5. Теорія адаптації

Розглядаючи фізичне виховання як процес цілеспрямованої зміни функціонального стану організму людини, необхідно враховувати основні біологічні закономірності її життєдіяльності, якими можна пояснити здатність пристосовуватися до постійно змінюваних умов навколишнього середовища – гомеостаз і адаптацію.

Гомеостаз (гомеос – рівний; стаз – стан) полягає в тому, що організм, протидіючи зовнішнім впливам, прагне зберегти стабільність ряду найбільш суттєвих для нього ознак зовнішнього середовища у біологічно доступних межах. Виразно це ілюструє терморегуляція організму. Клітини організму теплокровних тварин можуть нормально функціонувати у доволі вузьких температурних межах (у людини 36–38° С). Зміщення температури за ці межі спричиняє порушення життєдіяльності та загибель клітин. Проте людина живе в умовах полярного клімату при температурі – 70°С і париться у фінській бані при температурі 120°С.

Це можна пояснити тим, що в організмі регулюється теплообмін з навколишнім середовищем. Якщо температура зовнішнього середовища низька, то теплоутворення в середині організму збільшується, а тепловіддача зменшується. Через це під час коливання зовнішньої температури (у певних межах) удається зберегти постійну температуру тіла, що забезпечується зміною діяльності органів кровообігу та потовиділення. Постійність показників внутрішнього середовища забезпечують зміни, що відбуваються у діяльності інших органів і систем.

Роль різних органів і систем у збереженні гомеостазу неоднакова. Найважливіша з них належить нервовій системі. Чутливо реагуючи на різні зміни зовнішнього і внутрішнього середовища, вона відповідно змінює діяльність органів і систем, що попереджує несприятливі зрушення, які могли б відбутися в організмі під дією зовнішнього середовища. Іншим прикладом може бути величина енерговитрат під час виконання фізичного навантаження в онтогенезі.

Вважають, що в ранньому дитячому віці недостатня функціональна зрілість склетно-м’язової, серцево-судинної і дихальної систем обмежує адаптивні можливості підвищення енергетичного обміну під час фізичних навантажень. Відмічають, що максимальний рівень енергозатрат, здійснених за рахунок аеробних метаболічних реакцій, залежить від довжини, маси і поверхні тіла індивіда, а також від фізичної тренованості. Цей показник збільшується з віком пропорційно довжині та масі тіла, досягаючи максимуму до 18–20 років.

Досліджуючи потужність виконуваного велоергометричного навантаження на другому ступені випробувань у підлітків різного віку, які не займалися спортом, було визначено, що відносно довжини і маси тіла вона залишається практично незмінною.

Важливо відмітити, що відносні (на 1 кг маси тіла) показники функцій організму, які забезпечують транспортування кисню, також залишаються практично незмінними. Гомеостаз має велике біологічне значення. Він розширює коло умов зовнішнього середовища, в яких може вижити організм. Проте постійність одних показників забезпечується пристосувальними змінами інших.

Адаптація – це процес пристосування будови і функції організмів та їхніх органів до умов навколишнього середовища. Розрізняють генотипічну і фенотипічну адаптацію.

Генотипна адаптація являє собою процес пристосування популяції до умов середовища шляхом спадкових змін та природного добору. Вона лежить в основі еволюційного вчення – сукупності уявлень про механізми і закономірності історичних змін у живій природі.

Фенотипічна адаптація – це процес пристосування, що розвивається в окремої особини протягом життя у відповідь на дію факторів навколишнього середовища.

Вивчаючи закономірності адаптації організму до різних подразників, можна виділити такі властивості, як специфічність реакцій пристосування, їх перехресність і адекватність, які лежать в основі управління у фізичному вихованні.

Специфічність адаптації полягає у прагненні організму до найбільшого пристосування до конкретного подразника. З цього випливає, що можна, дотримуючись певних правил, змусити організм пристосуватись до будь-якого впливу. Добираючи один чи декілька впливів та регулюючи їх силу, частоту та кількість повторень, можна управляти життєдіяльністю організму. При цьому буде використано прагнення організму як саморегулюючої системи до найвищого ступеня пристосованості до конкретної діяльності.

У науковій літературі використовують спеціальний термін «процес розвитку функціональних можливостей організму» (розвиток або формування рухових якостей і навичок). В його основі лежить біологічно важлива властивість тривалої адаптації організму до умов зовнішнього середовища. Процес фізичного виховання у вузькому аспекті можна розглядати як процес управління адаптацією організму. Практично це означає, що організм буде дуже чітко пристосуватися саме до тих вправ, які багаторазово повторюються. Цей процес може йти як в напрямі поліпшення координації рухів (удосконалення техніки), так і в напрямі накопичення специфічних енергетичних потенціалів і специфічних пристосувань регуляторних механізмів, що знайде прояв у по­кращенні фізичних якостей.

Перехресність адаптації. Встановлено, що ряд факторів навколишнього середовища (гіпоксія, холод, фізичні навантаження) викликають комплекс однотипних зрушень у стані функцій організму. Адаптуючись, наприклад, до умов гіпоксії, можна набути підвищеної резистентності до впливу холоду, фізичних навантажень. Це явище отримало назву неспецифічна резистентність, або перехресна адаптація.

Основні фактори середовища, до яких адаптується організм (наприклад, холод, гіпоксія, фізичні навантаження), призводять до дефіциту АТФ, креатинфосфату, збільшення потенціалу фосфорилірування й активації гліколізу. Ці зміни спричиняють активацію генетичного апарату клітин, в результаті чого збільшується синтез нуклеїнових кислот і білків, у тому числі й мітохондрій. Активація утворення мітохондрій збільшує їхню потужність і, таким чином, ресинтез АТФ на одиницю маси клітин. Активація інших клітинних структур збільшує загальну масу клітин, зменшуючи функціональне навантаження, що припадає на одиницю маси клітинних утворень. Унаслідок цього знижу­ється використання АТФ на одиницю маси клітини.

Таким чином, активація генетичного апарату клітини, викликана дефіцитом енергії, усуває цей дефіцит, і механізм саморегуляції стає основою перехресної адаптації, що проявляється у збільшенні потужності енергетичного субстрату організму та здатності протистояти кільком різними, за суттю важливим, факторам навколишнього середовища.

Використання резервів, сформованих організмом у процесі адаптації до певного фактора для набуття стійкості до іншого, лежить в основі таких явищ, як збільшення фізіологічних резервів організму і підвищення реактивності системи імунітету, а також стійкості до перепадів температури навколишнього середовища внаслідок систематичних занять фізичними вправами.

Адекватність адаптації. Адекватні зовнішньому впливу зміни відбуваються тільки в тих випадках, коли сила цих подразнюючих впливів не перевищує межі фізіологічних можливостей, що регулюють і обслуговують системи організму.

На незвичні за характером чи надмірні за силою впливи організм не завжди у змозі відповісти пристосувальними змінами, які б забезпечили постійність внутрішнього середовища. Наприклад, купання у дуже холодній воді, перебування у приміщенні з дуже високою температурою, великі фізичні та емоційні навантаження можуть спричинити короткочасні або тривалі розлади життєдіяльності організму.

Однією із причин такого розладу може бути те, що зовнішні подразнюючі впливи за своєю силою перевищили межі фізіологічних можливостей систем регулювання й обслуговування, і вони не змогли підтримати в оптимальних межах найважливіші показники внутрішнього середовища. Прикладом цього може бути тепловий удар, що настає внаслідок перегрівання організму; захворювання внаслідок переохолодження; патологічні зміни, що відбуваються у діяльності серця після фізичних навантажень, котрі перевищують фізіологічні можливості однієї чи кількох систем організму (неадекватність навантажень). Якщо вплив не перевищує можливості організму (гранично допустимі навантаження), то після припинення короткочасного впливу системи забезпечення повертаються до рівня звичайної життєдіяльності.

Трансформація адаптації у хворобу відбувається у таких випадках:

• унаслідок надмірної інтенсивності впливу синтез нуклеїнових кислот і білків у клітинах активується повільно, дефіцит енергії не усувається, виникає зрив адаптації;

• відбувається структурно-енергетичне забезпечення одних систем за рахунок інших, при цьому пристосувальні реакції цілісного організму стають менш ефективними;

• після активації синтезу нуклеїнових кислот і білків в аварійній стадії адаптації наступна за нею стадія відносно стійкої адаптації внаслідок неадекватності реакції організму може перейти в стадію локального зносу структур.

У всіх цих випадках «ціною» адаптації стає хвороба, яка може кваліфікуватися як зрив адаптації. Однак якщо незнайомі організму дії, але такі, що не перевищують його фізіологічних можливостей в цей момент впливу, повторюються тривалий час і часто, регуляторні механізми та системи забезпечення вдосконалюються в напрямі організації більш швидших і кращих реакцій пристосування. Організм набуває здатності відповідати адекватними реакціями на сильніші й триваліші зовнішні впливи. Зважаючи на це, виокремлюємо два види при­стосувальних змін: термінові і накопичувальні (кумулятивні, тривалі).

Терміновою адаптацією називають пристосувальні зміни, які протікають безперервно і виникають у відповідь на постійно змінні умови зовнішнього середовища. Наприклад, зміна величини зіниці за умови зміни сили освітлення; зміни частоти пульсу під час зміни інтенсивності діяльності Повторення з певною частотою оптимальних за силою подразнень зумовлює накопичувальний ефект: робочі, регуляторні та обслуговуючі системи будуть удосконалюватися у напрямі накопичення енергетичних потенціалів. Такі пристосувальні зміни називаються накопичувальними (кумулятивними, тривалими).

Накопичувальна (довготривала) адаптація характеризується підвищенням функціональних резервів у результаті серйозних структурних перебудов органів і тканин, значною економізацією функцій, підвищенням рухливості й стійкості у діяльності функціональних систем, налагодженням раціональних і гнучких взаємозв’язків рухової і вегетативної функцій.

На відміну від спорту, у фізичному вихованні виникнення адаптаційних перебудов, не пов’язаних із суттєвою гіпертрофією органів, є найбільш раціональним, оскільки вони стійкіші до процесів деадаптації, потребують менших зусиль для підтримки досягнутого рівня і, найважливіше, не пов’язані із надмірною експлуатацією генетично зумовлених і обмежених адаптаційних можливостей порівняно з адаптацією, що виникла загалом за рахунок структурних змін органів, зокрема збільшення їхньої маси.

Разом зі збільшенням максимальної вентиляції легень під час фізичної роботи і ростом маси мітохондрій у скелетних м’язах настає значне збільшення аеробної потужності організму. Це досягнення адаптації поєднується з економізацією функціонування апарату зовнішнього дихання у спокої і під час навантаження.

У процесі фізичного виховання основним завданням є досягнення третьої стадії адаптації, яка характеризується завершенням формування системного структурного «сліду».

На рівні системи кровообігу «слід» проявляється у розвитку структурних змін у серці, що зумовлює більшу максимальну швидкість скорочення і розслаблення в умовах максимальних навантажень, забезпечуючи більший кінцевий діастолічний, ударний і, врешті, більший максимальний хвилинний об’єм крові.

При тренованості підвищення максимального рівня функціонування серця поєднується з економізацією його функцій у спокої і під час неграничних навантажень, що характеризується більш низькими значеннями загальної роботи серця, інтенсивності функціонування його структур і відповідно меншими енергетичними витратами. Педагогічний контроль показав, що у процесі фізичного виховання це виявляється брадікардією і гіпотонією спокою, меншим зростанням ЧСС під час стандартних навантажень. Таке поєднання показників зумовлює зниження у тренованому організмі «подвійного утворення» або індексу напруження міокарда у спокої та менше його збільшення при стандартному навантаженні.

Припинення тренувань або використання низьких навантажень, не здатних забезпечити підтримку досягнутого рівня пристосувальних змін, зумовлює деадаптацію – процес, зворотний адаптації. Тобто, адаптаційні про­цеси в організмі людини розвиваються у строгій відповідності з характером і величиною навантажень.

Явище деадаптації пов’язане зі здатністю організму усувати невикористані структури, завдяки чому можливе використання структурних ресурсів, що вивільнилися, в інших системах організму .

Процес деадаптації проходить несинхронно стосовно перебудов різних функціональних систем. Після повного припинення фізичних навантажень аеробні можливості організму і пов’язана з ними витривалість згасають відносно швидко. Так, результати досліджень показують, що рівень адаптації, набутий внаслідок п’ятирічних тренувань на витривалість, може бути втрачений протягом 6–8 тиж після їх припинення.

Гіпертрофія м’язової тканини, що є наслідком силових тренувань, зникає у 2–3 рази повільніше, ніж виникає. Чим швидше формується адаптація, тим складніше утримувати досягнутий рівень і тим швидше вона втрачається після припинення тренувань. Використовуючи цю залежність, можна рекомендувати в оздоровчій фізичній культурі дотримуватися помірних фізичних навантажень і не прагнути до інтенсифікації розвитку фізичних якостей, що буде сприяти довшому утриманню структурних основ адаптації.