность вызываемых ими функциональных эффектов; 6. Быстроеразрушение гормонов (например, период полураспада в крови адреналина и норалреналина — около 0.5-2.5 мин, большей части гормонов гипофиза— 10-15 мин). щЩ Эндокринные железы должны постоянно вырабатывать гормо ны, чтобы, несмотря на быстрое разрушение, поддерживать необхо димую их концентрацию в крови. Сохранение нормального уровня каждого гормона и их соотношений в организме регулируется особы ми нервными и гуморальными механизмами отрицательнойобрат161 ной связи, при избытке в крови какого-либо гормона или образуемых под его воздействием веществ секреция этого гормона соответствую щей железой снижается, а при недостатке увеличивается. Нарушен ия деятельности эндокринных желез могут проявляться в их чрез* мерной активности — г и п е р ф у н к ц и и или ослаблении актив ности— г и п о ф у н к ц и и , что приводит к снижению работоспо собности, различным заболеваниям организма и даже смерти. Г о р м о н а м и называют особые химические вещества, выделяе мые специализированными эндокринными клетками и обладающие дистантным действием, с помощью которых осуществляется гумо ральная регуляция функций различных органов и тканей организма. По химической структуре выделяют 3 группы гормонов: 1. Стероидные гормоны — половые гормоны и кортикостероид ные гормоны надпочечников; ■ 2. Производные аминокислот — гормоны мозгового вещества над почечников (адреналин, норадреналин), щитовидной железы; 3. Пептидные гормоны—гормоны гипофиза, поджелудочной же лезы, околощитовидных желез, а также гипоталамические нейро пептиды. Ф у н к ц и и г о р м о н о в заключаются в изменении обмена веществ в тканях (метаболическое действие), активации генетичес кого аппарата, регулирующего рост и формообразование различных органов тела, запуске различных функций (например, выделение из печени глюкозы в кровь при работе), модуляции текущей активнос ти различных органов (например, изменения частоты сердцебиений при эмоциональных состояниях организма). М е х а н и з м в л и я н и я г о р м о н о в на клеточную активность зависит от их способности связываться с рецепторами клеток-мишеней. Влияние пептидных гормонови производных аминокислот осу ществляется путем их связывания со специфическими рецепторами наповерхности клеточных мембран, что вызывает цепную реакцию биохимических преобразований в клетках. Стероидные гормоны и гормоны щитовидной железы, обладающие способностью прони кать через клеточную мембрану, образуют в цитоплазме комплекс со специфическими рецепторами, который проникает в клеточное ядро и запускает морфогенетические эффекты образования ферментов и видоспецифичных белков, а также усиление энергообразования в митохондриях, транспорта глюкозы и аминокислот и другие измене ния в жизнедеятельности клеток. В клетках-мишенях имеются механизмы для саморегуляции соб ственных реакций на гормональные воздействия. При избытке мо лекул гормона уменьшается число свободных рецепторов клетки для их связывания, и тем самым снижается чувствительность клет ки к действию гормона, а при недостатке гормонов — увеличение 162 числа свободных рецепторов повышает клеточную восприимчи вость. Почти для всех гормонов выявлены отчетливые суточные колеба моя их содержания в крови. Большей частью происходит увеличение их концентрации в дневное время и уменьшение в ночное время. Однако в этой периодике имеются специфические особенности — так, максимальное содержание гормона роста в крови наблюдается поздним вечером, в начальные стадии сна, а гормонов надпочечни ков глюкокортикоидов—в утренние часы. 15.2. ФУНКЦИИ ЖЕЛЕЗ ВНУТРЕННЕЙ СЕКРЕЦИИ Деятельность желез внутренней секреции находится под контро лем многочисленных прямых и обратных связей в организме. Основ ным регулятором их функций является гипоталамус, непос редстве н но связанный с главной эндокринной железой — гипофизом, влия ния которого распространяются на другие периферические железы. 15.2.1. ФУНКЦИИ ГИПОФИЗА Г и п о ф и з состоит из трех долей: I) передняя доля или аденоги пофиз, 2) промежуточная доля и 3) задняя доля или нейрогипофиз. В а д е н о г и п о ф и з е главную секреторную функцию выпол няют 5 групп клеток, которые вырабатывают 5 специфических гор монов. Среди них выделяют т р о п н ы е гормоны (лат. тропос — направление), регулирующие функции периферических желез, и э ф ф е к т о р н ы е гормоны, непосредственно действующие на клетки-мишени. К тропным гормонам относят следующие: к о р т ик о т р о п и н илиадренокортикотропныйгормон(АКТГ),регулиру ющий функции коркового слоя надпочечников; т и р е о т р о п н ы й гормон (ТТГ), активизирующий щитовидную железу; г о н а д о т р о п н ы й гормон (ГТГ), влияющий на функции половых желез. Эффекторными гормонами являются с о м а т о т р о п н ы й гормон(СТГ)илисоматотропин,определяющийросттела, и п р о л а кт и н, контролирующий деятельность молочных желез. Выделение гормонов передней доли гипофиза регулируется веще ствами, образуемыми нейросекреторными клетками гипоталамуса — гипоталамическими нейропептидами: стимулирующими секрецию — л и б е р и н а м и и тормозящими ее — с т а т и н а м и. Эти регулирующие вещества доставляются потоком крови из гипотала муса в переднюю долю гипофиза, где и оказывают влияние на секре цию гормонов клетками гипофиза. С о м а т о р о п и н представляет собой видоспецифичный белок, определяющий росттела (главным образом увеличивающий рост ко 163 стей в длину). Работы по генной инженерии с внедрением крысиного соматотропина в генетический аппарат мышей позволили получить супермышей вдвое большего роста. Однако, современные исследова ния показали, чтосоматотропин организмов одного вида может уве личивать рост тела у видов, стоящих на более низких ступенях эво люционного развития, но не эффективен для более высокоразвитых организмов. В настоящее время найдено вещество-посредник, пере дающий влияния СТГ на клетки-мишени, соматомедин, который вырабатывается клетками печени и костной ткани. Соматотропин обеспечивает синтез белка в клетках, накопление РНК, усиливает транспорт из крови аминокислоте клетки, способствует усвоению азота, создавая положительный азотистый баланс в организме, помо гает утилизации жиров. Выделение соматотропного гормона увели чивается во время сна, при физических нагрузках, травмах, некото рых инфекциях В гипофизе взрослого человека его содержание со ставляет около 4-15 мг, у женщин среднее его количество несколько выше. Особенно увеличивается концентрация СТГ в крови у подро стков в период полового созревания. При голодании его концентра ция возрастает в 10-15 раз. ' Чрезмерное выделение соматотропина в раннем возрасте приво дит к резкому увеличению длины тела (до 240-250 см) — гигантизму, а его недостаток — к задержке роста —карликовости. Гипофизарные гиганты и карлики имеют пропорциональное телосложение, однако у них наблюдаются изменения некоторых функций организма, в ча стности снижение внутрисекреторных функций половых желез. Из быток соматотропина во взрослом состоянии (после окончания роста тела) приводит к разрастанию еще не окостеневших окончательно частей скелета —удлинению пальцев рук и ног, кистей и стоп, урод ливому росту носа, подбородка, а также к увеличению внутренних органов. Такое заболевание называется акромегалия. П р о л а к т и н регулирует рост молочных желез, синтез и секре цию молока (выведение молока обеспечивает другой гормон —окситоцин), стимулирует инстинкт материнства, а также влияет на водно солевой обмен в организме, эритропоэз, вызывает послеродовое ожирение и др. эффекты. Его выделение рефлекторно активизиру ется актом сосания. В связи стем, что пролактин поддерживает суще ствование желтого тела и выработку им гормона прогестерона, он получилтакже название л ютеотроп ного гормона. К о р т и к о т р о п и н (адренокортикотропныйгормон —АКТГ) является крупным белком, при образовании которого выделяются в качестве побочных продуктовмеланотропин (влияющий на образо вание пигмента меланина) и важный пептид — эндорфин, обеспечи вающий обезболивающие эффекты в организме. Основное влияние кортикотропин оказывает на функции коркового слоя надпочечни 164 ков, особенно на образование глюкокортикоидов. Кроме того, он вызывает расщепление жи ров в жировой ткан и, увел и чи вает се крециюинсулина и соматотропина. Стимулируют выделение кортикотропина различные стрессовые раздражители —сильная боль, холод, значительные физические нагрузки, психоэмоциональное напряже ние. Способствуя усилению белкового, жирового и углеводного об менов в стрессовых ситуациях, он обеспечивает повышение сопро тивляемости организма действию неблагоприятных факторов среды, т. е. является адаптивным гормоном. Т и р е о т р о п и н (тиреотропныйгормон — ТТГ)увеличивает массу щитовидной железы, число активных клеток, способствует захвату йода, что в целом усиливает секрецию ее гормонов. В резуль тате нарастает интенсивность всех видов обмена веществ, повышает ся температуры тела. Образование ТТГ увеличивается при пониже нии внешней температуры среды и тормозится травмами, болевыми ощущениями. Секреция ТТГ может вызываться условно-рефлекторным путем — по сигналам, предшествующим охлаждению, т. е. контролируется корой больших полушарий. Это имеет большое зна чение для процессов закаливания, тренировки к пониженным тем пературам. Г о н а д о т р о п н ы е г о р м о н ы (ГТГ) — фоллитропин и лютропин (их иначе еще называют фолликулостимулирующий и лютеинизирующий гормоны) — синтезируются и секретируются од ними и теми же клетками гипофиза, они одинаковы у мужчин и жен щин и по своему действию являются синергистами. Эти молекулы химически защищены от разрушения в печени. ГТГ стимулируют образование и секрецию половых гормонов, а также функции яич ников и семенников. Содержание ГТГ в крови зависит от концентра ции в крови мужских и женских половых гормонов, от рефлектор ных влияний при половом акте, от различных факторов внешней среды, от уровня нервно-психических расстройств. Задняя доля гипофиза секретирует гормоны вазопрессин и окситоцин, которые образуются в клетках гипоталамуса, затем по нервным волокнам поступают в нейрогипофиз, где накашиваются и затем вы деляются в кровь. В а з о п р е с с и н (лат.ваз—сосуд,прессус—давление)оказывает двоякий физиологический эффект в организме. Во-первых, он вы зывает сужение кровеносных сосудов и повышение артериального давления. Во-вторых, этот гормон увеличивает обратное всасывание воды в почечных канальцах, что вызывает повышение концентра ции и уменьшение объема мочи, т. е. он действует в качестве антидиуретического гормона (АДГ) Его секреция в кровь стимулируется из менениями вод но-соле во го обмена, физическими нагрузками, эмо циональными стрессами. При употреблении алкоголя угнетается 165 секреция вазопрессина (АДГ), увеличивается выведение мочи и воз никает обезвоживание организма. В случае резкого падения выра ботки этого гормона возникает несахарный диабет, проявляющийся в патологической потере воды организмом. О к с и т о ц и н стимулирует сокращения матки при родах, выде ление молока молочными железами. Его секрецию усиливают им пульсы от механорецепторов матки при ее растяжении, а также влия ния женского полового гормона эстрогена. Промежуточная доля гипофиза почти неразвита у человека, име ется лишь небольшая группа клеток, секретирующих меланотропный гормон, вызывающий образование меланина — пигмента кожи и волос. В основном эту функцию у человека обеспечивает корти котропин передней доли гипофиза. ; 15.2.2. ФУНКЦИИ НАДПОЧЕЧНИКОВ Н а д п о ч е ч н и к и располагаются над почками и состоят из двух различающихся по своим функциям частей— к о р ы надпочечни ков (близкой по происхождению к половым железам) и м о з г о в о го в е щ е с т в а (формирующегося из симпатических клеток). В коре вырабатывается группа гормонов, называемых к о р т и к о и д а м и или кортикостероидами. Кортикоиды являются жиз ненно необходимыми для организма гормонами, их отсутствие при водит к смерти. Кора надпочечников состоит из следующих трех слоев: • к л у б о ч к о в а я (наружная)зона,секретирующаягормоны минералкортикоиды (в основном — альдостерон)', • п у ч к о в а я (средняя)зона,секретирующая глюкокортикоиды (преимущественно кортизол или гидрокортизол); • с е т ч а т а я (внутренняя) зона, секретирующая небольшое кол ичество половых гормонов (андрогенов и эстрогенов). М и н е р а л к о р т и к о и д ы у человека представлены основным гормоном — а л ь д о с т е р о н о м , который имеет существенное значение в регуляции минерального обмена в организме. Он способ ствует поддержанию на постоянном уровне натрия и калия в крови, лимфе и межтканевой жидкости, увеличивая при необходимости об ратное всасывание натрия в почках и выход калия в мочу. Сохране ние натрия в плазме крови приводит к задержке воды в организме и повышению артериального давления. От правильного соотношения натрия и калия в жидких средах зависят процессы возникновения и проведения возбуждения в нервной и мышечной тканях, т. е. все процессы восприятия, переработки информации и управления пове дением организма. Нарушение секреции альдостерона может при вести к гибели организма. Образование альдостерона регулируется 166 не только содержанием Na и К в крови, но и с помощью ренина, выделяемого эндокринной тканью почек при ухудшении в них кровотока. Г л ю к о к о р т и к о и д ы главным образом обеспечивают синтез глюкозы (глюконеогенез), образование запасов гликогена в печени и мышцах, увеличение концентрации глюкозы в крови (мобилиза ция из печени). При этом они выполняют особую роль в белковом обмене. Они угнетают синтез белков в печени и мышцах (создают отрицательный азотистый баланс), увеличивают выход свободных аминокислот, их переаминирование и стимулируют образование из них ферментов, необходимыхдля новообразования глюкозы. Вызы вая при этом мобилизацию жиров из жировой ткани, глюкокорти коиды создают необходимые жировые и углеводные энергоресурсы для активной деятельности организма. Повышению работоспособ ности способствует также увеличение этими гормонами восприим чивости тканей к адреналину и норадреналину, повышение иммуни тета и снижение аллергических реакций, улучшение процессов пере работки информации в сенсорных системах и ЦНС. Все указанные эффекты глюкокортикоидов (кортизола) обеспечивают повышение устойчивости организма к действию неблагоприятных факторов среды, стрессовым ситуациям, в связи с чем их называют адаптивны ми гормонами. Избыточное содержание кортизола в организме приводит к ожи рению, гипергликемии, распаду белков, отекам, повышению артери ального давления. При недостаточности кортизола развивается брон зовая (илиаддисонова) болезнь, которая сопровождается бронзовой окраской кожи, ослаблением деятельности сердечной и скелетных мышц, повышенной утомляемостью, снижением устойчивости к ин фекционным заболеваниям. П о л о в ы е гормоны надпочечников — это преимущественно а н д р о г е н ы (мужские половые гормоны) и э с т р о г е н ы (женские половые гормоны), которые наиболее активны на ранних этапах онтогенеза (до полового созревания) и в пожилом возрасте (после снижения активности половых желез). Они ускоряют поло вое созревание мальчиков, формируют половое поведение у жен щин. Андрогены вызывают анаболические эффекты, повышая син тез белков в коже, мышечной и костной ткани, способствуют разви тию вторичных половых признаков по мужскому типу (характерное оволосение у мальчиков и избыточное оволосение —вирилизация —у девушек). М о з г о в о й с л о й н а д п о ч е ч н и к о в содержит аналоги симпатических клеток (хромаффинные клетки), которые секретируют а д р е н а л и н и н о р а д р е н а л ин, называемые к а т е х о л- а м и н а м и. Они синтезируются из аминокислоты тирозина в 167 результате цепочки поэтапных преобразований из предшественни ков (тирозин-ДОФА-дофамин-норадреналин-адреналин). В мозго вом слое синтезируется в 6 раз больше гормона адреналина, чем норадреналина. Однако в плазме крови норадреналина оказывается в4 раза больше за счет дополнительного его поступления из окончаний симпатических нервов. Эти гормоны различаются по способности связывать разные адренорецепторы клеток-мишеней: норадреналин имеет сродство к а л ьфа-адренорецепторам всех сосудов, а адреналин к альфа-рецепторам сосудов большинства органов и к бета-адренорецепторам сосудов сердца, мышц и мозга, что определяет некоторые различия их влияний. | Адреналин и норадреналин играют важную роль в адаптации орга низма к чрезвычайным напряжениям — стрессам, т. е. они являются адаптивными гормонами. -<»н«нт^М1|| А д р е н а л и н вызывает целый ряд эффектов, обеспечивающих деятельное состояние организма: ■9 ВЦ • учашение и усиление сердечных сокращений, облегчение ды хания путем расслабления бронхиальных мышц, что обеспечи вает увеличение доставки кислорода тканям; • рабочее перераспределение крови — путем сужения сосудов кожи и органов брюшной полости и расширения сосудов моз га, сердечной и скелетных мышц; ;; иг • мобилизация энергоресурсов организма за счет увеличения выхода в кровь глюкозы из печеночных депо и жирных кислот из жировой ткани; .р о т о н д • усиление в тканях окислительных реакций и повышение теп лопродукции; ’ ; ij о • стимуляция анаэробного расщепления глюкозы в мышцах, т. е. повышение анаэробных возможностей организма; • повышение возбудимости сенсорных систем и ЦНС. Н о р а д р е н а л и н вызывает сходные эффекты, но сильнее действует на кровеносные сосуды, вызывая повышение артериально го давления, и менее активен в отношении метаболических реакций. Активация выброса адреналина и норадреналина в кровь обеспечи вается симпатической нервной системой, вместе с которой эти гор моны функционально составляют единую с и м п а т о - ад ре н ал ов у ю с и с т е м у , обеспечивающую приспособительные реакции организма клюбым изменениям внешней среды. 15.2.3. ФУНКЦИИ ЩИТОВИДНОЙ (ТИРЕОИДНОЙ) ЖЕЛЕЗЫ В щ и т о в и д н о й железе имеются две группы клеток, образу ющих два основных вида гормонов. Одна группа клеток вырабаты вает трийодтиронин и тироксин, а другая — калъцитонин. Первые 168 клетки захватывают из крови соединения йода, преобразуют их в атомарный йод и в комплексе с остатками аминокислоты тирозина синтезируют гормоны т р и й о д т и р о н и н (Т,) и т е т р а й о д т и р о н и н или т и р о к с и н (Т4), которые поступают в кровь и лимфу. Эти гормоны, активизируя генетический аппарат клеточно го ядра и митохондрии клеток, стимулируют все виды обмена ве ществ и энергетический обмен организма. Они усиливают поглоще ние кислорода, увеличиваютосновной обмен в организме и повыша ют температуру тела, влияют на белковый, жировой и углеводный обмен, обеспечивают рост и развитие организма, усиливают эффек тивность симпатических воздействий на частоту сердечных сокра щений, артериальное давление и потоотделение, повышают возбуди мость ЦНС. В крови тироксин существует в связанной с белками неактивной форме. Л ишь около 0.1 % его количества находится в свободной, ак тивной форме, которая и вызывает функциональные эффекты. Бо лее выраженным физиологическим действием обладает трийодтиро нин, но его содержание в крови значительно ниже. Гормон к а л ь ц и т о н и н (или тирокальцитонин) вместе с гормонами околощитовидных желез участвует в регуляции содер жания кальция в организме. Он вызывает снижение концентрации кальция в крови и поглощение его костной тканью, что способству ет образованию и росту костей. В регуляции секреции кальиитонина участвуют гормоны желудочно-кишечного тракта, в частности гастрин. При недостаточном поступлении в организм йода возникает рез кое снижение активности щитовидной железы —гипотиреоз. Вдетс ком возрасте это приводит к развитию кретинизма — задержке рос та, полового, физического и умственного развития, нарушениям пропорций тела. Дефицит гормонов щитовидной железы во взрос лом состоянии вызывает слизистый отек тканей —микседему. Он возникает в результате нарушения белкового обмена, повышающего онкотическое давление тканевой жидкости, и соответственно, вызы вающего задержку воды в тканях. При этом, несмотря на разрастание железы (зоб), секреция гормонов снижена. Для компенсации недо статка йода в пище и воде, имеющегося в некоторых регионах земли и вызывающего так называемый эндемический зоб, в рацион населе ния включают йодированную соль и морепродукты. Гипотиреоз мо жет также возникать при генетических аномалиях, в результате ауто иммунного разрушения шитовидной железы и при нарушениях сек реции тиреотропного гормона гипофиза. В случае гипертиреоза (избыточного образования гормонов ши товидной железы) возникают токсические явления, вызывающие Базедову болезнь. Происходит разрастание щитовидной железы % • 169 (зоб), повышается основной обмен, наблюдаются потеря веса, пучег лазие, повышение раздражительности, тахикардия. 15.2.4. ФУНКЦИИ ОКОЛОЩИТОВИДНЫХ ЖЕЛЕЗ У человека имеются четыре о к о л о ш и т о в и д н ы е железы, прилегающие к задней поверхности щитовидной железы. Их про дукт— п а р а т и р и н или п а р а т г о р м о н участвует в регуляции содержания кальция в организме. Он повышает концентрацию кальция в крови, усиливая его всасывание в кишечнике и выход из костей. Выработка паратгормона усиливается при недостаточном со держании кальция в крови и в результате симпатических влияний, а подавление секреции — при избытке кальция. Нарушение нормаль ной секреции приводит в случае гиперфункции околощитовидных желез к потере костной тканью кальция и фосфора (деминерализа ция костей) и деформации костей, а также к появлению камней в почках, падению возбудимости нервной и мышечной тканей, ухуд шению процессов внимания и памяти. В случае недостаточной функ ции околощитовидных желез возникают резкое повышение возбу димости нервных центров, патологические судороги и смерть в резүльтате тетанического сокращения дыхательных мышц. 15.2.5. ФУНКЦИИ ВИЛОЧКОВОЙ ЖЕЛЕЗЫ И ЭПИФИЗА В и л о ч к о в а я железа (тимус или зобная железа) и меет основное значение для обеспечения в организме иммунитета (образование и специализация Т-лимфоцитов), а также выполняет эндокринные функци и. Секрет этой железы — гормон т и м о з и н способствует иммунологической специализации Т-лимфоцитов. Кроме того, он обеспечивает процессы проведения возбуждения в синапсах, стиму лирует гормональные реакции, облегчая связывание гормонов, ак тивирует метаболические реакции ворганизме. Функции э п и ф и з а (верхнего мозгового придатка или шишко видной железы) связаны со степенью освещенности организма и, со ответственно, имеют четкую суточную периодичность. Это своеоб разные «биологические часы* организма. Гормон эпифиза — м е л а т о н и н вырабатывается и секретируется в кровь и церебро-спинальную жидкость под влиянием импульсов от сетчатки глаза. На свету выработка его снижается, а втемноте — повышается. Мелатонин уг нетает функции гипофиза, снижая, с одной стороны, выработку об легающих его функции гипоталамических либеринов, а с другой, непосредственно угнетая активность аденогипофиза, в первую оче редь подавляя образование гонадотропинов. Под действием мелато нина задерживается преждевременное развитие половых желез, фор170 мируется цикличность половых функций, определяется длитель ность овариал ьно- менструал ьного ци кла жене кого орган изма. 15.2.6. ЭНДОКРИННЫЕ ФУНКЦИИ ПОДЖЕЛУДОЧНОЙ ЖЕЛЕЗЫ П о д ж е л у д о ч н а я железа функционирует как железа внешней секреции, выделяя пищеварительный сок через специальные прото ки в 12-ти перстную кишку, и как железа внутренней секреции, секретируя непосредственно в кровь гормоны инсулин и глюкагон. Око ло 1% массы этой железы составляют особые скопления клеток — островки Лангерганса, среди которых имеются в преобладающем количестве бета-клетки, вырабатывающие гормон инсулин, и в меньшем числе альфа-клетки, выделяющие гормон глюкагон. Глюкагон вызывает расщепление гликогена в печени и выход в кровь глюкозы, а также стимулирует расщепление жиров в печени и жировой ткани. Инсулин —это полипептид, обладающий широким действием на различные процессы в организме — он регулирует все виды обмена веществ и энергообмен. Действуя путем повышения проницаемости клеточных мембран мышечных и жировых клеток, он способствует переходу глюкозы внутрь мышечных волокон, повышая мышечные запасы синтезируемого в них гликогена, а в клетках жировой ткани способствует превращению глюкозы в жир. Проницаемость кле точных мембран под влиянием инсулина повышается также и для аминокислот, в результате чего стимулируется синтез информаци онной РНК и внутриклеточный синтез белка. В печени инсулин вызывает синтез гликогена, аминокислот и белков в печеночных клетках. Все указанные процессы обусловливают анаболический эффект инсулина. Продукция гормонов поджелудочной железы регулируется со держанием глюкозы в крови, собственными особыми клетками в островках Лангерганса, ионами Са2+ и влияниями вегетативной не рвной системы. В случае снижения концентрации глюкозы в крови (гипогликемии) до 2.5 мМоль- л-1 или 40-50 мг% в первую очередь резко нарушается деятельность мозга, лишенного источников энергии, наступают судороги, потеря сознания и даже смерть чело века. Гипогликемия может возникать при избытке инсулина в организме, при повышенном расходе глюкозы во время мышечной работы. .1 Дефицит инсулина вызывает тяжелое заболевание — сахарный диабет (мочеизнурение), характеризующийся гипергликемией. В организме при этом нарушается утилизация в клетках глюкозы, рез ко повышается концентрация глюкозы в крови и в моче, что сопро вождается значительными потерями воды с мочой (до 12-15 л в сут171 ки), соответственно, сильной жаждой и большим потреблением воды. Возникает мышечная слабость, падение веса. Потерю углевод ных источников энергии организм компенсирует распадом жиров и белков. В результате их неполной переработки в крови накаплива ются ядовитые вещества, кетоновые тела и возникает сдвиг pH крови в кислую сторону (ацидоз). Это приводит к диабетической коме с потерей сознания и угрозой смерти. 15.2.7. ФУНКЦИИ ПОЛОВЫХ ЖЕЛЕЗ ЯГ ІВ ч * К половым железам ( г о н а д а м ) относятсемен ники в мужском организме и яичники в женском организме. Эти железы выполняют двоякую функцию: формируют половые клетки и выделяют в кровь половые гормоны. Как в мужском, так и в женском организме вырабатываются и мужские половые гормоны (андроге ны) и женские — (эстрогены), которые отличаются по их количеству. Их выработка и активность регулируются гонадотропными гормо нами гипофиза. По химической структуре они являются стероидами (производными холестерина), продуцируются из общего предше ственника. Эстрогены образуются путем преобразования из тестос терона. Мужской іюловой гормон тестостерон вырабатывается специальными клетками в области извитых канальцев семенников. Другая часть клеток обеспечивает созревание сперматозоидов и вместе с тем проду цирует эстрогены. Гормон тестостерон начи нает действовать еще в ста дии внутриутробного развития, формируя организм по мужскому типу. Он обеспечивает развитие первичных и вторичных половых признаков мужского организма, регулирует процессы сперматогенеза, протекание половых актов, формирует характерное половое поведение, особеннос ти строения и состава тела, психические особенности. Тестостерон обладаетсильным анаболическим действием —он стимулирует синтез бел ков, способствуя гипертрофии мышечной ткани. Выработка женских половых гормонов (эстрогенов) осуществляется в яичниках клетками фолликулов. Основным гормоном этих клеток является эстрадиол. В яичниках также вырабатываются мужские по ловые гормоны — андрогены. Эстрогены регулируют процессы фор мирования женского организма, развитие первичных и вторич ных половых признаков женского организма, рост матки и молочных желез, становление цикличности половых функций, протекание ро дового акта. Эстрогены обладают анаболическим действием в орга низме, но в меньшей степени, чем андрогены. Кроме гормонов эстро генов, в женском организме вырабатывается гормон прогестерон. Этой функцией обладают клетки желтого тела, которое после овуля ции становится особой железой внутренней секреции. Секреция эст 172 рогенов и прогестерона находится под контролем полового центра ги поталамуса и гонадотропного гормона гипофиза, которые формирую г периодичность овариально-менструа/гьного цикла ( ОМЦ)вя ител ьнос тью, в среднем, около 28 дней на протяжении всего детородного пери ода жизни женщины (примерно с 12-15 лет до 45-55лет). Овариально-менструальный цикл состоит из следующих 5 фаз: • менструальная (примерно 1-3 день) —отторжение неоплодотворенной яйцеклетки с частью маточного эпителия и кровоте чением (менструацией); • постменструальная (4-12 день) — созревание очередного фол ликула с яйцеклеткой и усиленное выделение эстрогенов; • овудяторная (13 -14 день) — разрыв фолликула и выход яйцек летки в маточные трубы; • постовуляторная (15-25 день) — образование из лопнувшего фолликула желтого тела и продуцирование гормона прогесте рона, необходимого для внедрения оплодотворенной яйцеклет ки в стенку матки и нормального протекания беременности: • предменструальная (26-28 день) —разрушение желтого тела (при отсутствии оплодотворения), снижение секреции эстро генов и прогестерона, ухудшение самочувствия и работоспо собности. 15.3. ИЗМЕНЕНИЯ ЭНДОКРИННЫХ ФУНКЦИЙ ПРИ РАЗЛИЧНЫХ СОСТОЯНИЯХ При чрезвычайных физических и психических раздражениях (перегревание, переохлаждение, боль, страх, тяжелые психические переживания, непомерная физическая нагрузка и др.) у человека возникает состояние напряжения — стресс. При этом в организме развертываются как специфические реакции зашиты от действую щего фактора, так и неспецифические приспособительные реакции. Комплекс защитных неспецифических реакций организма на небла гоприятные влияния среды был назван канадским ученым Г. Селье (1960) общим адаптационным синдромам. Это ста ндартн ые реа кц и 11, которые возникают при любых раздражителях, связаны с эндокрин ными изменениями и протекают в следующие 3 стадии. • Стадия тревоги проявляется дискоординацией различных функций организма, подавлением функций шитовидной и половых желез, в результате чего нарушаются анаболические процессы синтеза белков и PH К; отмечается снижение иммун ных свойств организма — уменьшаются активностьвилочковой железы и количество лимфоцитов в крови; возможно по явление язв желудка и 12-ти перстной кишки; организмом включаются срочные защитные реакции быстрого рефлектор173 ного выброса в кровь гормона надпочечников адреналина, что позволяет резко повысить деятельность сердечной и дыха тельной систем, начать мобилизацию углеводных и жировых источников энергии; характерен также излишне высокий уро вень энерготрат при низкой умственной и физической рабо тоспособности. • Стадия резистентности, т .е повышенной устойчивости орга низма характеризуется возрастанием секреции гормонов кор кового слоя надпочечников — кортикоидов, что способствует нормализации белкового обмена (активации синтеза белков в тканях); повышается содержание в крови углеводных источ ников энергии; возникает преобладание концентрации в крови норадреналина над адреналином это обеспечивает оптимизацию вегетативных изменений и экономизацию энерготрат; повышается тканевая устойчивость к действию на организм неблагоприятных факторов среды; возрастает работоспособность. • Стадия истощения возникает при чрезмерно сильных и дли тельных раздражениях; функциональные резервы организма исчерпываются; происходит истощение гормональных и энер гетических ресурсов (содержание катехоламинов в надпочеч никах снижается до 10-15% от исходного уровня), уменьшает ся максимальное и пульсовое артериальное давление крови; падает сопротивляемость организма повреждающим воздей ствиям; невозможность дальнейшей борьбы с вредными влия| ниями может приводить к смертельному исходу. Стрессовые реакции — это нормальные приспособительные реак ции организма к действию сильных неблагоприятных раздражите лей — стрессоров. Действие стрессоров воспринимается различными рецепторами тела и через кору больших полушарий передается на ги поталамус, где включаются нервные и нейрогуморальные механиз мы адаптации. При этом происходит вовлечение двух основных сис тем активации всех метаболических и функциональных процессов в организме: « • Осуществляется активация так называемой симпато-адреналовой системы. По симпатическим волокнам к мозговому слою надпочечников поступают рефлекторные влияния, вы зывающие срочный выброс в кровь адаптивного гормона адре налина. • Действие адреналина на ядра гипоталамуса стимулирует акти вность гипоталамо-гипофизарно-надпочечниковой системы. Образуемые в гипоталамусе облегчающие вещества —либерины с током крови передаются в переднюю долю гипофиза и уже через 2-2.5 мин усиливают секрецию кортикотропина 174 (АКТГ), который, всвоюочередь, уже через 10 мин вызывает увеличенный выброс гормонов коркового слоя надпочечни ков — глюкокортикоидов и альдостерона. Вместе с повышен ной секрецией соматотропного гормона и норадреналина эти гормональные изменения обусловливают мобилизацию энер гетических ресурсов организма, активацию обменных процес сов и повышение тканевой сопротивляемости. Выполнение кратковременной и малоинтенсивной мышечной рабо ты, как показали исследования работающего человека или экспери ментальных животных, не вызывают заметных изменений содержа ния гормонов в плазме крови и в моче. Значительные мышечные на грузки (превышающие 50-70% от максимального потребления кис лорода) вызывают состояние напряжения в организме и повышенную секрецию соматотропного гормона, кортикотропина, вазопрессина, глюкокортикоидов, альдостерона, адреналина, норад реналина и паратгормона. Реакции эндокринной системы меняются в зависимости от особенностей спортивных упражнений. В каждом отдельном случае создается сложная специфическая система гормо нальных взаимоотношений с какими-либо ведущими гормонами. Их регулирующее влияние на метаболические и энергетические процес сы осуществляется вместе с другими биологически активными веще ствами (эндорфины, простагландины) и зависит от состояния связы вающих гормоны рецепторов кгеток-мишеней. С увеличением тяжести работы, повышением ее мощности и на пряженности (особенно в соревнованиях) происходит повышение секреции адреналина, норадреналина и кортикоидов. Однако, гор мональные реакции у нетренированных лиц и квалифицированных спортсменов заметно различаются. У людей, не подготовленных к физическим нагрузкам, наступает быстрый и оченьболыиой выброс в кровь этих гормонов, но запасы их невелики и вскоре наступает их истощение, ограничивающее работоспособность. У тренированных спортсменов функциональные резервы надпочечников существенно увеличены. Секреция катехоламинов не является чрезмерной, она более равномерна и намного более длительна. Активация симпато-адреналовой сис/яедшувеличивается еще в предстартовом состоянии, особенно у более слабых, тревожных и неуверенных в своих силах спортсменов, выступления которых в соревнованиях оказываются неуспешными. У них в большей мере нарастает секреция адреналина — «гомона тревоги». У высококва лифицированных и уверенных в себе спортсменов, с большим ста жем, активация симпато-адреналовой системы оптимизируется и наблюдается преобладание норадреналина — «гормона гомеостаза». Под его влиянием развертываются функции дыхательной и сердеч но-сосудистой систем, усиливается доставка кислорода тканям и 175 стимулируются окислительные процессы, повышаются аэробные возможности организма. Увеличение выработки адреналина и норадреналина у спортсме нов в условиях напряженной соревновательной деятельности сопря жено с состоянием эмоционального стресса. При этом секреция адре налина и норадреналина может быть увеличена в 5-6 раз по сравне нию с исходным фоном в дни отдыха от нагрузок. Описаны отдель ные случаи нарастания выделения адреналина в 25 раз, а норадреналина в 17 раз от исходного уровня при марафонском беге и лыжных гонках на 50 км. ** Активизация гипоталамо-гипофизарно-надпочечниковой системы зависит от вида спорта, состояния тренированности и квалификации спортсмена. В циклических видах спорта подавление активности этой системы в предстартовом состоянии и во время соревнований коррелируете низкой работоспособностью. Наиболее успешно выс тупают спортсмены, в организме которых секреция кортикоидов увеличивается в 2-4 раза по сравнению с исходным фоном. Особен ное увеличение выхода кортикоидов и кортикотропина отмечается при выполнении физических нагрузок большого объема и интенсив ности. У спортсменов скоростно-силовых видов спорта (например, у де сятиборцев в легкой атлетике) активность гипоталамо-гипофизарно-надпочечниковой системы в предстартовом состоянии снижена (эффект экономизации расхода гормонов), но во время соревнова ний — увеличена в 5-8 раз. 1 -waty* В возрастном т ане отмечена повышенная фоновая и рабочая секреция кортикоидов и соматотропного гормона у спортсменовподростков, особенно у акселератов. У взрослых спортсменов их сек реция увеличивается с ростом спортивного мастерства, что тесно коррелирует с успешностью выступлений на соревнованиях. При этом отмечено, что в результате адаптации к систематическим физичес ким нагрузкам одно и то же количество гормонов быстрее совершает свой кругооборот в организме квалифицированных спортсменов, чем улюдей, не занимающихся физическими упражнениями и не адап тированных к таким нагрузкам. Гормоны быстрее образуются и секретируются железами, успешнее проникают в клетки-мишени и сти мулируют обменные процессы, быстрее проходят метаболические превращения в печени, а продукты их распада срочно выводятся поч ками. Таким образом, при одних и тех же стандартных нагрузках у опытных спортсменов секреция кортикоидов протекает наиболее экономно, но при выполнении предельных нагрузок их выделение значительно превышает уровеньу нетренированных лиц. Глюкокортикоиды усиливают приспособительные реакции в организме, стимулируя глюконеогенез и восполняя затраты энерго 176 ресурсов в организме. Увеличение секреции альдостерона при мы шечной работе позволяет компенсировать потери натрия с потом и вывести накопившиеся излишки калия. Активность щитовидной железы и половых железу большей части спортсменов (за исключением наиболее подготовленных) изменяет ся незначительно. Усиление продукции инсулина и тиреоидных гордля Адеква являются важным стимулятором развития и функционирования половыхжелез. Однакобольшие нагрузки, особенно у юных спортсме нов, подавляют их гормональную активность. В организме женшинспортсменок большие объемы физических нагрузок могут нарушать протекание овариально-менструального цикла. В организме мужчин андрогены стимулируют нарастание мышечной массы и силы скелет ных мышц. Размеры вилочковой железы у тренирующихся спортсме нов уменьшаются, но активность ее не снижается. Развитие утомления сопровождается снижением выработки гор монов, а состояния переутомления и перетренированное™ — рас стройством эндокринных функций. Вместе с тем, оказалось, что вы сококвалифицированные спортсмены обладают особенно развиты ми возможностями произвольной саморегуляции функций в работа ющем органе. При волевом преодолении утомления у них отмечено возобновление роста секреции адаптивных гормонов и новая актива ция метаболических процессов в организме. Следует также иметь в виду, что предельные нагрузки не только уменьшают выделение гор монов, но и нарушают процесс их связывания рецепторами клетокмишеней (например, нарушается связывание глюкокортикоидов в миокарде и гормон теряет активирующее действие на работу сердеч ной мышцы). Активность эндокринных желез находится также под контролем деятельности эпифиза и подчиняется суточным колебаниям. Пере стройка суточных биоритмов гормональной активности у человека при дальних перелетах, пересечении многих временных поясовзанимает около двух недель. щш WW щш 177 Часть II СПОРТИВНАЯ ФИЗИОЛОГИЯ С п о р т и в н а я ф и з и о л о г и я является как учебной, так и научной дисциплиной. Ее изучение осуществляется во всех выс ших и средних физкультурных учебных заведениях, на факульте тах физического воспитания педагогических вузов, а также на от дельных кафедрах государственных университетов и медицинс ких вузов. В преподавании предмета, практической деятельности тренеров, физиологов и спортивных врачей используются мате риалы, полученные при выполнении научно-исследовательских работ, которые проводятся в соответствующих НИИ, лаборатори ях и на кафедрах. ' Раздел I ОБЩАЯ СПОРТИВНАЯ ФИЗИОЛОГИЯ Спортивная физиология включает в себя два относительно са мостоятельных и вместе с тем связанных между собой раздела. Со держанием первого — общей спортивной физиологии — являются физиологические основы адаптации к физическим нагрузкам и ре зервные возможности организма, функциональные изменения и состояния организма при спортивной деятельности, а также физи ческая работоспособность спортсмена и физиологические основы утомления и восстановления в спорте. Второй раздел — частная спортивная физиология — включает в себя физиологическую клас сификацию физических упражнений, механизмы и закономернос ти формирования и развития двигательных качеств и навыков, спортивную работоспособность в особых условиях внешней среды, физиологические особенности тренировки женщин и детей разного возраста, физиологические основы массовых форм оздоровитель ной физической культуры. 178 1. СПОРТИВНАЯ ФИЗИОЛОГИЯ - УЧЕБНАЯ И НАУЧНАЯ ДИСЦИПЛИНА 1.1. СПОРТИВНАЯ ФИЗИОЛОГИЯ, ЕЕ СОДЕРЖАНИЕ И ЗАДАЧИ С п о р т и в н а я ф и з и о л о г и я — это специальный раздел физиологии человека, изучающий изменения функций организма и их механизмы под влиянием мышечной (спортивной) деятельности и обосновывающий практические мероприятия по повышению ее эф фективности. Спортивная физиология по своему месту в системе подготовки специалистов по физической культуре и спорту связана с тремя груп пами учебных и научных дисциплин. Первую группу составляют фундаментальные науки, на которых базируется спортивная физио логия, она и использует их теоретические достижения, методики ис следования и сведения о факторах среды, с которыми взаимодей ствует организм спортсмена в процессе тренировочной и соревнова тельной деятельности. К числу таких дисциплин следует отнести биологию, физиологию человека и животных, химию и физику. Во вторую группу входят учебные и научные дисциплины, взаи модействующие со спортивной физиологией таким образом, что они взаимно обогащают или дополняют друг друга. В этом плане спортивная физиология тесно связана с анатомией, биохимией, био механикой, гигиеной и психологией. И, наконец, третью группу дисциплин, с которыми связана спортивная физиология, составляют те из них, которые используют ее научные достижения и методики исследования в своих целях. К ним относятся теория и методика физической культуры, педагогика, спортивно-педагогические дисциплины, спортивная медицина, ле чебная физкультура. Одной из важных задач спортивной физиологии является науч ное обоснование, разработка и реализация мероприятий, обеспечи вающих достижение высоких спортивных результатов и сохранения здоровья спортсменов. Следовательно, спортивная физиология —на ука прикладная и в основном профилактическая, так как, исследуя и учитывая резервные возможности организма человека, она обосно вывает пути и средства повышения работоспособности, ускорения восстановительных процессов, предупреждения переутомления, пе ренапряжения и патологических сдвигов функций организма, а так же профилактику возникновения различных заболеваний. Отличительной методической особенностью спортивной физио логии является то, что ее материалы могут быть получены таіько из экспериментов с человеком, где применение ряда классических мето 179 дов физиологии невозможно. В связи с этим лишь отдельные уточ няющие эксперименты, как правило, с целью изучения механизмов физиологических сдвигов при физических нагрузках проводятся на животных. Важно также подчеркнуть, что основной задачей спортивной физиологии является сравнительное изучение функци онального состояния организма человека, т. е. исследование прово дится до, во время и после двигательной активности, что в натурных условиях весьма затруднительно. Поэтому разработаны специаль ные нагрузочные тесты, позволяющие дозировать физическую ак тивность и регистрировать соответствующие изменения функций организма в различные периоды деятельности человека. С этой це лью используются велоэргометр, бегущая дорожка (тредбан), сту пеньки разной высоты, а также различные приборы, позволяющие регистрировать функции сердечно-сосудистой, дыхательной, мы шечной и центральной нервной системы на расстоянии, передавая соответствующие показатели по телеметрическим каналам. Спортивная физиология занимает важное место в теории физи ческой культуры, составляя фундаментзнаний, необходимых трене ру и преподавателю для достижения высоких спортивных результа тов и сохранения здоровья спортсменов. Поэтому тренер и педагог должны хорошо знать о физиологических процессах, происходящих в организме спортсмена во время тренировочной и соревновательной деятельности с тем, чтобы научно обоснованно строить и совершен ствовать эту работу, уметь аргументировать свои распоряжения и ре комендации, избегать переутомления и перенапряжения и не причи нить вреда здоровью тренирующихся. Они также должны понимать суть изменений, возникающих в организме спортсмена в реабилита ционном периоде, чтобы активно и грамотно влиять на них, ускоряя восстановительные реакции. Таким образом, из изложенного следует, что спортивная физио логия как учебная и научная дисциплина, решает две основные пробле мы. Одна из них состоит в физиологическом обосновании закономерно стей укрепления здоровья человека с помощью физических упражне ний и повышения устойчивости его организма к действию различ ных неблагоприятных факторов внешней среды (температура, давление, радиация, загрязненность воздуха и воды, инфекции и т.д.), а также в сохранении и восстановлении работоспособности, препятствии развитию раннего утомления и коррекции психоэмо циональных перегрузок в процессе профессиональной деятельности человека. Эти задачи спортивной физиологии решаются в рамках массовых форм физической культуры. Вторая проблема спортивной физиологии заключается в физиоло гическом обосновании мероприятий, направленных на достижение высоких спортивных результатов, особенно в большом спорте. Эти 180 две проблемы полностью не совпадают, так как для достижения наивысших результатов в процессе тренировок в ряде случаев применя ются такие нагрузки, которые могут приводить к снижению устой чивости организма к неблагоприятным воздействиям внешней сре ды, ухудшению состояния здоровья и даже к возникновению заболе ваний. Исходя из всего сказанного, становится очевидным, что физио логические особенности функций организма следует изучать и оце нивать раздельно как в отношении массовой физической культуры и физической подготовки специальных контингентов (военнослужа щие, пожарные, геологи, студенты, школьники и некоторые другие категории), так и в отношении различных видов спорта, особенно спорта высших достижений. 1.2. КАФЕДРА ФИЗИОЛОГИИ СПБГАФК ИМ. П. Ф. ЛЕСГАФТА И ЕЕ РОЛЬ В СТАНОВЛЕНИИ И РАЗВИТИИ СПОРТИВНОЙ ФИЗИОЛОГИИ В программу обучения в физкультурных вузах физиология включалась с первых дней их организации. Насозданных П.Ф.Лесгафтом в 1896 г. Высших курсах физического образования сразу же был открыт кабинет физиологии, первым руководителем которого являлся академик Иван Рамазович Тарханов (Тархнишвили). В последующие годы физиологию здесь преподавали Н. П. Кравков, А. А. Вальтер, П. П. Ростовцев, В. Я. Чаговец, А. Г. Гинецинский, А. А. Ухомский, Л. А. Орбели, И. С. Беритов (Бериташвили), А. Н. Крестовников, Г. В. Фольборти др. Декретом Совета Народных Комиссаров от 22 октября 1919 г. на базе Высших курсов физического образования бьи создан институт физического образования им. П. Ф. Лесгафта (в 1929 г. преобразован ный в институт физической культуры им. П. Ф. Лесгафта, а в 1993г. — в академию) с учреждением ряда кафедр, в том числе кафедры физи ологии — первой такой кафедры среди физкультурных вузов страны. Организованную кафедру с 1919 г. по 1927 г. возглавлял Леон Абгарович Орбели, впоследствии действительный член АН СССР, AM Н СССР и АН АрмССР, Герой Социалистического Труда, лау реат Государственных премий СССР, генерал-полковник медицин ской службы, почетный член ряда зарубежных академий. Уже в те годы под руководством Л .А. Орбели были выполнены первые науч но-исследовательские работы по влиянию физических нагрузок на организм. Однако, предмет в основном преподавался по программе медицинских институтов в виде чтения лекций и выполнения от дельных лабораторных занятий по курсу обшей физиологии с неко торым акцентом на разделе «Физиология мышц». В прикладном пла181 не освещались лишь отдельные медицинские вопросы, связанныес влиянием физических упражнений на организм. Такое содержание дисциплины отражало в то время объективное состояние научных знаний в области физиологии мышечной деятельности как в нашей стране, так и за рубежом. Это был начальный, первый период станов ления спортивной физиологии. После ухода из института Л.. А. Орбели заведующим избирается Алексей Николаевич Крестовников, руководивший кафедрой фи зиологии на протяжении 28 лет — с 1927 по 1955 гг. В этот период сотрудники кафедры провели большую работу по сбору функцио нальных показателей организма спортсменов под влиянием раз личных физических упражнений и анализу их изменений. Обоб щенный материал позволил профессору А. Н. Крестовникову из дать первый в нашей стране и за рубежом учебник физиологии для институтов физической культуры (1938) и первую монографию по спортивной физиологии (1939). Издание названных книг дало воз можность выделить и окончательно сформировать в физиологии человека новый учебный и научный раздел предмета — спортивную физиологию. С этого времени начинается второй, переходный период развития спортивной физиологии (1930-1950-е годы) как учебной и научной дисциплины. С 1955 по 1960 г. кафедрой руководит про фессор Е. К. Жуков. •. Современный, третий период развития спортивной физиологии (1960-1990-е годы) характеризуется созданием систематического учебного и научного разделов дисциплины, соответствующих новым задачам подготовки высококвалифицированных, грамотных специ алистов по физической культуре и спорту. В учебных программах этого периода отражаются две взаимосвязанные части предмета (об щая и частная спортивная физиология). С этого времени физиологи спорта начинают изучать не только воздействие отдельных физичес ких нагрузок на функции организма, но и влияние систематических тренировок и их особенностей на функциональное состояние спорт сменов, особенно в процессе достижения высшего спортивного мас терства. Важную роль в становлении современного курса спортивной физиологии сыграл профессор Николай Васильевич Зимкин, заве довавший кафедрой физиологии с 1961 по 1975 гг. и выпустивший три издания учебника «Физиология человека» под его редакцией (1964,1970,1975). Интенсивно развиваются исследования в облас ти кровообращения, нервно-мышечного аппарата, электроэнцефа лографии, изучается физиология стрессовых состояний в спорте. Докторские диссертации защищают В. В. Васильева, Е. Б. Сологуб, Ю. 3. Захарьянц. В период 1975-1984 гг. кафедрой заведует Заслу женный деятель науки РСФСР, профессор Александр Сергеевич 182 Мозжухин. Основным направлением научно-исследовательской работы становится изучение функциональных резервов спортсме на. На протяжении 1984-1986 гг. обязанности заведующего кафед рой временно исполняет Почетный работник высшего образования России, профессор Елена Борисовна Сологуб. С 1986 г. кафедрой заведует Заслуженный деятель науки РФ, профессор Алексей Сер геевич Солодков. Научные интересы коллектива сосредотачивают ся на проблеме физиологической адаптации организма спортсме нов к физическим нагрузкам. Очевидно, есть все основания говорить и о четвертом периоде развития физиологии спорта, который начался в XXI столетии и обусловлен созданием системы многоуровневой подготовки специа листов (бакалавриат, специалитет и магистратура) и появлением Государственных образовательных стандартов в этой области. Данное обстоятельство послужило основой создания, новых учеб ных программ для различных категорий обучающихся и издание учебников и учебных пособий в соответствии с этими программами. Кафедра физиологии оказалась первой в этом разделе работы, а про фессорами А. С. Солодковым и Е. Б. Сологуб подготовлены и изданы новые учебные программы для бакалавров (2001) и магистров (2002), а также учебник и три учебных пособия по общей, спортивной и воз растной физиологии (2000-2001). Располагая высококвалифицированным составом сотрудников, кафедра физиологии внесла большой вклад в подготовку научно-пе дагогических кадров и становление учебного процесса в институтах и техникумах физической культуры. Так, с 1935г. (когда была введена защита диссертаций) по 1998 г. под руководством сотрудников ка федры успешно защищено 13 докторских и 160 кандидатских дис сертаций (втом числе иностранными аспирантами из Кубы, Китая, Индии, Египта и Польши). Сотрудники кафедры принимали участие в составлении всех из данных с 1938 по 1990 гг. 11 учебных программ и 10 учебников по физиологии для институтов физической культуры. При этом редак торами 8 учебных программ и 6 учебников были заведующие кафед рой физиологии ГДОИФК им. П. Ф. Лесгафта. В 13 учебниках по спортивно-педагогическим дисциплинам главы пофизиологической характеристике физических упражнений написаны также со трудниками кафедры физиологии. Кафедрой подготовлено и издано 8 методических пособий в виде практикумов по проведению лабо раторных занятий по физиологии, 7 специальных учебных пособий изданы для студентов заочного факультета и 4 — для техникумов физической культуры. Опубликовано более 30 лекций по различ ным вопросам физиологической характеристики физических уп ражнений. 183 Научно-исследовательская работа преподавателей охватывала все основные разделы физиологии: нервную и мышечную системы, органы чувств, кровообращение и дыхание, выделение, внутреннюю секрецию, а также специальные проблемы спортивной физиологии: адаптация к физическим нагрузкам, функциональные резервы орга низма спортсмена, утомление и восстановление и др. Ежегодно по различным вопросам спортивной физиологии печатаются десятки научных работ. С 1939 по 1990 г. сотрудниками кафедры опублико вано 20 монографий, непосредственно связанных со спортивной фи зиологией, некоторые из них переведены за рубежом (Болгария, Гер мания, Польша, Румыния, Греция, Чехословакия). Высококвалифицированный коллектив сотрудников кафедры физиологии постоянно привлекал к себе внимание преподава тельского состава других институтов, особенно вновь образованных. Начиная с довоенныхлет, на кафедре стажировались преподаватели ряда институтов физической культуры и факультетов физического воспитания педагогических институтов, институтов физической культуры социалистических стран и некоторых медицинских вузов. Только за последние 5 лет такую стажировку на кафедре прошли около 40 человек. Кроме того, повышение квалификации препода вателей из названных институтов по специализации «физиология» регулярно осуществляется в Институте повышения квалификации и переподготовки кадров (И ПК и ПК) нашего вуза. Существенна роль сотрудников кафедры и в области организа ционной деятельности. Так, А. Н. Крестовников до 1955 г. воз главлял методическую комиссию по физиологии Всесоюзного ко митета по физической культуре и спорту при Совете Министров СССР, Н. В. Зим кинс 1962 по 1976 г. наряду с руководством этой Комиссией был председателем научной комиссии по физиологии, биомеханике, морфологии и биохимии спорта, председателем ко ординационной комиссии по преподаванию медико-биологичес ких дисциплин и членом президиума Научного совета при Госкомспорте СССР. А. С. Мозжухин с 1976 по 1985 г. состоял членом методической комиссии Госкомспорта СССР и был председателем Совета заведующих кафедрами физиологии институтов физичес кой культуры РСФСР, аА.С. Солодков — членом Научного совета Госкомспорта СССР по биологическим наукам, председателем секции «Физиология спорта» Проблемной комиссии АН СССР и АМН СССР, а в настоящее время руководит секцией «Физиология спорта» Санкт-Петербургского общества физиологов, биохими ков и фармакологов им. И. М. Сеченова и состоитчленом Правле ния этого общества. В последние годы коллектив кафедры ведет большую работу по пе рестройке и совершенствованию преподавания физиологии и проведе 184 нию научных исследований. В соответствии с новым учебным пла ном и новой программой по физиологии переделаны рабочие про граммы и тематические планы лекций и лабораторных занятий по предмету. С учетом того, что количество лекционных часов в новой программе существенно уменьшено, лекции носят преимущественно проблемный характер. Лабораторные занятия проводятся таким об разом, чтобы они способствовали пониманию сущности механизмов и особенностей регуляции физиологических процессов при мышеч ной деятельности, овладению методиками исследования, привитию студентам навыков научно-исследовательской работы. Реализация нового учебного плана по многоуровневой структуре высшего физкультурного образования требует создания специаль ных образовательно-профессиональных программ по физиологии с учетом подготовки бакалавров, дипломированных специалистов и магистров наук. Решение этих задач особенно важно и приоритетно для кафедры потому, что нашей академией разработан свой вариант учебного плана по осуществлению многоуровневой структуры выс шего физкультурного образования в России. За достигнутые успехи в учебной и научной работе и в связи с 75-летием со дня основания кафедры в апреле 1995 года решением Ученого Совета академии ей присвоено имя профессора А. Н . Крестовникова, а для студентов учреждены две его именные стипен дии.' ’ ; ■ "• ‘ 1.3. СОСТОЯНИЕ И ПЕРСПЕКТИВЫ РАЗВИТИЯ СПОРТИВНОЙ ФИЗИОЛОГИИ Основные учебные и научныеразработки по спортивной физиологии впервые начались и неразрывно связаны с историей развития кафедры физиологии академии физической культуры им. П . Ф. Лесгафта. Осо бенностью деятельности кафедры физиологии явилось создание при ней научныхлабораторий по основным разделам спортивной физио логии. Выполненные исследования в этих лабораториях позволили по лучить новые данные по спортивной биоэнергетике и осуществить классификацию спортивных упражнений с учетом их энергетичес кой характеристики (А. Б. Гандельсман); была разработана методика неинвазивного определения композиции скелетных мышц и вскры ты механизмы развития двигательного навыка (Н . В. Зимкин); вы явлен феномен синхронизации потенциалов на электромиограммах при утомлении (Е.К.Жуков); определены особенности сосудистых реакций успортсменов различных специализаций (В. В. Васильева); создана оригинальная методика регистрации электроэнцефалог рамм непосредственно в процессе высокоинтенсивной мышечной 185 работы и впервые исследованы корковые механизмы регуляции дви жений спортсменов (Е. Б. Сологуб); изучены эмоции при соревнова тельной деятельности (С. А. Разумов); развито представление о фи зиологических резервах спортсмена (А. С. Мозжухин); обосновано учение о функциональной системе адаптации спортсменов (А С. Солодков) и др. МЩЦ В дальнейшем изучение различных проблем спортивной физио логии в нашей стране существенно расширялось и углублялось, но при этом в большинстве случаев использовались методические подхо ды, разработанные на кафедре физиологии АФК им. П. Ф.Лесгафта. В настоящее время исследования ведутся во всех учебных и научноисследовательских институтах физической культуры, во многих университетах, медицинских и педагогических вузах. Изучаются роль и значение всех физиологических систем организма при мы шечной деятельности, а также приоритетные для спортивной физио логии проблемы: адаптация кфизическим нагрузкам, работоспособ ность, утомление и восстановление спортсменов, функциональные резервы организма и др. Выяснение вопроса о процессах экстраполяции в ЦНС имеет су щественное значение для обоснования вариативности нагрузок в процессе спортивной тренировки. Только на основе этой концепции может быть правильно построен тренировочный процесс, при кото ром должны варьироваться величина, скорость и интенсивность на грузок, что еще не всегда принимается во внимание медиками, трене рами и спортсменами. Необходимо также учитывать возрастную динамику локомоторных функций человека. Приоритетными направлениями дальнейших исследований физио логии ЦНС являются выяснение особенностей формирования и мо билизации функциональных резервов мозга спортсменов и изучение перестроек корковых функциональных систем взаимосвязанной ак тивности в процессе адаптации их к специализированным нагруз кам. Существенное внимание следует уделить исследованиям выз ванной активности коры больших полушарий и спинного мозга, а также роли функциональной асимметрии и сенсорных систем в фор мировании некоторых специальных двигательных навыков. В последние годы развивается новое направление спортивной фи зиологии, связанное с разработкой спортивной генетики и рассматри вающее особенности наследственных влияний и тренируемости раз личных физиологических показателей и физических качеств и, в первую очередь, роли врожденных индивидуально-типологических особенностей организма для спортивной ориентации, отбора и про гнозирования достижений в спорте. Благоприятные изменения, происходящие в организме, и в част ности, в сердечно-сосудистой системе при занятиях физической куль 186 турой и спортом — очевидны. Однако далеко не все вопросы этого раздела спортивной кардиологии решены, и изучение функциональ ных сдвигов нельзя считать законченным. Требует дальнейшего ис следования возможность развития патологических изменений в сер дце (патологическое спортивное сердце, по Г. Ф. Лангу), которые могут возникнуть прежде всего вследствие чрезмерных тренировоч ных нагрузок, превышающих возможности конкретного спортсме на. Трудности в изучении и предупреждении ряда заболеваний у спортсменов заключаются втом, что в настоящее время нет разрабо танного и научно-обоснованного курса патологической физиологии спорта, необходимость которого весьма очевидна. До настоящего времени отсутствуют данные, касающиеся эффек тивности разных сочетаний темпа движений и частоты дыхания в различных видах спорта, а также о характере и степени произволь ных коррекций внешнего дыхания. До сих пор остается спорным вопрос о длительности восстановле ния после напряженных тренировочных и соревновательных нагрузок. Касаясь некоторых специальных теоретических вопросов, имею щих и несомненное прикладное значение в спорте, нужно в первую очередь указать на проблемы адаптации к физическим нагрузкам, функциональныхрезервов организма, спортивной биоритмологии, пси хофизиологического и медицинского отбора и профессиональной ориен тации спортсменов. В частности, ближайшими задачами являются определение количественных критериев различных стадий адапта ции, анализ адаптивных функциональных систем, формирующихся при различных видах спортивной деятельности, дифференцирова ние адаптационных изменений отпредпатологических состояний и исследование компенсаторных реакций. Уже многие годы проводятся исследования различных функций организма спортсменов. Однако комплексные обследования осуще ствляются относительно редко, а анализ их результатов связан с дли тельной обработкой получаемых данных. В связи с этим в спортив ной физиологии большое значение приобретают так называемые эк спресс-методы, позволяющие оценивать функциональное состоя ние спортсмена не только после, но и в процессе тренировок и соревнований. Важной задачей спортивных физиологов является также обоснование, разработка и внедрение экспресс-методов с це лью исследования функциональных систем адаптации, формирую щихся к различным видам физических упражнений. Использование компьютеров даст возможность быстро анализировать и обобщать результаты, полученные различными методами исследования, а наи более важные и информативные сразу внедрять в практику. Говоря о массовой физической культуре, нужно учитывать следу ющее. Применяемые нагрузки должны вызывать изменения, соот 187 ветствующие только стадии повышения неспецифическоиустойчиво сти (адаптированности) организма. Необходимо также предупреж дение возможности возникновения травм. Все это относится и к фи зической подготовке специальных контингентов: военнослужащих, спасательных команд и др. Особого внимания заслуживают занятия физической культурой с детьми, женщинами, инвалидами и лицами сослабленным здоровьем. Требуются дальнейшая разработка и науч ное обоснование целого ряда физиологических проблем, связанных с возрастными и медико-биологическими особенностями этих кон тингентов лиц, характером их адаптивных перестроек. В ближайшие годы в массовой физической культуре следует ре шить вопросы о минимальном объеме физических упражнений при различном их сочетании и необходимой продолжительности заня тий, что в совокупности позволит получить достаточный оздорови тельный эффект в отношении устойчивости людей к действию не благоприятных факторов окружающей среды и сохранения высокой умственной и физической работоспособности. Такого рода исследо вания сложны, объемны, но они крайне необходимы. При этом ми нимальные нормы нагрузки и времени при занятиях физическими упражнениями, очевидно, будут неодинаковы для лиц различного возраста, состояния здоровья, пола, профессии, что потребует диф ференцированного подхода к исследованиям разных групп населе ния . Вместе с тем необходимо подчеркнуть, что и до настоящего вре мени основное внимание исследователей было обращено на спорт, особенно спорт высших достижений. Физическая культура массово го 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 спортивной физиологии. Вместе стем, еще раз следует напомнить об щеизвестное положение о том, что не разрабатывая глубоко теорети ческих проблем и не проводя фундаментальных исследований, мы по стоянно будем отставать и в практике. Полезно напомнить слова изве стного итальянского физика и физиолога Алессандро Вольта, сказан ные 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 меди цины является исследование закономерностей процесса адаптации организма к различным факторам среды. Адаптация человека затра гивает широкий спектр общебиологических закономерностей, инте188 ресы 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 про граммы. В настоящее время имеется ряд определений адаптации. На наш взгляд, наиболее полным является понятие физиологической адап тации, данное в третьем издании Большой Советской Энциклопе дии: « А д а п т а ц и я ф и з и о л о г и ч е с к а я — совокупность физиологическихреакций, лежащая в основе приспособления организма к изменению окружающихусловий и направленная к сохранению отно сительного постоянства его внутренней среды — гомеостаза». (М., 1969. Т. 1. С.216). Значение проблемы адаптации в спорте определяется прежде все го тем, что организм спортсмена должен приспосабливаться к физи ческим нагрузкам в относительно короткое время. Именно скорость наступления адаптации и ее длительность во многом определяют со стояние здоровья и тренированность спортсмена. В этой связи зна чительный научный интерес для практики спорта представляет раз работка системного обоснования адаптации организма в процессе достижения высшего спортивного мастерства. Вместе с тем общеиз вестно, что морфофункциональные особенности организма челове ка, сформировавшиеся в течение длительного периода эволюции, не могут изменяться с такой же быстротой, с какой изменяются струк тура и характер тренировочных и соревновательных нагрузок в спорте. Несоответствие во времени между этими процессами может приводить к возникновению функциональных расстройств, кото рые проявляются различными патологическими нарушениями. 2.1. ДИНАМИКА ФУНКЦИЙ ОРГАНИЗМА ПРИ АДАПТАЦИИ И ЕЕ СТАДИИ Определение функциональных изменений, возникающих в пе риод тренировочных и соревновательных нагрузок, необходимо прежде всего для оценки процесса адаптации, степени утомления, уровня тренированности и работоспособности спортсменов и являет ся основой для совершенствования восстановительных мероприя тий. О влиянии физических нагрузок на человека можно судить только на основе всестороннего учета совокупности реакций целост ного организма, включая реакции со стороны центральной нервной системы, гормонального аппарата, сердечно-сосудистой и дыхатель ной систем, анализаторов, обмена веществ и др. Следует подчерк нуть, что выраженность изменений функций организма в ответ на физическую нагрузку зависит прежде всего от индивидуальных осо 189 бенностей человека и уровня его тренированности. Изменения фун кциональных показателей организма спортсменов могут быть пра вильно проанализированы и всесторонне оценены только при рас смотрении 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 фун кциональную систему дополнительных элементов и механизмов. В литературе первая и вторая группы приспособительных изменений нередко называются адаптационными. По-видимому, более оправ данным будет называть первую группу изменений обычными физи ологическими реакциями, поскольку эти сдвиги не связаны с суще ственными физиологическими перестройками в организме и не выходят за пределы физиологической нормы. Вторая группа при способительных изменений отличается значительным использова нием физиологических резервов и перестройкой функциональных систем, в связи с чем их целесообразно называть адаптационными сдвигами (Солодков А. С., 1981). Несомненный интерес представляет понятие общего адаптацион ного синдрома, предложенное канадским ученым Гансом Селье (1960). Под последним он понимает совокупность защитныхреакций организма человека или животных, возникающих в условиях стрессо вых ситуаций. В адаптационном синдроме автор выделяет три ста дии: стадию тревоги, обусловленную мобилизацией защитныхсил организма; стадию резистентности, связанную с приспособлением человека к экстремальным факторам среды и стадию истощения, возникающую при длительном стрессе, что может привести к воз никновению заболеваний и даже смерти. В динамике адаптационных изменений у спортсменов мы выделя ем четыре стадии: физиологического напряжения, адаптированноети, дизадаптации и реадаптации. Каждой из них присущи свои функциональные изменения и регуляторно-энергетические меха низмы. Естественно, основными, имеющими принципиальное зна чение вспорте 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 опуб ликовано А. С. Солодковым еще в 1974 году. С т а д и я ф и з и о л о г и ч е с к о г о н а п р я ж е н и я организма характеризуется преобладанием процессов возбуждения в коре голов ного мозга и распространением их на подкорковые и нижележащие двигательные и вегетативные центры, возрастанием функции коры надпочечников, увеличением показателей вегетативных систем и 190 уровня обмена веществ. На уровне двигательного аппарата характер ным для этой стадии является увеличение числа активных моторных единиц, дополнительное включение мышечных волокон, увеличение силы и скорости сокращения мышц, увеличение в мышцах гликоге на, АТФ и креатинфосфата. Спортивная работоспособность — неус тойчива. В стадии напряжения организма основная нагрузка ложится на регуляторные механизмы.. За счет напряжения регуляторных меха низмов осуществляется приспособление физиологических реакций и метаболизма к возросшим физическим нагрузкам. При этом в не которых случаях изменения функций организма могут носить выра женный характер. С т а д и я а д а п т и р о в а н н о с т и организма в значительной мере тождественна состоянию его тренированности. Другими словами, в основе развития тренированности лежит процесс адаптации организ ма к физическим нагрузкам. Физиологическую основу этой стадии составляет вновь установившийся уровень функционирования различ ных органов и систем для поддержания гомеостаза в конкретных ус ловиях деятельности. Определяемые в это время функциональные сдвиги не выходят за рамки физиологических колебаний, а рабо тоспособность спортсменов стабильна и даже повышается. С т а д и я д и з а д а п т а ц и и организма развивается в результате перенапряжения адаптационных механизмов и включения компенса торных 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 сте пень выраженности функциональных изменений при этом отлича ются большой вариативностью и зависят от индивидуальных осо бенностей организма. Стадия дизадаптации характеризуется еше 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 физичес кая работоспособность. Процесс дизадаптации является результатом того, что биосоци альная плата за адаптацию к интенсивным тренировочным и сорев новательным нагрузкам вышла за пределы физиологических резер вов организма и выдвинула перед ним новые проблемы. Конечный исход дизадаптационных расстройств может протекать с достаточной еще способностью к восстановлению всех функций организма и ра ботоспособности, что чаще всего и наблюдается у спортсменов. В 191 других случаях дизадаптация будет иметь скрытые дефекты, кото рые выявляются только с течением времени под влиянием или очень высоких нагрузок, или какой-то дополнительной вредности. И, на конец, дизадаптация может закончиться стойкими неблагоприятны ми изменениями функций организма, снижением или утратой спортивной работоспособности. Очевидно, стадиядизадаптациипо своим патофизиологическим основам в значительной мере соответ ствует состоянию перетренированности спортсменов. С т а д и я р е а д а п т а ц и и возникает после длительного перерыва в систематических тренировках или их прекращении со всем и характеризуется приобретением некоторых исходных свойств и качеств организма. Ф и з и о л о г и ч е с к и й с м ы с л э т о й с т а д и и —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 обо снованные оздоровительные мероприятия для возвращения орга низма к нормальной жизнедеятельности. «о* Следует иметь в виду, что возникшие в процессе длительных и интенсивных физических нагрузок структурные изменения в мио карде и скелетных мышцах, нарушенный уровень обмена веществ, гормональные и ферментативные перестройки, своеобразно закреп ленные механизмы регуляции к исходным значениям, как правило, не возвращаются. За систематические чрезмерные физические на грузки, а затем за их прекращение организм спортсменов в дальней шем платит определенную биологическую цену, что может проявлять ся развитием кардиосклероза, ожирением, снижением резистентнос ти клеток и тканей к различным неблагоприятным воздействиям и повышением уровня общей заболеваемости. При адаптации кчрезмернымдля данного организма физическим нагрузкам в полной мере реализуется общебиологическая законо мерность, которая состоит в том, что все приспособительные реакции организма к необычным факторам среды обладают лишь относи тельной целесообразностью. Иными словами, даже устойчивая, дол говременная адаптация к физическим нагрузкам имеет свою функ ционал ьную или структурную цену. Ц е н а а д а п т а ц и и может проявляться в двух различных формах: 1) в прямом изнашивании функциональной системы, на кото рую при адаптации падает главная нагрузка, 2) в явлениях отрицатель ной 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 наблю192 даются прямые повреждения структур сердца, скелетных мышц, на рушения ферментной активности и другие изменения, являющиеся как итогом самой нагрузки, так и возникающей при этом стресс-ре акции (Пшенникова М. Г., 1986). Эта цена срочной адаптации ярко проявляется при первых нагрузках нетренированных людей и устра няется правильно построенным тренировочным процессом и разви тием адаптированности. Цена адаптации в значительной мере зависит от вида физических нагрузок, к которым происходит приспособление. Так, например, у тяжелоатлетов высокотренированных к статическим силовым на грузкам, наблюдается снижение выносливости к динамической ра боте; утомление при таких нагрузках у них развивается быстрее, чем у нетренированных здоровых людей. Одновременно у тяжелоатлетов в противоположность людям, тренированным на выносливость, об наружено снижение плотности капилляров в скелетных мышцах и отсутствие роста массы митохондриев. На фоне высокой тренированности у штангистов, борцов и дру гих спортсменов нередко наблюдается снижениерезистентности к действию холода и простудным заболеваниям, нарушение клеточного и гуморального иммунитета. У высокотренированных на выносли вость спортсменов отмечаются нарушения функций желудочно-ки шечного тракта, печени и почек, что является следствием ограничен ного кровоснабжения этих органов в период длительной мышечной работы.1 " ' шщ* ',г Однако, высокая цена адаптации и феномены отрицательной пе рекрестной резистентности при таком приспособлении представля ют собой возможное, но вовсе не обязательное явление. Наиболее рациональный путь к предупреждению адаптационных нарушений состоит в правильно построенном режиме тренировок, отдыха и пи тания, закаливании, повышении устойчивости к стрессорным воз действиям и гармоничном физическом и психическом развитии лич ности спортсмена. 2.2. ФИЗИОЛОГИЧЕСКИЕ ОСОБЕННОСТИ АДАПТАЦИИ К ФИЗИЧЕСКИМ НАГРУЗКАМ Адаптация как о б щ е е у н и в е р с а л ь н о е с в о й с т в о ж и в о г о обеспечивает жизнеспособность организма в изменяющих ся условиях и представляет процесс адекватного приспособления его функциональных и структурных элементов к окружающей среде. В целом исследование процесса адаптации и ее механизмов, по-видимому, следует отнести к междисциплинарной проблеме, которая может стать ключевой в понимании многих аспектов развития трени рованности, здоровья и заболеваемости спортсменов. 193 Система закаливания и формирования сильного, красивого и выносливого человека всегда связывалась с адаптацией его к физи ческим нагрузкам. Физические нагрузки — самый естественный и древний фактор, воздействовавший на человека. Будучи обуслов ленным самой природой земной гравитации, этот фактор во все времена сопровождал человека, и двигательная активность всегда была важным звеном его приспособления к окружающему миру. Одним из непременных условий развития адаптации к физическим нагрузкам является мобилизация и использование физиологичес ких резервов организма. ;4 С физиологической точки зрения ведущими втренировке явля ются повторность и возрастание физических нагрузок, что за счет обратных биологических связей позволяет совершенствовать функ циональные возможности органов и систем и их энергетическое обеспечение на основе механизма саморегуляции организма. С этих позиций тренировка сводится к активизации механизмов адапта ции, включению физиологических резервов, благодаря которым организм человекалегче и быстрее приспосабливается к повышен ным нагрузкам, совершенствуя свои физические, физиологические и психические качества, повышая состояние тренированности. Физиологическая сущность состояния тренированности —это та кой уровень функционального состояния организма, который ха рактеризуется совершенствованием механизмов регуляции, увели чением физиологических резервов и готовностью к их мобилизации, что выражается в его повышенной устойчивости к длительным и ин тенсивным физическим нагрузкам и высокой работоспособности. Развившееся в процессе тренировки состояние тренированности по своим физиологическим механизмам и морфофункциональной сути соответствует стадии адаптированности организма к физическим нагрузкам. В понятиях «адаптация, адаптированность*, с од ной стороны, и «тренировка, тренированность*, с другой стороны, много общих черт, главной из которых является достижение нового уровня работоспособности на основе образования в организме специ альной адаптивной функциональной системы с оп редел енным уровнем физиологических констант. Тренировка и тренированность — поня тия педагогические, хотя и базируются они на знаниях физиологи ческих закономерностей организма спортсменов. Исследование и характеристика этих процессов и состояний, связанных прежде всего собоснованием рационально построенных тренировочных нагрузок, является прерогативой педагогов. Адаптация и адаптированность спортсменов к физическим нагрузкам и все функциональные и струк турные перестройки, совершающиеся при этом в организме, отно сятся к биологическим категориям и составляют основные научные и учебные проблемы медиков и физиологов. 194 Адаптация организма к физическим нагрузкам заключается в мо билизации и использовании функциональных резервов организма, в со вершенствовании имеющихся физиологических механизмов регуляции. Никаких новых функциональных явлений и механизмов в процессе адаптации не наблюдается, просто имеющиеся уже механизмы начи нают работать совершеннее, интенсивнее и экономичнее. В основе адаптации к физическим нагрузкам лежат нервно-гуморальные ме ханизмы, включающиеся в деятельность и совершенствующиеся при работе двигательных единиц (мышц и мышечных групп). При адаптации спортсменов происходит усиление деятельности ряда функциональных систем за счет мобилизации и использования их ре зервов, а системообразующим фактором при этом должен являться приспособительный полезный результат —выполнение поста&ііенной задачи, т. е. конечный спортивный результат Комплекс функциональных систем, обеспечивающих конечный спортивный результат, формируется организмом спортсмена ради достижения этого результата. Отсутствие результата или системати чески недостаточный его уровень могут не только стимулировать формирование данного комплекса, но и разрушать его, прекращать функционирование в зависимости от величины и характера физио логических резервов, воли, мотивации и других факторов. Таким образом, адаптация к мышечной деятельности представляет собой системный ответ организма, направленный на достижение состоя ния высокой тренированности и минимизацию физиологической цены за это. 2.3. СРОЧНАЯ И ДОЛГОВРЕМЕННАЯ АДАПТАЦИЯ К ФИЗИЧЕСКИМ НАГРУЗКАМ При всем многообразии индивидуальной фенотипической адап тации развитие ее у человека характеризуется некоторыми общими чертами. Среди таких черт в приспособлении организма к любым факторам среды следует выделять два вида адаптации — срочную, но несовершенную, и долговременную, совершенную (Меерсон Ф.З., 1986). С р о ч н а я а д а п т а ц и я возникает непосредственно после начала действия раздражителя и может реализоваться на основе готовых, ранее сформировавшихся физиологических механизмов и программ. Очевидными проявлениями срочной адаптации являются увел ичениетеплопродукции в ответ на холод, увеличение теплоотдачи в ответ на жару, рост легочной вентиляции, ударного и минутного объе мов крови в ответ на физическую нагрузку и недостаток кислорода, приспособление органа зрения к темноте, бег человека, обусловлен ный социально значимой необходимостью, и др. Опыичительной чертой срочной адаптации является то, что деятельность организ Щ 195 ма протекает не пределе его возможностей при почти полной мобили зации физиологических резервов, но далеко не всегда обеспечивает не обходимый адаптационный эффект. Тяк, бег неадаптированного че ловека происходит при близких к предельным величинах ударного объема крови и легочной вентиляции, при максимальной мобилизации гликогена в печени. Быстрое накопление молочной кислоты в крови лимитирует интенсивность физической нагрузки — двига тельная реакция не может быть ни достаточно быстрой, ни достаточ но длительной. - 1 Д Д И Таким образом, функциональная адаптивная система, ответ ственная за двигательную реакцию при срочной адаптации, характе ризуется предельным напряжением отдельных ее звеньев и вместе в тем определенным несовершенством самой двигательной реакции. На уровне нервной и нейрогуморильной регуляции реализуется интен сивное, избыточное по своему пространственному распространению возбуждение корковых, подкорковых и нижележащих двигательных центров, которому соответствует значительная, но недостаточно координированная двигательная деятельность. Этот процесс характеризу ет начальный этап формирования двигательного навыка. Со стороны двигательного аппарата срочная адаптация проявля ется включением в реакцию дополнительной части двигательных единиц, а также генерализованным вовлечением лишних мышечных групп. В результате сила и скорость сокращения мобилизованных мышц оказываются ограниченными, но максимально достижимыми для данного вида адаптации; координация мышц недостаточно со вершенна. На уровне вегетативных систем обеспечения срочной адаптации к физическим нагрузкам наблюдается максимальная мобилизация функциональных резервов органовдыхания и кровообращения, но реализующихся при это неэкономным путем. Так, увеличение минут ного объема крови достигается ростом частоты сердечных сокращений при ограниченном возрастании ударного объема крови. Увеличение легочной вентиляции осуществляется за счет возрастания частоты дыхания, но не глубины дыхания, при этом наблюдается несоответ ствие между частотой дыхания и движений. В итоге легочная венти ляция все же не избавляет от развития гипоксии и гиперкапнии. В целом срочная адаптация к физическим нагрузкам характери зуется максимальной по уровню и неэкономной гиперфункцией, ответственной за адаптацию функциональной системы, резким сни жением физиологических резервов данной системы, явлениями чрезмерной стресс-реакции организма и возможным повреждением органов и систем. В результате двигательные, т. е. по существу, пове денческие реакции организма оказываются в значительной мере ли митированными. 196 Д о л г о в р е м е н н а я а д а п т а ц и я возникает постепенно, в результате длительного или многократного действия на организм факторов среды. Принципиальной особенностью такой адаптации является то, что она возникает не на основе готовых физиологичес ких механизмов, а на базе вновь сформированных программ регули рования. Долговременная адаптация, по существу, развивается на основе многократной реализации срочной адаптации и характери зуется тем, что в итоге постепенного количественного накопления каких-то изменений организм приобретает новое качество в опре деленном виде деятельности — из неадаптированного превращается в адаптированный. В результате обеспечивается осуществление организмом ранее недостижимых силы, скорости и выносливости при физических нагрузках, развитие устойчивости организма к значительной гипоксии, которая ранее была несовместима с активной жизнедеятельностью, способность организма к работе при су щественно измененных показателях гомеостаза, развитие устойчи вости к холоду, теплу, большим дозам ядов, введение которых ранее было смертельным. Долговременная адаптация характеризуется возникновением в ЦНС новых временных связей, а также перестройкой аппарата гумо ральной регуляции функциональной системы — экономичностью функционирования гуморального звена и повышением его мощнос ти. В ответ на ту же самую нагрузку не возникает резких изменений в организме и мышечная работа сопровождается меньшим увел ичением легочной вентиляции, минутного объема крови, ферментов, гор монов, лактата, аммиака, отсутствием выраженных повреждений. В результате становится возможным длительное и стабильное выпол нение физических нагрузок. Переход от срочной к долговременной адаптации знаменует собой узловой момент адаптационных про цессов, так как именно этот переход делает возможной жизнь орга низма в новых условиях, расширяет сферу его обитания и свободу поведения в меняющейся среде. Этот момент определяется прежде всего тем, что возникает активация синтеза нуюіеиновых кислот и белков, что приводит к избирательному развитию определенных структур, лимитирующих двигательную деятельность. Формиру ются устойчивые двигательные динамические стереотипы, разви вается экстраполяция, повышающая возможность быстрой пере стройки ответных реакций при изменениях среды, происходит уме ренная гипертрофия в скелетных мышцах, сердце, дыхательных мышцах и других рабочих органах, увеличение массы митохонд рий. Существенно увеличивается аэробная и анаэробная мощность организма. Нормализуется гомеостаз организма, уменьшается стресс-реакция. Интенсивность и длительность мышечной работы возрастают. 197 В процессе Адаптации организма обмен перестраивается в на правлении более экономного расходования энергии в состоянии покоя и повышенной мощности метаболизма в условиях физического напря жения. Такая перестройка биологически более целесообразна иможет явиться общим механизмом физиологической адаптации. Адаптивные сдвиги энергетического обмена заключаются в пере ключении с углеводного типа на жировой. Ведущую роль в этом игра ют гормоны; глюкокортикоиды ускоряют распад белка, активируя превращение аминокислот в глюкозу, а катехоламины вызывают мобилизацию резерва гликогена в печени и активацию липолиза жировой ткани, увеличивая приток кислорода, глюкозы, аминокис лот и жирных кислот к работающим тканям. ' • Определенные черты фенотипа, сформировавшиеся в результате долговременной адаптации организма к физическим нагрузкам, становятся фактором профилактики конкретных болезней или па тологических синдромов. Повышение расхода жиров приводит к ат рофии жировой ткани, снижению избыточного веса и, при прочих равных условиях, уменьшает развитие атеросклероза. Увеличение емкости и пропускной способности коронарных сосудов, развитие системы экстракардиальных анастомозов способствуют уменьше нию вероятности закупорки коронарных артерий и возникновения инфаркта миокарда. Увеличение потенциальных резервов и мощ ности сердечной мышцы может в течение даже длительного време ни воздействия неблагоприятных факторов на организм не приво дить к возникновению сердечно-сосудистых расстройств у трени рованных людей. ; . 1 2.4. ФУНКЦИОНАЛЬНАЯ СИСТЕМА АДАПТАЦИИ Проведенные в последние годы исследования механизмов и зако номерностей адаптации людей к различным условиям деятельности привели нас к убеждению в том, что долговременная адаптация обя зательно сопровождается следующими физиологическими процесса ми: а) перестройкой регуляторных механизмов, б) мобилизацией и ис пользованием резервных возможностей организма, в) формированием специальной функциональной системы адаптации к конкретной тру довой (спортивной) деятельности человека (Солодков А.С.,1981, 1988). По сути дела, эти три физиологические реакции являются главными и основными составляющими процесса адаптации, а об щебиологическая закономерность таких приспособительных пере строек относится к любой деятельности человека. В достижении устойчивой и совершенной адаптации большую роль играют перестройка регуляторных приспособительных меха низмов и мобилизация физиологических резервов, а также последо 198 вательность их включения на разных функциональных уровнях. Очевидно, вначале включаются обычные физиологические реакции и лишь затем — реакции напряжения механизмов адаптации, требу ющие значительных энергетических затрат с использованием резер вных возможностей организма, что приводит в конечном итоге к формированию специальной ф у н к ц и о н а л ь н о й с и с т е м ы а д а п т а ц и и, обеспечивающей конкретную деятельность человека (СолодковА.С., 1998). Такая функциональная система у спортсменов представляет со бой вновь сформированное взаимоотношение нервных центров, гормо нальных, вегетативных и исполнительных органов, необходимое для решения задач приспособления организма к физическим нагрузкам. Морфофункциональной основой такой системы является образова ние в организме системного структурного следа (Меерсон Ф. 3., 1981) в ответ на мышечную работу, что проявляется созданием но вых межцентральных взаимосвязей, повышением активности ды хательных ферментов, гипертрофией сердца, скелетных мышц и надпочечников, увеличением количества митохондрий, усилением функций вегетативных систем. В целом, функциональная система, ответственная за адаптацию к физическим нагрузкам, включает в себя три звена: афферентное, центральное регуляторное и эффекторное. А ф ф е р е н т н о е з в е н о функциональной системы адаптации состоит из рецепторов, атакже чувствительных нейронов и совокуп ностей афферентных нервных клеток в центральной нервной систе ме. Все эти элементы нервной системы воспринимают раздражения из внешней среды и от самого организма и участвуют в осуществле нии так называемого афферентного синтеза, необходимого для адаптации. Афферентный синтез возникает, по П. К. Анохину, при взаимодействии мотивации, памяти, обстановочной и пусковой информации. В спорте, в одних случаях (например, у бегунов, лыж ников, гимнастов), афферентный синтез для принятия решения о начале своих движений относительно прост и это облегчает форми рование адаптивной системы, в других же (единоборства, спортив ные игры), весьма сложен и это затрудняет образование такой сис темы. Ц е н т р а л ь н о е р е г у л я т о р н о е з в е н о функциональной системы представлено нейрогенными и гуморальными процессами управления адаптивными реакциями. В ответ на афферентные сиг налы нейрогенная часть звена включает двигательную реакцию и мобилизует вегетативные системы на основе рефлекторного прин ципа регуляции функций. Афферентная импульсация от рецепторов к коре головного мозга вызывает возникновение положительных (возбудительных) и отрицательных (тормозных) процессов, которые 199 и формируют функциональную адаптивную систему. В адаптиро ванном организме нейрогенная часть звена быстро и четко реагирует на афферентную импульсацию соответствующей мышечной актив ностью и мобилизацией вегетативных функций. В неадаптирован ном организме такого совершенства нет, мышечное движение будет выполнено приблизительно, а вегетативное обеспечение окажется недостаточ ны м. При поступлении сигнала о физической нагрузке одновременно с описанными выше изменениями происходит нейрогенная акти вация гуморальной части центрального регуляторного звена, ответ ственного за управление адаптационным процессом. Функцио нальное значение гуморальных реакций (повышенное высвобож дение гормонов, ферментов и медиаторов) определяется тем, что они путем воздействия на метаболизм органов и тканей обеспечива ют более полноценную мобилизацию функциональной адаптивной системы и ее способность к длительной работе на повышенном уровне. Э ф ф е к т о р н о е з в е н о функциональной системы адаптации включает в себя скелетные мышцы, органы дыхания, кровообраще ния, кровь и другие вегетативные системы. Интенсивность и дли тельность физических нагрузок на уровне скелетных мышц опре деляется тремя основными факторами: числом и типом активируе мых моторных единиц; уровнем и характером биохимических про цессов в мышечных клетках; особенностями кровоснабжения мышц, отчего зависит приток кислорода, питательных веществ и удаление метаболитов. Увеличение силы, скорости и точности дви жений в процессе долговременной адаптации достигается двумя ос новными процессами: формированием в центральной нервной сис теме функциональной системы управления движениями и морфо функциональными изменениями в мышцах (гипертрофия мышц, увеличение мощности систем аэробного и анаэробного энергообра зования, возрастание количества миоглобина и митохондрий, уменьшение образования и накопления аммиака, перераспределе ние кровотока и др.). ! Таким образом, формирование функциональной адаптивной сис темы с вовлечением в этот процессразличных морфофункциональных структур организма составляет принципиальную основу долговре менной адаптации к физическим нагрузкам иреализуется повышени ем эффективности деятельности различных органов и систем и орга низма в целом. Зная закономерности формирования функциональ ной системы, можно различными средствами эффективно влиять на отдельные ее звенья, ускоряя приспособление к физическим нагруз кам и повышая тренированность, т. е. управлять адаптационным процессом. 200 2.5. ПОНЯТИЕ О ФИЗИОЛОГИЧЕСКИХ РЕЗЕРВАХ ОРГАНИЗМА, ИХ ХАРАКТЕРИСТИКА И КЛАССИФИКАЦИЯ Учение о физиологических резервах представляет одну из важ нейших основ физиологии спорта, так как позволяет правильно оценивать и решать задачи по сохранению здоровья и повышению тренированности спортсменов. Представление о резервных воз можностях организма связаны с физиологическим учением К. Бер нара, П. Бэра, У. Кеннона о сохранении гомеостаза при действии на организм различных неблагоприятных факторов за счет усиления функций жизненно важных органов и систем с использованием их резервов. Принципиальные положения учения о физиологических резер вах в нашей стране были разработаны в 30-х годах прошлого столетия академиком Л. А. Орбели, который неоднократно подчеркивал по ложение о значительных возможностях организма человека приспо сабливаться к необычным условиям внешней среды за счет его ре зервных возможностей. В дальнейшем идеи Л. А. Орбели нашли плодотворное теоретическое и прикладное развитие прежде всего в физиологии военного труда (Бресткин М. П., 1968; Сапов И. А. и Солодков А. С., 1970; Загрядский В. П., 1976; СолодковА. С., 1978, и др.). В физиологии спорта эта проблема начала изучаться в Моск ве В. В. Кузнецовым (1970) и в Ленинграде А. С. Мозжухиным (1979). В настоящее время под ф и з и о л о г и ч е с к и м и р е з е р в а м и организма понимается выработанная в процессе эволюции адап тационная и компенсаторная способность органа, системы и орга низма в целом усиливать во много раз интенсивность своей деятель ности по сравнению с состоянием относительного покоя ( Бресткин М. П., 1968). Физиологические резервы, по мнению автора, обеспе чиваются определенными анатомо-физиологическими и функцио нальными особенностями строения и деятельности организма, а именно наличием парных органов, обеспечивающих замещение на рушенных функций (анализаторы, железы внутренней секреции, почки и др.); значительным усилением деятельности сердца, уве личением общей интенсивности кровотока, легочной вентиляции и усилением деятельности других органов и систем; высокой рези стентностью клеток и тканей организма к различным внешним воздействиям и внутренним изменениям условий их функциони рования. В качестве примера проявления физиологических резервов можно указать на то, что во время тяжелой физической нагрузки минутный объем крови у хорошо тренированного человека может достигать 40л, т. е. увеличиваться в 8 раз, легочная вентиляция при 201 этом возрастает в 10 раз, обусловливая увеличение потребления кислорода и выделение углекислого газа в 15 раз и более. В этих условиях работа сердца человека, как показывают расчеты, возрасГЖВІе ^резервные возможности организма А. С. Мозжухин (1979) грлЛ.лметрпчделитьна две группы: социальные резервы (психологи ческие и спортивно-технические) и биологичессте резервы (струк турные, биохимические и физиологические). Морфофункциональнои основой физиологических резервов являются органы, системы орга^ --------— обеспечивающие переработку ин формации, поддержание вегетативных актов. включаются Первая очередь резервов включает uauuiv JV/и ------переход от состояния покоя к повседневной деятельности. Меха безусловные рефлексы низм этого процесса включения ти, нередко в экстремальных условиях при работе от 30% до 65% от максимальных возможностей (тренировки, соревнования). При этом включение резервов происходит благодаря нейрогуморальным влияниям, а также волевым усилиям и эмоциям. Резервымрввключаются Включение резервов этой ov безусловнорефлекторным гуморальной связью. Во время соревнований или работы в экстремальных условиях диапазон физиологических резервов снижается, поэтому основ ная задача состоит в его повышении. Оно может достигаться зака ливанием организма, общей и специально направленной физичес кой тренировкой, использованием фармакологических средств и адаптогенов. При этом тренировки восстанавливают и закрепля ют физиологическиерезервы организма, ведут к ихрасширению. Еще в 1890 г. И. П. Павлов указывал, что израсходованные ресурсы организма восстанавливаются не только до исходного уровня, но и с некоторым избытком (феномен избыточной компенсации). Биоло гический смысл этого феномена огромен. Повторные нагрузки, при водящие к суперкомпенсации, обеспечивают повышение рабочих воз можностей организма. В этом и состоит главный эффект система тических тренировок. Под влиянием тренирующих воздействий спортсмен в процессе восстановления становится сильнее, быстрее и выносливее, т. е. в конечном итоге расширяются его физиологичес кие резервы. • u 202 u 3. ФУНКЦИОНАЛЬНЫЕ ИЗМЕНЕНИЯ В ОРГАНИЗМЕ ПРИ ФИЗИЧЕСКИХ НАГРУЗКАХ Физические нагрузки вызывают перестройки различных функ ций организма, особенности и степень которых зависят от мощности и характера двигательной деятельности. 3.1. ИЗМЕНЕНИЯ ФУНКЦИЙ РАЗЛИЧНЫХ ОРГАНОВ И СИСТЕМ ОРГАНИЗМА Всостоянии покоя деятельность различных функций отрегулирова на соответственно невысокому уровню кислородного запроса и энерго обеспечения. При переходе к рабочемууровню необходима перестройка функций различных органов и систем на более высокий уровень актив ности и новое межсистемное согласование на рабочем уровне. В ц е н т р а л ь н о й н е р в н о й с и с т е м е происходит повышение лабильности и возбудимости многих проекционных и ассоциативных нейронов. Во время работы «нейроны движения» организуют через пирамидный путь моторную активность, а «нейро ны положения» через экстрапирамидную систему — формирование рабочей позы. В различных отделах ЦНС создается функциональная система нервных центров, обеспечивающая выполнение задуман ной цели действия на основе анализа внешней информации, действу ющих в данный момент мотиваций и хранящихся в мозгу памятных следов двигательных навыков и тактических комбинаций. Возника ющий комплекс нервных центров становится рабочей доминантой. которая имеет повышенную возбудимость, подкрепляется различ ными афферентными раздражениями и избирательно затормаживает реакции на посторонние раздражители. В пределахдоминируюших нервных центров создается цепь условных и безусловных рефлексов или двигательный динамический стереотип, облегчающий последо вательное выполнение одинаковых движений (в циклических уп ражнениях) или программы различных двигательных актов (в ацик лических упражнениях). Еще перед началом работы в коре больших полушарий происхо дит предварительное программирование и формирование преднастройки на предстоящее движение, которые отражаются в раз/іичных формах изменений электрической активности. Происходит избира тельное увеличение межцентральных взаимосвязей корковых по тенциалов, изменяется форма кривой, огибающей амплитуду коле баний ЭЭГ, появляются «меченые ритмы» ЭЭГ — потенциалы в темпе предстоящего движения, возникают условные отрицатель ные колебания или так называемые «волны ожидания», а также премоторные и моторные потенциалы. 203 акта Пспинном жижу Ж UVi w v ----шается в о з б у д и м о с т ь мотонейронов, что отражается в нарастании амплитуды вызываемых в этот момент спинальных рефлексов (Н- РФВ мобилизации функций организма и их резервов значительна роль симпатической перепой системы, выделения гормонов гипофиза и надпочечников, нейропептидов. В д в и г а т е л ь н о м а п п а р а т е при работе повышаются возбудимость и лабильность работающих мышц, повышается чув ствительность их проприорецепторов, растет температура и снижает ся вязкость мышечных волокон. В мышцах дополнительно открыва ются капилляры, которые в состоянии покоя находились в спавшем ся состоянии, и улучшается кровоснабжение. Однако при больших максимального воток в мышцах резко затрудняется или вовсе прекращается из-за сдавливания кровеносных сосудов. Нервные импульсы, приходя щие в мышцу с небольшой частотой, вызывают слабые одиночные сокращения мышечных волокон, а при повышении частоты — их бо лее мощные тетанические сокращения. Различные двигательные единицы (ДЕ) в целой скелетной длительных физическ нно. восстанавливаясь кратковременных напряжениях — включаются синхронно, о зави симости от мощности работы активируются разные ДЕ: при неболь__ — . —_ ^ _ Іга1II II 143bf _ раооты нее мощные медленные ДЕ, а с повышением мощности работы промежуточные быстрые ДЕ. Д ы х а н и е значительно увеличивается при мышечной работе глубина дыхания в 1мин). Минутный объем дыхания при этом может увеличиваться до 150-200 л • м и н '. Однако большое потребление кислорода дыха тельными мышцами (до 1л • мин-1) делает не целесообразным пре дельное С е р д е ч н о - с о с у д и с т а я с и с т е м а , участвуя в доставке кислорода работающим тканям, претерпевает заметные рабочие изменения. Увеличивается систолический объем крови (при боль ших нагрузках у спортсменов до 150-200 мл), нарастает ЧСС (до 180 уд • мин 1и более), растет минутный объем крови (у трениро ванных спортсменов до 35 л ■м ин'1и более). Происходит перерос* пределение крови в пользу работающих органов — главным обра зом, скелетных мышц, атакже сердечной мышцы, легких, актив ных зон мозга — и снижение кровоснабжения внутренних органов и кожи. Перераспределение крови тем более выражено, чем боль* _ ЛЛЛ/ . . . и о а ш л ш I 204 V ! ■ Y Ж Г W л 9 * • • " • ' - » Ч ~ ^ — — Ч ----------/ _ ----------- — — — ---------------------- - ш ш+ 11/ЛГ/Л 1ГЛ11 Ш __________________ ____________________ / __________ А -------- * ---------------------- t Й m Л ^т П С € \ Г */41/ me мощность работы. Количество циркулирующей крови при ра боте увеличивается за счет ее выхода из кровяных депо. Увеличи вается скорость кровотока, а время кругооборота крови снижается вдвое. В с и с т е м е к р о в и наблюдается увеличение количества форменных элементов. Наблюдается миогенный эритроцитоз (до 5.5-6-10 12 •л 1) и миогенный тромбоцитоз (увеличение в 2 раза). В зависимости от тяжести работы проявляются различные стадии миогенноголейкоцитоза. Небольшие тренировочные нагрузки вы зывают появление 1-ой стадии —лимфоцитарной с преобладани ем в лейкоцитарной формуле лимфоцитов и ростом общего коли чества лейкоцитов до 10-12 • 109•л-1 Более значительные нагруз ки, особенно в соревнованиях, вызывают появление 2-ой стадии или 1-ой нейтрофильной с ростом количества нейтрофилов (осо бенно юных и палочкоядерных) и увеличением количества лейко цитов до 16-18- 109 • л '1 Истощающая нагрузка приводит к 3-ей стадии или 2-ой нейтрофильной с резким ростом количества лей коцитов в крови до 20-50 • 109-л ', преобладанием незрелых форм нейтрофилов и исчезновением других форм лейкоцитов (эозинофилов, базофилов). При работе увеличивается отдача кислорода из крови в ткани. Соответственно, становится больше артерио-венознаяразность по кислороду и коэффициент использования кислорода. Рост кислородного долга при передвижениях спортсменов на средних и дли н ных дистанциях сопровождается увеличением в крови концентрации молочной кислоты и снижением pH крови. В связи с потерей воды и увеличением количества форменных элементов по вышение вязкости крови дости гает 70%. При циклических упражнениях различной длительности с увели чением дистанции снижаются единичные энерготраты и растут сум марные энерготраты на всю работу, а анаэробный путь энергопро дукции (за счет АТФ, КрФ и гликолиза) сменяется постепенно аэробным путем (за счет окисления углеводов, а затем и жиров). 3.2. ФУНКЦИОНАЛЬНЫЕ СДВИГИ ПРИ НАГРУЗКАХ ПОСТОЯННОЙ МОЩНОСТИ Функциональные изменения в организме спортсмена зависят от характера физической нагрузки. Если работа совершается с относи тельно постоянной мощностью (что характерно для циклических упражнений, выполняемых на средних, длинных и сверхдлинных дистанциях), то степень функциональных сдвигов зависит от уровня ее мощности. Чем больше мощность работы, тем больше потребление 205 Р а б о т а ______ ________ J Легкая IСредняяIТяжелая I . Рис 24. Изменения частоты сердечных сокращений (ЧСС), систолического (СОК) и минутного объемов крови (МОК) при различной работе кислорода в единицу времени, минутный объем крови и дыхания, ЧСС, выброс катехоламинов. Эти изменения имеют индивидуаль ные особенности, связанные с генетическими свойствами организма: у некоторых лиц реакция на нагрузку сильно выражена, а у других— незначительна. Функциональные сдвиги также зависят от уровня работоспособности и спортивного мастерства. Имеются также поло вые и возрастные различия. При одинаковой мощности мышечной работы функциональные сдвиги больше у менее подготовленных л и ц , а также у женщин по сравнению с мужчинами и у детей по срав нению со взрослыми. 1 • .уш п ^ Особенно следует отметить прямо пропорциональную зависимость между мощностью работы и ЧСС, которая у взрослых тренирован н ы х лиц наблюдается в диапазоне от 130 до 180 уд - мин*1, а у пожи лы х— от 1Юдо 150-160 уд ■м и н '(ри с. 24). Эта закономерность по зволяет контролировать мощность работы спортсменов на дистан ции (например, у пловцов, бегунов, лыжников с помощью кардио лидеров), а также она лежит в основе различных тестов физической работоспособности, так как регистрация ЧСС наиболее доступна в естественных условиях двигател ьной деятел ьности. 3.3. ФУНКЦИОНАЛЬНЫЕ СДВИГИ ПРИ НАГРУЗКАХ ПЕРЕМЕННОЙ МОЩНОСТИ Работа переменной мощности особенно характерна для спортив ных игр и единоборств, она наблюдается и при стандартных ацикли ческих упражнениях — в гимнастике, акробатике, фигурном ката нии и др., а также при рывках, спуртах, финишировании в цикличес ких упражнениях. * - ■«юнак**»*? 206 L.4CC уд/мин О 10 20 30 40 45 Время игры мин 25 мин Рис. 25. Частоты сердечных сокращений при работе постоянной мощности (А) бег на 10 км и при работе переменной мощности игра в футбол (Б) и волейбол (В) — - Каждое изменение мощности работы требует нового сдвига ак тивности различных органов и систем организма спортсмена. П ри этом быстрые изменения в деятельности ЦНС и двигательного ап парата, не могут сопровождаться столь же быстрыми перестройка ми вегетативного обеспечения работы. На этот переходный про цесс затрачивается некоторое время, так называемое время задерж ки. В это время ткани организма испытывают недостаточность кис лородного снабжения и возникает кислородный долг. Чем больше спортсмен адаптирован к работе переменной мощности, тем меньше 207 у него время задержки, т. е. быстрее возникают сдвиги в дыхании, кровообращении, энерготратах и накапливается меньший кислород ный дол гВегетативные системы у адаптированных.спортсменов ста новятся более лабильными - они л е п е повышают функциональную активность при повышении мощности работы и быстрее успевают _________ ~л „„м /р и м м и п п о п е ссе п я п о ты BOCCTanaUJmoaiDwiiipri каждом--------' (пис. 25). Важно при этом, что восстановление по ходу работы не до водит функциональные показатели до уровня покоя, а сохраняет их на некотором оптимальном уровне. Например, ЧСС в процессе игры в баскетбол колеблется в диапазоне от 130 до 180 уд • мин У фехто вальщиков в ходе тренировочных индивидуальных уроков или со________ л т п й п и и я а ММк'ПППЯУ'ЧЯ ГКҮ1ПОІТЯкаждая ет несколько снять высокий уровень нервно-эмоциональнои на______ _ /ІМПІ1/ТІ1ІІ1 функции II р я ж е М П 1 П V I n u m r i v i V/ u v v v . — ----------------м обращения, но при этом сохраняется необходимый рабочии уровень их показателей и не удлиняется время реакции. Для тестирования адаптации спортсменов к работе переменной мощности используют физические нагрузки (степт-тест, велоэргометрический тест), в которых в случайном порядке или с определен ной закономерностью варьируют мощность работы и при этом региi i n / ^ / ______ ____ о п лфизиологические п л г т л тал r r /w jn a T p n i/A Р ягчрл С Т р и р у іи і дрj 1^v ж . ---------------------корреляции ЧСС и мощности нагрузки позволяет судить о приспо собленности организма конкретного спортсмена к данной работе. - U C D n U D a i V J l u i i u i A i i v / v M . . . . . --------------------— n L IV Q U M O I/ll'n n n rt. 3.4. ПРИКЛАДНОЕ ЗНАЧЕНИЕ ФУНКЦИОНАЛЬНЫХ ИЗМЕНЕНИЙ 1ЛЯ ОЦЕНКИ РАБОТОСПОСОБНОСТИ СПОРТСМЕНОВ Знание основных закономерностей функциональных сдвигов орга низма человека при мышечной работе позволяет их использовать для решения многих прикладных задач, в частности — для физиологии спорта. Среди важнейших физиологических критериев, определяющих адаптированность организма спортсмена кфизическим нагрузкам и те кущий уровень работоспособности можно отметить следующие. • Скорость перестройки деятел ьности отдельных органов и сис тем организма от уровня покоя на оптимальный рабочий уро вень и скорость обратного перехода к уровню покоя, что ха рактеризует хорошую приспособленность организма спорт сменов кфизическим нагрузкам. • Длительность удержания рабочих сдвигов различных функций на оптимальном уровне, что определяет адаптацию к работе постоянной мощности. Величина функциональных сдвигов при одинаковой работе, по которой можно оценивать уровень подготовленности спорт смена по более экономному выполнению нагрузки. 208 • Тесное соответствие перестроек вегетативных функций пе ременному характеру работы, что характеризует адаптацию к работе переменной мощности. • Прямо пропорциональная зависимость между уровнем потреб ления кислорода, ЧСС, минутного объема дыхания и кровооб ращения, с одной стороны, и мощностью работы, с другой сто роны, которая позволяет использовать различные нагрузоч ные тесты с регистрацией данных показателей для оценки ра ботоспособности спортсменов. 4. ФИЗИОЛОГИЧЕСКАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА СОСТОЯНИЙ ОРГАНИЗМА ПРИ СПОРТИВНОЙ ДЕЯТЕЛЬНОСТИ В ходе систематической тренировки в организме спортсмена возникает ряд различных функциональных состояний, тесно взаимо связанных друг с другом , где каждое предыдущее влияет на протека ние последующего. До начала работы у спортсмена возникает пред стартовое и собственно стартовое состояние, к которым присое диняется влияние разминки; от качества разминки и характера предстартового состояния зависит скорость и эффективность врабатывания в начале работы, а также наличие или отсутствие мерт вой точки. Эти процессы определяют, в свою очередь, степень вы раженности и длительность устойчивого состояния, а от него зави сит скорость наступления и глубина развития утомления, что далее обусловливает особенности процессов восстановления. В зависимо сти от успешности протекания восстановительных процессов у спортсмена перед началом следующего тренировочного занятия или соревнования проявятся те или иные формы предстартовых ре акций, что опять-таки будет определять последующую двигатель ную деятельность. 4.1. РОЛЬ ЭМОЦИЙ ПРИ СПОРТИВНОЙ ДЕЯТЕЛЬНОСТИ В регуляции функциональных состояний, которые являются ба зой двигательной деятельности человека, принимают участие раз личные психологические, нервные и гуморальные механизмы, по требности, основные источники активности; мотивы, побуждающие к удовлетворению этих потребностей; эмоции, подкрепляющие дея тельность; речевая регуляция (самоорганизация и самомобилизация); гормональные влияния — выделение гормонов гипофиза, над почечников и др. 209 4.1.1. ЗНАЧЕНИЕ ЭМОЦИЙ Спортивная деятельность, и, в первую очередь, выступления на соревнованиях, вызывает в организме спортсмена двоякого рода влияния: • физическое напряжение, связанное с осуществлением нагру зочной мышечной работы; , • эмоционально-психическое напряжение, вызываемое экстре мальными раздражителями (стрессорами). К последним относятся 3 фактора: • большой объем информации поступающий к спортсмену, кото рый создает информационную перегрузку (особенно, в игро вых видах спорта, единоборствах, скоростном спуске на лыжах с го р и т , п.); • необходимость перерабатывать информацию в условиях дефи цита времени; • в ы с о к и й уровень мотивации — социальной значимости прини маемых спортсменом решений. При осуществлении этих процессов огромна роль эмоций. Э м о ц и и п редставляют собой личностное отношение человека к окружающей среде и себе, которое определяется его потребностями и мотивами. Их значение в поведении заключается в оценочном влия нии на деятельность специфических систем организма ( сенсорных и моторных). Эмоции обеспечивают избирательное поведение человека в ситуации со многими выборами, подкрепляя определенные пути решения задач и способы действий. ., В спорте они постоянно сопровождают спортсменов, которые ис пытывают «мышечную радость», «спортивную злость», «горечь по ражения» и «радость победы». Эмоции ярко проявляются в предстар товом состоянии, а также во время спортивной борьбы, являются важным компонентом в процессе тактического мышления. Эмоциональный настрой увеличивает максимальную произвольную силу и скоростьлокомоций. 4.1.2. ПСИХОФИЗИОЛОГИЧЕСКИЕ МЕХАНИЗМЫ ПРОЯВЛЕНИЯ ЭМОЦИЙ Эмоции подразделяют на низшие (имеющиеся и у животных) и высшие, связанные с социальными аспектами жизни человека (ин теллектуальные, моральные, эстетические), его сознательным пове дением и познавательной деятельностью — интересами, сознаваемы ми и несознаваемыми мотивами (побуждениями, влечениями), чув ствами, поисками информации. Они возникают при недостаточном удовлетворении потребностей, при расхождении необходимой и ре альной информации. 210 В возникновении эмоций участвуют некоторые отделы коры боль ших полушарий и подкорковые образования — нижние и внутренние поверхности больших полушарий (поясная извилина, гиппокамп),некоторые ядра таламуса, гипоталамус, сетевидное образование сре динных отделов ствола мозга. Эти образования представляют собой так называемый лимбико-ретикулярный комплекс, который совместносвысшими отделами коры формируетэмоции человека. Эмоциональные реакции включают двигательные, вегетатив ные и эндокринные проявления'. изменения дыхания, частоты сердеч ных сокращений, артериального давления, деятельности скелетных и мимических мышц, выделение гормонов —адренокортикотропного гормона гипофиза, адреналина, норадреналина и кортикоидов, выделяемых надпочечниками. Различают эмоции положительные и отрицательные. При элек трических раздражениях в опытах на животных и при лечебных процедурах в клинике у человека были обнаружены центры удо вольствия (в гипоталамусе, среднем мозге) и неудовольствия (в не которых областях таламуса). Больные при раздражении этих цент ров испытывали «беспричинную радость», «беспредметную тоску», «безотчетный страх». Включаясь в сложные психические процессы, эмоции участву ют в принятии решений, обеспечивают так называемое эвристичес кое мышление при внезапных открытиях у человека, подкрепляя его «озарение». У детей 2-3 лет в отличие от взрослых эмоциональ ная окраска слов имеет большее значение, чем их смысловой ком понент. Эмоции являются механизмом регуляции интенсивности движе ний, вызывая мобилизацию функциональных резервов организма в экстремальных ситуациях. Это особенно наглядно проявляется в со ревновательных условиях, когда результативность выступлений спортсмена превышает его достижения на тренировочных занятиях. Одиночное выполнение работы, при обычной мотивации, всегда ме нее длительно и менее эффективно, чем при соревновании с другими лицами, при повышенной мотивации (рис.26). Способность к моби лизации функциональных резервов при повышенной мотивации в наибольшей мере присуща опытным квалифицированным спорт сменам, вто же время нетренированные лица чаще всего исчерпыва ют резервы своего организма уже при обычной мотивации. Значительные нервно-психические напряжения при спортивной деятельности приводят к резкому усилению эмоциональных реак ций, обусловливая э м о ц и о н а л ь н ы й с т р е с с успортсменоп. а при чрезмерном воздействии вызывают негативные проявления эмоций — д и с т р е с с (ухудшение функционального состояния и активности организма, снижение иммунитета). 211 У/л ОС КУ ДУ ОС КУ ДУ Рис. 26. Изменение различных показателей текущейработоспособности при работе на велоэргометре до отказа с обычной ( I) и повышенной (И ) мотивацией у велосипедиста-перворазрядника По оси абсцисс — время работы, с. По оси ординат: частота сердечных сокращений (ЧС С ), уд/м ин; амплитуда (А) Э М Г икроножной мышцы, м В; длительность активности (Т ) в Э М Г икроножной мышцы, с; отчет испытуемого о самочувствии: cmpejiKa с круж ком — «Хорошо!», с квадратом — «Устал/», с треугольником — «Очень устал!»; частота дыхания (ЧД), I/м и н ; стадии работоспособности: ОС (светлые прямоугольники) — оптимальное (устойчивое) состояние, К У (косая штриховка) — компенсированное утомление, Д У (черные столбики) — декомпенсированное утомление. В формировании эмоций и эмоциональных стрессов участвует особый класс биологическихрегуляторов — нейропептиды (энкефалины, эндорфины, опиатные пептиды). Они представляют собой ос колки белковых молекул — короткие аминокислотные цепочки. Нейропептиды распределены широко и неравномерно в различных отделах головного и спинного мозга. Действуя в области контактов между нейронами, они способны усиливать или угнетать их функ ции, обеспечивая обезболивающий эффект, улучшая память и фор мирование двигательных навыков, изменяя сон и температуру тела, снимая тяжелые состояния при алкоголизме — абстиненции. Их концентрация в нервной системе уменьшается при ограничениях двигательной активности и увеличивается при эмоциональных ре 212 акциях, стрессах. Обнаружено, в частности, что у спортсменов в со ревновательных условиях концентрация нейропептидов в 5-6 раз превышает их обычное содержание у нетренированных лиц. 4.2. ПРЕДСТАРТОВЫЕ СОСТОЯНИЯ П р е д с т а р т о в ы е с о с т о я н и я возникают задолго до выступления, за несколько дней и недель до ответственных стартов. Возникает мысленная настройка на соревнование, повышенная мо тивация, растет двигательная активность во время сна, повышается обмен веществ, увеличивается мышечная сила, в крови повышается содержание гормонов, эритроцитов и гемоглобина. Эти проявления усиливаются за несколько часов до старта и еще более за несколько минут перед началом работы, когда возникает собственно стартовое состояние. 4.2.1. ФОРМЫ ПРОЯВЛЕНИЯ И ФИЗИОЛОГИЧЕСКИЕ МЕХАНИЗМЫ ПРЕДСТАРТОВЫХ СОСТОЯНИЙ Предстартовые состояния возникают по механизму условных рефлексов. Физиологические изменения возникают на условные сигналы, которыми являются раздражители, сопутствующие пред шествующим занятиям (вид стадиона, спортивного зала, наличие со перников, спортивная форма и др.). В мозгу человека перед выполнением какого-либо произвол ино го действия появляются определенные сдвиги. Возникает замысел и план предстоящего действия. Происходят изменения электрической активности в коре больших полушарий — усиливаются межцентральные взаимосвязи, изменяется амплитуда потенциалов и огибаю щая их кривая, появляется отражающая подготовительные процессы условная негативная волна (так называемая «волна ожидания»), на блюдаются медленные потенциалы втемпе предстоящего движения («меченые ритмы» ЭЭГ), в моторной коре возникают так называе мые премоторные и моторные потенциалы. Все эти изменения отра жают подготовку мозга к предстоящему действию и вызывают со путствующие вегетативные сдвиги и изменения моторной системы, т. е. происходит актуализация рабочей доминанты со всеми ее м о торными и вегетативными компонентами. Различают предстартовые изменения двух видов — н е с п е ц и ф и ч е с к и е (прилюбой работе)и с п е ц и ф и ч е с к и е (связанные соспецификой предстоящих упражнений). К числу неспецифических изменений относят 3 формы предстар товых состояний: боевую готовность, предстартовую лихорадку и предстартовую апатию. 213 Б о е в а я г о т о в н о с т ь обеспечивает наилучший психологический настрой и функциональную подготовку спортсменов к работе. На блюдается оптимальный уровень физиологических сдвигов повы шенная возбудимость нервных центров и мышечных волокон, адек ватная величина поступления глюкозы в кровь из печени, благопри ятное превышение концентрации норадреналина над адреналином, оптимальный усиление частоты и глубины дыхания и частоты серд цебиений, укорочение времени двигательных реакций. В случае возникновения п р е д с т а р т о в о й л и х о р а д к и возбудимость мозга чрезмерно повышена, что вызывает нарушение тонких механизмов межмышечной координации, излишние энерго траты и преждевременный дорабочий расход углеводов, избыточные кардиореспираторные реакции. При этом у спортсменов отмечена повышенная нервозность, возникают фальстарты, а движения начи наются в неоправданно быстром темпе и вскоре приводят к истощению ресурсов организма. |||| В противоположность этому, состояние п р е д с т а р т о в о й а п а т и и характеризуется недостаточным уровнем возбудимос ти центральной нервной системы , увеличением времени двига тельной реакции, невысокими изменениями в состоянии скелет ных мышц и вегетативных функций, подавленностью и неуверен ностью в своих силах спортсмена. В процессе длительной работы негативные сдвиги состояний лихорадки и апатии могут преодоле ваться, но при кратковременных упражнениях такой возможности нет. • s Специфические предстартовые реакции отражают особенности предстоящей работы. Например, функциональные изменения в организме выше перед бегом на короткие дистанции по сравнениюс предстоящим бегом на длинные дистанции; они больше перед сорев нованиями по сравнению с обычной тренировкой. В коре больших полушарий больше активируются те зоны, которые должны вовле каться в работу; перед циклическими упражнениями возникают ко лебания потенциалов в темпе предстоящего движения. ■ 4.2.2. РЕГУЛЯЦИЯ ПРЕДСТАРТОВЫХ СОСТОЯНИЙ Чрезмерные предстартовые реакции снижаются у спортсменов по мере привыкания к соревновательным условиям. На формы проявления предстартовых реакций оказывает влия ние тип нервной системы: у спортсменов с сильными уравновешен ными нервными процессами — сангвиников и флегматиков чаще наблюдается боевая готовность, у холериков — предстартовая лихо радка; меланхолики в трудных ситуациях подвержены предстарто вой апатии. . . ■ММ 214 Умение тренера провести необходимую беседу, переключить спортсмена на другой виддеятельности способствует оптимизации предстартовых состояний. Используют для этого и массаж. Однако наибольшее регулирующее воздействие оказывает правильно прове денная разминка. В случае предстартовой лихорадки необходимо проводить разминку в невысоком темпе, подключить глубокие рит мичные дыхания (гипервентиляцию), так как дыхательный центр оказывает мощное нормализующее влияние на кору больших полу шарий. При апатии, наоборот, требуется проведение разминки в бы стром темпе для повышения возбудимости в нервной и мышечной системах. 4.3. РАЗМИНКА И ВРАБАТЫВАНИЕ В подготовке организма к предстоя щей работе очень велика роль разминки, так как здесь к условнорефлекторному механизму пред стартовых состояний подключаются безусловнорефлекторные реак ции, вызванные работой мышц. 4.3.1. РАЗМИНКА Различают общую и специальную часть разминки. О б щ а я р а з м и н к а неспецифична. Она направлена на повышение функционального состояния организма и создание оп тимального возбуждения центральных и периферических звеньев двигательного аппарата. Еще до начала работы создаются условия для формирования новых двигательных навыков и наилучшего про явления физических качеств. Разогревание мышц снижает их вяз кость, повышает гибкость суставно-связочного аппарата, способ ствует отдаче тканям кислорода из оксигемоглобина крови, активи рует ферменты и ускоряет протекание биохимических реакций. Од нако разминка не должна доводить спортсмена до выраженного утомления и вызывать повышение температуры тела выше 38 С, что вызовет отрицательный эффект. С п е ц и а л ь н а я ч а с т ь р а з м и н к и обеспечивает специфическую подготовку к предстоящей работе именно тех не рвных центров и скелетных мышц, которые несут основную на грузку. Происходит оживление рабочих доминант и созданных на их базе двигательных динамических стереотипов, вегетативные сдвиги достигают уровня, необходимого для быстрого вхождения в работу. Оптимальная длительность разминки составляет Ю-30 мин, а ин тервал до работы не должен превышать 15 мин, после чего эффект разминки снижается. 215 4.3.2. ВРАБАТЫВАНИЕ Периоды покоя и работы характеризуются относительно устой чивым состоянием функций организма, с отлаженной их регуляци ей. Между ними имеются 2 переходных периода -врабатывания (от покоя к работе) и восстановления (от работы к покою). П е р и о д в р а б а т ы в а н и я отсчитывают от начала работы до появления устойчивого состояния. Во время врабатывания осуще ствляются 2 процесса: а >I йндаме • переход организма на рабочий уровень; 11 |1 Й 1 I сонастройка различных функций. / Врабатывание различных функций отличается г е т е р о х р о н н о с т ь ю , т.е. разновременностью, и увеличением в а р и а т и в н о с т и их показателей. Сначала и очень быстро врабатываются двигательные функции, а затем более инертные вегетативные. Из вегетативных показателей быстрее всего нарастают до рабочего уровня частотные параметры — частота сердечных сокращений и дыхания, затем объемные характе ристики — ударный и минутный объемы крови, глубина вдоха и ми нутный объем дыхания. За их перестройками следует рост потребле ния кислорода и, позже всего, налаживание терморегуляции (этот момент сопровождается потоотделением). Инерция вегетативных сдвигов связана, в частности, с тем, что в начальные моменты работы мощная моторная доминанта оказывает отрицательное (тормозное) влияние на вегетативные центры. Более быстрое врабатывание наблюдается у более квалифициро ванных спортсменов, в более молодом возрасте (у подростков) и в период спортивной формы у спортсмена. * Увеличение вариативности отражает поиски различными функ циями рабочего уровня сдвигов, адекватного для данного упражне ния. Анализ длительности сердечных циклов и дыхательных циклов показывает их большой разброс в этот трудный для организма пере ходный период. С переходом к устойчивому состоянию при работе постоянной мощности вариативность функций снижается. Напри мер, коэффициент вариации длительности сердечных циклов со ставляет у бегунов-разрядников в покое 5-10%, при врабатывании — 25-30%, в устойчивом состоянии — 2-4%. Период врабатывания может завершаться появлением « м е р т в о й т о ч к и » . Она возникает у недостаточно подготовленных спортсменов в результате дискоординации двигательных и вегета тивных функций. При слишком интенсивных движениях и замед ленной перестройке вегетативных процессов нарастает заметный кислородный долг, возникает тяжелое субъективное состояние. Происходит рост содержания лактата в крови, pH крови снижается до 7,2 и менее. У спортсмена наблюдаются одышка и нарушения сер 216 дечного ритма (аритмия, экстра с истол и я), уменьшается жизненная емкость легких. В ЭМ Г увеличивается амплитуда потенциалов роботаюших мыши, в ЭЭГ ра івивается десинхронизация активности. В этот период работоспособность резко падает. Она возрастает лишь после волевого преодоления «мертвой точки», когда открывается «второе дыхание», или в результате снижения интенсивности рабо ты. Подобное состояние может неоднократно повторяться во время длительной работы при повышениях ее мощности, неадекватных возможностям спортсмена. 4.4. УСТОЙЧИВОЕ СОСТОЯНИЕ ПРИ ЦИКЛИЧЕСКИХ УПРАЖНЕНИЯХ При длительной циклической работе относительно постоянной мощности (в зонах большой и умеренной мошности. частично субмаксимальной мощности) в организме спортсмена возникает у с т о й ч и в о е с о с т о я н и е (steady state), которое продолжается от момента завершения врабатывания до начала утомления. 4.4.1. ВИДЫ УСТОЙЧИВОГО состояния ют 2 вида устойчивого состояния. К аж у щ е е с я (или ложное) устойчивое состояние (при работе большой и субмаксимальной мощности}, когда спортсмен дос тигает уровня максимального потребления кислорода, но это потребление не покрывает высокого кислородного запроса и об разуется значительный кислородный долг. И с т и н н о е устойчивое состояние при работе умеренной мощности, когда потребление кислорода Соответствует кис лородному запросу, и кислородный долг почти не образуется. КИЕ ОСОБЕННОСТИ УСТ0ЙЧИ1 ЦИКЛИЧЕСКИХ УПРАЖНЕНИЯХ За исключением кратковременных циклических упражнении максимальной мощности, во всех других зонах мощности после окончания врабатывания устанавливается устойчивое состояние. При этом мощность работы, несмотря на некоторые отклонения, практически близка к постоянной, Т акое состояние характеризуется следующими особенностями. • Мобилизация всех систем организма на высокий рабочий уро вень (главным образом, кардиореспираторной системы и сисобеспечиваюпшх 217 . С т абилизация множества показателей, влияющих на спортив ные результаты —длины и частоты шагов, амплитуды колеба ний общего центра масс, частоты и глубины дыхания, частоты сердечных сокращений, уровня потребления кислорода и пр. (хотя некоторые показатели могут монотонно возрастать, на п р и м е р , температура тела, или снижаться, например, оксигенация крови). • Согласование работы различных систем организма, которое сменяет их дискоординацию в период врабатывания напри мер, устанавливается определенное соотношение темпа дыха ния и движения (1:1,1:3 и др.). п.. й Ь' ^ г, ■ Утренированных спортсменов выраженность устойчивого состо яния и КПД работы больше, чему нетренированных лиц. Оно у них дол ьше продолжается. 4.5. ОСОБЫЕ СОСТОЯНИЯ ОРГАНИЗМА ПРИ АЦИКЛИЧЕСКИХ, СТАТИЧЕСКИХ И УПРАЖНЕНИЯХ ПЕРЕМЕННОЙ МОЩНОСТИ Различные виды стандартных ациклических упражнений, атак же ситуационных упражнений характеризуются переменной мощ ностью работы, т. е. отсутствием классических форм устойчивого со стояния. 4.5.1. ОСОБЫЕ СОСТОЯНИЯ ПРИ СТАНДАРТНЫХ АЦИКЛИЧЕСКИХ И СТАТИЧЕСКИХ УПРАЖНЕНИЯХ Выполнение различных упражнений в гимнастике, прыжках в воду, тяжелой атлетике, метаниях, прыжках в длину, в высоту, с ше стом, стрельбе и т. п. весьма кратковременны. В отличие от длитель ных циклических упражнений здесь невозможно достижение устой чивого состояния по потреблению кислорода и другим физиологи ческим показателям. Однако повторная работа в этих видах спорта вызывает своеоб разное проявление процесса врабатывания и последующей стабили зации функций. Каждое предыдущее выполнение упражнения слу жит разминкой для последующего и вызывает врабатывание организ ма с постепенным нарастанием функциональных сдвигов, вплоть до необходимого рабочего уровня с повышением КПД работы. 4.5.2. ОСОБЫЕ СОСТОЯНИЯ ПРИ СИТУАЦИОННЫХ УПРАЖНЕНИЯХ В спортивных играх и единоборствах (бокс, борьба, фехтование) деятельность спортсмена характеризуется не только изменением те кущей ситуации, но и переменной мощностью работы. Несмотря на 218 постоянные изменения мощности, после прохождения врабатывания различные соматические и вегетативные показатели устанав ливаются в пределах некоторого оптимального рабочего диапазона. Например, при игре в баскетбол ЧСС держится в пределах 130-180 уд.- м и н 1. Хотя на уровень 180 уд,- м и н 1этот показатель подни мается лишь в отдельных эпизодах игры, зато он не снижается ме нее 130 уд.- мин-1 в моменты игровых пауз. Поддержание этого оп тимального диапазона функциональных возможностей требует не обходимых затрат энергии и произвольных усилий. У каждого спортсмена имеется индивидуальная длительность непрерывного сохранения такого состояния. Оптимальная доза непрерывной работы зависит от врожденных особенностей, уровня спортивного мастерства, технической или тактической направленности тренировочного занятия, интенсив ности деятельности и пр. причин. Фехтовальщики, например, ис пользуют различные микропаузы для некоторого восстановления функций организма. Эти паузы не должны быть длительными, что бы не снизить достигнутый рабочий уровень (чтобы не увеличилось время двигательной реакции, не повысилась его вариативность, не снизилась точность уколов). Зато эти паузы позволяют избежать быстрого наступления утомления, сохранить высокий уровень внимания, несколько восстановить двигательные и вегетативные функции. 5. ФИЗИЧЕСКАЯ РАБОТОСПОСОБНОСТЬ СПОРТСМЕНА Ф и з и ч е с к а я р а б о т о с п о с о б н о с т ь спортсмена является выражением жизнедеятельности человека, имеющим в своей основе движение, универсальность которого была блестяще охарактеризо вана еще И. М. Сеченовым. Она проявляется в различных формах мышечной деятельности и зависит от способности и готовности че ловека к физической работе. В настоящее время физическая работоспособность наиболее ши роко исследуется в спортивной практике, представляя несомненный интерес для специалистов как медико-биологического, так и спортивно-педагогического направлений. Физическая работоспо собность — одна из важнейших составляющих спортивного успеха. Это качество является также определяющим во многих видах произ водственной деятельности, необходимым в повседневной жизни, тренируемым и косвенно отражающим состояние физического раз вития и здоровья человека, его пригодность к занятиям физической культурой и спортом. 219 5.1. ПОНЯТИЕ О ФИЗИЧЕСКОЙ РАБОТОСПОСОБНОСТИ И МЕТОДИЧЕСКИЕ ПОДХОДЫ К ЕЕ ОПРЕДЕЛЕНИЮ Термин «физическая работоспособность» употребляется доста точно широко, однако ему не дано пока единого, теоретически и практически обоснованною определения. Пред ложенные определе ния работоспособности (Виноградов М.П., 1969; КосиловС.А., 1965, Карпман В.Л., 1974; Аулик И.В., 1977; Astrand Р, 1954; U h m an G , 1967, и др.), по мнению ряда специалистов, нередко носят односто ронний характер и не всегда учитывают при этом функциональное состояние организма и эффективность труда. пЙ С учетом изложенного, В. П. Загрядский и А. С. Егоров (1971)уже предлагают определять работоспособность как способность человека совершать конкретную деятельность в рамках заданных параметров времени и эффективности труда. При этом авторы считают, что ра ботоспособность следует оценивать по критериям профессиональ ной деятельности и состояния функций организма, другими слова ми, спомошью п р я м ы х и к о с в е н н ы х е е п о к а з а т е л е й . Развивая дальше эти представления и проводя многочисленные обследования специалистов различного профиля деятельности, И. А Сапов, А. С. Солодков, B.C. Щеголев и В. И. Кулешов (1976,1986) вносят некоторые дополнения в определение работоспособности че ловека, и главное—уточняютхарактер прямых показателей, обосно вывают и предлагают небольшой комплекс информативных косвен ных констант и вводят количественный интегральный показатель для оценки работоспособности. Под последней авторы понимают способность человека выполнять в заданных параметрах и конкрет ных условиях профессиональную деятельность, сопровождающуюся обратимыми, в сроки регламентированного отдыха, функциональны ми изменениями в организме. Адаптируя приведенное выше определение работоспособности к практике спорта, следует указать, что п р я м ы е п о к а з а т е л и у спортсменов позволяютоценивать их спортивную деятельность как с количественной (метры, секунды, килограммы, очки и т. д.), так и с качественной (надежность и точность выполнения конкретных фи зических упражнений) стороны. С этой точки зрения все методики исследования прямых показателей работоспособности подразделя ются на количественные, качественные и комбинированные. С по мощью комбинированных методик исследования можно оценивать как производительность, так надежность и точность спортивной де ятельности. К к о с в е н н ы м к р и т е р и я м работоспособности относят различные клинико-физиологические, биохимические и психо физиологические показатели, характеризующие изменения функ220 ции организма в процессе работы. Другими словами, косвенные критерии работоспособности представляют собой реакции орга низма на определенную нагрузку и указывают на то, какой физио логической ценой для человека обходится эта работа, т. е. чем, на пример, организм спортсмена расплачивается за достигнутые се кунды, метры, килограммы и т. д. Кроме этого установлено, что косвенные показатели работоспособности в процессе труда ухудша ются значительно раньше, чем ее прямые критерии. Это дает осно вание использовать различные физиологические методики для прогнозирования работоспособности человека, а также для выясне ния механизмов адаптации к конкретной профессиональной дея тельности, оценке развития утомления и анализа других функцио нальных состояний организма. При опенке работоспособности и функционального состояния человека необходимо также учитывать его субъективное состояние (усталость), являющееся довольно информативным показателем. Ощущая усталость человек снижает темп работы или вовсе прекра щает ее. Этим самым предотвращается функциональное истощение различных органов и систем и обеспечивается возможность быстрого восстановления работоспособности человека. А. А. Ухтомский счи тал ощущение усталости одним из наиболее чувствительных показа телей снижения работоспособности и развития утомления. Он писал: «Так называемые субъективные показания столь же объективны, как и всякие другие для того, кто умеет их понимать и расшифровы вать. Физиолог более чем кто-либо знает, что за всяким субъектив ным переживанием кроется физико-химическое событие в организ ме» (Ухтомский А. А.. Собр. соч.—Л., 1952.Т.З. С. 134). Обобщенные данные по оценке работоспособности человека с учетом его субъективного и функционального состояния, прямых и косвенных показателей работоспособности представлены в таблице 6, составленной И. А. Саповым, А. С. Солодковым, B.C. Щеголевым и В. И. Кулешовым (1986). Располагая такими данными и сопостав ляя их с фактически наблюдаемыми сдвигами у человека в период любой его деятельности, можно с достаточной достоверностью судитьо динамике работоспособности, утомления и переутомления и при необходимости рекомендовать проведение соответствующих оз доровительных мероприятий. 5.2. ПРИНЦИПЫ И МЕТОДЫ ТЕСТИРОВАНИЯ ФИЗИЧЕСКОЙ РАБОТОСПОСОБНОСТИ Определение уровня физической работоспособности у человека осуществляется путем применения тестов с максимальными и субмаксимальными мощностями физических нагрузок. Все тесты, о ко 22) торых в дальнейшем пойдет речь, хорошо и подробно и тож ен ы в специальных пособиях В. Л. Карпмана с соавторами, 1988, И. А. Аулика, 1990 и др., и в данном разделе они не будут детально рассмат риваться, а будут изложены лишь общие принципы тестирования и их физиологическая характеристика. ядВ тестах с максимальными мощностями физических нагрузок ис пытуемый выполняет работу с прогрессивным увеличением ее мощ ности до истощения (до отказа). К числу таких проб относят тест Vita Maxima, тест Новакки и др. Применение этих тестов имеет и опреде ленные недостатки: во-первых, пробы небезопасны для испытуемых и потому должны выполняться при обязательном присутствии врача, и, во-вторых, момент произвольного отказа — критерий очень субъек тивный и зависит от мотивации испытания и других факторов. Тесты с субмаксимальной мощностью нагрузок осуществляются с регистрацией физиологических показателей во время работы или посп#.Ш о к о н ч а н и я . Тесты данной г р у п п ы технически проще, ноихпокаТаблица 6 Схема оценки работоспособности ПсихофиІПрофессиоФункцио| Степень Клинико Субъектив Периоды налькое існижения иологические! нальная физиологические! ное работоспо состояние | работопоказатели | раоотоспопоказатели состояние собности организма | способ собность ности по инте гральному критерию Враба- ІУ лучш а- [Улучшаются тывание ется Улучш аю т- У лучш ася Iется Хорошее С та бильная работо способ ность Устойчивость УстоЙчи- I С охраня показателей | вость ется на показателей! стабиль ном уровне Ухудша Н еус т о й ч и ется вая работо способ ность Разнонаправ Разнонапленные сдвиги равленные вегетативных сдвиги по функций. казателей; Ухудшение некоторые показателей константы ф ункцион аль не изменя ных проб ются 222 Н орм аль ное состоя ние — утомле ние Н езначи - Переход ное состельное сниж ение Ітояние хрони ческое утомле ние До 16% 16-19% Продолжение табл. 6 Периоды Субъектив Клинико Психофи Профессио работоспо ное физиологически зиологические! нальная собности состояние показатели показатели работоспо собность П ро гресси рующее сниже ние работо способ ности Постоя н ное ощ ущ е ние усталос ти, не п р о ходящее после дополни тельного отдыха Функцио Степень нальное снижения состояние работо организма способ ности по инте гральному критерию О днонаправ О дно Выражен Патологи Более ленное ухуд направлен ное ческое 19% шение всех ное ухуд снижение. состоя показателей, шение всех появление ние — величины показате грубых переутом которых могут лей. ош ибок ление выходить Признаки в работе за пределы неврастени ф изиологи ческих ческих состояний колебаний. При функцио нальных про бах — значи тельное сни жение показателей, а также появле ние атипич ных реакций затели зависят не только от проделанной работы, но и от особенностей восстановительных процессов. К их числу относятся хорошо извест ные пробы С. П. Летунова, Гарвардский степ-тест, тест Мастера и др. Принципиальная особенность этих проб заключается втом, что между мощностью мышечной работы и длительностью ее выполнения име ется обратно пропорциональная зависимость, и с целью определения физической работоспособности для таких случаев построены специ альные номограммы. В практике физиологии труда, спорта и спортивной медицины наиболее широкое распространение получило тестирование физи ческой работоспособности по ЧСС. Это объясняется в первую оче редь тем, что ЧССявляется легко регистрируемым физиологичес ким параметром. Не менее важно и то, что ЧСС линейно связана с мощностью внешней механической работы, с одной стороны, и ко личеством потребляемого при нагрузке кислорода, —с другой. Анализлитературы, посвященной проблеме определения физи ческой работоспособности по ЧСС, позволяет говорить о следующих подходах. Первый, наиболее простой, заключается в измерении ЧСС при выполнении физической работы какой-то определенной мощ ности (например, ЮООкГммин1). Идея тестирования физической работоспособности в данном случае состоит втом, что выраженность 223 учашения сердцебиения обратно пропорциональна физической подш Г Г ен н ости человека, т. е. чем чаше сердечный ритм при нагрузке готовлен™^ к I___ человека, и наоборот. Второй подход состоит в определении той мощности мышечной рабош которая необходима для повышения ЧСС до определенного уровЩ Ш является наиболее перспе^ивным. Вместе с темой Н • . ° ™ ™ РНытгабуетсерьезногофизиологическогообосГожносги физиологического обоснования такого подхода ктестированиюфизической работоспособности обусловлены нескольІМ И моментами: возможными прелпатологическими изменения ми сердечно-сосудистой системы; различными типами кровообращения при которых одинаковое кровоснабжение мышц может обеспечиваться различной величиной ЧСС; неодинаковой физиологической ценой учащения сердечной деятельности при физичес ких нагрузках, определяемой так называемым законом исходных величин и т. д. I ___ Среди спортсменов эти различия в значительной степени сглажива ются сходством возраста, хорошим здоровьем, тенденцией к брадикардии в покое, расширением функциональных резервов сердечно-сосуди стой системы и возможностей их использования при физических на грузках Это обстоятельство, по-видимому, определило использование в современном спорте теста PWC170(PWC - это первые буквы английс кого термина «физическая работоспособность» — Physical Working Capacity), который ориентирован на достижение определенной 4LA. (170 сердечных сокращений в 1 минуту). Испытуемому предлагается выполнение на велоэргометре или в степ-тесте 2-х пятиминутных нагрузокумеренной мощности с интервалом 3 мин, после которых измеряют ЧСС. Расчет показателя P W C I70 производится по следующей формуле. * 1 7 0 PWCI70 = W, + (W 2 — W ,) 2 —f, Ш _ r , 1 И И Н 9 ; f{I где: W и W2— мощность первой и второй нагрузки; | й f2—ЧСС в конце первой и второй нагрузки. В настоящее время считается общепринятым, что ЧСС равная 170 уд.м ин1, с физиологической точки зрения характеризует собой на чало оптимальной рабочей зоны функционирования кардиореспираторной системы, а с методической — начало выраженной нелиней ности на кривой зависимости ЧСС от мощности физической работы. Существенным физиологическим доводом в пользу выбора уровня факт минутного уже сопровождается относительным снижением систолического объема крови. ШҒ 224 • * ' г*- ^ I ГЖ - Проба PWC170рекомендована Всемирной организацией здравоох ранения для оценки физической работоспособности человека. Перс пективы использования этой пробы в спорте очень широки, так как принцип ее пригоден для определения как общей, так и специальной работоспособности спортсменов. Другой широко распространенной пробой является разрабо танный в США Гарвардский степ-тест. Этот тест рассчитан на оценку работоспособности у здоровых молодых людей, так как от исследуемых лиц требуется значительное напряжение. Гарвардс кий тест заключается в подъемах на ступеньку высотой 50 см для мужчин и 40 см для женщин в течение 5 минут в темпе 30 подъемов в 1 мин (2 шага в 1 с). После окончания работы в течение 30 с второи минуты восстановления подсчитывают количество ударов пульса и вычисляют индекс Гарвардского степ-теста (ИГСТ) по формуле: игст_ Продолжительность работы (с) • 100 . 5.5 • Число ударов пульса ( с 1) Более точно можно рассчитать И ГСТ, если пульс считать 3 раза — в первые 30 секунд 2-й, 3-й и 4-й минут восстановления. В этом слу чае ИГСТ вычисляют по формуле: t *100 игст=(f, I f, + а • 2 где: t — время восхождения на ступеньку (с), fj, f, f3—число пульсовых ударов за 30 с 2-й, 3-й и 4-й мин восстановления. Оценку работоспособности проводятпотаблице 7. Одним из распространенных и точных методов является опреде ление физической работоспособности по величине максимального потребления кислорода (М ПК). Этот метод высоко оценивает Меж дународная биологическая программа, которая рекомендует для Таблица 7 Оценка физической работоспособности по индексу Гарвардского степ-теста (по: Аулик И. В., 1979) ИГСТ Оценка До 55 56-64 65-79 80-89 90 и более Слабая Ниже средней Средняя Хорошая Отличная 225 нформацию U U C riN rl v p n j n i v v i w i . ................ .........* I о величине аэробной производительности. Как известно, величина потребляемого мышцами кислорода эк? — гг— Рпоппоотолшл потребление ропорционально ООГаНИЗМОМ КИСЛОрОДаBOJpat-iat. -----пшняемой работы. М П К характеризует собой то предельное количе ство кислорода, которое может быть использовано организмом в 6Т э Д невозможность (аэробная мощность) чел овека определяет ся прежде всего максимальной для него скоростью потребления кис лорода Чем выше МП К, тем больше (при прочих равных условиях) г _______ _ u a m v u n М11Кшяидвух функциональных систем мы (органы дыхания, кровь, сердечно-сосудистая система) и системы утилизации кислорода, главным образом — мышечной. Максимальное потребление кислорода может быть определено с помощью максимальных проб (прямой метод) и субмаксимальных проб (непрямой метод). Для определения МП К прямым методом используются чаще всего велоэргометр или тредбан и газоанализа торы. При применении прямого метода от испытуемого требуется желание выполнить работу до отказа, что не всегда достижимо. По- - - методов непрямого определения МПК Эта зависимость выражается графи чески на соответствующих номограммах. В дальнейшем обнаруженная взаимосвязь была описана простым линейным уравнением, ...........^n/NTTT noawi tw g иох/ішл-лррікдздными и учебными целями U U l V U i i p v A V J I V I I I I V /I l - — --------------- для нет спорта: МПК= 1,7-PWC170+ 1240. Для определения МП К у высококвалифицированных спортсменов циклических видов спорта В. J1. Карпман (1987) предлагает сле дующую формулу: • MnK = 2,2PWC170+ 1070. По мнению автора, и PWCI70и М П К примерно в равной степени характеризуют физическую работоспособность человека: коэффи циент корреляции между ними очень высок (0.7-0.9 по данным раз личных авторов), хотя взаимосвязь этих показателей и не носит стро голинейного характера. Тем не менее, названные константы могут целях для ного процесса. 226 5.3. СВЯЗЬ ФИЗИЧЕСКОЙ РАБОТОСПОСОБНОСТИ С НАПРАВЛЕННОСТЬЮ ТРЕНИРОВОЧНОГО ПРОЦЕССА В СПОРТЕ Определение физической работоспособности по тесту PWCI7() широко вошло в практику спортивной физиологии и медицины. В связи с этим повысилась актуальность вопроса о диагностическом и прогностическом значении теста, о том в какой мере этот неспецифи ческий показатель можетбыть использован для поиска оптимального тренировочного процесса спортсменов различной специализации. К настоящему времени имеется достаточное количество исследо ваний этого вопроса. В общей форме ответ наметился уже при анали зе антропометрических данных спортсменов, которые довольно тес но сопряжены с направленностью тренировочного процесса.Так. В. Л. Карпман и соавторы (1988) высказали предположение (и подтвер дили его простыми формулами для боксеров и борцов) о линейной зависимости между массой тела и абсолютными величинами PWC|70. Вместе стем они отметили, что относительные значения (в расчете на 1 кг веса) с нарастанием массы тела даже имеют тенденцию к сниже нию, по-видимому, за счет увеличения жировой ткани (баскетболи сты, ватерполисты). А наибольшие относительные величины PWC,70 наблюдаются у спортсменов, тренирующих качество выносливости. Для борцов и боксеров В. Л. Карпман с соавторами (1988) предложил следующие формулы: ш PW C17U(для боксеров) = 15.0 Р + 300, PWCI70 (для борцов) = 19.0 Р + 50, где: Р — масса тела. Возможно, спортивная практика и подтверждает такую законо мерность, но раскрыть физиологическую сущность ее с помощью данных формул не представляется возможным. Выяснено, что спортсмены скоростно-силовой группы (борцы, боксеры, гимнасты) отстают по показателям Р\ҮС|70и МПКдажеот менее квалифицированных лыжников, гребцов, футболистов. Фи зическая работоспособность высококвалифицированных лыжников выше, чем бегунов как в обычных условиях, так и в «климатической» камере при температуре +40°С, а затем на «высоте»3000м. Универсальная зависимость ЧСС от мощности работы позволяет в циклических видах спорта оценивать специальную работоспособ ность по сдвигам ЧСС в определенном диапазоне (методом телепульсометрии) и по скорости перемещения спортсмена. Необходимо также коснуться одной методической стороны тес та PWC|70, которая обозначалась и при анализе собственного мате риала и на которую, по нашему мнению, пока обращается недоста точное внимание. Это — вопрос о специфичности для спортсмена 227 самой тестовой нагрузки. Очевидно, что работа на тредбане или ве лоэргометре будет более привычной (и более экономной) для вело сипедистов бегунов, лыжников, чем для спортсменов других спе циализаций. Возможно, что с этим частично связаны и упоминав шиеся уже различия параметров физическои работоспособности между группой боксеров, борцов, гимнастов и группой лыжников, гребцов футбол истов. Некоторые авторы считают общепринятый тест PWC недостаточно информативным для ряда видов спорта и предлагают раздельное выполнение нагрузки как ногами, так и ру ками указывая что соотношение физическои работоспособности нижних и верхних конечностей претерпевает существенные возрас тные изменения. . -v s » 5.4. РЕЗЕРВЫ ФИЗИЧЕСКОЙ РАБОТОСПОСОБНОСТИ Актуальность данного раздела обусловлена тем, что современные высшие спортивные достижения невозможны без максимального напряжения физических и духовных сил человека. Следовательно, знание этих закономерностей необходимо кактренеру, физиологу и спортивному врачу, так и самому спортсмену. Общефизиологическое значение этой проблемы состоит в том, что на примере спортивной деятельности она раскрывает значение п псіг^гъғіінпгтм непвной системы как для реакций срочной адаптации, так и для формирования сложных функциональных сш ,ісм дилі ивременного значения (Павлов И. П., Орбели Л. А., Анохин П. К.). Если при этом учесть высказанную еще И. М. Сеченовым мысль об универсальности мышечного сокращения, как важнейшего жизнен ного акта, то становится очевидным, что проблема резервов физичес кой работоспособности сопряжена со многими фундаментальными законами общей физиологии человека. Наиболее важной характеристикой резервных возможностей организма является адаптационная сущность, эволюционно выра ботанная способность организма выдерживать большую, чем обыч но нагрузку (Бресткин М. П., 1968). Исследование физической ра ботоспособности спортсмена (особенно высшей квалификации) дает ун и кал ьн ы й фактический материал для оценки и анализа фун кций организма в зоне видовых предельных напряжений. Поэтому можно считать, чтолимитирующими факторами физической рабо тоспособности спортсмена являются индивидуальные пределы ис пользования им своих структурно-функциональных резервов раз личных органов и систем. В таблице 8 (данные различных авторов) представлены основные сведения по характеристике функциональ ных резервов при физической работе разной мощности. Из матери алов этой таблицы следует, что основными резервами являются 228 функциональные возможности ЦНС, нервно-мышечного аппара та, кардио-респираторной системы, метаболические и биоэнерге тические процессы. Очевидно, что при различных мощностях рабо ты и в разных видах спорта степень участия этих систем будет нео динаковой. Таблица 8 Функциональные резервы при физической работе различной мощности Мощность работы Авторы Максимальная Субмаксималъная Гликолиз, АТФ, КрФ; резервы нервно мышечной системы Буферные системы, нейрогумораль ная регуляция функций по поддержанию гомеостаза Резервы кардио- Резервы водно- А. С. респираторной солевого Мозжусистемы, обмена, глюко глюкозы, зы; глюконеоге аэробных нез, использо процессов вание жиров и гомеостаза Запасы АТФ и КрФ Аэробно анаэробный обмен, глюкоза Аэробно Аэробный Н. А. анаэробный обмен; глюкоза Степочобмен, гликоген крови, запасы мышц гликогена Анаэробный обмен; запасы АТФ и КрФ Анаэробный обмен, потребление кислорода Усиление Аэробный функций обмен, кардио-респи- ограниченные раторнои энерготраты системы, аэробный обмен Фосфагенная Аэробно энергетическая анаэробный система обмен, резервы кардио-респи раторной системы Большая Аэробно анаэробный обмен, запасы глюкозы и гликогена Резервы Лактатный Алактатный энергетический энергетический аэробно анаэробного резерв резерв обмена Умеренная Н. А. Фомин, 1984 Резервы глюкозы, гликогена; использование жиров; емкость окисли тельной системы Резервы окислительного фосфорипирования, исполь зование жиров 229 При работе максимальной мощности ввиду ее кратковременности главным энергетическим резервом являются анаэробные процессы (запас АТФ и КрФ, анаэробный гликолиз, скорость ресинтеза АТФ), а функциональным резервом — способность нервных центров под держивать высокий темп активности, сохраняя необходимые межцентральные взаимосвязи. При этой работе мобилизуются и расши ряются резервы силы и быстроты. При работе субмаксимальноймощности биологически активные вещества нарушенного метаболизма в большом количестве поступа ют в кровь. Действуя на хеморецепторы сосудов и тканей, они рефлекторно вызывают максимальное повышение функций сердечно сосудистой и дыхательной систем. Еще большему повышению сис темного артериального тонуса способствуют вазодилятаторы гипоксического происхождения, способствующие одновременно увеличению капиллярного кровотока. '-> Функциональными резервами при работе субмаксимальной мощности являются буферные системы организма и резервная ще лочность крови — важнейшие факторы, тормозящие нарушение го меостаза в условиях гипоксии и интенсивного гликолиза; дальней шее усиление работы кардио-респираторной системы. Значимым ос тается гликолитический вклад в биоэнергетику работающих мышц и выносливость нервных центров к интенсивной работе в условиях недостатка кислорода. При работе большой мощности физиологические резервы в общем те же, что и при субмаксимальной работе, но первостепенное значе ние имеют следующие факторы: поддержание высокого (околопредельного) уровня работы кардио-респираторной системы; оптималь ное перераспределение крови; резервы воды и механизмов физичес кой терморегуляции. Ряд авторов энергетическими резервами такой работы считают не только аэробные, но и анаэробные процессы, а также метаболизм жиров. При работе умеренной мощности резервами служат пределы вы носливости ЦНС, запасы гликогена и глюкозы, атакже жиры и про цессы глюконеогенеза, интенсивно усиливающиеся при стрессе. К важным условиям длительного обеспечения такой работы относят резервы воды и солей и эффективность процессов физической тер морегуляции. Общие сведения о резервных возможностях различных звеньев системы транспорта кислорода представлены в таблице 9. Из табли цы 9 видно, что наибольшим (двадцатикратным) резервом адаптации обладает система внешнего дыхания. Но даже при таких ее функцио нальных возможностях она может вносить определенный вклад в ог раничение физической работоспособности спортсмена. Аппарат кровообращения занимает особое место, посколькуявля230 Т аб л и ц а 9 Предельные сдвиги в висцеральных системах при мышечной работе (по В. П. Загрядскому, 3. К. Сулимо-Самуйлло, 1976) Показатели Частота сердечных сокращений в мин. Артериальное давление, мм рт. ст.,систолическое Артериальное давление, диастолическое Артериальное давление, пульсовое Ударный объем крови, мл Минутный объем крови, л Артерио-венозная разница по кислороду, об.% Частота дыхания в мин. Глубина дыхания, л Минутный объем дыхания, л Потребление кислорода, л МИН"1 Выделение углекислого газа, л МИН'1 • • В покое При физичес-! Кратность кой работе изменений 70 220 3 120 200 2 80 40 2 40 60 4.5 160 180 40 4 3 8 4 10 0.5 6 16 60 5 120 6 10 20 0.25 5 20 0.2 4 20 4 в ется основным лимитирующим звеном транспорта кислорода. Кроме того, сердечно-сосудистая система служит тонким индикатором цены адаптации организма к различным факторам внешней среды и к физи ческим нагрузкам. Об этой же ее роли свидетел ьствуюг формирование так называемого «спортивного сердца» и участившиеся в последнее время предпатологические и патологические изменения функции сердца при высоких спортивных нагрузках. К числу таких изменений можно отнести нарушения сердечного ритма, возникновение синдро ма дистрофии миокарда вследствие физического перенапряжения и другие сдвиги. В таблице 10 показано, что сердечно-сосудистая система обладает мощным резервом перераспределения кровотока, и по его суммарной мощности на первом месте стоит скелетная мускулатура. Среди всех органов и тканей мышцы занимают главенствующее положение по своему влиянию на центральную гемодинамику. Это объясняется большой массой скелетных мышц (около 40% массы тела) и их способностью к быстрому изменению уровня функцио нальной активности в широких пределах: в состоянии покоя крово ток в поперечно-полосатых мышцах составляет 15-20% от минутно го объема крови (МОК), а при тяжелой работе он может достигать 8085% от МОК. 231 Т а б л и ц а 10 Распределение кровотока в покое и при физических наірузках различной интенсивности (по Н. М. Амосову и Н.А. Брендету, 1975) Органы Физическая нагрузка Тяжелая Органы брюшной полости Почки Мозг Сердце Скелетная мускулатура Кожа Другие органы Итого В нашу задачу не входил анализ биохимических основ физической работоспособности спортсменов. Этой проблеме посвящены многие работы биохимиков спорта. Но есть два биохимических ас пекта, без которых невозможно рассматривать физиологические резервы работоспособности человека. Во-первых, это биоэнергети ческое обеспечение мышечного сокращения, которое выступаете роли резервного фактора при нагрузке различной мощности и на правленности физической работы. Второй аспект — это регулирую щая роль метаболитов, образующихся при мышечной деятельнос ти, которые являются пусковым звеном (через хеморецепторы) централизации кровообращения, препятствующей нарушению то нуса сосудов. Сдвиги биохимических констант при напряженной мышечной работе (метаболический ацидоз, гипоксия и гипоксемия, гиперкапния) являются также важнейшими факторами реф лекторной и гуморальной регуляции различных звеньев кардиореспираторной системы, включая дыхательный и сосудодвигатель ный центры. Все перечисленное выше функциональные резервы физической работоспособности должны рассматриваться не изолированно, а во временной, динамической взаимосвязи. Поэтому построение и трени ровочного процесса, и восстановительных мероприятий, и реабилита ции должно быть тоже динамическим и комплексным, учитывающим разнообразие адаптивных перестроек в организме спортсмена при фи зических нагрузках и закономерную последовательность их включе ния и функционирования на всех этапах его жизнедеятельности. 232 6. ФИЗИОЛОГИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ УТОМЛЕНИЯ СПОРТСМЕНОВ Теоретическое и практическое значение проблемы утомления оп ределяется тем, что ее закономерности являются физиологической основой работоспособности человека и научной организации труда. Это прежде всего предполагает приведение условий труда человека в соответствие с его психофизиологическими возможностями. 6.1. ОПРЕДЕЛЕНИЕ И ФИЗИОЛОГИЧЕСКИЕ МЕХАНИЗМЫ РАЗВИТИЯ УТОМЛЕНИЯ У т о м л е н и е является важнейшей проблемой физиологии спорта и одним из наиболее актуальных вопросов медико-биологи ческой оценки тренировочной и соревновательной деятельности спортсменов. Знание механизмов утомления и стадий его развития позволяет правильно оценить функциональное состояние и работос пособность спортсменов и должно учитываться при разработке ме роприятий, направленных на сохранение здоровья и достижение вы соких спортивных результатов. К настоящему времени имеется около 100 определений понятия утомления и ряд теорий его происхождения. Обилие формулировок само по себе указывает на еще недостаточное знание этого сложного явления и его механизмов. С физиологической точки зрения у т о м л е н и е является функциональным состоянием организма, вызван ным умственной или физической работой, при котором могут на блюдаться временное снижение работоспособности, изменение функций организма и появление субъективного ощущения усталости (Солодков А.С., 1978). Исходя из этого, принято выделять два ос новных вида утомления —физическое и умственное, хотя такое де ление достаточно условно. Таким образом, главным и объективным признаком утомления че ловека является снижение его работоспособности. Однако пониже ние работоспособности не всегда является симптомом утомления. Работоспособность может снизиться вследствие пребывания челове ка в неблагоприятных условиях (высокая температура и влажность воздуха, пониженное парциальное давление кислорода во вдыхае мом воздухе и др.). С другой стороны, длительная работа с умерен ным напряжением может протекать на фоне выраженного утомле ния, но без снижения производительности. Следовательно, сниже ние работоспособности является признаком утомления только тогда, когда известно, что оно наступило вследствие конкретно выполнен ной физической или умственной работы. При утомлении работоспо собность снижается временно, она быстро восстанавливается при 233 ежедневном обычном отдыхе. Состояние утомления имеет свою ди намику — усиливается во время работы и уменьшается в процессе отдыха (активного, пассивного и сна). Утомление можно рассматри вать как естественное нормальное функциональное состояние организма в процессе труда. .'* 1 Другим важным критерием оценки утомления является измене ние функций организма в периодработы. При этом в зависимости от степени утомления функциональные сдвиги могут носить различный характер. В начальной стадии утомления клинико-физиологические и психофизиологические показатели отличаются неустойчивостью и разнонаправленным характером изменений, однако их колебания, как правило, не выходят за пределы физиологических нормативов. При хроническом утомлении, и особенно переутомлении, имеет место од нонаправленное значительное ухудшение всех функциональных пока зателей организма с одновременным снижением уровня профессио нальной деятельности человека (Солодков А.С., 1978,1990). Процесс утомления характеризуется и еще одним признаком — субъективным симптомом, усталостью (тяжесть в голове, конечно стях, общая слабость, разбитость, вялость, недомогание, трудность выполнения работы и т. д.). А. А. Ухтомский усмотрел в усталости не только субъективный признак наличия развивающегося утомления, но и нечто другое и большее, что имеет весьма важное практическое значение. Он считал, что усталость является одновременно и «нату ральным предупредителем утомления». Ощущая усталость, человек снижает темп работы или вовсе ее прекращает. Этим самым предотв ращается «функциональное истощение» корковых клеток и обеспечивается возможность быстрого восстановления работоспособности человека. Автор считал ощущение усталости одним из наиболее чув ствительных показателей утомления. Однако выраженность усталости не всегда соответствует степени утомления, т. е. объективным прямым и косвенным показателям ра ботоспособности. В основе этого несоответствия в первую очередь лежит разная эмоциональная настройка работающего на выполняе мую работу. При выполнении приятной или социально-значимой работы, при высокой мотивации работающего, усталость не возни кает у него в течение длительного времени. Наоборот, при бесцель ной, неинтересной работе усталость может возникнуть, когда объек тивно утомление или вовсе еще не наступило, или выраженность его далеко не соответствует степени усталости. Следовательно, один и тот же признакутомления является инфор мативным только в конкретных условиях деятельности и при опреде ленном состоянии организма. Поэтому для констатации утомления в каждом виде работы целесообразно использовать особый набор пря мых и косвенных показателей, адекватный для данного вида труда. 234 Настойчивые попытки многих исследователей проникнуть в тайны физиологических механизмов состояния утомления приве ли к накоплению обширного экспериментального материала. На основе этих данных было создано много гипотез и теорий, но в на стоящее время в качестве самостоятельных они могут выступать только в историческом аспекте. К их числу следует отнести теорию истощения энергетических ресурсов в мышцах Шиффа (1868), тео рию засорения мышц продуктами обмена Пфлюгера ( 1872), теорию отравления метаболитами Вейхарда (1902) и теорию задушения (вследствие недостатка кислорода) Ферворна ( 1903). Все эти так на зываемые локально-гуморальные теории не полностью вскрывают механизмы утомления, так как в качестве его основной причины рассматривают лишь местные изменения в мышечной ткани, и час тные сдвиги принимаются за общие процессы. Однако каждая из этих теорий правильно отражала одну из многих сторон сложного процесса утомления. Наиболее распространенная в нашей стране центрально-нервная теория утомления, сформулированная И М . Сеченовым в 1903 году, всесторонне развития и дополненная А. А. Ухтомским, связывает воз никновение утомления только с деятельностью нервной системы, в частности, коры больших полушарий. При этом предполагалось, что основой механизма утомления является ослабление основных не рвных процессов в коре головного мозга, нарушение их уравновешен ности с относительным преобладанием процесса возбуждения над бо лее ослабленным процессом внутреннего торможения и развитием ох ранительного торможения. Однако современные электрофизиологические и биохимические ме тоды исследования и полученные на их основе экспериментальные дан ные не позволяют свести причины утомления к изменениям в какомто одном органе или системе органов, в том числе нервной системе. Следовательно, приписывать возникновение первичного утомления какой-либо одной системе неправомерно. В зависимости от состоя ния функций организма и характера деятельности человека первич ное возникновение утомления вариативно и может наблюдаться в различных органах и системах организма. Мышечная работа связана с вовлечением в деятельность многих органов и форм ированием в организме специальной функциональ ной системы адаптации, обеспечивающей конкретную деятель ность человека. Поэтому на снижение работоспособности влияет возникновение функциональных изменений не только в нервной системе, но и в других рабочих звеньях — скелетных мышцах, орга нах дыхания, кровообращения, системе крови, железах внутренней секреции и др. Таким образом, согласно современным представле ниям о физическом утомлении, оно связано, во-первых, с развитием 9 аФ 235 функциональных изменений во многих органах и системах, во-вто рых с различным сочетанием деятельности органов и систем, ухуд шение функций которых наблюдается при том или ином виде физи ческих упражнений. Поэтому создание обшей теории о физиологи ческих механизмах утомления не может основываться на отдель ных системах организма и должно учитывать все многообразие и вариативность характера сдвигов функций, обусловливающих ту или иную деятельность человека. В зависимости от характера рабо ты, ее напряженности и продолжительности ведущая роль в разви тии утомления может принадлежать различным функциональным системам. Итак, утомление является нормальной физиологической реакцией организма на работу. С одной стороны, оно служит очень важным для работающего человека фактором, так как препятствует крайне му истощению организма, переходу его в патологическое состояние, являясь сигналом необходимости прекратить работу и перейти к отдыху. Наряду с этим, утомление играет существенную роль, спо собствуя тренировке функций организма, их совершенствованию и развитию. С другой стороны, утомление ведет к снижениюработос пособности спортсменов, к неэкономичному расходованию энергии и уменьшению функциональныхрезервов организма. Эта сторона утом ления является невыгодной, нарушающей длительное выполнение спортивных нагрузок. 6.2. ФАКТОРЫ УТОМЛЕНИЯ И СОСТОЯНИЕ ФУНКЦИЙ ОРГАНИЗМА Основным фактором, вызывающим утомление, является физи ческая илиумственная нагрузка, падающая на афферентные системы во время работы. Зависимость между величиной нагрузки и степе нью утомления почти всегда бывает линейной, то есть чем больше нагрузка, тем более выраженным и ранним является утомление. По мимо абсолютной величины нагрузки, на характере развития утом ления сказывается еще и ряд ее особенностей, среди которых следует выделить: статический или динамический характер нагрузки, посто янный или периодический ее характер и интенсивность нагрузки. Наряду с основным фактором (рабочей нагрузкой), ведущим к утомлению, существует ряд дополнительных или способствующих факторов. Эти факторы сами по себе не ведут к развитию утомления, однако, сочетаясь с действием основного, способствуют более ранне му и выраженному наступлению утомления. К числу дополнитель ных факторов можно отнести: • факторы внешней среды (температура, влажность, газовый со став, барометрическое давление и др.); 236 • факторы, связанные с нарушением режимов труда и отдыха; • факторы, обусловленные изменением привычных суточных биоритмов, и выключение сенсорных раздражений; • социальные факторы, мотивация, взаимоотношения в коман де и др. Субъективные и объективные признаки утомления весьма много образны, и их выраженность в значительной мере зависит от характера выполняемых упражнений и психофизиологических особенностей человека. К субъективным признакам утомления относится ч у в с т в о у с т а л о с т и , общее или локальное. При этом появляются боли и чувство онемения в конечностях, пояснице, мышцах спины и шеи, желание прекратить работу или изменить ее ритм и др. Еще более разнообразными являются объективные признаки. При любом виде утомления детальное обследование может обна ружить изменения в характере функционирования любой систе мы организма, начиная от двигательной, сердечно-сосудистой и центральной нервной системы и кончая такими, казалось бы, не связанными с непосредственной работой системами, как пищева рительная и выделительная. Такое многообразие изменений отра жает закономерности функционирования организма как единого целого и характеризует непосредственные реакции обеспечения функциональной нагрузки, а также адаптационные и компенса торные сдвиги. При утомлении со стороны центральной нервной системы отмеча ются нарушение межцентральных взаимосвязей в коре головного мозга, ослабление условно-рефлекторных реакций, неравномер ность сухожильных рефлексов, а при переутомлении —развитие не врозоподобных состояний. Изменения сердечно-сосудистой системы характеризуются тахи кардией, лабильностью артериального давления, неадекватными ре акциями на дозированную физическую нагрузку, некоторыми элек трокардиографическими сдвигами. Кроме того, снижается насыще ние артериальной крови кислородом, учащается дыхание и ухудша ется легочная вентиляция, которая при переутомлении может существенно уменьшаться. В крови снижается количество эритроцитов и гемоглобина, отме чается лейкоцитоз, несколько угнетается фагоцитарная активность лейкоцитов и уменьшается количество тромбоцитов. При переутом лении иногда отмечают болезненность и увеличение печени, нару шение белкового и углеводного обмена. Однако все эти изменения не возни кают одновременно и не раз виваются в одном и том же направлении. Их динамика определяется рядом закономерностей, и лишь обнаружив эти закономерности, можно не только понять ход развития утомления, но и дать правиль237 ную оценку состоянию человека и активно противодействовать развивающемуся утомлению. Изменения возникают в первую очередь в тех органах и системах, которые непосредственно осуществляют выполнение спортивной де ятельности. При физической работе - это мышечная система и дви гательный анализатор. Одновременно изменения могут появляться в тех системах и органах, которые обеспечивают функционирование этих основных работающих систем —дыхательной, сердечно-сосу дистой , крови и др. С другой стороны, может быть и такое положе ние, когда уже имеет место снижение функций организма (основных и обеспечивающих систем), а спортивная работоспособность еще со храняется на высоком уровне. Это зависит от морально-волевых качеств спортсмена, мотивации и др. ^ Изменения в некоторых системах, не связанных непосредственно с обеспечением выполнения специальных упражнений, при утомлении имеют принципиально иной еенез и либо являются вторичными, име~ ющими общий, неспецифический характер, либо имеют регуляторное или компенсаторное значение, то есть направлены на сбалансирова ние функционального состояния организма. Из сказанного стано вится очевидным, что ведущее значение в развитии явлений утомле ния имеет центральная нервная система, обеспечивающая интегра цию всех систем организма, регуляцию и приспособление этих сис тем во время работы. Возникшие в процессе утомления изменения функционального состояния центральной нервной системы отража ют, таким образом, двойственный процесс — изменения, связанные с перестройкой функционирования регулируемых систем, и сдвиги, возникающие в связи с процессом утомления в самих нервных структурах. ’ Утомление динамично по своей сущности и в своем развитии име ет несколько последовательно возникающих признаков. Первым признаком возникновения утомления при физической работе явля ется нарушение автоматичности рабочих движений. Второй при знак, который наиболее четко может быть установлен — это нару шение координации движений. Третий признак — значительное напряжение вегетативных функций при одновременном падении производительности работы, а затем и нарушение самого вегета тивного компонента. При выраженных степенях утомления но вые, мало усвоенные двигательные навыки могут угаснуть полно стью. При этом очень часто растормаживаются старые, более прочные навыки, не соответствующие новой обстановке. В спортивной практике это может служить причиной возникнове ния различных срывов, травм и т. д. 238 6.3. ОСОБЕННОСТИ УТОМЛЕНИЯ ПРИ РАЗЛИЧНЫХ ВИДАХ ФИЗИЧЕСКИХ НАГРУЗОК Одним из основных признаков утомления является снижение ра ботоспособности, которая в процессе выполнения различных физи ческих упражнений изменяется по разным причинам; поэтому и фи зиологические механизмы развития утомления неодинаковы. Они обусловлены мощностью работы, ее длительностью, характером уп ражнений, сложностью их выполнения и пр. При выполнении циклической работы максимальной мощности основной причиной снижения работоспособности и развития утом ления является уменьшение подвижности основных нервных процес сов в ЦНС с преобладанием торможения вследствие большого пото ка эфферентной импульсации от нервных центров к мышцам и аф ферентных импульсов от работающих мышц к центрам. Разрушает сярабочая система взаимосвязанной активности корковых нейронов. Кроме того, в нейронах падает уровень содержания АТФ и креатинфосфата, и в структурах мозга повышается содержание тормозного медиатора — гамма-аминомасляной кислоты. Существенное значе ние в развитии утомления при этом имеет изменение функциональ ного состояния самих мышц, снижение их возбудимости, лабильно сти и скорости расслабления. При циклической работе субмаксимальной мощности ведущими причинами утомления являются угнетение деятельности нервных центров и изменения внутренней среды организма. Причина этого — большой недостаток кислорода, вследствие которого развивается гипоксемия, снижается pH крови, в 20-25 раз увеличивается содержа ние молочной кислоты в крови. Кислородный долг достигает макси мальных величин — 20-22 л. Недоокисленные продукты обмена ве ществ, всасываясь в кровь, ухудшают деятельность нервных клеток. Напряженная деятельность нервных центров осуществляется на фоне кислородной недостаточности, что и приводит к быстрому раз витию утомления. Циклическая работа большой мощности приводит к развитию утомления вследствие дискоординации моторных и вегетативных функций. На протяжении нескольких десятков минут должна под держиваться весьма напряженная работа сердечно-сосудистой и ды хательной систем для обеспечения интенсивно работающего орга низма необходимым количеством кислорода. При этой работе кис лородный запрос несколько превышает потребление кислорода и кислородный долг достигает 12-15 л. Суммарный расход энергии при такой работе очень велик, при этом расходуется до 200 г глюко зы, что приводит к некоторому ее снижению в крови. Происходит 239 также уменьшение в крови і иртипи^ надпочечников) Длительность выполнения циклической работы умеренной мощно сти приводит к развитию охранительного торможения в ЦНС, ис тощению энергоресурсов, напряжению функции кислородтранспортной системы, желез внутренней системы и изменению обмена веществ В организме снижаются запасы гликогена, что ведет к уменьшению содержания глюкозы в крови. Значительная потеря организмом воды и солей, изменение их количественного соотно__________ — „ . п а т г г n n U M M ' P U M I A ТЛЯ _ также Ш С Г ІП 7І. -----Г) ботоспособности и возникновению утомления у спортсменов. Вмеханизме развития утомления при длительной физическои работе могут играть определенную роль изменения белкового обмена и снижение функций желез внутренней секреции. При этом в крови снижается концентрация глюко— и минералкортикоидов, катехо ламинов и гормонов щитовидной железы. Вследствие этих измене ний, а также в результате длительного влияния монотонных аффе рентных раздражений в нервных центрах возникает торможение. Угнетение деятельности этих центров приводит к снижению эф фективности регуляции движений и нарушению их координации. При длительном выполнении работы в разных климатических ус ловиях развитие утомления, кроме того, может быть ускорено нару шением терморегуляции. л ( I .:^ U Пои оазличных видах ациклических движений механизмы разтакже нии ситуационных упражнений, при разных формах работы пере менной мощности большие нагрузки испытывают высшие отделы головного мозга и сенсорные системы, так как спортсменам необхо димо постоянно анализировать изменяющ уюся ситуацию, про переключение и структуры движений, что и приводит к развитию утомления. В некоторых видах спорта (например, футбол) существенная роль принадлежит недостаточности кислородного обеспечения и разгимнастических уп ражнений и в единоборствах, утомление развивается вследствие снижения функциональ ного состояния мышц (уменьшается их сила и возбудимость, сни жается скорость сокращ ения и расслабления). При статической работе основными причинами утомления являются непрерывное напряжение нервных центров и мышц, выклю чение деятельности менее устойчивых мышечных волокон и большой поток афферен тных и эфферентных импульсов между мышцами и моторными центрами. J а - 240 «М* Ш _ Шт Ш ШШ ШШ Л Я _ 6.4. ПРЕДУТОМЛЕНИЕ, ХРОНИЧЕСКОЕ УТОМЛЕНИЕ И ПЕРЕУТОМЛЕНИЕ В последние десятилетия выдвинуто представление о п р е д у т о м л е н и и и л и с к р ы т о м у т о м л е н и и , под которым понимается наличие приработе существенных функциональных изме нений со стороны некоторых органов и систем, но компенсированных другими функциями, вследствие чегоработоспособность человека со храняется на прежнем уровне. Такая трактовка начальных явлений утомления вполне оправдана. Действительно при выполнении неко торых циклических упражнений (легкая атлетика, бег на коньках и лыжах, велогонки, плавание) при неизменной скорости движения отмечается учащение темпа и уменьшение длины шага(гребка). Сни жение же скорости передвижения начинается лишь тогда, когда уча щение темпа уже не компенсирует уменьшение шага или когда темп также начинаетурежаться. При этом важно подчеркнуть, что учаще ние темпа и уменьшение шага возникает задолго до того времени, когда для спортсмена становится невозможным сохранять исходные величины этих показателей. Аналогично этому поддержание необ ходимого рабочего уровня минутного объема дыхания (и соответ ственно, потребления кислорода) возможно за счет повышения час тоты дыхания, компенсирующего понижение глубины дыхания в начальные моменты утомления (рис. 27). Следовательно, такие рано 50 40 30 20 10 0 5 10 15 мин Рис. 27. Изменения минутного объема дыхания (МОД), частоты дыхания (ЧД) и глубины дыхания (ГД) в процессе бега По абсциссе: время, мин, цифры сверху — температура тела; по ординате: слева МОД, л/мин, и ЧД, вд./мин, справа ГД, л. — 241 возникающие изменения носят профилактический характер, они направлены на предупреждение или задержку развития утомления и свидетельствуют о совершенстве регуляции различных органов и си стем. Таки м образом, развитие скрытого утомления обусловлено изме нениями координации двигательных и вегетативных функций без сни жения эффективностиработы. В физиологическом механизме воз никновения этой стадии утомления важная роль принадлежит ус ловным рефлексам и развитию экстраполяции. Благодаря им хоро шо тренированный человек значительно лучше использует функциональные резервы организма для смены форм координации двигательных и вегетативных функций с целью предотвращения или отсрочки развития утомления. Иногда скрытую стадию утомления называют еще компенсиро ванной, а при существенно выраженных признаках утомления декомпенсированной формой (Моногаров В.Д., 1986). Такая класси фикация утомления, на наш взгляд, является неудачной как по фор ме, так и по содержанию. Утомление — это нормальная реакции организма наработу. Компенсация и особенно декомпенсация функ ций патологические ы, на повреждения функционального проявлениями некорректно и теряет всякий физиологический смысл как в теоретическом плане, так и особенно при разработке практических мероприятий по предупреждению развития утомле ния. Поэтому наиболее целесообразно выделять просто утомление (без каких-либо определений) как нормальное функциональное со стояние организма во время работы, признаки которого полностью исчезают после обычного (регламентированного) отдыха. При дли тельной или интенсивной работе, нарушении режимов труда и отды ха симптомы утомления кумулируются и оно может переходить в хроническое утомление и переутомление (Солодков А.С., 1978). Х р о н и ч е с к о е у т о м л е н и е — это пограничное функциональ ное состояние организма, которое характеризуется сохранением к началу очередного трудового цикла субъективных и объективных при знаков утомления от предыдущей работы, для ликвидации которых необходим дополнительный отдых. Хроническое утомление возни кает во время длительной работы при нарушении режимов труда и отдыха, сновными субъективными признаками его являются ощущение усталости перед началом работы, быстрая утомляемость, здражительность, неустойчивое настроение; объективно при цмтр*и™1^ЧаеТСЯ ВЬ1Раженное изменение функций организма, зна„ снижение спортивных результатов и появление ошибоч ных действий. 242 При хроническом утомлении необходимый уровень спортивной ра ботоспособности может поддерживаться лишь кратковременно за счет повышения биологической цены и быстрогорасходования функци ональныхрезервов организма. Для ликвидации неблагоприятных из менений функций организма и сохранения спортивной работоспо собности необходимо устранить нарушения режимов тренировок и отдыха и предоставить спортсменам дополнительный отдых. При несоблюдении этих мероприятий хроническое утомление может пе рейти в переутомление. П е р е у т о м л е н и е —это патологическое состояние организма, которое характеризуется постоянным ощущением усталости, вя лостью, нарушением сна и аппетита, болями в области сердца и других частях тела. Для ликвидации этих симптомов дополнитель ного отдыха недостаточно, атребуется специальное лечение. Наря ду с перечисленными, объективными признаками переутомления являются резкие изменения функций организма, часть которых выходит за пределы нормальных колебаний, потливость, одышка, снижение массы тела, расстройства внимания и памяти, атипичные реакции на функциональные пробы, которые часто не доводятся до конца. Главным объективным критерием переутомления является рез кое снижение спортивныхрезультатов и появление грубых ошибок п ри выполнении специальных физических упражнений. Спортсмены с признаками переутомления должны быть отстранены от тренировок и соревнований и подвергнуты медицинской коррекции. Осуществленная в последние годы физиологами труда (Сапов И. А., СолодковА. С., Щеголев В. С., \9Щ количественная оценкаработос пособности различных специалистов позволила установить, что сни жение прямых и косвенных ее показателей до 15% по сравнению с ис ходными свидетельствует о развитии в организме явлений утомле ния, 16-19%—говорит о наличии хронического утомления, а снижение на 20% и более указывает на возникновение переутомления. 7. ФИЗИОЛОГИЧЕСКАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА ВОССТАНОВИТЕЛЬНЫХ ПРОЦЕССОВ Восстановительные процессы — важнейшее звено работоспособ ности спортсмена. Способность к восстановлению при мышечной, деятельности является естественным свойством организма, суще ственно определяющим его тренируемость. Поэтому скорость и ха рактер восстановления различных функций после физических на грузок являются одним из критериев оценки функциональной под готовленности спортсменов. 243 7.1. ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА ПРОЦЕССОВ ВОССТАНОВЛЕНИЯ Во время мышечной деятельности в организме спортсменов про исходят связанные друге другом анаболические и катаболические процессы, при этом диссимиляция преобладает над ассимиляцией. В соответствии с концепцией академика В. А. Энгельгардта (1953), всякая реакция расщепления вызывает или усиливает в организме реакции ресинтеза, которые после прекращения трудовой деятель ности ведут к преобладанию процессов ассимиляции. В это время восполняются израсходованные во время тренировочной и соревно вательной работы энергоресурсы, ликвидируется кислородный долг, удаляются продукты распада, нормализуются нейроэндокринные, анимальные и вегетативные системы, стабилизируется гомеостаз. Вся совокупность происходящих в этот период физиологических, био химических и структурных изменений, которые обеспечивают пере ход организма от рабочего уровня к исходному (дорабочему) состоя нию, и объединяется понятием в о с с т а н о в л е н и е . При характеристике восстановительных процессов следует исхо дить из учения И. П. Павлова о том, что процессы истощения и вос становления в организме (деятельном органе) тесно связаны между собой и с процессами возбуждения и торможения в ЦНС. Это поло жение полностью подтверждено экспериментальными исследовани ями Г. В. Фольборта (1951), в которых была установлена тесная связь между процессами истощения и восстановления функцио нальных потенциалов в работающем органе. Показано также, чем больше энергетические траты во время работы, тем интенсивнее про цессы их восстановления. Однако, если истощение функциональ ных потенциалов в процессе работы превышает оптимальный уро вень, то полного восстановления не происходит. В этом случае фи зическая нагрузка вызывает дальнейшее угнетение процессов кле точного анаболизма. При несоответствии реакций обновления в клетках катаболическим процессам в организме могут возникать структурные изменения, ведущие к расстройству функций и даже повреждению клеток. После окончания физических нагрузок в организме человека не которое время сохраняются функциональные изменения, присущие периоду спортивной деятельности, и лишь затем начинают осуще ствляться основные восстановительные процессы, которые носят неоднородный характер. При этом важно подчеркнуть, что вслед ствие функциональных и структурных перестроек, осуществляю щихся в процессе восстановления, функциональные резервы организма расширяются и наступает с в е р х в о с с т а н о в л е н и е ( с у п е р компенсация). 244 Процессы восстановления различных функций в организме мо гут быть разделены натри отдельных периода. К п е р в о м у (р а б о ч е м у ) п е р и о д у относят те восстановительные реакции, которые осуществляются уже в процессе самой мышечной работы (восстановление АТФ, креатинфосфата, переход гликогена в глюкозу иресинтез глюкозы из продуктов еераспада —глюконеогенез). Рабочее восстановление поддерживает нормальное функциональное состояние организма и допустимые параметры основных гомеостатических констант в процессе выполнения мышечной нагрузки. Рабочее восстановление имеет различный генез в зависимости от напряженности мышечной работы. При выполнении умерен ной нагрузки поступление кислорода к работающим мышцам и органам покрывает кислородный запрос организма и ресинтез АТФ осуществляется аэробным путем. Восстановление в этих слу чаях протекает при оптимальном уровне окислительно-восстановительных процессов. Такие условия наблюдаются при малоин тенсивных тренировочных нагрузках, а также на отдельных учас тках бега на длинные дистанции, который характеризуется истин ным устойчивым состоянием. Однако при ускорении, а также в состоянии «мертвой точки» аэробный ресинтез дополняется анаэ робным обменом. Смешанный характер ресинтеза АТФ и креатинфосфата по ходу работы свойственен упражнениям, лежащим в зоне большой мощ ности. При выполнении работы максимальной и субмаксимальной мощности возникает резкое несоответствие между возможностями рабочего восстановления и скоростью ресинтеза фосфагенов. Это одна из причин быстрого развития утомления при этих видах на грузок. В т о р о й ( р а н н и й ) п е р и о д восстановления наблюдается непосредственно после окончанияработы легкой и средней тяжести в течение нескольких десятков минут и характеризуется восстановле нием ряда уже названных показателей, а также нормализацией кис лородной задолженности, гликогена, некоторых физиологических, биохимических и психофизиологических констант. Раннее восстановление лимитируется главным образом временем погашения кислородного долга. Погашение алактатной части кисло родного долга происходит довольно быстро, в течение нескольких минут, и связано с ресинтезом АТФ и креатинфосфата. Погашение лактатной части кислородного долга обусловлено скоростью окисле. __ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _-_ _ _ _ _rvMTi п п и т а ггI и л и ЛТПМ/Р ПЛ при длительном работе увеличивается в 20-25 раз по сравнению с исходным, а ликви дация этой части долга происходит в течение 1.5-2 часов. Т р е т и й ( п о з д н и й ) п е р и о д восстановления отмечается после длительной напряженной работы (бег на марафонские дис 1 1/1 245 танции, многокилометровые лыжные и велосипедные гонки) и за тягивается на несколько часов и даже суток. В это время нормали зуется большинство физиологических и биохимических показате лей организма, удаляются продукты обмена веществ, восстанавли ваются водно-солевой баланс, гормоны и ферменты. Эти процессы ускоряются правильным режимом тренировок и отдыха, рацио нальным питанием, применением комплекса медико-биологичес ких, педагогических и психологических реабилитационных средств. щ * ^чиМСМф 7.2. ФИЗИОЛОГИЧЕСКИЕ МЕХАНИЗМЫ ВОССТАНОВИТЕЛЬНЫХ ПРОЦЕССОВ Как и любой процесс, происходящий в организме, восстановле ние регулируется двумя основными механизмами — нервным (за счет условных и безусловных рефлексов) и гуморальным. При этом одни авторы (Смирнов К. М., 1970) указывают на ведущую роль не рвной регуляции при восстановлении, другие (Виру А. А., 1988; Вол ков В. М., 1990) сообщаютодоминирующем влиянии гуморальной. По мнению последних, именно накопление продуктов обмена ве ществ и гормональные изменения в процессе физических нагрузок определяют скорость, интенсивность и продолжительность восста новительных процессов. ■ - ,v-' Можно полагать, что в данном случае дело обстоит несколько ина че. Прежде всего следует иметь в виду, что в целостном организме, особенно во время ответственной и напряженной работы и после ее окончания, отделятьодин механизм от другого нельзя. Влюбом пе риоде восстановления (рабочем, раннем, позднем) регуляция этого процесса осуществляется при участии как нервного, так и гумораль ного механизмов. Вместе с тем очевидно, что на разных этапах дея тельности человека их роль неодинакова. -■ Нервный механизм пегхляиии. как fin ПРР. fil-ЛГТПКІМ ППРМ'ПР ПГРГП осуществляет восстановление сти и в раннем периоде восстановления. С помощью нервного мехапполпа п^піУіуш^і вспии pci у/шруется нормализация внутренней сре ды организма, главным образом через сердечно-сосудистую и дыха тельную системы (доставка кислорода, питательных веществ, удале ние продуктов обмена). Более медленный гуморальный механизм регуляции обесімчіівает прежде всего восстановление водно-солевого обмена, запасов глюко зы и гликогена, а также ферментов и гормонов. Однако, еще раз под черкиваем, что в процессе трудовой и спортивной деятельности чело века регуляция органов, систем и их функций в целом осуществляется только совместным, нервно-гуморальным путем. 246 Во время работы и после ее окончания нервно-гуморальный меха низм регулирует, с одной стороны, процессы освобождения и моби лизации энергии, что принято считать эрготропным направлением регуляции, а с другой, — процессы, усиливающие анаболизм, т. е. трофотропноенаправление регуляции (Королев J1.А., 1977). Многочисленные наблюдения за ходом восстановления различ ных функций организма спортсменов выявляют некоторые осо бенности в регуляции этих реакций. При изучении функций гемо динамики в периоде раннего восстановления после спортивных на грузок отчетливо прослеживались своеобразные соотношения адренэргических и холинэргических влияний на регуляцию сердечно-сосудистой системы. Так, относительно быстрое восста новление частоты сердечных сокращений, ударного объема крови и времени систолы указывает на преимущественно адренэргические влияния. Более медленно регулировались и нормализовывались ар териальное кровяное давление, время диастолы, тонус мышечных артерий и периферическое сопротивление кровотоку. Такие осо бенности на данном этапе восстановления обеспечивают своеобраз ную экономизацию метаболических процессов, выражающуюся в общем снижении потребления кислорода и аккумуляции лактата (холинэргическое влияние). Наблюдаемая заметная вариативность восстановления зависит также от индивидуальных особенностей спортсменов, уровня их тренированности и характера мышечной работы. Для наиболее бы строго и полного восстановления, свойственного тренированным людям, характерна ускоренная перестройка регуляции втрофотропном направлении. Ускорение этого перехода обусловлено снижени ем тонуса симпатического отдела и повышением тонуса парасимпа тического отдела вегетативной иннервации в процессе систематичес ких тренировок. В ходе специальных исследований установлено, т о в фазе ран него восстановления около 50% составляют эрготропныереакции, на долютрофотропных реакций приходится примерно 20%, и 30% принадлежат смешанному направлению регуляции. В фазе поздне го восстановления более половины составляют трофотропные про цессы, что, по-видимому, является метаболической базой для об разования в организме «структурного следа» долговременной адаптации. Как и всякие системы с обратной связью, восстановительные процессы вследствие функциональных и структурных перестроек приводят к супервосстановлению. Это явление составляет одну из важнейших физиологических основ тренировки, которое, расширяя функциональные резервы организма, обеспечивает рост силы, быст роты и выносливости. 247 7.3. ФИЗИОЛОГИЧЕСКИЕ ЗАКОНОМЕРНОСТИ ВОССТАНОВИТЕЛЬНЫХ ПРОЦЕССОВ В настоящее время большинство исследователей (Луговцев В. П., 1988; Волков В. М., 1990; Солодков А. С., 1990, и др.) сводят основные физиологические закономерности восстановительных процессов к следующему: их неравномерности, гетерохронности, фазовому ха рактеру восстановления работоспособности, избирательности вос становления и ее тренируемости. 1. Н е р а в н о м е р н о с т ь в о с с т а н о в и т е л ь н ы х п р о ц е с с о в впервые была установлена А. Хиллом (1926) при анализе ликви дации кислородной задолженности организма. Автор показал, что сразу после окончания работы восстановление идет быстро, а затем скорость его снижается и наблюдается фаза медленного восстановле ния, В последующем было показано, что наличие двух фаз восста новления отмечается, как правило, после тяжелой физической рабо ты. После умеренных нагрузок погашение кислородного долга носит однофазный характер, т. е. наблюдается только фаза быстрого вос становления. va Факт неравномерного восстановления в дальнейшем был отмечен в динамике показателей сердечно-сосудистой системы, органовды хания, нервно-мышечного аппарата, картины периферической кро ви и обмена веществ. Тщательный анализ этих данных привел к зак лючению о том, что физиологические константы организма восста навливаются на различных этапах последействия с разной скорос тью. Этот факт составляет принципиальную особенность послерабочих функциональных сдвигов, которую следует учиты вать при регламентации режимов труда и отдыха и при выборе такти ки применения различных средств рекреации. 2. В основе г е т е р о х р о н н о с т и в о с с т а н о в л е н и я лежит принцип саморегуляции, свидетельствующий в данном случае отом, что неодновременное протекание различных восстановительных процессов обеспечивает наиболее оптимальную деятельность целос тного организма. В частности, многолетний опыт наблюдений за спортсменами показывает, что сразу после окончания физических нагрузок восстанавливаются алактатная фаза кислородного долга и фосфагены. Через несколько минут отмечается нормализация пуль са, артериального давления, ударного и минутного объемов крови, скорости кровотока, то есть тех показателей, которые обеспечивают восстановление лактатной фазы кислородного долга. Спустя не сколько часов после нагрузок восстанавливаются показатели внеш него дыхания, глюкоза и гликоген. Обмен веществ, периферическая кровь, водно-солевой баланс, ферменты и гормоны восстанавлива ются через несколько суток. Таким образом, в различные временные 248 интервалы восстановительного периода функциональное состояние организма неоднозначно. Это следует принимать во внимание, пла нируя характер нагрузок и реабилитационные мероприятия. 3. Следующей особенностью послерабочих изменений является ф а з н о с т ь в о с с т а н о в л е н и я , которая, в частности, выражается в изменении уровня работоспособности. Вдинамике восстановления работоспособности различаюттри фазы. • Сразу после напряженной работы наблюдается тенденция к восстановлению до исходного уровня, что соответствует фазе пониженной работоспособности. Повторные нагрузки в этот период вырабатывают выносливость. • Вдальнейшем восстановление продолжаетувеличиваться, на ступает сверхвосстановление, соответствующее фазе повышен ной работоспособности; повторные нагрузки в эту фазу повы шают тренированность. • Восстановление до исходного уровня соответствует фазе ис ходной работоспособности; повторные нагрузки в это время мало эффекта вны и л и шь поддерживают состояние трениро ванности (рис. 28). 4. Различный характер деятельности человека оказывает избира тельное влияние на отдельные функции организма, на разные сторо ны энергетического обмена. И з б и р а т е л ь н о с т ь в о с с т а н о в и т е л ь н ы х п р о ц е с с о в подчиняется этим же закономерностям. Понимание избирательного характера тренировочных и соревнова тельных нагрузок, атакже избирательного характера восстановления позволяет целенаправленно и эффективно управлять двигательным аппаратом, вегетативными функциями и энергетическим обменом. Избирательность восстановительных процессов после трениро вочных и соревновательных нагрузок определяется и характером энергообеспечения. После работы преимущественно аэробной на правленности восстановительные процессы показателей внешнего Рис. 28. Значение восстановительных процессов в изменении работоспособности Черные прямоугольники — период работы, горизонтальная линия — исходный уровень работоспособности. / — поддерживание исходной работоспособности при длительных интервалах отдыха; II — снижение работоспособности при недостаточном восстановлении; / / / — повышение работоспособности при повторной работе в период суперкомпенсации. II 249 дыхания, фазовой структуры сердечного цикла, функциональной устойчивости к гипоксии происходят медленнее, чем после нагрузок анаэробного характера. Такая особенность прослеживается как после отдельных тренировочных занятий, так и после недельных микро циклов. 5. Развитие и совершенствование долговременной адаптации во время тренировок к физическим нагрузкам проявляется на разных этапах спортивной деятельности (врабатывание, устойчивая рабо тоспособность), атакже и в период восстановления. Восстановитель ные процессы, происходящие в различных органах и системах, под вержены т р е н и р у е м о с т и . Другими словами, в ходе развития адаптированности организма к нагрузкам восстановительные про цессы улучшаются, повышается их эффективность. У нетренирован ных лиц восстановительный период удлинен, а фаза сверхвосстанов ления выражена слабо. У высококвалифицированных спортсменов отмечаются непродолжительный период восстановления и более значительные явления суперкомпенсации. Таким образом, анализ физиологических закономерностей вос становительных процессов свидетельствует не только об определен ном теоретическом интересе, но и существенном прикладном их зна чении. Важная роль медико-биологических особенностей восста новления и их реализация в практике тренировочной деятельности будут способствовать достижению высоких спортивных результа тов, правильному применению реабилитационных мероприятий и самое главное — сохранению здоровья спортсменов. 7.4. ФИЗИОЛОГИЧЕСКИЕ МЕРОПРИЯТИЯ ПОВЫШЕНИЯ ЭФФЕКТИВНОСТИ ВОССТАНОВЛЕНИЯ В настоящее время все мероприятия, направленные на ускорение восстановительных процессов, делят на педагогические, психологи ческие, медицинские и физиологические. Если первые три вида дос таточно хорошо известны и отражены в литературе, то по поводу фи зиологических мероприятий ясности нет. Конечно, в какой-то мере они взаимосвязаны с медицинскими и другими мероприятиями, но имеют и свои особенности. Что же такое ф и з и о л о г и ч е с к и е м е р о п р и я т и я по у с к о р е н и ю п р о ц е с с о в в о с с т а н о в л е н и я ? Их теоретическое обоснование построено на представ лениях о физиологических закономерностях спортивной деятельно сти и функциональных резервах организма. Они включают в себя контроль за состоянием функций организма, динамикой работоспо собности и утомления в период тренировки и соревнований, а также мобилизацию и использование функциональныхрезервов организма для ускорения восстановления. Интегральным критерием оценки эффек 250 тивности восстановительных процессов является уровень общей и специальнойработоспособности. Все восстановительные физиологические мероприятия могут быть разделены на постоянные и периодические. Мероприятия первой группы проводятся с целью профилактики неблагоприятных функ циональных изменений, сохранения и повышения неспецифичес кой резистентности и физиологических резервов организма, предуп реждения развития раннего утомления и переутомления спортсме нов. Ктаким мероприятиям относятся рациональный режимтренировок и отдыха, сбалансированное питание, дополнительная витаминизация, закаливание, общеукрепляющие физические уп ражнения, оптимизация эмоционального состояния. Эти мероприятиядостаточнохорошо известны, реализуются в спортивной практи ке и не требуют дополнительного обоснования. Мероприятия второй группы осуществляются по мере необходи мости с целью мобилизации резервных возможностей организма для поддержания, экстренного восстановления и повышения работоспо собности спортсменов. К мероприятиям этой группы относят раз личные воздействия на биологически активные точки, вдыхание чи стого кислорода при нормальном и повышенном атмосферном дав лении (гипербарическая оксигенация), гипоксическую тренировку, массаж, применение тепловых процедур, ультрафиолетовое облуче ние, а также использование биологических стимуляторов и адаптогенов, не относящихся к допингам, пищевых веществ повышенной биологической активности и некоторые другие. Часть мероприятий этой группы апробирована и внедрена в практику спорта, в отношении других (особенно фармакологичес ких средств) следует говорить пока с определенной осторожностью. Во-первых, отдельные вещества, не относившиеся ранее к допин гам, начинают причислять к последним, а во-вторых, системати ческое применение некоторых препаратов может приводить к исто щению резервных возможностей организма, снижению его неспе цифической устойчивости и возникновению ряда патологических состояний. Из числа биологически активных веществ, рекомендуемых для ускорения восстановительных процессов и повышения работоспо собности, наибольшее распространение получили растительные сти муляторы и адаптогены (женьшень, элеутерококк, левзея, китайс кий лимонник, заманиха и др.). Они характеризуются широким ди апазоном действия, низкой токсичностью, возможностью использо вания их как в качестве тонизирующих и стимулирующих средств при выполнении ответственных работ, так и с целью ускорения адап тации, повышения обшей неспецифической резистентности орга низма и улучшения восстановительных процессов. 251 В экстренных случаях можно рекомендовать препараты, стиму лирующего действия, которые быстро снимают усталость, ускоряют восстановление пластических и энергетических процессов и повы шают работоспособность; положительное действие при этом появля ется лишь на фоне выраженного утомления. К числу таким препара тов относят сиднокарб, биметил, пироцетам, олифен и актовит. Они восстанавливают функциональное состояние путем срочной моби лизации сохранившихся резервных возможностей организма. Одна ко следует иметь в виду, что длительное применение подобных ве ществ без дополнительного отдыха может приводить к возникнове нию нежелательных изменений в организме. Поэтому непременным условием достижения благоприятного эффекта является правиль ный выбор курса приема, а также индивидуализация дозировки в зависимости от функционального состояния организма и характера спортивной деятельности. Контроль за восстановлением функций организма и работоспособ ности — довольно трудная задача, для решения которой требуются подготовленные специалисты, необходимое аппаратурное обеспече ние и условия для проведения исследований. Однако существуют ре комендации по использованию более простых методических приемов. В частности, для оценки эффективности восстановления при заняти ях оздоровительными физическим упражнениями Е. Г. Мильнер (1985) рекомендует использовать пульсометриюили ортостатическую пробу. Если при ежедневном подсчете частоты пульса утром после сна лежа его колебания не превышают 2-4 уд ■м и н 1, можно полагать, что нагрузка адекватна функциональным возможностям организма и вос становительные процессы протекают нормально. При выполнении ортостатической пробы в этих условиях (подсчет пул ьса лежа и после медленного вставания) принято считать, что разница пульсовых уда ров менее 16 свидетельствует о хорошем восстановлении, при разнице 16-18 ударов — восстановительные процессы удовлетворительные, и если частота сердечных сокращений повысилась на 18 уд ■м и н 1и более — это говорите переутомлении и неполном восстановлении. Существуют и другие аналогичные рекомендации. Совершенно очевидно, что некоторые из названных физиологи ческих восстановительных мероприятий используются педагогами, психологами и спортивными врачами, что, во-первых— характери зует восстановление как комплексную проблему, а во-вторых, гово рит о том, что физиологические закономерности функционирования организма должны учитываться и учитываются различными специа листами. В заключение отметим, что проблема восстановления в спорте состоит в дальнейшем изыскании и разработке наиболее эф фективных реабилитационных средств и особенно в научном обо сновании системы их применения. 252 Раздел II ЧАСТНАЯ СПОРТИВНАЯ ФИЗИОЛОГИЯ К разделу частной спортивной физиологии, как уже указывалось выше, относятся физиологическая классификация физических уп ражнений, характеристика двигательных качеств и навыков и осо бенности функционального состояния и работоспособности лиц раз ного возраста и пола в особых условиях внешней среды. Важной фи зиологической особенностью этого раздела является также, рассмот рение механизмов и закономерностей функционирования организма при специфической профессиональной деятельности спортсменов с учетом ихтренированности и генетической обуслов ленности. 8. ФИЗИОЛОГИЧЕСКАЯ КЛАССИФИКАЦИЯ И ХАРАКТЕРИСТИКА ФИЗИЧЕСКИХ УПРАЖНЕНИЙ Физические упражнения — это двигательная деятельность, с по мощью которой решаются задачи физического воспитания — обра зовательная, воспитательная и оздоровительная. Физические упражнения чрезвычайно многообразны. Для их классификации невозможно применить один единственный крите рий. Этим объясняется наличие различных систем физиологической классификации по разным критериям, положенным в их основу. 8.1. РАЗЛИЧНЫЕ КРИТЕРИИ КЛАССИФИКАЦИИ УПРАЖНЕНИЙ В связи с многообразием физических упражнений, различными их формами и физиологическими механизмами в основу классифи кации положены различные критерии. Среди них различают следу ющие основные критерии. • Энергетические критерии — классифицирующие упражнения по преобладающим источникам энергии (аэробные и анаэроб ные) и по уровню энерготрат (единичным — ккал в I с) и сум марные, на всю выполненную работу). • Биомеханические — выделяющие по структуре движений уп ражнения циклические, ациклические и смешанные. • Критерии ведущего физического качества — упражнения сило вые, скоростные, скоростно-силовые, упражнения на вынос ливость, координационные или сложно-технические. • Критерии предельного времени работы подразделяющие уп ражнения по зонам относительной мощности. 253 Предлагали также классифицировать упражнения по отношению мощности энерготрат к основному обмену (Seliger V., 1972), учиты вали взаимодействие со спортивным снарядом и человека с челове ком (Фомин В. С., 1985); классифицировали виды спорта по соотно шению интенсивности статической и динамической работы и степени опасности для здоровья (Mitchell at all., 1985). Выделяли также 2 груп пы спортивных упражнений: 1) связанные с предельными физичес кими нагрузками и развитием физических качеств и 2) технические, требующие специальных психофизиологических качеств автомо тоспорт, санный, парусный, парашютный, конный спорт, дельтапла неризм и др. (Коц Я. М . 1986). Существует также ряд педагогических классификаций упражнений, которые здесь не рассматриваются. Классификация по энергетическим критериям рассматривает подразделение спортивных упражнений по преобладающему источ нику энергии: анаэробные алактатные (осуществляемые за счет энергии фосфагенной системы —АТФ и КрФ), анаэробные лактатные (за счет энергии гликолиза — распада углеводов с образованием молочной кислоты) и аэробные (за счет энергии окисления углево дов и жиров). Соотношение аэробных и анаэробных источников энергии зависит от длительности работы (табл. 11). Таблица 11 Соотношение анаэробных и аэробных источников энергии (%) при различной длительности физических упражнений (по: P. Astrand et al., 1970; И. В. Аулик, 1979) Путь энерго-продукции Анаэробный Аэробный Продолжительность работы Юс 1 мин 2 мин 4 мин 10 мин 30 мин 1 час 2 часа 85 15 70 30 50 50 30 70 10 90 5 95 2 98 1 99 При классификации по уровню энерготрат выделяют упражне ния по величине суммарных и единичных затрат энергии. С увеличе нием длины дистанции суммарные энерготраты растут, а единичные снижаются. 8.2. СОВРЕМЕННАЯ КЛАССИФИКАЦИЯ ФИЗИЧЕСКИХ УПРАЖНЕНИЙ Общепринятой в настоящее время считается классификация физических упражнений, предложенная В. С. Фарфелем (1970). В этой системе в силу многообразия и разнохарактерности физичес254 ких упражнений применены различные критерии классификации (см. схему классификации). Схема физиологической классификации упражнений в спорте (по В. С. Фарфелю, 1970) ПОЗЫ • Лежание • Сидение • Стояние • Опора на руки ДВИЖЕНИЯ I. Стереотипные (стандартные) движения 1) Качественного значения (с оценкой в баллах) 2) Количественного значения ( с оценкой в килограммах, метрах, секундах) Циклические По зонам мощности: • Максимальной • Субмаксимальной • Большой • Умеренной Ациклические • Собственно-силовые • Скоростно-силовые • Прицельные II. Ситуационные (нестандартные) движения • Спортивные игры • Единоборства • Кроссы Все спортивные упражнения разделены первоначально на позы и движения. Затем все движения подразделены по критерию стандарт ности на стандартные или стереотипные (с повторяющимся поряд ком действий) и нестандартные или ситуационные (спортивные игры и единоборства). Стандартные движения разбиты на 2 группы по характеру оценки спортивного результата — на упражнения каче ственного значения (с оценкой в баллах — гимнастика, фигурное ка тание, прыжки в воду и др.) и количественного значения (с оценкой в килограммах, метрах, секундах). Из последних выделены упражне ния с разной структурой — ациклические и циклические Среди ациклических упражнений выделены собственно-силовые (тяжелая атлетика), скоростно-силовые (прыжки, метания) и прицельные (стрельба). Циклические упражнения по предельному времени работы разделены по зонам относительной мощности — максимальной мощности (продолжающиеся до 10-30 с), субмаксимальной (от 30-40 с до 3-5 256 мин), большой (от 5-6 мин до 20-30 мин) и умеренной мощности (от 30-40 мин до нескольких часов). При этом учитывалось, что физи ческая нагрузка не равна физиологической нагрузке на организм че ловека, а основной величиной, характеризующей физиологическую нагрузку является предельное время выполнения работы. Анализ спортивных рекордов на различных дистанциях у бегунов, конько бежцев, пловцов и др. позволил построить логарифмическую зави симость между логарифмом интенсивности энерготрат (и соответ ственно скорости прохождения дистанций) и логарифмом предель ного времени работы. На графике этой зависимости выделились 4 различных участка: 1) с наивысшей скоростью (около Ю м е 1) — зона максимальной мощности; 2) со скоростью близкой к максимальной (с резким падением скорости в диапазоне от 10 до 7 м -с 1) — зона субмаксимальной мощности; 3) с более медленным падением скорос ти (7 — 6 м-с'1) и 4) зона с новым резким падением скорости (до 5 м с 1 и менее) — зона умеренной мощности. 8.3. ФИЗИОЛОГИЧЕСКАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА СПОРТИВНЫХ ПОЗ И СТАТИЧЕСКИХ НАГРУЗОК Двигательная деятельность человека проявляется в поддержании позы и выполнении моторных актов. П о з а — это закрепление частей скелета в определенном положе нии. При этом обеспечивается поддержание заданного угла или необ ходимого напряжения мышц. При сохранении позы скелетные мышцы осуществляют две фор мы механической реакции — тонического напряжения (пока воз можно достаточно стабильное сохранение позы) и фазных (тетанических) сокращений (для коррекции позы при ее заметных отклоне ниях от заданного положения и при больших усилиях). О с н о в н ы е п о з ы , которые сопровождают спортивную де ятельность, — это лежание (плавание, стрельба), сидение (гребля, авто-, вело- и мотоспорт, конный спорт и др.), стояние (тяжелая атле тика, борьба, бокс, фехтование и др.), с опорой на руки (висы, стой ки, упоры). При л е ж а н и и усилия мышц минимальны, с и д е н и е требуетнапряжения мышцтуловища и шеи, а с т о я н и е — из-за высокого положения общего центра масс и малой опоры —зна чительных усилий антигравитационных мышц-разгибателей задней поверхности тела. Наиболее сложными являются п о з ы с о п о р о й н а р у к и . В позах «вис» и «упор» координация менее слож на, но требуются большие усилия мышц (например, упор руки в сто рону на кольцах). Наибольшую сложность представляют стойки (на пример, стойка на кистях). В этом случае требуется не только боль шая сила мышц рук, но и хорошая координация при малой опоре и 256 необычном положении вниз головой, которое вызывает у нетрени рованных лиц значительный приток крови к голове и массивную аф ферентную импульсацию от смешенных внутренних органов и от вестибулярного ап парата. Правильная организация позы имеет большое значение для двига тельной деятельности. Она является основой любого движения, обес печивая опору работающим мышцам, выполняя фиксацию суставов в нужные моменты (например, при отталкивании ног от опоры при ходьбе). Закрепляя тело человека в вертикальном положении, она осуществляет антигравитационную функцию, помогая преодолеть силу земного притяжения и противодействуя падению. Поддержа ние сложных поз (например, при выполнении на одной ноге высоко го равновесия на полупальцах в художественной гимнастике) в не подвижном положении или при движении обеспечивает сохранение равновесия тела. Позы, как и движения, могут быть произвольными и непроизволь ными. Произвольное управление позой осуществляется корой боль ших полушарий. После автоматизации многие позные реакции мо гут осуществляться непроизвольно, безучастия сознания. В органи зации непроизвольных поз участвуют условные и безусловные реф лексы. Специальные статические и статокинетические рефлексы поддержания позы (установочные рефлексы) происходят с участием продолговатого и среднего мозга. Различают р а б о ч у ю п о з у , обеспечивающуютекушуюде ятельность, и п р е д р а б о ч у ю п о з у , котораянеобходимадля подготовки к предстоящему действию. Поза может быть удобной (и тогда работоспособность человека повышается) и неудобной, при ко торой эффективность работы снижается. Например, при стендовой стрельбе в положении стоя опытные спортсмены так распределяют нагрузку на части скелета, что на ЭМ Г наблюдается минимальная активность мышц туловища. Это позволяет спортсменам длительное время стоять без утомления. В то же время у менее подготовлен ных стрелков при плохой организации позы имеется значительное на пряжение мышц, что быстро приводит к утомлению и снижению точности стрельбы. Работая в условиях неподвижной позы человек, выполняет с т а т и ч е с к у ю р а б о т у . При этом его мышцы работают в изометри ческом режиме и их механическая работа равна нулю, так как отсут ствует перемещение тела или его частей, (поскольку А = Р • Н, а Н = О, то и А = 0). Однако с физиологической точки зрения человек испыты вает определенную нагрузку, тратит на нее энергию, устает, и его ра бота может оцениваться по длительности ее выполнения. В спорте, как правило, статическая работа связана с большим напряжением мышц. 257 9.4. ПОНЯТИЕ О ЛОВКОСТИ И ГИБКОСТИ; МЕХАНИЗМЫ И ЗАКОНОМЕРНОСТИ ИХ РАЗВИТИЯ Ловкость и г и б к о с т ь относят к числу основных физических качеств. Ловкость достаточно хорошо развивается в процессе индивидуальной жизни человека, в том числе при спортив ной тренировке. Качество ловкости представляет собой сложный комплекс способностей. В противоположность этому гибкость нахо дится под значительным генетическим контролем и требуется тща тельный отбор и раннее ее развитие в онтогенезе. Л о в к о с т ь ю считают: • способность создавать новые двигательные акты и двигатель ные навыки; • быстро переключаться с одного движения на другое при изме нении ситуации; • выполнять сложнокоординационные движения. Таким образом, под ловкостью, с одной стороны, понимают опре деленные творческие способности человека незамедлительно фор мировать двигательное поведение в новых, необычных условиях, а с другой стороны, — координационные его возможности. Критериями ловкости являются координационная сложность, точность движений и быстрое их выполнение. В основе этих спо собностей лежат явления экстраполяции, хорошая ориентация в ве роятностной среде, предвидение возможной будущей ситуации, быстрая реакция на движущийся объект, высокий уровень лабиль ности и подвижности нервных процессов, умение легко управлять различными мышцами. В процессе тренировки для развития лов кости требуется варьирование различных условий выполнения од ного и того же двигательного действия, использование дополни тельной срочной информации о результате движений, формирова ние навыка быстрого принятия решений в условиях дефицита вре мени. Г и б к о с т ь определяется как способность совершать движения в суставах с большой амплитудой, т. е. суставная подвижность. Она зависит от способности к управлению двигательным аппаратом и его морфофункциональных особенностей (вязкости мышц, эластичнос ти связочного аппарата, состояния межпозвоночных дисков). Гиб кость улучшается при разогревании мышц и ухудшается на холоде. Она снижается в сонном состоянии и при утомлении. Величина гибкости минимальна утром и достигает максимума к середине дня (12-17 час). Улучшение гибкости происходит, когда во время пред стартового возбуждения повышается частота сердечных сокраще ний, нарастает кровоток через мышцы и в результате разминка при водит к их разогреванию. 278 Различают активную гибкость при произвольных движениях в суставах и пассивную гибкость — при растяжении мышц внеш ней силой. Пассивная гибкость обычно превышает активную. У женщин связочно-мышечный аппарат обладает большей гибкос тью по сравнению с мужчинами, им легче осваивать многие слож ные упражнения на гибкость (например, поперечный шпагат). У лиц зрелого и пожилого возраста раньше всего снижается гиб кость позвоночника, но гибкость пальцев и кисти сохраняется дольше всего. Я 10. ФИЗИОЛОГИЧЕСКИЕ МЕХАНИЗМЫ И ЗАКОНОМЕРНОСТИ ФОРМИРОВАНИЯ ДВИГАТЕЛЬНЫХ НАВЫКОВ В процессе жизнедеятельности человека формируются различные двигательные умения и навыки, составляющие основу его поведения. 10.1. ДВИГАТЕЛЬНЫЕ УМЕНИЯ, НАВЫКИ И МЕТОДЫ ИХ ИССЛЕДОВАНИЯ Основу технического мастерства спортсменов составляют двига тельные умения и навыки, формирующиеся в процессе тренировки и существенно влияющие на спортивный результат. Считают, что эф фективность спортивной техники за счет навыка повышается в цик лических видах спорта на 10-25%, а в ациклических —еще более. 10.1.1. ДВИГАТЕЛЬНЫЕ УМЕНИЯ И НАВЫКИ Д в и г а т е л ь н ы е у м е н и я — способность на моторном уровне справляться с новыми задачами поведения. Спортсмену необходимо умение мгновенно оценивать возникшую ситуацию, быстро и эф фективно перерабатывать поступающую информацию, выбирать в условиях дефицита времени адекватную реакцию и формировать наиболее результативные действия. Эти способности в наибольшей мере проявляются в спортивных играх и единоборствах, которые от носят к ситуационным видам спорта. В тех же случаях, когда отраба тываются одни и те же движения, которые в неизменном порядке повторяются на тренировках и во время соревнований (особенно в стандартных или стереотипных видах спорта), умения спортсменов закрепляются в виде специальных навыков. Д в и г а т е л ь н ы е н а в ы к и — это освоенные и упроченные действия, которые могут осуществляться без участия сознания (ав томатически) и обеспечивают оптимальное решение двигательной задачи. 279 10.1.2. ОСНОВНЫЕ МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ Основные методы исследования двигательных навыков можно разделить на 2 группы: 1) описывающие внешнюю структуру движе ний и 2) внутреннюю их структуру. К первым относятся методы кино-, фото-, видео-, телесъемки движений, тензометрия, динамометрия, гониометрия, циклография и пр. Ко вторым — электрофизиологические методы: электроэнце фалография, электромиография, запись Н — рефлексов и активнос ти двигательных единиц. Комплексная оценка целостной структуры навыков осуществляется при одновременной регистрации биомеха нических и физиологических показателей. 10.2. ФИЗИОЛОГИЧЕСКИЕ МЕХАНИЗМЫ ФОРМИРОВАНИЯ ДВИГАТЕЛЬНЫХ НАВЫКОВ В понимание физиологических механизмов двигательных навы ков особый вклад внесли отечественные физиологи — И. П. Павлов, В. М. Бехтерев, А. А. Ухтомский, П. К. Анохин, Н. А.Бернштейн, А. Н. Крестовников, Н. В. Зимкин, В. С. Ф арфельидр. 10.2.1. ФУНКЦИОНАЛЬНАЯ СИСТЕМА, ДОМИНАНТА, ДВИГАТЕЛЬНЫЙ ДИНАМИЧЕСКИЙ СТЕРЕОТИП Любые навыки — бытовые, профессиональные, спортивные — не являются врожденными движениями. Они приобретены в ходе ин дивидуального развития. Возникая в результате подражания, услов ных рефлексов или по речевой инструкции, двигательные акты осу ществляются специальной функциональной системой нервных центров(АнохинП. К., 1975). Деятельность этой системы включает сле дующие процессы: синтез афферентных раздражений (информации из внешней и внутренней среды), учет доминирующей мотивации (предпочтение действий), использование памятных следов (арсенала движений и изученных тактических комбинаций); формирование моторной программы и образа результата действий; внесение сенсор ных коррекций в программу, если результат не достигнут. Комплекс нейронов, обеспечивающих эти процессы, располагает ся на различных этажах нервной системы, становясь доминантой, т. е. господствующим очагом в центральной нервной системе. Он подавля ет деятельность посторонних нервных центров и, соответственно, лишних скелетных мышц (Ухтомский А. А., 1923). В результате дви жения выполняются все более экономно, при включении лишь самых необходимых мышечных групп и лишь вте моменты, которые нуж ны для его осуществления. Происходит экономизация энерготрат. 280 Порядок возбуждения в доминирующих нервных центрах зак репляется в виде определенной системы условных и безусловных рефлексов и сопровождающих их вегетативных реакций, образуя двигательный динамический стереотип (Павлов И. П.; Крестовни ков А.Н., 1954). Каждый предшествующий двигательный акт в этой системе запускает следующий. Это облегчает выполнение целостно го упражнения и освобождает сознание человека от мелочного конт роля за каждым его элементом. Роль условно-рефлекторного меха низма образования двигательных навыков доказывается, в частно сти, тем, что выработанные навыки во многом угасают при переры вах в тренировке (при отсутствии подкрепления). Однако двигательные навыки отличаются от классических слюнных услов ных рефлексов, описанных И. П. Павловым (сенсорных или рефлек сов 1 рода). Навыки, в основном, представляют условные рефлексы 2 рода — о п е р а н т н ы е и л и и н с т р у м е н т а л ь н ы е у с л о в н ы е рефлексы (Конорский Ю. М., 1970). В них новым отделом рефлекторной дуги является ее эффекторная часть, т. е. со здается новая форма движения или новая комбинация из ранее осво енных действий. Построение новой формы движений на основе име ющихся элементов Н. В. Зимкин (1975) отнес к явлениям экстрапо ляции (использования предшествующего опыта). 10.2.2. СТАБИЛЬНОСТЬ И ВАРИАТИВНОСТЬ КОМПОНЕНТОВ ДВИГАТЕЛЬНОГО НАВЫКА Возникшие в первой половине XX века представления о доми нанте, функциональной системе и двигательном динамическом сте реотипе легли в основу понимания механизмов формирования дви гательных навыков в процессе обучения человека. Дальнейшие ис следования позволили уточнить эти классические представления. Уже Н. А. Бернштейн отмечал, что даже достаточ но простые навыковые действия не являются полностью стереотипными. При много кратных повторениях они могут различаться по амплитуде, скорости выполнения отдельных элементов и т. д. Как оказалось, еще больше они различаются по внутренней структуре. Многоканальная регист рация ЭМ Г различных мышц при выполнении спортивных упраж нений показала, что в одних и тех же освоенных движениях значи тельно варьирует состав активных мышечных групп. Одни мышцы включаются вдвижения постоянно, а другие—л ишь периодически (табл. 12). Варьируют длительность фаз, мышечные усилия, после довательность включения мышц. Это позволило говорить о законо мерной вариативности внешних и внутренних компонентов двига тельного навыка (Зимкин Н.В.,1975). Наличие вариаций позволяет отбирать оптимальные и отбрасывать неадекватные моторные про281 граммы, учитывать не только внешние изменения ситуации, кратительные возможности мышц. Вариативность осо енно жена в периоды врабатывания, перед отказом от работы и в восстан вительном периоде. Регистрация активности отдельных неироно головного мозга (в экспериментах на животных и в клинике при л чебных мероприятиях) показала значительную вариативность их включения в одни и те же освоенные действия. При этом между ними образуются как «жесткие» (стабильные), таки «гибкие»(вариатив ные) связи (Бехтерева Н. П., 1980). Сохранение основных черт двигательного навыка в условиях изТаблица 12 Стабильность и вариативность включения различных мышц у квалифицированного тяжелоатлета при многократных рывках штанги (по: Н. В. Зимкин, 1973) Мышцы Наличие активности (+) десяти повторных рывках Четырехглавая мышца бедра, наружн. То же, средний пучок То же, внутренний пучок Длинная спины Дельтовидная,средний пучок Трехглавая плеча Трапециевидная Двуглавая плеча Икроножная Двуглавая бедра Ягодичная Широчайшая спины Дельтовидная, передний пучок Большая грудная меняющейся внешней среды и перестроек внутренней среды орга низма возможно лишь при варьировании «гибких» связей в системе управления движениями. Так, хорошо освоенный навык ходьбы осуществляется при разном наклоне туловища, переменных усилиях ног, неодинаковом составе скелетных мышц и нервных центров, раз личных вегетативных реакциях в зависимости от рельефа дороги, ка чества грунта, силы встречного ветра, степени отягощения, утомле ния человека и прочих причин. «Гибкие» элементы функциональ ной системы составляют основную ее часть, так как в любых услови ях они обеспечивают выполнение навыка, достижение требуемого результата. 282 Навыки циклических движений более стабильны по сравнениюс ациклическими, так как в их основе лежат повторения одинаковых циклов: Элементы циклических движений Элементы ациклическихдвижений 1—2—1—2—1—2... 1—2—3—4—5-6... Циклические движения превращаются в навык при переходе от отдельных двигательных актов к последовательной их цепи —от от дельных шагов к ходьбе и бегу, от начертания отдельных букв к письму ит. п. При этом к процессам коркового управления движе ниями подключаются древние автоматизмы, так называемые цикло идные движения, осуществляемые подкорковыми ядрами головного мозга. Навыки в ситуационных видах спорта (спортивных играх, едино борствах) отличаются наибольшей вариативностью. Стереотипы в этих видах спорта формируются лишьпри овладении отдельными элементами техники (например, в штрафных бросках). Автоматиза ция этих навыков позволяет быстрее включать их в новые движения. В стандартных видах спорта навыки более стереотипны. Их стабиль ность повышается по мере роста спортивного мастерства. Но и здесь необходимо сохранение определенного уровня вариативности навы ков для их адаптации к разным условиям выполнения. СТАДИИ .ВИГАТЕЛЬНЫХ Процесс обучения двигательному навыку начинается с опредепобуждения корковыми мотивационными зонами. У человека это, главным обра зом, стремление к удовлетворению определенной социальной по требности (любовь к данному виду спорта, желание им заниматься, преуспеть в упражнении и пр.). Оптимальный уровень мотиваций и эмоций способствует успешному усвоению двигательной задачи и ее решению. 10.3.1. ЗАМЫСЕЛ И ОБЩИЙ ПЛАН ДЕЙСТВИЯ этапе формирования двигательного наві замысел больших полушарий (переднелобными и нижнетеменными). Они формируют обший план осуществления движения. Вначале это лишь общее представление о двигательной задаче, которое возникаетл ибо при показе движения другимлицом (педагогом, тренером или опыт ным спортсменом), либо после словесной инструкции, самоинструкции, речевого описания. В сознании человека создается определен283 ный эталон требуемого действия, «модель потребного будущего» (Бернштейн Н.А., 1966). Эту функцию П. К. Анохин назвал «опере жающее отражение действительности». Ф ормирование такой на глядно-образной модели складывается из образа ситуации в целом (задаваемые пространственные и временные характеристики двига тельной задачи) и образа тех мышечных действий, которые необхо димы для достижения цели. Имея представление о требуемой модели движения, человек может осуществить ее разными мышечными группами. Так, например, подпись человека имеет характерные чер ты, независимо от мышечных групп, выполняющих ее (пальцы, кисть, предплечье, нога). Особое значение имеют в этом процессе восприятие и переработ ка зрительной информации (при показе) и слуховой (при рассказе). Опытные спортсмены быстрее формируют зрительный образ движе ния, так как у них лучше выражена поисковая функция глаза, и они способны эффективно выделять наиболее важные элементы. У них богаче кладовая «моторной памяти» — хранящиеся в ней образы ос военных движений, быстрее происходит извлечение нужных мотор ных следов. 10.3.2. СТАДИИ ФОРМИРОВАНИЯ ДВИГАТЕЛЬНЫХ НАВЫКОВ На втором этапе обучения начинается непосредственное выпол нение разучиваемого упражнения. При этом отмечаются 3 стадии формирования двигательного навыка: 1 ) с т а д и я г е н е р а л и з а ц и и (иррадиациивозбуждения), 2)стадия ко н ц ен трац и и и , 3)стадия стаби ли зац и и и автоматизации. Напервой стадии созданная модель становится основойдля пере вода внешнего образа во внутренние процессы формирования про граммы собственных действий. Физиологические механизмы этого во многом неясны. На ранних этапах онтогенеза, когда речевая регу ляция движений (внешней речью постороннего лица или внутрен ней собственной речью) еще не развита, особенное значение имеют процессы подражания, общие у человека и животных. Наблюдая за действиями другого лица и имея некоторый опыт управления свои ми мышцами, ребенок превращает свои наблюдения в программы собственных движений. Эти процессы аналогичны процессам освое ния речи, которую ребенок сначала слышит от окружающих людей, а затем преобразует в собственную моторную речь (по терминологии психолога JI. С. Выготского, это — явление интериоризации, т. е. превращение внешней речи во внутреннюю). Некоторые особенности программирования отражаются в межцентральных взаимосвязях электрической активности мозга. Можно ви 284 деть, например, что при наблюдении за выполнением бега посторон ним лицом в коре больших полушарий у человека появляются потен циалы втемпе этого бега (своеобразная модель наблюдаемого движе ния). Подобные изменения ритмов мозга и специфические перестрой ки пространственной синхронизации корковых потенциалов наблю даются также при представлении и при мысленном выполнении движений*. При этом пространственные взаимосвязи мозговойактивности начинают отличаться от состояния покоя и приближаться ктаковым при реальном выполнении работы (табл. 13). Таблица 13 Появление сходства корковых функциональных систем при мысленном и реальном выполнении бега у спринтера 1 разряда .Д- (по данным корреляционного анализа ЭЭГ) Реальный бег Примечание: 1—8 — номера корковых зон, А — плеяды взаимосвязанной (синхронной и синфазной) активности различных корковых зон с коэффициентами корреляции 0.7-1.0, В —*независимые корковые зоны. В процессах программирования используются имеющиеся у че ловека представления о «схеме тела», без которых невозможна пра вильная адресация моторных команд к скелетным мышцам в разных частях тела, и о «схеме пространства», обеспечивающие простран ственную организацию движений. Нейроны, связанные с этими функциями, находятся в нижнетеменной ассоциативной области задних отделов коры больших полушарий. Организация движений во времени, оценка ситуации, построение последовательности дви гательных актов, их сознательная целенаправленность осуществля ются передне-лобной ассоциативной корой. Только в ней имеются специальные нейроны кратковременной памяти, которые удержива ют созданную программу от момента прихода в кору внешнего пус кового сигнала (или от момента самоприказа) до момента осуществ ления моторной команды. Соответственно этому во время реальной работы можно видеть особую специфику мозговой активности, отражающую характерные черты двигательных программ (рис. 32). Так, у бегунов и конькобеж цев как при воображаемом, так и при реальном выполнении бега по 285 Рис. 32. Перестройка и специфика корковых функциональных систем нарамичных этапах выработки двигательных навыков а — мастера спорта, б — спортсмены-разрядники. На схемах — вид головы сверху. 1— иррадиация (б) и концентрация (а) медленных потенциалов в темпе движения («меченых ритмов») у бегунов во время бега; 2 —5 — высокие межцентральные взаимосвязи потенциалов: 2 — бегуны, бег; 3 — фехтовальщики, уколы с выпадом; 4 — биатлонисты, стрельба; 5 — тяжелоатлеты, толчок штанги. дорожке или на коньках, устанавливается сходство (пространствен ная синхронизация) потенциалов передне-лобной (программирую щей) области с моторными центрами ног, а у гимнастов при представ лении и выполнении стойки на кистях — с моторными центрами рук. При стрельбе, бросках мяча в баскетбольное кольцо возникает сход ство активности зрительных, нижнетеменных зон (ответственных за пространственную ориентацию движений) и моторных зон коры, что обеспечивает точность глазо-двигательных реакций. В процессе фехтования к этим зонам подключаются передне-лобны е области, связанные с вероятностной оценкой текущей и будущей ситуации. В создании моторных программ принимают участие многие ней роны коры, мозжечка, таламуса, подкорковых ядер и ствола мозга. Обширное вовлечение множества мозговых элементов необходимо для поиска наиболее нужных из них. Этот процесс обеспечивается широкой иррадиацией возбуждения поразличным зонам мозга и сопро вождается обобщенным характером периферических реакций — их генерализацией. В силу этого первая стадия начинающихся попыток выполнить задуманное движение называется стадией генерализации. Она характеризуется напряжением большого числа активированных скелетных мышц, их продолжительным сокращением, одновремен 286 ным вовлечением в движения мышц-антагонистов, отсутствием ин тервалов в ЭМ Г во время расслабления мышц (рис. 33). Все это нару шает координацию движений, делает их закрепощенными, приводит к значительным энерготратам и, соответственно, излишне выражен ным вегетативным реакциям. На этой стадии наблюдаются особен ное учащение дыхания и сердцебиения, подъем артериального давле ния, резкие изменение состава крови, заметное повышение темпера туры тела и потоотделения. Однако нет достаточной согласованности этих сдвигов между собой и их соответствия мощности и характеру работы. Массированный поток афферентных импульсов от проприорецепторов многих мышц затрудняет отделение основных рабочих мы шечных групп от посторонних. Анализ «темного» мышечного чув ства еще более осложняется обильным притоком интероцептивных сигналов — в первую очередь, от рецепторовдыхательной и сердечно-сосудистой систем. Требуются многократные повторения разу чиваемого упражнения для постепенного совершенствования мотор ной программы и приближения ее к заданному эталону. На второй стадии формирования двигательного навыка проис ходит концентрация возбуждения в необходимых для его осуществ ления корковых зонах. В посторонних же зонах коры активность подавляется одним из видов условного внутреннего торможения — дифференцировочным торможением. В коре и подкорковых струк турах создается мозаика из возбужденных и заторможенных ней ронных объединений, что обеспечивает координированное выпол нение двигательного акта. Включаются лишь необходимые мы шечные группы и только в нужные моменты движения, что можно видеть на записях ЭМГ. В результате рабочие энерготраты снижа ются. Навык на этой стадии уже сформирован, но он еще очень непро чен и нарушается при любых новых раздражениях (выступление на незнакомом поле, появление сильного соперника и т. д.). Эти воз действия разрушают неокрепшую еще рабочую доминанту, едва ус- Рис. 33. Характеристика деятельности мышц при формировании двигательного навыка Электромиограмма трехглавой мышцы плеча при неосвоенных (А) и освоенных (Б) циклических движениях 287 тановившиеся междентральные взаимосвязи в мозгу вновьприво дят к иррадиации возбуждения и потере координации. На третьей стадии в результате многократного повторения на выка в разнообразных условиях помехоустойчивость рабочей доми нанты повышается. Появляется стабильность и надежность навыка, снижается сознательный контроль за его элементами, т. е. возникает а в т о м а т и з а ц и я н а в ы к а . Прочность рабочей доминанты поддерживается четкой сонастройкой ее нейронов на общии ритм корковой активности. Такое явление было названо А. А. Ухтомским усвоением ритма. При циклической работе ритм корковой активно сти соответствуеттемпу выполняемого движения, в ЭЭГ появляются потенциалы, соответствующие этому темпу «меченыеритмы» ЭЭГ — рис. 34 (Сологуб Е.Б., 1965). Внешние раздражения на этой стадии лишь подкрепляют рабочую доминанту, не разрушая ее. Большая же часть посторонних афферентных потоков не пропускается в спинной и головной мозг: специальные команды из вышележащих центров вызывают пресинаптическое торможение импульсов от периферических рецепторов, препятствуя их доступу в спинной мозг и вышележащие центры. Этим обеспечивается защита сфор- H/VVl/A*IUe 1 100 ^ Ч /^ Г Х 1 6 Т мкв | ^ 1с Рис. 34. Медленные потенциалы в темпе движения — «меченые ритмы» Э Э Г Радиотелеметрическая регистрация активности моторной области ноги левого полушария у спортсмена-спринтера при пробегании 50-метровых отрезков. Цифры справа — порядковые номера пробегов 288 мированных программ от случайных влияний и повышается надеж ность навыков. Процесс автоматизации не означает выключения коркового конт роля за выполнением движения. В коре работающего человека отмеча ется появление связанных с движением потенциалов, специфичес кие формы межцентральных взаимосвязей активности. Однако в этой системе центров по мере автоматизации снижается участие лоб ных ассоциативных отделов коры, что, по-видимому, и отражает снижение его осознаваемости. 10.4. ФИЗИОЛОГИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ СОВЕРШЕНСТВОВАНИЯ ДВИГАТЕЛЬНЫХ НАВЫКОВ В процессе тренировки происходит постоянное сличение создан ной модели навыка и реальных результатов его выполнения (Бе рн ш тейнН .А., 1966; Анохин П К., 1975). По мере роста спортивного ма стерства совершенствуется сама модель требуемого действия, уточ няются моторные команды, а также улучшается анализ сенсорной информации о движении. 10.4.1. ОБРАТНЫЕ СВЯЗИ Особое значение в отработке моторных программ имеют о б р а т н ые с в я з и. Информация, поступающая в нервные центры походу движения, служит для сравнения полученного результата с имею щимся эталоном. При их несовпадении в мозговых аппаратах срав нения (лобных долях, подкорковом хвостатом ядре) возникают им пульсы рассогласования и в программу вносятся поправки — с е н с о р н ы е к о р р е к ц и и . При кратковременных движениях (прыжках, бросках, метаниях, ударах) рабочие фазы настолько малы (сотые и тысячные доли секунды), что сенсорные коррекции по ходу движения вносить невозможно. В этих случаях вся программа дей ствия должна быть готова до начала дви гател ьного акта, а поправки могут вноситься лишь при его повторениях. В системе обратных связей различают «внутренний контур» регу ляции движений, передающий информацию от двигательного аппа рата и внутренних органов (в первую очередь —от рецепторов мышц, сухожилий и суставных сумок), и «внешний контур», несущий сигна лы от экстерорецепторов (главным образом, зрительных и слухо вых). При первых попытках выполнения движений, благодаря мно жественному и неопределенному характеру мышечной афферентации, основную роль в системе обратных связей играют сигналы «внешнего контура» — зрительный и слуховой контроль. Поэтому на начальных этапах освоения двигательных навыков так важно ис289 пользовать зрительные ориентиры и звуковые с и ^ний кон ния процесса обучения. По мере освоения навыка «внутренний конн * - -—j----- большее ^ияирмие.гобейиеI у у і Р L / v i y j l / і і д г і г і д и п / i w i ftшл мл -------------- і іШ а й И В В т м чивая автоматизацию навыка, а роль «внешнего контура» 10.4.2. ДОПОЛНИТЕЛЬНАЯ ИНФОРМАЦИЯ ІОПОЛ- Процесс обучения навыку ускоряется при разного рода н и т е л ь н о й и н ф о р м а ц и и об успешности выполнения упражнения — указания тренера, компьютерный анализдвижения в трехмерном пространстве, просмотр кинокадров, видеофильмов, за писей ЭМ Г и др. Особенно ценной для обучаемого является с р о ч н а я и н ф о р м а ц и я , поступающая непосредственно в периоде выполнения уп ражнения или при повторных попытках (Фарфель B.C., 1960). С по мощью дополнительной срочной информации можно сообщать спортсмену такие параметры движений, которые им не осознаются и, следовательно, не могут произвольно контролироваться. Например, можно снижать колебания общего центра масс при выполнении сложных равновесий, визуально наблюдая их на экране монитора, контролировать по звуколидеру точность поддержания темпа и сте пень повышения скорости движения; по изменению мелодии песни замечать ошибки в порядке сокращения мышц и т. п. Тем самым по вышается возможность совершенствования спортивной техники. Для усиления мышечных ощущений при освоении сложных уп ражнений используют различные тренажеры. Особенное влияние на сознательное построение моторных программ имеют тренажеры, управляющие суставными углами, так как импульсы от рецепторов суставных сумок поступают непосредственно в кору больших полу шарий и хорошо осознаются.. научения р е г у л я ц и я д в и ж е н и й (словесные указания педагога, внутренняя речь обучаемого). С помощью речи формируются в коре избирательные взаимосвязи, лежащие в основе моторных программ. В высших отделах мозга человека обнаружены специальные «команд ные» нейроны, которые реагируют на словесные приказы и запускают нужные действия. Самоприказы и вызываемые ими процессы самоор ганизации и самомобилизации обеспечивают усиление рабочей доми нанты и налаживание моторных и вегетативных компонентов навыка. Этому способствуют и проприоцептивные импульсы от собственных органов речи при произнесении вслух словесных команд (например, подсчет:»Раз, два!» — облегчает регуляцию темпа движений). Наряду с совершенствованием навыков моторных действий у спортсменов происходит формирование н а в ы к о в т а к т и ч е с к о ^ 290 . . . . к а ш. ш ЯЛ я Я я ж» # ™ Я ^яШ . Я Я Як го м ы ш л е н и я —специализированной формы умственной деятель ности. Повторяя определенные тактические комбинации спортсмены автоматизируют мыслительные операции. Это позволяет многие ре шения принимать почти мгновенно, как бы интуитивно, а осознавать их уже после выполнения (например, в боксе, фехтовании). 10.4.3. НАДЕЖНОСТЬ И НАРУШЕНИЯ ДВИГАТЕЛЬНЫХ НАВЫКОВ В экстремальных условиях мышечной работы, при развитии утом/хения надежность навыка поддерживается путем мобилизации функциональныхрезервов мозга —дополнительным вовлечением не рвных центров, включением в систему управления движениями дру гого полушария. Особенно при этом важно усиление в этой системе роли лобных ассоциативных областей, что указывает на произволь ное преодоление утомления. Такая мобилизация резервов мозга в начальной стадии утомления полезна, так как способствует адапта ции нервной системы к нагрузке и сохранению навыка. При глубо ком утомлении и переутомлении система управления движениями разрушается и навык теряется. При действии различных сбивающих факторов, сопровождаю щих соревновательную деятельность спортсмена (внешних помех, эмоционального стресса, резких изменениях гомеостаза и др.А про исходят нарушения двигательных навыков и потеря их автоматиза ции, т. е. д е з а в т о м а т и з а ц и я . Эти явления больше выражены у менее подготовленных спортсменов, недостаточно упрочивших демонстрируемые навыки, у юных спортсменов, улиц, обладающих нестабильностью нервных процессов и повышенной возбудимостью, при низком уровне общей и специальной работоспособности. Так, не достаточная адаптация к «рваному» режиму и высокомутемпу двига тельной деятельности в ситуационных видах спорта нарушает навыки точностных движений (бросков и передач мяча, шайбы, ударов в боксе и пр.). Недостаточное освоение переключений от интенсивной лыж ной гонки к стабильной позе и тонкой регуляции нажима спускового крючка, требующих смены одной доминирующей группы нервных центров на другую, снижает меткость стрельбы у биатлонистов. Снижение функционального состояния организма спортсмена при заболеваниях, кислородном голодании, алкогольном опьянении и пр. понижает устойчивость рабочей доминанты и обнаруживается нарушением навыковых действий. При перерывах в тренировке могут сохраняться основные черты навыка, последовательность его фаз, но теряется способность эф фективного выполнения тонких его элементов. В наибольшей степе ни утрачиваются самые сложные элементы навыка, а также вегета тивные его компоненты. 291 11. ФИЗИОЛОГИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ РАЗВИТИЯ ТРЕНИРОВАННОСТИ Спортивная тренировка представляет собой специализированный педагогический процесс, направленный на повышение общей физиподготовленности и специальной работоспособности. ческой 11.1. ФИЗИОЛОГИЧЕСКАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА ТРЕНИРОВКИ И СОСТОЯНИЯ ТРЕНИРОВАННОСТИ Спортивная тренировка, с физиологической точки зрения, пред ставляет собой многолетний п р о ц е с с адаптации организма человека к требованиям, которые ему предъявляет избранный вид спорта. Как во всяком педагогическом процессе, в ходе тренировки со блюдаются общие педагогические принципы активности, сознатель ности, наглядности, систематичности, последовательности, доступ ности и прочности. Вместе стем, имеются специфические принципы тренировки—единство общей и специальной физической подготов ки непоерывность и цикличность тренировочного процесса, посте максимальное Щ________ЩШЖ.___ закономерностями развития физических качеств и формирования двигательных навыков у человека, особен ностями функциональных перестроек в организме, изменением диа пазона функциональных резервов спортсмена. 11.1.1. ФИЗИОЛОГИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ ПРОЦЕССА ТРЕНИРОВКИ Лишь на базе общей (неспециализированной) подготовки, в резуль тате развития физических качеств и роста функциональных возмож ностей организма, осуществляется переход к специализированным формам подготовки спортсмена в избранном виде спорта. Этот про цесс должен быть по возможности непрерывным, так как перерывы в систематических занятиях приводят к резкому падению достигнуто го уровня проявления качественных сторон двигательной деятельнос ти и освоения двигательных навыков. Так, например, достигнутый у подростков на протяжении первого года занятий рост мышечной силы за время летнего перерыва практически полностью теряется. /(икличяос/иьтренировочногопроцессасвязанастем, что выход на наиболее высокий уровень специальной работоспособности осу ществляется постепенно на протяжении подготовительного периода (3-4 мес.). К соревновательному периоду спортсмен достигает высо кого уровня работоспособности, но поддерживать этот достигнутый на данном этапе наивысший уровень функциональных и психичес ких возможностей человек может лишь ограниченное время (не бо 292 лее 4-5 мес.). После чего необходим определенный отдых, переклю чение на другую деятельность, снижение нагрузки, т. е. переходный период. Годичный тренировочный цикл (или 2 цикла в году), в свою очередь, подразделяется на промежуточные мезоцикАы, а те — на не дельные микроциклы. Такая цикличность соответствует естественным биоритмам человеческого организма и, кроме того, позволяет варьировать применяемые физические нагрузки. Правильное чередование тяжести физических нагрузок с опти мальными интервалами отдыха обеспечивает возможность использо вания явлений суперкомпенсации —сверхвосстановления организма, когда следующее тренировочное занятие начинается с более высоко го уровня работоспособности по сравнению с исходным. При этом режиме неуклонно растут результаты спортсмена и сохраняется его здоровье. Слишком большие интервалы не дают никакого прироста, а недостаточные интервалы приводят к падению работоспособности и ухудшению функционального состояния организма. Тренировочные нагрузки должны постепенно повышаться в за висимости от достигнутого уровня функциональных возможностей, иначе даже при систематических занятиях будет обеспечиваться лишь их поддерживающий эффект. Например, при физических на грузках у молодых людей ЧСС должна быть выше 150 уд.- мин ‘, а у пожилых — выше 130 уд. • м и н 1, иначе адаптивных сдвигов в орга низме, в частности в состоянии сердечной мышцы, не будет наблю даться. Для достижения высоких спортивных результатов должны ис пользоваться максимальные нагрузки, которые вызывают мобилиза цию функциональных резервов центральной нервной системы, дви гательного аппарата и вегетативных систем, оставляя функциональ ный и структурный следтренировки. 11.1.2. ФИЗИОЛОГИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ СОСТОЯНИЯ ТРЕНИРОВАННОСТИ Правильная организация тренировочного процесса обусловлива ет состояние адаптированности спортсмена к специализированным нагрузкам или с о с т о я н и е т р е н и р о в а н н о с т и . Его характеризуют 1) повышение функциональных возможностей организ ма и 2) увеличение экономичности егоработы. Овладение рациональной техникой выполнения упражнений, со вершенство координации движений, повышение экономичности дыхания и кровообращения приводят к снижению энерготрат на стандартную работу, т. е. повышает ее КПД. Наиболее высокий уровень тренированности достигается в состо янии с п о р т и в н о й ф о р м ы . Это состояние требует предельно возможной мобилизации всех функциональных систем организма, 293 значительного напряжения регуляторных процессов. Соответствен но, „но Г = и ” и факторов. Ц е н а такого уровня п р и ^ м г ю в ь ш а г о я реактивность организма надействие неблагопо _______ ____ . . « / п а т л п й г л \ / г т л м ч И ROCTb К ПрОСТуДНЫМ И U H /linD lA y w iv /o n n ---------------- - инфекционным заболеваниям, т. е. резко снижается иммунитет. Характер физиологических сдвигов определяется направленнос тью тренировочного процесса - на быстроту, силу или выносли вость, о с о б е н н о с т я м и двигательных навыков, величиной нагрузки „ о « п - п р п ь и и р и и л и п н ы е гпуппы и т. п., т. е. тренировочные эффекспецифичны объема физической нагрузки — ее длительности, интенсивности и частоты. Однако у каждого человека имеется генетически определяемый предел функ генетическая процессе тренировки норма реакции. При одинаковых физических нагрузках различные люди отличаются по величине и скорости изменений функциональ ной подготовленности, т. е. по т р е н и р у е м о с т и . Влияние наследственных факторов определяет степень развития физических качеств. Наименее тренируемыми качествами являются быстрота, гибкость, скоростно-силовые возможности. Генетически обусловлены изменения многих физиологических показателей (М ПК, анаэробных возможностей, максимальной величины ЧСС, роста жизненной емкости легких и др.). 11.2. ТЕСТИРОВАНИЕ ФУНКЦИОНАЛЬНОЙ ПОДГОТОВЛЕННОСТИ СПОРТСМЕНОВ В ПОКОЕ Особенности морфологических, функциональных и психофизи ологических показателей организма человека в состоянии покоя хафункциональнои физической 11.2.1. ОСОБЕННОСТИ ФУНКЦИОНАЛЬНОГО ТЕСТИРОВАНИЯ В СПОРТЕ Для тестирования функциональной подготовленности спортсме нов исходят из модели чемпиона, в которой представлены характери стики сильнейших спортсменов в ответственных соревнованиях. Из этой модели выводятся спортивно-важные качества или модельмастерства, включающая характеристики специальной физической, технической и тактической подготовки спортсменов, находящихся в спортивной форме. Отсюда определяют наиболее информативные показатели функциональной подготовленности или шире — модель 294 спортивных возможностей, в которую входят функциональная и психологическая подготовленность, морфологические особенности, возрасти спортивный стаж. Подобный подход позволяет определить целевые задачи подготовки спортсмена и его собственные спортив ные перспективы. Для оценки индивидуальных особенностей адаптации организма к работе необходимо комплексное тестирование, позволяющее полу чить сведения о различных морфофункциональных и психофизиоло гических показателях конкретного человека. В тренировочном про цессе используют различные виды контроля, в ходе которых исследу ют состояние различных органов и систем организма спортсмена. • Оперативный или текущий контроль, отражающий ежеднев ные реакции организма спортсмена на выполняемые физичес кие нагрузки по наиболее вариативным показателям (ЧСС, тест Самочувствие-Активность-Настроение (САН), способ ность решения тактических задач, состояние внимания и пр.). • Этапный контроль, проводимый 5-6 раз в году с использова нием менее динамичных показателей ( МПК, максимальная анаэробная мощность, индекс Гарвардского степ-теста, оцен ка временных интервалов и пр.). • Углуб/іенное медицинское обследование (1 раз в году) с анализом достаточно консервативных показателей (тестирование лично стных характеристик, психофизиологических показателей, ин дивидуально-типологических особенностей высшей нервной деятельности) и ряда сложных медицинских параметров. 11.2.2. ПОКАЗАТЕЛИ ФУНКЦИОНАЛЬНОЙ ПОДГОТОВЛЕННОСТИ В ПОКОЕ В ц е н т р а л ь н о й н е р в н о й с и с т е м е спортсмена отмечается высокий уровень лабильности нервных центров, оптимальная воз будимость и хорошая подвижность нервных процессов (возбужде ния и торможения). У спортсменов, обладающих выраженным каче ством быстроты, время двигательной реакции укорочено, в ЭЭГ по коя отмечается повышенная частота альфа-ритма — 11-12 колеб.- с 1 (напр., у 80% баскетболистов 1 разряда и мастеров спорта, в отличие отлыжников-гонщиков и борцов, имеющих частоту 8-9 колеб,- с;!). Д в и г а т е л ь н ы й а п п а р а т квалифицированных спортсменов отличается большей толщиной и прочностью костей, выраженной рабочей гипертрофией мышц, их повышенной лабильностью и воз будимостью, большей скоростью проведения возбуждения по дви гательным нервам, запасами мышечного гликогена и миоглобина, высокой активностью ферментов. Об улучшении иннервации мышц свидетельствуют факты утолщения нервно-мышечных си295 напсов и увеличение их числа. Спортсмены имеют высокие показа тели произвольного напряжения мышц и в то же время отличного их расслабления, т. е. большую величину амплитуды твердости МЫО б м е н в е щ е с т в спортсменов характеризуется увеличением запасов белков и углеводов, снижением уровня основного обмена (лишь в соревновательном периоде основной обмен можетбыть по вышен из-за недостаточ ного восстановления). эффективно Ж ЕЛ глубина вдоха, что улучшает вентиляцию легких и снижает частоту дыхания (до 6 -12 вдохов в 1 мин). Лучше развиты и более выносливы дыхательные мышцы (это можно наблюдать, например, поспособЖЕЛ минутного (из-за противоположных сдвигов частоты и глубины дыхания), но максимальная ванных лиц (порядка 150-200 л ■м и н 1) по сравнению с нетренироУвеличена длительность задержки ния (особенно в синхронном плавании, нырянии), что свидетель ствует о хороших анаэробных возможностях и пониженной возбуди мости дыхательного центра. также выявлены адаптивные изменения. Тренированное сердце имеет большой объем и толщину сердечной мышцы. При тренировке на выносливость (у бегунов-стайеров, лыжников-гоншиков и др.) на блюдается особенное увеличение объема сердца — до 1ООО-1200 см3 (у нетренированных лиц —порядка 700 см3). Большой объем сердца до 1200 см3— характерен также для высокорослых баскетболистов, Однако более этой величины нарастание объема неблагоприятно, так как ухудшаются возможности кровоснабжения самой сердеч ной мышцы. При адаптации к скоростно-силовым упражнениям происходит преимущественно утолщение сердечной мышцы — ее пертрофия пертрофия мощность работы сердца и обеспечивает кровоток в скелетных мышцах при их напряжении в условиях силовых и скоростно-силовых нагрузок. Повышение общего объема сердца сопровождается увеличением резервного объема крови и, хотя ударный объем крови в покое практически не нарастает, но при работе его значительный рост обеспечивается за счет резервного объема. Частота сердечных со кращений спортсменов (особенно у стайеров) в покое понижена до 40-50 уд. • м и н '1 (в отдельных случаях — до 28-32 уд. • м и н 1), т. е. 296 отмечается спортивная брадикардия. Минутный объем крови соот ветствует норме или немного ниже нее. У спортсменов в состоянии спортивной формы, в среднем, в 30% случаев наблюдается спортивная гипотония —снижение величины систолического артериального давлениядо 100-105 ммрт. ст. и ниже. Чаще всего это встречается у гимнастов и спортсменов-стайеров. Вы раженность артериальной гипотонии растет по мере увеличения спортивного стажа и уровня квалификации спортсменов. У спорт сменов, специализирующихся в спортивных играх, наоборот, в состо янии покоя артериальное давление часто может быть повышенным. В с и с т е м е к р о в и у спортсменов больше концентрация эритроцитов — 6 • 1012• л 1и гемоглобина — 160 г • л 1и более. Это обеспечивает большую кислородную емкость крови (до 20-22 об.%). Общее количество гемоглобина в организме у тренированного спортсмена (800-1000 г) превышает его запасы у нетренированных лиц (700 г). Повышены щелочные резервы, т. е. легче противостоять окислению крови. Больше объем циркулирующей крови. Все перечисленные перестройки функциональных показателей свидетельствуют об общей адаптации организма спортсменов к фи зическим нагрузкам, и в частности, к особенной функциональной подготовленности к упражнениям в избранном виде спорта. 11.3. ТЕСТИРОВАНИЕ ФУНКЦИОНАЛЬНОЙ ПОДГОТОВЛЕННОСТИ СПОРТСМЕНОВ ПРИ СТАНДАРТНЫХ И ПРЕДЕЛЬНЫХ НАГРУЗКАХ О функциональной подготовленности спортсменов судят как по показателям в состоянии покоя, так и по изменениям различных функций организма при работе. Для тестирования используют стан дартные и предельные нагрузки, причем стандартные нагрузки под бирают такие, которые доступны всем обследуемым лицам независи мо от возраста и уровня тренированности. Предельные же нагрузки должны соответствовать индивидуальным возможностям человека. 11.3.1. ПРИНЦИПИАЛЬНЫЕ ОСОБЕННОСТИ РЕАКЦИЙ ОРГАНИЗМА СПОРТСМЕНОВ НА СТАНДАРТНЫЕ И ПРЕДЕЛЬНЫЕ НАГРУЗКИ Изменения физиологических показателей утренированных и не тренированных лиц при стандартных и предельных нагрузках имеют принципиальные различия. В случае с т а н д а р т н ы х н а г р у з о к регламентируется мощность и длительность работы. Задается частота педалирования на велоэргометре и величина преодолеваемого сопротивления, высота ступенек и темп восхождения при степ-тестах, длительность работы и интервалы между пробами и т. п., т. е. всем обследуемым предлага297 ется одинаковая работа. ЦяпоІ1 ситуашш лучше нодготовленныинеІіовек р а б о т а я біш е экономно за счет совершенной координации дваловек, раиитип иил* _________ меньшие сдвиги жении вегетативных функций в со ст о я н и и U V U C U IW U "^'' --------^ В случае выполнения ____ _ тлриы ппням- предел ьных нагру тре Р ный спортсмен работает с большей мощностью, выполняет заведомо больший^объем работы, чем неподготовленный человек. Несмотря на экономичность отдельных физиологических проиессов и высокую эффективность дыхания и кровообращения, для выполнения пре дельной работы тренированный организм спортсмена затрачивает огромную энергию иразвивает значительные сдвиги в моторных и ее-1 X_ _ _ /ілллліШіііііЛ uodnrmvtiHbie для неподготовленфункциях ного человека. 11.3.2. ТЕСТИРОВАНИЕ ФУНКЦИОНАЛЬНОЙ ПОДГОТОВЛЕННОСТИ ПРИ СТАНДАРТНОЙ РАБОТЕ С т а н д а р т н ы е н а г р у з к и , используемые для тестирования функциональной подготовленности спортсменов, могут быть общие, неспециализированные (различные функциональные пробы, велоэргометрические тесты, степ-тесты) и специализированные, адекватные упражнениям в избранном виде спорта (проплывание или пробега ние определенных отрезков с заданной скоростью или заданным вре менем, поддержание заданного статического усилия втечение необ ходимого времени и т. п.). При стандартной работе тренированный организл отличают нетренированного следующие особенности: более быстрое врабатывание, различных функций лучше быстрое У тренированного спортсмена при динамической работе повы шение минутного объема дыхания достигается преимущественно м инутногоннцн нетренированного ви ловека — за счет частотных показателей (повышения частоты дыха ния и сердцебиений). У адаптированного к выполнению статической работы спортсме на меньше выражен феномен статических усилий — меньше подав ление функций дыхания и кровообращения во время нагрузки и меньше послерабочее их нарастание, чем у других лиц. Наиболее распространенными стандартными тестами являются тест определения физической работоспособности по показателю PWCno — мощности работы при ЧСС = 170 уд,- мин 1и определение ч / 298 Время работы Период восстановлен ия Рис. 35. Схема физиологических реакций на стандартную нагрузку у тренированных ( сплошная линия) и нетренированных (прерывистая линия) Индекса Гарвардского степ-теста (ИГС1), который оценивается по скорости восстановления ЧСС после нагрузки. Величина показателя Р\ҮС,70улиц, не занимающихся спортом, в среднем составляет 1060, у спортсменов скоростно-силовых видов спорта — 1255, а у спорт сменов, работающих на выносливость — 1500 кгм • мин -1 и более. При выполнении с т а н д а р т н ы х н а г р у з о к работоспособ ность спортсменов оценивается прямыми показателями — по ве личине и мощности выполненной работы и косвенными показате лями — по величине функциональных сдвигов в организме. У трени рованных спортсменов, обладающих более широким диапазоном функциональных резервов, отмечается значительное увеличение функциональных показателей, которое не может быть достигнуто нетренированными лицами. Деятельность ц е н т р а л ь н о й н е р в н о й с и с т е м ы тренированных спортсменов характеризуется высокой скоростью восприятия и переработки информации, хорошей помехоустойчиво стью, большей способностью к мобилизации функциональных ре зервов организма. У них велика возможность произвольного преодо ления утомления, противостояния эмоциональным стрессам. Этому способствуют, с одной стороны, сформированные в мозгу мощные рабочие доминанты, а с другой — большое количество нейропепти дов и гормонов (например, суточный выброс адреналина в соревно вательном периоде у тренированных спортсменов может в 150 раз превышать показатели людей, не занимающихся спортом). Э н е р г о т р а т ы очень высоки: единичные — при работе макси мальной мощности до 4 ккал •с г1и суммарные при работе умеренной мощности —до 2-3 тыс. ккал и более. Величины М П К, характеризующие аэробные возможности, дос тигают у выдающихся спортсменов (лыжников, пловцов, гребцов и 299 др.) 6 и даже 7 л *м и н 1для абсолютного М П К и 85-90 мл *кг *мин для относительного М ПК. Такие величины МП К позволяют спорт смену развивать значительную мощность передвижений и показы вать высокие спортивные результаты. Огромны и величины суммар ного потребления кислорода на всю дистанцию. Важным показателем тренированности является способность спортсменов-стайеров про должать работу при резком снижении содержания глюкозы в крови. Высококвалифицированные спортсмены, работающие в зоне суб максимальной мощности, отличаются очень высокими показателями анаэробных возможностей. Величины их кислородного дол га достига ют 20-22 л, что отражает переносимость высоких концентраций лакта та в крови и глубоких сдвигов pH крови — до 7,0 и даже 6,9. Такие изменения характерны для работы с высоким кислородным запросом, который не удовлетворяется во время работы, несмотря на предельные изменения функций вегетативных систем. Величины минутного объема дыхания при этом порядка 180 л *м и н 1, а минутного объема крови — 40 л • м и н 1Систолический объем крови достигает 200 мл. 11.4. ФИЗИОЛОГИЧЕСКАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА ПЕРЕТРЕНИРОВАННОСТИ И ПЕРЕНАПРЯЖЕНИЯ Отклонения от рационального режима тренировочных занятий, несоблюдение величин нагрузки и длительности отдыха ведут к раз витию состояний перетренированности и перенапряжения. 11.4.1. ПЕРЕТРЕНИРОВАННОСТЬ Систематическое выполнение интенсивных нагрузок на фоне значительного недовосстановления организма приводит к развитию у спортсменов состояния перетренированности. Напряженная дви гательная деятельность в этом случае превышает функциональные возможности организма. П е р е т р е н и р о в а н н о с т ь — это патологическое состояние организма спортсмена, вызванное прогрессирующим развитием пе реутомления вследствие недостаточного отдыха меж ду трениро вочными нагрузками (Солодков А.С., 1995). Это состояние тожде ственно по генезу невротическим расстройствам, развивающимся в результате нарушений высшей нервной деятельности. Главная при чина перетренированности — это недостаточный отдых между нагрузками. Это состояние характеризуется стойкими нарушениями двига тельных и вегетативных функций, плохим самочувствием, падением работоспособности. Комплексные обследования спортсменов выя вили преобладание тонуса симпатической нервной системы, неус300 тоичивость психоэмоционального состояния, которое отражается в большом числе жалоб (до 80% случаев), повышенной мнительности, слезливости, симптомах раздражительной слабости, нарушениях сердечно-сосудистой деятельности. У некоторыхлиц возникаютявления депрессии, вялости, отсутствие интереса к тренировкам, спортсмен «спит на дистанции». Поданным корректурного теста, отмечено снижениеумственной работоспособности: преобладает оценка низкая и ниже средней (60% случаев), и совершенно не наблюдается оценок высоких и выше средних. В характере электрической активности мозга выявлено 2 типа из менений, соответственно клинике неврозов (типа неврастении или психостении): либо (в случае преобладания процессов возбуждения в коре больших полушарий и тонуса симпатической нервной системы) очень малая выраженность или полное отсутствие основного ритма покоя —альфа-ритма ЭЭГ и учащение фоновой активности до 14-17 Гц; либо (в случае депрессивного состояния) — низкая амплитуда и частота альфа-ритма 8-9 Гц. Отмечены нарушения предрабочей на стройки корковой активности у перетренированных спортсменов, свидетельствующие о поражении механизмов «опережающего отра жения действительности (по П. К. Анохину), а также особая нерегу лярность и нестабильность ЭЭГ во время работы, снижение в 2 раза выраженности рабочих ритмов мозга (медленных потенциалов в тем пе движения), регулирующих темп циклических локомоций. Сте пень нарушения мозговых процессов соответствовала выраженности патологических симптомов и падению физической работоспособно сти спортсменов. В развитии перетренированности выделяют 3 стадии. • Первая стадия характеризуется прекращением роста спортив ных результатов или их незначительным снижением, плохим самочувствием, снижением адаптивных реакций организма на нагрузку. • Вторая стадия связана с прогрессирующим снижением спортивных результатов, затруднением процессов восстанов ления и дальнейшим ухудшением самочувствия. • Третья стадия выявляется стойким нарушением функций сердечно-сосудистой, дыхательной и двигательной систем, резким снижением спортивной работоспособности, особенно выносливости, тяжелым самочувствием, постоянными нару шениями сна, отсутствием аппетита, потерей массы тела спорт смена. Профилактика состояния перетренированности заключается в соблюдении режима тренировок и отдыха, адекватного функцио нальным возможностям организма спортсмена. 301 а ш ш ш т м т . н а р уш е н н о й СИ МОСТИ ОТТИЖССІ И L U t l u w n n / i ----- г 99штшящла Г ггл п тс м е н у физических нагрузок, либо полного их прекращенияХпортсмену необходим активный отдых или полный отдых на 'РОТя*енииот I 2 недельдо I месяца. Р ек ом ен дуя п р и м ен ен и еB f c p g g f e j тационных средств - витаминов, биологически активных вешеств, массажа, физиотерапии и др. 11.4.2. ПЕРЕНАПРЯЖЕНИЕ функционального Перенапряжение состояния организма, вызванное нарушением процессов нервной и гумо ральнойрегуляцииразличных функций, обменных процессов и гомеоста за. Оно вызывается несоответствием между потребностями организма в энергоресурсах при физической нагрузке и функциональными воз можностями их удовлетворения. В развитии этого состояния велика рол ь гормональной недостаточности — в особенности истощение при работе резервов адренокортикотропного гормона гипофиза. При развитии перенапряжения нарушается баланс ионов натрия и калия, что вызывает отклонения в нормальном течении процессов возбуждения в нервной и мышечной системах. Эти изменения при ди ффузн даже мышечных волокон миокарда непосредственно в процессе прохож дения дистанции спортсменом. Главной причиной перенапряжения является чрезмерные и форсированные физические нагрузки (Солодков А.С., 1995). Выделяют острое и хроническое перенапряжение. О с т р о е п е р е н а п р я ж е н и е сопровождается резкой слабостью, головокружением, тошнотой, одышкой, сердцебиениями, падением артериал ьного давления. Оно может в наиболее тяжелых случаях вы зывать печеночные боли в правом подреберье, острую сердечную не достаточность, обморочное состояние, даже летальный исход. Х р о н и ч е с к о е п е р е н а п р я ж е н и е отмечается при многократных применениях тренировочных нагрузок, несоответству ющих функциональным возможностям организма спортсмена. Оно проявляется вповышеннойусталости, нарушениях сна и аппетита, ко лющих болях в области сердца, стойких повышениях или понижениях артериального давления. Работоспособность спортсмена резко падает. Сокращение или полное прекращение физических нагрузок спо собствует восстановлению организма. Используют также лекар ственные средства лечения сердечно-сосудистых расстройств. При этом необходимо уделять повышенное внимание сбалансированно му питанию и дополнительному приему витаминов. А Ш Я 302 Ш Л * ~ ^ —— - — W ------------- ------------------ 12. СПОРТИВНАЯ РАБОТОСПОСОБНОСТЬ В ОСОБЫХ УСЛОВИЯХ ВНЕШНЕЙ СРЕДЫ Спортивная деятельность может осуществляться в самых раз личных условиях внешней среды. При этом спортсмены нередко подвергаются воздействию ряда экстремальных факторов, что при водит к ухудшению их функционального состояния, снижению общей и специальной работоспособности. 12.1. ВЛИЯНИЕ ТЕМПЕРАТУРЫ И ВЛАЖНОСТИ ВОЗДУХА НА СПОРТИВНУЮ РАБОТОСПОСОБНОСТЬ Интенсивные и продолжительные физические нагрузки даже в комфортных условиях внешней среды существенно (в 15-20 раз) уве личивают теплопродукцию в работающих мышцах по сравнению с показателями основного обмена. Образовавшееся тепло передается в кровь, переносится по организму, повышая его температуру до 3940° С и выше ( р а б о ч а я г и п е р т е р м и я ) . 12.1.1. ВЛИЯНИЕ ПОВЫШЕННОЙ ТЕМПЕРАТУРЫ И ВЛАЖНОСТИ Повышенное теплообразование при мышечной работе приводит к изменению существующих механизмов теплоотдачи. В комфортных условиях теплопотери осуществляются следующим образом: • 15% — за счеттеплопроведения и конвекции; • 55% — путем лучеиспускания; • около 30% —за счет испарения жидкости с кожных покровов и дыхательных путей. При этом на испарение 1л жидкости рас ходуется 580 ккал. При повышении температуры окружающего воздуха теплоотдача путем проведения и конвекции резко снижается и возрастает испаре ние пота. В свою очередь, усиленное потообразование приводит к нарушению водного баланса организма — дегидратации (обезвожи ванию), которая вызывает прежде всего напряжение функций сер дечно-сосудистой системы. Повышенная влажность воздуха серьез но затрудняет теплоотдачу путем испарения пота. Все это ведет к на коплению тепла в организме, создавая риск п е р е г р е в а н и я и даже т е п л о в ы х у д а р о в . Естественно, в таких условиях спортивная работоспособность существенно ухудшается. Таким образом, снижение работоспособности спортсменов в ус ловиях повышенной температуры и влажности воздуха может быть обусловлено снижением кислородтранспортных возможностей сердечно-сосудистой системы, дегидратацией организма и развитием его перегревания. 303 Наоснове механизмов сш орегулвіим предупреждение перегревап и н ^ п ^ а о еущ ееп и ш еж ея т реш фшиопогниееннмн п р е ссам и. Первый из них Н У Ш й Я И Ж і і » пичивает перенос rc umui лмк*»"-*-— * ^ вастадабжение п о т о в ы х желез водой. Кожный кровотокпри физической работе в условиях высокой 1ЛП n in к по о составляя около 20 /о ммнугного увеличиваться в lu-i з раз, сисіашшл __ объема крови. В комфортных условиях при такой же работе эта величина не превышает 5%. . Второй физиологический процесс обусловлен усиленнымпотообразованием и его испарением. Потоотделение у спортсме нов на марафонской дистанции может достигать 12-15 л •час , в обычных условиях в состоянии относительного покоя оно составляет 0.5-0.6 л • сутки. • И наконец, в условиях повышенной температуры окружаю щей среды уменьшаются скорость потребления кислорода и энергетические расходы , что п ри водит к сн иже н ию теплопродукции. Потеря воды организмом при тренировках и соревнованиях в ус ловиях жаркого климата может достигать до 8-10 л в сутки. Кроме того, потери воды происходят путем мочеотделения (около 1л) и ис парения с дыхательных путей (0.75 л). Естественно, такие потери жидкости должны обязательно вос полняться. По современным представлениям, дополнительный при ем жидкости нужно осуществлять в достаточном количестве (с уче том величины влагопотерь), дробными дозами, с добавлением солей и витаминов. Регулярное пребывание человека в условиях повышенной темпе ратуры и влажности воздуха, а также физические тренировки, свя занные с повышением температуры тела, приводят к адаптации (ак климатизации) организма, что характеризуется повышением рабо тоспособности в этих условиях. Лица, хорошо подготовленные ф и зически, легче переносят повышение температуры и влажности воздуха. При подготовке к соревнованиям в жарком климате нужно пповолитьтоениоовки в аналогичных условиях за 10-14 суток. . 12.1.2. ВЛИЯНИЕ ПОНИЖЕННОЙ ТЕМПЕРАТУРЫ При пребывании человека в условиях пониженной температуры воздуха (Крайний Север, Заполярье) энергия АТФрасходуется ьшвным образом на теплопродукцию и меньше ее остается на обеспечение мы шечнойработы. Для сохранения тепла в ядре тела теплоизолирующая обол очка увеличивается в 6 раз путем уменьшения кожного кровотока. Ворганизме происходит перестройка обменных процессов. Повышает304 ся потребность в жирах. Калорийность питания должнаувеличиваться на 5% при каждом снижении среднемесячной температуры воздуха на 10°С. При этом почками усиленно выводятся витамины С, В, и В2 зато лучше усваиваются жирорастворимые витамины A, D и Е. В организме уменьшаются запасы углеводов и увеличиваются за пасы липидов. Содержание глюкозы в крови без всяких признаков па тологииуменьшается вдвое (до 45-50 мг%). С уменьшением темпера туры тела основной обмен увеличивается, возрастает активность щи товидной железы. Описанные перестройки в организме снижают физическую работоспособность организма, особенно в период по лярной ночи. 12.2. СПОРТИВНАЯ РАБОТОСПОСОБНОСТЬ В УСЛОВИЯХ ИЗМЕНЕННОГО БАРОМЕТРИЧЕСКОГО ДАВЛЕНИЯ Спортсменам нередко приходится работать в условиях изменен ного барометрического давления. Тренировки и соревнования в го рах сопряжены с влиянием на организм факторов г и п о б а р и и . Они характеризуются снижением общего давления, парциального давления газов и прежде всего кислорода, понижением температуры и влажности воздуха, высокой его ионизацией, повышенной солнеч ной радиацией и уменьшением силы гравитации. С другой стороны, аквалангисты, пловцы-подводники, акванавты испытывают воз действие г и п е р б а р и ч е с к и х у с л о в и и й . И в том, и в другом случае основным биологическим фактором, вызывающим ухудше ние функций организма и снижение работоспособности является к и с л о р о д . При этом процентное содержание кислорода и на высо те, и на глубине остается постоянным (около 21 %), но уменьшается или возрастает п а р ц и а л ь н о е ( ч а с т и ч н о е ) е г о д а в л е н и е , поэтому на высоте более 3000 м при вдыхании воздуха разви вается к и с л о р о д н а я н е д о с т а т о ч н о с т ь ( г и п о к с и я ) , а на глубинах свыше 60 м (опять же придыхании воздухом) возникает отравление избыточным содержанием кислородом (ги п е ро кс и я). 12.2.1. ВЛИЯНИЕ ПОНИЖЕННОГО БАРОМЕТРИЧЕСКОГО ДАВЛЕНИЯ >ісоты до 1000м над уровнем моря принято считать нижнегорь__ среднегорьем и выше3000м — высокогорьем. Основные тренировки, а иногда и соревнования проводятся на высо тах 2500-3000 м, т. е. в среднегорье. Первые д ай нахождения человека в среднегорье сопровождаются снижением аэробных возможностей, увеличением энерготрат на одну и ту же нагрузку, ухудшением функционального состояния организма, вялостью, нарушением сна. По прошествии 10-15 суток 305 наступает адаптация, которая характеризуется тем, что в покос и при умеренной мышечной деятельности люди чувствуют себя хорошо, тяжелые физические нагрузки затруднены, главным образом, вслед ствие снижения напряжения кислорода в крови ( г и п о к с е м и я). При снижении парциального давления кислорода во вдыхаемом воз духе, альвеолярном воздухе и в крови может развиться патологическое состояние — г и п о к с и я . Первые ее признаки появляются при снижении парциального давления кислорода во вдыхаемом воздухе ниже 140 мм рт.ст. (нормальная величина на уровне моря около 160 мм рт.ст.), что возможно на высоте 1500 м и более. Гипоксию нередко называют «коварным» патологическим состоянием. В основе ковар ства лежит характерная триада признаков: • эйфория (повышенное настроение), • потеря сознания без предвестников, на хорошем психоэмоци ональном фоне, • ретроградная амнезия (утрата памяти о предшествующем со бытии). Изменения функций организма при гипоксии носят адаптацион ный и компенсаторный характер и направлены на борьбу с кислород ной недостаточностью. Это проявляется прежде всего усилением функций органовдыхания и кровообращения, увеличением количе ства эритроцитов, гемоглобина, объема циркулирующей крови и возрастанием ее кислородной емкости. При значительной степени кислородной недостаточности или ухудшении компенсаторных реакций в организме человека развива ется ряд физиологических и патологических изменений, получив ших название горной или высотной болезни. Она проявляется сниже нием подвижности основных нервных процессов, нарушением фун кций вегетативных и сенсорных систем, координации движений, уменьшением показателей физических качеств. Субъективные при знаки выражаются головной болью, головокружением, они сопро вождаются носовыми кровотечениями, одышкой, тошнотой, рво той, возможна потеря сознания. По мере пребывания на высоте устойчивость организма к недо статку кислорода повышается, улучшается самочувствие людей, ста билизируются функции организма и физическая работоспособность. Д руги ми словами, развивается адаптация л юде й или частный ее слу чай — акклиматизация, которая осуществляется по двум физиологи ческим механизмам: а) путем повышения доставки кислорода тканям вследствие нормализации функций кислородтранспортной системы, б) приспособлением органов и тканей к пониженному содержанию кис лорода в крови и уменьшением вследствие этого уровня метаболизма. В первые дни пребывания в условиях среднегорья физическая ра ботоспособность снижается как по прямым, так и по косвенным ее 306 показателям. Особенно существенно снижение работоспособности в тех видах спорта, для которых характерен значительный кислород ный запрос (бег на средние и длинные дистанции, плавание, велоси педные и лыжные гонки). Главной причиной сниженияработоспособ ности в этих условиях является увеличение кислородного долга. В ви дах спорта, где работа протекает преимущественно в анаэробных ус ловиях (гимнастика, акробатика, тяжелая атлетика, спринтерский бег), результаты практически не изменяются. После пребывания спортсменов в среднегорье и по возвращении их на равнину, в течение 3-4 недель сохраняется повышенная физи ческая работоспособность, а спортивные результаты нередко улуч шаются. Физиологический смысл этого явления заключается в адаптированности организма к условиям гипоксии. Поэтому перед ответ ственными соревнованиями, особенно в видах спорта на выносли вость, рекомендуются тренировки спортсменов в горных условиях или в специальных рекомпрессионных камерах. Разработана также тренировкас дыханием в замкнутом пространстве (например, в рези новый мешок), в котором по мере дыхания снижается содержание кислорода. 12.2.2. ВЛИЯНИЕ ПОВЫШЕННОГО БАРОМЕТРИЧЕСКОГО ДАВЛЕНИЯ Представители некоторых спортивных специализаций (акванав ты, ныряльщики, подводные пловцы, аквалангисты) в период пребы вания под водой подвергаются воздействию повышенного барометри ческого давления. В комплексном действии факторов, определяющих специфику такого труда, ведущая роль принадлежит влиянию повы шенного давления среды и его перепадов, повышенных парциальных давлений газов, атакже изменениям, происходящим в организме вслед ствие нарушения газового равновесия со средой, вызывающего насы щение и рассыщение организма индифферентными газами. Исследования влияния повышенного барометрического давле ния на организм человека сопряжены с методическими трудностями, которые определяются тем, что экспериментатор не всегда может на ходиться вместе с обследуемым; во многих случаях оказывается не возможным использование необходимой аппаратуры. Поэтому большинство фактических материалов о влиянии гипербарии на организм получено в период последействия. При анализе реакций организма на действие комплекса перечис ленных факторов следует иметь в виду, что в процессе эволюции у человека и наземных животных не выработались специальные адапта ционные механизмы, реагирующие на значительное возрастание пар циальных давлений кислорода и других газов, на процесс проникно вения их в кровь и ткани. Свои защитные функции организм осуществ им преимущественно ций. Все изменения в организме проявляются двумя типами: факторов физиологические w*nru у>, шЩШ— -------_ гипербарии при с о б л ю д е н и и необходимых тре овани р м п п vЯ r f V I I Л f * КЛ t быванию под водой, патологические изменения, связанные с нарушение ре безопасности или неисправности дыхательной аппаратуры. При действии повышенного барометрического давления на орга низм возникают функциональные изменения со стороны разных ор ганов и систем. Изменения функций ЦНСуказывают на нарушение уравновешенности основных нервных процессов, характеризуюше еся снижением силы внутреннего торможения и преобладанием про цессов возбуждения. Со стороны дыхательш увеличение сопротивления дыханию, уменьшение скорости выдоха и снижение максимальной вентиляции легких. ■ Наиболее типичной и закономерной реакцией органов кровооб ращения являетсяурежение сердечных сокращений, понижение мак симального и повышение минимального артериального давления, т. е. уменьшение пульсового давления. Наблюдается также замедление скорости кровотока, снижение количества циркулирующей крови, ударного и особенно минутного ее объемов. Эти изменения следует рас сматривать как приспособительную реакцию организма, направлен ную на ограничение избыточного поступления кислорода в органы и ткани. Изменения в периферической крови характеризуются умень шением количества эритроцитов и гемоглобина, умеренно выражен ным лейкоцитозом; при этом снижаются осмотическая стойкость и фагоцитарная активность лейкоцитов. У лиц названных специализаций угнетается секреторная деятель ность пищеварительных желез; моторная функция желудочно-ки шечного тракта усиливается и возрастает диурез. Все виды обмена вешеств нарушаются, что приводит к снижению энергообмена и па дению уровня физической работоспособности. Возникающие в орга низме изменения в большинстве случаев носят функционально-приспо собительный характер и через несколько часов, как правило, все по казатели возвращаются к норме. Во время работы под водой при нарушении режимов безопасности могут возникать различные патологические состояния и профессио нальные заболевания переохпаж дение или перегревание организма, утопление, особый синдром по вышенного давления (барогипертензионный синдром), баротравма легких и декомпрессионная болезнь. Лечением и профилактикой этой патологии занимаются специально подготовленные врачи-фи зиологи и водолазные специалисты. к* К 308 -» — - * I в *-»7 ... >» > J і * і • л в Спортсмены, тренеры и медицинские работники, обеспечива ющие тренировки и соревнования в условиях гипербарии, долж ны хорошо знать о возможности возникновения и характере фун кциональных сдвигов и патологических нарушений в организме людей в период пребывания под водой. В случае появления про фессиональных заболеваний пострадавшие должны доставляться в бароцентры (а не в больницы!), где имеется необходимое обору дование для проведения лечебных мероприятий и соответствую щие специалисты. 12.3. СПОРТИВНАЯ РАБОТОСПОСОБНОСТЬ ПРИ СМЕНЕ ПОЯСНО-КЛИМАТИЧЕСКИХ УСЛОВИЙ Характерной особенностью отечественной физиологии и меди цины является признание тесной взаимосвязи организма с внешней средой. Природные явления подвержены периодическим колебани ям. В соответствии с ритмическими изменениями явлений природы в организме человека и животных сформирово/іись определенныерит мы физиологических функций, получившие название б и о л о г и ч е с к и х р и т м о в . Изменения внешней среды неизбежно отражаются на физиологических реакциях организма, обусловливая состояние уравновешенности его с внешней средой, что вытекает из учения И. М. Сеченова и И. П. Павлова о тесном взаимодействии организма и внешней среды, их единстве. Различают суточные (точнее — око лосуточные), околомесячные, сезонные ( или годичные), многолетние и др. биоритмы. Среди биологических ритмов человека центральное место зани мают околосуточные, или циркадные ( циркадианные) ритмы, период которых колеблется около 24 часов. Стереотипные, тысячелетиями повторяющиеся суточные колебания среды в виде смены дня и ночи создали в организме прочную систему последовательных изменений функций организма. Суточные колебания обнаруживаются в дея тельности высших отделов ЦНС, в гемодинамике и дыхании, всистеме крови и терморегуляции, в деятельности пищеварительного ап парата и обмена веществ, в мышечной силе, быстроте и выносливос ти, физической и умственной работоспособности и в других прояв лениях жизнедеятельности организма. В настоящее время известно около 60 разных физиологических функций организма, имеющих четкую суточную периодику, причем фаза максимальной деятельности в большинстве случаев приходится на период бодрствования, а минимум — примерно на 4 часа ночи. Строгое чередование физиологических процессов во времени является одним из выражений биологической целесообразности и физио/іогической целостности организма. 309 Возможность нарушения суточных биологических ритмов обус ловлена двумя факторами: 1) сменной работой (ночные смены, вах ты), 2) быстрым перемещением людей в широтном направлении при пересечении нескольких часовых поясов. Перестройка биоритмов проявляется как субъективными, так и объективными нарушениями (быстрая утомляемость, слабость, бессонница в ночное время и сон ливость в дневные часы, и з м е н е н и я функций организма и понижен ная работоспособность). В отечественной литературе подобное состо яние человека получило наименование «десияхроноза». Выражен ность десинхроноза, характер и скорость адаптационных перестроек в новых условиях зависят от величины поясно-временных сдвигов, направления перелета, контрастности поясно-климатического ре жима в пунктах постоянного и временного проживания, характера двигательной деятельности спортсменов. При возвращении в место постоянного жительства реадаптация людей протекает в более корот кий период, чем адаптация к новым условиям. В основе формирования суточной периодики лежит условно-реф лекторный динамический стереотип, образование которого в новых условиях проходит несколько фаз: щИ • 2-5-е сутки после перелета характеризуются снижением функ ций организма и прямых показателей работоспособности; • 6- 10-е сутки сопровождаются колебаниями названных пока зателей; І П-14-е сутки—характеризуются полным их восстановлением и 1 после 15 суток иногда отмечается превышение исходного уровня (сверхвосстановление). Существенное влияние на процессы адаптации к новым поясно климатическим условиям оказывает специфика двигательной дея тельности. В частности, десинхроноз больше сказывается на выпол нении скоростных, скоростно-силовых и сложнокоординационных упражнений; в упражнениях на выносливость его влияние значи тельно меньше. Работоспособность спортсменов изменяется также от месяца к месяцу, от сезона к сезону, т. е. зависит от биоритмов с длительными периодами. Однако изучены они недостаточно, поэтому в настоящее время нет убедительных, научно-обоснованных предпосылок для использования их в тренерской практике. 12.4. ФИЗИОЛОГИЧЕСКИЕ ИЗМЕНЕНИЯ В ОРГАНИЗМЕ ПРИ ПЛАВАНИИ Спортивная деятельность при плавании имеет ряд ф изиологи ческих особенностей, отличающих ее от физической работы в обычных условиях воздушной среды. Эти особенности обусловлены 310 механическими факторами, связанными с движением в плотной водной среде, горизонтальным положением тела и большой теплоем костью воды. Плотность воды примерно в 775 раз больше плотности воздуха, а отсюда затруднение движений, ограничение скорости и большие энерготраты. При плавании основная мышечная работа затрачивает ся не на удержание пловца на воде, а на преодоление силы лобового сопротивления. Ее величина зависит от вязкости воды, размеров и формы тела и скорости плавания. Средняя скорость при плавании разными стилями колеблется от 1.5 м •с'1(брасс) до 1.8 м •с-1(кроль). Расход энергии при плавании на различных дистанциях зависит от их длины и мощности работы. На дистанциях 100-1500 м он состав ляет в среднем от 100 до 500 ккал. Гипогравитация в соответствии с законом Архимеда приводит к тому, что масса тела человека в воде не превышает 1-1.5 кг. В таких условиях в спокойном состоянии деятельность различных органов и систем аналогична их функционированию в состоянии невесомости. Этому способствует и горизонтальное положение тела при плавании, что облегчает работу сердца, улучшает расслабление мышц и функ ции суставов. Теплоемкость воды в 25раз, а ее теплопроводность в 5раз больше, чем воздуха. Поэтом длительное пребывание пловцов даже в относи тельно теплой воде может приводить к значительным потерям теп ла и переохлаждению тела. Однако у тренированных пловцов меха низмы, обеспечивающие сохранение температурного гомеостаза, бо лее совершенны, чем у людей, не адаптированных к охлаждению. Поэтому плавание в любом возрасте является одним из эффективных средств закаливания. Названные особенности водной среды оказывают специальное влияние на деятельность различных органов и систем. Вчастности, в процессе тренировки у пловцов формируется особое комплексное восприятиеразличныхраздражителей, называемое «чувством воды». Оно обусловлено ощущениями, возникающими при раздражении тактильного, температурного, проприоцептивного и вестибулярного рецепторов. При наличии «чувства воды» пловцы хорошо анализи руют малейшие изменения в величине сопротивления воды, ее дав ление и температуру. Эти ощущения способствуют улучшению дви жений пловца. Функции зрительной и слуховой сенсорных систем при нахождении пловца под водой существенно ухудшаются. Предметы в воде видятся смутно, расплывшимися, на расстоянии, на соответствующем дей ствительному. Звук в воде распространяется со скоростью 1500 м •с-1 (на суше — 330 м •с 1), поэтому практически одновременно приходит в оба уха, что затрудняет определение его направления. 311 Двигате/іьная деятельность пловца также имеет свои осо еннос ти, которые определяются горизонтальным положением тела, боль шим сопротивлением воды движению, выработкой специфических двигательных автоматизмов и новых координации движении, стро гой последовательностью работы отдельных мышечных групп, включением в работу преимущественно мышц рук и плечевого пояса (до 70%) и ног — при плавании брассом. Под влиянием тренировки у пловцов хорошо развивается сила мышц. При плавании основные мышечные группы выполняют динамическую работу. М ышцы додбыть адаптированы длиннее дистанция приобретают аэробные процессы.. аоюптпіііанҺіх птаиов и систем У пловцов также пловцам дикардия, умеренное повышение артериального давления, усиленный венозный приток к сердцу, увеличение ударного и минутного объемов крови, расширение полостей сердца и умеренная гипертрофия мио карда. Придыхании пловцам приходится преодолевать сопротивле ние воды, в связи с этим у них хорошо развита дыхательная мускулату ра. При плавании вырабатывается новый автоматизм дыхания, кото рый характеризуется уменьшением длительности дыхательного цик ла, увеличением частоты и минутного объема дыхания. Легочная вентиляция при плавании может возрастать до 120-150л •мин_1, ЖЕЛ у хорошо тренированных пловцов достигает 5.8-6 л. Изменения в картине крови при плавании характеризуются уве личением содержания эритроцитов, гемоглобина и лейкоцитов. При плавании почти отсутствует потоотделение, поэтому продукты обмена веществ у пловцов могут выводиться только через почки, что предъявляет дополнительные требования к их функциям. Наруше ния проницаемости почечных капилляров нередко приводит к появ лению в моче белка и эритроцитов. Изменение деятельности почек является одной из специфическихреакций организма на плавание. Потребление кислорода при плавании у квалифицированных спортсменов составляет около 5-6 л • м и н 1, что близко к величинам МПК. Кислородный запрос у пловцов доходит до 30 л • м и н 1, кото рый не полностью удовлетворяясь, приводит к развитию кислороднохорошоразвиваются аэробные возможности ккал • м и н 1). Однако КПД валифицированных спорте вышает 4-5%. Плавание как вид спорта — удел молодых; для людей зрел пожилого возраста — хорошее средство физического развития нировки на выносливость и закаливания. ^ 312 / 4 /Ч 4 ^ V V ■ ^ 13. ФИЗИОЛОГИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ СПОРТИВНОЙ ТРЕНИРОВКИ ЖЕНЩИН Рол ь женщин в производственной сфере, спорте и общественной жизни непрерывно возрастает, от укрепления их здоровья зависит развитие будущего поколения. Это делает необходимым всесторон нее научное обоснование физического воспитания и спортивной тре нировки женщин. 13.1. МОРФОФУНКЦИОНАЛЬНЫЕ ОСОБЕННОСТИ ЖЕНСКОГО ОРГАНИЗМА Особенности строения и функционирования женского организма определяют его отличия в умственной и физической работоспособ ности. В общебиологическом аспекте женщины по сравнению с муж чинами характеризуются лучшей приспособляемостью к изменени ям внешней среды (температурные сдвиги, голод, кровопотери, не которые болезни), меньшей детской смертностью и большей продол жительностью жизни. ’* 'J ‘ " 13.1.1. ДЕЯТЕЛЬНОСТЬ ЦЕНТРАЛЬНОЙ НЕРВНОЙ СИСТЕМЫ И СЕНСОРНЫХ СИСТЕМ Для организма женщин характерны специфические особенности деятельности мозга. Доминирующая роль левого полушария у них проявляется в меньшей степени, чем у мужчин. Это связано с доста точно выраженным представительством речевой функции не только в левом, но и в правом полушарии. Женщин отличает высокая спо собность к переработке речевой информации, овладению родным и иностранным языком, синхронному переводу, а также словесно-аналитическая стратегия решений и высокая степень р е ч е в о й р е г у л я ц и и д в и ж е н и й . В процессе их обучения физическим упражнениям следует делать акцент на метод рассказа. Отмечено, что объяснение, словесный анализ движений, доведение до сознания от дельных их элементов, разъяснение ошибок существенно ускоряют овладение движением, формирование двигательных навыков. При запоминании слов женщины превосходят мужчин как по кратковре менной, так и по долговременной вербальной памяти. В то же время цифровая память и скорость переработки информацииуженщ ин ниже, чему мужчин. Они медленнее решают такти ческие задачи, больше времени затрачивают на арифметические вы числения. При этом женщины легче решают стереотипные, а мужчи ны —новые задачи, особенно в условиях дефицита времени. Вместе с тем, более высокий уровень мотивации, а также лучшие показатели 313 обучаемости женщин обусловливают достижение ими значи успехов. Женщинам присуща более высокая эмоциональная возбуди тревожность Ш Ш Щ Ш ш Я педагогических воздействиях, особенно при работе с девочками-подростками. Высокая чувствительность кожных рецепторов, двигательной вестибулярной сенсорных систем, тонкие дифференцировки мышечногочувства способствую развитию хорошей координации движе„ __________ л/пхпыимйпсть вестибулярных реакции плавности возрасте быстро осооенно возраі; і ас i d i ~ --------R совершенствуется двигательная сенсорная система, растет сп особ ность дифференцировать амплитуду движений. Важно использовать этот период развития организма для совершенствования координа ции движений, повышения устойчивости вестибулярного аппарата, овладения статическим и динамическим равновесием, формирова ния сложных двигательных навыков. Женщины обладают острым зрением глубинным зр сигналы Ш/ipVj nvm j m j/u ****** ---------- jj больших полушарий и вызывают более выраженную реакцию. Все это обусловливает совершенство глазодвигательных реакций, уве ренную ориентацию движений в пространстве. Способность назы— ------------------ — ... пр.. « мальчиков <V*e с 4 лет), нарушения цветного зрения у женщин встречаются много реже (в 0,5% случаев), чем у мужчин (в 8% случаев). К 12 годам заверша ется основной период развития зрительной сенсорной системы. В зрительной области коры больших полушарий устанавливается четкий ритм биопотенциалов взрослого мозга — около 10 колеба ний в 1 секунду. Слуховая система отличается большей чувствительностью к вы соким частотам звукового диапазона, с возрастом это отличие жен щин становится более заметным. Музыкальный слух у женщ ин в 6 раз лучше, чем у мужчин, что облегчает их движения под музыку. 13.1.2. ДВИГАТЕЛЬНЫЙ ап п арат И РАЗВИТИЕ ФИЗИЧЕСКИХ КАЧЕСТВ У женщин меньше, чем у мужчин, длина тела—в среднем на 10 см, и его масса — на 10 кг. Меньшим размерам тела соответствуют и меньшие размеры внутренних органов и мышечной массы. Имеются отличия и в пропорциях различных частей тела: конечности у жен щин короче, а туловище длиннее, поперечные размеры таза больше, а плечи уже. Эти особенности строения тела обусловливают болеениз314 кое общее положение центра масс, что способствует лучшему сохра нению равновесия, например, в гребле, упражнениях на бревне и т. п. Вместестем, большая ширина таза снижает эффективность движе ний прилокомоциях. Благодаря хорошей подвижности позвоночни ка и эластичности связочного аппарата возможна значительная амп литуда движений, большая гибкость. Сравнительно легче выполня ется поперечный шпагат. Красоте и эффективности движений спо собствует и то, что у женщин чаще встречается высокий свод стопы и реже плоскостопие. Леворукость встречается в 3 раза реже, чем у мужчин. Заметно преобладает по сравнению с мужчинами правосто ронняя асимметрия — сочетание преимущества правой руки, ноги и глаза. Для женского организма характерны специфические особеннос ти проявления и болеераннееразвитие физических качеств в процессе индивидуальногоразвития (онтогенеза). Абсолютная мышечная сила у женщин меньше, чем у мужчин, так как у них тоньше мышечные волокна и меньше мышечная масса (примерно 30-35% массы тела, тогда как у мужчин — порядка 4045%). Соотношение медленных и быстрых волокон в мышцах не за висит от пола. Несмотря на меньшие значения абсолютной силы мышц, относительная сила у женщин благодаря меньшей массе тела, почти достигает мужских показателей, а для мышц бедра даже пре восходит их. Максимальная произвольная сила более слабых мышц руки, плечевого пояса и туловища составляет у женщин 40-70% от показателей у мужчин, более сильных мышц ног — 70-80%. В ходе индивидуального развития наибольший прирост абсолют ной силы у девочек-подростков наблюдается в 12-14 лет. Это наибо лее благоприятный возраст для ее развития. Максимальные показа тели силы достигаются в 15-16 лет (у мужчин в 18-20 лет). Относи тельная сила по мере увеличения массы тела может практически не увеличиваться ил и даже снижаться. У юных спортсменок более быс трый рост абсолютной силы и сравнительно меньшее увеличение массы тела способствуют нарастанию относительной мышечной силы. Эго особенно заметно при отставании биологического возраста от паспортного у девочек-ретарданток, занимающихся спортивной гимнастикой. Скоростно-силовые возможности в наибольшей мере совершен ствуются в 10-14 лет. В этот период особенно заметно растет пры гучесть. Женщины отличаются меньшим развитием качества быстроты по сравнениюс мужчинами. Больше времени затрачивается у них на обработку поступающей в организм информации. В связи с этим и больше продолжительность зрительно-двигательной реакции. Вре мя простой двигательной реакции руки на световые раздражения у 315 нетренированных лиц составляет, в среднем, 190 мс, у высококвали фицированных спортсменов - 1 2 0 мс, а у спортсменок - 1 4 0 мс. Время двигательной реакции резко сокращается к 10-13 годам. Этот период наиболее благоприятен для развития быстроты у дево чек. Максимального значения скорость зрительно-двигательных ре акций достигает у женщин в 13 лет (у мужчин — в 15 лет). Быстрота движений растет до 14 лет. У женщин, не занимающихся спортом, она затем снижается, а у спортсменок возрастает и далее. Максималь ная скорость и частота движений интенсивно нарастают в период 11 -16 лет. У взрослых женщин максимальная скорость движений на 10-15% ниже, чем у мужчин. Женщины обладают хорошей выносливостью к длительной цикли ческой работе аэробного характера. Другими словами, они имеют высокую общую выносливость. Однако при меньших размерах тела женщины имеют и меньшие размеры сердца и легких. Характерна для них также меньшая концентрация гемоглобина и кислорода в арте риальной крови. Соответственно, более низкими являются аэроб ные возможности. Это определяет у них меньшую скорость стайерс кого бега по сравнению с мужчинами. Вместе с тем, большие запасы жира и способность его использования в качестве источника энергии определяют приспособленность женщин к циклической работе большой и умеренной мощности. Менее благоприятна реакция женского организма на длительные и мощные статические нагрузки, которые вызывают в организме, в частности, в сердечно-сосудистой системе, значительные изменения из-за несовершенства моторно-висцеральных рефлексов. Такие на грузки рекомендуется тщательно дозировать и сочетать с динамичес кими, особенно у девочек-подростков. Наибольшую статическую выносливость у мужчин имеют мышцы — сгибатели туловища, а у женщин — мышцы-разгибатели туловища. При локальной аэробной работе руками (на уровне 80% М ПК) мужчины и женщины с равны ми МП К не различаются по выносливости. Максимальных показа телей общая выносливость достигает у женщин в возрасте 18-22 лет, скоростная выносливость — к 14-15 годам, статическая выносли вость— к 15-20 годам. Уже с ранних лет для девочек характерна хорошая гибкость в сус тавах, обусловленная большой подвижностью позвоночника и высокой эластичностью мышц и связочного аппарата.. Наиболее благоприят ным возрастом для ее развития считается период 11 -14 лет. У деву шек, не занимающихся спортом, гибкость снижается уже с 16-17 лет, а у спортсменок она сохраняется и после 17-летнего возраста. Проявления ловкости уже достаточно выражены в 8-11 лет, с 1415 лет это качество постепенно снижается, если его специально не тренировать. 316 13.1.3. ЭНЕРГОТРАТЫ, АЭРОБНЫЕ И АНАЭРОБНЫЕ ВОЗМОЖНОСТИ Для женщин характерен более низкий, чем у мужчин, уровень ос новного обмена (примерно на 7%). Экономичность основного обмена определяет более высокую выживаемость женщин в определенных условиях (например, при голодании). Рабочие энерготраты зависят от характера нагрузки. При сход стве биомеханических условий движений (работа на велоэргометре или на тредбане) и расчете энерготрат на 1 кг массы тела потребление кислорода при повышении мощности работы у женщин нарастает в той же мере, что и у мужчин. Однако, в условиях естественных локомоций энерготраты женщин в расчете на 1кг массы превышают по казатели мужчин: при ходьбе — на 6-7%, при беге — на 10 %. При этом и общие энерготраты у женщин значительно больше. Этосвязанос различиями в строении тела и, соответственно, с менее экономич ной техникой выполнения спортивных упражнений (при локомоциях у женщин короче и чаще шаги, больше колебания тела). В среднем, ежедневное потребление энергии у высококвалифици рованных спортсменов составляет 3500 ккал, у спортсменок 2800 ккал. Для женщин характерна более совершенная терморегуляция. У них наиболее равномерно расположены на поверхности тела потовые же лезы, кожа богаче капиллярами и эффективнее отдает тепло при рабо те. В связи с этим потоотделение у женщин более экономно. Свойство поддерживать постоянную температуру тела при изменениях темпера туры внешней среды нарастает вплоть до пожилого возраста. Способность женщин выполнять работу за счет анаэробных ис точников энергии (анаэробные возможности) ниже мужской, так как в их организме меньше общее количество аденозинтрифосфорной кислоты, креатинфосфата и углеводов. Причем у женщин мень ше как мощность анаэробных процессов (измеряемая с помощью эр гометрического теста Маргария), так и их емкость (по показателям максимальной концентрации молочной кислоты и максимальному кислородному дол гу). П ри максимально быстром беге вверх по лест нице мощность анаэробной работы у женщин оказалась примерно на 20% ниже мужской (соответственно, 130 кгм • с _1 и 160 кгм • с 1). Максимальная величина кислородного долга также сравнительно ниже. Уфигуристов-одиночников, например, величины кислород ного долга у мужчин не превышают Юл, а у женщин 5 л. В процессе индивидуального развития анаэробные возможности развиваются у девочек позже, чем аэробные, и снижаются в зрелом возрасте раньше (уже с 35-40-летнего возраста). Аэробные возможности женщин, оцениваемые по показателю максимального потребления кислорода, в среднем меньше на 2530%, чем у мужчин. У высококвалифицированных спортсменок 317 М П К в среднем достигает 3,5-4,5 л • мин 1(60-70 мл • к г ' • м и н '). Ограниченные аэробные возможности приводят при повышении мощности работы к более быстрому переходу женского организма на анаэробную энергопродукцию, что свидетельствует о более низком пороге анаэробного обмена. До 10-12 лет величиньі МП К. у мальчиков и девочек почти не различаются. Особенно быстрый рост абсолютной величины М ПК у девочек наблюдается в 9-14 лет, дальнейшее нарастание может происходить лишь при системати ческой тренировке. Относительная величина МП К растет в мень шей степени, а после 1 4 -16 лет может снижаться. Особенностью ра боты ж енщ ин в аэробных условиях является их более высокая по сравнению с мужчинами способность утилизировать жиры. Запасы жира в женском организме значительнее. Общее количество жиро вой ткани у них в среднем около 30% (а у мужчин около 20%) массы тела, больше и абсолютное количество жира. По мере расхо дования запасов углеводов во время работы спортсменки легче пе реходят на утилизацию жировых источников энергии, чем спорт смены. Однако, это означает менее экономное расходование кисло рода и лимитирует выполнение работы, связанной с дефицитом кислорода. 13.1.4. ВЕГЕТАТИВНЫЕ ФУНКЦИИ Особенности размеров и состава тела определяют и специфичес кие черты вегетативных функций женского организма. Дыхание женщин характеризуется меньшими величинами объе мов и емкостей легких, более высокими частотными показателями. Жизненная емкость легких у женщин меньше, чем у мужчин, при мерно на ЮООмл. Глубина дыхания как в покое, так и во время рабо ты меньше, а частота — выше. Это определяет более низкую эф фек тивность дыхательной функции у женщин. Минутный объем дыха ния у женщин в покое около 3-5л • м и н 1, а при работе он достигает 100 л • мин-1и более, составляя примерно 80% от МОД у мужчин. При этом повышение МОД достигается менее выгодным соотношением частоты и глубины дыхания и сопровождается более выраженным утомлением дыхательных мышц. Мужчины превосходят женщин также по абсолютной и по относительной (в расчете на 1 кг массы тела) величине максимальной легочной вентиляции. В процессе индивидуального развития уже с 7-8 лет у девочек на чинается переход от брюшного типа дыхания к грудному, который вполне формируется к 18 годам. В периоде с 10 до 14 лет мальчики начинают превосходить девочек по росту показателей Ж ЕЛ, МОД и МЛ В, абсолютным и относительным величинам МП К. У девочек наиболее заметный прирост этих показателей отмечается в возрасте 318 1Ілет. Максимальные значения достигаются в 15 лет, а после 35 лет начинается их снижение. В системе крови у женщин отмечена более высокая кроветворная функция, что обеспечивает хорошую переносимость больших по терь крови и является одной из защитных функдий женского орга низма. При одинаковом у лиц обоего пола числе лейкоцитов и тромбоцитов женский организм характеризуется сниженным коли чеством эритроцитов, гемоглобина имиоглобина. В крови у женщин содержится 4-5 • 1012/ л эритроцитов и 120-140 г/л гемоглобина. Меньше у женщин и объем циркулирующей крови на 1 кг массы тела. Более низкая (на 10-15%) концентрация в крови гемоглобина обусловливает меньшую кислородную емкость крови. Каждые 100мл артериальной крови связывает у женщин в среднем 16,8 мл кислоро да, а у мужчин — 19,5 мл. В связи с этим во время предельных аэроб ных нагрузок у спортсменок из артериальной крови в мышцы посту пает меньше кислорода, чем у спортсменов. Недостаточное кисло родное снабжение мышц может приводить при работе, особенно в зоне субмаксимальной мощности, к резко выраженному окислению крови, при этом pH крови снижается от 7,34 до 7,11. Такие нагрузки тяжело переносятся женским организмом, особенно в период поло вого созревания. Женское сердце по объему и массе уступает мужскому. Абсолют ный объем сердца у незанимающихся спортом женщин составляет в среднем 580 см3, у спортсменок — 640-790 см’. Меньшим объемам сердца и его желудочков соответствует меньшая величина сердечного выброса. Это компенсируется более высокой частотой сердечных со кращений и большей скоростью кровотока. Систолический (удар ный) объем крови в покое составляет у женщин примерно 57 мл, а при работе повышается до 120 мл и более. У спортсменок, тренирую щихся на выносливость, систолический объем увеличен, что обес печивает рост максимальной величины сердечного выброса при ра боте до 140-160 мл. Минутный объем крови у женщин порядка 4 л • мин 1в покое. Максимальное его увеличение до 25 л • мин~‘ на блюдается при работе в зоне субмаксимальной и большой мощности. Рабочее увеличение МОК достигается менее эффективным путем — за счет повышения частоты сердечных сокращений. Наиболее значи тельное нарастание ЧСС происходит у юных спортсменок. В состоя нии покоя ЧССу женщин порядка 72-78 уд • м и н 1. При тренировке на выносливость у спортсменок развивается брадикардия, но выра женная более умеренно, чем у спортсменов. При выполнении одина ковой работы в аэробных условиях ЧСС у спортсменок выше на 20-40 уд • мин'1, чем у спортсменов, но ниже, чем у нетренированных женщин. 319 Отме кардиореспираторной системы к нагрузкам снижают их аэробные возможности и общую работоспособность. На функциональное состояние иработоспособность женщин силъ~ ное влияние оказывают курение, употребление алкоголя и наркотиков, Привыкание к ал коголю у женщин идет значительно быстрее, чем у катастрофичны только для ее детей. ОРГАНИЗМА В ПРОЦЕССЕ ТРЕНИРОВОК Регулярные занятия физическими упражнениями вызывают зна чительные перестройки всех функций организма. При выборе средств и методов повышения общей и специальной работоспособ ности в различных видах спорта и массовых формах физической культуры необходим учет особенностей организма женщин. При этом основное внимание должно уделяться сохранению их здоровья и детородной функции. МИИЯ 13.2.1. ИЗМЕНЕНИЕ ФУНКЦИОНАЛЬНЫХ ВОЗМОЖНОСТЕЙ ЖЕНСКОГО ОРГАНИЗМА В ПРОЦЕССЕ СПОРТИВНОЙ ТРЕНИРОВКИ Правильное построение тренировочного процесса обеспечивает гармоничное развитие основных физических, нравственных и мо рально-волевых качеств; создает прочный фундамент общей и спе циальной подготовленности спортсменок, позволяет доводить до высокого уровня возможности организма на базе постепенного их нарастания, в щадящем режиме, с использованием вариативности нагрузок по направленности и напряженности; обеспечивает инди видуализацию тренировочных нагрузок с учетом фаз специфическо го биологического цикла и на основе регулярного комплексного контроля за самочувствием женщин. Особое внимание должно уделяться подростковому периоду, когда физические упражнения должны сочетаться со сложной пе рестройкой всех функций организма в период полового созрева ния, и перегрузки могут приводить к функциональным расстрой ствам и задержке развития. У девочек-подростков 14-15 лет по сравнению со взрослыми женщинами кислородный запрос на рабо ту умеренной мощности в 1,5 раза больше, а на работу, проходящую на уровне МП К — в 1,2 раза выше; меньше дыхательный объем и систолический объем крови, но выше частота дыхания и сердцебие320 нии при нагрузке; артериовенозная разность и коэффициент ис пользования кислорода ниже; при работе на уровне МПКр Н крови снижается лишь до 7,3; отказ наступает при небольших сдвигах pH и гомеостаза. Грамотное использование физических нагрузок приводит к повы шению функциональных возможностей организма девочек и девушек, которые по многим важнейшим показателям функционального состояния, аэробных и анаэробных возможностей, физических ка честв начинают существенно превосходить своих сверстниц, не занимающихся спортом. Для спортсменок, занимающихся цикли ческими видами спорта, особенно при тренировке на выносли вость, характерны более высокие показатели аэробных возможно стей организма ( МПК порядка 70-80 мл • к г 1 • м и н 1), чем для спортсменок, в тренировке которых преобладает скоростно-силовая и скоростная направленность ( МПК 35-45 мл ■к г 1 • м и н 1)Наибольшие значения отмечены у представительниц лыжных го н о к —до 86 мл к г 1м и н ч При силовой тренировке у спортсменок слабее, чему спортсменов выраженарабочая гипертрофия мышц, что связано с меньшим коли чеством мужских половых гормонов (андрогенов) в женском орга низме. Однако использование тестостерона, других андрогенов или их производных (анаболических стероидов) для развития силы чрез вычайно вредно. Это приводит к патологическим нарушениям в женском организме — развитию мужских вторичных половых при знаков, нарушению и полному прекращению овуляции и менструа ции, невозможности деторождения. С 1968 г по решению МОК на крупных международных соревнованиях обязательно проводится секс-контроль спортсменок для устранения лиц с признаками гер мафродитизма. Наибольшую статическую выносливость (региональную и гло бальную) показывают конькобежки, а локальную — лыжницы и баскетболистки, особенно для мышц предплечья и сгибателей кисти. В учебно-тренировочных занятиях особую осторожность следует проявлять при развитии у женщин силовой выносливости, обращая специальное внимание на повышение силы и силовой выносливости мышц брюшного пресса и тазовогодна, имеющих большое значение для детородной функции. Изометрические упражнения необходимо сочетатьс динамическими. При скоростной направленности тренировочных занятий жен щины достигают существенных изменений качества быстроты, хотя по абсолютным показателям они отстают от мужчин. Реак ция на движущийся объект у спортсменок менее точна, чем у спорт сменов. Различий в ритме движений у мужчин и женщин не выяв лено. 321 Восприятие времени у спортсменок имеет свои особенности. Их і -V____т е пни отмеривают меньший ининоивиоуалънаяминути кирипъ, «. v,. тервал при задании отмеривать минуту. У женщин олее выражено изменение индивидуальной минуты на протяжении суток и в усло виях стресса. - _ Сравнительно легче, чем у мужчин, развивается гибкость. Она особенно повышается во время стрессовых ситуаций, в предстарто вом состоянии и снижается при утомлении. Женщин отличает высо кая ловкость и точность, их движениям присуща большая плавность и эстетичность. J _ Осуществлению высококоординированных действии сп особ ствует формирование в процессе тренировки корковых систем взаи-— — — —; — 1 ------------------: ----------— ---------------движениями IV lU tD > lja n n u K i a i v m u i i w v i i i , j * ->--------* - ' j j спортсменок. Чем выше уровень подготовленности спортсменок, тем лучше сформированы эти корковые системы. Их улучшению способствует выполнение упражнений под музыкальное сопро вождение. • В ходе многолетней подготовки женщины способны, в отличие от мужчин, очень резко улучшать спортивные результаты, но они их сохраняют на уровне спорта высоких достижений гораздо меньшее время. 13.2.2. ВЛИЯНИЕ БОЛЬШИХ НАГРУЗОК НА ОРГАНИЗМ СПОРТСМЕНОК Регулярное применение больших объемов тренировочных нагрузок, недостаточное соблюдение принципа постепенности в повышении их объема и интенсивности могут приводить, особенно у юных спорт сменок, к неблагоприятным изменениям, прежде всего к нарушениям овариально-менструальных циклов ( ОМЦ), их регулярности, интен сивности и полному прекращению. Большие нагрузки вызывают увеличение выброса гипофизом адренокортикотропного гормона и, соответственно, выброса надпочечниками андрогенов. Это тор мозит гонадотропную функцию гипофиза и в результате нарушает ся функция яичников. Интенсивные тренировки с большим объемом нагрузок, начатые до начала периода полового созревания, могут задерживать срок на ступления первых менструаций (рис. 36), а после их наступления — приводить ко вторичному их исчезновению. Повышенные нервные и психические нагрузки во время соревнований у недостаточно под готовленных спортсменок могут приводить к нарушениям ОМ Ц (олигоменоррее, аменоррее, дисменоррее), обморокам, быстрой утомляемости, снижению спортивных результатов. Подобные изменения в основном встречаются у спортсменок, 322 Гребля, плавание Гандб., легк.атлет. Баскетбол Волейб.,стрельба Нетренированные 11 12 13 14 Возраст (лет) 15 16 Рис. 36. Возрастные периоды первых менструаций у спортсменок тренирующихся на выносливость. Нарушения менструального цик ла зависят от чрезмерности нагрузок и не зависят от избранного вида спорта. У женщин-стайеров наблюдаются значительные перестройки в организме: они отличаются меньшей массой тела, уменьшением про цента жировой ткани, подавлением активности гипоталамо-гипофизарно-половой системы. В результате этого в крови снижается со держание гонадотропных и половых гормонов (фолл итропина, эст рогена и прогестерона). В 50% случаев у бегуний на длинные дистан ции наблюдалосьуменыиение максимального диаметра фолликулов (определенного ультразвуковым методом), чего не отмечалось у бе гуний трусцой. ! ' ; - Л, У женщин, занимающихся марафонским бегом, отмечали дефи цит железа, возникающий в результате его больших потерьс потом и недостаточным возмещением с пищей. Это приводило к развитию железодефицитной анемии, недостаточному снабжени ю организма кислородом и падению спортивной работоспособности. Примерно у 1/3 женщин, тренирующихся на выносливость, фиксировали задер жку наступления первых менструаций, а после их наступления раз витие их недостаточности (олигоменорреи) или прекращения (аменорреи). У спортсменок с аменорреей зарегистрировано понижение плотности костной ткани, степени минерализации отростков пояс ничных позвонков, а как следствие остеопороза — частые переломы костей. Причиной развития спортивной аменорреи считают снижение со- го уровня 116% массы тела) нарушается продукция женских половых гормонов эстрогенов, связанная сжировойтканью, опеготормозится выделение нейрогормонов гипоталамуса. Ихотеутствие нарушает контроль гипофизом функций яичников и приводит к отсутствию овуляции. , _ Явления эти обратимы. После снижения физических нагрузок протекание ОМ Ц через 2-3 месяца нормализуется. Для профилакти ки описанных явлений рекомендуется, помимо снижения нагрузки, увеличение в рационе кальция и железа, введение эстрогенов, устра нение физиологических и эмоциональных стрессов. ; * 13.3. ВЛИЯНИЕ БИОЛОГИЧЕСКОГО ЦИКЛА НА РАБОТОСПОСОБНОСТЬ ЖЕНЩИН На протяжении всего детородного периода женщины (от полово го созревания в 12-13 лет до прекращения репродуктивной функции в 45-55 лет) функции ее организма подчиняются периодическим околомесячным колебаниям, специфичным только для женского организма. 13.3.1. СПЕЦИФИЧЕСКИЙ БИОЛОГИЧЕСКИЙ ЦИКЛ Изменения функционального состояния организма, спортивнойра ботоспособности и физических качеств зависят от специфического биологического цикла женского организма, так называемого овариаль но-менструального цикла. При половом созревании организма тони ческий отдел полового центра, расположенного в гипоталамусе (подбугровой части промежуточного мозга), стимулирует рост выделения гипофизом гонадотропного гормона. Под влиянием этого гормона в яичниках начинается обильное выделение женских половых гормо н о в— э с т р о г е н о в . В порядке обратной связи эстрогены действуютна половой центр гипоталамуса, но уже не на его тонический отдел, а на циклический отдел, который ежемесячно вызывает развитие од ной яйцеклетки и ее овуляцию. С возрастом механизм этот суще ственно изменяется. Уже с 25 лет начинает снижаться чувствитель ность циклического отдела полового центра к действию эстрогенов. К возрасту 45-55 лет эстрогены уже не могут запустить механизм овуля ции и репродуктивная функция прекращается. Сам половой центр гипоталамуса находится под контролем выше лежащих отделов головного мозга и вместе с ними реагирует на все внешние воздействия. Значительные физические и психические на пряжения при спортивной деятельности через эту цепь: кора больших полушарий — гипоталамус — гипофиз — половые железы могут суще ственно изменять протекание ОМЦженского организма. 324 Продолжительность ОМЦ колеблется от 21 до 36 дней, в среднем (у 60% женщин) 28 дней. Весь цикл можно подразделить на 5 фаз: Іфаза —менструальная(1 -3 день, иногдадо 7дней);11ф аза-пост менструальная (4-12 день); IIIфаза — овуляторная (13-14день); IV фаза постовуляторная (15-25 день); Vфаза — предменструальная (26-28день). I ф а з а связана с отторжением слизистой оболочки матки и менструальным кровотечением. В этот период происходит резкое падение уровня обмена веществ, в том числе обмена белков. В коре больших полушарий в результате доминирующих интероцептивных влияний со стороны женской половой сферы нарушаются процессы внимания. Снижается чувствительность зрительной, тактильной и других сенсорных систем. Повышается раздражи тельность, эмоциональная неустойчивость. Усиливается влияние блуждающего нерва, что приводит к урежению частоты дыхания и сердцебиения, расширению сосудов. В связи с потерей крови (обычно 150 — 200 мл) и задержкой воды в организме уменьшает ся количество эритроцитов, гемоглобина, лейкоцитов и тромбо цитов. Во II ф а з е происходит развитие фолликула в яичнике вплоть до его созревания и разрыва (эту фазу также называют фолликулярной или предову.іяторной). В этот период нарастает содержание в крови женского полового гормона эстрогена, и происходит развитие слизи стой матки. Колебания массы тела на протяжении ОМЦ достигают 2 кг, минимальный вес тела оказывается в этой фазе. В III ф а з е происходит выход из фолликула яйцеклетки (овуля ция) и попадание ее в маточные трубы и далее в матку. В IV ф а з е остатки фолликула образуют желтое тело, которое становится новой железой внутренней секреции и начинает выделятьгормон п р о г е с т е р о н (всвязи с этим данную фазу называют также прогестероновой). Активируются секреторные процессы сли зистой матки. В V ф а з е (если не произошло оплодотворения яйцеклетки) желтое тело дегенерирует за 2-3 дня до наступления менструации. Концентрация в крови прогестерона и эстрогена уменьшается, сни жая функциональные возможности организма. 13.3.2. ИЗМЕНЕНИЕ СПОРТИВНОЙ РАБОТОСПОСОБНОСТИ В РАЗЛИЧНЫЕ ФАЗЫ БИОЛОГИЧЕСКОГО ЦИКЛА В обычных условиях в различные фазы ОМЦ происходит не пииько перестройка гормональной активности, но и изменения функцио нального состояния всех систем организма. В предменструальную и менструальную фазы, а также вовуляторные дни умственная и фи325 гея, повышается функциональ возникает состояние физиоло гического стресса Іфазе ОМЦ понижает кислородную емкость крови и, соответственно, аэробные возможности организма. При нагрузке больше обычного повышается частота сердцебиений и дыхания. Снижаются мышечная сила, быстрота и выносливость, но улучшается гибкость. Накопление в крови эстрогена во IIфазе нормализует функции организма, оказывает положительное влияние на функционирова ние центральной нервной системы, дыхания и сердечно-сосудистой системы задерживаются в организме натрий, азот и жидкость, в ко стях - фосфор и кальций. Облегчается автоматизация движений. Работоспособность организма повышается. ВIIIфазе концентрация эстрогена в крови начинает снижаться, а уровень прогестерона еще невелик. Падает величина основного об мена. На 50% снижается количество эозинофилов. Резко снижается работоспособность и повышается функциональная стоимость вы полняемой работы, наблюдаются максимальные величины рабочего расхода кислорода. ВIVфазе на фоне повышенной концентрации прогестерона вновь происходит повышение уровня обменных процессов и работоспо собности. ,J В Уфазе концентрация в крови всех половых гормонов снижается и увеличивается количество тирозина (гормона щитовидной желе зы). Повышается возбудимость центральной нервной системы. В ре зультате преобладания тонуса симпатической нервной системы уве личивается частота сердцебиения и дыхания, сужаются сосуды и по вышается артериальное давление. Содержание гликогена в печени уменьшается, а в крови повышается концентрация глюкозы и каль ция. В результате активизации щитовидной железы и роста концен трации тирозина повышается уровень обменных процессов в орга низме. В крови растет содержание эритроцитов и гемоглобина. От мечается ухудшение остроты слуха и зрения. Изменяется самочув ствие женщины — появляются раздражительность, утомляемость, тошнота, потеря аппетита, возможны жалобы на недомогание, боли внизу живота, в пояснице, крестце, головную боль. Работоспособ ность падает. Таким образом, работоспособность зависит от перестроек функ ций организма женщины в различных фазах ОМЦ: e l, IIIu Vфазах ухудшается функциональное состояние и снижается умственная и физическая работоспособность, повышается функциональная стофизиологический стресс II и IV фазах ОМЦ работоспособность 326 ДЕЗАВТ. Рис. 37. Изменения различных показателей работоспособности женского организма в разные фазы овариально менструального цикла и тренировочные циклы ЧСС, О Т°С СЛИЗ. ( по данны м разны х авторов) дниОМЦ Дезавт. — дезавтоматизация КООРД. СИЛА ВРЕМЯ ОШИБ. ТОЧИ. ТРЕН. < 1 Г I 2 каш 3 МЕЗОЦИКЛ двигательных навыков; ЧСС, 0 2 — рабочие изменения частоты сердцебиения и потребления кислорода; Т°С — динамика ректальной температуры тела; Слиз. — набухание слизистой матки; Коорд., Сила, Время, Оіииб. Точн. — показатели координации, мышечной силы, времени реакции и ошибки точноети движений; Трен. — тренировочные микроциклы. 1, 2, 3 — обычные микроциклы, 4 — специальный микроцикл; /— V — фазы ОМЦ. Для повышения спортивного мастерства имеет значение общая продолжительность ОМ Ц, характерная для конкретного организма. Оптимальной длительностью ОМЦ считают 28 дней, а неблагопри ятной — 36 — 42 дня и менее 21 дня. 13.4. ИНДИВИДУАЛИЗАЦИЯ ТРЕНИРОВОЧНОГО ПРОЦЕССА С УЧЕТОМ ФАЗ БИОЛОГИЧЕСКОГО ЦИКЛА При построении тренировочных занятий необходимо учитывать особенности протекания специфического биологического цикла женского организма — овариально-менструального цикла. 13.4.1. ИНДИВИДУАЛЬНЫЕ ОСОБЕННОСТИ ПРОТЕКАНИЯ БИОЛОГИЧЕСКОГО ЦИКЛА У СПОРТСМЕНОК Особую осторожность необходимо соблюдать при проведении тренировочных занятий в I, ІІІи Vфазах ОЛ/Zf (менструальную, овуляторную и предменструальную), когда снижаются функциональ ные возможности женского организма и падают результаты. По дан327 ным итальянского Института спортивной медицины, снижение ра ботоспособности во время менструаций среди высококвалифицированных спортсменок в возрасте 1 2 - 2 2 лет отмечали у , о волей болисток, 9,5% дзюдоисток, 12,5% баскетболисток и 9,1 % фехто вальщиц. _ В эти фазы у бегуний на короткие дистанции снижается быстрота и сила, у гимнасток отмечаются наименьшие координационные воз можности, у гандболисток ухудшается общая и специальная работос пособность, ул ыжниц снижается выносливость, у представительниц гребли уменьшается общая работоспособность, объем выполненной работы и интенсивность нагрузок, у баскетболисток снижаются ско ростные качества, быстрота и точность передач, ухудшается такти ческое мышление, особенно в последние минуты игрового времени, у велосипедисток ухудшается вестибулярная устойчивость и падают результаты шоссейных гонок; у пловчих снижается средняя дистан ционная скорость и специальная выносливость. Исследование электрической активности мозга высококвалифи цированных баскетболисток в различные фазы ОМ Ц (Сологуб Е.Б., 1987, и др.) выявило следующие изменения: в I фазе (менструаль ной) на 1-2-й день по сравнению со II фазой (постменструальной) на 10-й день ОМЦ набл юдается снижение межцентральных корре ляций активности, выраженности рабочих ритмов ЭЭГ в темпе движений («меченых ритмов»), уменьшение взаимосвязи потенци алов зрительной коры с моторными и нижнетеменными (лежащее в основе нарушения пространственной ориентации движений), уве личение взаимосвязи программирующих лобных зон с моторными (отражающее усиление произвольного контроля за движениями). Все это в целом свидетельствовало о дезавтоматизации движений баскетболисток и соответствовало ухудшению их игровой деятель ности. Лишь некоторые спортсменки высокой квалификации могут в ука занные периоды успешно выступать на соревнованиях и тренировать ся. Среди спортсменок высшего уровня мастерства постояннотренируются в стрессовые фазы ОМ Ц 34%, тренируются периодически — 54%, не тренируются никогда — 12%. 13.4.2. УЧЕТ ФАЗ БИОЛОГИЧЕСКОГО ЦИКЛА ПРИ ПОСТРОЕНИИ ТРЕНИРОВОЧНОГО ПРОЦЕССА При построении тренировочных микро— и мезоциклов необходим учет специфического биологического цикла спортсменок — как его об щей длительности, так и сроков наступления отдельных фаз. При этом рекомендуется выделять специальный микроцикл, охватываю щий 1-2 дня до менструаций и менструальный период. Втренировоч328 ныи мезоцикл, следовательно, будут включены 2-4 нормальных микроцикла и 1 специальный (см. рис. 37). Всего в мезоцикле при длительности ОМЦ 30 32 дня будет содержаться (включая специ альный микроцикл) 5 микроциклов, при длительности ОМЦ 28 дней 4 микроцикла, при длительности 24 дня — 3,5 микроцикла и при длительности ОМЦ 21 лень — 3 микроцикла. В период с п е ц и а л ь н о г о м и к р о ц и к л а рекомендуется снижать общий объем нагрузок, применять упражнения на гибкость, на расслабление мышц, на развитие скоростных возможностей, на совершенствование спортивной техники. Следует использовать на грузки преимущественно на мышцы рук. Противопоказаны гло бальные статические нагрузки, силовые упражнения с натуживанием, прыжки, статические и динамические нагрузки на мышцы диаф рагмы, таза и живота. С пловчихами рекомендуется проводить заня тия на суше, избегать переохлаждений в воде. Общий объем нагрузок рекомендуют распределять по фазам ОМ Ц следующим образом: в I фазу — 12 %, во II ф азу— 30 %, в III фазу —10 %, в ІУфазу — 35 %, в Уфазу — 13 %. Ведение дневника гинекологического самоконтроля помогает тре неру и спортсменке ориентироваться в вопросах режима занятий и отдыха, способствует индивидуализации тренировочного процесса. При отсутствии нарушений в течении ОМ Ц и хорошем самочув ствии спортсменки могут продолжать занятия спортом и в менстру альную фазу. Отдельные выдающиеся спортсменки даже показы вали в этот период рекордные результаты на международных сорев нованиях. Следует также отметить особенности тренировочных занятий в связи с беременностью и родами. Считают, что в первые 3 месяца беременности спортсменки могут продолжать тренироваться, в последующие 3 месяца необходимо снизить нагрузку, ввести ог раничения в выполняемые упражнения, а в последние 3 месяца — прекратить тренировки. Возобновление интенсивных тренировок после родов рекомендуется по прекращении кормления ребенка грудью. 14. ФИЗИ0Л0Г0-ГЕНЕТИЧЕСКИЕ ОСОБЕННОСТИ СПОРТИВНОГО ОТБОРА Эффективность тренировочных воздействий существенно опре деляется адекватностью физических упражнений для данного чело века, его врожденными и приобретенными особенностями, что необ ходимо учитывать в процессе спортивного отбора. 329 14 1 ФИЗИОЛОГО-ГЕНЕТИЧЕСКИЙ ПОДХОД К ВОПРОСАМ СПОРТИВНОГО ОТБОРА физи принадлежит процессам спортивного отбора весьма важная -г ^„«мыимпмяпкноепазспортивной ориентации. Эти процессы nuuue R пшшессе спортивной ориентации изучаются врожденные л“ “ ые характеристики c o p « « » » ^ S S ^ ____ _ лгтлітті /Кшіррі^ілр. для пля данного вида cnopi« специфические в н о ™ е качества, а і т е м производится поиск и подбор * ______ _им пли 1л пячяиВПІИМИСЯ В Проврожденными ” морфофункциональными 1IP Г С С Ж H J Н С Я С Л 1 v J l D n v v X M l i t -------------- - Наряду с педагогическими, психологическими и социологичес кими методами изучения индивидуальных особенностей человека при этом используются генетические и морфофункциональные ме тоды которые позволяют описать не только врожденные особеннос ти т е задатки человека, но и развитые в течение жизни комплексы его индивидуальных особенностей, определяющих его способности. Получаемые характеристики должны быть различными на разных этапах подготовки спортсмена, так как спортивный отбор представ ляет собой многоступенчатый процесс с изменяющимися требовани ями к организму человека в ходе многолетней тренировки. 11ри этом необходимо учитывать не только исходные показатели, но и многие другие параметры: • динамику индивидуальных реакций организма спортсмена на предъявляемые нагрузки, • возрастные периоды наибольшей эффективности тренирую щих воздействий для развития разных физических качеств, . индивидуальный тип адаптации к физическим упражнениям определенной направленности, • скорость и мощность мобилизации функциональных резервов данного организма, • выраженность и темпы проявления срочной и долговремен ной адаптации ко всему комплексу спортивной деятельности. Неадекватный выбор спортивной специализации или стиля со ревновательной деятельности, как показывают современные иссле дования , резко замедляет рост спортивного мастерства и ограничива ет vnnRPHK споптивных достижений, атакже является фактором рис ка для выявляется функций его физи330 ческих качеств. Их учет в организации тренировочного процесса и спортивном отборе становится все более насущным. Наследственность заключается в способности живых организ мов передавать свои признаки следующим поколениям. В противо положность этому, изменчивость связана со способностью измене ния наследственных задатков и их проявлений в процессе развития организмов. Совокупность всех наследственных задатков называется геноти пом, а совокупность всех признаков организма — фенотипом. Фено тип зависит от возможности врожденных задатков проявиться в оп ределенных условиях жизни. Таким образом, основные черты орга низма определяются как унаследованными свойствами, так и влия ниями различных факторов среды (питания, климато-географических и экологических условий, социальной среды, особенностей воспитания и пр.). Иными словами, фенотип есть генотип плюс средовые влияния. Изучение наследственности у человека характеризуется опреде ленными ограничениями генетического анализа. У человека невоз можно проведение направленного скрещивания, эксперименталь ного получения мутаций, обеспечение строгого контроля за окружа ющими условиями среды на протяжении роста и развития организ ма. Использование статистического подхода затрудняют малочисленность потомства, длительный период полового созрева ния, отсутствие сведений об отдаленных предках и их морфофунк циональных особенностях. Огромное разнообразие наследственных признаков у человека и большое количество групп сцепления генов также являются препятствием для точного анализа генетических влияний. К основным методам исследования генетики человека относят следующие: • г е н е а л о г и ч е с к и й ( ме т о д р о д о с л о в н ы х ) , вкотором составляются и анализируются родословные для изучаемого человека, которого называют в данном случае пробандом; • ц и т о л о г и ч е с к и й (изучение особенностей хромосом, ДНК); • п о п у л я ц и о н н ы й (анализ наследственности в изолирован ных группах населения); • б л и з н е ц о в ы й , основанный на сравнении различных признаков у близнецов. Одним из простых количественных показателей наследственнос ти является коэффициент Хольцингера (Н), который определяет ге нетическую долю в общем развитии организма. При Н = 1.0 изучае мый показатель полностью зависит от генотипа, при Н > 0.7 доля генетических влияний очень высока (70% и более) и лишь небол ь331 шая часть приходится насредовые воздействия. Чем меньше этот ко эффициент НАСЛЕДСТВЕННЫЕ ВЛИЯНИЯ НА МОРФОФУНКЦИОНАЛЬНЫЕ КАЧЕСТВА ЧЕЛОВЕКА морфофункцио Г 1J V i v r l r i v V I V l l V l i r i ■ ----------- ^ нальных показателей организма человека показало, что ге кие влияния на них чрезвычайно многообразны^Они отличаются по срокам обнаружения, степени воздействия, стабильности проявле ния. Чем больше выражены наследственные вЛШ тя на признаки опганизма. тем больший их учет должен быть при ре. 14.2.1. НАСЛЕДУЕМОСТЬ МОРФОФУНКЦИОНАЛЬНЫХ ОСОБЕННОСТЕЙ Наибольшая наследственная обусловленность выявлена для мор фологических показателей организма человека, меньшая — для физио логических параметров и наименьшая — для психологических призна ков. Среди морфологических признаков наиболее значительны влияния наследственности на продольные размеры тела, меньшие — на объем ные размеры, еще меньшие — на состав тела. Величина коэффициента наследуемости наиболее высока для костнойткани, меньше для мы шечной и наименьшая —для жировойткани. Для подкожной клетчатыллwpurk'nrn ппглнизма она особенно мала. Для функциональных показателей среди которых большая часть метаболических характеристик организма, аэробные и анаэробные возможности, процент быстрых и медлен ных волокон в мышцах, объем и размеры сердца, характеристики ЭКГ, систолический и минутный объем крови в покое, частота серд цебиений при физических нагрузках, артериальное давление, жиз ненная емкость легких и жизненный показатель (ЖЕЛ/кг), частота и rnufiuua пкіүяния минл/тный объем дыхания, длительность задержки парциальное давление О и CU2 скорость статус рофиль психологические, психофизио. кие, сенсомоторные показатели, характеристики сенсорных систем также шая часть показателей электрической активности коры больших по лушарий, скорость переработки информации, пропускная способ1 V W 1 V V 4 / 1 Ч / Я ------ -------------- -------- ж - 332 I -------------- ~ ” 7 . * - ж . < v >I . ь а Ж 1 * . . - ^ . a «Г. * » _ . г* . . N 1 ... т ш . . . . • ж А . « Ь . Ш A 1 ность мозга, коэффициент интеллектуальности, пороги чувстви тельности сенсорных систем, цветоразличение и его дефекты (даль тонизм), нормальная и дальнозоркая рефракция, критическая часто та слияния световых мельканий, типологические свойства нервной системы, черты темперамента, доминантность полушарий, моторная и сенсорная функциональная асимметрия и др. Большая часть поведенческих актов контролируется целым ком плексом генов Чем сложнее поведенческая деятельность человека, тем менее выражено влияние генотипа и больше роль окружающей среды. Для более простых двигательных навыков наследуемость выше, чем для более сложных. По мере обогащения человека жизненным опытом и знаниями относительная роль генотипа в его жизнедеятельности снижается. Обнаружены некоторые различия в наследовании признаков по полу. У мужчин в большей мере наследуются проявления левору кости, дальтонизма, показатели объема и размеров сердца, артери ального давления и ЭКГ, содержание липидов и холестерина в кро ви, характер отпечатков пальцев, особенности полового развития, способность решения цифровых и пространственных задач, ориен тация в новых ситуациях. У женщин в большей степени запрограм мированы генетически рост и вес тела, развитие и сроки начала мо торной речи, проявления симметрии в функциях больших полуша рий. 14.2.2. НАСЛЕДУЕМОСТЬ ПРОЯВЛЕНИЯ ФИЗИЧЕСКИХ КАЧЕСТВ Наследственные влияния на различные физические качества нео днотипны. Они проявляются в различной степени генетической за висимости и обнаруживаются на различных этапах онтогенеза. В наибольшей степени генетическому контролю подвержены быстрые движения, требующие, в первую очередь, особых скоростных свойств нервной системы — высокой лабильности (скорости проте кания возбуждения) и подвижности нервных процессов (смены воз буждения на торможение и наоборот), атакже развития анаэробных возможностей организма и наличия быстрых волокон в скелетных мышцах. Для различных элементарных проявлений качества быстроты — времени простых и сложных двигательных реакций, максимального темпа движений, скорости одиночных двигательных актов (ударов, прыжков, метаний) — получены высокие показатели наследуемости. С помощью близнецового и генеалогического методов подтверждена высокая зависимость от врожденных свойств (Н = 0.70-0.90) показа телей скоростного бега на короткие дистанции, теппинг — теста, кратковременного педалирования на велоэргометре в максимальном 333 ДЛИ trlJIv D U iA J u ^ w / і г і - - - ................ генетическая обусловленность полу ■ чена также для качества гибкости. выражены д.ія В меньшей степени генетические влиянш лей абсолютной мышечной силы. Так, например, ФФ следуемости для динамометрических показателей силы правой руки Н =0.61, левой руки Н гО.59, становой силы Н д 0.64, в то так для с л о ж н о й двигательной реакции Н=0.80. ЩЩ Внаменьш ей степени наследуемость обнаруживается для нот за телей выносливости к длительной циклической работе и качеству ловкости (координационных возможностей и способности форми ровать новые двигательные акты в необычных условиях). Другими словами, наиболее тренируемыми физическими каче ствами являются ловкость и общая выносливость, а наименее трени руемыми - быстрота и гибкость. Среднее полож силы качеств в про I 17/и/ИДМ. vV/iviivuri ------. цессе многолетней спортивной тренировки: показатели качества бы строты (в спринтерском беге, плавании) увеличиваются в 1.5-2 раза, качества силы при работе локальных мышечных групп в З.э-J. раза, при глобальной работе I на 75-150%, качества выносливости в десятки раз. Т а б л и ц а 14 Показатели влияния наследственности (Н) на физические качества человека (по: Москатова А. К.) N п/п Показатели Скорость двигательной реакции Теппинг-тест Скорость элементарных движений Скорость спринтерского бега Максимальная статическая сила Взрывная сила Координация движений рук Суставная подвижность (гибкость) Локальная мышечная выносливость Общая выносливость Коэффициент наследуемости (Н) 0.80 0.85 0.64 0.70 0.55 0.68 0.45 0.75 0.50 0.65 Проявления генетических влияний зависят от возраста. Они больше выражены в молодом возрасте (16-24 г.) по сравнению с более пожилыми людьми. Влияния генотипа также зависят от мощности работы—они нарастают с увеличением мощности работы. 334 Наследственные влияния на морфофункциональные особенности и физические качества человека зависят от периодов онтогенеза. Раз личают критические и сенситивные периоды. К р и т и ч е с к и е п е р и о д ы характеризуются повышенной активностью отдельных генов и их комплексов, контролирующихраз витие каких-либо признаков организма. В эти периоды происходит значительная перестройка регуляторных процессов, качественный и количественный скачок в развитии отдельных органов и функцио нальных систем, результатом чего является возможность адаптации к новому уровню существования организма и его взаимодействия со средой. Такая перестройка увеличивает число степеней свободы организма, открывает новые горизонты поведения человека, т. е. по существу является «опережающим отражением действительности». С е н с и т и в н ы е п е р и о д ы — это периоды снижения генетического контроля и повышенной чувствительности отдельных признаков организма к средовым влияниям, в том числе педагогичес ким и тренерским. Критические и сенситивные периоды совпадают лишь частично. Если критические периоды создают морфофункциональную основу существования организма в новых условиях жизнедеятельности (на пример, в переходный период у подростка), то сенситивные периоды реализуют эти возможности, обеспечивая адекватное функциониро вание систем организма соответственно новым требованиям окружа ющей среды. Для тренеров и педагогов, работающих в области физического воспитания и спорта, знание сенситивных периодов чрезвычайно важно, так как один и тот же объем физической нагрузки, количе ствотренировочных занятий, подходов к снарядам и т. п. лишь в сен ситивный период обеспечивают наибольший тренировочный эф фект, который в другие возрастные периоды не может быть достиг нут. К тому же учет сенситивных периодов необходим при проведении спортивного отбора для правильной оценки состояния организма и особенностей физических качеств спортсмена. Сенситивные периоды дляразличных физических качеств проявля ются гетерохронно, т. е. в разное время. Хотя имеются индивидуаль| Качества 4 5 Гибкость Ловкость Быстрота Ск.-сил. Сила Вынося. 6 7 8 9 І 10 13 1 J 1 1 2 14 16 17 18 15 I 1 9 20 -- J Рис. 38. Сенситивные периоды (возраст) развития физических качеств Шт - 4 . 335 наступления максимальным уровень. Близкая к этому киртина наблюдается в онтогенезе и для n p o z — z : гг™ ^ ый п е р и о д у ™ . __________Лм / л г А п и і ! Ү П П М П П С Т П К С И Л Ы В I Іо сл е с о а в н и т е л ь н о н с и и л ь ш п д ~ * - Г к Г ьн о м и младшем школьном возрасте наступает некоторое их замедление в возрасте 1 1 - 13 лет. Затем наступает сенснтнвньш период p Z Z u a мишенной саль, . 14-17лет, котда особенно шачителен приростсилы впроиессе спортивной тренировки. К возрасту 18-20 лет у юношей (на 1-2 года раньше у девушек) достигается максималь ное проявление силы основных мышечных групп. Сенситивныи пе риод выносливости приходится примерно на 15-20лет, после чего на блюдается максимальное ее проявление и рекордные достижения на стайерских дистанциях в беге, плавании, гребле, лыжных гонках и других видах спорта, требующих выносливости (рис. Зо). 14 3 УЧЕТ ФИЗИОЛОГО-ГЕНЕТИЧЕСКИХ ОСОБЕННОСТЕЙ ЧЕЛОВЕКА В СПОРТИВНОМ ОТБОРЕ морфофун КЦИО физические в ходе спортивного отбора опираться на те показатели, которые в наибольшей степени находятся под генетическим контролем, т. е. являются наиболее п р о г н о с т и ч н ы м и и мало изменяемыми в ходе тренировки. 1 4 . 3 . 1 . УЧЕТ СЕМЕЙНОЙ НАСЛЕДСТВЕННОСТИ В СПОРТИВНОМ О ТБО РЕ В практике спорта известна роль семей ной наследственности. По П. Астранду, в 50% случаев дети выдающихся спортсменов имеют вы раженные спортивные способности, многие браться и сестры показы вают высокие результаты в спорте (мать и дочь Дерюгины, братья Зна менские, сестры Пресс и др.). Если оба родителя — выдающиеся спорт смены, то высокие результаты у их детей могут быть в 70% случаев. Еше в 1930-х годах было показано, что выраженную внутрисе мейную наследуемость имеют показатели скорости выполнения теппинг-теста. Если оба родителя по теппинг-тесту попадали в группу «быстрых», то среди детей таких родителей значительно больше было «быстрых» (56%), чем «медленных» (лишь 4%). Если оба родителя оказывались «медленными», то среди детей преобладали «медленные»(71%), а остальные были «средними» (29%). Оказалось, что 336 внутрисемейное сходство зависит от характера упражнении, осо бенностей популяции, порядка рождения ребенка в семье. Более высокие внутрисемейные взаимосвязи присуши скорост ным циклическим и скоростно-силовым упражнениям. Изучение ар хивов в английских закрытых колледжах, где по традиции обучились дети избранных семейств, показало определенное сходство двигатель ных возможностей детей и родителей в 12-летнем возрасте. Достовер ная корреляция была установлена для некоторых морфологических признаков и скоростно-силовых упражнений: дли на тела (г = 0.50), бег на 50 ярдов (г = 0.48), прыжки в длину с места (г = 0.78). Однако, корреляция отсутствовала для сложно-координационных движений, таких как метание теннисного мяча, гимнастические упражнения. Изучению подвергались многие семейные особенности различ ных функций организма. Исследования сдвигов легочной вентиля ции в ответ на недостаток кислорода (гипоксию) и избыток углекис лого газа (гиперкапнию) у взрослых бегунов-стайеров показали, что дыхательные реакции находящихся в хорошей спортивной форме бегунов на длинные дистанции и их не занимающихся спортом род ственников были практически одинаковы. При этом они достоверно отличались от более высоких сдвигов легочной вентиляции у конт рольной группы лиц, не занимающихся спортом. Некоторые противоречивые данные внутрисемейного исследова ния морфологических признаков генетики объясняют влияниями популяционных особенностей. Так, например, имеются различия в характере внутрисемейных генетических влияний на длину тела в разных популяциях: в американской популяции самая высокая вза имосвязь выявлена в парах мать—дочь, затем ее снижение в парах мать—сын, отец—сын, отец—дочь; в африканской популяции сни жение корреляции отмечено в другом порядке: от пары отец—сын к парам мать—сын, мать—дочь, отец—дочь. О внутрисемейных взаимосвязях в отношении умственной рабо тоспособности (по показателю коэффициента интеллектуальности) сообщал Г. Айзенк (1989)). По скорости осуществления умственных операций и решения интеллектуальных проблем показатели усынов ленных детей соответствовали умственным способностям их биоло гических родителей, но не приемных родителей. Эти факты свиде тельствовали о наследственной природе данных способностей. В результате анализа браков двоюродных сестер и братьев уста новлено снижение умственных способностей у их детей, что демон стрирует отрицательный генетический эффект в семьях близких родственников. Генетически зависимыми являются многие морфофункциональ ные признаки, определяющие спортивные способности человека и передающиеся по наследству от родителей (длина тела и конечнос337 тей, размеры и объемы сердца и легких, умственная работоспособ ность, восприятие пространства, способность различать цвета, зву ки , слова и м ногое другое). Щ Специальный анализ наследования спортивных способностей че ловека был проведен Л . П . Сергиенко (1993) в 163 семьях спортсменов высокого класса (15 мастеров спорта, 120 мастеров спорта междуна родного класса, 28 заслуженных мастеров спорта победителей и при зеров Олимпийских игр, чемпионатов мира, Европы и СССР). Оказалось, что чаще всего (66.26%) высокие достижения отмеча лись в смежных поколениях: дети—родители. При этом не было «пропусков» поколений (как в случае рецессивного типа наследова ния). Отсюда было сделано предположение о доминантном типе на следования. • '' ‘ Было установлено, что у родителей, братьев и сестер выдающихся спортсменов двигательная активность значительно превышала уро вень, характерный для людей обычной популяции. Физическим тру дом или спортом занимались 48.7% родителей, в большей мере отцы (29.71%), чем матери (18.99%); более активными были братья (79.41 %), чем сестры (42.05%). У спортсменов-мужчин не было ни одного случая, когда бы мать занималась спортом, а отец не занимался. У выдающихся спортсме нов было гораздо больше родственников мужского пола, чем женс кого, и родственники-мужчины имели более высокую спортивную квалификацию, чем родственницы-женщины. Таким образом, у мужчин-спортсменов двигательные способнос ти передавались несомненно по мужской линии. У женщин-спортсменок, в отличие от этого, спортивные способности передавались преимущественно по женской линии. Выдающиеся спортсмены, специализирующиеся в упражнениях на выносливость, были преимущественно младшими детьми и рож дались, как правило, в семьях с двумя или тремя детьми, а в таких видах спорта, как бокс, таэкван-до, это преимущественно первенцы. Имеется особая закономерность семейного сходства в выборе спортивной специализации: наибольшее сходство выявлено в выбо ре занятий борьбой (85.71 %), тяжелой атлетикой (61.11 %) и фехто ванием (55.0%); наименьшее сходство в предпочтении баскетбола и бокса (29.4%), акробатики (28.57%) и волейбола (22.22%). 14.3.2. УЧЕТ ТРЕНИРУЕМОСТИ СПОРТСМЕНОВ Выбор адекватного вида спорта, отвечающего интересам и налич ным возможностям человека, еще не гарантирует его высоких спортивных достижений. Значительную роль в росте спортивного мастерства играет так называемая т р е н и р у е м о с т ь или 338 спортивная обучаемость спортсмена, т. е. его способность повышать функциональные и специальные спортивные возможности под вли янием систематической тренировки. Тренируемость спортсмена обеспечивается в совокупности двумя параметрами: • степенью прироста различных признаков организма в про цессе многолетней спортивной подготовки; kip ' Л ' этих ' .'*■*>, г~ ^ ■ Рассмотрим, чем обусловливается степень прироста различных показателей организма спортсмена. Величина изменчивости отдель ных функциональных показателей и физических качеств человека зависит от врожденной н о р м ы р е а к ц и и , т. е. способности генов, контролирующих эти признаки, реагировать на изменение условий индивидуального развития и факторов внешней среды. Для одних показателей характерна у з к а я н о р м а р е а к ц и и ; они, в среднем, незначительно изменяются даже при заметных коле баниях внешних условий, в том числе при длительной тренировке (длинатела, гомеостатические свойства крови, состав мышечных во локон в скелетных мышцах, типологические особенности нервной с и с т е м ы и др.). Другим показателям присуща ш и р о к а я н о р м а р е а к ц и и , допускающая значительные изменения в фенотипе (масса тела, количество митохондрий в мышце, показатели внешнего дыха ния, многие характеристики кровообращения и др.). В процессе спортивного отбора необходимо обращать внимание в п е р в у ю очередь на мало изменяемые показатели, которые имеют наи большую прогностичность, так как тренировочный процесс их мало затрагивает. Именно эти показатели будут лимитировать спортив ные достижения в процессе тренировки. На протяжении многих лет систематических занятий спортом или профессиональной деятельностью практически не изменяются амплитудно-частотные характеристики электрической активности мозга — электроэнцефалограммы, отражающие генетические осоЭто мой реакции, которые и следует учитывать уже при начальном отбо ре. Так, например, при отборе спортсменов ситуационных видов спорта, для которых требуется высокое развитие качества быстроты, предпочтительны индивиды с высокой частотой альфа-ритма ЭЭГ. Исследования ЭЭГ высококвалифицированных баскетболистов показали наличие у них высокой частоты этого ритма покоя 11-12 гонщиков она составляла /с /с спортивной тренировки существенно изменяются пространственно временные отношения корковых потенциалов. В коре больших полу шарий возникают специфические системы взаимосвязанной актив ности, отражающие особенности формируемых двигательных навы ков в избранном виде спорта. Эти особенности отражают уровень функциональной подготовленности спортсменов и их следует учиты вать на более высоких этапах отбора. Важным прогностическим признаком является композиция (со став) волокон скелетных мышц (рис. 39). В ходе многолетних занятий спортом у человека отсутствует изменение характерного для него числа медленных и быстрых мышечных волокон, что позволяет от нести этот показатель к числу учитываемых при начальном отборе. Исследования композиции мышечных волокон четырехглавой мышцы бедра показали, что, в среднем, у людей наличие медленных (окислительных) волокон I типа составляет 50-60% от числа всех во локон в данной мышце. Так, например, при длительной тренировке в академической гребле присущие отдельным индивидам соотношения волокон не изменяются. У гребцов низкой квалификации (I юношес кого разряда и I взрослого разряда) количество медленных волокон в 4-главой мышце бедра составляет 44-82% и у спортсменов высокой квалификации (кандидатов в мастера спорта и мастеров спорта) оно находится втехже пределах: 47-73%. Вместестем имеются субпопуля ции (небольшие группы населения) со значительным преобладанием медленных или быстрых волокон. Среди первых следует искать буду щих стайеров, а среди вторых—спринтеров. Аналогично этому, в отношении аэробных возможностей имеют ся отдельные индивиды с широкой нормой реакции, другие — с уз кой нормой реакции по одному и тому же показателю (величине МП К). Прирост этого показателя у них в процессе тренировки силь 90 80 70 60 £ 50 Iш гг о £40 30 20 10 0 30с 340 5 мин 30 мин Неск.часов Рис. 39. Количество медленных мышечных волокон (I типа) в скелетных мышцах человека, адекватное для работы различной продолжительности но отличается от среднепопуляционных значений — обычно у боль шинства людей прирост МПК составляет, в среднем, около 30% от исходного уровня. Однако, близнецовые исследования канадских ученых выявили генетическую зависимостьтренируемости при вы полнении одинаковой аэробной работы на велоэргометре. У одних индивидов повышение величины М ПК достигало за 15-недельный тренировочный цикл 60% и более, таких насчитывалось примерно 510%, а у других прирост за тот же период оказался менее 5%, их было всего 4% от наблюдавшихся лиц. Эти индивидуальные особенности являются врожденными. В процессе многоступенчатого отбора можно выделять группы спортсменов с гипокинетическим типомреагирования на физические нагрузки (нх примерно насчитывают около 21 %) и с гиперкинетическим типомреагирования (26%), которые показывают более высокий тренировочный эффект по сравнению с гипокинетической группой. Примерно такое же количество высокотренируемых спортсменов обнаружено среди представителей ситуационных видов спорта, обла дающих наиболее мощными и высокомобилизуемыми аэробными и анаэробными возможностями: среди волейболисток — 10%, баскет болисток — 18%, футболистов — 33%. Исследования тактического мышления у высококвалифициро ванных баскетболистов позволили по степени увеличения способно сти к переработке информации при решении тактических задач вы делить 3 группы спортсменов (Сологуб Е. Б., Бедрина 3. Ю., 1990): • баскетболисты с высокой способностью к обучению (30% от всех наблюдавшихся спортсменов), которые показали за 12 тренировочных занятий прирост пропускной способности мозга (С) на 1.8 бит/с (при среднем исходном уровне пропуск ной способности во время игровой деятельности С = 2 бит/с); баскетболисты со средним уровнем обучаемости (44% спорт сменов), прирост С = 1.5 бит/с; баскетболисты с низким уровнем обучаемости (26%), прирост С = 1.2 бит/с. инфор. для тревож ностью, высокой критичностью в оценке самочувствия и настроения и высокой избирательностью и концентрацией внимания. Из всех полученных данных можно заключить, что наряду с ос новной массой людей, обладающих средними показателями прирос та морфофункциональных показателей и спортивных достижений, имеются группы лиц (примерно 10-30%) с высоким или с низким уровнем прироста этих показателей при тренировке. Поиск высокотренируемых лиц представляет главную задачу при спортивном от341 боре, для чего необходима разработка информативных физиологи ческих, морфологических, психофизиологических и психологичес ких параметров для каждого избранного вида спорта. Рассмотрим вопрос о скорости развития адаптации к избранному виду спорта. В школе дифференциальной психологии Теплова-Небылицина было выдвинуто представление о свойстве динамичности или обучаемости как первичном свойстве нервной системы одном из важнейших врожденных свойств, наряду с силой, подвижностью и лабильностью нервных процессов. Обучаемость понималась как скорость образования условных рефлексов. Развитие учения П . К. Анохина о функциональной системе изме нило и представление об обучаемости. Поопределению В. М. Русалова (1989), динамичность или обучаемость — это быстрота формиро вания новой функциональной системы в организме. В адаптологии возникло представление о формировании в процессе спортивной тренировки функциональной системы адаптации спортсмена к на грузкам и о роли скорости адаптации (Солодков А. С., 1988). При этом степень перестройки функций ограничивается генети чески определенной нормой реакции каждого человека, т. е. предела ми изменчивости различных признаков организма, а скорость специальными (темпоральными) генами, контролирующими изменение признаков во времени (Джедда JI., 1971; Н икитю кБ. А., 1988, и др.). У каждого индивида активность этих генов имеет собственную хронологию, т. е. систему отсчета времени. Она определяет индиви дуальную скорость роста и развития организма, время и продолжи тельность считывания генетической информации в клеточных ядрах и синтез в клетках необходимых белков, моменты включения и вык лючения активности отдельных генов, время наступления критичес ких и сенситивных периодов развития отдельных признаков, дли тельность их протекания, темпы функциональной активности раз личных систем организма, скорость обучения человека и другие вре менные параметры жизнедеятельности. Например, переходный период у одних подростков протекает на протяжении 5-6 лет, а у дру гих за 1.5-2 года. Исследования на близнецах показали генетическую природу обучаемости: при использовании специальных тестов (со единять пары цветных фигур за 30 с): у однояйцевых близнецов ско рость освоения оказалась одинаковой, а у двуяйцевых близнецов , имелись достоверно большие различия. Следовательно, высокотренируемые и низкотренируемые спорт смены различаются не только по величине сдвига работоспособнос ти, физических качеств и функциональных показателей, но и по скорости изменений всех этих показателей, а соответственно, и по времени достижения высоких спортивных результатов. Величина и 342 скоростьразвития тренировочных эффектов являются независимы ми переменными. По выраженности этих факторов выделяют 4 вари анта тренируемости (КоцЯ. М., 1986): • высокая быстрая тренируемость; • высокая медленная тренируемость; • низкая быстрая тренируемость; • низкая медленная тренируемость. Наличие таких индивидуальных физиолого-генетических осо бенностей обусловливает необходимость многоступенчатого отбора в процессе многолетней спортивной тренировки. 14.4. ЗНАЧЕНИЕ ГЕНЕТИЧЕСКИ АДЕКВАТНОГО И НЕАДЕКВАТНОГО ВЫБОРА СПОРТИВНОЙ СПЕЦИАЛИЗАЦИИ, СТИЛЯ СОРЕВНОВАТЕЛЬНОЙ ДЕЯТЕЛЬНОСТИ И СЕНСОМОТОРНОГО ДОМИНИРОВАНИЯ Для успешного развития тренированности спортсменов в плане отбора и прогноза необходимы 2 фактора: • адекватный для генетических задатков выбор спортивнойспециализации, стиля соревновательной деятельности, ведущей руки и ноги спортсмена; • многоступенчатый отбор на каждом этапе многолетней под готовки, с учетом генетически присущей спортсмену скорости адаптации к специализированным нагрузкам. Лишь сочетание обоих этих факторов в совокупности может обеспе чить высокие результаты на уровне спорта высших достижений и сохра нение здоровья спортсмена. Основой для суждения о тренируемости в различных видах спорта являются уже достаточно известные информативные морфофункциональные и психофизиологические критерии. Между высокотренируемыми и низкотренируемыми спортсменами возможны значительные различия по времени достижения одних и тех же уровней спортивного мастерства (рис. 40). Так, нормативы мастера спорта высокотренируемые тяжелоатлеты-гиревики выпол няют почти на 1.5 года быстрее, чем низкотренируемые спортсмены (соответственно, 3.76 и 4.83 года), дзюдоисты-женщины — на 2 с лишним года быстрее (соответственно, 5.60 и 7.83 года), а дзюдоис ты-мужчины — более, чем на 2.5 года быстрее (6.50 и 9.17 года), счи тая от исходного уровня. Высокая тренируемость, сокращая время подготовки высококва лифицированного спортсмена, обеспечивает не только выполнение биологической задачи (сохранения его здоровья) и социальной зада чи (победы на соревнованиях), но и позволяет достичь высокого эко номического эффекта тренировочного процесса, сокращая расходы на оплату труда тренеров, аренду помещения и пр. Фактор времени имеет огромное значение и для личной жизни спортсмена. щ 343 JX» J? Ж jA Ж ,* * °' * JC X * А * jr ■ Ж Jff / ° ' * у у * Л □ Высокотренируемые ^ > >“ ^ / +* у У / ■ Низкотренируемые Рис. 40. Время достижения высокого уровня спортивного мастерства (квалификации мастера спорта) у высокотренируемых и низкотренируемых спортсменов (по данным разных авторов) Неадекватный выбор вида спортивной деятельности сопровожда ется формированием нерациональной функциональной системы адаптации с большим числом лишних, неэффективных и даже неце лесообразных внутрисистемных и межсистемных взаимосвязей (на пример, между спортивно-важными качествами), напряжением адаптационно-компенсаторных механизмов, затруднением восста новительных процессов, медленным развитием тренированности, недостаточно успешным выступлением на соревнованиях, достиже нием менее высокого уровня спортивного мастерства, неутешитель ным прогнозом перспективности и, наконец, остановкой роста спортивного мастерства в связи с исчерпанием генетического резерва организма. 344 К сожалению, в практике довольно часто встречаются случаи не адекватного выбора вида спорта, стиля соревновательной деятельно сти (атакующий или контратакующий) и ведущей конечности спортсмена. Например, у фехтовальщиков часты случаи, когда вооруженная рука является неведущей, т. е. хуже управляемой (рис. 41). Это явно тормозит рост спортивного мастерства, так как чем выше спортивная квалификация фехтовальщиков, тем меньше оказывается среди них спортсменов с таким неадекватным выбором. Среди борцов-самбистов около половины спортсменов пользу ются неадекватным стилем соревновательной деятельности, не соот ветствующим их врожденным типологическим особенностям, при чем 20% из них борются стилем противоположным. Вследствие этого замедляются темпы овладения спортивной техникой, ухудшаются спортивные результаты, увеличивается время выполнения нормати вов спортивных разрядов. Независимо от атакующего или контрата кующего стиля, использование «своего» стиля увеличивает скорость роста спортивного мастерства, и различия оказываются тем больше, чем выше спортивная квалификация. Например, уборцов-самбистов время выполнения нормативов 1разряда при выборе «своего» сти ля по сравнению с выбором «чужого» стиля меньше почти на полтора года (соответственно, 4.0 и 5.4 г.), выполнения нормативов кандида тов в мастера спорта —короче более, чем на 2 года (5.0 и 7.2 г.), а норма тивов мастера спорта—меньше на 5 с лишним лет! (6.0 и 11.2г.). Среди спортсменов ситуационных видов спорта (боксеров, во лейболистов, баскетболистов и др.) выявлены значительныеразличия между спортсменами атакующего и контратакующего стиля по многим психофизиологическим показателям. Так, у атакующих бок серов по сравнению с контратакующими достоверно короче времен ные параметры сенсомоторных реакций и тактического мышления. % 80 70 60 50 40 30 20 Неадекв 10 Рис. 41. Адекватность выбора вооруженной руки у фехтовальщиков q Адекват. Правши Левши выше показатели теппинг-теста и силы мыши, в предрабочеи ЭЭГ более высокий уровень преднастройки (синхронизации корковой активности) а во время парного взаимодействия с соперником в ЭЭГ формируется более асимметричная включающая Ж С Н И Я М Н , D l S J i r w n c i i v y u o , ^ * ------------------------------' * _____ \ области левого полушария (условно «система восприятия»), при обучении с электромиографической обратной связью менее выра жен прирост способности к произвольному управлению мышечны ми усилиями. более симметричная У контратакующих боксеров „ мосвязанной активности в коре больших полушарии с ведущей ро лью передне-лобных областей («система принятия решении»), более высокий коэффициент интеллектуальности в словесном тесте 1 .Ай зенка, при обучении с ЭМ Г-обратной связью более успешно проис ходит совершенствование мышечного чувства и точности воспроиз ведения заданных усилий. Аналогичные данные, полученные на спортсменах волейболис тах, баскетболистах, футболистах и фехтовальщиках, позволяют от нести атакующих (нападающих) спортсменов к лицам с невербаль ным мышлением («художественному» типу, по И. П. Павлову), а контратакующих (защитников) — к лицам с вербальным мышлени ем («мыслительному» типу). Как оказалось, в группах спортсменов атакующего или контрата кующего стиля насчитывается примерно 2/3 спортсменов, адекватно выбравших стиль соревновательной деятельности, соответствуюврожденным 1/3 спортсменов выбор другими функциональными возможностями организма (табл. 15). Таблица Количество (%) высококвалифицированных боксеров атакующей и контратакующей манеры ведения боя, выбравших адекватный и неадекватный для врожденных индивидуально-типологических особенностей стиль соревновательной деятельности (по: Сологуб Е. Б., 1986;ТаймазовВ.А., 1986) Используемый стиль Адекватность выбора Контратакующий Адекватный Неадекватный Адекватный Неадекватный Атакующий 346 1 разряд и кандидаты в мастера спорта 6 5 3 5 64 36 Мастера спорта и мастера спорта международного класса 62 38 75 25 15 Однако неадекватный выбор стиля особенно значительно затруд няет рост мастерства у атакующих спортсменов, имеющих именно те качества, которые находятся под наибольшим генетическим контро лем — скоростные свойства нервной системы и двигательного аппа рата. Например, доля атакующих боксеров в спорте высших дости жений, выбравших неадекватную манеру ведения боя, сокращается с 36% (в группе спортсменов I разряда) до 25% (в группе мастеров спорта и мастеров спорта международного класса). Дифференциация спортсменов по физиолого-генетическим осо бенностям создает основу для различного педагогического подхода к их обучению (использование преимущественно методов показа, прочувствования движений для атакующих спортсменов и методов рассказа, объяснений, самоотчетов — для контратакующих), пра вильного подбора упражнений, выбора адекватного стиля, создания алгоритмов прогнозирования и моделирования успешности сорев новательной деятельности. ' 14.5. ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ГЕНЕТИЧЕСКИХ МАРКЕРОВ ДЛЯ ПОИСКА ВЫСОКО И БЫСТРО ТРЕНИРУЕМЫХ СПОРТСМЕНОВ В практике спорта эффективность отбора обычно превышает 5060%. Хотя отмечалось, что предсказание перспективности спортсме нов более эффективно, чем предсказание неперспективности. Одна ко, даже у опытныхтренеровс использованием комплекса современ ных методов прогнозных решений она не более 70-80%. Современные методы спортивной генетики позволяют избежать многих ошибок в этом плане. В настоящее время достигнуты опреде ленные успехи в поиске генов предрасположенности к мышечной деятельности аэробного характера. Учитываются влияния генов, пе реключающих жировой обмен с образования белого жира, отклады вающегося про запас, не преимущественное образование бурого жира, обеспечивающего двигательную активность человека. Однако выделение отдельных генов или их комплексов чрезвычайно трудо емкий и пока мало разработанный процесс. Для практики спорта особую важность все более приобретает использование в отборе так называемых маркеров, отражающих наследственные задатки отдель ных индивидуумов. Г е н е т и ч е с к и м м а р к е р о м называют легко определяемый, устойчивый признак организма, жестко связанный с его генотипом, по которому можно судить о вероятности проявления другой, трудно определяемой характеристики. К основным их свойствам относят следующие: — жесткая генетическая обусловленность (их коэффициент на следуемости порядка Н=1.0); 347 — полное проявление в последующих поколениях, —хорошая выраженность (высокая экспрессия), — малая зависимость от факторов внешней среды, — практическая неизменность на протяжении различных перио дов жизни. С помощью генетических маркеров возможно выявление генети ческих задатков даже у малолетних детей, для которых нельзя ис пользовать тесты, разработанные для взрослых людей. Выявленные маркерами задатки человека, характеризуя возможные его способно сти, сохраняют свое влияние на всю последующую жизнь. Для прак тического удобства было предложено различать маркеры абсолют ные и условные. А б с о л ю т н ы е м а р к е р ы характеризуются наиболее высокой наследуемостью (их коэффициент Н приближается к 1.0). К ним от носят: группы крови (системы ABO, MN и др.), скорость возникнове ния некоторых вкусовых ощущений, показатели кожных узоров пальцев (дерматоглифы), формы зубов (одонтоглифы), особенности хромосомных наборов и др. У с л о в н ы е м а р к е р ы менее обусловлены наследственно (их Н = 0.80-0.95) к ним относятся: соматотип человека, его темперамент (тип высшей нервной деятельности), доминирование правого или левого полушария, особенности сенсорной и моторной функцио нальной асимметрии и тип индивидуального профиля асимметрии, соотношение быстрых и медленных мышечных волокон в скелетных мышцах, гормональный статус и др. Использование генетических маркеров позволяет значительно расширить возможности и точность прогнозирования и отбора в спорте, особенно на начальных его этапах. Ранее начало занятий многими видами спорта (гимнастика, фигурное катание, плавание, прыжки в воду и др.) не позволяет у детей 5-6 летнего возраста различить спортивно — выжные качества, характерные для взрослых спортсменов в избранном виде спорта, так как они еще не сформиро ваны на данном этапе онтогенеза. С целью спортивной ориентации и отбора генетические маркеры можно использовать в двух основных направлениях: 1) поиск спорт сменов с адекватными для данного вида спорта признаками организ ма; 2) отбор среди них не только спортсменов с высокой, но и с быст рой тренируемостью в избранном виде спорта. Для каждого тренера важно не только подготовить спортсмена высокого класса, но и сделать это без вреда для его здоровья и с наи меньшими затратами времени. В связи с этим особую ценность в на стоящее время приобретает выявление наиболее информативных ге нетических маркеров, позволяющих дифференцировать спортсме нов по их тренируемости в каждом отдельном виде спорта, т. е. отли348 чить высоко и быстро тренируемых от высоко и медленно тренируе мых, низко и быстро тренируемых и, тем более, низко и медленно тренируемых спортсменов. ' . иТак, например среди юных спортсменов, специализировавшихся в таэквон-до и занимавшихся у одного тренера по одной и той же методике на протяжении 10 лет, лишь часть достигла уровня черного пояса, а некоторые выполнили лишь нормативы низкого разряда, т. е. Отстали на 6 лет подготовки. При этом установлено, что наиболее информативными показателями —абсолютными и условными гене тическими маркерами, позволяющими определитьспортсменов-таэквондистов в группу высоко и быстро тренируемых (в отличие от группы низко и медленно тренируемых) являются следующие. Спортивно педагогические: достижение более высокого уровня квалификации при затрате, в среднем, на 3-4 года меньше на выпол нение нормативов одного и того же уровня по сравнению с низко и медленнотренируемыми. • Генеалогические (анализ родословных): высоко и быстротренируемые таэквондисты имеют достоверно бол ьше родственни ковспортсменов, втом числе единоборцев, и являются практически исключительно первенцами по порядку рождения в семье. • Морфологические: отличительным признаком является дос товерно меньшая доля жирового компонента в составе тела, большая обезжиренная масса, а также принадлежностью к морфотипу долихоморфов. • Принадлежность к определенной группе крови системы АВО: преобладание Ш(В) группы крови, достоверно меньшая встре чаемость 1(0) группы крови и отсутствие со 11(A) и IV(AB) группой (принадлежность ко II(А) группе крови достоверно характеризует лишь спортсменов с низкой и медленной трени руемостью). • Показатели физических качеств: достоверно большая быстро та в теппинг-тесте и большая мышечная сила рук, особенно правой руки. . : и • Физиологические показатели: более высокие анаэробные воз можности (достоверно большая длительность задержки дыха ния на вдохе и на выдохе) и специфика функциональной асимметрии —доминирование правой руки, правой ноги, пра вого глаза и, соответственно, достоверное преобладание одно стороннего (правого) индивидуального профиля асимметрии. I Психофизиологические и психические характеристики темпера мента и личностных особенностей: достоверное преобладание экстравертов, более высокий уровень нейротизма, большая вы раженность холерического темперамента и отсутствие флегмати ков, атакже более высокая субъективная оценка самочувствия. 349 Выявление подобных информативных комплексов генетических маркеров для отдельных видов спорта позволит разработать более эффективные технологии спортивного отбора высоко и быстро тре нируемых спортсменов. При этом важно выявлять в каждой специа лизации б ы с т р о тренируемых спортсменов. Обнаружено, чтотакои информативный маркер как групповая принадлежность крови по зволяет дифференцировать спортсменов по скорости обучения в раз личных видах единоборств. В требующем особой быстроты боксе среди быстро тренируемых высококвалифицированных спортсме нов достоверно преобладают лица с 1(0) группой крови (и отсутству ют лица со 11(A) и IV(AB) группой); втаэквон-до, отличающемся высокой координацией и ловкостью, быстро тренируемые спорт смены —это, главным образом, лица с Ш(В) группой (лица со 11(A) и IV(AB) группой также отсутствуют); в специализации кик-боксинг, для которой важна хорошая специальная выносливость, среди быстро тренируемых спортсменов преимущество имеют лица со 11(A) группой, а среди медленно тренируемых—лицас 1(0) группой крови. 15. ФИЗИОЛОГИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ ОЗДОРОВИТЕЛЬНОЙ ФИЗИЧЕСКОЙ КУЛЬТУРЫ Человек не может жить в отрыве от внешней среды. Организм человека, являясь открытой системой, тесно связан с ней — он полу чает из воздуха кислород для дыхания, пищу для энергообеспечения жизнедеятельности, различного рода информацию из социального окружения для своего развития. Многие влияния оказывают небла гоприятное воздействие, и человеку необходимо принимать специ альные меры для поддержания своей работоспособности и здоровья. 15.1. РОЛЬ ФИЗИЧЕСКОЙ КУЛЬТУРЫ В УСЛОВИЯХ СОВРЕМЕННОЙ ЖИЗНИ Среди факторов, позволяющих поддерживать необходимый уро вень здоровья и высокую работоспособность человека, одно из важ нейших мест занимает физическая культура. При этом не требуется больших материальных затрат. 15.1.1. ВЛИЯНИЕ СОВРЕМЕННЫХ УСЛОВИЙ ЖИЗНИ НА ОРГАНИЗМ ЧЕЛОВЕКА Внешняя среда оказывает на человека не только положительное, но и отрицательное влияние. Негативные воздействия могут вызы350 вать различные факторы неживой природы (абиотические), живой природы (биотические) и социальной сферы. Среди них следует учиты вать физические факторы — колебан ия давления и температуры, проникающая радиация, шум, вибрации и др.; химические факторы—различные вещества в воде, воздухе, зем ле, пище; биологические факторы—инфекции, вирусы. Кроме того, успехи науки и техники, наряду с полезным эффектом, приводят в современной жизни также и к неблагоприятным последствиям. Авто матизация и механизация производства (широкое использование раз личных видов транспорта, необходимость работы в ограниченном пространстве (батискафы, космические аппараты, подводные лодки), избыточность информации, постоянный дефицит времени и пр. сни жают необходимый уровень двигательной деятельности и повышают нервно-психическое напряжение человека, вызывая стрессовые состоя ния и угрожая здоровью населения. Устав Всемирной организации здравоохранения определяет по нятие здоровья как « полное физическое, психическое и социальное благополучие». При этом выделяется 4 степени адаптации к услови ям окружающей среды или 4 уровня функциональных возможнос тей человека: • удовлетворительная адаптация, достаточные функциональ ные возможности человека; • состояние функционального напряжения; I неудовлетворительная адаптация, функциональные возмож ности организма снижены; • значительное снижение функциональных возможностей орга низма, истощение физиологических резервов, срыв адаптации. Эти уровни адаптации отражают риск потери работоспособности и характеризуют изменения в ряде функциональных показателей организма (табл. 16). Таблица 16 Характеристика некоторых показателей сердечно-сосудистой системы у мужчин с разной степенью адаптации к окружающей среде (средние данные) Возраст, лет Показатели Удовлетворит. Напряжение Неудовлетв. адаптация ЧСС, уд./мин, адаптация АД, мм рт.ст. Д о 25 26-40 С тарш е 40 ЧСС АД ЧСС АД ЧСС АД 74.7 114.5/73.0 74.2 115.7/73.8 74.8 122/80 Срыв адаптации КГ — — — — ■'/*” 80.5 — 127.0/79.0 HMN — %-ЯЦ 92.0 81.0 76.2 183.3/117.0 142.9/90.3 13 1.0/83.3 80.7 76.0 75.4 178.0/96.7 142.6/94.4 125.5/81.3 351 15.1.2. РОЛЬ ФИЗИЧЕСКОЙ КУЛЬТУРЫ В ЖИЗНЕДЕЯТЕЛЬНОСТИ СОВРЕМЕННОГО ЧЕЛОВЕКА В процессе эволюции животного мира, в том числе человека, мно гие органы и системы организма формировались в тесной взаимосвя зи с разного рода движениями. Без работы мышц невозможно пере мещение человека в пространстве, осуществление внешнего дыха ния, перекачивание крови сердцем, продвижение пищи по пищева рительному тракту, работа мочеполовой системы, передача звуковых волн в слуховом аппарате, поисковая функция глаза и чтение текста, произнесение слов и многие другие функции. Нарастающее в современном мире ограничение подвижности про тиворечит самой биологической природе человека, нарушая функцио нирование различных систем организма, снижая работоспособность и ухудшая состояние здоровья. Чем больше прогресс освобождает человека от физического труда и излишних движений, тем больше растет н е о б х о д и м о с т ь к о м п е н с а ц и и д в и г а т е л ь н о й акти вности. В этих условиях очевидна роль развития массовых форм физичес кой культуры. Приобщение к физической культуре очень важно для женщин, от здоровья которых зависит качество потомства, для детей и подростков, развитие организма которых крайне нуждается в вы соком уровне подвижности; для лиц пожилого возраста с целью со хранения бодрости и долголетия. За последнее время, наряду со многими отрицательными демогра фическими явлениями (сокращение рождаемости, повышение смертности, снижение продолжительности жизни), обнаруживается рост проявлений ф и з и о л о г и ч е с к о й н е з р е л о с т и (Аршавский И . А.). Ребенок рождается доношенным, с нормальным весом и длиной тел а, но в функциональном отношении недостаточно зрелым. Это проявляется в его пониженной двигательной активнос ти, мышечной слабости (гипотонии), быстрой утомляемости, сни жении устойчивости к простудным и инфекционным заболеваниям (снижение иммунитета), неустойчивыми эмоциональными реакция ми, слабым типом нервной системы. Результатом физиологической незрелости являются недостаточное развитие физических качеств и навыков, ожирение, развитие близорукости, искривления позво ночника, плоскостопие, детский травматизм. Эти явления наклады вают свой отпечаток на всю последующую жизнь человека. Они приводят к задержке полового развития (инфантилизму) в подрост ковом периоде, к снижению физической и умственной работоспо собности в зрелом возрасте и к раннему старению пожилых людей. Борьба с проявлениями физиологической незрелости не может сводиться к фармаковоздействиям, психологическим или педагоги352 ческим мероприятиям. Основное необходимое средство противосто яния этому явлению — повышение двигательной активности. Это путь к долголетию и здоровому образу жизни влюбом возрасте. Развитие массовой физической культуры и спорта не только обес печивает сохранение здоровья и повышение работоспособности, но и способствует з а п о л н е н и ю д о с у г а и отвлечению населения, в особенности подростков, от в р е д н ы х п р и в ы ч е к — курения, алкоголизма и наркомании Для этого необходимо мотивировать у населения высокую по требность в занятиях физической культурой. Спортивные достиже ния выдающихся атлетов вдохновляют большие массы людей и спо собствуют их приобщению к систематическим спортивным заняти ям. Справедливо отмечал основатель современного олимпизма Пьер де Кубертен: для того, чтобы 100 человек занимались физической культурой, нужно, чтобы 50 человек занимались спортом; для того, чтобы 50 человек занимались спортом, нужно, чтобы 20 человек были высококвалифицированными спортсменами, а для этого необ ходимо, чтобы 5 человек могли показать удивительные достижения. 15.2. ГИПОКИНЕЗИЯ, ГИПОДИНАМИЯ И ИХ ВЛИЯНИЕ НА ОРГАНИЗМ ЧЕЛОВЕКА Снижение физических нагрузок в условиях современной жизни, с одной стороны, и недостаточное развитие массовых форм физичес кой культуры среди населения, с другой стороны, приводят к ухуд шению различных функций и появлению негативных состояний организма человека. 15.2.1. ПОНЯТИЯ ГИПОКИНЕЗИЯ И ГИПОДИНАМИЯ Для обеспечения нормальной жизнедеятельности организма че ловека необходима достаточная активность скелетных мышц. Работа мышечного аппарата способствует развитию мозга и установлению межцентральных и межсенсорных взаимосвязей. Двигательная дея тельность повышает энергопродукцию и образование тепла, улуч шает функционирование дыхательной, сердечно-сосудистой и дру гих систем организма. Недостаточность движений нарушает нор мальную работу всех систем и вызывает появление особых состоя ний — гипокинезии и гиподинамии. Г и п о к и н е з и я — это пониженная двигательная активность. Она может быть связана с физиологической незрелостью организма, с особыми условиями работы в ограниченном пространстве, с неко торыми заболеваниями идр. причинами. В некоторых случаях (гип совая повязка, постельный режим) может быть полное отсутствие 353 движений или а к и н е з и я , котора тяжелее. Существует и близкое понятие понижение мышечных усилий, когда П Р И к р а й н е гиподинамия. M c U I b l A n a i p j ^ i v c A / v i . v . ^ ------------------------ Это обоих случа * ях скелетные мышцы нагружены совершенно недостаточно. Возни кает огромный дефицит биологической потребности в движениях что резко снижает функциональное состояние и работоспособность организма человека. Некоторые животные очень тяжело переносят отсутствие движе ний. Например, при содержании крыс в течение 1 месяца в условиях аКИНСЗИИ / л / v __ ____ *v D D lv tv F iD a w і і р ш п / i v n u v . - . u . ^ ------ ^ і/лплпмяү г и п о к и н е з и и ” ■ ^ 80%. Цыплята, выращенные в условиях обездвижения в тесных ___ ____ _____п л г и ^ о п и П П М X/Ск П Р І Л І І Т Р М П П О клетках и выпущенные бежке по двору. активности показало месяцев пребывания в море сила мышц туловища и конечностей уменьшалась стороны различных К и м . V U W lV A V O u n n v -------и ______ . Л и ______________ Л « « л А Л і і о п Г Г T I O D Q І І І Л ОТ — органов и систем 15.2.2. ВЛИЯНИЕ НЕДОСТАТОЧНОЙ ДВИГАТЕЛЬНОЙ АКТИВНОСТИ НА ОРГАНИЗМ ЧЕЛОВЕКА В ц е н т р а л ь н о й н е р в н о й с и с т е м е гипокинезия и гиподинамия вызывают потерю многих межцентральных взаимосвя зей, в первую очередь, из-за нарушения проведения возбуждения в межнейронныхсинапсах, т. е. возникает асинапсия. При этом изменя ется психическая и эмоциональная сфера, ухудшается функционирова ние сенсорных систем. Поражение мозговых систем управления движе ниями приводит кухудшению координации двигательных актов, возни кают ошибки в адресации моторных команд, неумение оценивать теку щее состояние мышц и вносить коррекции в программы действий. В д в и г а т е л ь н о м а п п а р а т е отмечаются некоторые дегенеративные явления, отражающие атрофию мышечных волокон снижение массы и объема мышц, их сократительных свойств. Ухуд шается кровоснабжение мышц, энергообмен. Происходит падение мышечной силы, точности, быстроты и выносливости при работе (особенно статической выносливости). При локомоцияхусиливают ся колебания общего центра масс, что резко снижает эффективность движений при ходьбе и беге. Д ы х а н и е при недостаточной двигательной активности харак теризуется уменьшением ЖЕЛ, глубины дыхания, минутного объе 354 ма дыхания и максимальной легочной вентиляции. Резко увеличива ется кислородный запрос и кислородный долг при работе. Основной обмен и энергообмен понижаются. Нарушается деятельность с е р д е ч н о - с о с у д и с т о й с и с т е м ы. Возникает атрофия сердечной мышцы, ухудшается питание миокарда. В результате развивается ишемическая болезнь сердца. Уменьшение объема сердца приводит к меньшим величинам сердеч ного выброса (уменьшению систолического и минутного объемов крови). Частота сердечных сокращений при этом повышается как в покое, так и при физических нагрузках. Ослабленные скелетные мышцы не могут в должной мере способ ствовать венозному возврату крови. Недостаточность или полное от сутствие их сокращений практически ликвидирует работу «мышеч ного насоса», облегчающего кровоток от нижних конечностей к серд цу против силы тяжести. Выпадение помощи со стороны этих «пе риферических сердец» еще более затрудняет работу сердца по перекачиванию крови. Время кругооборота крови заметно возраста ет. Количество циркулирующей крови уменьшается. При низких физических нагрузках и малом увеличении глубины дыхания при работе почти не помогает кровотоку и «дыхательный насос», так как присасывающее действие пониженного давления в грудной полости и работа диафрагмы ничтожны. Все эти следствия пониженной двигательной активности вызывают в современном мире огромный рост сердечно-сосудистых заболеваний. В э н д о к р и н н о й с и с т е м е отмечается снижение функций желез внутренней секреции, уменьшается продукция их гормонов. В случаях а к и н е з и и наблюдаются наиболее глубокие пораже ния организма и происходит сг,гаживание суточных биоритмов коле бания частоты сердцебиения, температуры тела и других функций. 15.3. НЕРВНО-ПСИХИЧЕСКОЕ НАПРЯЖЕНИЕ, МОНОТОННОСТЬ ДЕЯТЕЛЬНОСТИ И ИХ ВЛИЯНИЕ НА ОРГАНИЗМ ЧЕЛОВЕКА Спортивная деятельность предъявляет к организму человека са мые разнообразные требования — от работы в условиях дефицита времени на фоне непрерывно изменяющихся ситуаций, которая вы зывает высокое нервно-психическое напряжение, до длительной мо нотонной работы, заметно снижающей тонус нервной системы. 15.3.1. НЕРВНО-ПСИХИЧЕСКОЕ НАПРЯЖЕНИЕ Условия спортивной борьбы, особенно в ситуационных видах спорта (спортивных играх*единоборствах), вызываюту человека повы шенное нервно-психическое напряжение. Огромный объем информа355 ции, который должен перерабатывать спортсмен в кратча шие отрезки времени — часто в десятые и сотые доли секунды, высокая мотивация его выступлений п р и в о д я т к появлению эмоционального стресса, а в особо сложных условиях—к негативным переживаниям—дистрессу. С т р е с с (англ. stress — напряжение) — это общая системная реакция организма человека на экстремальные раздражения. Канадский ученый Г. Селье рассматривал проявления стресса как неспецифические системные реакции организма или общий адапта ционный синдром, который не зависит от специфики раздражителя и протекает в следующие стадии: • 1-я стадия — тревоги, которая включает фазы «шока» (резких вегетативных реакций) и «противошока» (мобилизации функцио нальных резервов). • 2-я стадия —резистентности (устойчи вости и высокой рабо тоспособности). • 3-я стадия — истощения — общего снижения функциональ ного состояния, развития патологических реакций и, в конечном счете, гибели организма. Эти стадии во многом аналогичны стадиям процесса адаптации (физиологического напряжения, адаптированности и дизадаптации) с тем только отличием, что процесс адаптации включает не только неспецифические, но и специфические приспособительные реакции (А. С. Солодков, 1988). В спорте возможны различные проявления стресса. Физический стресс— возникающий во время высокоинтенсив ной двигательной деятельности спортсмена, но не связанный с каки ми-либо эмоциональными переживаниями (например, тренировоч ные занятия, особенно в стандартных видах спорта). Эмоциональный стресс— отражающий высокое нервно-психи ческое напряжение во время соревновательной деятельности и вы зывающий мобилизацию функциональных резервов организма и значительные психические, вегетативные и гормональные реакции. Приразвитии эмоционального стресса чрезвычайные раздражите ли (стрессоры) действуют на высшие отделы центральной нервной системы. Эти влияния вызывают возбуждение симпатического отде ла вегетативной нервной системы и выделение связанных с ним гор монов и медиаторов, а через гипоталамус воздействуют на гормо нальную активность гипофиза. Гормон гипофиза — адренокортикотропный гормон вызывает выделение надпочечниками адренали на, норадреналина, глюкокортикоидов и минерал кортикоидов. В резул ьтате возникает комплекс приспособительныхреакций организ ма. Увеличивается частота и регулярность дыхания, укорачивается фаза вдоха относительно выдоха; увеличивается частота сердечных сокращений и почти исчезает аритмия; повышается артериальное 356 давление; усиливается обмен веществ и энергии; увеличивается амп литуда ЭМ Г и повышается сила сокращений скелетных мышц; в ЭЭГ уменьшается выраженность ритма покоя (альфа-ритма) и увеличи вается проявление ритмов напряжения (тета-ритма) и активации (бета-ритма); концентрируется внимание. Все эти реакции обеспе чивают высокую работоспособность. Однако, в результате чрезмерного нервно-психического напряже ния развивается состояние дистресса и могут возникать различные негативныереакции —ухудшается кровоснабжение некоторых отде лов головного мозга, урежается частота сердечных сокращений, па дает артериальное давление, увеличивается время двигательных ре акций и снижается моторная активность. При многократных стрес сах у спортсменов вел и ка частота спортивного травматизма. Нервно-психическое напряжение у разных людей может прояв ляться в различных стрессовых реакциях. Эмоциональный стресс выражен у спортсменов тем сильнее, чем более значимо для них дос тижение цели действия (их потребность) и чем меньше у них доступ ной информации, энергии и имеющегося в распоряжении времени. Элементы новизны и неопределенности ситуации повышают напря женность в организме спортсменов. У спортсменов, более опытных, уверенных в своих силах, с силь ными и уравновешенными нервными процессами, состояние не рвно-психического напряжения выражено слабее. У них быстрее протекает 1-я стадия, длительна и устойчива 2-я стадия и очень редко проявляется 3-я стадия. У менее подготовленных спортсменов, со слабой или неуравновешенной нервной системой, наоборот, больше выражены I -я и 3-я стадии и менее — 2-я стадия общего адаптацион ного синдрома. 15.3.2. МОНОТОННОСТЬ ДЕЯТЕЛЬНОСТИ Источником положительных эмоций у спортсмена, как у всякого человека, является поиск новой информации, новых путей решения двигательных и тактических задач. При длительном выполнении од нообразных двигательных актов (например, в циклической работе умеренной мощности) приток информации значительно снижается, что вызывает скуку, падение интереса к тренировкам, понижение функциональных возможностей. М о н о т о н и я — это состояние, вызываемое однообразием рабо ты при большом количестве простых стереотипных движений. Та кая работа вызывает у человека состояние пониженной психической активности, чувство безразличия, усталости, сонливости, снижение частоты сердечных сокращений и дыхания, понижение амплитуды ЭМ Г работающих мышц, падение работоспособности. 357 Одним из механизмов возникновения с о с т о я н и я м о н о т о н и и является п р и в ы к а н и е . Е с л и один и тот же стимул многократно повторяется, то внимание к нему ослабляется, реакции понижаются, т. е. утрачивается его новизна. В процессе автоматиза ции простых двигательных навыков эмоциональное напряжение прогрессивно уменьшается. При этом активируются неспецифичес кие тормозные отделы ствола головного мозга, которые, при отсут ствии тонизирующего сенсорного притока в мозг из окружающей среды, вызывают снижение активности высших отделов мозга. В ус ловиях монотонной деятельности изменяется рольлевого и правого полушария вуправлении движениями. У спортсменов-правшей от мечено снижение активности левогодоминирующего полушария го ловного мозга и повышение роли правого неведущего полушария. Это позволяет продолжать работу, но делает ее менее эффективной. Разные люди неодинаково реагируют на монотонную работу. Главным фактором сопротивляемости монотонии являются врожденные свойства нервной системы. Успешнее работают в этих условиях спортсмены с сильными уравновешенными нервными процессами и невысокой их подвижностью — флегматики. Обследо вания высококвалифицированных лыжников-гонщиков, бегуновстайеров, велосипедистов-шоссейников показали, что флегматики составляют основную долю спортсменов в данных видах спорта. Имеют значение личностные особенности спортсменов. Интро верты легче справляются с монотонной работой, чем экстраверты. Для борьбы с монотонней используют варьирование скорости пе ремещений спортсменов, разные отрезки дистанций, создают сорев новательные ситуации и т. п. 15.4. ОСНОВНЫЕ ФОРМЫ ОЗДОРОВИТЕЛЬНОЙ ФИЗИЧЕСКОЙ КУЛЬТУРЫ И ИХ ВЛИЯНИЕ НА ФУНКЦИОНАЛЬНОЕ СОСТОЯНИЕ ОРГАНИЗМА К основным средствам физического воспитания относят ф изи ческие упражнения, естественные силы природы и гигиенические факторы. Физические упражнения — это двигательные действия че ловека, необходимые для решения задач физического воспитания. Главные их задачи — повышение работоспособности и оздоровление населения. 15.4.1. ОСНОВНЫЕ ФОРМЫ ОЗДОРОВИТЕЛЬНОЙ ФИЗИЧЕСКОЙ КУЛЬТУРЫ Использование различных форм оздоровительной физической культуры неразрывно связано с получением основного эффекта — 358 повышения и сохранения здоровья человека. Вместе с тем, ими реша ются в обществе и многие другие задачи — общеобразовательные, познавательные (туризм), реабилитационные (лечебная гимнасти ка), рекреационные, развлекательные (игры), профессиональные (производственная гимнастика, профессионально-прикладная фи зическая подготовка). Физические упражнения подразделяют на гимнастику, игры, туризм и спорт. Оздоровительный эффект имеют различные виды г и м настики. Основная гимнастика обеспечивает широкую общую физичес кую подготовку человека к различным видам двигательной деятель ности. Гигиеническая гимнастика, в частности утренняя зарядка, ак тивизирует функции организма в течение дня. Утренняя зарядка снимает заторможенное состояние мозга после сна, повышая тонус центральной нервной системы афферентными импульсами от рабо тающих мышц; стимулирует активность сенсорных систем; активи рует работу сердечной мышцы и усиливает венозный кровоток; уве личивает глубину дыхания; устраняет отечность тканей,усиливая лимфообращение. Водные процедуры, сопровождающие зарядку, обес печивают закаливание, действуя на терморецепторы кожи. В недав нее время широко развивалась производственная гимнастика, кото рая в различных ее формах повышает производительность умствен ного и физического труда и снижает профзаболевания. При исполь зовании перед работой вводной гимнастики возникает врабатывание организма, небольшие физкультминутки и физкультпаузыявляются хорошими средствами активного отдыха, а восстановительная гим настика улучшает процессы восстановления организма после рабо ты. Лечебная гимнастика обеспечивает восстановление нарушенно го здоровья человека. Она имеет узкую специфическую направлен ность в зависимости от характера заболевания. И г р ы , повышая физическую активность человека, способ ствуют общему оздоровлению населения, а также развивают на блюдательность, экстраполяцию,творческие возможности мозга, спо собность к переработке информации вусловияхдефицита времени. Для развития различных физических качеств и формирования двигатель ных навыков у детей дошкольного и младшего школьного возраста большое значение имеют имитационные игры. Среди взрослого населе ния широко распространены игры как средство активного отдыха и за полнения досуга, улучшения психо-эмоционального состояния. Т у р и з м — это разнообразная естественная двигательная дея тельность в природных условиях. Огромноего влияние на здоровье на селения, снятие невротических состояний, вызываемых нервно-психи ческой напряженностью бытовых и профессиональных ситуаций, воспитательно-образовательная роль. Различные виды туризма — прогул359 ки, экскурсии, туристские походы позволяют человеку укреплять здоровье, поддерживают бодрое настроение, развивают способность к пространственной ориентации на местности, умение адаптировать ся к различным естественным ситуациям и погодным условиям. Они служат также для приобретения новых навыков, развития умствен ных способностей, пополняют знания об окружающем мире и его объектах. , С п о р т связан с соревновательной деятельностью, чтотреоует систематической подготовки организма к высоким спортивным достижениям. Занятия массовым спортом преследуют в значитель ной мере оздоровительный эффект, а это, в свою очередь, может быть достигнуто лишь при рациональной организации спортивной тренировки, правильно подобранном режиме тренировочных заня тий и отдыха, индивидуализации физических нагрузок. Особое значение в последнее время приобретают в плане оздоровления за нятия национальными, народными видами спорта (русская лапта, городки и пр.). 15.4.2. ВЛИЯНИЕ ОЗДОРОВИТЕЛЬНОЙ ФИЗИЧЕСКОЙ КУЛЬТУРЫ НА ФУНКЦИОНАЛЬНОЕ СОСТОЯНИЕ И НЕСПЕЦИФИЧЕСКУЮ УСТОЙЧИВОСТЬ ОРГАНИЗМА ЧЕЛОВЕКА Выполнение физических упражнений несет два последствия для организма человека: 1 ) с п е ц и ф и ч е с к и й э ф ф е к т , т. е. адаптация к данным физическим нагрузкам, 2) дополнительный, н е с п е ц и ф и ч е с к и й э ф ф е к т — повышение устойчивости к разнообразным неблагоприятным факторам внешней среды. Люди, систематически занимающиеся физическими упражнениями (не ме нее 6-8 часов в неделю), оказывается,реже болеют, легче переносят инфекционные болезни (рис. 42). У них реже частота и длительность простудных заболеваний, гораздо меньше сопутствующих осложне ний. У спортсменов повышается устойчивость к перегреванию и пе реохлаждению, к действию проникающей радиации, однако снижает ся переносимость голодания и некоторых ядов. Выяснилось, что чем выше аэробные возможности организма, тем ниже показатели смер тности. При повышении индивидуальных величин относительного М П К в 2 раза у мужчин (от 21 до 42 мл • к г 1 ■ м и н 1) смертность снижается примерно в 3 раза, а у женщин повышение М П К в 1,5 раза (от 21 до 32 мл •к г 1• м и н 1) снижает смертность в 2 раза. Исследова ния на животныхтакже демонстрируют усиление неспецифической устойчивости при тренировке. В группах тренированных крыс (пла вание, статическая нагрузка) по сравнению с контрольной группой нетренированных крыс повышалась устойчивость в 1,5 раза к дей ствию гипоксии (по времени возникновения судорог на высоте 360 Заболева емость, % 1 2 3 4 5 Повышение уровня физического состояния Рис. 42. Заболеваемость населения ( в %) в зависимости от уровня физического состояния (по: Апанасенко Г.Л., 1990) 13 км), в 1,5 раза — к отравлению хлороформом (по проценту выжи вания), в 4 раза — к облучению (по 4-кратному увеличению смер тельной дозы рентгеновских лучей), на 7% — к перегреванию (по длительности жизни при 70°С), на 1/3 — к охлаждению (до начала судорог в воде при 5°С). Для получения наибольшего оздоровительного эффекта и макси мального повышения работоспособности следует соблюдать о п т и м а л ь н ы е д в и г а т е л ь н ы е р е ж и м ы , разработанные для лиц различного возраста. Оптимальный объем физической нагрузки по количеству часов в неделю составляет для возраста 6-8 лет -1 3 -1 4 ,9 -1 2 лет -1 2 -1 3 ,1 3 15 лет — 11-12, 16-20 лет — 8-9, 24-30-лет — 7-8, 30-60 лет — 5-6, пожилых ли ц — 8-10 часов. Определена минимальная интенсивность нагрузки, при которой происходит повышение функциональных возможностей организма. Ее рассчитывают, исходя из величины максимальной ЧСС, равной 220 уд • мин'1минус возраст (количество лет). Оптимальная физичес кая нагрузка выполняется при ЧСС от 65% до 85% от максимальной ЧСС (рис. 43). Следовательно, для молодого человека 20-ти лет оптимальной яв ляется нагрузка, выполняемая при ЧСС в диапазоне 130-170 уд • мин-1 (его максимальная ЧСС составляет 220 — 20 = 200 уд •м и н 1), а для пожилого человека 60-ти лет оптимум нагрузки соответствует диапазону ЧСС от 104 до 136 уд • мин*1(его максимальная ЧСС со ставляет 220 — 60 —160 уд • м и н 1). Отечественными и зарубежными учеными разработаны общиере комендации по величине тренировочной нагрузки для развития и поддержания кардио-респираторных функций, состава тела, мы шечной силы и выносливости у взрослых здоровых лиц. ш г" 361 Частота тренировочных занятий - 3-5 дней в неделю. Интенсивность работы - 65Ж-85Ж от максимальной ЧСС или 50-85% от М ПК. - л Д лит ельност ь занят ий - 20-60 минут непрерывной аэробной работы в зависимости от интенсивности (допускается 2-3 пика нагрузки по 1-2 мин с ЧСС до 90-100% от максимальной ЧСС или от МПК). - и Видупражнений—любые упражнения с использованием боль ших мышечных групп при ритмичной и аэробной работе - бег, бегтрусцой, катание на лыжах, коньках, велосипеде, плавание, гребля, танцы, игровая деятел ьность. Упражнения с сопротивлением умеренной интенсивности, эф фективные для поддержания анаэробных возможностей, раз вития и сохранения массы тела и прочности костей - 8 - 1 0 уп ражнений на большие мышечные группы не менее 2 дней в неделю. Рекомендуемый двигательный режим позволяет поддерживать оптимальный уровень физической работоспособности, состояние тела и здоровья (англ. fitness — ф и т н е с с ) , уменьшение ЧСС покоя, повышение аэробных и анаэробных возможностей организма, сни жение утомляемости и ускорение процессов восстановления. При су точных энерготратах не менее 1200 ккал возможно оптимальное сни жение массы тела — не более 1кг в неделю. ЧСС уд/мин 200 190 180 170 160 150 140 130 120 110 100 65% Возраст, лет Рис. 43. Диапазон тренирующих физических нагрузок с оптимальной ЧСС — от 65% до 85% от максимальной ЧСС 362 Для определения оптимальной двигательной активности взрос лого здорового человека можно использовать суточный показатель количества шагов: 10000 шагов в 1день обеспечивают средний уро вень энерготрат 2200-2400 ккал в сутки (1700 ккал IJ основной об мен и 500-700 ккал — на мышечную работу). Опыт изучения двига тельной активности различных контингентов населения показыва ет, что в зрелом возрасте люди делают, в среднем, 10-15 тыс. шагов в сутки, а в пожилом возрасте — 6-8тыс. шагов. Подвижность детей дошкольного и младшего школьного возраста очень высока. Число шагов, проходимых в день дошкольниками в зимний период, состав ляет в возрасте 3-4 лет 11,2 (девочки) и 11,9тыс. шагов (мальчики), в 5 лет, соответственно, 12 и 13,5 тыс. шагов, в 6-7-лет — 13,6 и 15,0 тыс. ш агов,в8лет— 16,2и 18,1 (до22-24тыс. шагов). Однако этот уровень подвижности не всегда реализуется. В детских садах и, особенно, в школах дети и подростки испытывают значительный дефицит двига тельной активности, что приводит к росту заболеваний, ожирению, плоскостопию и другим отклонениям в состоянии здоровья. Повышению функциональных возможностей организма, сохра нению здоровья и развитию профессиональных психофизиологи ческих особенностей, физических качеств и формированиюдвигательных навыков способствует п р о ф е с с и о на л ьн о-п ри к л адн а я ф и з и ч е с к а я п о д г о т о в к а . Средствами физического воспитания решаются задачи адаптации работающего населения к профессиональной деятельности, военном у труду. Так, например, повышение вестибулярной устойчивости, достигаемое в плавании, акробатике, гимнастике, спортивных играх, имеет большое значение для летчиков, космонавтов; быстрота реакции, высокая надежность сенсорных систем, скорость переработки информации, развиваемые вситуационных видах спорта, необходимы профессионалам-операторам, радиотелеграфистам, машинисткам; высокий уровень разви тия силы и выносливости требуется геологам, военнослужащим. 363 Часть III ВОЗРАСТНАЯ ФИЗИОЛОГИЯ Возрастная физиология изучает особенности жизнедеятельности организма в различные периоды индивидуального развития или он тогенеза (греч.: онтос - особь, генезис - развитие). В понятие онто генеза включают все стадии развития организма от момента оплодот ворения яйцеклетки до конца жизни человека, выделяя пренаталь ный этап (до рождения) и постнатальный (после рождения). 1. ОБЩИЕ ФИЗИОЛОГИЧЕСКИЕ ЗАКОНОМЕРНОСТИ РОСТА И РАЗВИТИЯ ОРГАНИЗМА ЧЕЛОВЕКА 1.1. ПЕРИОДИЗАЦИЯ И ГЕТЕРОХРОННОСТЬ РАЗВИТИЯ Под развитием понимают 3 основных процесса: 1) рост — увели чение числа клеток (в костях, легких и других органах) или увеличе ние размеров клеток (в мышцах и нервной ткани), т. е. количествен ный процесс; 2) дифференцирование останов и тканей; 3) формообра зование, т.е. качественные изменения. Эти процессы тесно взаимо связаны. Например, ускоренный рост тела замедляет процессы формообразования, дифференцирования тканей, развитие вторич ных половых признаков, а усиленные процессы полового развития замедляют росттела, нарастание мышечной массы. Весь жизненный цикл (после рождения человека) делится на от дельные возрастные периоды, т. е. отрезки времени онтогенеза, каж дый из которых характеризуется своими специфическими особенно стями организма — функциональными, биохимическими, морфоло гическими и психологическими. Возрастная периодизация основана на комплексе признаков: раз меры тела и отдельных органов, их масса, окостенение скелета (кост ный возраст), прорезывание зубов (зубной возраст), развитие желез внутренней секреции, степень полового созревания ( баллы полового развития), развитие мышечной силы и пр. С учетом количественных и качественных изменений в организме различают следующие в о з р а с т н ы е п е р и о д ы . 1-10 дней новорожденный; 10дней-1 год — грудной возраст; 1-3 года —раннее 364 детство; 4-7 лет первое детство, 8-12 лет — мальчики и 8-11 лет — девочки —второе детство; 13-16 лет — мальчики и 12-15 лет—девоч ки подростки; 17-21 год — юноши и 16-20 лет—девушки — юно шеский; 22-35 лет первый зрелый; 35-60 лет — мужчины и 35-55 лет женщины второй зрелый; 60-74 года — пожилой; 75-90 лет— старческий; 90 лет и более —долгожители. В связи со школьным обучением выделяют дошкольный возраст до 6-7 лет, младший школьный (до 9-10 лет), средний (до 13-14 лет) и старший школьный возраст (до 16-17 лет, а в связи с продлением до 12-летнего срока обучения в школе—до 18-19 лет). Особо отмечают период полового созревания (так называемый пере ходный или пубертатный период (греч.\ пубертис —оперение), выде ляя препубертатный период (11-13 лет), 1фазу пубертата — мальчи ки 13-15 лет и девочки 11-13 лет, 2 фазу пубертата—мальчики 15-17 лет и девочки 13-15 лет. В этот период происходит существенная гор мональная перестройка в организме, развитие вторичных половых признаков, заметное ухудшение условно-рефлекторной деятельности, двигательных навыков, увеличиваются вегетативные изменения при нагрузках, возрастаетутомление, затрудняется речь, отмечается неурав новешенность эмоциональных реакций и поведения. Заметным явля ется пубертатный скачок роста —значительный годовой прирост дли ны тела—у девочек около 13 лет, у мальчиков —около 14лет (рис. 44). Основными закономерностями возрастного развития являют ся п е р и о д и з а ц и я и г е т е р о х р о н н о с т ь (греч.:ге- Возраст, годы Рис. 44. Пубератный скачок роста длины тела у девочек ( I) и мальчиков (II) 365 те р о с д ругой, х р о н о с - врем я), т. е. неравномерность иразновре менность роста иразвития. периоды формиро л замедление ихро вания отдельных Ж В Я В § «К» ' Ғ----тп п ял аста Периоды ускорения развития различных функции ста. периоды и г ________пппыгүолит на протяжедлины ю т П ЯВІШ Л С^ ЦП I v n v r i u t t u i f i рост ^ -----------_______ НИИ 1 года жизни и в период полового созревания: в среднем, у девочекв 1 2 -13 лет, у мальчиков в 14-15 лет. Р е ч ^ ф о р м и ^ а д ^ л е т а речевая регуляция движений с 4-5 лет. В возрасте 6-7 лет начинается смена м олод ы х зубов на постоянные. Основные п о з ы тела осваивакэтся до 1 года, а основной фонд движении закладывается до 3-х лет. максимальное В возрасте 6 длина ГКапИ d u u ia n r u m v . w ------------------нарастает теми ходьбы и бега. После И дет заметно нарастают масса Сбр/TJ Периодизация в развитии мозга проявляется в более раннем со зревании первичных (проекционных) полей коры больших полуша рий (до рождения и первые годы после рождения), затем вторич ных полей (зон опознания и осмысления информации) и в наиболее позднем созревании ассоциативных третичных полей (зон афферен тного синтеза, прогнозирования и формирования программ поведе ния). Анатомически (по толщине и занимаемой территории) третич ные поля к 7-8 годам созревают лишь на 80% от размеров взрослого мозга, а функциональное их развитие продолжается вплоть до 1Ъ-М лет и более. В связи с основными закономерностями возрастной периодизации строится программа обучения детей в школе, нормирование физичес ких и умственных нагрузок, определение размеров мебели, обуви, одежды и пр. Закономерности роста -.,--------------в законодательстве - возможность получить работу, вступить в брак, нести ответственность за проступки, получать пенсию и пр. „ „ . „ И и - j >У »0 Л а - __ . ш я V Я V Я вV I V A 11 f l U f * lr U m ж v J ш /т I I 1 Л /1 И 1 1 V . #1 1.2. СЕНСИТИВНЫЕ ПЕРИОДЫ Переход от одного возрастного периода к другому является пере ломным этапом развития, когда организм переходит от одного каче ственного состояния в другое. Скачкообразные моменты развития целого организма, отдельных его органов и тканей называются к р и т и ч е с к и м и . О н и жестко контролируются генетически. С ними частично совпадают так называемые с е н с и т и в н ы е п е р и о д ы (периоды особой чувствительности), которые возникают на их базе и менее всего контролируются генетически, т. е. являются особенно восприимчивыми к влияниям внешней среды, втом числе педагогичес ким и тренерским. • 4NMW 366 Критические периоды переключают организм на новый уровень онтогенеза, создают морфофункциональную основу существования организма в новых условиях жизнедеятельности (например, акти вация определенных генов обеспечивает возникновение переходного периода у подростков), а сенситивные периоды приспосабливают функционирование организма к этим условиям (оптимизируются перестроечные процессы в различных органах и системах организма, налаживается согласование деятельности различных функциональ ных систем, обеспечивается адаптация к физическим и умственным нагрузкам на этом новом уровне существования организма и т. п.). С этим связана высокая чувствительность организма к внешним влия ниям в сенситивные периоды развития. Благоприятные воздействия на организм в сенситивные периоды оптимальным образом содействуют развертыванию наследственных возможностей организма, превращению врожденных задатков в оп ределенные способности, а неблагоприятные задерживают их разви тие, вызывают перенапряжение функциональных систем, в первую очередь, нервной системы, нарушение психического и физического развития. Тренировочные воздействия в сенситивные периоды наиболее эф фективны. При этом возникает более выраженное развитие физи ческих качеств — силы, быстроты, выносливости и др., наилучшим образом происходят реакции адаптации кфизическим нагрузкам, в наибольшей степени развиваются функциональные резервы орга низма. Сенситивные периоды для развития различных физических ка честв проявляются гетерохронно. Так, например, сенситивный пе риод развития абсолютной мышечной силы наблюдается в 14-17лет (максимального значения качество силы достигает к возрасту 18-20 лет). Сенситивный период развития различных проявлений качества быстроты (рис. 45) приходится на 11-14 лет (максимальный уровень достигается к 15-летнему возрасту). Этот же примерно период явля ется сенситивным для развития скоростно-силовых возможностей (рис. 46). Для общей выносливости сенситивный период проявляет ся гораздо позже — в 15-20 лет (максимальное значение — в 20-25 лет). Развитие гибкости особенно бурно происходите 3-4 до 15 лет, а ловкости —с 7-10 до 13-15 лет. Именно на протяжении сенситивных периодов применяемые средства и методы в физическом воспитании достигают наилучшего тренирующего эффекта. В последующие пе риоды те же средства и объемы тренировочных нагрузок подобного прироста физических качеств не обеспечивают. Для человека наиболее важным является сенситивный период фор мирования речи (и соответствующих областей мозга) —до 2-3-х лет жизни. Дети, по воле случая воспитанные среди животных (в стае 367 75 70 2 о 65 о со 1 60 г о Һ 0ф н1 55 Z L_ с с 50 ф 45 5-6 7-8 9-10 11-12 13-14 15-16 17-18 20-29 30-39 40-49 55-65 Возраст, годы Рис. 45. Возрастная динамика показателей в теппинг-тесте (максимально частое движение кистью): 1 — лица мужского пола, 2 — лица женского пола (по Бальсевич В. К., 2000) 45 \ / со * * / Ч \ \ л Q- 35 С О L— О 30 X л с \ \ 1 . со 25 Q. Ф ш со 20 2 о о л СП 15 5-6 7-8 9-10 11-12 13-14 15-16 17-18 20-29 30-39 40-49 55-65 Возраст, годы Рис. 46. Возрастная динамика показателя высоты вертикального прыжка с места: 1 лица мужского пола, 2 — лица женского пола (по Бальсевич В.К., 2000) волков, среди обезьян и др.) и пропустившие этот период, не могут, вернувшись в человеческое общество, адаптироваться к жизни в но вых условиях, овладеть речью, необходимыми навыками и даже по гибают вследствие этого, не достигнув взрослого состояния. 368 1.3. ВЛИЯНИЕ НАСЛЕДСТВЕННОСТИ И ОКРУЖАЮЩЕЙ СРЕДЫ НА РАЗВИТИЕ ОРГАНИЗМА Возрастные показателироста иразвития организма — его ф е н о т и п —являются сплавом врожденных и приобретенных призна ков. С одной стороны, они определяются наследственными факторам и _ г е н о т и п о м , что необходимо учитывать при спортивном отборе, прогнозировании спортивной одаренности. С другой сторо ны, развитие организма определяется влияниями в н е ш н е й с р е д ы . Для человека важнейшими влияниями являются воздей ствия социальной среды — воспитание, образование, спортивная тренировка, профессиональное обучение и пр., что определяет при обретенные черты роста и развития. Определение степени наследственных влияний производится пу тем изучения родословных (генеалогическийметод), цитогенетичес ким методом (анализом наследственного материала клеток), популя ционным методом (исследование врожденных изменений организма в изолированных группах населения — на отдельных островах, в труднодоступных лесах, горах и пр.), атакже близнецовым методом. Так, с помощью генеалогического метода было прослежено сохра нение на портретах в течение нескольких веков типичного строения лица у владетелей родовых замков—«Габсбургский нос и губа». Изуче ние этим методом врожденных патологий вскрыло генетическую при роду почти 4тысяч заболеваний. Одним изтаких примеровявляется гемофилия — несвертываемость крови, в результате чего человек мо жет погибнуть от малейшей царапины из-за кровотечения. Патологи ческий ген передается через организм женщин, но болеют гемофилией мужчины. В частности, известно, что сын последнего Российского императора Николая II царевич Алексей получил это заболевание в наследство от английской короле вы Виктории —своей прабабушки, как и многие ее потомки мужского рода в различных странах Европы. В спорт ивны х семьях, по О. Астранду, довольно часто (в 50% слу чаев) наблюдаются двигательно одаренные дети (а если оба родителя спортсмены, то в 70% случаев). Однако, как свидетельствуют десятки тысяч наблюдений, спортивная одаренность не определяется одним геном, а является результатом действия комплекса генов. Корреляция двигательных возможностей детей и родителей, изу ченная в английских колледжах для избранных семейств по архи вным данным, показала, что в 12-летнем возрасте выявить значимую корреляцию между предками и потомками удается не всегда. Для показателей длины тела (г = 0.5), результатов прыжков в длину с ме ста (г = 0.71) и бега на короткую дистанцию — 50 ярдов (г - 0.48) корреляция достоверна, но она отсутствует для результатов метания теннисного мяча и гимнастических упражнений. Можно было сде369 лать вывод, что наследуются лишь определенные двигательные воз можности. рШ 1st Специальные исследования внутрисемейного сходства показали, что для наследования спортивно важных задатков имеют значение количество детей в семье, преобладание среди них мальчиков или дево чек и даже порядокрождения ребенка в семье. Выяснено, что искать будущих спортсменов следует, преимущественно, в семьях с двумятремя детьми, отдавая предпочтение не старшим, а младшим детям, а также учитывая, что у мужчин-спортсменов двигательные способно сти передаются несомненно по мужской линии, а у женщин-спортсменок, в отличие от этого, — преимущественно по женской линии. При использовании близнецового метода сравниваются наслед ственные признаки однояйцевых (монозиготных) близнецов, имеющих практически одинаковую наследственность, и разнояйцевых близнецов (гетерозиготных или дизиготных), в фенотипе которых гораздо боль ше проявляются влияния внешней среды. Известно, что однояйцевые близнецы имеютодин и тотже пол, одинаковые отпечатки пальцев, одну и ту же группу крови, их ткан и при пересадках не отторгаются, у них не только имеется большое сходство внешности, но и характеров. Для количественной оценки наследственности часто используют коэффициент Хольцингера (Н), который определяет генетическую долю в общем развитии организма. При Н > 0.7 (70% и более) доля генетических влияний очень высока (табл. 17). Таблица Показатели влияния наследственности (Н) на некоторые морфофункциональные признаки организма человека (по данным разных авторов) № п/п Морфофункциональные 1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. 8. 9. 10. 11. 12. 13. 14. 15. 16. 370 признаки Длина тела (рост) Масса тела (вес) Объем сердца Показатели ЭКГ Минутный и ударный объем крови (мл/мин) Частота сердцебиений при работе АД систолическое в покое и при работе Жизненная емкость легких Минутный объем дыхания при работе Максимальное потребление кислорода Максимальная анаэробная мощность Задержка дыхания на вдохе p w c 170 Процент медленных волокон в мышцах Выработка условных рефлексов Частотно-амплитудные показатели ЭЭГ 17 Показатели наследуемости (Н) 0.73-0.80 0.65 0.80-0.92 0.78-0.88 0.83-0.94 0.60-0.91 0.60-0.70 0.48-0.93 0.59-0.98 0.77-0.96 0.84-0.98 0.80 0.88-0.90 0.92-0.99 0.73-0.80 0.90 В результате использования близнецового метода выявлено, что под выраженным генетическим контролем находятся размеры и со став тела, такие функциональные показатели как время двигатель ной реакции, чувство ритма, максимальная частота движений, ско рость спринтерского бега, абсолютная мышечная сила, гибкость, максимальное потребление кислорода, анаэробные возможности че ловека и др. Эти показатели меньше всего подвержены изменениям в процессе тренировки и, соответственно, их учет необходим в процес се спортивного отбора и спортивной ориентации. Особенно значительны наследственные влияния на умственную работоспособность и на различные показатели электрической актив ности коры больших полушарий. Отмечают существенный генети ческий вклад в показатели размеров сердца, формы ЭКГ, величину диастолического давления крови, некоторых параметров крови и др. физиологические величины. Из физических качеств наиболее зависимыми от врожденных за датков являются качества быстроты и гибкости. Среднее положение занимает качество силы. Наименее зависимыми от наследственности и, соответственно, качествами яв. национные возможности (ловкость) и общая выносливость. В большой степени поддается изменениям в результате внешних воздействий масса те/іа. Снижение веса происходит при его сгонке спортсменами, в случаях болезни, голода, диеты и пр. Направленное увеличение веса достигается при специальном усиленном питании у спортсменов, в случаях ожирения, при переедании и пр. Для спортсменов и тренеров особенно важно, что генетический контроль больше выражен в молодом возрасте (когда особенно велик контингент занимающихся физическими упражнениями) и нарас тает по мере увеличения мощности физической нагрузки (что харак терно для соревновательной деятельности в спорте). 1.4. АКСЕЛЕРАЦИЯ ЭПОХАЛЬНАЯ И ИНДИВИДУАЛЬНАЯ, БИОЛОГИЧЕСКИЙ И ПАСПОРТНЫЙ ВОЗРАСТ Важной особенностью возрастного развития в настоящее время является а к с е л е р а ц и я (лат.:акселератио ускорение^.Разэпо эпохальную х а л ь н о й а к с е л е р а ц и е й понимают ускорение роста, фи зическогоразвития, полового созревания и психическогоразвития орга низма человека, которое наблюдается с конца X1X в. начала XX в. по сравнениюс предыдущими годами. Употребляют также термин секулярный тренд (вековая тенденция). Такое явление наблюдается вразныхстранах, в различных городах и сельской местности (рис. 47). 371 174 172 170 168 5 0 <0 166 CD »- 164 (0 1s 5 162 160 158 1 156 Шв Яп Рис. 47. Эпохальная акселерация Ростюношей 19-илет — швейцарцев (Шв.) и японцев (Яп.) в 1910и 1962гг (по: Ishiko Т., 1973) За последние 30-40лет у новорожденных детей средняя длина тела увеличилась на 0.5-1 см и масса тела — на 100-150 г. В возрасте 1 года дети стали, всреднем, длиннее на 5 см и тяжелее на 1.5-2 кг, чем 50-75 лет назад. Весьма объемное исследование, охватившее детей в возрасте 5-7 лет, было выполнено в различных странах — Северной Америке, Ан глии, Швеции, Польше — за длительный период времени от 1800гдо 1950 г. Оказалось, что дети этого возраста за каждое десятилетие, в среднем, увеличивались на 1.5 см в длину и на 0.5 кг массы тела. Подростки и юноши 14-17 лет Москвы, Ленинграда и Киева в 6070-х г.г. по сравнению с 1923-1925 г.г. оказались выше на 10-13 см, тяжелее на 9-11 кг, окружность их груди — больше на 4.7 см. Ускорилось половое созревание, раньше формируются вторич ные половые признаки, на 1.5-2 года раньше появляются первые менструации у девочек, отмечаются случаи раннего деторождения (с 8-9 лет). В настоящее время максимального роста девушки и юноши дос тигают в 16-19 лет, а 50 лет назад они достигали его к 20-26 годам. У 19 — летних юношей в Ш вейцарии средние значения роста в 18881890 г.г. были 164 см, а в 1962 г. — 173 см; вЯпонии эти показатели в 1910г. составили 162см ,ав 1962 г .— 167 см. Соответственно, раньше формируются физические качества у подростков, особенно у юных спортсменов. Так, мальчики 14-14.5 372 лет, специально не занимающиеся спортом, прыгали в длину с места в 1927 г. на 178 см, а в 1967 г. — на 191 см; результаты бега на 60 м в этом возрасте составили в 1938 г. 9.19 с, а в 1962 г. — 8.86 с. Американские школьники 14-17-летнего возраста в 1963-1964 годах превосходили по силе сверстников, учившихся в той же школе в 1899 году, на 4-5 кг. По вопросу о причинах эпохальной акселерации нет единого мнения. Считают, что это явление может быть обусловлено усиленн ым ульт рафиолетовым облучением (гелиогенная теория), влиянием на эн докринные железы магнитных волн, возросшей космической радиа цией, увеличением потребления белков (алиментарная теория), повы шенным поступлением в организм витаминов и минеральных солей (нутригеннаятеория), ростом количества получаемой информации, особенно в условиях городской жизни. Предполагают, что природ ные факторы могут вызывать периодические изменения в генетике человека, обусловливая эпохальные вспышки акселерации. Врезультате акселерации изменяются стандарты мебели, одеж ды, обуви, пересматриваются сроки начала обучения в школе и нача ла спортивной специализации, режимы труда и отдыха детей. Обуче ние в школе начинается в настоящее время с 6-7 лет, а не с 8 лет, как в начальные десятилетия XX века. Значительно раньше во многих слу чаях начинаются занятия физической культурой и спортом: плава нием с первых дней жизни, фигурным катанием, гимнастикой —с 34 лет, теннисом —с 5-6 лет, баскетболом — с 6-7 лет. Однако увлекаться этим нельзя, так как на общем фоне эпохаль ной акселерации существуют огромные индивидуальные различия в темпах созревания организма. В связи с этим, наряду с понятием эпо хальной акселерации, как общебиологического явления, существует и понятие об и н д и в и д у а л ь н о й или в н у т р и г р у п п о в о й а к с е л е р а ц и и , т. е. явлении ускорения развития от дельных детей и подростков в определенных возрастных группах. Реальный уровень развития организма человека не всегда соот ветствует его хронологическому или паспортному возрасту, т. е. количеству прожитых лет. В связи с этим возникло понятие б и о л о г и ч е с к и й в о з р а с т , отражающеереальноесостоя ниеразвития органов и систем организма в онтогенезе. Биологический возраст определяют пообщим размерам тела, тем пам прорезывания молочных зубов и их замены на постоянные (зуб ной возраст), по степени зрелости костной системы (костный воз раст) и по показателям развития вторичных половых признаков, вы раженность которых оценивается в баллах.. При определении баллов половогоразвития для мальчиков отмечают степень оволосения лобка (Pubis), оволосения подмышечных впадин (Axillaris), оволосения лица (Fades), увеличение шитовидного хряща 373 гортани — кадыка (Larinx) и изменение тембра голоса (Vox). Для де вочек отмечают степень оволосения лобка, развитие волос в подмы шечной впадине (Axillaris), развитие молочной железы (Mamma) и становление менструальной функции (Menses). Косвенным показа телем биологического возраста является так называемый филиппинс кий тест. Он становится положительным в среднем около 5-6лет, когда пальцами правой руки, положенной на голову при вертикаль ном ее поддержании, дети перекрывают левую ушную раковину. По степени соотношения биологического и паспортного возраста различают а к с е л е р а т о в (или акселерантов) —детей и подрос тков с ускоренным развитием, когда биологический возраст опере жает паспортный; м е д и а н т н о в —соответствующих паспорт ному возрасту, и р е т а р д а н т о в — отстающих в развитии от паспортного возраста. В среднем, около 13-20% от общего количе ства детей, относящихся к данному возрасту, представляют собой ак селератов. Столько же примерно детей относится к ретардантам. Ос новную же массу составляют медианты. Для акселератов характерны более высокий рост, большая мы шечная сила и объем сердца, более высокие значения жизненной ем кости легких, более длительная задержка дыхания, более раннее по ловое созревание и ускоренное психическое развитие. У детей и под ростков, опережающих по росту и развитию своих сверстников, от мечаются ускоренные темпы формирования физических качеств. Они имеют преимущество при занятиях баскетболом, волейболом, теннисом, греблей, плаванием. Различия биологического и паспортного возраста могут достигать у акселератов 3-5 лет. Например, юные баскетболисты и пловцы 13-и лет по показателям роста и развития могут соответствовать 18-летним спортсменам. Однако чрезмерное ускорение созревания не все гда положительно отражается на состоянии ряда функций организ ма. У акселерированныхдетей рост и развитие сердца отстает от роста тела, что может привести к сердечно-сосудистым заболеваниям. Из быточное выделение гормона роста (соматотропина передней доли гипофиза), обеспечивающее сверхвысокий рост, сопровождается не достаточностью половых гормонов, что требует особого внимания к предъявлению нагрузок гигантам. Для ретардантов характерно отставание в половом созревании и уменьшение доли жирового компонента тела. Замедленный рост длины и массы тела у детей ретардантов создают им преимущество в развитии относительной силы и прыгучести. Благодаря меньшему весу и большей гибкости девочки-ретардантки предпочтительны в спортивной гимнастике, акробатике, фигурном катании. В настоящее время считают, что очень часто рост и развитие у ак селератов заканчиваются раньше, а у ретардантов продолжаются зна 374 чительно дольше. В результате конечная длина тела во взрослом со стоянии у ретардантов может оказаться больше, чем у акселератов. Более медленное созревание мозга также приводит к лучшему его развитию и более высоким умственным способностям. Показано, что у спортсменов сердце растет медленнее и достигает большего объема и большей мошности сердечной мышцы, чем у нетренирован ных сверстников. Имеются отдельные сообщения, что в последние десятилетия (с 80-х годов) явления эпохальной акселерации несколько менее вы ражены. 2. ФИЗИОЛОГИЧЕСКИЕ ОСОБЕННОСТИ ОРГАНИЗМА ДЕТЕЙ ДОШКОЛЬНОГО И МЛАДШЕГО ШКОЛЬНОГО ВОЗРАСТА И ИХ АДАПТАЦИЯ К ФИЗИЧЕСКИМ НАГРУЗКАМ 2 .1 . РАЗВИТИЕ ЦЕНТРАЛЬНОЙ НЕРВНОЙ СИСТЕМЫ, ВЫСШЕЙ НЕРВНОЙ ДЕЯТЕЛЬНОСТИ И СЕНСОРНЫХ СИСТЕМ Организм детей первых лет жизни значительно отличается от организма людей более старшего возраста. Уже в первые дни адапта ции к жизни вне материнского организма ребенок должен осваивать самые необходимые навыки питания, приспосабливаться к различ ным температурным условиям среды, реагировать на окружающие лица и т.п. Все реакции приспособления к условиям новой среды тре буют быстрого развития мозга, особенно его высших отделов — коры больших полушарий. Однако различные зоны коры созревают не одновременно. Раньше всего, в первые же годы жизни созревают проекционные зоны коры (первичные поля) — зрительные, моторные, слуховые и др., затем вторичные поля (периферия анализаторов) и позднее всего, вплоть до взрослого состояния — третичные, ассоциативные поля коры (зоны высшего анализа и синтеза). Так, моторная зона коры (первич ное поле) в основном сформирована уже к 4 годам, а ассоциативные поля лобной и нижнетеменной области коры по занимаемой территории, толщине и степени дифференцирования клеток к возрасту 7-8 лет созревают лишь на 80%, особенно отставая в развитии у мальчи ков по сравнению с девочками. Быстрее всего формируются функциональные системы, включаю щие вертикальные связи между корой и периферическими органами и обеспечивающие жизненно необходимые навыки сосания, защит ных реакций (чихания, моргания и пр.), элементарных движений. Очень рано у детей грудного возраста в районе лобной области фор мируется центр опознания знакомых лиц. Однако, медленнее проис375 ходит развитие отростков корковых нейронов и миел инизация не рвных волокон в коре, процессы налаживания горизонтальных межцентральных взаимосвязей в коре больших полушарий. В результате этого для первых лет жизни характерна недостаточность межсистемных взаимосвязей в организме (например, между зрительной и моторной системой, что лежит в основе несовершенства зрительно двигательных реакций). Детям первых лет жизни требуется значительная длительность сна, с небольшими перерывами для бодрствования. Общая длитель ность сна составляет в возрасте 1 года 16 часов, 4-5 лет 12 часов, 710 лет — 10 часов, а у взросл ых — 7-8 часов. При этом особенно вели ка у детей первых лет жизни длительность фазы «быстрого» сна (с активацией обменных процессов, электрической активности мозга, вегетативных и моторных функций и быстрыми движениями глаз) по сравнению с фазой »медленного» сна (когда все эти процессы за медляются). Выраженность фазы «быстрого» сна связывают со спо собностью мозга к обучению, что соответствует активному позна нию внешнего мира в детском возрасте. Электрическая активность мозга отражает разобщенность раз личных территорий коры и незрелость корковых нейронов она нерегулярна, неимеетдоминирующихритмови выраженных фоку сов активности, преобладают медленные волны. У детей в возрасте до 1 года в основном встречаются волны с частотой 2-4 колебания в 1 сек. Затем преобладающая частота колебаний электрических потен циалов нарастает: в 2-3 года — 4-5 колеб./с; в 4-5 лет — 6колеб./с; в 6-7 лет — 6-7 колеб./с; в 7-8 лет — 8 колеб./с; в 9 лет — 9 колеб./с; усиливается взаимосвязанность активности различных корковых зон. К возрасту 10 лет устанавливается основной ритм покоя — 10 колеб./с (альфа-ритм), характерный для взрослого организма. Для нервной системы у детей дошкольного и младшего школьного возраста характерна высокая возбудимость и слабость тормозных процессов, что приводит к широкой иррадиации возбуждения по коре и недостаточной координации движений. Однако длительное под держание процесса возбуждения еще невозможно, и дети быстро утомляются. При организации занятий с младшими школьниками и особенное дошкольниками нужно избегать долгих наставлений и указаний, продолжительных и монотонных заданий. Особенно важ но строго дозировать нагрузки, так как дети этого возраста отлича ются недостаточно развитым ощущением усталости. Они плохо оценивают изменения внутренней среды организма при утомлении и не могут в полной мере отразить их словами даже при полном изне можении. При слабости корковых процессов у детей преобладают подкорко вые процессы возбуждения. Дети в этом возрасте легко отвлекаются 376 при любых внешних раздражениях. В такой чрезвычайной выражен ности ориентировочной реакции.(по И. П. Павлову, рефлекса «Что такое?») отражается непроизвольный характер их внимания. Произ вольное же внимание очень кратковременно: дети 5-7 лет способны сосредотачивать внимание лишь на 15-20 минут. У ребенка первых лет жизни плохоразвито субъективное чувство времени. Чаше всего он не может правильно отмеривать и воспроиз водить заданные интервалы, укладываться во времени при выполне нии различных заданий. Сказывается недостаточная синхронизация внутренних процессов в организме и малый опыт сопоставления соб ственной активности с внешними синхронизаторами (оценкой дли тельности протекания различных ситуаций, смены дня и ночи и пр.). С возрастом чувство времени улучшается: так, например, интервал 30 секунд точно воспроизводят лишь 22% 6-летних, 39% 8-летних и 49% Ю-летнихдетей. Схема тела форм ируется у ребенка к 6 годам, а более сложные про странственные представления — к 9-10 годам, что зависит от разви тия полушарий мозга и совершенствования сенсомоторных функций. Недостаточное развитие лобных программирующих зон коры обусловливает слабое развитие процессов экстраполяции. Способ ность к предвидению ситуации в 3-4 года у ребенка практически от сутствует (она появляется в 5-6 лет). Ему трудно остановить бег у заданной черты, вовремя подставить руки для ловли мяча и т. п. Высшая нервная деятельность детей дошкольного и младшего школьного возраста характеризуется медленной выработкой отдель ных условных рефлексов и формирования динамических стереоти пов, а также особенной трудностью их переделки. Большое значение для формирования двигательных навыков имеет использование под ражательных рефлексов, эмоциональность занятий, игровая дея тельность. Дети 2-3-х лет отличаются прочной стереотипной привязаннос тью к неизменной обстановке, к знакомым окружающим лицам и усвоенным навыкам. Переделка этих стереотипов происходит с большим трудом, при водит зачастую к срывам высшей нервной дея тельности. У 5-6-летних детей увеличивается сила и подвижность не рвных процессов. Они способны осознанно строить программы дви жений и контролировать их выполнение, легче перестраивают про граммы. В младшем школьном возрасте уже возникают преобладающие влияния коры на подкорковые процессы, усиливаются процессы внут реннего торможения и произвольного внимания, появляется способ ность к освоению сложных программ деятельности, формируются характерные индивидуально-типологические особенности высшей нервной деятельности ребенка. 377 Особое значение в поведении ребенка ілмеетразвитие речи. Цо 6 лету детей преобладают реакции на непосредственные сигналы (пер вая сигнальная система, по И. П. Павлову), а с 6 лет начинают доми нировать речевые сигналы (вторая сигнальная система). Развитие сенсорных систем в основном происходит на протяже нии дошкольного и младшего школьного возраста. З р и т е л ь н а я с е н с о р н а я с и с т е м а особенно быст ро развивается на протяжении первых 3-х лет жизни, затем ее совер шенствование продолжается до 12-14 лет. В первые 2 недели жизни формируется координация движений обоих глаз (бинокулярное зре ние). В 2 месяца отмечаются движения глаз при прослеживании предметов. С 4-х месяцев глаза точно фиксируют предмет и движе ния глаз сочетаются с движениями рук. Фиксация глаза на объекте повышает точность восприятия, так как при этом изображение попа дает на наиболее чувствительную область сетчатки — в центральную _ ‘? ВБ .НШ __ ______п п а п o a n u — предварипоявляются тельного движения глаз к сигналу У детей первых 4-6 лет жизни глазное яблоко еще недостаточно длину и хорошо фокусирует световые лучи, но изображение попадает за дальнозоркость плохоразличаются цвета С учетом для рать крупные и яркие предметы (кубики, мячи и пр.). В дальнейшем с возрастом проявления дальнозоркости уменьшаются, растет число рефракциеи посад ки при чтении, систематического рассматривании предметов на близком расстоянии от глаз (табл. 18). Близорукость появляется изза того, что возникающее при этом напряжение глазодвигательных мышц, сводящих глаза на близком предмете, приводит к удлинению фокусировка лучей сетчаткой, вызывая развитие близорукости. М Л Я Ш & Я Ж . Ш e - w e » т т — Л --------------------------------------------- ---------- « г Таблица Возрастные изменения рефракции глаза Возраст (лет) [дльнозоркие (%) С нормальным (%) зрением 69.8 8-10 11-13 14-16 378 31.8 26.5 34.1 43.9 56.8 Близорукие (%) 11.4 18 Большое значение для улучшения зрительной функции имеет U эмоциональный характер занятии с детьми, использование различ ных игр. Острота зрения постепенно повышается у детей: в 1г. —0.1, в 2 г. — 0.4, в 4 г. — 0.7, в 5 л. — 0.9 и к 7-8 годам она достигает нормальной величины взрослого человека — 1.0. В процессе игры острота зрения у детей повышается на 30%. При переходе от дошкольного к младшему школьному возрасту по мере улучшения взаимосвязи зрительной информации и двига тельного опыта улучшается оценка глубины пространства. Поле зрения резко увеличивается с 6 лет, достигая к 8 годам величин взрослого человека. Зрительные сигналы играют ведущуюроль в управлении двигатель ной деятельностью ребенка на протяжении первых 6лет жизни. Од нако обработка зрительных сигналов мозгом еще несовершенна. Она в основном ограничена анализом отдельных признаков предмета, происходящим в зрительных центрах затылочной области коры, и генерализованным распространением этой информации на другие центры коры. Качественная перестройка зрительных восприятий происходит в возрасте 6лет, когда начинается вовлечение в анализ зрительной информации ассоциативных нижнетеменных зон мозга. При этом значительно улучшается механизм опознания це/іостных образов. Созревание лобных ассоциативных зон обеспеч ивает в возрасте 910лет еще одну качественную перестройку зрительного восприятия, обеспечивая тонкий анализ сложных форм картины внешнего мира, избирательное восприятие отдельных компонентов изображения, акпшвный поиск наиболее информативных сигналов окружающей среды. К возрасту 10-12лет формирование зрительной функции в основ ном завершается, достигая уровня взрослого организма. Этот этап отражается в ЭЭГ установлением в затылочной области коры четкого альфа-ритма (8-12 колеб./с), свойственного взрослому человеку. С л у х о в а я с е н с о р н а я с и с т е м а ребенка имеет важнейшее значение для развития речи, обеспечивая не только вос приятие речи постороннихлиц, ной играя формирующую рольсистемы обратной связи при собственном произношении слов. Именно в диапазоне речевых частот (1000-3000 Гц) наблюдается наибольшая чувствительность слуховой системы. Ее возбудимость на словесные сигналы особенно заметно повышается в возрасте 4 лет и продолжает увеличиваться к 6-7 годам. Однако острота слуха у детей в 7-13 лет (пороги слышимости) все еще хуже, чем в 14-19лет, когда достигает ся наиболее высокая чувствительность. У детей особенно ш ирок диа пазон слышимых звуков—от 16до22000 Гц. К возрасту 15 лет вер хняя граница этого диапазона снижается до 15 000-20 000 Гц, что соответствует уровню взрослых людей. 379 Слуховая сенсорная система, анализируя продолжительность звуковых сигналов, темпа и ритма движений, участвует в развитии чувства времени, а благодаря наличию двух ушей (бинауральный СЛуХ) _ вклЮчается в формирование пространственных представле ний ребенка. Д в и г а т е л ь н а я с е н с о р н а я с и с т е м а созревает у человека одной из первых. Формирование проприорецепторов — мышечных веретен и сухожильных рецепторов начинается уже со 2-4 месяца внутриутробного развития и продолжается после рож дения до 4-6 лет. Подкорковые отделы двигательной сенсорной системы созревают раньш е, чем корковые: к возрасту 6-7 лет объем подкорковых образований увеличивается до 98% от конеч ной величины у взрослых, а корковых образований лиш ь до 7° - 80%. I * У детей 1.5-2 месячного возраста осуществляется лишь грубый анализ проприоцептивной информации. В дальнейшем тонкость анализа повышается. Это резко улучшает возможность регуляции двигательной активности и выработки новых навыков. Условные рефлексы на проприоцептивные раздражители вырабатываются с 34 недельного возраста ребенка, постоянно совершенствуя сферу его моторных возможностей. Вместе с тем пороги различения силы мы шечного напряжения у дошкольников все еще превышают уровень показателей взрослого организма в несколько раз. К 12-14-летнему возрасту развитие двигательной сенсорной системы достигает взрос лого уровня. Повышение мышечной чувствительности может проис ходить и далее — до 16-20 лет., способствуя тонкой координации мышечных усилий. В е с т и б у л я р н а я с е н с о р н а я с и с т е м а является одной из самых древних сенсорных систем организма и в ходе онто генеза она развивается также довольно рано. Рецепторный аппарат начинает формироваться с 7-недел ьного возраста внутриутробного развития, а у 6-месячного плода достигает размеров взрослого орга низма. Вестибулярные рефлексы проявляются у плода уже с 4-месячного возраста, вызывая тонические реакции и сокращения мышц тулови ща, головы и конечностей. Рефлексы с вестибулярных рецепторов хорошо выражены на протяжении первого года после рождения ре бенка. С возрастом у ребенка анализ вестибулярных раздражений со вершенствуется, а возбудимость вестибулярной сенсорной системы понижается, и это уменьшает проявление побочных моторных и ве гетативных реакций. При этом многие дети проявляю т высокую вестибулярную устойчивость к вращениям и поворотам. Раннее возникновение контактов вестибулярной сенсорной системы с мо торной системой и с другими сенсорными системами позволяет ре380 бенку к 2-3 годам освоить основной фонд движений и начинать занятия физическими упражнениями с первых же лет жизни — пла ванием с первых недельжизни, гимнастикой и фигурным катанием с 3-4 лет и т.п. Уже во время внутриутробного развития и с первых дней жизни у ребенка имеется кожная чувствительность, которая обеспечивается тактильной, болевой и температурной рецепцией. Т а к т и л ь н а я с е н с о р н а я с и с т е м а развивается рано, обнаруживая уже у новорожденных общее двигательное воз буждение при прикосновениях (особенно в области лица, губ). Од нако ее невысокий уровень в первые годы жизни (повышены как абсолютные, так и дифференциальные пороги) связывают с недо статочно развитым процессом обработки получаемой информации. Тактильная чувствительность увеличивается с ростом двигатель ной активности ребенка и достигает максимальных значений к воз расту 10 лет. Б о л е в а я рецепция представлена уже у новорожденных, осо бенно в области лица, но в раннем возрасте она еще недостаточно со вершенна. С возрастом она улучшается. Пороги болевой чувстви тельности снижаются от грудного возраста до 6 лет в 8 раз. Т е м п е р а т у р н а я рецепция у новорожденных проявляется резкой реакцией (криком, задержкой дыхания, обобщенной двига тельной активностью) на повышение или понижение температуры окружающей среды. Затем эта реакция с возрастом сменяется более локальными проявлениями, время реакции укорачивается от 2 -11с в первые месяцы жизни до 0.13-0.79с у взрослых. У детей первых лет жизни обнаружи ваются различия реакций на охлаждение тела. Так. у детей в возрасте 3-6 лет при повышенной тревожности, развитии не вротических состояний, вегетодистонии отмечены случаи плохой адаптируемости к охлаждению (по изменениям экстероцептивных рефлексов, двигательной активности, времени реакции, умственной работоспособности и пр. показателям). При проведении закаливания у таких детей терморегуляция ухудшается, что требует особой осто рожности. В к у с о в ы е и о б о н я т е л ь н ы е о щ у щ е н и я хотя имеются уже с первых дней жизни, но они еще непостоянны и неточ ны, часто бывают неадекватны раздражителям, носят обобщенный характер. Чувствительность этих сенсорных систем заметно повы шается к возрасту 5-6 лет у дошкольников и в младшем школьном возрасте практически достигает взрослых значений. Время реакции на вкусовые раздражения сокращается почти в 10 раз (от 2-Зс у ново рожденных доО.З-О.бс в9-10лет). 381 2.2. ФИЗИЧЕСКОЕ РАЗВИТИЕ И ОПОРНО-ДВИГАТЕЛЬНАЯ СИСТЕМА Пропорции тела ребенка в первые годы жизни существенно отли чаются от взрослых сравнительно большей длиной головы и более короткими конечностями. На протяжении первого года жизни и в возрасте 6лет происходит заметный прирост длины тела. В первые два года жизни усиленно растут мышцы, обеспечивающие стояние и ходьбу. В возрасте от 2-х до 4-х лет преобладает рост длиннейшей и большой ягодичной мышц, в 7-12 лет — двуглавой мышцы голени. При этом заметно увеличивается длина сухожилий по сравнению с длиной основной массы мышцы в «брюшке». Интенсивный рост стоп наблюдается у девочек после 7 лет, а у мальчиков после 9 лет. С возраста 5-7 лет до 10-11 лет быстро увеличивается длина конечностей, превышая ско рость роста тела. Прирост массы тела отстает от скорости увеличения длины тела. * В костях и скелетных мышцах у детей много органических ве ществ и воды, но мало минеральных веществ. Гибкие кости могут лег ко изгибаться при неправильных позах и неравномерных нагрузках. Легкая растяжимость мышечно-связочного аппарата обеспечивает ребенку хорошо выраженную гибкость, но не может создать прочно го «мышечного корсета» для сохранения нормального расположения костей. В результате возможны деформации скелета, развитие асим метричности тела и конечностей, возникновение плоскостопия. Это требует особого внимания к организации нормальной позы детей и использовании физических нагрузок. Мышечные волокнаребенка тонкие и слабые, они гораздо менее возбу димы, чем у взрослых. Их рост в тол щи ну продолжается до 30-35лет, а в длину—ДО 20-25 лет. С интенсивным ростом мышечных волокон про исходит относительное уменьшение ядерной массы на единицу площа ди скелетных мышц—по сравнению с новорожденными их масса сни жается к возрасту 6 лет в 4-5 раз, а к возрасту 10-14 лет—в 6 раз. Происходит перестройка иннервационного аппарата мышц. В дошкольном и младшем школьном возрасте увеличиваются размеры и дифференциация элементов мышечных, суставных и сухожиль ных рецепторов, достигая достаточного совершенства к 6 годам. На протяжении данного возрастного периода происходит перераспреде ление положения мышечных веретен в скелетных мышцах — от рав номерного их расположения в мышце у новорожденных к сосредота чиванию веретен в концевых областях мышц, где они подвергаются большему растяжению и, соответственно, точнее информируют мозг о движении мышц. До 11 -12 лет происходит также созревание не рвно-мышечных синапсов, улучшая проведение моторных команд. 382 Мышечная масса детей невелика. Она составляет у новорожден ных всего 20% от веса тела, у детей 2-3 лет — 23%, в 7-8 лет — 27%, у 15-летних подростков — 32%, в то время как у взрослых нетрениро ванных людей — около 44%, у спортсменов — порядка 50%. В первые годы жизни (до 9-10 лет) ребенка тонус мышц-сгибате лей превышает тонусразгибателей. Детям трудно длительное время сохранять вертикальную позу при стоянии, поддерживать выпрям ленное положение спины при сидении. Мышцы конечностей ( особенно мелкие мышцы кисти) относи тельнослабее, чем мышцы туловища. Недостаточное развитие мы шечно-связочного аппарата брюшного пресса может вызывать обра зование отвисшего живота и появление грыж при поднятии тяжес тей . Сила мышц мальчиков в дошкольном имладшем школьном возрас теравна силе мышц девочек. Несмотря на повышение абсолютной мышечной силы в возрасте 4-5 лет, относительная сила практически не изменяется, так как рас тет и масса тела ребенка. Лишь с возраста 6- 7лет прирост силы ока зывается больше прироста массы тела, и начинает нарастать отно сительная сила мышц. При этом увеличиваются прыгучесть и скоро стно-силовые возможности детей. К моменту рождения ребенка все волокна его мышц являются медленными. Однако по ходу онтогенеза происходит развитие быс трых волокон, которое завершается лишь в 14-15 лет. 2.3. ОСОБЕННОСТИ КРОВИ, КРОВООБРАЩЕНИЯ И ДЫХАНИЯ В дошкольном и младшем школьном возрасте кровь по количе ству и составу отличается от взрослого организма. Количество крови у п.ошкопы\пкоъ относительно массы тела за метнобольше (в 4г— 11 % от массы тела, в 6-7л — 10%),, приближаясь к взрослому уровню в период младшего школьного возраста (в 11л 8%, у взрослых — 5-8%). По мере взросления детей в их крови повышается количество эритроцитов и гемоглобина, а количество лейкоцитов снижается (табл. 19). У дошкольников в составе лейкоцитов сравнительно боль ше лимфоцитов, но меньше нейтрофилов. Соответственно, у них снижена фагоцитарная функция, и наблюдается высокая восприим чивость к инфекционным заболеваниям. Затем количество нейтро филов повышается, а лимфоцитов снижается до взрослого уровня к моменту полового созревания. Количество тромбоцитов с возрастом практически не изменяется. Сердце детей первых лет жизни отличается малыми размерами и шаровидной формой. Рост его объема следует за ростом массы тела. 383 [и младш характер Т а б л и ц а 19 Возрастная динамика функциональных показателей и развития возраста _____________________T i A H i i r A n L u n m И м л а л ш е г о Ш К О Л Ь Н О Г О В О З! г л ^ я л — - (по: Аганянц Е. К. и др., 1991) Показатели 4 года Количество крови (% от массы тела) Количество эритроцитов (1р,2/л) Содержание гемоглобина (г/л) Количество лейкоцитов (Ю’/л) Частота сердцебиений (уд./мин) Минутный объем крови (л/мин) Артериальное давл., макс. (мм рт. ст.) Артериальное давл., мин. (мм рт. ст.) Частота дыхания (вд./мин) Жизненная емкость легких (л) Дыхательный объем (мл) Минутный объем дыхания (л/мин) Макс. вентиляция легких (л/мин) Макс. потребление кислорода (л/мин) Задержка дыхания на вдохе (с) Задержка дыхания на выдохе (с) Суточный расход энергии (ккал) Становая сила (кг) Время реакции на звук (мс) Теппинг-тест(дв./10с) PWC170 (кгм/мин) Гибкость, наклон вперед (см) ~П 4.7 126 11.0 100 2.8 95 47 27 1.1 100 3.4 тштт ш т т ят — — 2000 18 396 48 232 +4 | 7 лет 11 лет ю 4.8 128 10.0 85 3.0 98 53 22 1.9 156 3.8 50 1.8 26 17 2400 29 301 54 285 +5 8 4.9 132 8.2 80 3.1 103 62 21 2.1 175 6.8 60 2.1 39 20 2800 46 203 62 533 +11 ! Минутный объем крови у 4-11 -летних детей примерно в 2 раза мень ше, чем у взрослых. Небольшие размеры сердца и слабость сердечной мышцы определяют малый систолический (ударный) объем крови и м с іа п к іи D D IW ^ r i JJIU V I m u w i u i v .............. *--------30 мл низкий уровень артериального давления (см. табл .19). сосу; симпати ческих влияний на сердце обусл овл и вает высокую частоту сердечных сокращений в состоя н и и покоя. Величина ЧСС оченьлабильна, легко изменяется при любых внешних раздражениях (при испуге, раз личных эмоциях, физических и умственных нагрузках и пр.). Ве/м кольников — порядка ЮОуд./мин, в младшем школьн около 9 0 уд./мин. Противоположные влияния параси (блуждающего) нерва на сердце постепенно нарастаю! жизни и заметно усиливаются к младшему школьном; возрасту зывая дальнейшее снижение ЧСС в состоя н и и покоя. 384 длине крови очень невелико —у новорожденных всего 12с, у 3-летних — 15с (у взрослых20-22с). •' • . . По мере роста и развития ребенка совершенствуется его дыха тельный аппарат. Дыхание у детей частое и поверхностное. Легоч ная ткань мало растяжима. Бронхиальное древо недостаточно сфорклетка имеет малую экскурсию, а дыхатель 1см I-----1 ные мышцы слабы. Все это затрудня ет внешнее дыхание, повышает энер готраты на выполнение вдоха и 200мл уменьшает глубину дыхания. Дыха тельный объем дошкольника в 3 -5 раз меньше , чем у взрослого человека 20 (рис. 48). Он постепенно увеличива ется в младшем школьном возрасте (см. табл. 19), но еще заметно отстает от взрослого уровня. Из-за неглубокого дыхания и 10 сравнительно большого объема «мерт вого пространства» эффективность дыхания у детей невысока. И з ал ьвео лярного воздуха в кровь переходит меньше кислорода и много его оказы •О 14 вается в выдыхаемом воздухе. Кисло О родная емкость крови в результате Һ * мала — 13-15 об.% (у взрослых — 19О Я а 20об.%). т о G0 Частота дыхания у детей повы шена. Она постепенно снижается с 10 возрастом. В силу высокой возбуди мости детей частота дыхания чрезвы чайно легко нарастает при умствен ных и физических нагрузках, эмоци ональных вспышках, повышении температуры и других воздействиях. Дыхание часто оказывается нерит мичным, появляются задержки ды хания. Вплоть до 11-летнего возраста 6 отмечается недостаточность произ Рис. 48. Длительность вольнойрегуляции дыхания. Особенно дыхательного цикла это отражается на речевой функции и дыхательный объем дошкольников. у мальчиков и мужчин Наиболее интенсивно размеры (по А. 3. Колчинской, /973) I— 385 а легких растут альисил, UUDtMmviuwv«,.v.— І-------' * ~ ___ —_ ^ «Ч■АГГЧ/%n ІГ П UY4 а іір п іа ни. От 1 года до 8 лет объем легких увеличивается в 2 раза, но он еше наполовину меньше, чем у взрослого. мякси Такие показатели, как длительность задержки дыхания, максиЖ¥ / .................... Ш Я 1 Ж П Ш I Л С * 1—П Р Т И I I I I 1 могут сознательно регулировать Жизненная ем кость легких ......., „ л „ взрослых, а младшем школьном возрасте - в 2 раза MeHb^ e (см.табд _ - ______ \ Г / Г ? П • 1 1 а л л о Т Р П Q I 1 ' И 7 Н Р Н Н Ы И ЖЕЛ I у )* * * ' ' -------/ \ показатель) составляет 70 мл/кг (у взрослого - 80 мл/кг). Минутный объем дыхания на протяжении дошкольного и младше го школьного возраста постепенно растет. Этот показатель за счет вы_ _ ____ .ч. «Vигл /чпглтортлт взрослых величин, в г D V J p u v tv VUNvrl 1v I ііі QA ^ ------ •- ■ r - л / 4 года _ 3.4 л/м ин, в 7 лет — 3.8 л/м ин, в 11 лет — 4-6 л/мин. Продолжительность задержки дыхания у детей невелика, так как у них очень высокая скорость обмена веществ, большая потреб ность в кислороде и низкая адаптация к анаэробным условиям. У них очень быстро снижается содержание оксигемоглобина в крови и уже при его содержании 90-92% в крови задержка дыхания пре кращается (у взрослых задержка дыхания прекращается при значи тельно более низком содержании оксигемоглобина — 80-55/fo, а у адаптированных спортсменов - даже при 50-60%). Длительность задержки дыхания на вдохе (проба Штанге) в возрасте 7-11 лет по рядка 20-40 с (у взрослых — 30-90 с), а на выдохе (проба Генча) 15-20 с (у взрослых — 35-40 с). Величина MBJIцостигает в младшем школьном возрасте всего эибОл/мин (у нетренированных взрослых людей она порядка 100-140 л/м ин, а у спортсменов — 200 л/мин и более). На протяжении первого года жизни у детей преобладает грудной тип дыхания, а в возрасте 3-7 лет начинает формироваться брюшной тип. Уже с возраста 7-8 лет начинают проявляться половые различия в показателях внешнего дыхания: у мальчиков ниже частота дыхаЖЕЛ мично. М / г ч ТТГ % Л Л П _____ __________ __ d /Ч гт /\ /\ Г Ч І / / М I /"V _ 2.4. ОСОБЕННОСТИ ПИЩЕВАРЕНИЯ, ОБМЕНА ВЕЩЕСТВ И ЭНЕРГИИ В дошкольном возрасте у ребенка сформированы молочные зубы, которые позволяют ему перейти от молочного питания к более гру бой пище. С 5-6 лет начинается смена молочных зубов на постоянные, которая в основном заканчивается к периоду полового созревания, и только третьи большие коренные зубы (зубы «мудрости») формиру ются вплоть до возраста взрослого человека. 386 С появлением молочных зубов у ребенка начинается выраженное слюноотделение. Оно усиливается на протяжении первого года жиз ни и продолжает совершенствоваться по количеству и составу слюны с увеличением разнообразия пищи. Размеры желудка постепенно увеличиваются, к 6-7 годам он при обретает форму, характерную для взрослого организма. К этому возра сту заметно развиваются мышцы, обеспечивающие движения желуд ка и перистальтику кишечника. У детей дошкольного и младшего школьного возраста еще малочисленны и недоразвиты пищеварительные железы. Желудочный сок беднее ферментами, активность ихеше мала. Эго затрудняет процесс переваривания пищи. Низкое содержание соляной кис/го/иь/снижает бактерицидные свойства желудочного сока, что приводит к частым желудочно-кишечным расстройствам у детей. В дошкольном возрасте интенсивно развиваются функции под желудочной железы и печени ребенка. В возрасте 6-9 лет активность желез пищеварительного тракта значительно усиливается, пищева рительные функции совершенствуются. Однако, принципиальное отличие пищеварения в детском организме от взрослого за кл ючается в том, что у них представлено только пристеночное пищеварение и отсутствуетвнутриполостное переваривание пищи. Недостаточность процессов всасывания в тонком кишечнике в некоторой степени компенсируется возможностью всасывания в же лудке, которая сохраняется у детей до 10—летнего возраста. Особенностью обменных процессов в детском организме является преобладание анаболических процессов (ассимиляции) над катаболическими (диссимиляции). Растущему организму требуются повышен ные нормы поступления питательных вешеств, особенно белков. Для детей характерен положительный азотистый баланс, т. е. поступле ние азота в организм превышает его выведение. Использование питательных продуктов идет в двух направлениях: • для обеспечения роста и развития организма (пластическая функция); • для обеспечения двигательной активности (энергетическая функция). Для детей в связи с большой интенсивностью обменных процес сов характерна более высокая, чем у взрослых, потребность в воде и витаминах. Относительная потребность в воде (на 1 кг массы тела) с возрастом снижается, а абсолютная суточная величина потребления воды нарастает: в возрасте I года необходимо 0.8 л, в 4 года — 1л, в 7Юлет 1.4л, в 11-14лет— 1.5л. Вдетском возрасте также необходимо постоянное поступление в организм минеральных веществ: для роста костей (кальций, фосфор), для обеспечения процессов возбуждения в нервной и мышечной ткани (натрий и калий), для образования гемоглобина (железо) и др. 387 Энергетический обмену детей дошкольного и младшего школьр ________ ✓— —.» 2 раза) превышает уровень обмеК О Г О р ж ш --------- - «-.имйиліійМГГ. на у взрослых, снижаясь наиболее резко в первые 5 лет и менее замег но - на протяжении всей последующей жизни. С у т о ч н и расход энерги и растет с возрастом: в 4 года - 2000 ккал, в 7 лет 2400 ккал, в 11 лет — 2800 ккал ПРОЦЕССОВ ВЫДЕЛЕНИЯ ДЕЯТЕЛЬНОСТИ ЖЕЛЕЗ ВНУТРЕННЕЙ СЕКРЕЦИИ налаженными лообмена. Они легко перегреваются и легко теряют тепло. I рудные дети реагируют на охлаждение бурными хаотическими движениями, которые их согревают. У них велика в теплоотдаче роль процессов испарения водяных паров при дыхании. R пеовые годы жизни в организме ребенка преобладают процессы терморегуляции кожи процессов организм реоенкаиьил ^ «а. и внутренняя температура тела у дош кольника (37.4-37.0 С) выше, чем у взрослых. Обилие кровеносных сосудов в коже обусловливает быстрый пе ренос тепла от температурного ядра тела к его оболочке, а недостаточ ная рефлекторная регуляция просвета кожных сосудов не обеспечи вает защиту отбольшихтепловыхпотерь. При небольшой мышечной массе дети имеютнизкую теплоизоляцию покровных тканей. Высотакже вызывает быстрое охлаждение -шя к его закаливанию. С переходом к младшему школьному возрасту границы терморегу ляции расширяются, а механизмы теплообмена совершенствуются. Нарастание мышечной массы улучшаеттеплоизолирующие свойства покровов тела, совершенствование сосудистых реакций облегчает регуляцию теплообмена на поверхности кожи. Улучшается регуляуточняется информация позволяет луч поддерживать постоянство температуры тела в различных уелиIX среды и при разных формах деятельности. Дети младшего ольного возраста по сравнению с дошкольниками меньше подвержеперегреванию и переохлаждению, однако их устойчивость к изметемпературных режимов почкам функци должается до 13-15 лет. У дошкольников вес почек к 7-летнему воз__ ___ ___ _ ~^ жП TiA'inQPTP овалым ^ H 'V / p i V 388 I П p v u u i i r i v _________________ _ -------------------л Т J . . і А л і і т а п і ------------------------- --------------------- 1 F A ^ Ч А П и і І І Л Ы П П Н Й П » 11 лет — вес увеличивается в 1.5 раза по сравнению с 5-летним воз растом. Однако функции почек у дошкольников все еще несовершенны. В возрасте 4-5 лет в деятельности почек преобладают процессы фильт рации, и лишь к 10-11 годам достигают взрослого уровня процессы обратного всасывания (реабсорбции). В составе мочи с возрастом увеличивается количество натрия и мочевины и уменьшается коли чество мочевой кислоты. Мочеиспускание у детей первых лет жизни гораздо чаше, чем у взрослых, что объясняется высоким уровнем обмена веществ (осо бенно воды и углеводов). У годовалых детей мочеиспускание проис ходит 16-20 раз в сутки, в младшем школьном возрасте — 7-8 раз. При этом количество образующейся за сутки мочи у детей меньше: в 1-2года — 0.6л, вЗ-4года — 0.9л, в 5 -6 л е т — 1л, в 7 -8 л ет— 1.2л, в 9-Ю лет— 1.5 л. С первого года жизни начинается формирование условнорефлек торного механизма произвольного мочеиспускания, который к 2-3 го дам выражен отчетливо. Однако многие дети (5-10%) с возбудимой и неуравновешенной нервной системой часто страдают отночного не держания мочи (энуреза). С устранением невротических состояний эти явления исчезают. В нормальной жизнедеятельности растущего организма велика роль желез внутренней секреции. Секретируемые ими гормоны (соматотропин, инсулин, глюкокортикоиды, половые гормоны) умень шают проницаемость клеточных мембран, обеспечивая доступ в клетки питательных и регуляторных веществ. Они непосредственно действуют на генетический аппарат в клеточных ядрах, регулируя считывание наследственной информации, усиливая синтез РНК и, соответственно, процессы синтеза белка и ферментов в организме. С участием гормонов формируются в развивающемся организме про цессы адаптации к различным условиям внешней среды, втом числе к стрессовым ситуациям. Выявлены ритмические колебания гормональной активности (су точные биоритмы, циклические изменения секреции ряда гормонов на протяжении 3-5 дней идр.), имеющие характерные индивидуаль но-типологические особенности и критический период в 7-летнем возрасте. Еще до рождения ребенка начинают функционировать некоторые железы внутренней секреции, которые имеют большое значение и в первые годы после рождения (эпифиз, вилочковая железа, гормоны поджелудочной железы и коры надпочечников). Гормоны коркового слоя надпочечников ( кортикоиды) регул и руют обменные процессы в организме, способствуя налаживанию белко вого, углеводного и жирового обмена. Их среднесуточная секреция 389 временно снижается в 7-летнем возрасте, но затем снова нарастает вплоть до взрослого состояния. Эпифиз в дошкольном возрасте осуществляет важнейшие процес сы регуляции водного и солевого обмена в детском организме. Ак тивная деятельность эпифиза подавляет в этот период нижележащие структуры гипоталамуса. С ослаблением тормозных влияний эпифиза после 7-летнего возраста нарастает активность гипоталамуса и формируется тесная взаи мосвязь его функций с гипофизом, т. е. оформляется гипоталамогипофизарная система, передающая влияния ЦНС через различные железы внутренней секреции на все органы и системы организма. Усиление роли гормонов мозгового слоя надпочечников (адренали на, норадреналина) и повышение значимости симпатических влия ний в организме (т. е. оформление симпатоадреналовой системы) происходит несколько позже — к началу переходного периода. Секреция гормона гипофиза соматотропина нарастает постепен но, а в возрасте 6 лет усиливается более значительно,обусловливая заметную прибавку роста ребенка. Однако самый значительный подъем секреции этого гормона приходится на переходный период, вызывая резкое увеличение длины тела. В развитии процессов роста наряду с соматотропином участвует гормон поджелудочной железы— инсулин, который обеспечивает анаболические процессы в организ ме, накопление углеводных ресурсов. Нарушение гормональной функции поджелудочной железы встречается уже в детском возрасте, чаще всего в возрасте 6-12 лет, приводя к заболеванию сахарным диа бетом. Этому способствуют нарушения режима и питания детей — не достаточность двигательной активности, переедание, ожирение. Огромное значение для правильного роста и развития ребенка имеет гормональная активность щитовидной железы, масса которой к младшему школьному возрасту увеличивается в 10 раз: от 1гу ново рожденного до Юг в 10 лет. Щ итовидная железа регулирует обмен веществ и энергии, окислительные процессы в митохондриях. От секреции ее гормонов зависит рост и дифференцировка тканей и ор ганов, скорость заживления ран, формирование правильных про порций тела и нормальное развитие психики ребенка. Гипофункция щитовидной железы в детском возрасте (в том числе связанная с не достатком поступления в организм йода) приводит к развитию кре тинизма — задержке роста и развития, непропорциональному строе нию тела, инфантилизму и умственной отсталости. Резкую реакцию растущего организма вызывает недостаточная функция паращитовидныхжелез, регулирующих кальциевый обмен в организме. При их гипофункции содержание кальция в крови па дает, повышается возбудимость нервной и мышечной тканей, разви ваются судороги. Гиперфункция паращитовидных желез приводит к 390 вымыванию кальция из костей и повышению его концентрации в крови. Это приводит к излишней гибкости костей, деформации ске лета и отложению кальция в кровеносных сосудах и других органах. Раннее развитие вилочковой железы (тимуса) обеспечивает высо кий уровень иммунитета в организме. Она влияет на созревание лим фоцитов, рост селезенки и лимфатических узлов. При нарушении ее гормональной активности у детей грудного возраста резко снижают ся защитные свойства организма, исчезает в крови гаммаглобулин, имеющий большое значение в образовании антител, и ребенок поги бает в возрасте 2-5 месяцев. Вилочковая железа оказывает тормозное влияние на половые же лезы. Однако к началу переходного периода (после 10-11 лет) она претерпевает обратное развитие, и заметно усиливается секреция гормонов половых желез. У девочек уже с 8-9 лет появляются при знаки полового созревания — возникают жировые отложения по женскомутипу(набедрахиживоте),с 10-11 лет начинается увеличе ние грудныхжелез, аумальчиковс 10-11 лет усиливается рост поло вых органов. Обратное развитие (инволюция) вилочковой железы приводит к глубоким изменениям клеточного и гуморального имму нитета. Повышается восприимчивость детей младшего школьного возраста к различным инфекциям, развитию опухолей. В целом, в период младшего школьного возраста (7-11 лет) орга низм ребенка отличается гармоничным развитием и стабильным гормональным статусом. Оптимальное соотношение секреции раз личных гормонов обеспечивает нормальный уровень физического и умственного развития, устойчивость реакций организма на внешние воздействия. 2.6. ФИЗИОЛОГИЧЕСКИЕ ОСОБЕННОСТИ АДАПТАЦИИ ДЕТЕЙ ДОШКОЛЬНОГО И МЛАДШЕГО ШКОЛЬНОГО ВОЗРАСТА К ФИЗИЧЕСКИМ НАГРУЗКАМ Особенности адаптации детей дошкольного и младшего школь ного возраста к физическим нагрузкам связаны с уровнем морфо функционального созревания их организма. 2.6.1. ВОЗРАСТНЫЕ ОСОБЕННОСТИ УПРАВЛЕНИЯ ДВИЖЕНИЯМИ У детей дошкольного и младшего школьного возраста нервные центры характеризуются высокой возбудимостью, относительно сла бым развитием процессов торможения (особенно условнорефлек торного внутреннего торможения). Дети отличаются быстрой утом ляемостью, недостаточным развитием произвольного внимания и сильно выраженными ориентировочнымиреакциями. 391 Малый двигательный опыт, слабое отражение в сознании функ циональных изменений в организме при физических нагрузках обусловливают недостаточноеразвитие субъективных ощущенииус талости. К тому же дети не умеют в нужной мере отражать измене ния своего внутреннего состояния в речевых отчетах. Даже в возрасте 8-9 лет в 41 % случаев у них вообще отсутствует ощущение усталости, а при его наличии в 77% случаев дети сообщают о наступлении ус талости лишь после окончания работы. Это требует особого внима ния к тщательной дозировке мышечных нагрузок, особенно при ра боте с дошкольниками. Возрастные особенности управления движениями связаны с по степенным созреванием различных отделов ЦНС (спинного мозга, подкорковых отделов и, наконец, коры больших полушарий). Если подкорковые механизмы в большей степени готовы в первые дни и недели развития ребенка, то корковые отделы созревают позже и по этапно: сначала первичные проекционные поля, затем вторичные (например, первичное моторное поле созревает к 4 году жизни, вто ричное моторное поле — лишь к 6-7 годам), а развитие третичных полей затягивается до зрелого возраста. Дети дошкольного и млад шего школьного возраста отличаются недостаточно развитыми взаи мосвязями между нейронами в коре больших полушарий. Это отра жается в малом числе выраженных взаимосвязей (синхронности и синфазности) электрической активности различных точек коры (рис. 49). С основными этапами созревания мозга связаны и этапы измене ний процессов управления движениями. В возрасте 1 -4 мес. ребенок не способен к организации произ вольных движений из-за высокого мышечного тонуса и отсутствия X О ^ О - J3 > CD и 0У0- о:с; оа> Ф аа о S с; О Т О 2-4 11-12 13-14 □ Покой 15-16 17-18 19-22 Работа Возрастная динамика межцентральных (по данным разных авторов) 392 Возраст, лет зрительно-двигательных взаимосвязей. Лишь с 4-х месяцев дви жения глаз сочетаются с движениями рук и эти связи закрепляют ся в ЦНС. В возрасте 5мес.-1 года осуществляется формирование зрительно-двигательной системы и становление вертикальной позы, но еще слишком мала координация произвольных движений. В возрасте 7-2 л е т точность произвольных движений еще низка из-за отсутствия налаженной координации мышц-антагонистов. Начинают формироваться примитивные акты ходьбы и бега. Локомоции включают элементарные спинальные рефлексы (миотатические, рефлексы опоры, ритмические, перекрестные на уровне сим метричных сегментов спинного мозга, перекрестные сочетательные рефлексы верхних и нижних конечностей). Они управляются спи нальными механизмами и запускаются локомоторным центром среднего мозга, который находится под контролем коры больших полушарий. Переломный момент перехода от отдельных шагов к сложному локомоторному акту ходьбы определяется включением в систему управления древних автоматизмов — циклоидных форм движений, регулируемых подкорковыми ядрами. Лишь после это го ходьба становится циклической цепью двигательных актов, «ме лодией» движения. Однако ходьба ребенка еще далека от совершен ства, а бег малыша —семенящий, характеризуется отсутствием по летной фазы. В возрасте 3-6 лет главным регулятором произвольных движе ний при их программировании и текущем контроле становятся з р и т е л ь н ы е обратные связи, формирующие единую зрительно-двигательную функциональную систему. Ведущим механизмом является м е х а н и з м р е ф л е к т о р н о г о к о л ь ц е в о г о р е г у л и р о в а н и я . В процессе движения от нервных цент ров поступают по прямым связям моторные команды к работающим мышцам, а от зрительных, мышечных и других рецепторов тела по обратным связям передается информация о результатах движения и вносятся сенсорные поправки в моторные программы. При занятиях физическими упражнениями с детьми этого возраста важно исполь зовать различные зрительные ориентиры, помогающие в освоении двигательных навыков. Начиная с 5-6-летнего возраста (по мере созревания двигательной сенсорной системы) осуществляется переход к доминирующей роли проприоцептивных обратных связей. За период от 5 до 8 лет устанав ливаются выраженные координационные взаимоотношения между мышцами-антагонистами, что резко улучшает качество двигатель ных актов. В возрасте 6 лет формируется представление о схеме тела, с вя занное с важным этапом развития задних третичных полей (нижне* 393 яШ теменных зон коры). Приобретается адресная точность передачи мо торных команд к различным звеньям тела, а сам и команды сгановягся более тонкими и сложными. Ъ д ^ Постепенно совершенствуется координация движении в ампл иту, f/C C w I 1 L /rl A v A U V /W j в*■ -----------------^ стоп что повышаетустойчивостьтела, стабилизируются простран ственные и временные параметры шагов. Правильная координация движений рук и ног при ходьбе у ребенка в 3 г. наблюдается в 0%, в 4 1 _ в 50%, в 6-7 лет — в 80% случаев. С 5-6 лет появляется способ ность совершать прыжки двумя ногами вместе, нарастает дальность и точность прыжков. В возрасте 7-9 лет деятельность зрительно-двигательной систе мы начинает полностью контролироваться хорошо выраженными п р о п р и о ц е п т и в н ы м и обратными связями, которые при обретают значение ведущего механизма управления движениями. Механизм кольцевого рефлекторного регулирования достигаетсвоего совершенства. В 7-8 лет при беге хорошо выражена безопорная фаза. Это заметно повышает скорость бега. В возрасте 5-6 лет средняя скорость бега у I Ш м/с, в 7-8 лет - 4.83 м/с, в 9-10 лет - 5.09 м /с, в 17-19 лет — 8.46 м /с (Бальсевич м/с 2000). Однако опорные реакции еще отличаются от взрослого типа. Они «вялого» типа — характеризуются медленным развитием уси лий Координация движений при ходьбе и беге, какоказалось, имеет генетически закрепленный индивидуальный характер. БиомеханиТА Ч е С К И С И с л ; л с д и о а п ш і показали -------готных) близнецов имеется сходство динамических кривых опорных реакций. У детей младшего школьного возраста с ростом скоростно-силовых возможностей повышается высота вертикального прыжка. У мальчиков она на 2-4 см больше, чем у девочек. _^ К 9-летнему возрасту у детей завершается формирование пред ставления о схеме пространства, что отражает очередной этап созре вания заднего третичного поля коры. Ребенок хорошо ориентируется в пространстве, обладает достаточным глазомером. Однако в 7-9 лет еще недостаточно развиты процессы экстраполяции, планирования действий в предстоящие моменты. Это происходит из-за более мед ленного созревания передних третичных полей - ассоциативных лобных зон коры. С 9-летнего возраста начинается развитие м е х а н и з м о в ц е н т р а л ь н ы х к о м а н д , когда ребенок программирует предстоящие кратковременные движения, не имея обратной инфор мации от периферических афферентов орезультатах действия. При таком программном управлении все движение должно быть точно ... ^ _ ___ _ . ^ « ■ >-v гг » I у-v / т j 394 л тIа п т T V / \ С 1—1 1 — запрограммировано еще доего начала, так как поправки в эти коман ды могут вноситься лишь при повторных выполнениях двигатель ных актов. Включение этих механизмов отражает созревание пере дних третичных полей коры больших полушарий, функцией кото рых является предвидение будущих событий, процессы предпрограммирования. В возрасте 10-11 лет механизм центра:іьных команд (программ ного управления) уже полностью включен в моторную деятельность ребенка. Это означает, что дети этого возраста используют все меха низмы управления произвольными движениями, присущие взрос лому человеку. Все же несмотря на это, регуляция движений еще и в этом возра сте недостаточно совершенна. При высокой скорости ходьбы и бега, работы на пальцевом эргографе электрическая активность в ЭМ Г работающих мышц может сохраняться и в нерабочие моменты, когда у взрослых наблюдается пауза в их активности. Это приводит к лиш ним энерготратам, большему утомлению мышц, ухудшает координа цию и эффективность движений. Итак, о с н о в н ы е э т а п ы р а з в и т и я моторных фун кций и совершенствования управления движениями у детей следую щие. Первый год жизни — формирование основных поз; до 3-х лет — создание основного фонда движений; в возрасте 3-6 лет —созревание механизма кольцевого рефлекторного регулирования с ведущей ролью зрительных обратных связей; в возрасте 7-9лет —усовершенствова ние кольцевогорефлекторного механизма с ведущей ролью проприоцеп тивных обратных связей; в 10-11 лет — созревание механизма цент ральных команд (программного управления). Большое значение в регуляции двигательной активности детей дошкольного и младшего школьного возраста имеет развитие межполушарных отношений. В первые годы жизни у детей доминирую щим является правое полушарие. Еще не сформированы индивиду альные особенности функциональной асимметрии. Они формиру ются постепенно на протяжении дошкольного и младшего школьно го возраста. Зачастую у детей многие функции перекладываются на неведущую конечность (например, левшей часто обучают основные действия выполнять правой рукой —есть, писать и т.п.). Такое пере учивание приводит к иннервационному конфликту, когда управле ние движениями осуществляется неадекватными для данного орга низма механизмами. В результате не только ухудшаются моторные реакции, но и могут развиваться стрессовые состояния, неврозы, за икания. Недостаточная функциональная зрелость левого полушария го ловного мозга у детей и преобладание у них функций правого полу шария требует использования в физическом воспитании преимуще395 ственно н а г л я д н ь. х м е т о д о в обучения, прочувс^ования движений, использования подражательных реакции, а высокая эмо циональность детей, обусловленная большой ролью под^ ° в“ х _ I _________ ИООструктур) ---— IшироВ Л И Я Н И И y J G I К ііч у л / i p n w r i ----- , ............ кого применения различных игровых средств. s Особенно важно учитывать, что у маленьких детей в связи с по_ и _____ -— п р и р п я и р е налажена д в и ж е н и й . В 2-3 года ребенок не может выпол гуляция нять двигательные действия не только под внешнюю команду, но даже под свою собственную команду: «Раз-два!». Эта способность постепенно формируется к 4-5 годам с развитием речевой функции и речедвигательных межцентральных взаимосвязей. Тогда не только внешняя речь посторонних лиц, но и собственная шепотная, а затем и внутренняя речь становится регулятором двигательного поведения. Налаживание речевой регуляции движений облегчает формирова ние двигательных навыков. Известно, что мы запоминаем из того, что читали 10%, из того, что слышали — 20%, что видели — 30%, что слышали и видели - 50%, что говорили - 70%, что говорили и де лали — 90%. I ГI v l f l ^ 1 V V I I ш / » ------------- . 2.6.2. ОСОБЕННОСТИ ВОЗРАСТНОГО РАЗВИТИЯ ФИЗИЧЕСКИХ КАЧЕСТВ Физические качества у детей формируются г е т е р о х р о н н о, в разные возрастные периоды. Для развития каждого качества имеются определенные сенситивные периоды онтогенеза, когда мо жет быть получен наибольший его прирост. Они имеют специфичес кие особенности проявления и индивидуальную программу разви тия, определяемую генетически. Б ы с т р о т а проявляется в элементарных и комплексных фор мах. На протяжении дошкольного и младшего школьного возраста происходит постепенное нарастание физиологической лабильности нервных центров и подвижности нервных процессов. Соответственно, умеренно развиваются различные показатели быстроты время двигательной реакции, скорость одиночного движения и макси мальный темп движений. Основное ускорение развития быстроты начинается с 10-летнего возраста. Время простой двигательной реакции на свет в 2-3 года составляет 0.6-0.8 с, к возрасту 5-7 лет это время сокращается до 0.3-0.4 с, но оно еще вдвое превышает величины у взрослых. Показатели быстроты у девочек и мальчиков не различаются в дошкольном возрасте, но в младшем школьном возрасте становятся лучше у мальчиков. С 5-летнего до 10-летнего возраста время реакции сокращается у мальчиков с 286 мс до 203 мс, а у девочек — с 287 мс до 231 мс (табл. 20). 396 Т аблица 20 Возрастная динамика развития физических качеств у мальчиков (по: Бальсевич В. К., 2000) Возраст, лет 5-6 7-8 9-10 11-12 13-14 15-16 17-19 Теппинг-тест, дв./10с 286.0 219.7 207.0 203.3 179.3 171.0 177.4 47.8 53.9 55.8 62.4 62.9 71.4 72.8 Скорость бега, Высота прыжка, м/с см 4.07 4.83 5.09 6.85 7.76 7.73 8.46 25.6 30.6 35.1 38.9 44.2 46.2 45.0 Сокращение времени реакции неодинаково для различных групп врожденных нервной системы детей их индивидуально-типологических осо бенностей. Около 20-25% 6-7-летних здоровых детей характеризуются низ кой подвижностью нервных процессов. Это так называемые «медли тельные» дети. Они, хотя и имеют общее развитие, соответствую щее возрастным нормам, но ихреакции замедленны, а работоспособ ность ниже почти в 2-3 раза по сравнению с «быстрыми» детьми. Такие дети могутусваиватьлишь ту информацию, которая подается в медленном темпе (с интервалами в 2 с) и теряют в среднем около 60% информации, подаваемой быстрее (с интервалами в 0.5 с). У них плохо развита координация движений. На нагрузки в условиях де фицита времени они реагируют учащением сердцебиений и дыха ния, эмоциональной напряженностью. В их ЭЭГ отмечается неус тойчивая активность, мало выражены волны альфа-ритма, в 70% до минируют тета-ритмы (4-7 колеб./с). Эти дети составляют основной контингент отстающих в школе. У них замедлена обучаемость двига тельным навыкам, более низкий (на 20-30%) темп движений, зат руднены переключения движений по скорости, направлению, фор ме. Эти дети требуют особого внимания со стороны родителей, педа гогов, тренеров. При их обучении следует избегать сложных двига тельных программ, трудного выбора в условиях дефицита времени, переделок двигательных навыков, высокого темпа движений. С к о р о с т ь о д и н о ч н ы х д в и ж е н и й различна для разных мышечных групп и в разном возрасте. В 4-5 лет она бол ьше дл я проксимальных частей конечностей, чем для дистальных. С 6-7 лет начинает преобладать скорость движений мышц, управляющихдистальными сегментами: у детей 4-5 лет бол ьше скорость одиночных движений мышц плеча и бедра, а с 6-7 лет нарастает скорость движе ний пальцев. 397 М а к с и м а л ь н ы й т е м п д в и ж е н и й ностененнорастет в дошкольном н младшем школьном возрасте у в е л 3 этот период в 1.5-2 раза. Особенно интенсивноон прогрессирует у “ “ повыш ение темпа движений связано с ростом подвижности не рвных процессов, лабильности нервных центров, скорости развития рвных " е ° иес“ вкорости проведения |н е р в н ы х и мышечных волоквозбуждения сличением скорости расслабления мышц. В препуберременно замедляется количество Широко распространен постукиваний кистью в м ак си м ал ьн о о 62Я 11 лет этот показатель нарастает в среднем у мальчиков от 47,8до , движения (см табл. 20). Скорость бега увеличивается и за этот пери Г н а р а с т а е т у мальчиков примерно в 1.5 раза. Различия в скорости " « ob и девочек до 10- И лет оказываются « “ ушествснU C ia у т а л и 14 КТ М И Я іа г с м __________ u a n L U U ir n n КПСМ ЯВЫ ПОЛ* D --------------- --- нения скоростных упражнений для детейдошкольногоюзраста более 2 с, а для младшего школьного возраста не должно превы ^ Г о Х тТ а 7 - ышС); ч н а я с и л а ^ш кольном а млад тем увеличением толщины и силы отбельных мышечное ------— ем мощных быстрых мышечных волокон в составе мышц и общим увеZ Z L мышечной массы. В различных мышечных труппах прирост мышечной массы, изменение состава волокон и мь1ШечН0И С* ^ происходит неравномерно. Основной прирост мышечной силы про исходит после переходного периода онтогенеза (с 4 ле^ _ таккак Относительная сила у дошкольников почти не изменяется, так ка прирост мышечной силы не превышает при роста массы тела. Ли 6-7 лет когда скорость прироста силы начинает опережать прирост веса относительная сила ребенка начинает увеличиваться. В возрасте 4-5 лет вес мышечной массы в 7-8 раз меньше, чем у взрослых, а сила мышц меньше в 9-14 раз. Вес мышечной массы но ворожденных составляет 23% массы тела, в 7-8 лет - 27 % (у нетрени рованных взрослых - 44%, у спортсменов - 50% и более). Сила мышц рук и ног у детей старшего дошкольного возраста (5-Ь ________ в.гтппш огліиі^r»nuwnrn ио'чпяста( /о младшего чем мышц лет) у о о ш к а л ь н и к л ю j n ----- * сшей. За период от 4 лет до 7 лет сила различных мышц увеличивается примерное 1.5-2 раза. Например, становая с и л а - о т 18 кг до 29 кг, сила правой руки - от 7 кг до 12 кг, сила левой руки - от 5 кг до 10 кг. За период от 7 до 11 лет сила увеличивается еще в 1.5-2 раза (становая сила —до 65.4 кг, сила правой руки —до 21.4 кг, левой руки —до 19.Ь кг). Сила мышц мальчиков и девочек в 7-8 лет одинакова, а в 10-11 398 лет в связи с более быстрым развитием женского организма сила де вочек превышает силу мальчиков. Повышенный мышечный тонус и превышение силы мышц-сгиба телей надразгибателями затрудняют у дошкольников сохранение выпрямленных поз. Имтруднодолгосидетьс прямой спиной, со хранять вертикальное позу стоя дольше 2-х минут. В 6-7 лет наи большую силу имеют мышцы сгибатели туловища, бедра и подо швенные сгибатели. В 9-11 лет увеличивается сила разгибателей этих звеньев тела. Мала сила мышц позвоночника —она составляет в 7-8 лет всего 35% величины у взрослых. Отсутствие сильного «мышечного корсета» приводит к нарушению осанки, искривле нию позвоночника при систематическом положении ребенка в не правильных позах. Слабость мышц стопы при больших отягощени ях приводит к развитию плоскостопия. Указанные особенности мышечной системы на ранних стадиях развития требуют специаль ного внимания при организации занятий физическими упражне ниями с детьми. С к о р о с т н о - с и л о в ы е в о з м о ж н о с т и ребенка развиваются постепенно, по мере повышения лабильности мотоней ронов, скорости активации и вовлечения в работу отдельных двига тельных единиц, возможности их синхронизации. Эти функцио нальные особенности определяют так называемую взрывную силу, которая проявляется в показателях бросков, прыжков, метаний. Ее показатели у дошкольников невелики — дети 5-6 лет осваивают лишь около половины прыжковых упражнений. Некоторое увеличение прироста скоростно-силовых показателей (прыжков в высоту, длину, дальности бросков и пр.) наблюдается в 7-9лет, но основной приростпроисходитлишь после 11 лет(см.табл. 20). Средние показатели прыжка в длину с места в 4 г. составляют 47 см, в 7 л. — 116см; прыжка в высоту в 4 г. — 14 см, в 7 л. — 26 см. О б щ а я в ы н о с л и в о с т ь (длительность бега со скорос тью 70% от максимальной) начинает увеличиваться в младшем школьном возрасте, когда достаточного развития достигают сердеч но-сосудистая и дыхательная системы и увеличиваются значения МПК. В возрасте от7 до 11 лет заметно увеличивается выносливость к аэробной работе (составляющей 50% от максимальной мощности), но не растет выносливость к анаэробной работе ( 100% максимальной мощности). В возрасте 8-10 лет нарастает скоростно-силовая выносливость при прыжках вверх. Статическая выносливость при поддержании ста тических поз (см. табл. 21) и при выполнении статической работы (в упражнениях вис, упор и пр.) невелика. Статические усилия не ре комендуются дошкольникам, так как вызываюту них неблагопри ятные реакции сердечно-сосудистой системы, сопровождаются 399 сильно выраженным феноменом статических усилий (послерабоч и х у с^еТ и й дыхания и сердцебиения) и тре6ую т«итель„ого ^ ; становления У младших школьников даже при небольших локаль ных напряжениях нарастание легочной вентиляции и потребления кислорода замедлено, электрическая активность работающих мышц резко увеличена, появляется напряжение на неработающих мышцах. С 8 до ІОяетстатическая вьш осливостьув^ичиваетсяна 40-50%, ее интенсивное увеличение происходит в б возрасте. Т а б л и ц а 21 Возрастная динамика равновесия в стойке « а о д н о й ноге (по: Шварц В. Б., Хрущев С. В., 1984) Возраст, Время (с) удержания понятие , в ее структуру включа Ловкость ются способность быстро осваивать новые упражнения, координи рованно выполнять сложные движения и эффективно действовать в необычных условиях, создавая новые двигательные акты. Ловкость менее других качеств контролируется генетически и относится к наиболее тренируемым качествам. высших r U J U U f f l U n / ----------------------------- отделов мозга (особенно третичных полей коры больших полушари й) совершенствование центральной регуляции моторных функции (налаживание регуляции мышц-антагонистов, межмышечной коор динации и пр.), улучшение функций скелетных мышц (более быстрое развертывание механических реакций при возбуждении мышечных волокон и др.). „ Уже в дошкольном возрасте быстро растет точность метания в цель, точность прыжка. В структуре основных двигательных способ ностей у детей 3-6-летнего возраста ловкость составляет 52-57%. Наибольшие сдвиги координационных способностей обнаружива ются после 7лет — в младшем и среднем школьном возрасте. Совер шенствование функций лобных долей в младшем школьном возрасте обеспечивает рост обучаемости детей, ускоряет формирование двига тельных навыков, улучшает процессы программирования и предпрограммирования, внесения коррекций в моторные программы, повышает способность выделять из внешних сигналов наиболее ин формативные признаки, усиливает речевую регуляцию движений. Все это улучшает проявление ловкости у детей. 400 Различают ловкость «телесную» и «предметную». Их развитие протекает гетерохронно. Особенно выражена разновременность развития для отдельных показателей «предметной» ловкости. Однако показатели координации и точности движений у 7-8-летних детей в 1.5-2 раза хуже, чем у 14-15-летних. Они резко ухудша ются при малейшей недостаточности зрительной информации. На 30-50% они менее стабильны, чем у 11 -12-летних детей. Г и б к о с т ь одно из наиболее ранних по развитию качеств. Начиная с 4-летнего возраста, она быстро совершенствуется на всем протяжении дошкольного и младшего школьного возраста благодаря хорошей растяжимости мышечных волокон и связочного аппарата у детей. Во всех возрастных периодах гибкость лучше выражена в жен ском организме по сравнению с мужским. 2.6.3. РЕАКЦИИ ВЕГЕТАТИВНЫХ СИСТЕМ И ЭНЕРГООБЕСПЕЧЕНИЕ ПРИ ФИЗИЧЕСКИХ НАГРУЗКАХ Дети дошкольного и младшего школьного возраста отличаются при физических нагрузках быстрым врабатыванием и быстрым восстановлением. В этом возрасте характерны малая выраженность устойчивого состояния и быстрое развитие утомления. Для них не переносима монотонная деятельность, тяжелы статические на грузки. Эффективность механической работы низка: КПД их составляет всего 10-12%, тогда как у нетренированных взрослых — 20-25%, а у спортсменов — порядка 30-35%. Дети легче переносят нагрузки аэробного характера имало адапти рованы к анаэробнойработе, Однако аэробные возможности их еще не достаточны. Высокий расход кислорода, обусловленный интенсивным энергообменом, требует постоянного быстрого притока кислорода. В добавок к этому кислородная стоимость работы у детей из-за несовер шенства двигательных навыков и недостаточной координации движе ний выше, чем у взрослых. С этими высокими потребностями в кисло роде не справляется кислородтранспортная система. Неэффективное дыхание, малая величина систолического объема крови, низкая кисло родная емкость крови не обеспечивают должного удовлетворения кис лородного запроса. Можно отметить, что 1л кислородау дошкольни ков и младших школьников извлекается из 5 л альвеолярного воздуха (у взрослых— всего из 3.5 л) и из 12 л крови (у взрослых из 8 л). При малом объеме сердца и легких дети на физические нагрузки реагируют значительным повышением частоты сердцебиений и дыхания. Величина систолического объема кровиу детей младшего школь ного возраста повышается при интенсивной работе до 70 мл, минут ный объем крови достигает 13-15 л/мин, при этом частота сердечных сокращений может повышаться до 240 уд./мин и более. Важной осо401 бенностью регионарного кровообращения является большее увели чение ЧСС, систолического и минутного объема кровотока при рабо те ногами, чем при работе руками. При этом работа руками в большей степени вызывает повышение ЧСС, а работа ногами систоличес кого объема крови. Адекватные нагрузки для детей младшего школь ного возраста при работе руками в 2-2.5 раза меньше по мощности, чем при работе ногами. У тренированных детей МОК при стандарт ных нагрузках быстрее достигает рабочего уровня, эти сдвиги более экономны и быстрее восстанавливаются по сравнению с изменения ми МОК у нетренированных детей (рис. 50). Рабочие изменения артериального давления из-за низкой мощно сти сердечной мышцы, малого систолического объема крови, отно сительно широкого просвета и высокой эластичности стенок сосудов сравнительно небольшие (до 150-160 мм рт. ст.). Минутный объем дыханияу детей 8-11 лет увеличивается при работе до 50-60 л/мин, но при небольшой глубине дыхания резко нарастает частота дыхания. мок (%) 200 180 160 140 120 1 100 2 Т ““ 1 3 5 1 3 5 мин Рис. 50. Изменение МОК у нетренированных (1) и тренированных (2) мальчиков 7—8 лет при выполнении стандартной нагрузки I — исходный фон, II — работа, / / / —■восстановительный период (по: Косилов С.А. и др., 1989). 402 Дыхание неравномерное, зачастую возникают задержки дыхания. Большое значение для детей имеет носовое дыхание. От него дети зависят больше, чем взрослые, так как их носовые проходы узкие, а реакции кровеносных сосудов слизистой дыхательных путей на из менения температуры внешней среды еще несовершенны. Игры и эстафеты за счет высокой эмоциональности детей вызывают резкое нарастание у них ЧСС и изменения дыхания. Повышение мощ ности нагрузки вызывает у младших детей гораздо большее увеличение ЧСС и частоты дыхания, чем у более старших. Часто (в 12-13% случаев) в состоянии покоя встречаются значительные дыхательные аритм ии, которые исчезаютпри рабочем учащении дыхания до 30 вд./мин. Дети младшего школьного возраста и, особенно, дошкольного воз раста не переносят длительные интенсивные нагрузки, связанные с накоплением кислородного долга, и с задержкой дыхания. В их крови при задержке дыхания очень быстро падает содержание оксигемогло бина. Непроизвольное прекращение задержки дыхания наступает при гораздо более высоких его концентрациях, чем у взрослых, обуслов ливая малую продолжительность подобных задержек (табл. 22). Т а б л и ц а 22 Возрастные изменения длительности задержки дыхания на вдохе (по: Аганянц Е. К. и др., 1991) Возраст, лет 6 7 8 9 10 11 Время задержки, с 16 26 32 34 37 39 Аэробные возможностидетей нарастают с возрастом, увеличиваясь в абсолютных значенияхМПК(л/мин)примернодо 15лет.У мальчи ков МПК составляет в 7-8 лет— 1.3 л/мин, в 8-9 лет — 1.5 л/мин, в 9-10 лет — 1.6 л/мин, в 10-11 лет — 1.7 л/мин. Эти значения гораздо ниже, чем у взрослых. Однако относительные величины МПК (мл/мин.кг) у детей очень высоки, близки к показателям нетрениро ванных взрослых лиц, а у некоторых детей даже превосходят их.. У мальчиков младшего школьного возраста значения М П К превышают эти показатели у девочек (табл. 23). Т а б л и ц а 23 Возрастная динамика относительных величин максимального потребления кислорода — МПК (по: Гуминский А. А., 1973) Возраст, лет МПК мальчиков, мл/мин.кг МПК девочек, мл/мин.кг <М0 11-12 13-14 15-18 46.8-44.2 44.6-43.2 45.4-46.5 46.3-45.3 34.8-38.0 37.8-38.3 37.5-34.8 34.2-33.1 ш Ж • 403 Ве/шчина предельного кислородного долга у детей 8-11 лет не превы шает 1.5-3 л. Это ограничивает возможности выполнения работы субмаксимальной мощности (напр., бег на средние дистанции). При подобных нагрузках энергообразование идет за счет реакций глико лиза, но у детей эти реакции развиты недостаточно в связи с малыми запасами углеводов в организме и затруднениями в их мобилизации. Быстрое снижение концентрации глюкозы в крови является лими тирующим фактором при данных нагрузках. При этом даже не на капливается в крови большого количества лактата — максимальная его концентрация у детей в 7-9 лет составляет только 9 мМ оль/л, т. е. вдвое ниже, чем у взрослых. Для развития анаэробных возможностей у детей дошкольного и младшего школьного возраста анаэробные нагрузки следует включать в занятия физическими упражнениями, но их доля не должна превышать 20% общего объема нагрузки. Статические нагрузки вызывают негативные реакции сердечно-сосудисгой и дыхательной систем у детей. У них отмечается увеличение не только максимального, но и минимального артериального давления, что резко ухудшает условия кровоснабжения. В восстановительном периоде у детей сильно выражен феномен статических усилий — послерабочего увеличения функций дыхания и кровообращения. Такие реакции об наруживаются даже при локальных статических усилиях. Глобальные статические нагрузки маленьким детям вообще противопоказаны. Вращательные нагрузки вызы вают у детей дош кол ьного и младше го школьного возраста отличную от взрослых реакцию сердечно-сосу дистой системы. У них по сравнению со взрослыми наблюдается боль шая доля парасимпатических эффектов (замедления ЧСС) и меньшая доля симпатических эффектов (учащением ЧСС), атакже более частое отсутствие изменений ЧСС (табл.24). Т а б л и ц а 24 Возрастная динамика изменений ЧСС после вращательных нагрузок в тесте «Вертикаль» (по: Зайцев А. А., 1999) Возраст, лет 5-6 7-8 9-10 11-12 13-14 15-16 17-18 Без изменений, % 21 26 23 20 18 11 9 Парасимп. эффект, % Симпатич. эффект, % 36 27 25 22 26 19 22 43 47 52 58 56 70 69 Наиболее адекватными для детей являются кратковременные ди намические нагрузки с небольшими интервалами, более длительные циклические упражнения невысокой мощности (аэробного характе ра) и скоростно-силовые упражнения. 404 2.6.4. ВЛИЯНИЕ СИСТЕМАТИЧЕСКИХ ФИЗИЧЕСКИХ НАГРУЗОК НА РАЗВИТИЕ ФУНКЦИЙ, ЗДОРОВЬЕ И РАБОТОСПОСОБНОСТЬ ДЕТЕЙ Двигательная активность детей очень высока. Она совершенно необходима для нормального развития всех органов и систем орга низма, повышения устойчивости к неблагоприятным условиям внешней среды и снижения заболеваемости. Число шагов, подсчитанных за сутки, неуклонно растет по мере повышения возраста детей (табл. 25). У отдельных 7-летних мальчи ков суточное количество шагов может доходить до 20-22 тысяч. По нятно, что существующий школьный режим не удовлетворяет этим требованиям. Потребность в двигательной активности в детских са дах и начальной школе удовлетворяется примерно на 30-50%. Таблица 25 Нормы двигательной активности детей — число шагов за сутки (поданным Минздрава СССР, 1986) Возраст, лет 3 Число шагов, тыс. 9-12 4 5 6 7 11-14 15-17 12-13 14-15 15-16 17-18 18-25 25-30 За последнее время все большее значение приобретает п р о блема ф изиологической незрелости детей (Аршавский И. А., 1985). Число таких детей постоянно растет Это доношенные дети, родившиеся в срок, с нормальным весом (3-3.5 кг) и длиной тела (50-52 см), нефункционально незрелые. Основным признаком физиологической незрелости является мы шечная гипотония (тонкие и слабые мышечные волокна с низким мы шечным тонусом), которая сопровождается пониженной двигательной активностью. Эти дети отличаются слабым типом нервной системы. малой выраженностью положительных эмоций (подавленное настро ение, слезливость и пр.), эмоциональной нестабильностью, низкой устойчивостью к инфекционным и простудным заболеваниям (сни женный иммунитет), задержкой полового развития (инфантилизм), низкой умственной и физической работоспособностью. В возрасте 6 лет такие дети не готовы к поступлению в школу. Количество детей, не достигших «школьной зрелости» в 6-летнем возрасте, составляет око ло 18%. У «незрелых» детей по сравнению со «зрелыми» умственная работоспособность ниже на 30-72%, величина МПКл/минумальчиков ниже на 15.8%, относительная величина М П К ниже на 7.6%. Главным фактором в борьбе с этим состоянием является пра вильно организованная двигательная активность. Только постепен ное наращивание мышечной деятельности может нормализовать функционирование центральной нервной системы, сенсорных сис405 тем, секрецию эндокринных желез, работу органов кровообращения и дыхания и других систем организма. Дети первых лет жизни приобщаются к систематическим заняти ям плаванием, фигурным катанием, гимнастикой и акробатикой, прыжками в воду, теннисом. Начинается их подготовка к занятиям волейболом, баскетболом, лыжному спорту, легкой атлетике. Начало спортивной специализации в различных видах спорта, несмотря на процессы эпохальной и индивидуальной акселерации, должно быть, по мнению ряда специалистов, неранним, а своевременным. Форсиро вание физических нагрузок недопустимо. Они должны соответство вать возрастным особенностям и индивидуальным возможностям детского организма. Ранняя спортивная специализация при недостаточной адекватно сти применяемых нагрузок может задержать рост и развитие ре бенка, ограничить спортивные достижения. При больших психо эмоциональных напряжениях и низких энерготратах спортивные упражнения могут задерживать развитие функций сердца. Имеются данные отом, что мальчики, начавшие заниматься плаванием в 10-13 лет, выполняли нормативы мастера спорта в 66% случаев, а начавшие заниматься в 6-9 лет — только в 12.5% случаев. В то же время оптимальные систематические занятия физичес кими упражнениями совершенно необходимы растущему организму. Повышенный двигательный режим у дошкольников увеличивает темпы созревания всех органов и систем организма. Ускоряется раз витие физических качеств. Увеличение моторной плотности физкультурных занятий в дош кольных учреждениях на 20-25% за счет введения элементов акроба тики, различных игр и эстафет уже в течение года дает заметный при рост силы, особенно у мальчиков, и скоростно-силовых возможнос тей, повышая дальность прыжка по сравнению с обычным режимом при низкой моторной плотности занятий. Наряду с увеличением объема общей двигательной активности у детей дошкольного возраста особенное значение имеет использование мануальныхупражнений (движений рук). Развитие ручной ловкости, координации мелких движений пальцев оказывает специфические воздействие на формирование речи ребенка. Это связано с тем, что моторные центры движений пальцев рук находятся в коре больших полушарий в непосредственной близости к моторному центру речи. Чем лучше развита способность к собственному осуществлению ре чевой функции и пониманию речи посторонних лиц, тем выше воз можность осознанной речевой регуляции движений. У детей следует преимущественно использовать наглядные методы обучения. Одна ко демонстрации упражнений необходимо сопровождать словесны ми указаниями, приучать детей к речевым отчетам. 406 Величина основного обмена генетически детерминирована. Одна ко систематические физические упражнения сохраняют высокий его уровень, препятствуя возрастному снижению основного обмена и способствуя ускоренному приросту массы тела. Нарастание мышеч ной массы повышает мышечную силу, обеспечивает укрепление «мышечного корсета», стабильное сохранение позы, улучшает осан ку ребенка. При раннем начале систематических занятий физическими уп ражнениями следует особенно тщательно регламентировать статическиенагрузки, вызывающие негативные реакиии неокрепшего детского организма, не допускать асимметричных перегрузок от дельных мышечных групп для избежания непропорционального развитиятела и функциональной асимметрии. Длительные систематические закаливающие процедуры у детей дошкольного возраста (воздушные и водные ванны, игры на свежем воздухе) уравновешивают тонус симпатического и парасимпатичес кого отделов нервной системы, ускоряют развитие механизмов физи ческой терморегуляции. Они снижают возможность простудных за болеваний детей. Младший школьный возраст является благоприятным для разучи вания новых движений. Считают, что с 5 до 10 лет ребенок усваивает примерно 90% общего объема приобретаемых в жизни двигательных навыков. При этом у юных спортсменов повышаются возможности варьирования движений во времени и пространстве, в зависимости от возникающих ситуаций, возрастает функциональная лабильность нервных и мышечных звеньев, подвижность нервных процессов в коре больших полушарий. Большое значение при занятиях физическими упражнениями имеет интенсивность применяемых нагрузок.. На протяжении перио да младшего школьного возраста в пробах с велоэргометрическими нагрузками до отказа наибольший прирост объема выполняемой рабо ты наблюдался лишь при выполнении нагрузок умеренной мощности (50% от максимального темпа педалирования). Прирост длительнос ти работы при нагрузках максимальной (100%) и субмаксимальной (80%) мощности — самый низкий. Самый большой прирост темпа педалирования и выносливости наблюдается в период от 7-8-лет до 9-10 лет, причем у мальчиков прирост больше, чем у девочек. Объем выполненной работы с большой мощностью (70% от максимальной) за этот период почти удваивается. Адаптация к циклическойработе различной мощности у младших школьников сопровождается снижением уровня биоэлектрической активности мышц, улучшением координации мышц-антагонистов, что отражает совершенствование и экономизацию центральных ре гуляторных воздействий, 407 У тренированных школьников по сравнению со сверстниками, не занимающимися физическими упражнениями, отмечается ускоре ние процессов врабатывания и восстановления, появление периода ус тойчивого состояния во время работы, проявление синхронизации частоты дыхания и частоты шагов. У юных фехтовальщиков, бор цов, боксеров уже после одного года систематических спортивных занятий отмечалось существенное сокращение времени двигатель ной реакции на свет и звук, повышение возбудимости зрительной и моторной систем, налаживание взаимосвязей моторной и вегета тивных систем. У юных спортсменов быстрее развертываются функции дыхания и сердцебиения, ускоряется повышение минутного объема дыхания и минутного объема кровотока. В возрасте 9-10 лет у девочек повы шение минутного объема кровотока обеспечивается большим нарас танием ЧСС, а у мальчиков — преимущественным ростом систоли ческого объема крови. Возрастной особенностью является то, что после окончания работы показатели систолического и минутного объема крови еще некоторое время (1 -2 минуты) продолжают нарас тать и лишь затем снижаются, в отличие от показателей ЧСС, кото рые сразу начинают снижаться У юных спортсменовразвитие тренированности сопровождается меньшим проявлением спортивной брадикардии в состоянии покоя, чем у взрослых. При больших нагрузках у юных спортсменов часто встречаются синусовые аритмии, которые могут свидетельствовать о физическом перенапряжении и нарушении автоматии сердца. При систематических занятиях физическими упражнениями в период от 7-8 до 10-11 лет существенно увеличиваются аэробные воз можности организма, особенно при работе 70-80% мощности от максимальной. Аэробные возможности (потребление кислорода на единицу массы тела) и аэробно-анаэробные возможности у мальчи ков быстрее нарастают и возрасте 9-10 лет, а у девочек — на 1-2 года позже (в 11 -12 лет). На начальных этапах адаптации детей к ф изи ческим нагрузкам их аэробные возможности особенно зависят от увеличения объема легких и внешнего дыхания. Удельный вес по казателей вентиляционной системы на этих этапах составляет от 35 до 90%. У юных спортсменов младшего школьного возраста относитель ная величина М ПК заметно превышает этот показатель у детей, не занимающихся спортом. Например, у юных конькобежцев 11-12 лет 2 юношеского разряда этот показатель составляет 47.7 мл/мин.кг, у нетренированных детей того же возраста 43.2-50 мл/мин.кг. У юных футболистов 11 -12 лет относительная величина М ПК (50 мл/мин.кг) также превышает возрастную норму. Анаэробное обеспечение крат ковременных физических нагрузок (80-100% мощности) развивается 408 позже — у девочек лишь к 10-11 годам, а у мальчиков — еше на 1-2 года позже. Концентрация лактата при работе на уровне М П К у детей 7-11 лет в 1.5-2 раза ниже, чем у взрослых. Суточные энерготраты у юных спортсменов 7-10 лет дости гают 2300 ккал (у взрослых спортсменов —до 5000-6000 ккал). Анализ нормирования физических нагрузок с учетом возрастных особенностей показал, что для непрерывного выполнения цикли ческой работы детьми 7-8 лет на протяжении 15 мин величина на грузки не должна превышать 1/5 МПК (при мощности порядка 7 кгм/мин.кг), а в 10-летнем возрасте для 20 минутной работы — неболее 1/3 МПК( 8 кгм/мин.кг). Предельная продолжительность цикли ческих упражнений большой мощности (70% максимальной) у млад ших школьников не должна превышать 4-5 минут; субмаксимальной нагрузки (80%) —не более 50с; максимальной нагрузки (100%) — 10с. При развитии выносливости к различным циклическим упражне ниям рекомендуемый темп ходьбы у 7-8-летних детей составляет 100, а 9-10-летних — 100-120 шаговв 1 мин. Влыжной подготовке наиболее эффективным для развития выносливости оказалось соче тание физических нагрузок большой и умеренной интенсивности (со скоростью 1.8-1.9м/си 1.5-1.6 м/с). Кратковременные статические нагрузки (длительностью не бо лее 10-15судетей 10-12лет) полезно использовать для совершен ствования функций ЦНС, двигательного аппарата и сердечно-сосу дистой системы. Однако их следует строго дозировать — величина поднимаемого веса при однократном выполнении у детей 8-10 лет не должна превышать 50% массы собственного тела, а длительность уп ражнений — 10-20с. Для оценки общейработоспособностидетей рекомендовано исполь зовать адаптированный тест PWC|70 с выполнением одной нагрузки вместо двух. Используют нашагивание на скамейку втечение 5 минут в таком темпе, который обеспечивает подъем пульса не менее, чем на 40 уд./мин, т. е. до 140-160 уд./мин. Величину физической работоспособ ности при этом рассчитывают по следующей формуле: 170—ЧСС.. PWC 170 = W -------------------- -— ЧСС,—ЧСС0 ’ где: ЧСС0 — частота сердцебиений в покое, ЧСС — частота сердцебиений при работе (рекомендуемая ЧСС, — 130 уд./мин), W — мощность работы, которая высчитывается по формуле: W= ph-n-1.2, где: п —25 циклов/мин, р — масса тела (кг), Һ — высота ступеньки (м). 409 Для дошкольников рекомендуется работа в течение двух минут и высота ступеньки в возрасте 4 года — 12-16 см, 5 лет — 18-24 см, 6 лет— 20-24см. Для школьников: до 8 лет—подъем 2 мин на 35 см, о -11 лет— 3 мин на 35 см; 12-18 лет—4 мин на 40 см (девочки) и 45 см (мальчики). Возрастные изменения показателя PW Cl70 представлены в таб лице 26. Таблица 26 Возрастная динамика показателей физической работоспособности у мальчиков (по данным разных авторов) Возраст, лет 3^4 4-5 6.5 7 8 9 10 11-12 13-14 15-16 Относительная Физическая работоспособность работоспособность Я кгм/мин.кг при пульсе 170, кгм/мин Т Пульс в покое, уд./мин 1 100-102 96-102 107 107 102 99 89 8 5 87 81 1 127-149 195-237 307 296 313 392 398 495 666 870 8.1-8.9 10.5-11.7 12.0 10.9 10.7 12.2 12.4 12.5 13.4 13.4 У юных спортсменов уровень общей физическойработоспособности повышен по сравнению с нетренированными сверстниками. Так, на пример, у юных спортсменов 9-10 лет, занимающихся кик-боксин гом, величина PWCI70составляет 540 кгм/мин и относительная вели чина 16.3 кгм/мин.кг, а у нетренированных мальчиков 9-10 лет, соот ветственно, 392-398 кгм/мин и 12.2-12.4 кгм/мин.кг (см. табл. 26). Систематические занятия физическими упражнениями укрепля ют здоровье, повышают неспецифическую резистентность юных спортсменов к простудным заболеваниям и вирусным инфекциям. Многолетние наблюдения за девочками, начавшими заниматься ху дожественной гимнастикой с 7 лет, показали, что за прошедшие 3 года тренировок острые респираторные заболевания у них встреча лись в 3 раза реже, чем у нетренированных сверстниц, почти в 3 раза было меньше количество дней нетрудоспособности. Число заболева ний гриппом и количество при этом дней нетрудоспособности у них было на 1/3 меньше, чем в контрольной группе нетренированных девочек. Величины средней продолжительности болезни были ниже у юных гимнасток. Наряду с детьми, соответствующими по развитию физических ка честв и работоспособности средним статистическим показателям, име410 ются отдельные индивиды с исключительными способностями. Извест но, что некоторые дети в возрасте 7-9 лет имели М П К=70 мл и более (что характерно лишь для взрослых высококвалифицированных спортсме нов), преодолевали марафонскую дистанцию, переплывали пролив ЛаМанш, могли подтянуться на перекладине 65 раз и отжаться от пола более 3000 раз и т. п. Такие способности детерминируются генетически, и тренеры находятся в непрерывном поиске подобных талантов. 3. ФИЗИОЛОГИЧЕСКИЕ ОСОБЕННОСТИ ОРГАНИЗМА ДЕТЕЙ СРЕДНЕГО И СТАРШЕГО ШКОЛЬНОГО ВОЗРАСТА И ИХ АДАПТАЦИЯ К ФИЗИЧЕСКИМ НАГРУЗКАМ щ Школьный возраст, начинаясь с 6-7 лет, продолжается (при 1011-летнем обучении и с переходом к 12-летнему обучению) до 17-19 лет. Средний школьный возраст (от 10 до 13-14 лет) и старший школь ный возраст (до 17-19 лет) резко различаются по морфофункцио нальным и психофизиологическим характеристикам. Эти этапы школьного обучения охватывают частично второе детство (10-12 лет), подростковый возраст (девочки от 12 до 15 лет и мальчики от 13 до 16лет) и частично юношеский возраст (девушки от 16 до 17-19 лет и юноши от 17 до 19 лет). В связи с существенными на этом этапе онтогенеза перестройка ми организма, связанными с половым созреванием, особо выделяют так называемый п е р е х о д н ы й п е р и о д или п у б е р т а т . В нем различают следующие этапы: • препубертатный период (10-12 лет); • собственно пубертатный период, протекающий в 2 фазы: 1-я фаза — девочки 11-13 лет и мальчики 13-15 лет, 2-я фаза — девочки 13-15 лет и мальчики 15-17 лет; • постпубертатный период (юношеский возраст). Длительность переходного периода контролируется генетически и имеет значительный индивидуальный разброс. У одних детей он может занимать около года, а у других —до нескольких (3-5-и) лет. 3.1. РАЗВИТИЕ ЦЕНТРАЛЬНОЙ НЕРВНОЙ СИСТЕМЫ, ВЫСШЕЙ НЕРВНОЙ ДЕЯТЕЛЬНОСТИ И СЕНСОРНЫХ СИСТЕМ В среднем и старшем школьном возрасте значительное развитие отмечается во всех высших структурах ЦНС. К периоду половой зрелости вес головного мозга по сравнению с новорожденным увели чивается в 3.5 раза у юношей и в 3 раза у девушек. До 13-15 лет продолжается развитие промежуточного мозга. Про исходит рост объема нервных волокон таламуса, дифференцирова411 ние ядер гипоталамуса. К 1 5 -летнем возрасту взрослых размеров до стигает мозжечок. , В коре больших полушарий общая длина борозд к 10 годам увели чивается в 2 раза, а площадь коры — в 3 раза. У подростков заканчива ется продесс миелинизации нервных путей. Период с 9 до 12лет характеризуется резким увеличением взаимо с в я з е й между различным корковыми центрами, главным образом за счет роста отростков нейронов в горизонтальном направлении. Это создает морфофункциональную основу развития интегративных функций мозга, установления межсистемных взаимосвязей. В возрасте 10-12 лет усиливаются тормозные влияния коры на подкорковые структуры. Формируется близкие к взрослому типу корково-подкорковые взаимоотношения с ведущей ролью коры больших полушарий и подчиненной ролью подкорки. В ЭЭГ к 10-12-летнему возрасту устанавливается взрослый тип электрической активности со стабилизацией амплитуды и частоты корковых потенциалов, выраженным доминированием альфа-ритма (8-12 колеб./с) и характерным распределения ритмической активно сти по поверхности коры. При различных видах деятельности с повышением возраста от 1U до 13 лет в ЭЭГ регистрируется резкое возрастание пространственной синхронизации потенциалов разных корковых зон, что отражает ус тановление между ними функциональных взаимосвязей (см. рис. 49). Создается функциональная основа для системных процессов в коре, обеспечивающих высокий уровень извлечения полезной ин формации из афферентных сообщений, построения сложных много целевых поведенческих программ. У 13-летних подростков суще ственно улучшается способность к переработке информации, быст рому принятию решений, повышение эффективности тактического мышления. Время решения тактических задач у них достоверно со кращается по сравнению с 10-летними. Оно мало изменяется к 16летнему возрасту, но еще не достигает взрослых величин. Помехоустойчивость поведенческих реакций и двигательных навыков достигает взрослого уровня уже к возрасту 13 лет. Эта спо собность имеет большие индивидуальные различия, она контроли руется генетически и мало изменяется в процессе тренировки. Плавное улучшение мозговых процессов у подростков нарушается по мере вступления их в период полового созревания —у девочек в 11-13 лет, у мальчиков в 13-15 лет. Этот период характеризуется ослаблени ем тормозных влияний коры на нижележащие структуры и «буи ством» подкорки, вызывающим сильное возбуждение по всей корей усиление эмоциональных реакций у подростков. Возрастает актив ность симпатического отдела нервной системы и концентрация адре налина в крови. Ухудшается кровоснабжение мозга. 412 Такие изменения ведут к нарушению тонкой мозаики возбужденных и заторможенныхучастков коры, нарушают координацию движенийу ухудшают память и чувство времени. Поведение подростков стано вится нестабильным, часто немотивированным и агрессивным. В межполушарных отношениях также возникают существенные изме нения —временноусиливаетсяроль правого полушария в поведенческих реакциях. У подростка ухудшается деятельность второй сигнальной системы (речевые функции), повышается значимость зрительно-про странственной информации. Отмечаются нарушения высшей не рвной деятел ьности — нарушаются все виды внутреннего торможе ния, затрудняется образование условныхрефлексов, закрепление и пе ределка динамических стереотипов. Наблюдаются расстройства сна. Снижение контролирующих влияний коры на поведенческие реакции приводит к внушаемости и несамостоятельности ряда под ростков, которые легко перенимают вредные привычки, стараясь подражать старшим товарищам. Именно в этом возрасте чаще всего возникает тяга к табакокурению, употреблению алкоголя, приему наркотиков. Особенно возрастает контингент зараженных в и р у с о м и м м у н о д е ф и ц и т а ч е л о в е к а (ВИЧ) и страдаю щих вследствие этого СПИДом (си н д р о м о м п р и о б р е т е н н о г о и м м у н о д е ф и ц и т а ) . Систематический прием сильнодействующих наркотиков приводит к смертельному исходу уже через 4 года после начала приема. Наибольшая частота смертей регистрируется у наркоманов примерно около 21 года. Немногим больше продолжается жизнь заболевших СП ИДом. Возросшее ко личество заболевших СП ИДом за последние годы требует усиленно го внимания для профилактики и контроля этого состояния. Одним из важнейших средств профилактики вредных привычек являются занятия физическими упражнениями и спортом. Гормональные и структурные перестройки переходного периода замедляют рост тела в длину, снижают темпы развития силы и вы носливости. Сокончанием этого периода перестроек в организме (после ІЗлет удевочеки 15 лет у мальчиков) снова усиливается ведущая рольлевого полушария головного мозга, налаживаются корково-подкорко вые отношения с ведущей ролью коры. Снижается повышенный уро вень корковой возбудимости и нормализуются процессы высшей нервной деятел ьности. * Переход от возраста подростков к юношескому возрасту знамену ется возросшей ролью передне-лобных третичных полей и переходом доминирующей роли от правого к левому полушарию (у правшей). Это приводит к значительному совершенствованию абстрактно-логи ческого мышления, развитию второй сигнальной системы и процес сов экстраполяции. ■■ 413 Деятельность ЦНС вплотную приближается к взрослому уровню. Однако еще отличается меньшими функциональными резервами, более низкой устойчивостью к действию высоких умственных и ф и зических нагрузок. В среднем школьном возрасте (к 12-14 годам) в основном заканчивается созревание всех сенсорных систем. Зрительная сенсорная система уже в 10-12-летнем возрасте дос тигает функциональной зрелости. К этому моменту совершенству ются функции ее коркового представительства, развивается система все более сложных нейронов-детекторов, обеспечивающих высокий уровень зрительного восприятия, обогащаются межцеигральные взаимосвязи зрительных центров с другими зонами коры, позволяя интегрировать зрительные впечатления в общую систему регуляции поведения. В затылочной области коры, где находятся проекции пер вичных зрительных полей, устанавливается взрослый тип альфа-ак тивности ЭЭГ. Глаза становятся соразмерными, т. е. длина зрительной оси глаза теперь соответствует преломляющей силе и фокусирование лучей происходит непосредственно на сетчатке. Детская дальнозоркость при этом исчезает. Вместе с тем, благодаря чрезвычайно высокой эластичности хрусталика, дети могут четко видеть предметы на близ ком расстоянии. Ближайшая точка ясного видения у школьников понемногу отодвигается, но привычка рассматривать мелкие пред меты с близкого расстояния может постепенно привести кразвитию близорукости. Длина глазного яблока в этих условиях продолжает с возрастом и дальше увеличиваться. Этому способствуют чтение на близком расстоянии от книги, чтение лежа, атакже систематическая работа с мелкими предметами. Чтение или работа на близком рассто янии составляют на уроках в среднем и старшем школьном возрасте от 65 до 90% учебного времени. Длительное напряжение глазодвига тельных мышц сдавливает глазное яблоко, уплощая и удлиняя его. Фокусирование лучей происходит перед сетчаткой, а изображение на сетчатке оказывается расплывчатым. Для профилактики этих явле ний необходимо соблюдать правильную рабочую позу, читать при достаточном освещении, предохранять глаза от переутомления. У подростка заметно повышается острота зрения, расширяется поле зрения, улучшается бинокулярное зрение, совершенствуется раз личение цветовых оттенков. Глубинное зрение продолжает разви ваться до 16-17 лет, когда оно достигает конечных величин, а свето чувствительность увеличивается до 20-летнего возраста. Пропускная способность зрительной сенсорной системы растете возрастом (табл. 27), уже к 10-11-летнему возрасту соответствуя взрос лому уровню (около 2-4 бит/с). У девочек поле зрения и пропускная способность больше, чем у мальчиков, а глазомер выражен хуже. 414 Скорость и четкость зрительных восприятий отражается в пока зателях критической частоты слияния световых мельканий (КЧСМ), когда отдельные световые вспышки начинают восприни маться как сплошной свет. Показатель КЧСМ растет с возрастом: в 7-8 лет он составляет 25 Гц, в 9-11 лет — 30 Гц, в 12-14 лет —40 Гц (что соответствует взрослому уровню). Зрачковый рефлекс на свет дости гает взрослых величин в старшем школьном возрасте. Совершенствование зрительной сенсорной системы позволяет значительно улучшить ориентацию в пространстве, выделение зна чимой информации из потока внешних сигналов. Это, в свою оче редь, повышает точностьи координацию движений, расширяет сфе ру деятельности растущего организма. Т а б л и ц а 27 Возрастная динамика пропускной способности (бит/с) зрительной сенсорной системы (по: Ермолаев Ю.А., 1985) Возраст, лет Девочки Мальчики 7-8 10-11 12-13 13-14 17-18 19-22 1.00 2.18 2.53 2.90 3.38 3.13 1.09 2.06 2.12 2.60 2.65 2.88 Созревание слуховой сенсорной системы (главным образом ее кор кового отдела) завершается к 12-13-летнему возрасту. Резко снижа ются пороги слышимости звуков, особенно в речевом диапазоне (1000-4000 Гц). Повышение остроты слуха позволяет хорошо диф ференцировать звуковые раздражители. Улучшается скорость и точ ность восприятия речи, развивается музыкальный слух. К 11-летнему возрасту повышается точность оценки протяжен ности звучания различных сигналов и длительности звуковых ин тервалов, что имеет важное значение д ля формирования чувства вре мени у подростков, а совершенствование в этом возрасте бинаураль ного слуха улучшает пространственную ориентацию. Вместе с тем у подростков и юношей начинает снижаться воспри ятие высоких частот, этот процесс продолжается и далее в зрелом возрасте и по мере старения организма. 1 На нормальную деятельность слуховой сенсорной системы, осо бенно у подростков, негативное влияние оказывают громкие звуки. В частности, нужно помнить, что систематическое прослушивание громкой музыки через наушники плейеров нарушает воздушную и 415 костную проводимость звуковых колебаний и часто приводит к па тологическому снижению слуха. Вестибулярная сенсорная система созревает к 14-летнему возрас ту. Однако около 40% подростков характеризуется неустойчивостью к действию ускорений. В 1 5 - 1 6 лет еще часто проявляется недоста точная способность к сохранению равновесия на подвижной опоре. После 16 лет способность поддерживать равновесие значительно улучшается и стабил изируется. С началом овариально-менструального цикла у девочек 12-13 лет вестибулярная устойчивость приобретает циклический характер, снижаясь в предменструальную и менструальную фазы и улучшаясь в постменструальную и постовуляторную фазы. В подростковом и юношеском возрасте усиливаются вестибуловегетативныереакции симпатического типа, вызывающие повы шение ЧСС (см. табл. 24). В результате вестибулярных нагрузок воз никают различные (положительные или отрицательные) эмоцио нальные реакции, которые необходимо учитывать при работесдетьми, а также замедляется течение субъективного времени, что нарушает оценку временных интервалов. Развитие двигательной сенсорной системы происходит непрерыв но, значительно усиливаясь ввозрасте от 7-8 до 13-15лет, когдадостигается оптимальный уровень ее развития. К этому времени в соче тании с кожной афферентацией формируется хорошо развитая ком плексная кинестетическая чувствительность. В 16 лет точность различения мышечных напряжений практичес ки не отличается от уровня взрослых людей. Благодаря четкому вос приятию проприоцептивной информации увеличивается способ ность к управлению не только отдельными мышцами, но даже от дельными двигательными единицами. 3.2. ФИЗИЧЕСКОЕ РАЗВИТИЕ И ОПОРНО-ДВИГАТЕЛЬНАЯ СИСТЕМА С завершением периода второго детства, развертыванием пере ходного периода и наступлением юношеского возраста в растущем организме происходят значительные перемены в длине, массе, со ставе и пропорциях тела, в функционировании различных органов и систем. Завершается формирование зубного аппарата. Вырастают кл ыки (10-12 лет) и малые коренные зубы (10-12 лет), затем вторые (12-14 лет) и третьи коренные зубы — «зубы мудрости» (17-25 лет). В костной ткани продолжается процесс окостенения, который в основном завершается в юношеском возрасте. К 13 годам завершает ся окостенение пястных и запястных отделов рук, затем фаланг паль цев ног (у девушек к 13-17 годам, у юношей к 15-21 году), и наконец, 416 фаланг пальцев рук (к 19-21 году). Незавершенный процесс окосте нения позвоночника может привести у подростков и юношей к раз личным его повреждениям при больших нагрузках. Окончательно процесс окостенения скелета завершается к 25-летнему возрасту. Особенно заметным является «пубертатный скачок роста» — резкое увеличение длины тела, в основном за счет быстрого роста трубчатых костей (см. рис. 44). У девочек он наступает в среднем около 13 лет, когда годовой приросту них достигает 8 см, а у маль чиков — в 14 лет, составляя до 10 см в год. При этом у подростка непривычно вытягиваются конечности, но отстает рост грудной клетки. Временно нарушаются привычные пропорции тела и коор динация движений. Проявляются избыточность или дефицит массы тела. В юношеском возрасте увеличиваются поперечные размеры тела, устанавливаются индивидуальные его особенности, достигает ся гармоничные пропорции. Гармоничное развитие отмечается у 8090% школьников. Масса тела що 14 лет изменяется медленно. С 14-15 лет начинает ся ее бурное увеличение, которое сопровождается быстрым прирос том массы сердца (рис. 51). Вес мышечной массы достигает к 15 годам 32% массы тела, а к 17-18 годам — взрослого уровня (44%). М асса М асса тела, кг сердца, г 60 300 56 280 52 260 48 240 44 220 36 200 32 160 28 140 24 120 20 100 16 80 12 60 8 40 4 20 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 1920 Возраст, годы Рис. 5/. Увеличение массы тела (1) и массы сердца (2) в процессе онтогенетического развития 417 В возрасте 8-18 лет значительно изменяется длина и толщина мы шечных волокон. Происходит созревание быстрых утомляемых гликолитических мышечных волокон (11-б типа) и с окончанием пере ходного периода устанавливается индивидуальный тип соотношения медленных и быстрых волокон в скелетных мышцах. В среднем школьном возрасте завершается формирование у под ростка присущего ему морфотипа'. эктоморф (по другим классифи кациям — астеник, долихоморф) с узкими пропорциями тела, эндо морф (гиперстеник, брахиморф) с широкими пропорциями тела и промежуточный тип (мезоморф). Постепенное и поэтапное упрочение костей, связочного аппарата и мышечной массы у подростка делает необходимым постоянно следить за формированием его правильной осанки и развитием мышечного корсета, избегать длительного использования асимметричных поз и односторонних упражнений, чрезмерных отягощений. Неправиль ное соотношение тонуса симметричных мышц приводитк асимметрии плеч и лопаток, сутулости и пр. функциональным нарушениям осанки. В среднем школьном возрасте нарушения осанки встречаются в 20-30% случаев, искривления позвоночника — в 1-10% случаев. Удевочеки де вушек осанка является более прямой, чем осанка мальчиков и юношей. Созревание опорно-двигательного аппарата и центральных регу ляторных механизмов обеспечивает развитие важнейших качествен ных характеристик двигател ьной деятел ьности. На средний и старший школьный возраст приходятся сенситивные периоды развития силы, быстроты, ловкости и выносливости (см. рис. 38). Уровень физического развития организма и качеств двигательной деятельности зависит от стадии полового созревания. Чем более вы сокая стадия полового созревания у подростка, тем выше его физи ческие возможности и спортивные достижения. Большая межиндивидуальная вариабельность длительности про текания у подростков переходного периода отражается на некоторой разноречивости результатов исследований сенситивных периодов разными авторами. Особенно это касается первой фазы пубертата, когда отмечается ухудшение двигательных функций и проявления фи зических качеств. Подростки в этот период неловки и угловаты. Движения их недостаточно координированы. Они не знают, куда девать такие длинные руки, как ловко управлять неожиданно вырос шими ногами. Во всех их действиях наблюдается обилие лишних движений. Повышены энерготраты на работу. Нарушается моторикаречи. Отмечается нарушение ритмичнос ти и плавности речи, затрудняется регуляция громкости. Подростки часто сокращают слова, заменяя их междометиями. В этот период нарушается речевая регуляция движений. С окончанием переходно го периода эти явления исчезают. 418 В юношеском возрасте в результате созревания опорно-двига тельного аппарата и завершения развития физических качеств дос тигается высокое совершенство движений. Создается основа форми рования наиболее сложных их форм, четкой ориентации во времени и пространстве, с максимальной выраженностью различных прояв лений силы, ловкости и быстроты. л •* 3.3. ОСОБЕННОСТИ КРОВИ, КРОВООБРАЩЕНИЯ, ДЫХАНИЯ Количество крови в организме в процентах к массе тела уменьши ется от периода новорожденное™ к возрасту 10-16 лет в 2 раза, но еще превышает конечные значения. У дошкольников кроветворение происходит в костном мозгу всех костей, но с 12-летнего возраста —только в губчатом веществе плос ких костей и эпифизах трубчатых костей, а в диафизах трубчатых костей красный костный мозг заменяется желтым жировым мозгом, не имеющим кроветворной функции. На протяжении среднего и старшего школьного возраста увеличи вается количество эритроцитов и гемоглобина, снижается количе стволейкоцитов, влейкоцитарной формуле продолжается снижение числа лимфоцитов и нарастание количества сегментированных нейтрофилов. К возрасту 14-16 лет картина крови практически уже соот ветствует взрослому организму. Однако еше встречается много не зрелых форм лейкоцитов. Скорость оседания эритроцитов достигает взрослого значения 8-10 мм/час. В среднем и старшем школьном возрасте полностью формируется система кровообращения. Растут масса и объем сердца. Масса серд ца по сравнению с новорожденным увеличивается к 10 годам в 6 раз, а к 16 годам — в 11 раз. За исключением периода 12-13 лет, масса сердца у мальчиков превышает аналогичные показатели у девочек. Рост массы сердца происходите некоторым отставанием от роста мас сы тела. Особенно велик годовой прирост массы сердечной мышцы после 14 лет (см. рис. 51). Объем сердца достигает 130-150 мл (у взрослых —280 мл), а ми нутный объем крови — 3-4л/мин (у взрослых — 5-6л/мин). Минут ный объем крови увеличивается, главным образом, за счет возросшего систолического объема, который за период от 10 до 17 лет нарастает от 46 мл до 60-70 мл. За счет увеличенного систолического объема крови и повышения тонуса парасимпатического отдела нервной си стемы происходит дальнейшее снижение частоты сердечных сокра щений (ЧСС)\ в среднем школьном возрасте ЧСС в покое около 80 уд./мин, а в старшем школьном возрасте (16-18 лет) соответствует взрослому уровню — 70 уд./мин. У подростков до 14 летеше значи тельно выражена дыхательная аритмия, которая после 15-16 лет 419 практически исчезает. С развитием у подростков проводящей систе мы сердца различные показатели ЭКГ в старшем школьном возрасте приближаются к показателям взрослого организма. В связи с тем, что сердце выбрасывает за одно сокращение больший объем крови, нарастает величина артериального давления. У мальчиковв 11 летА Д = 104/61, в 1 2 л е т - 108/65, в І З л с т - 112/65 в И л е т 115/66,в15лет— 1 20/68, в Iблет— 125/73, в 17лет— 125/73 ммрт.сг. У девочек после 13 лет эти показатели на 2-5 мм рт. ст. ниже. Минимальное (диастолическое) артериальное давление увеличи вается в меньшей степени, чем максимальное (систолическое) давле ние, поэтому растет их разность, т. е. пульсовое давление. Такие из менения улучшает кровоснабжение различных органов тела. Рост просвета сосудов в переходный период (13-14 лет) отстает от увеличения сократительной силы миокарда. Это вызывает в ряде случаев явления юношеской гипертонии повышение АД до 140 мм рт.ст. и выше. ч м -,-i В результате урежения Ч СС и увеличения длины сосудов, особенно у высокорослых подростков и юношей, происходит замедление круго оборота крови. Время кругооборота крови у дошкольников — 14 с, у младших школ ьников — 16 с, в среднем школьном возрасте — 18 с, а у старших школьников достигает взрослых значений — 20-22 с. В целом, происходящие в сердечно-сосудистой системе измене ния (урежение ЧСС, удлинение периода общей диастолы, повыше ние АД, замедление кругооборота крови) свидетельствуют об эконо мизации функций сердца. Система дыхания совершенствуется с возрастом. Увеличивается длительность дыхательного цикла и скорость вдоха, продолжитель нее становится выдох ^особенно пауза на выдохе), снижается чув ствительность дыхательного центра к недостатку кислорода и избыт ку углекислого газа. Совершенствуется регуляция дыхания, в том числе произвольная регуляция при осуществлении речевой функ ции. Экономизируются дыхательные реакции на нагрузки. Возрастает дыхательный объем и, соответственно, снижается частота дыхания в 1 минуту. У детей дошкольного и младшего школьного возраста легочная вентиляция нарастает преимуще ственно за счет учащения дыхания, а у подростков — за счет повы шения глубины дыхания, и лишь у половины из них при этом про исходит и учащение дыхания. В 12-летнем возрасте частота дыха ния составляет 19 вд./мин, а к 14-летнему возрасту она приближает ся к взрослому уровню — 16-18 вд./мин. Минутный объем дыхания в Шлет составляет около4л/м ин, в 14лет — ок ол о5л /м и н (у взрос лых 5-8 л/м ин). Происходящие изменения носят прогрессивный характер, позволяя улучшить газообмен в легких, так как при частом и неглубоком дыхании воздух обменивается преимущественно 420 в воздухоносных путях, очень мало изменяя состав альвеолярного воздуха. Однако дыхательные функции испытывают некоторые трудно стиразвития в период полового созревания. Задержка роста грудной клетки при значительном вытягивании тела затрудняет дыхание у подростка. Масса легких в 12 лет оказывается в 10 раз больше перво начальной, но все же вдвое меньше, чем у взрослых. Повышение воз будимости дыхательного центра и временные нарушения регуляции дыхания вызывают у подростков особую непереносимость кисло родного дефицита. При гипоксических состояниях у них могут воз никать головокружения и обмороки. В этот период у подростков набл юдается неритмичность дыхания, не завершен еше процесс расширения воздухоносных путей. Носовые ходы у детей узкие, их формирование заканчивается к 14-15 годам. Развитие новых ветвей бронхиального дерева, заметно усилившееся еще до начала пубертатного периода, ускоряется после его окончания. После 11-12 лет процесс расширения бронхов начинает преобладать над их удлинением. Происходит бурное развитие альвеол. Объемы легких зависят от стадий полового созревания, которые проходят у девушек раньше, чем у мальчиков. Общая емкость легких и жизненная емкость легких у 13-летних девочек составляют около 93% от величин этих объемов у 18-летних девушек, а у 12-13-летних мальчиков — лишь 73% к этим объемам у 18-летних юношей. У мальчиков ЖЕЛ больше, чем удевочек на всех стадиях полового раз вития. С небольшими колебаниями ЖЕЛ составляет в младшем школьном возрасте около 1л, в среднем школьном возрасте — поряд ка 2 л, встаршем школьном возрасте — примерно 3 л. Относительно величин ЖЕЛ в литературе отмечается значи тельные различия у разных авторов. Это, по-видимому, можно объяснить тем, что ЖЕЛ зависит от многих факторов: возраста и пола, стадии полового созревания, влияний эпохальной и индиви дуальной акселерации, характера морфотипа и популяционных особенностей строения тела, климато-географических и социаль но-экономических условий жизни и т.п. Можно привести для при мера наиболее часто встречающиеся данные о возрастной динамике ЖЕЛ (табл. 28). К 16-17 годам развитие дыхательных функций в основном завер шается Однако возможности дыхательной системы даже в юношес ком возрасте оказываются все еще ниже, чем у взрослого организма. В 17-18-летнем возрасте реакции дыхания на нагрузки еще менее экономичны, недостаточна выносливость дыхательных мышц. Прекращение прироста функциональных показателей дыхания происходят в женском организме в возрасте 17-18 лет, в мужском в возрасте 19-20 лет. 421 Т а б л и ц а 28 ж изненной за период о т 4 до 17 л ет Возраст, лет Мальчики Девочки 4 5 6 1200 1000 1200 1000 1200 1100 7 8 10 12 15 1400 1200 1440 1360 1630 1460 1975 1905 2600 2530 3520 2760 3.4. ОСОБЕННОСТИ ПИЩЕВАРЕНИЯ, ВЫДЕЛЕНИЯ И ЭНДОКРИННОЙ СИСТЕМЫ Для растущего организма огромное значение имеет качественное и разнообразное питание, важен рациональный режим поступления пищи. Для среднего и старшего школьного возраста оптимальное ко личество приема пиши — 3-4 раза в сутки. Соблюдение четкой пери одичности режима питания способствует выработке условных пище вых рефлексов и развитию аппетита, необходимых для улучшения процессов переваривания пищи и ее усвоения организмом. При че тырехразовом питании усваивается около 80% поступающей в орга низм пищи, а при трехразовом — около 75%. Прорезывание постоянных зубов ( кроме зубов мудрости) заканчи вается к 14-летнему возрасту. Полноценный зубной аппарат обес печивает хорошую механическую обработку пищи у подростка. К возрасту 13-15 лет устанавливается взрослый уровень объема и концентрации выделяемых пищеварительных соков, достигается максимальная активность пищеварительных ферментов, повыша ется кислотность желудочного сока, развивается полостное пище варение. ! В этот период еще продолжается морфологическое развитие же лудочно-кишечного тракта. С возрастом увеличивается длина пищевода(в5лет— 16см, в 15лет— 19 см, у взрослых — 25 см). В 12-15лет заметно нарастает длина кишечника. В 14-15 летособенно увеличи вается печень. До 19 лет растет поджелудочная железа. Мышечный слой желудка и кишечника становится толще, увели чивается сила сокращения гладких мышц. Активизация моторики желудка и кишечника облегчает перемешивание пиши, улучшая ее переваривание и продвижение пищевого комка по желудочно-ки шечному тракту. В 10-летнем возрасте процессы всасывания в же лудке прекращаются и осуществляются у подростка главным обра зом в тонком кишечнике. /<»!, , К старшему школьному возрасту все основные функции пищевари тельной системы завершают свое развитие, адаптируя организм к приему различной смешанной пиши и хорошее ее усвоение. 422 В поддержании постоянства внутренней среды (гомеостаза) важ ная роль принадлежит мочевыделительной системе (почки, мочеточ ники и мочевой пузырь).Почки достаточно полно сформированы уже к 2-3 годам. Особенно значительный прирост массы почек отме чается в период полового созревания. В среднем школьном возрасте к 12-14 годам жизни заканчивается функциональное созревание процессовмочеобразования — фильтрации и реабсорбции (обратного всасывания). Происходит образование первичной и вторичной мочи, близкой по количеству и составу к ко нечным показателям (увеличивается во вторичной моче количество мочевины, натрия, и уменьшается количество молочной кислоты). Суточное количество вьщеляемой мочи в 10-летнем возрасте состав ляет 1.5 л, а в период полового созревания достигает взрослого уров ня—до 2.0 л. Хотя условно-рефлекторный механизм выделения мочи устанав ливается в первые годы жизни ребенка, но еще и в среднем школьном возрасте встречается ночное непроизвольное недержание мочи (эну рез). Около 5-10% подростков до 13-14 лет страдают энурезом. В основном, это дети, находящиеся в невротическом состоянии, изле чение от которого снимает явления недержания. В последние годы заметно возросло количество заболеваний по чек, в том числе у детей и подростков. Поданным ВОЗ, заболевания почек вышли на третье место в мире. В среднем школьном возрасте происходит резкое изменение дея тельности желез внутренней секреции, вызванное включением гене тических влияний на ЦНС и эндокринную систему. Организм под ростка вступает в переходный период. В этом возрасте происходит возрастная инволюция эпифиза. Про исходящее снижение тормозящего действия эпифиза на нижележа щие структуры гипоталамуса приводят к их активации. Усиливается взаимодействие гипоталамуса и гипофиза—так называемой гипоталамо-гипофизарной системы. Гипоталамус начинает стимулировать секреторную функцию гипофиза. В результате гипофиз резко уси ливает выброс в кровь соматотропного гормона (гормона роста) и го надотропного гормона, который вызываетусиленнуюсекрецию по ловых гормонов надпочечниками (андрогенов и эстрогенов) и поло выми железами (тестостерона и эстрадиола). В организме под влия нием этих гормонов усиливаются процессы роста и развертываются процессы полового созревания —формирования организма по муж скому и по женскому типу. Под влиянием тиреотропного гормона гипофиза усиливается секреция гормонов щитовидной же^гезы (тнроксина и трийодтиронина), стимулирующих обменные и энергетические процессы в организме и способствующие его росту и развитию. Избыточная 423 активность щитовидной железы часто приводит к развитию гипертиреоза у подростков, вызывая повышенную возбудимость и расстройство сна. Вилочковая железа, тормозящая развитие половых желез, испы тывает в переходный период обратное развитие, уступая активную роль половым железам. Большое значение в росте тела имеет гормон поджелудочной желе зы инсулин, который активирует секрецию соматотропина и способ ствует анаболическим процессам - синтезу белков, жиров и углево дов в организме. Среди детей нарушения функций поджелудочной железы и заболевания сахарным диабетом чаще всего встречаются в возрасте 12 лет. Процесс полового созревания затрагивает все органы и системы организма. В этот период происходит формирование индивиду ального морфотипа человека со специфическими особенностями формы и размеров тела, соотношения мышечной и жировой ткани. Завершаются процессы становления типологических особеннос тей поведенческих реакций, характеристик личности подростка. К специфическим особенностям переходного периода относится формирование первичных половых признаков (развитие половых желез и половых органов) и вторичных половых признаков (ха рактерное оволосение, изменение тембра голоса, рост молочных желез). f ' В процессе полового созревания девочки опережают мальчиков на 12 года. Длительность этого периода имеет большие межиндивидуальныеразличия, зависящие от генетических особенностей индивидуума и ряда условий внешней среды. Выделяют 5 стадий полового созревания, определяемых по комп лексу первичных и вторичных половых признаков (рис. 52). I с т а д и я , которая, начинаясь еще в младшем школьном воз расте в 7-8 лет, охватывает в основном препубертатный период — возраст 10-12 лет. Она характеризуется отсутствием вторичных половых признаков, но уже обнаруживает некоторые половые разли чия в деятельности ряда функциональных систем. И с т а д и я характеризуется активацией гипофиза. Она от носится к 1-й фазе пубертата (у девочек это возраст 11-13 лет, у мальчиков — 1 3 -1 5 лет). Эту стадию у мальчиков отличает не большое увеличение яичек и слабое оволосение лобка, у девочек набухание молочных желез. Активация функций гипофиза с о провождается усиленной секрецией гонадотропного и соматот ропного гормонов, а также повышенной секрецией половых гор монов. У девочек в большей степени растет концентрация сома тотропина и раньше начинается пубертатный скачок роста (около 13 лет). 424 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 Возраст, лет И 1 стадия Д 2 стадия ■ □ 3 стадия ■ — _ _______________ ■ 4-5 стадии - _ Рис. 52. Распределение стадий половой зрелости у мальчиков 7-17 лет III с т а д и я также соответствует 1-й фазе пубертата (у дево чек до 13 лет, у мальчиков до 15лет). Она характеризуется активаци ей половых желез. В крови растет концентрация половых гормонов. У мальчиков увеличиваются размеры яичек и длина полового члена, усиливается оволосение лобка. У девочек усиливается развитие мо лочных желез и оволосение лобка, начинается оволосение подмы шечных впадин. На этой стадии особенно повышается у мальчиков содержание в крови соматотропина и наблюдается пубертатный скачок роста (около 14 лет). Усиленное выделение соматотропина происходит ночью («человек растет во сне») и замедляется в дневное время. IV с т а д и я отмечается во 2-й фазе пубертата (у девочек в 13-14 лет, у мальчиков в 15-16 лет). Она характеризуется максимальным уровнем активности половых желез. Их секреция достигает макси мальных значений в 14-15 лет. У мальчиков происходит утолщение полового члена, усиленное оволосение лобка, появление волос на лице и в подмышечной впадине. К характерным признакам этой стадии относят также появлениеу них налице юношеских угрей и связанную с удлинением голосовых связок ломку голоса — смену высоких обертонов на более низкие. У девочек заметного развития достигают молочные железы, оволосение лобка приближается к взрослому типу. Увеличиваются запасы подкожного жира. В 12-13 лет появляются первые менструации (так называемые менархе), которые свидетельствуют о начале созревания в яичниках яйцек- леток и становлении периодически,‘п р о ц е с с о в Е Ж И ! Ш Ш никла М а ----- U D a u r i t u i _______ _ лет появляются п е р ^ е поллюции - выход созревших сперматозо идов из семенных пузырьков вместе с выделениями предстатель ной железы. Они происходят 1-3 раза в месяц или реже, с перерываU I I V / _____ I ; ; і. ми в 10-60 дней. соматотропин сохраняется на повышенном Гормон роста уповне v мальчиков замедляется Г1V/ у A v u v i v i \ v/д v —--------- мышцах подростка усиленно формируются быстрые и мощные гликолитические волокна, достигая 50% объема мышцы. Это обуслов______ жллі/.іа ппнплгт гм пы. Опнако повышенные физические нагрузки замедляют тельно дозироваться, особенно у девочек. V стадия завершает 2-ю фазу пубертата (у девочек к 15-летнему летнему возрасту) у мальчиков достижением зрелого уровня первичных ков. Она характеризуется созреванием в мужском и готовностью женского функционально зрелых сперматозоидо организма к детородной функции. У дев яичниках яйцеклеток Выраженность стадий созревания подростков описывается в баллах определяется сумма зателей и сравнивается с табличными нормативами, (табл.29). Зна чительная перестройка деятельности всей эндокринной системы в переходный период отражается на изменениях во всех органах и си стемах организма, особенно выраженных в 1-ю фазу пубертата (на II и III стадиях полового созревания). В этот период повышенная регулирующих также эндокринной системе вызывают нестабильность реакций в эмоцио нальной и психической сфере подростков. Отмечается несогласо ванность морфологического и функционального развития отдель ных органов и систем. Происходит отставание скорости роста серд ца от темпов удлинения тела, отставание роста просвета сосудов от повышения мощности сокращений миокарда, отставание на 1-2 года роста туловища в длину от удлинения конечностей. Эти изме нения вызывают временное нарушение координации движений, снижают умственную и физическую работоспособность. Снижение работоспособности связано также с повышением энерготрат при уве личении размеров тела, что снижает возможность энергообеспечения мышечной работы в организме подростка. -- ------ - 426 л vот « я м « г т / ч I f 1 Т Я \7 Т аб л и ц а 29 Величина балла полового развития у мальчиков и девочек Возраст, лет Формула полового созревания мальчиков 10 11 12 13 14 15 16 17 iiS ® БПР, баллы Формула полового созревания девочек 1 Ма.Р^оМе,, 2 5 9 V, F2L,Ах, Ғ0 11 V2P,L,Ax2F, V Р LjAx 3F, 12 12 VjPjLjAx.F, 12 Ма1Р,Ах0Ме0 Ма2Р2Ах,Ме0 Ма3Р3Ах2Ме, Ма3Р3Ах’Ме2 Ма3Р3Ах3Ме3 Ма3Р,Ах3Ме3 Ма3Р3Ах3Ме3 С завершением переходного периода оптимизируются взаимоот ношения в деятельности желез внутренней секреции, достигает со вершенства функционированиеразличных систем возмужалого орга низма. Подростки переходят в юношеский возраст, когда все показа тели организма вплотную приближаются ко взрослому уровню. Од нако, функциональные резервы юношеского организма все же недостаточны, имеются ограничения в совершенстве регуляторных и метаболических процессов. Реакции на нагрузки в юношеском возрасте вызывают более выраженные изменения в организме по сравнениюсо взрослыми и сопровождаются более длительным пери одом восстановления. 3.5. ОСОБЕННОСТИ ТЕРМОРЕГУЛЯЦИИ, ОБМЕНА ВЕЩЕСТВ И ЭНЕРГИИ Процессы теплообмена у подростков и юношей отличаются от этих процессов у детей более младшего возраста. С увеличением габа ритов тела увеличиваются градиенты температуры кожи от тулови ща к дистальным отделам конечностей. Становятся более выраженными суточные колебания температу ры тела. Средние суточные изменения температуры ядра тела у годо валого ребенка составляют 0.25*, у дошкольников —0.34°, в юношес ком возрасте — около 1.0* С. После 9-летнего возраста происходят качественные изменения процессов терморегуляции. Снижается значение химической тер морегуляции, обеспечивающей поддержание постоянства температу ры тела за счет изменений интенсивности метаболических процес сов, и повышается роль физической терморегуляции, изменяющей от дачу тепла с поверхности кожи за счет сосудистых реакций. Хотя тер морегуляционное усиление теплопродукции в целом снижается по 427 мере взросления, у подростков 10-14 лет этот механизм снова врефазу пубертатного перио созревание физиоло ВСреД Н С М ------------ г — п п ^ n n u u P гических механизмов, регулирующих потоотделение. По количеflfY T O Oпотоотделение X Л 0 Л С Н ИС аналогичным и показателям взрослыхлиц. ___________ т а гіЛ И У А Г й и и П Р [измов теплоотдачи улучшает адапта большому диапазону изменени й тем ператур окружающей эффективными и экономичными температурном ядре тела к 18-летнему возрасту устанавливается средняя величинатемпературытела, соответствующая взрослым. На протяжении среднего и старшего школьного возраста происхо дят перемены в обмене веществ и энергии. Уменьшается преоблада ние процессов ассимиляции над процессами диссимиляции. Величина основного обмена у детей этого возраста в расчете на единицу массы тела или поверхности тела заметно снижается. У де вочек она ниже, чем у мальчиков, и раньше приближается к уровню зрелого организма. Лишь в пубертатном возрасте основной обмен у девочек временно оказывается выше, чем у мальчиков. Суточная ве личина основного обмена возрастает у подростков по отношению к детям младшего школьного возраста почти в 1.5 раза, достигая прихлрпнп 1Я00-1400 кал. а в юношеском возрасте приближается к уров700 кал) активности общего объема суточных энерготрат кал старшем школьном возрасте 2800— 29СК кал С возрастом происходит и перестройка в процессах обмена ве ществ. С окончанием роста массы тела падает относительная потребность организма в белках. Положительный азотистый баланс к юно шескому возрасту постепенно сменяется азотистым равновесием, характерным для взрослого организма. Относительная потребность в белке (на 1 кг массы тела) с возрастом снижается: в 1-3 года - 4-4.5 г, в 6-10 лет — 2.5-Зг, у подростков — 2-2.5 г, у взрослых — 1.5-1.8 г. _. ' . .3 __ _ * суточная тела: у дошкольников --------- —, младшем 75-80 г, в среднем школьном возрасте — примерно 85-90 г, в старшем школьном возрасте — 90-100 г (как у взрослых). Аналогичны тков еще достаточно высока потребность в поступлении с пищеи жира. В период полового созревания жиры используются для плас тических процессов формирования состава тела, а холестерин необ -I"--. ----------------------------\ilvwlv/l 428 ЖЖ ■1 II r /- - — ------- Г-ЧЧ * m«А АЛТ 1 __________________________I / М Л у) rt /1 />- Щ 0 ходим для синтезирования половых стероидных гормонов. Вместе с тем, избыточное поступление жира при низкой двигательной актив ности приводит к ожирению. У подростков, характеризующихся избыточными жировыми отложениями, величина основного обме на на единицу массы тела может быть ниже на 20-30% из-за низкой интенсивности процессов обмена в жировых клетках. Сравнитель но большим содержанием жира в составе тела объясняется также более низкий уровень основного обмена у женщин по сравнению с мужчинами. Относительная интенсивность углеводного обмена у подростков снижается, а суточная потребность в углеводах растет: у младших школьников она составляет около 300 г, в среднем школьном возра сте — 340-370 г, в старшем школьном возрасте — около 400 г, у взрос лых 500-600 г. Углеводы обеспечивают в организме подростка как пластические процессы, так и энергетические. Повышение объема двигательной активности подростков увеличивает их потребность в углеводах. В растущем организме велика потребность в поступлении необхо димого количества витаминов и минеральных веществ. Кальций и фосфор нужны для формирования скелета, железо—для образова ния гемоглобина. Однако по мере увеличения возраста относитель ная потребность в воде, витаминах и минеральных веществах сни жается. 3 .6 . ФИЗИОЛОГИЧЕСКИЕ ОСОБЕННОСТИ АДАПТАЦИИ ДЕТЕЙ СРЕДНЕГО И СТАРШЕГО ШКОЛЬНОГО ВОЗРАСТА К ФИЗИЧЕСКИМ НАГРУЗКАМ Период среднего и старшего школьного возраста имеет свои специ фические механизмы и закономерности адаптации к физическим на грузкам, связанные с возрастными особенностями развития организма. 3.6.1. СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ ЦЕНТРАЛЬНОЙ РЕГУЛЯЦИИ ДВИЖЕНИЙ Всреднем школьном возрасте высокого уровня достигает разви тие ЦНС, сформированы индивидуальные особенности высшей не рвной деятельности, завершается созревание сенсорных систем. К этому возрастуу подростков сформированы все основные меха низмыуправления движениями, свойственные взрослому организму— рефлекторное кольцевое управление системой обратных связей и про граммное управление по механизму центральных команд (пред прог раммирование). Это обеспечивает не только совершенство выполне ния длительных упражнений, когда возможны коррекции моторных 429 программ по ходу движения, но и выполнение кратковременных двигательных актов — бросков, ударов, метаний, прыжков. Стано вится возможным начать углубленную специализацию в широком спектре Рассматриваемый период характеризуется тремя перестройками межиентрал ьпых 1 Ш ^ ш ш ш • Щг коре больших полушарий, 2) становлением ведущей роли ассоциативных третичных полей функциональной 3) переходом доминирующей роли правого полушария клевому — -- ------------ важнейший ътап r совеои резкое интегративных функци горизонтальных взаимосвязей в коре больших полушарий. Происходит усиленный рост отростков корковых нейронов, обеспе чивающий функциональные связи между нейронными ансамблями различных корковых областей. В результате на протяжении среднего и старшего школьного возраста формируются многочисленные внутрисистемные и межсистемные функциональные взаимосвязи в организме. Совершенствуются зрительно-двигательные, рече-двигательные, вестибуло-моторные и др. рефлексы. Отмечается высо кий уровень интеграции деятельности сенсорных систем. Налажива ется сочетание различных моторных реакций между собой. Хорошо дифференцируются и воспроизводятся мышечные усилия. В биоме ханической структуре и функциональной организации локомоций (ходьбы, бега) достигается высокая координационная точность. В движениях двумя руками вырабатывается высокая согласованность их пространственных характеристик, втом числе при симметричных движениях. Созревает механизм их временного согласования (так называемый таймерный механизм). Движения рук хорошо согласу ются с движениями глаз. Возникает возможность точного произ вольного управления отдельными мышцами и даже изолированны ми двигательными единицами. Управляемость мышечными группарук, головы и шеи выражена лучше Достигается высокий уровень сочеі соответствие и дыхания, тонкое сочетание моторных компонентов двигательных навыков с вегетативными функциями, согласование реакций сер дечно-сосудистой и дыхательной систем. В ЭЭГ эти изменения отражаются в виде достоверного увеличепространственной баний потенциалов различных корковых зон, что отражает увеличефункционального взаимодеиствия между состоянии покоя, так и во время работы в ЭЭГ детей, подростков и ) С и и Л О Ш П Л и и л ;ш и ^ г и ., ___ ___________ X - . . . ^ л . і л і г п п і п п о и м а п ш л ^ Г Р Н И Я М И : __________- - Г'гМ ГГГ ГГ ------------------------------- и к* , ________ ___ -М. М. . _____ ж ж ж ш ч г 430 j » »• — - ——------------- '- - : f / \ r v n i 1 / / Ч ГГ Р — _______________. . . ^ Г.П ТІШ ІТ1 QV В юношей 12-18 лет отмечается значительное число высоких межцентральных корреляций электрической активности (см. рис.49). Вторым важнейшим моментом в совершенствовании центральной регуляции движений является высокий уровень созревания ассо циативных третичных полей коры — передних лобных и задних ниж нетеменных. Благодаря этому создается функциональная основа для извлечения полезной информации из множества афферентных сооб щений, построения сложных многоцелевых поведенческих про грамм. Становится более точной пространственная ориентация дви жений, улучшаются процессы экстраполяции, предвидения пред стоящих ситуаций. У 13-летних подростков существенно улучшается переработка информации и повышается эффективность тактического мышления, уменьшается количество ошибочных решений. Ввозрастеот Юдо 13 лет у подростков достоверно сокращается время принятиярешения и общее время решения тактических задач. Эти временные показатели мало изменяются к 16-летнему возрасту, но еще не достигают взрос лых величин. В возрасте 12 лет юные спортсмены способны решать более легкие тактические задачи, а в 14 лет — наиболее сложные. Дети в старшем школьном возрасте могут делать правильный выбор из многоальтернативных ситуаций, сохранять высокую умственную работоспособность в напряженных условиях деятельности, в ситуа циях с дефицитом времени. Рабочие доминанты, формирующиеся в высших отделах мозга, становятся стабильными, обеспечивая высо кую помехоустойчивость юных спортсменов. Улучшение процессов афферентного синтеза и анализа афферен тной информации позволяет подросткам и юношам точнее оцени вать интероцептивную и проприоцептивную информацию о функцио нальном состоянии собственного организма в процессеработы. Юные спортсмены лыжники, пловцы, специалисты подводного плавания способны давать речевые отчеты о падении оксигенации собственной крови в процессе дыхания в замкнутое пространство при каждых 2% снижения оксигемоглобина, почти точно соответ ствуя показаниям оксигемографа. Становится более информативным ощущение усталости. Дети младшего школьного возраста (7- Юлет) в 77% случаев могут сооб щить об ощущении усталости лишь после развития регистрируемых объективно признаков утомления. Такое сообщение является мало информативным для педагога и тренера. Подростки 13-15 лет в 40% случаев ощущают наступление утомления в процессе его развития, а юноши 18-19 лет могут ощущать развитие утомления еще до начала появления ранних его признаков. Эта способность помогает пра вильной раскладке сил спортсмена на дистанции, рациональному управлениюфункциональными резервами организма. 431 Начиная с возраста 13-15 лет, участие ассоциативных третичных полей в управлении движениями отражается в ЭЭГ юных спортсме нов достоверным увеличением взаимосвязи активности моторных центров руки ноге задними нижнетеменными областями (зонами афферентного синтеза и пространственной ориентации движений) и ______ п р и м ч и лКпягтпми ответственными за программироваконтроль движений Третьим качественным изменением в центральной регуляции движений у детей среднего и старшего школьного возраста является постепенный переход ведущей функции от правого полушария клевому. У детей дошкольного и младшего школьного возраста основное зна чение в управлении движениями имеет правое полушарие, функци ей которого является комплексный зрительно-пространственный анализ текущей ситуации, преимущественные реакции на непосред ственные (первосигнальные) раздражители. Это требует от педагогов и тренеров преимущественного использования методов показа, про чувствования движений. После 14-15 лет у подростков и особенно в юношеском возрасте ведущую роль играет левое полушарие (рис. 53). Оно обеспечивает более дробный анализ афферентной информации, высокий уро вень абстрактно-логических операций, формирование речевой ре гуляции движений, совершенствование чувства времени и п р е с сов экстраполяции. Именно в левом полушарии (поданным ЭЭ1) отражается специфика участия разных корковых зон при освоении различных двигательных навыков. В тренировочном процессе большое значение приобретает метод рассказа, словесных инст рукций, речевых отчетов. X £ >s о и 0и0 к с; 0а? < и а ю s Z о. 1 О о * 12-13 14-15 16-17 лет лет лет □ Левое 18 лет 19-25 лет Возраст Правое Рис. S3. Межцентральные взаимосвязи ЭЭГ левого и правого полушария у велосипедистов разного возраста (по: Сологуб Е. Б. и др., 1984) 432 Возрастные перестройки центральной системы управления обес печивают более экономное и эффективное выполнениеработы. Уточ няются моторные команды к работающим мышцам и совершенству ются межмышечные координации Усилившееся влияние передне лобных третичных полей на двигател ьную деятельность обеспечива ет повышение произвольной мобилизации функциональных резервов организма, волевое преодоление утомления и, соответ ственно, увеличивает длительность работы до отказа. Возможности участия третичных полей в регуляции движений еще недостаточно развиты у подростков по сравнению с юношами (рис. 54), особенно слабо они выражены в период полового созревания (в 1-ю фазу пубертата). В этот период наблюдается нарушение центральной регуляции движений. Корковые центры широко ох ватывают процесс возбуждения, нарушая тонкие межцентральные взаимоотношения и координацию движений. Перед стартом у под ростков преобладает состояние предстартовой лихорадки. УхудшаI Ф 16-18 # гг 13-15 §. 10-12 о со V ■ t $ Ф 7-9 45 I I t 40 І “Т“ Н----Г т* 30 15 35 % е; ф ■ ■ Ш % § 35 40 I 1 25 I I 9 20 “Г 25 30 Участие программирующих зон (передне-лобных) 45 % 16-18 рг 13-15 |<*>10-12 о со 7-9 40 35 30 25 20 15 10 Участие зон пространственной ориентации (ассоциативных нижнетеменных) ]---- Г ф 16-18 13-15 |10-12 |C D 7-9 -i----1---- I----1---- Г— 45 % 40 35 30 25 20 Участие зон зрительного контроля (проекционных зрительных зон) Л евое полушарие ■ Правое полушарие Суммарное количесво (в процентах от всех вычисленных) высоких (0.7-1.0) межцентральных корреляций ЭЭГ моторных зон с лобными, нижнетеменными и зрительными зонами у юных фигуристов (п= 10 в каждой возрастной группе) во время трехминупюго бега на месте в темпе 3 шага в 1 секунду Рис. 54. Возрастная д и н а м и к а участия разных зон левого и правого полушария в управлении движениями (модиф. по: СологубЕ.Б., Капустин B.C., 1986) 433 ются процессы памяти и выработки двигательных навыков. Зат рудняется переделка двигательных динамических стереотипов. Подростки быстро утомляются, особенно при длительной монотон ной работе. С окончанием этого периода механизмы управления движениями постепенно приближаются ко взрослому уровню. В 13-14лет завер шается в основном формирование всех сенсорных систем. Совершен ствуется поисковая функция глаза, ускоряются сенсомоторные ре акции, уточняется «мышечное чувство» и улучшается точность вос произведения мышечных усилий, повышается функциональная ус тойчивость вестибулярной системы. В юношеском возрасте управление движениями достигает высо кого совершенства, позволяя добиваться рекордных результатов во многих видах спорта. 3.6.2. РАЗВИТИЕ ФИЗИЧЕСКИХ КАЧЕСТВ Возрастной период от 10 до 17-19 лет характеризуется достижением максимального развития большинства физических качеств — гибкости, быстроты, ловкости, силы, скоростно-силовых возможно стей, а также большими изменениями выносливости, которая дости гает максимального развития несколько позже — к 20-25 годам.. Средний и старший школьный возраст особенно благоприятен для физического воспитания, так как соответствует проявлениям многих сенситивных периодов развития физических качеств, т. е. периодов, наиболее чувствительных к тренирующим воздействиям (см. рис. 38). Одним из ранних является физическое качество гибкости — сус тавной подвижности. Совершенствование гибкости, начинающееся в дошкольном и младшем школьном возрасте, продолжается в сред нем школьном возрасте. Гибкость подростков тем выше, чем больше длина частей тела. Наиболее высоких значений гибкость достигает к 15-летнему возрасту, после чего без дальнейшей тренировки начина ет снижаться. У девочек гибкость выражена лучше, чем у мальчиков. Весьма благоприятный период развития ловкости отмечается с 7 до 14лет (с небольшим ухудшением этого качества в пике пубертат ного периода). Созревание нижнетеменных третичных областей коры способствует улучшению межсенсорной интеграции и сенсомоторных взаимосвязей, формированию представлений о «схеме тела» и «схеме пространства». В результате улучшается простран ственная ориентация движений и, как следствие, телесная и предмет ная ловкость. По мере созревания лобных третичных областей коры больших полушарий появляются новые возможности для различных проявле434 ний ловкости: развивается способность к формированию новых дви жений в необычных условиях, улучшается анализ текущей и буду щей ситуации, внесение сенсорных коррекций в двигательные про граммы, временная оценка выполняемых действий. Развитию лов кости способствует совершенствование процессов экстраполяции. После 35-летнего возраста проявления ловкости ухудшаются, осо бенно нарушаясь в пожилом возрасте. С 10 до 15 лет резко улучшаются различные показатели качества быстроты, достигая к 15-летнему возрасту взрослых величин (см. табл. 5) и сохраняясь на этом уровне примерно до 35 лет. В ЦНСподростка увеличивается скорость протекания нервных процессов (лабиль ность нервной ткани) и повышается подвижность нервных процессов, скорость смены процессов возбуждения и торможения. Это способ ствует повышению скорости переработки информации в коре боль ших полушарий. К 12-летнему возрасту заметно укорачивается время простой двигательной реакции, а к 14 годам — время сложной реакции с выбором. Совершенствование центральной регуляции движениями и повышение возбудимости и лабильности мышечного аппарата спо собствуют ускорению моторных актов. К 15-летнему возрасту дос тигают взрослого уровня показатели теппинг-теста — 50-60 ударов за 10 с и максимальной скорости бега. Особенно значительно улучша ются скоростные параметры у мальчиков. Возраст 11-14 лет является сенситивным для развития скоростно силовых возможностей. В этом периоде имеется наибольший прирост прыгучести, резкости ударов и бросков. К 14-15-летнему возрасту достигается наибольшая высота и дальность прыжков, особенно у мальчиков (см. рис. 46 и табл. 20). Мышечная силанарасгаст в медленном темпе до 11-летнего возрас та. Затем наступает замедление темпов ее прироста, связанное с разви тием препубертатного периода (11-13 лет у мальчиков) и началом пе рестроечных процессов в организме. После 14 лет начинается суще ственный прирост мышечной силы (рис. 55), особенно выраженный у мальчиков и связанный с усиленной секрецией мужских половых гормонов (андрогенов). Становая силау мальчиков в 12 лет составляет, в среднем, 50-60 кг, в 15 лет— 90-100 кг, в 18 лет— 125-130 кг. В скелетных мышцах наблюдается миофибриллярная гипертро фия, отражающая процессы усиленного синтеза сократительных белков (актина и миозина) в миофибриллах. Под влиянием развития быстрых мотонейронов в нервной системе происходят изменения в составе мышечных волокон — заметно нарастает объем быстрых и мощных гликолитических волокон П-бтипа. Сенситивный период развития качества силы приходится на 1417 лет. В возрасте 18-20 лет мышечная сила достигает максимальных значений для взрослого нетренированного человека. Обычно сила 435 4г-5л 6л-7л 9л-11л 13л14л Возраст 16л17л 20л30л □ Сгибатели ■ Разгибатели | Рис. 55. Максимальная сила кисти у нетринированпыхлиц кисти у мужчин составляет около 70-75% от массы тела, а у женщин примерно 50-60%. При отсутствии специальной тренировки сила со храняется на этом уровне примерно до 45-летнего возраста. В юно шеском возрасте устанавливается характерная для взрослого орга низма топография мышечной силы, однако коррекцию в нее вносит специфика мышечной тренировки. Позже других качеств развивается выносливость к длительной цик лическойработе умеренной мощности. Сенситивный период ее разви тия приходится на возраст 15-20 лет, когда в достаточной мере созрева ют функции дыхательной и сердечно-сосудистой систем, обеспечива ющих работу аэробного характера. В 20-25 лет это качество достигает высокого развития и дольше других сохраняется в онтогенезе человека (примерно до 55 лет и более). Статическая выносливость (табл. 30) увеличивается меньше, чем динамическая. Она уменьшается в пубер татном периоде, а затем нарастает, особенно к возрасту 18-20 лет. Т а б л и ц а 30 Возрастная динамика показателей силы мышц и статической работоспособности у женщин при статических напряжениях (по: ГородниченкоЭ. А., 1983) Возраст, лет Сила, кг Стататическая работоспос., кг-сек 436 8-9 14.8 13-14 18-20 30-35 40-45 56-60 31.9 37.8 30.9 32.2 27.2 1368.6 3043.2 4221.6 3366.8 3904.0 3900.7 В юношеском возрасте на основе значительного развития различ ных качественных характеристик двигательной деятельности воз можна специализация во многих видах спорта и достижение высоких спортивных результатов. Л ишь в видах спорта, требующих предель ного развития выносливости (бег на длинные и сверхдлинные дис танции, лыжные гонки и др.), высшие достижения появляются в бо лее позднем возрасте — 20-35 лет. 3.6.3. ОСОБЕННОСТИ ЭНЕРГЕТИКИ МЫШЕЧНОЙ ДЕЯТЕЛЬНОСТИ И РЕАКЦИЙ ВЕГЕТАТИВНЫХ СИСТЕМ НА ФИЗИЧЕСКИЕ НАГРУЗКИ В растущем и развивающемся организме энерготраты на двига тельную активность составляют около половины суточных энерго трат. У мальчиков в 14-15 лет суточная двигательная активность увеличивается более, чем на треть, по сравнению с 8-9-летними деть ми. В 11-15 лет подростки делают 20-30 тысяч шагов в сутки. Их суточные энерготраты достигают в возрасте 10-12 лет 2200 ккал, в 1315 лет примерно 3000 ккал. В покое основные энерготраты приходят ся на органы с наиболее интенсивным обменом веществ — мозг, пе чень, почки, а во время работы — на работающие мышцы. С этим связано то, что с увеличением роста мышц и уровня двигательной деятельности резко возрастают энерготраты у подростков. Основного развития у подростков достигают процессы аэробной энергопродукции. Бурное увеличение мышечной массы, преоблада ние в мышцах медленных волокон окислительного типа, нарастание в мышцах количества митохондрий и миоглобина, повышение ак тивности окислительных ферментов, улучшение утилизации прино симого кровью кислорода, а также совершенствование механизмов регуляции сердечно-сосудистой и дыхательной систем — все это приводит к повышению аэробных возможностей организма и величины МПК. Если в препубертатном периоде и во II стадии полового созре вания у подростков аэробные возможности еще невелики, то на III стадии полового созревания (у девочек в 12-13 лет, у мальчиков в 13-14 лет) наблюдается их резкое увеличение. На этой стадии прирост МПК (л/мин) у мальчиков составляет примерно 28%, у девочек — 17%. У юных спортсменов прирост МП К еще больше (рис.56). Макси мальных значений абсолютные величины МПК достигают в возрасте 14-15лет. Подростки в этот период хорошо приспособлены к выполнению работы аэробного характера — циклических упражнени й умеренной мощности (около 70% от МПК). Выполнение нагрузок максималь ной и субмаксимальной мощности (90-100% МПК) для них трудно переносимо, так как в этом возрасте недостаточно развиты анаэроб ные возможности организма. 437 3000 2500 2000 х£ 2 с; 1500 5 кГ с: 1000 500 0 8-9 10-11 О Юные спортсмены 12-13 14-15 Возраст, лет Нетренир. 15 лет возможности (модифиц. по: Тихвинский С.Б., 1972) Относительные величины МПК (мл/мин.кг) на протяжении среднего и старшего школьного возраста (10-17лет) практически не изменяются (рис. 57). Это связано с тем, что годовые приросты аэробных возможностей не превышают приростов массы тела. Од нако у юных спортсменов, имеющих лучше развитые скелетные мышцы, формирующие аэробное энергообеспечение, относитель ные величины МПК выше, чем у сверстников, не занимающихся СПОрТОМ. L Относительные величины МПК в женском организме ниже, чем в мужском. У девочек старше 8-летнего возраста относительные ве личины М ПКвсреднем школьном возрасте ниже, чему мальчиков на 12-21 %, в старшем школьном возрасте — на 33-39%. Объясняется это тем, что в составе тела у них больше доля жирового компонента, потребляющего незначительное количество энергии. МПК очень важны ессе тренировки и л соответствуют взрос сак информативные для отбора детей в ДЮСШ вития выносливости. возраста начинается реализация Происходит формирование бы ЦНС иразвитие быстрых стадиям уж е 438 140 120 100 - 80 60 40 20 0 9-10 лет 12- 14 лет 13 лет 15 лет 16 лет 17 лет Возраст Рис. 57. Возрастная динамика анаэробных возможностей ( кислородный долг, м л/кг) и относительная величина МПК (мл/мин/кг) у мальчиков 9—17лет объему около 50% мышечной массы. Устанавливается характерный для каждого индивида состав (композиция) мышечных волокон. С появлением гликолитических волокон происходит быстрое разви тие анаэробных возможностей растущего организма (см. рис. 57). Сократительная деятельность этих волокон не зависит от работы кислородтранспортной системы (крови, сердечно-сосудистой и ды хательной систем), так как они получают энергию в бескислородных условиях. В результате повышается адаптация юношей и девушек к работе анаэробного характера — к выполнению циклической работы в зоне максимальной и субмаксимальной мощности, силовых и скоростно-сил овых упражнени и. Мощность выполняемой работы увеличивается с 11 до 16 лет бо лее, чем на 200% (для сравнения — увеличение мощности работы с 7 до 11 лет составляет всего 30%). Объем выполненной работы макси мальной мощности повышается по сравнению с 7-летним возрастом в 10 лет на 50%, а в 14-15 лет — на 300-400%. За счет достигнутого высокого уровня М П К и улучшения процес сов координации в мышечной и вегетативных системах энергообес печения растет также и аэробная работоспособность юношей — в зо нах большой и умеренной мощности. Однако, экономичность и эффективность ихработы еще не дос тигают взрослых значений. КПД работы, выполняемой на уровне М П К, в 14-15 лет составляет всего 65-70% взрослого уровня, а про цесс восстановления значительно более длительный. У юношей 17-и U 439 лет длительность восстановления в 2 раза превышает время восста новления у 20-летних при той же выполненной работе. Четко выраженные гормональные и вегетативные перестройки сопровождают выполнение физических нагрузок у детей среднего и старшего школьного возраста. Адаптация к специфическим упражнениям отражается у система тически тренирующихся детей в более выраженных предстартовых изменениях по сравнению с детьми, не занимающимися спортом. Легче всего предстартовая настройка развивается у подростков и юношей, характеризующихся темпераментом сангвиников, затем — у холериков и у флегматиков. В периоде полового созревания у под ростков из-за высокой возбудимости нервной системы особенно вы ражены состояния предстартовой лихорадки. Период врабатывания как в возрасте 7-10 лет, так и в возрасте 1518 лет характеризуется начальным резким увеличением показателей сердечно-сосудистой и дыхательной систем (на 42.5%) с последую щим медленным повышением до необходимого рабочего уровня.. Д иите пьн ость устойчивого состояния при постоянной мощности ра боты (или оптимального состояния при переменной мощности) ко роче, чем у взрослых, аутомление наступает быстрее. Быстрое на ступление утомления, в частности, обусловлено малой переносимос тью кислородного дефицита. Величина максимального кислородного долга у подростков меньше, чем у взрослых: в 9-10 лет она составляет всего 0.8-1.2 л, в 12-14 лет — 2-2.5 л (у нетренированных взрослых — 6-Юл). В 1 3 лет величина относительного кислородного долга (в рас чете на 1 кг массы тела или 1 м2поверхности тела) примерно равна 6070% соответствующего показателя у взрослых. В системе крови у детей среднего и старшего школьного возраста при физических нагрузках часто возникает 11фаза миогенного лей коцитоза (I-я нейтрофильная), в то время как у взрослых при тех же нагрузках наблюдается лишь I фаза (лимфоцитарная). Большие мышеч ные нагрузки вызывают неадекватные реакции крови у подрост ков — они снижают иммунитет организма. При этом в крови наблю дается угнетение активности и снижение количества Т-лимфоцитов, уменьшается количество иммунного белка гамма-интерферона, по является феномен исчезающих антител. ’ .щ В связи с незавершенностью роста массы сердечной мышцы и объема сердца у подростков увеличение систолического объема крови не достигает еще взрослых величин. Даже при максимальном нарас тании систолического объема при работе его значения лишь в 2 раза превышают уровень покоя, а у взрослых — в 2.5 раза. В возрасте 8-9 лет максимальные значения систолического объема составляют 70 мл,в 10-11 лет— 80 мл,в 14-15лет— 100-120 мл, у взрослых мужчин 20-22 л ет— 140 мл. МНННН 440 Сравнительнонебольшим объемом крови, поступающим и кровя ное русло за од ин удар, объясняется то, что ніростіние минуттит*ітъема крови у подростков еще вж ач ител ьной мере швисит от прсимуще ственного повышении ¥СС Лишь после I У I6-яетнего ввф к яв вели чин* сдвигов ЧСС при нагрузках несколько снижается. Величина МОК у подростков постепенно повышается: в 10-12 лет она равна 12 в юношеском возрасте МОК прибли жается ко взрослому уровню (у взрослых МОК - 4.5-5 л/м ин). Недостаточная эффективность регуляторных процессов в пубер татный период у подростков отражается особенно заметно нреакциях кровообращения на статические нагрузки Если при статических на пряжениях малых мышечных групп реакции сердечно-сосудистой системы вполне эффективны, то при статических напряжениях больших мышечных групп в вертикальной поте они явно недоста* точны — наблюдается неустойчивость венозного тонуса, затяжной период восстановления. Это отражает низкую выносливость подрос тков к подобным статическим нагрузкам. У нетренированных подростков 14-15-и летоптимал ьнос повыше ние МОК наблюдается при мощности работы не более 40-50% М П К, а оптимальное повышение минутного объема дыхания — при 70% М П К, т. е. при работе умеренной мощности изменения дыхательной и сердечно-сосудистой систем наиболее эффективны. С увеличением возраста повышаются функциональные резервы дыхательном системы. При работе на уровне МПК величина МОД (л/мин)увеличивается посравнениюссостоянием покоя в возрасте 8-9 лет в 7-8 раз, в 10-11лет — в 9 -1 1 раз, в 16-18 лет — в 10-12 раз. Однако эффективность дыхания у подростков и в определенной мере у юношей еще мала. Несмотря на возросший рабочий уровеньлегочной вентиляции, альвеолярный воздух у подростков насыщается кислородом при вдохе меньше, чем у взрослых. Это обусловлено менее глубоким дыхательным объемом, большим относительным объемом вредного пространства, меньшей выносливостью дыха тельных мышц, отставанием роста грудной клетки (и соответствен но недостаточной величиной ЖЕЛ), незрелостью регуляторных процессов. К несовершенству газообмена в легких добавляется еше низкая величина кислородной емкости крови и менее эффективный газооб мен в тканях, где невысок коэффициент утилизации кислорода, т. е. малая величина кислорода переходит из артериальной крови в ткани и значительная его часть уносится венозной кровью обратно. У под ростков отмечается менее выгодное соотношение поступления кис лорода в легкие и потребление его тканями: у ребенка 8-9 лет и под ростка 15-16 лет это соотношение составляет 6:1, а у нетренированно го взрослого человека оно равно 5:1 и у тренированного взрослого • * 441 4:1. У взрослых людей каждый литр кислорода при работе на уровне МПК извлекается из 25 л воздуха, а у подростка — из 35 л, т. е. требу емая работа легких почти в 1.5 раза больше, чем у взрослых. При этом кислородный запрос на работу у подростков и юношей выше, чем у взрослых на ту же нагрузку. Отмеченные особенности удовлетворения кислородного запроса свидетельствуют о важности регламентирования физических нагрузок у подростков и юношей. Форсирование нагрузок особенно в период полового созревания мо жет привести к тяжелым последствиям. У девочек 10-11 лет при больших нагрузках возникает несоответствие электрической и меха нической систолы сердца в результате нарушения обменных процес сов в миокарде. При больших нагрузках возникает патологическая инволюция вилочковой железы, нарушение иммунитета приводит к повышенной заболеваемости детей. Угнетается секреция соматот ропного гормона, что приводит к задержке роста, а также гормонов коры надпочечников. У девочек в возрасте 11 -16 лет особенно угне тается секреция половых гормонов, нарушается становление и стаби лизация ОМЦ. В связи с отмеченным в процессе физического воспитания тре буется тщательное дозирование и индивидуализация нагрузок, конт роль за текущим состоянием детей. Постепенное наращивание физи ческих нагрузок в соответствии с возрастными функциональными возможностями развивающегося организма обеспечит рациональное течение адаптационного процесса, сохранение здоровья детей и рост их спортивного мастерства. 3.6.4. ВЛИЯНИЕ СПОРТИВНОЙ ТРЕНИРОВКИ НА РАЗВИТИЕ ФУНКЦИЙ ОРГАНИЗМА И ДИНАМИКУ РАБОТОСПОСОБНОСТИ Систематические занятия физическими упражнениями вызыва ют значительные изменения строения и функций организма, повы шают его функциональные возможности и способствуют развитию физических качеств юных спортсменов. В коре больших полушарий тренирующегося подростка наблюда ется общий подъем функционального состояния (возбудимости и ла бильности) корковых нейронов, улучшаются показатели высшей не рвной деятельности — сила, уравновешенность и подвижность не рвных процессов. Возникающий рост быстродействия мозга отража ется в его электрической активности повышением частоты основного ритма покоя — альфа-ритма ЭЭГ. У юных спортсменов 14-15 лете более высокой частотой альфа-ритма (11-12 колеб./с) на блюдается большая частота теп пин г-теста и более высокая пропуск ная способность мозга, чем у детей того же возраста с меньшей часто той альфа-ритма (8-9 колеб./с). 442 По мере роста специальной работоспособности в ЦНС юного спортсмена происходят специфические изменения, отражающие формирование новых двигательных навыков. Нервные клетки на чинают работать более ритмично и стабильно. Активность отдель ных нейронов синхронизируется с соседними нейронами и с нейро нами ряда отдаленных участков коры, необходимых для участия в управлении конкретными движениями. Тем самым создаются осо бые корковые функциональные системы, отражающие в своем составе специфику освоенного двигательного навыка (см. рис.32), а при циклической работе — темп движений («меченые ритмы» ЭЭГ). Проявление этих корковых функциональных систем в ЭЭГ усили вается у юных спортсменов по мере повышения возраста и спортивно го мастерства, а их особенности проявляются не только во время рабо ты, но и при ее мысленном выполнении (представлении движения), а также в предстартовом состоянии, демонстрируя степень освоения на выка и специфическую преднастройку мозга (табл. 31). Т аблица 31 Динамика межцентральных взаимосвязей в коре больших полушарий у одних и тех же юных спортсменов-фигуристов на протяжении 5-летней тренировки (показано среднее число высоких 0.7-1.0 корреляций потенциалов в ЭЭГ отдельного спортсмена в % от общего числа просчитанных корреляций) (по: Капустин В. С., 1984) Функциональное состояние I юн. , Ш разряд 1 разряд 11-12лет II разряд I разряд кмс 13-14 лет і 15-16 лет 17-18 лет 19-20 лет Исходный фон Представление неспецифического элемента (бег) Представление специфического элемента (перебежка) 9.3 12.2 9.2 12.2 ю.о I 12.8 і 8.2 13.7 11.0 18.9 9.6 10.1 13.8 17.4 23.3 Работа (имитация перебежки) Работа под привычную музыку 14.2 14.6 19.7 27.0 30.0 15.3 19.1 23.3 29.9 32.6 В процессе адаптации к физическим нагрузкам совершенствует ся регуляция кровеносных сосудов мозга. У подростков и юношей, адаптированных к значительным статическим напряжениям в про цессе занятий тяжелой атлетикой, отмечается более стабильный и высокий кровоток в головном мозгу, чем у неподготовленных к та кой работе сверстников. 443 Высокое нервно-психическое напряжение отрицательно сказы вается на возможности с о х р а н я т ь устойчивую работоспособность. Например, более высокая эмоциональная и информационная на грузка в индивидуальных уроках тактической направленности по сравнению с уроками технической направленности у юных фехто вальщиков прй водит к более быстрому развитию утомления и значи тельно сокращает работу до отказа. Вместе с тем, чем выше квалификация юных спортсменов, тем большей способностью они обладают к произвольной мобилизации функциональных резервов для преодоления утомления, особенно в ус ловиях работы с повышенной мотивацией. Они выполняют при этом значительно больший объем работы, чем нетренированные сверст ники, но испытывают более глубокое утомление и нуждаются в более длительном отдыхе. Высокая способность к волевому преодолению развивающегося утомления у юных спортсменов обеспечивается более мощными ра бочими доминантами в ЦНС, высокой возбудимостью симпатичес кой нервной системы, наличием у них значительных гормональных резервов (например, величина суточной секреции адреналина и но радреналина во много раз превышает нормы нетренированных детей) и значительной продукцией нервными клетками стимулирующих нейропептидов. Уже в 12- 14-летнем возрасте юные спортсмены четко дифферен цируются по целому комплексу психофизиологических особенностей на два различных типа, которые совершенно необходимо учитывать при выборе генетически адекватного вида спорта, стиля соревнователь ной деятельности и амплуа спортсмена (атакующий или контрата кующий в боксе, нападающий или защитник в футболе, нападаю щий или разыгрывающий в волейболе и т. п.). На самых начальных этапах спортивной тренировки следует также самым тщательным образом определить ведущую руку и ногу спортсмена для адекватного выбора вооруженной руки в фехтовании, Теннисе, хоккее, правосто ронней или левосторонней стойки в боксе, бьющей ноги в футболе, таеквондо, кикбоксинге и т. п. Неадекватный выбор приводит кзамедлению и остановке роста спортивного мастерства, создает напря женность в организме, связанную с организацией компенсаторных реакций, и угрожает здоровью спортсмена. Физические упражнения оказывают положительное влияние на развитие сенсорных систем. Юные спортсмены отличаются точнос тью кинестетических ощущений, которые выше на наиболее трени руемых мышцах и суставах. При воспроизведении заданных углов сгибания в локтевом суставе (без визуального контроля) фехтоваль щики делают в 3 раза меньше ошибок, а лыжники в 2.5 раза меньше ошибок при сгибании в коленном суставе, чем нетренированные 444 подростки. Юные баскетболисты практически точно воспроизводят с закрытыми глазами угол вращения в лучезапястном суставе. Диа пазон точно воспроизводимых (без визуального контроля) заданных углов в плечевом и бедренном суставе гораздо более широк у высоко квалифицированных юных спортсменов, специализирующихся в таеквондо, чем у нетренированных сверстников. Юные футболисты отличаются более обширным полем зрения. Совершенствование поисковой функции глаза позволяет юным бор цам, боксерам, подросткам, специализирующимся в игровых видах спорта, мгновенно схватывать наиболее значимую информацию и быстро на нее реагировать. Высококвалифицированные юные фигу ристы демонстрируют великолепную вестибулярную устойчивость, выполняя за 55-минутную тренировку до 500 вращений без какихлибо нарушений координации. Опускаясь на пол после вращений на установке «Вертикаль», они почти мгновенно могут принимать ста бильную позу, а у нетренированных подростков это «время нереши тельности» занимает несколько секунд. В среднем и старшем школьном возрасте особенно значительно спортивная тренировка влияет на развитие опорно-двигате/гьного аппарата. В наиболее нагруженных костях скелета заметно увеличи вается толщина и плотность костей, степень их минерализации. Мы шечная масса и сила преимущественно нарастают в наиболее трени руемых мышцах, создавая специфику топографии мышечной силы, характерную для каждого вида спорта. В процессе многолетней спортивной тренировки в скелетных мышцах увеличивается объем быстрых гликолитических волокон типа ІІ-6 (анаэробных). Возможно также, что под влиянием скорстно-силовых физических упражнений многие волокна про межуточного типа (I I-а, окислительные, аэробные) приобретают свойства волокон типа U-б (гликолитических). Показано, что у 12летних спортсменов объем быстрых и мощных мышечных волокон в составе скелетных мышц достоверно превышает этот показатель у незанимающихся подростков (59% против 51%). Эти особенности коррелируют у юных спортсменов с большей (в 3 раза) концентра цией в крови гормона тестостерона в состоянии покоя (5.8 нМ/л против 1.8 нМ /л) и большей концентрацией лактата при анаэроб ной работе. Повышение мышечной силы часто сопровождается чрезмерным усилением тонуса напряжения без достаточной способности к рас слаблению мышц. Такие соотношения снижают амплитудудвижений, препятствуют росту работоспособности мышечного аппарата, приводят к быстрому утомлению мышц. У 13-14-летних футболис тов в 4-х главой мышце бедра отмечали наибольшее увеличение амп литуды тонуса за счет более выраженного нарастания тонуса напря445 жения, а улучшение показателей расслабления наступало лишь после 16 лет, при переходе в команду мастеров. Подобные изменения явля ются результатом усиленной изометрической тренировки силы без необходимого внимания к упражнениям на расслабление. Увеличение тощей массы тела сопровождается у юных спортсме нов уменьшением содержания жира, особенно заметным у предста вителей зимних видов спорта (до 7-8 %от массы тела). Чем меньше у них процент жира в составе тела, тем выше физическая работоспо собность. Систематические тренировки оказывают неоднозначное влия ние на темпы роста иразвития организма детей. У девочек-ретарданток, занимающихся гимнастикой, многолетние тренировки усиливают отставание их биологического возраста от паспортного (меньше стандартных величин масса и длина тела, более позднее появление менархе и пр.). Лишь к 16-летнему возрасту они начина ют догонять сверстниц. В противоположность этому у пловцов-акселератов увеличиваются темпы развития (нарастают проявления акселерации), они в 13-летнем возрасте на 2-3 года и более опережа ют сверстников по многим показателям. Многие юные баскетболи сты в 13 лет достигают показателей 17-18 летних юношей, опережая однолеток на 4-5 лет. Перестройки соматических функций организма сопровождаются изменениями вегетативных показателей у юных спортсменов. Развитие массы сердечной мышцы и увеличение объема сердца по вышают аэробные возможности организма. В системе дыхания под влиянием длительной тренировочных занятий повышается эффек тивность и экономичность дыхательной функции, увеличивается ЖЕЛ( на 123% против должных величин), что обеспечивает быстрый рост МПК. Снижается чувствительность дыхательного центра к не достатку кислорода (гипоксии) и избытку углекислого газа (гиперкапнии). Это позволяет существенно увеличить переносимость кис лородного долга и продлить задержку дыхания. При адаптации организма юных спортсменов к работе перемен ной мощности показатели сердечно-сосудистой и дыхательной сис темы становятся более подвижными, точнее следуют за текущими изменениями мощности нагрузки. Большое значение в адаптации к аэробной и смешанной аэробно анаэробной работе имеет повышение кислородной емкости крови. По казано, что увеличение работоспособности юных бегунов на средние дистанции коррелирует с увеличением количества эритроцитов, ге моглобина и содержанием железа в крови. У 10-11-летних пловцов отмечалось повышенное содержание эритроцитов в крови и досто верное повышение физической работоспособности на протяжении годичного тренировочного цикла (табл. 32). 446 Т аб л и ц а 32 Физическая работоспособность и количество эритроцитов в крови у юных пловцов и нетренированных мальчиков 10-11 лет в начале и конце учебно-тренировочного года (по: Еремеев В. Я. и др., 1983) Группы обследуемых Пловцы-мальчики Нетренир. мальчики PWC 170 Количество Количество PWC,,. в начале года, в конце года, эритроцитов эритроцитов кгм/мин кгм/мин в начале года, в конце года, п- 10,г/ л п • 10й/л 497.9 429.6 616.5 538.5 4.57 4.55 Юные спортсмены-лыжники 1разряда в возрасте 16-17 лет, имев шие в состоянии покоя высокое содержание в крови эритроцитов (до 5.12-1012/л) и гемоглобина (до 168 г/л), а также большую величину ЖЕЛ (до 5.7 л), показывали очень высокие функциональные изме нения при выполнении велоэргометрических нагрузок, характерные лишь для высококвалифицированных взрослых спортсменов: мак симальная мощность работы у них достигала 400 Вт, относительные величины МПК составляли 73.6 мл/мин- кг, ЧСС возрастала до 240 уд./мин, систолическое АД поднималось до 200 мм рт. ст., а концен трация лактата доходила до 26.5 мМоль/л. Подобные высокие показатели доступны юным спортсменам только после окончания периода полового созревания, а на протяже нии переходного периода они, чаще всего, испытывают временное снижение работоспособности, связанное с перестройкой функций в организме. Временное снижение физическойработоспособности юных спортсменов в период полового созревания (особенно в II1фазу) наблю дается несмотря на продолжение систематических тренировок (рис 58). После окончания этого периода снова показатели работоспособ ности превышают данные малоподвижных подростков и юношей. Многочисленными работами продемонстрировано, что рацио нальное построение тренировочного процесса приводит к улучшению сопротивляемости юного организма инфекционным и простудным за болеваниям, снижает их количество и продолжительность, уменьша ет возможность осложнений. Изучение механизмов адаптации юных спортсменов к физичес ким нагрузкам показало, что этот процесс сугубо индивидуален, за висит от множества морфофункциональных и психофизиологичес ких показателей молодого организма, которые довольно жестко кон тролируются генетически. Тренерам и педагогам, а также самим спортсменам необходимо помнить, что совершенствование функци ональной подготовленности юныхспортсменовтребует обязатель447 9-10 11-12 13-14 15-16 17-18 19-20 Возраст, лет Рис 58. Возрастная динамика физической работоспособности футболистов по отношению к работоспособности юных нетренированных сверстников, принятой за 100% каждого врожденных функций под влиянием физических J1UM случае W ip u v — ------- ------ - ного мастерства, не ухудшая процессов роста и развития и сохраняя на высоком уровне здоровье юного спортсмена. 4. ФИЗИОЛОГИЧЕСКИЕ ОСОБЕННОСТИ УРОКА ФИЗИЧЕСКОЙ КУЛЬТУРЫ В ШКОЛЕ В последние годы, наряду с общеобразовательными школами, по явились новые учебные заведения (гимназии, лицеи), в том числе и частные, которые характеризуются возросшим объемом общей учеб ной нагрузки и снижением внимания к занятиям физической куль турой. Это приводит к существенному ухудшению функций орга низма, развитию преморбидных состояний и повышению уровня за болеваемости учащихся. В физкультурных и педагогических вузах России студенты зна комятся с некоторыми положениями педагогического контроля и особенностями функций организма школьников на уроках физичес кой культуры. Однако в методических указаниях поданной пробле ме отсутствуют сведения о влиянии занятий физическими упражне ниями на состояние здоровья детей. Параллельное рассмотрение этих вопросов педагогами, тренерами и физиологами будет способ ствовать всестороннему взаимодополнению и более глубокому ана лизу влияния физических нагрузок на организм учащихся. Хорошо известно, что достаточное и правильно организованное физическое воспитание становится действенным средством сохране ния и укрепления здоровья, улучшения физического и функцио нального развития детей и подростков. Сдругой стороны, анализсуществующей системы педагогического и медицинского контроля за уроками физической культуры свидетельствует о том, что такие за нятия проводятся без достаточного учета физиологических особен ностей организма и работоспособности школьников. 4.1. ФИЗИОЛОГИЧЕСКОЕ ОБОСНОВАНИЕ НОРМИРОВАНИЯ ФИЗИЧЕСКИХ НАГРУЗОК ДЛЯ ДЕТЕЙ ШКОЛЬНОГО ВОЗРАСТА Одной из важнейших задач возрастной физиологии является н о р м и р о в а н и е физических нагрузок для детей с учетом раз личного их возраста. Обоснование физических нагрузок, адекватных функциональным возможностям организма, обычно осуществляет ся потрем параметрам: а) величина сдвигов физиологических констант и, прежде всего, частота сердечных сокращений, уровень артериаль ного давления, потребление кислорода и легочная вентиляции: б) биоэнергетические затраты организма; в) интенсивность физичес кихупражнений (сила, скорость передвижения). В физиологии спорта чаще всего используются две классифика ции интенсивности физических упражнений. Согласно одной из них, интенсивность физических нагрузок оценивается величиной по требления кислорода и количеством затраченной энергии. В этом случае упражнения делят на группы с преобладанием аэробных, ана эробных или смешанных (анаэробно-аэробных) путей энергопро дукции. При этом подчеркнем, что удовлетворение энергетических запросов организма обеспечивают три энергетические системы: а) анаэробная фосфагенная (АТФ, КрФ), она же алактатная; б) анаэ робная лактатная (гликолитическая); в) аэробная (окислительное фосфорил ирован ие). В другом случае весь диапазон интенсивности физических нагру зок делится на зоны мощности, в зависимости от показателей механи ческой работы, которую выполняет человек. Впервые такую класси фикацию осуществил А. Хилл в 1926 г., но более детально её рассмот рел В.С.Фарфель (1947), которым была установлена четкая зависи мость между скоростью преодоления дистанции и предельным временем, в течение которого эта скорость может поддерживаться. Им обоснованы четыре зоны относительной мощности: максималь ная, субмаксимальная, большая и умеренная. Считается, что тренировочная нагрузка любого занятия физичес кими упражнениями должна обеспечивать не только нужную вели чину и направленность срочного эффекта, но и его взаимодействие с 449 тренировочными эффектами предшествующего и последующего за нятий (чистый фон или предшествовало какое-то упражнение). Ис ходя из этого, отмечают три типа взаимодействий, при которых на грузка предшествующих упражнений влияет на функциональные сдвиги, вызванные нагрузкой последующего упражнения: а) поло жительное взаимодействие (сдвиги функций увеличиваются); б) от рицательное (сдвиги уменьшаются); в) нейтральное (изменения функций не существенны). Для развития тренированности важно положительное взаимодеиствие которое достигается в следующих случаях: а) в начале занятия выполняются анаэробные алактатные упражнения (скоростно-сило вые) а затем анаэробные гл иколитические (упражнения на скорост ную выносливость); б) сначала выполняются алактатные анаэроб ные упражнения, а затем аэробные (упражнения на общую выносли вость)' в) сначала выполняются анаэробные гликолитические, затем аэробные упражнения. При другом сочетании упражнений добиться положительного взаимодействия трудно, а подчас и невозможно. Так, если вначале выполнять аэробные, а затем анаэробные упражне ния', то взаимодействие энергетических систем будет отрицатель ным, а тренировочные занятия будут мало эффективными. Наряду со сказанным, при нормировании нагрузок рекомендует ся учитывать следующие компоненты: 1) продолжительность уп ражнения, 2) его интенсивность', 3) продолжительность интервалов отдыха между упражнениями; 4) характер отдыха (активный, пас сивный); 5) число повторений упражнений. Анализ и учет всех этих компонентов позволяет, с одной стороны, регулировать интенсив ность нагрузок, а с другой, — прогнозировать величину и характер функциональных сдвигов у занимающихся. На уроках физической культуры должны выполняться упражне ния как циклического характера (ходьба, бег, приседания), направ ленные прежде всего на развитие быстроты и выносливости, так и ациклического характера (прыжки, метания, гимнастические уп ражнения), развивающие силу и ловкость. Необходимость ацикли ческих движений подтверждается большим их представительством при выполнении трудовых и бытовых двигательных действий. При нормировании нагрузок в упражнениях циклического ха рактера первостепенное значение приобретает оценка энерготрат на данную работу, степень функциональных сдвигов при её выполне нии и скорость их восстановления. При нормировании интенсивно сти ациклических упражнений главное значение приобретает оценка уровня устойчивости двигательного динамического стереотипа разу чиваемого движения, степень совершенства коррекций движений и их конечные результаты и в меньшей мере — показатели функцио нальных изменений и скорость их нормализации. 450 Одна из задач физиологически обоснованного нормировании на грузок на уроках физической культуры состоит в том, чтобы затраты энергии, число повторений упражнений и продолжительность вы полнения серий упражнений были оптимальными. Если затраты энергии и число повторений упражнений малы, то эффект занятий будет понижен вследствие недостаточной мобилизации физиологи ческих функций. Если же затраты энергии, число повторений и про должительность упражнений чрезмерно велики, то эффект упраж нений будет также снижен, но в результате ослабления физиологи ческих процессов в связи с истощениями энергоресурсов, ферментов и нарушениями механизмов регуляции функций. В настоящее время считается, что затраты энергии детей младшего и среднего школьного возраста на уроках физической культуры дол жны составлять 20-30% МПК. Продолжительность серий упражне ний не должна превышать той, при которой появляются признаки нарушения согласованного ритма физиологических процессов (Л юбомирскийЛ. Е., 1989). Проведенный автором анализ эксперимен тальных показателей работоспособности школьников от 7 до 11 лет и особенностей адаптации их систем дыхания и кровообращения дает основание считать, что использование чередования нагрузок боль шой и умеренной интенсивности позволяет повышать эффектив ность уроков физической культуры, направленных на развитие вы носливости учащихся. 4. 2. ИЗМЕНЕНИЕ ФУНКЦИЙ ОРГАНИЗМА ШКОЛЬНИКОВ НА УРОКЕ ФИЗИЧЕСКОЙ КУЛЬТУРЫ Физиологическое обоснование нагрузок на уроках физической культуры прежде всего обусловлено необходимостью изучения дви гательной деятельности на уроке с учетом интенсивности нагрузок и времени их выполнения, а также оценкой функционального состоя ния организма в ответ на эти нагрузки. Исходя из этих основных положений, в настоящее время общепринятой является с т р у к т у р а у р о к а физической культуры, состоящая из трех взаимо связанных частей: вводной (подготовительной)уосновной и заюіючительной. Продолжительность каждой части урока должна опреде ляться направленностью и характером учебной деятельности, возра стом и полом школьников, их физическим и функциональным развитием. В общеобразовательных школах в соответствии с суще ствующими рекомендациями по проведению урока физической культуры время его каждой части довольно четко регламентировано. П о д г о т о в и т е л ь н а я ч а с т ь у р о к а , продолжитель ностью 8-10 мин, включает ходьбу с построением, бег со средней скоростъюи вольные упражнения. Упражнения подготовительного 451 этапа урока направлены на достижение врабатывания организма школьников к основной его части. Врабатывание различных орга нов и систем осуществляется неравномерно (вначале — быстро, затем медленнее) и неодновременно (гетерохронно)—двигательная систе ма (10-30 сек), вегетативные органы (3-5 мин). С физиологических позиций в период врабатывания происходит перестройка нервных и гуморальных механизмов регуляции анимальных и вегетативных систем, формирование необходимого двигательного стереотипа и улучшение к о о р д и н а ц и и движений, атакже достижение требуемого уровня функций вегетативных органов и систем, оптимально обес печивающих данную мышечную деятел ьность. О с н о в н а я ч а с т ь у р о к а , продолжительностью около 30 минут, включает бег, ходьбу, прыжки в длину и высоту и направ лена, прежде всего, на развитие быстроты и выносливости. Физиоло гический интерес состоит в том, что в этой части урока следует ожи дать наиболее выраженные функциональные изменения. З а к л ю ч и т е л ь н а я ч а с т ь у р о к а (5 -7 мин)включа ет ходьбу, прыжки на двух и одной ноге, бег со средней скоростью, ходьбу с глубоким дыханием. Все упражнения в этой части урока должны выполняться в замедленном темпе, способствуя расслабле нию мышц, нормализации функций организма и активизации вос становительных процессов. Заключительная часть урока должна способствовать постепенному переходу от активной мышечной дея тельности к обычному двигательному режиму школьника. Как же изменяются функции организма на различных этапах урока? Во время подготовительной части урока функциональные из менения характеризуются преобладанием процессов возбуждения в ЦНС, повышением возбудимости сенсорных, моторных и вегетатив ных нервных центров, улучшением работы желез внутренней секре ции. Все это ведет к усилению функций различных органов и систем и, в частности, проявляется ускорением сенсомоторных реакций, увеличением скорости проведения импульсов по нервным и мышеч ным волокнам; увеличивается скорость метаболических процессов в мышцах, растет содержание в крови катехоламинов и кортикостеро идов, повышается температура тела. Со стороны вегетативных органов и систем отмечаются тахикар дия, повышение артериального давления и скорости кровотока, уве личиваются ударный и минутный объемы крови, её венозный воз врат, улучшается микроциркуляция скелетных мышц, миокарда, кожи. Увеличиваются частота и глубина дыхания, минутный объем дыхания, растет коэффициент использования кислорода, повыша ется количество лейкоцитов, эритроцитов и гемоглобина, отмечается сдвиг кривой диссоциации оксигемоглобина вправо и растет кисло родная емкость крови, увеличивается потоотделение и др. Физиоло452 гическии смысл всех этих изменений заключается в переходе различ ных:органов и систем на новый уровень функционирования, оптималь ный для конкретной мышечной деятельности. Существующие «Методические рекомендации по проведению урока физической культуры» предусматривают максимальные сдви ги физиологических функций в основной части урока и возвращение их к исходному состоянию в заключительной части. Однако, как показа ли специальные исследования В. С. Фарфеля с сотрудниками (1949) и других специалистов, отмечаются значительные отклонения фак тических данных от методических рекомендаций. В частности, было установлено существенное увеличение частоты сердечных сокраще ний даже в подготовительной части урока (160-180 уд/мин, а реко мендуется увеличение не более, чем в 1,5-2 раза от исходного); иногда в подготовительной части урока изменения функций происходят в сторону увеличения посравнениюс основной; в заключительной ча сти урока показатели не всегда достигают исходных величин. Все это свидетельствует о неправильном распределении физичес ких нагрузок на уроке, а следовательно урок не всегда достигает сво ей цели — повышению выносливости и тренированности, сохране нию и укреплению здоровья учащихся. С другой стороны, это ука зывает на необходимость более глубокой и всесторонней физиолого педагогической оценки урока физической культуры и внесения соответствующих коррективов в его проведение. 4.3. ВЛИЯНИЕ ЗАНЯТИЙ ФИЗИЧЕСКОЙ КУЛЬТУРОЙ НА ФИЗИЧЕСКОЕ, ФУНКЦИОНАЛЬНОЕ РАЗВИТИЕ, РАБОТОСПОСОБНОСТЬ ШКОЛЬНИКОВ И СОСТОЯНИЕ ИХ ЗДОРОВЬЯ Уроки физической культуры должны повышать устойчивость орга низма школьников к физическим нагрузкам и быть направлены на улуч шение физического и функционального развития, повышению работо способности, сохранение иукрепление здоровьяучащихся. Медико-биологической основой этих процессов являются физиологические, био химические и морфологические изменения, возникающие во время занятий физическими упражнениями, а также совершенствование не рвной и гуморальной регуляции функций организма учащихся. Одно из основных физиолого-педагогических требований урока фи зической культуры состоит в получении т р е н и р о в о ч н о г о э ф ф е к т а . В физиологическом отношении тренировочный эф фект заключается, прежде всего, в повышении функциональных возможностей различных органов и систем и развитии адаптации организма к физическим нагрузкам. Тренировочный эффект возникает, если нагрузкадостигает или пре вышает пороговую величину, которая всегда должна быть вышеобыч453 ной повседневной (бытовой) нагрузки. Выбирая величину пороговой на грузки следует учитывать функциональные возможности организма, возрасти пол школьников. Одна и таже нагрузка может быть выше или ниже пороговой для школьников разного возраста (младший, средний, старший) и разного пола. Для решения различных задач урока (вводная, основная, заключительная) величина пороговых нагрузок также долж— - ч ш ------------- ппа правильного и гоаучитывать M U I M U I U l i p U D V M V i i n / i J U I 1/11 — — j — целый ряд методических и медико-биологических положении. В соответствии с фазовым протеканием адаптационных измене ний тренировочный эффект физических упражнений может быть различным: срочным, отставленным (пролонгированным) и кумуля тивным. . С р о ч н ы й э ф ф е к т н а г р у з к и проявляется функци ональными изменениями в организме во время или вскоре после окончания нагрузок (до 30-60 мин). Главная физиологическая осо бенность срочного эффекта заключается в том, что он формируется на основе готовых, ранее образованных механизмов регуляции и программ приспособления и характеризуется избыточной активаци ей различных органов и систем. О т с т а в л е н н ы й т р е н и р о в о ч н ы й э ф ф е к т на блюдается на поздних фазах восстановления и в физиологическом отношении представляет собой продолжительную деятельность раз личных органов и систем на повышенном уровне их функциониро вания. Именно отставленный эффект способствует развитию в орга низме явлений суперкомпенсации. Кумулятивный э ф ф е к т возникает как результат последовательного суммирования срочных или отставленных и фор мируется на основе вновь создаваемых программ и механизмов при способления. В кумулятивном эффекте возникают изменения, свя занные с усилением синтеза нуклеиновых кислот и белков, способ ствующих развитию долговременной адаптации. Кумулятивный эффект выражается в улучшении физического и функционального развития, повышении работоспособности и вызывает две основные физиологические перестройки: а) увеличение функциональных ре зервов организма; б) повышение экономичности (эффективности) деятельности различных органов и систем. Продолжительность упражнений тесно связана со скоростью их выполнения и определяется характером энергообеспечения. Так, при выполнении упражнений в максимально возможном темпе втечение 3-10 сек энергообеспечение осуществляется по креатинфосфатному механизму, при работе от 20 сек до 3-5 мин — гликолитическому (лактатному) и при умеренной нагрузке в течение десятков ми нут и нескольких часов развертываются аэробные реакции. 454 Существенное значение имеет продолжительность интервала отдыхи между нагрузками. Если нагрузки невелики и отдых между ними достаточен, то школьники работают при аэробном энергообес печении, если нагрузки большие, а отдых мал — при анаэробном энергообеспечени и. Увеличение числа повторений упражнений в аэробных условиях повышает функциональные возможности кислородтранспортной системы и физическую работоспособность, а при увеличении числа повторений в анаэробных условиях — наступает истощение механиз мов энергообеспечения и снижаются функциональные возможности организма. С увеличением возраста школьников, которые регулярно занима ются физическими упражнениями, функции организма и работос пособность улучшаются. С другой стороны, достоверно установлено, физическимиупражнениями д. развития ныне учебным планом, недостаточно. В частности, специально вы полненными исследованиями под руководством Л. Е.Любомирекого (1989), школьников разных возрастных групп (7-10 классы) при обычном занятии физической культурой (2 часа в неделю) и допол нительном введении одного внеурочного часа установлено, что улиц экспериментальной группы были лучшие показатели гемодинами ки, внешнего дыхания, энергообеспечения и выше уровеньфизической работоспособности поданным велоэргометрии. Былотакже по казано,чтоушкольниковвстадии завершения полового созревания как в состоя н и и покоя, так и при различных физических нагрузках (по сравнению с лицами препубертатного периода) показатели фун кций организма более экономичны и у них существенно выше рабо тоспособность. Известно, что в странах Западной Европы, США и Японии на за нятия по физическому воспитанию школьников отведено от 3-х до 6 часов в неделю. И лаже при таком положении дел в ФРГ, например, «более 60% школьников страдают заболеваниями, которые раньше считались «привилегией» лиц пожилого возраста». В США по дан ным Президентского совета по физической подготовке и спорту «... в начале 80-х годов лишь 0,1% школьников выполняли спортивные нормативы, установленные советом «(Жарова Л., Станиславская Е.. 1987). Есть все основания полагать, что физическое и функциональ ное развитие школьников нашей страны и состояние их здоровья — не лучше. Поданным доклада в Государственной думе в 1993 г. о состоянии здоровья населения Российской Федерации, 60% детей в возрасте от 3 по 7 лет отнесены к практически здоровым, но имеющим различ ные функциональные нарушения. В частности, у 30-40% детей млалІЙ І 0 ^ ----------------------- — ш ■» ^ w ^ ■■ щ ^ ' Щ0 ш т 455 шего и у 20-30% — старшего дошкольного возраста отмечены невро тические нарушения, у 35% — отклонения со стороны опорно-двига тельного аппарата и пр. За последние 33 года (1960-1993) численность практически здо ровых школьников (I-II группы здоровья) снизилась в первых клас сах с 61 %до 46%, в восьмых - с 60% до 48%. С переходом из класса в класс здоровье детей ухудшается. За время обучения в школе число абсолютно здоровых детей снижается в 4-5 раз, особенно в 5-4 клас сах, когда совпадают периоды полового созревания и повышенной учебной нагрузки. К 8 классу в 5 раз возрастает частота нарушении со стороны органа зрения, в 1,5-2 раза — нервно-психических рас стройств, в 2-3 раза — нарушения осанки. По данным Первого съезда практических психологов (1994), око ло 80% школьников заканчивают учебу с отклонениями в состоянии здоровья, 45% из них являются хроническими больными. Причиной такого состояния являются издержки школьного обучения. Высокая интенсивность школьного обучения и недостаточназ?двигательная активность приводят к резкому снижению эмоционального и психи ческого тонуса учащихся, повышению уровня тревожности и сниже нию их умственной работоспособности. Гипокинезия, вызывая нарушения обменных процессов и избы точное отложение липидов, способствует заболеванию детей ожире нием. У таких детей чаше возникают травмы, у них в 3-5 раз выше простудная заболеваемость. На протяжении школьного обучения у 14-18% школьников развивается гипертоническая болезнь, а 2025% детей из числа отстающих в учебе по состоянию здоровья стано вятся второгодниками. Как указывают авторы, школьные уроки фи зической культуры (2 часа в неделю) восполняют двигательный дефи цит толькона 11%. На протяжении последних десяти лет под нашим руководством проводились комплексные обследования детей дошкольного возрас та, школьников и студентов в различных регионах России (Кали нинград, Кемерово, Краснодар, Курск, Санкт-Петербург, Шуя, Ус сурийск). Результаты этих исследований, значительная часть ко торых уже завершена и защищена в виде кандидатских и докторских диссертаций, позволили нам сформулировать и реализовать некото рые теоретические и прикладные проблемы профилактического, диагностического и оздоровительного характера. Выполненные комплексные исследования по оценке функцио нального состояния Ц Н С , сердечно-сосудистой, дыхательной и сен сорных систем, органов выделения, энергообеспечения и физической работоспособности у школьников и студентов в процессе регулярных занятий физическими упражнениями позволили установить некото рые особенности в проявлении вышеназванных физиологических ре456 акций по сравнению с аналогичными показателями у лиц, не занима ющихся физическими упражнениями. В частности, у последней кате гории обследованных перестройка регуляторных приспособитель ных механизмов и мобилизация физиологических резервов осуще ствляется, как правило, с повышенными энергетическими затрата ми. В зависимости от возраста и стажа физкультурных занятий установлены различные типы кортикального влияния на процессы центральной регуляции адаптивных механизмов с вовлечением в этот процесс различных отделов головного мозга. Особенностью деятельности сердечно-сосудистой системы .уде тей в первые годы регулярных занятий физическими упражнениями с определенными нагрузками является преобладание процессов гипер трофии миокарда и болееумеренноерасширение полостей сердца. Под влиянием умеренных физических нагрузок у школ ьников и студен тов улучшается взаимодействие анализаторных систем, нормализу ется кислотно-щелочной бшанс организма, ускоряется восстановле ние мышечного тонуса, а также совершенствуются фильтрацион ные, водо-, ионо— и осморегулирующие функции почек. J1ица, не зани мающиеся регулярно физическими упражнениями, при нагрузках характеризуются более ранним метаболическим ацидозом и корот ким аэробно-анаэробным переходом, что является факторами, ли митирующими физическую работоспособность и способствующими возникновению отдельных заболеваний. В процессе систематических занятий определенным видом труда в организме человека формируется с п е ц и а л ь н а я ф у н к ц и о н а л ь н а я с и с т е м а а д а п т а ц и и . Образование та кой системы у школьников и студентов составляет принципиа.іьную основу долговременного приспособ.гения к физическим нагрузкам и реа лизуется повышением эффективности деятельности различных ор ганов, систем и организма в целом (Солодков А.С., 1988). Установлеособенности ообеспе и стажа занятий. Зная закономерности формирования функциональ ной системы, можно различными средствами эффективно влиять на отдельные ее звенья, ускоряя приспособление к физическим нагруз кам и повышая работоспособность, т.е. управлять адаптационным процессом, а также предупреждать неблагоприятно направленные функциональные сдвиги и сохранять здоровье учащихся. Сохранение и восстановление здоровья населения (вланном случае не принимается во внимание лечение болезней) могут осу ществляться путем применения различных способов и средств. В на стоящее время наиболее распространенными являются, скрининг населения с выявлением «групприска» среди практически здоровых людей, формирование и реализация здорового образа жизни, улуч457 шение экологической ситуации, условий труда и быта людей и др. Од нако многие из них требуют значительных материальных затрат, до рогостоящего оборудования и аппаратуры, специального обучения персонала. Вместе с тем, достаточная двигательная активность, на правленная на борьбу с гиподинамией и гипокинезией, широкое физи исследования способствуют укреплению здоровья человека, повышению устойчи вости его организма к действию различных неблагоприятных факто ров внешней среды (температура, давление, загрязненность воздуха и воды, инфекции и др.), а также сохранению и восстановлению ра ботоспособности, препятствию развития раннего утомления и пе реутомления и коррекции психоэмоциональных перегрузок во вре мя профессиональной деятельности человека. В процессе выполнения исследований нами была теоретически обоснована и экспериментально проверена на практике в школах, гимназиях и вузах России концепция функциональной взаимозави симости физических нагрузок, показателей функций организма и со стояния здоровья учащихся (рис. 59). Оказалось, что недостаточная двигательная активность ведет к изменению функциональных пока зателей организма, отрицательные сдвиги которых могут вызывать возникновение предпатологических состояний и заболеваний. Воз никшие формы патологии уже, в свою очередь, снижают двигатель ную активность, ухудшают функциональное состояние организма и еще более увеличивают интенсивные показатели заболеваний, ко- Обозначения: 1 — уровень физической активности 2 — состояние функций организма 3 — заболеваемость щиональная взаимосвязь физича и состояния здоровья населения 458 торые нередко приобретают хронический характер. Таким образом получается порочный замкнутый круг, который проще и доступнее всего разорвать путем применения различных физических упражне ний в достаточном объеме с учетом возраста, пола, тренированно сти и состояния здоровья людей. В частности, проведенное нами медико-педагогическое наблюде ние за учащимися гимназии физико-математического профиля при СПбГУ показывает, что ученики 9-го класса (первый год обучения в гимназии) совершают от 12000 до 20000локомоций (поданным шагометрии), в 10-м классе 5000-12000 и в 11 -м классе — от 10000 до 15000 (рис. 60). Анализ функций сердечно-сосудистой системы сви детельствует, что за трехлетний период обучения у детей как в состо янии покоя, так и при физических нагрузках наблюдается тенденция ктахикардии, развитию гипотензивных реакций и снижению мы шечной работоспособности. Обозначения: шагометрия (в тысячах) обращаемость за медпомощью освобождение о т занятий физкультурой (в %) 15 10 5 9 класс 10 класс 11 класс Рис. 60. Взаимозависимость двигательной активности и состояния здоровья учащихся 459 Поданным врачей этой гимназии, среди учащихся 9-го класса те или иные заболевания, по поводу которых они обращались за ме дицинской помощью, отмечены у 54% гимназистов, в 10-м классе — у 86% и в 11 -м классе — у 78% обучающихся. Несомненный интерес представляют сведения об освобождении учащихся по болезни от за нятий на уроках физической культуры. Так, если общее число ос вобождений в 9-м классе условно принять за 100%, то в 10-м классе оно составило 307% и в 11 -м классе — 265%. Анализ общей заболева емости гимназистов во всех трех классах позволил установить, что среди 227 человек те или иные формы патологии выявлены у 164 (74,4%) учащихся. Касаясь состояния здоровья студентов высших учебных заве дений в различных городах России, можно сказать следующее. Удельный вес студентов, включенных в специальные медицинские группы (Калининградский университет, Кубанский медицинский институт, Санкт-Петербургские медицинские вузы, Шуйский и Уссурийский педагогические институты) составляет от 15% до 30%. Совершенно очевидно, что в состав этих групп включаются не все студенты, имеющиете или иные формы патологии. Поэтому об щая заболеваемость студентов в различных вузах колеблется от 50% до 75% от общего их числа. У школьников и студентов, регулярно зани мающихся физическими упражнениями, общая заболеваемость в 1,5-2 раза ниже, чем у лиц контрольных групп. 4.4. ФИЗИОЛОГО-ПЕДАГОГИЧЕСКИЙ КОНТРОЛЬ ЗА ЗАНЯТИЯМИ ФИЗИЧЕСКОЙ КУЛЬТУРОЙ И ФИЗИОЛОГИЧЕСКИЕ КРИТЕРИИ ВОССТАНОВЛЕНИЯ ОРГАНИЗМА ШКОЛЬНИКОВ Для эффективного нормирования и управления уроком физической культуры необходим комплексный физиолого-педагогический конт роль, на основании которого оценивается эффект нагрузки и функцио нальное состояние организма. Зарегистрированные в процессе конт роля параметры функционального состояния и эффектов нагрузки сопоставляются с количественными и качественными её характерис тиками, на основании чего составляется конспект урока и методичес кие рекомендации по его проведению. Используются следующие виды контроля: оперативный, текущий к этапный. О п е р а т и в н ы й к о н т р о л ь предназначен для регистра ции одного упражнения, серии упражнений иурока в целом, атакже функциональных изменений организма. Анализ результатов конт роля основан на оценке зависимости типа «доза-эффект», где дозой является величина и время нагрузки, а эффектом — степень выра женности и направленность функциональных сдвигов. Установле но, что наибольшее потребление кислорода, более эффективное 460 функционированиеразличных органов и систем отмечается при сред них по величине объемах нагрузок. Малые нагрузки не вызывают не обходимого физиологического эффекта, большие — угнетают дея тельность кислородтранспортной системы, снижают функциональ ные резервы и работоспособность учащихся. Оперативная оценка физиологической стоимости упражнений имеет большое значение при выборе рациональной последователь ности их выполнения и продолжительности на уроке. Нагрузку на уроке нужно распределять так, чтобы получить заданное (положи тельное или отрицательное) взаимодействие срочных эффектов, ко торое должно проявляться вувеличении или в уменьшении функци ональных сдвигов, вызванных предшествующей энерготратой и последующей работой. Если во время урока используется много раз личных упражнений, оценка величины и направленности срочных эффектов каждого из них позволяет установить их нагрузочную сто имость и оптимизировать последовательность выполнения. Уста новлено, что частота сердечных сокращений при выполнении упраж нений на различных гимнастических снарядах практически одина кова. Однако, если определять частоту пульса только в начале нагру зок, то наибольшие сдвиги при этом наблюдаются при выполнении вольных упражнений, а наименьшие — во время прыжков. Особенно важен оперативный контроль за динамикой функциональных сдви гов в игровых частях урока, когда упражнения выполняются одно временно группой школьников. Т е к у щ и й к о н т р о л ь предусматривает регистрацию на грузок и их влияние на организм за несколько уроков (5-10). В осно ве текущего контроля лежат данные регистрации показателей каждо го урока, их сопоставление с результатами контрольных занятий и с показателями текущего функционального состояния школьников. Анализ данных текущего контроля проводится на основе оценки вос становления основных функций организма в зависимости от объема выполненной нагрузки. Полученные данные о характеристике вос становительных процессов служат основой для планирования на грузки на ближайшие уроки при обязательном учете гетерохронности восстановления различных функций. Поэтому подбор упражне ний должен осуществляться таким образом, чтобы одинаковые по направленности нагрузки задавались через достаточные интервалы времени для восстановления ведущих функций организма. Э т а п н ы й к о н т р о л ь нагрузки заключается в регистра ции её параметров и их анализе на протяжении нескольких месяцев, и даже всего учебного года. Количество этапов зависит от возраста, пола, подготовленности школьников и педагогических задач урока. Главными задачами этапного контроля являются анализ спортивных результатов, физического развития, функционального состояния и оп461 ределения наиболее эффективных нагрузок, обладающих выраженным развивающим воздействием. Рассчитав соотношение нагрузок раз ной направленности, следует сопоставлять полученные результаты с показателями кумулятивного эффекта нагрузки. Надежность полу ченных при этом данных зависит, прежде всего, от информативности тестов этапного контроля, к числу которых относят энерготраты организма и показатели физической работоспособности школьников. Наиболее доступными методиками для определения энерготрат являются различные расчетные показатели. Так, энерготраты всостоянии абсолютного покоя (основной обмен) рассчитывают по фор муле Рида: Е = 0,75 (ЧСС І 0,74 - ПД172), где: Е — энерготраты в ккал/сут; ПД — пульсовое артериальное давление в мм рт.ст. Широкое распространение для этих целей получила формула Брейтмана: Е р 0,75 • ЧСС + 0,5 • ПД - 74, где: Е — энерготраты в %от стандартов Гарриса и Бенедикта. В физиологии труда и спорта общие энерготраты организма (Е общ.) рассматривают как сумму энергетических расходов в покое (Е пок.) и при нагрузке (Е нагр.): Е общ .= Е пок. + Е нагр. При этом энерготраты в покое рассчитывают по формуле: Е пок. = W йсх. ■0,014, где: Е пок. — мощность энерготрат в покое, ккал/мин; W исх. — исходная мощность функционирования организма в Вт; 0,014 — коэффициент пересчета Вт в ккал/мин. Энерготраты при выполнении физических нагрузок определяют по формуле: Е нагр. = W нагр. • 0,014 • 5, где: W нагр. — мощность функционирования организма в процессе физической работы в Вт; 5 — коэффициент перерасчета энерготрат организма при выполнении работы на велоэргометре с КПД = 20%. Нередко для практических целей при расчете энерготрат спортсме нов используют применяемое в физиологии и гигиене труда сопостав ление энергетических характеристик определенных этапов физичес ких упражнений с представленными в литературе константами, полу ченными при аналогичных видах деятел ьности методом прямой и не прямой калориметрии. Такая методика не является абсолютно точной, но при оценке энерготрат в динамике она вполне допустима. 462 При оценке физическойработоспособности существуютраз/шчные методические подходы. Прежде всего используют её п р я м ы е п о к а з а т е л и , которые позволяют оцени вать профессиональную (спортивную) деятельность как с количественной (метры, секунды, килограммы, очки и т.д.), так и с качественной (надежность и точ ность выполнения конкретных физических упражнений) сторон. К косвенным критериям работоспособно с т и относят различные клинико-физиологические, биохимичес кие и психофизиологические показатели, характеризующие измене ния функций организма в процессе работы. Другими словами, кос венные критерии работоспособности представляют собой реакции организма на определенную нагрузку и указывают на то, какой физио логической ценойдля человека обходится эта работа, т.е. чем, напри мер, организм спортсмена расплачивается за достигнутые секунды, метры, килограммы и т.д. Кроме этого установлено, что косвенные показате,ш работоспособности в процессе труда ухудшаются значи тельнораньше, чем ее прямые критерии. Это дает основание использо вать различные физиологические методики для прогнозирования ра ботоспособности человека, а также для выяснения механизмов адапта ции к конкретной профессиональной деятельности, оценке развития утомления и анализа других функциональных состояний организма. В физиологии спорта определение физической работоспособ ности осуществляется также путем применения различных нагрузоч ных тестов (проба Летунова, Гарвардский степ-тест, PWC|70, МПК и др. — см. раздел 5.3 в Спортивной физиологии). Доступными и в достаточноймере информативными показателями, характеризующими влияние нагрузок на организм школьников и эффек тивность восстановительных процессов, являются частота сердечных сокращений иуровень артериального давления, особеннопульсового. Достаточную информацию дает частота пульса, подсчитанная втечение Юс троекратно после окончания урока: 0-10 с, 30-40 с, 60-70 с. В результате получают три показателя пульса (П 1, П2, ПЗ), которые подвергаются дальнейшей математической обработке и анализу. Считается, что ве личина П 1 характеризует реактивность сердечно-сосудистой системы на физическую нагрузку, П2 и ПЗ — эффективность её восстановле ния. К ом плексную оценку состояния сердечно-сосудистой системы осуществляют на основании суммы трех показателей (П 1+ П2+ПЗ). Более достоверные данные о динамике восстановительных про цессов в организме школьников дают два индекса восстановления пульса после окончания урока (И ВП1 и И ВП2), которые рассчиты вают по следующим формулам: П2-ПІ , лл ИВП 1 = ----- — ------ 100, П3 - П I ИВП2 = ----- —-------ЮО 463 Чем больше величины ИВП1 и ИВП2, тем быстрее происходит восстановление сердечно-сосудистой системы и тем экономичнее школьник выполняет физические нагрузки на уроке. Большой информативностью обладают константы, характеризующие порог анаэроб ш ж —« - - - - - - - — — . - Однако для специалисты, необходимые условия и ооорудоңанис и вьшилпши.^ они, как правило, с целью научных исследований. Одной из важнейших задач любого вида контроля за занятиями физической культурой является оценка выраженности функциональ ных сдвигов и характеристика восстановительных процессов у школьников. Во время мышечной деятельности в организме учащихся происходят связанные друг с другом анаболические и катаболические процессы, при этом диссимиляция преобладает над ассимиляцией. После окончания занятий в организме усиливаются процессы ассимиляции, когда восполняются израсходованные энер горесурсы, ликвидируется кислородная задолженность, удаляются продукты распада, нормализуются нейроэндокринные, анимальные и вегетативные системы, стабилизируется гомеостаз. При характеристике восстановительных процессов следует ис ходить из учения И. П. Павлова о том, что процессы истощения и восстановления в организме (деятельном органе) тесно связаны меж ду собой и с процессами возбуждения и торможения в центральной нервной системе. Специальными исследованиями последних лет по казано, что чем выше энергетические траты во время работы, тем интенсивнее процесс их восстановления. Однако, если истощение функциональных потенциалов в процессе работы превышает опти восстановления случае физическая нагрузка вызывает дальнейшее угнетение кле точного анаболизма. В настоящее время большинство исследователей (Луговцев В. П., 1988; Волков В. М., 1990; Солодков А. С., 1990, 1992, и др.) сводят основные физиологические закономерности восстановительных про цессов к следующему: их неравномерности, гетерохронности, фазово му характеру восстановления работоспособности, избирательности восстановления и ее тренируемости. Как и всякие системы с обратной связью, восстановительные процессы вследствие морфофункцио нальных физиологических физкультурных занятий, которое, расширяя функциональные резер вы организма, обеспечивает рост силы, быстроты и выносливости. Знание медико-биологических особенностей изменения функ ций организма и восстановительных процессов, его реализация в 464 j способствовать улучшению практике физической культуры будут физического и функционального развития и самое главное — сохранению здоровья учащихся. 5. ФИЗИОЛОГИЧЕСКИЕ ОСОБЕННОСТИ ОРГАНИЗМА ЛЮДЕЙ ЗРЕЛОГО И ПОЖИЛОГО ВОЗРАСТА И ИХ АДАПТАЦИЯ К ФИЗИЧЕСКИМ НАГРУЗКАМ Зрелый и пожилой возраст — это закономерно наступающие эта пы индивидуального развития человека. Процессы созревания и ста рения происходят непрерывно, неравномерно и неодновременно. Они затрагивают не в равной степени различные ткани, органы и системы организма. Как указывалось ранее, к первому периоду зрелого возраста отно сят мужчин и женщин от 21 до 35 лет, ко второму периоду — женщин в возрасте 36-55 лет и мужчин — 36-60 лет; пожилыми считаются женщины в возрасте 56-74 лет, а мужчины — 6] -74 лет. Период от 75 до 90 лет относят к старческому возрасту, а людей старше 90 лет— к долгожителям. В данном разделе мы будем преимущественно рас сматривать физиологические особенности организма людей второго периода зрелого возраста и пожилых. 5.1. СТАРЕНИЕ, ПРОДОЛЖИТЕЛЬНОСТЬ ЖИЗНИ, АДАПТИВНЫЕ РЕАКЦИИ И РЕАКТИВНОСТЬ ОРГАНИЗМА Механизмы и закономерности старения организма изучает ге ронтология. Существует целый ряд теорий старения на клеточном, молекулярном и организменном уровнях. Общим в большинстве этих теорий является признаниероли возрастных мутаций в генети ческом аппарате клетки. Однако большинство исследователей Счи тают, что старение на клеточном и молекулярном уровне происходит медленнее, чем в целостном организме. По словам А. Комфорта (1967): «Хвост кенгуру стареет медленнее, чем сам кенгуру». Основные теории старения сводятся к следующему. В соответ ствии с теорией «изнашивания», во второй половине жизни человека под знаком инволюции происходит «изнашивание» клеток, тканей и систем организма (как деталей у машины) и ослабление регулятор ных процессов. При этом, с возрастом несколько раньше нарушается нервная регуляция, а затем — гуморальная. Слабой стороной этой теории является то, что человек в процессе жизни не только изна шивается, носамовосстанавливается и саморегулируется. Кописанной выше близка теория растраты жизненной энергии. В соответствии с энергетическим правилом М. Рубнера, энергетиче465 ский фонд человека предопределен генетически, и в течение жизни он только тратится. Если п о л н о с т ь ю следовать этой теории, то можно считать, что чем ниже двигательная активность и меньше траты энергии, тем медленнее наступает старение и продолжительнее жизнь. Коллоидно-химическая теория старения постулирует положение о том, что клетки и ткани имеют коллоидную структуру, которая в процессе жизни разрушается, образуя вредные химические вещества. Эти токсические вещества, отравляя организм, вызывают его старе ние Для того чтобы замедлить инволюционные процессы, не обходимо удалять из организма разрушенные коллоиды и создавать новые. Но как это делать, авторы теории не указывают. В конце XIX и начале XX века широкое распространение в России и за рубежом получила теория аутоинтоксикации (самоотравления), разработанная лауреатом Нобелевской премии (1908) И. И. Мечни ковым и изложенная им в его знаменитых книгах: «Этюды о природе человека» и «Этюды оптимизма». Наряду с другими причинами, вли яющими на продолжительность жизни (вредные привычки, небла гоприятные факторы внешней среды и др.), автор считал, в частно сти, что самоотравление кишечными ядами наступает вследствие жизнедеятельности микробов толстого кишечника, которые вызы вают образование токсичных веществ (фенол, индол, скотол), кото рые и приводят к отравлению организма и наступлению преждевре менной старости. С целью профилактики старости И. И. Мечников рекомендовал ограничивать белковое питание и в рацион больше вводить фруктов, овощей и продуктов, содержащих молочнокислые бактерии (простокваша, кефир), а также осуществлять очищение организма. При этом ученый сделал еще один исключительно важный вывод: надо продлевать жизнь, а не старость. Другими словами, он сформулировал понятие об активном долголетии, о том периоде жизни, когда у человека сохраняются и физические и умственные силы, — когда он способен к творчеству. Некоторые ученые придерживаются теории неполноценности соматических клеток. Авторы этой теории выделяют две группы клеток: а) половые — наиболее важные, полноценные и активные, которые обеспечивают сохранение вида; б) соматические — свои жизненные ресурсы отдают первым, быстрее истощаются и старе ют. Эта теория восходит к положению, высказанному И. И. Меч никовым (1903) о развитии дисгармоний у людей пожилого возрас та . Главной причиной их является противоречие между долго не уга сающим половым инстинктом и довольно быстро исчезающей спо собностью к удовлетворению полового чувства, между жаждой жизни и возможностью жить. Эти дисгармонии формируют у чело века состояние пессимизма, в свою очередь, усиливающего эти дис466 гармонии. В связи с этим И. И. Мечников заключает, что наши же лания часто несоизмеримы с нашими возможностями, и это сокра щает жизнь! Таким образом, имеется ряд теорий старения, каждая из кото рых, во-первых, отражает взгляды авторов на инволюционные изме нения, а во-вторых, рассматривает эти изменения на определенных уровнях организма. Можно полагать, что этот сложный биологиче ский процесс имеет полиморфную природу и объяснить его развитие какой-то одной причиной не представляется возможным. Естественно, скоростью старения, наряду с социально-экономи ческими и медицинскими факторами, определяется и про должительность жизни людей. Средняя продолжительность жизни в разных странах неодинакова. Так, в Голландии, Швеции, США и Японии средняя продолжительность жизни составляет около 80 лет. В Советском Союзе (данные за 1987 г) средняя продолжительность жизни составляла у женщин — 72 и у мужчин — 64 года. Начиная с 1990 года, в России продолжительность жизни падает, и в 1996 году у женщин она в среднем равнялась 68, ау мужчин — 57 годам. Пример но такие же показатели продолжительности жизни в последние годы отмечаются и у жителей Санкт-Петербурга. Максимальная продолжительность жизни, по расчетам В.В.Фролькиса (1975), может достигать 115-120лет. Это делает обоснованной перспективу увел ичения активного долголетия и про должительности жизни на 40-50%. Английский врач-геронтолог Джустин Гласс в книге «Жить 180... Это возможно» указывает, что для этого необходимо: рациональное питание и правильное дыхание; движения и здоровый образ жизни;уменьшение стрессов и мотивация на долгую жизнь. После 20-25 лет (конец формирования организма) начинаются п р о ц е с с ы и н в о л ю ц и и , которые затрагивают все югетки, ткани, органы, системы организма и ихрегуляцию. Все возрастные из менения сводятся ктремтипам: показатели и параметры, снижающи еся с возрастом; мало изменяющиеся и постепенно возрастающие. К первой группе возрастных изменений относят сократительную способность миокарда и скелетных мышц, остроту зрения, слуха и работоспособность нервных центров, функции пищеварительных желез и внутренней секреции, активность ферментов и гормонов. Вторую группу показателей составляют уровень сахара в крови, ки слотно-щелочной баланс, мембранный потенциал, морфологичес кий состав крови и др. К показателям и параметрам, с возрастом постепенно возрастающим, следует отнести синтез гормонов в гипо физе (АКТГ, вазопрессин), чувствительность клеток к химическим и гуморальным веществам, уровень холестерина, лецитинов и липопротеидов в крови. W 467 лиц молодого (относительное ренней среды организма), для зрелых и пожилых людей - гомеорезис ЖЯ%& § я V i# ^ --------* -1 ^ у (возрастные изменения основных параметров организма/ j существенные возрастные изменения возникают у людей в 50-60лет, в это время чащеразвиваются и различные заболевания. Исследованиями последних лет показано, что с возрастом м е няется способность организма приспосабливаться к обычным фак- торам Анализируя изменение [Дильман (1976) устано эм была пред ложена таі называемая элевационная активность 11 v / д U V iv i « ---- / ? v таламического отдела мозга, ведающегорегуляциеи внутренней среды организма, с возрастом не снижается, а напротив, увеличивается. Эго выражается в повышении порогов к гомеостатичесомуторможению, нарушении метаболизма и развитии хронического стресса. На основе этой теории предлагаются некоторые практические меропри ятия, направленные на улучшение адаптивных возможностей пожи лых людей (активный отдых, оптимальные физические нагрузки, биологически активные вещества). Повышение порогов восприятия различных раздражении (гипоталамический порог по В.М.Дильману) обусловлено, прежде всего, снижением реактивности организма пожилых людей. Эти воз растные физиологические особенности приводят к изменению гоме остаза, развитию стрессовых реакций, ухудшению функций раз личных органов и систем, снижению умственной и физической работоспособности. Снижая порог восприятия гипоталамуса, Л .Х.Гаркави с сотрудниками (1990) установили улучшение функции организма, повышение фагоцитарной активности лейкоцитов, уров ня половых гормонов и работоспособности у пожилых людей. ms 5.2. ВОЗРАСТНЫЕ ОСОБЕННОСТИ ОПОРНО-ДВИГАТЕЛЬНОГО АППАРАТА, ВЕГЕТАТИВНЫХ И СЕНСОРНЫХ СИСТЕМ После завершения развития организма начинаются процессы ин волюции. Они затрагивают все ткани, органы и системы, а также их регуляцию. У большинства людей 45-50 лет начинается остеопороз (разрежение) ткани трубчатых костей, потеря ими солей кальция, истончение кортикального слоя и расширение костно-мозгового ка нала, что способствует перелому костей. Возрастная деформация по звонков и истончение межпозвоночных дисков приводят к разви тию остеохондрозов ирадикулитов. В суставах отмечаются деструк468 тивные изменения хряща, огрубление синовиальной сумки, умень шение синовиальной жидкости и снижение эластичности связок. Все это способствует возникновению артритов, артрозов, уменьше нию подвижности в суставах, появлению суставных болей, разрыву связок. Возрастные изменения в скелетных мышцах характеризуются их атрофией, замещением мышечных волокон соединительной тканью, уменьшением кровоснабжения и оксигенации мышц, понижением фун кциональной активности мышечных белков, ферментов иухудшением метаболизма в мышцах, уменьшением количества наиболее мощных и быстрых мышечных волокон Пбтипа (рис. 61). Эти изменения при водят к снижению силы и скорости мышечных сокращений. В тех частях опорно-двигательного аппарата и мышечной системы, кото рые в процессе жизни подвергаются умеренным регулярным нагрузкам (бедро, голень, их мышцы), деструктивные изменения выраже ны в меньшей степени. Морфологический состав крови, как указывалось ранее, с воз растом существенно не изменяется. И все-таки данные последних лет свидетельствуют об определенной возрастной эволюции показа телей периферической крови. После 50 лет несколько снижается уровень гемоглобина, количество эритроцитов и их осмотическая стойкость, а также уменьшается перенос кровью кислорода. В этом возрасте наблюдается умеренная лейкопения (особенно—лимфопения), что приводит к снижению иммунитета и возможности разви тия ряда заболеваний. Количество тромбоцитов меняется мало, одна ко свертываемость крови повышается вследствие ферментных 26,1 35,3 42.6 54,5 61.5 Возраст, лет Рис. 61. Возрастная динамика количества быстрых волокон в мышцах (по: Ларссен Э. и др. 1979) 469 изменений, что может приводить к развитию тромбофлебитов и ^Ф ункциональные возможности сердечно-сосудистои системы с возрастом понижаются. Это обусловлено уменьшением сократи тельной способности миокарда и ухудшением его кровоснабжения, увеличением дилатации предсердий и желудочков, ослаблением ро^ ли нервных механизмов регуляции и повышением - гуморальных. У пожилых людей уменьшается васкуляризация всех органов и тканей, т к понижается эластичность сосудов и повышается ихтонус вслед ствие снижения в стенках сосудов эластина и увеличения коллагена и солей натрия и кальция. После 35-40 лет в стенках сосудов обна руживается холестерин, а максимум его отмечается в 60-70 лет, что приводит к развитию а т е р о с к л е р о з а . Развитию атероскле роза способствуют несбалансированное питание, малоподвижный о б р а з жизни, стресс. Однако заметим, атеросклероз - болезнь, свойственная, но не обязательная даже в пожилом возрасте. У муж чин атеросклероз развивается на 10 лет раньше, а инфаркты миокарда у них встречаются в 4 раза чаще, чем у женщин. Это обусловлено повышенным содержанием в крови женщин эстрогенов, которые за держивают отложение холестерина в стенках сосудов. Вследствие снижения эластичности сосудов возрастает периферическое сопро тивление кровотоку, уменьшается его скорость и повышается арте риальное давление. Частота сердечных сокращений после 40-50лет увеличивается. Вследствие снижения сократительной способности миокарда умень шается УОК, а в организме должен поддерживаться на достаточном уровне МОК, что в какой-то мере и достигается увеличением ЧСС. Уровень артериального давления растет, при этом в большей степени диастолическое, что обусловлено повышением тонуса сосудов; пульсо вое давление, естественно, снижается. Одной из наиболее важных медицинских проблем является контроль за динамикой артериальІ и знание его нормальных возрастных показателей. С этой целью профессор Военно-медицинскои академии 3 .М.Волынский с сотрудниками (1954) обследовали 109 тысяч жителей Ленинграда и вывели формулу «идеального» артери ального давления для людей в возрасте от 20 до 70 лет: систолическое АД = 102 + 0,6 • возраст, диастолическое АД = 63 + 0,4 • возраст. В соответствии с рекомендациями Всемирной организации здравоох ранения нормальное артериальное давление у людей зрелого и пожилого возраста не должно превышать 140/90мм рт. ст. Органы дыхания с возрастом также претерпевают некоторые функциональные и морфологические изменения. Эти изменения вы ражаются в понижении эластических свойств легочной ткани, уменьшении силы дыхательных мышц и бронхиальной проходимости, ч т А1V/1 V/ / 470 Ш -М * ж я Шм т У - - ——--------------------. о ~. ■ ШШЖ . развитии пневмосюіероза, что приводит к снижению вентиляции легких, нарушению газообмена, появлению одышки, особенно при физических нагрузках. В возрасте 60лет (по сравнению с 25-летни ми) общая емкость легких снижена примерно на 1000мл, Ж ЕЛ— на 1500мл, остаточный объем после максимального выдоха увеличен на 15-20%. Однако следует сказать, что в целом функции дыхательной системы (например, по сравнению с сердечно-сосудистой) являются достаточно стабильными и даже в глубокой старости обеспечивают гизма гьная вития достигает к 25 годам, высокой остаетсядо 40-45 лет, затем сни жаются секреторная, кислотообразующая, моторная и всасыва тельная функции. Например, если в возрасте 25 лет отсутствие сво бодной соляной кислоты в желудочном соке встречается в 3-4% слу чаев, то у 60-70-летних —уже в 26-28%. Функции печени с возрастом изменяются несущественно. После 20-25 лет отмечается постепенное снижение почечного кроклубочковой фильтрации гюиия Эти изменения приводят к уменьшению диуреза. Хо.„ чаще вследствие повышения порога раздражения рецепторов моче вого пузыря, а также отмечается задержка выведения мочевины, мо чевой кислоты, креатинина, солей. Все виды обмена веществ (белковый, углеводный, жировой и мине ральный) с возрастом снижаются. Снижение метаболизма обусловлено ухудшением доставки кислорода и питательных веществ к тканям. Названные сдвиги приводят к уменьшению энергообмена и падению физическойработоспособности (рис. 62). Пониженный уро вень метаболизма сопровождается некоторым снижением темпера туры тела и кожной температуры, нарушением терморегуляции, осо бенно химической. По мере старения организма снижаются функции сенсорных сис тем. Это Проявляется «ухудшении зрения, слуха, уменьшении болевой, температурной и тактильнои чувствительности рецепторов кожи, повышении порогов вкусовой и обонятельной чувствительно сти. Наиболее выраженные возрастные изменения претерпевают зри тельная и слуховая сенсорные системы. Известно, что с возрастом снижается эластичность хрусталика, и к 45-50годам аккомодация глаза уменьшается в 4-5 раз (рис. 63). Это приводит к развитию дальнозоркости и понижениюостроты зрения; кроме того, повыша ются пороги цветоощущения и цветораэличения, сужаются границы полей зрения. Ухудшения функций слуховой сенсорной системы проявляются в том, что уже после 35-40 лет снижается слуховая чувствительность, особенно в области высоких частот. После 60 лет 471 о со мужчины женщ ины X СО сСО * °б 10 14 18 22 26 30 50 70 Возраст, лет Рис. 62. Возрастная динамика основного обмена (по: Boothby W.M. atal., 1936) ss Q . Ь " С о СІ В озраст, лет Рис. 63. Возрастная динамика аккомодации глаза (модиф. по: Хрипкова А. Г. и др., 1990) плохо воспринимаются и низкочастотные звуки. Большинство воз растных нарушений слуха обусловлены изменениями, происходя щими в звуковоспринимающем аппарате внутреннего уха (уменьше ние эластичности основной мембраны улитки и повышение порогов восприятия рецепторов кортиева органа). 472 5 .3 . ВОЗРАСТНЫЕ ОСОБЕННОСТИ РЕГУЛЯТОРНЫХ СИСТЕМ Как известно, существует два основных механизма регуляции функций гуморальный и нервный. Гуморальный механизм осуще ствляется за счет химических веществ, находящихся в цирку лирующих в организме жидкостях (кровь, лимфа, тканевая жид кость). Основными химическими регуляторами функций являются гормоны физиологически активные вещества, вырабатываемые железами внутренней секреции. Большинство желез внутренней секреции созревает довольно рано, но неодновременно. Так, гипофиз своего полного развития до стигает уже к 15 годам и все образуемые им гормоны наиболее ак тивны до 40-45 лет, затем активность большинства из них постепен но снижается. Активность некоторых гормонов гипофиза (АКТГ, вазопрессин) с возрастом даже увеличивается. Надпочечники максимального веса достигают к 35-40 годам. В зто время наиболее активна функция их коркового слоя, вырабаты вающего в частности, глюкокортико иды, минерал окортикоиды и аналоги половых гормонов. Мозговой слой надпочечников созревает несколько раньше и его функциональная активность (катехолами ны) велика уже в детском возрасте, достаточна —в зрелом и снижает ся в пожилом (после 55-60 лет). Поджелудочная железа (смешанного типа) созревает к 10-12 го дам, а с 30-35 лет начинается инволюция, особенно ее эндокрин ной функции. Это проявляется снижением образования инсули на, что нередко приводит к развитию возрастного с а х а р н о г о диабета. Несколько позже (с 50-60 лет) ухудшается также и внутрисек реторная функция поджелудочной железы, что подтверждается уменьшением образования и падением активности ее ферментов — липазы, амилазы и протеаз. Щитовидная жыеза окончательно формируется к 15-20 годам; ее функции высокими остаются примерно до 50 лет, затем развивается умеренная атрофия железистой ткани и снижение уровня тироксина и трийодтиронина. Наступившие сдвиги приводят к уменьшению уровня обмена веществ, что проявляется, в частности развитием ожи рения и падением физической работоспособности. Максимальная функциональная активность половых желез от мечается в возрасте 20-40 лет, с 45 до 65лет функции этих железуме ренно снижаются, но эти процессы носят сугубо индивидуальный ха рактер. Для мужчин и женщин в возрасте после 65-70 лет введен специальный термин «третий пол» или «третий возраст», когда коли чество андрогенов и эстрогенов у тех и других достаточно низкое, что уравнивает их в физической и психической активности. 473 Возрастное снижение функций эндокринных желез приводит к раз витию трех «нормальных» болезней старения - гиперадаптозу, кли максу и ожирению. Ги п е р а д а п т о з (избыточность стрессовой реакции) развивается вследствие повышения порога чувствительнос ти гипоталамуса к гормонам зашиты (в частности, к гормону надпочечников - кортизону). Поэтому неблагоприятные факто ры которые в молодом возрасте были вполне переносимыми, в по жилом — становятся избыточными и возникает гиперадаптоз. В по жилом возрасте человек живет в более узком диапазоне изменений внешней и внутренней среды. К л и м а к с (прекращениерепродуктивной функции) наиболее выражен у женщин и наблюдается после 45-50лет, хотя эти измене ния носят достаточно индивидуальный характер. Физиологическая суть этого процесса состоит в том, что с возрастом повышается порог » ... ___ ___ —. — ^ • т-ш»Л Л т* г у л т г > Л Г О І І О \ І ЧЛ П гипоталамуса іечном итоге нарушается овуляторный цикл. что Возникновение о ж и р е н и я с возрастом обусло -ччпортга плппг uvrp.trviтел ьности пищевого центра к насыщению (глюкозе и жирным кислотам). П о э т о м у у людей зрелоснижается и даже растет гормональных перестроек происходит накопление жира IV lD ril V y iU llW i іі 1 l U D D i m u v I v / i I i v / j / x / i ■■ v w—------— ~ — ' ----------------------- * . I ‘ ^ a i низме Нервный механизм регуляции чается от гуморального тем, что нервные импульсы распростраJ SSLS путям м /с) Нервная регуляция функ — * V 1_ _ _ _ _ __ _ __ _ _ _ _ __ _ _ _ / Ч ТТЛ скл условных рефлексов. Центральная нервная система является наиболее устойчивой, ин тенсивно функционирующей и долгоживущей системой организма. Ее функциональная активность обеспечивается длительным сохра нением в нервных клетках нуклеиновых кислот, оптимальным кро вотоком в сосудах мозга и достаточной оксигенацией крови. Однако в возрасте после 30 лет нервная система ежедневно теряет 30-50 тысяч нейронов. Правда, в последние годы появились сообщ ения о том, что неклетки Университета С Ш А было казано, что зрелый мозг продуцирует новые нейроны в количестве не скольких тысяч в день в течение всей жизни. Этот процесс был назван н е й р о г е н е з о м . Новые клетки начинают размножаться в субвентрикулярной зоне мозга, оттуда мигрируют в кору — к местам «поЖ ^ ^ 474 ^ Ш 9 W Г — —-- .■ Ж — стоянной прописки», где и созревают до взрослого состояния. Мож но полагать, что активность продукции новых нейронов зависит от тренировки мозга (чтение, заучивание стихов, решение различных умственных задач, а не многочасовой просмотр телевизора!). Кстати заметим, что в молодом возрасте головной мозг человека содержит от 14до 25 миллиардов нейронов. Максимальная масса головного мозга отмечается у женщин в возрасте 15-19 лет, у мужчин - от 20 до 29 лет. Электрическая активность головного мозга от 30 до 60 лет хара ктеризуется некоторым учащением альфа-ритма; после 60 лет не сколько снижается частота и амплитуда этого ритма, растет выражен ность бета-ритма и медленных компонентов электроэнцефалограм мы. В это время отмечается также снижение чувствительности мозга к гипоксии, ослабевает процесс внутреннего торможения. Назван ные функциональные особенности проявляются удлинением латен тного периода сенсомоторных реакций, снижением быстроты оди ночного движения и те мпа движени й, что в конечном итоге приводит к ухудшению быстроты, ловкости и координации движений. Условно-рефлекторная деятельность человека в возрасте до 65ТОлет существенно не отличается от молодых. Лишь после 70 лет отмечаются затруднения в образовании условных рефлексов, их не прочность и непостоянство, тогда как старые, давно образованные рефлексы достаточно стабильны. В это время наблюдается также неустойчивость основных нервных процессов, ослабление их силы, подвижности и концентрации. Основным фактором перечислен ных изменений, прежде всего, является снижение тонуса коры больших полушарий. Этим объясняется уменьшение психической и физической активности, повышенная утомляемость, эмоцио нальная неустойчивость, снижение мнестической деятельности (восприятие, хранение и воспроизведение информации), усиление процессов забывания. Интенсивность интеллектуальных функций человека зависит от двух основных факторов: внутреннего (одаренность) и внешнею (образование). Постоянная умственная деятельность замедляет ин волюционные процессы в коре головного мозга. Оптимум развития интеллекта приходится на возраст 18-20 лет. Если принять его у 20летних за 100%, то в 30 лет он составит96%, в 40 лет — 87%, в 50 лет — 80% и в 60 лет — 75% (Ананьев Б. Г., 1960). Считается также, что вербально-психические функции возрастают в зрелом возрасте, дости гая максимума к 40 годам и начинают снижаться после 60лет. Сни жение интеллектуальных функций сопровождается ухудшением находчивости, воображения и изобретательности, снижением абст рактного анализа, сложных мыслительных операций и сенсорных восприятий. Лицами в возрасте после 60 лет труд но осваивается но вая деятельность, плохо находятся обходные пути решения постав475 ленных задач, с трудом интегрируется различная информация водно целое. Однако пожилые люди легко решают некоторые проблемы на основе жизненного опыта, знаний, большого объема накопленной информации и словарного запаса. — . __________ _ п л о п о л т и и р U U D n . заключение и JfllU llvnvnriv I ---• » люционные изменения — неизбежный процесс, ждет всех живу щих и к этому необходимо относиться с пониманием и терпением. жизненная физический труд JUUUJt ✓ существенно отодвигают и уменьшают все геронтологические проблемы. _______________________ _____________ Л і + м я ъ и о и и л я П П т АДАПТАЦИИ ЗРЕЛОГО И ПОЖИЛОГО ВОЗРАСТА К ФИЗИЧЕСКИМ НАГРУЗКАМ Занятия физическими упражнениями и, связанные с этим изме нения функций и эмоциональные реакции, благоприятно влияюгна организм людей зрелого и пожилого возраста

Физиология человека Сологуб, Солодков

Related documents

Products

Support

Физиология человека Сологуб, Солодков

Related documents

Add this document to collection(s)

Add this document to saved

Suggest us how to improve StudyLib