6.2. Закономерности формирования накопительной адаптации в процессе физического воспитания

В процессе физического воспитания адаптационные процессы развиваются во всех системах организма. Рассмотрим закономерности формирования накопительной (кумулятивной) адаптации в наиболее значимых для обеспечения двигательной деятельности системах организма человека.

Изменения в мышечных волокнах под влиянием нагрузок различной направленности.

В структуре мышечной ткани различают два типа мышечных волокон – медленно сокращающиеся (МС) и быстро сокращающиеся (БС). Эти типы мышечных волокон представляют собой относительно самостоятельные функциональные единицы, отличающиеся морфологическими, биохимическими и сократительными свойствами.

МС волокна обладают медленной скоростью сокращения, большим количеством митохондрий (энергоцентр клетки), высокой активностью оксидативных энзимов (протеины содействуют быстрой активизации источников энергии), прекрасной вакуляризацией (много капилляров), высоким поткнциалом накопления гликогена.

БС волокна имеют менее развитую сеть капилляров, меньшее число митохондрий, высокую активность неокислительных энзимов и более высокую скорость сокращения.

В одной и той же мышце содержатся БС и МС волокна. БС волокна содержат активный фермент АТФазу, который мощно расщепляет АТФ с образованием больших количеств энергии, что обеспечивает быстрое сокращение волокон. В МС волокнах активность АТФаэы низкая, в связи с чем энергообразование в них происходит медленно. Ферментативное расщепление АТФ считается одним из важных факторов, определяющих присущую мышце скорость сокращения. Ферменты, которые расщепляют сахар и жиры, активны в МС волокнах.

Быстро сокращающиеся волокна подразделяют на БС(а), БС(б) и БС(в). Различия между ними до конца не изучены.

В среднем мышцы состоят на 50% из МС и на 25% из БС(а) волокон. Остальные 22 – 24% составляют БС(б) волокна, а БС(в) – всего 1 – 3%.

Состав в мышцах волокон и двигательных единиц детерминирован генетически. Наследуюмые гены уже в раннем детском возрасте определяют количество и строение мотонейронов, которые формируют двигательные единицы и иннервируют мышечные волокна. После установления иннервации дифференцируются типы мышечных волокон. По мере старения уменьшается количество БС волокон, что приводит к увеличению процентного содержания МС волокон.

Оба типа мышечных волокон имеют характеристики, которые могут быть изменены в процессе тренировки. Размеры и объём БС волокон увеличиваются под влиянием тренировки “взрывного“ типа. Одновременно повышается их гликолитическая способность. При тренировке на выносливость оксидативный потенциал МС волокон может возрастать в 2 – 4 раза.

Содержание МС и БС волокон во всех мышцах тела человека не одинаково. Как правило, в мышцах рук и ног сходный состав волокон. У людей с преобладанием МС волокон в мышцах ног большее количество этих же волокон в мышцах рук. Это же относится и к БС волокнам. Вместе с тем существует ряд исключений, так, камбаловидная мышца, находящаяся глубже икроножной, у всех людей почти полностью состоит из МС волокон.

При выполнении физических упражнений происходит активизация мышечной деятельности. Величина силы мышц находится в прямой зависимости от количества активизируемых мышечных волокон. При проявлении небольших усилий стимулируются лишь несколько волокон. Действие скелетной мышцы включает избирательное вовлечение МС или БС мышечных волокон в зависимости от потребностей двигательной деятельности. Фактором, определяющим количество и тип нужных для использования волокон, является необходимая величина сопротивления. Мозг человека регулирует деятельность в зависимости от того, какую силу должна развить мышца.

Первыми в работу вовлекаются двигательные единицы медленного сокращения – самые мелкие из типов двигательных единиц. Если они не способны развить необходимую силу, мозг вовлекает двигательные единицы быстрого сокращения.

Способность человека дифференцировать силу и интенсивность мышечного сокращения путём включения минимально необходимого количества двигательных единиц находится в числе важнейших реакций адаптации мышц и в значительной мере обусловливает эффективность внутримышечной координации.

Эффект накопительной адаптации к физическим нагрузкам силового характера проявляется в резком увеличении количества двигательных единиц, вовлекаемых в работу. Так, у нетренированного человека число двигательных единиц, которые могут быть вовлечены при максимальных силовых напряжениях, обычно не превышает 25 – 30%, а у хорошо тренированных к силовым нагрузкам процент вовлечённых в работу моторных единиц может превысить 80 – 90%. В основе этого явления лежит способность моторных центров ЦНС мобилизировать большее число мотонейронов. Другим направлением адаптации мышц является улучшение межмышечной координации, связанное с совершенствованием деятельности мышц-агонистов, обеспечивающих выполнение движения, мышц-синергистов, способствующих выполнению движения, и мышц-антагонистов, препятствующих выполнению движения. Рациональная координация деятельности этих групп мышц не только обеспечивает высокую силу и скорость сокращения, но и обуславливает экономичность работы.

Существует два относительно самостоятельных адаптационных механизма увеличения силы: первый связан с морфофункциональными изменениями в мышечной ткани _ гипертрофией и , возможно, гиперплазией мышечных волокон; второй предусматривает совершенствование способностей нервной системы синхронизировать возможно большее количество двигательных единиц, что приводит к увеличению силы без увеличения объёма мышц.

Начальное увеличение произвольной силы связано в основном с нервной адаптацией. Последующее долгосрочное увеличение силы почти исключительно это результат гипертрофии.

Гипертрофия (увеличение размера мышц) может быть результатом кратковременной и долговременной адаптации.

Кратковременная адаптация представляет собой “накачивание” мышцы во время единичной физической нагрузки, что происходит , главным образом, вследствие накопления жидкости, поступающей из плазмы крови в интерстициальном (промежуточном) и внутриклеточном пространстве мышцы. Кратковременная гипертрофия проходит в течение нескольких часов после физической нагрузки. Жидкость возвращается в кровь.

Долговременная гипертрофия происходит в течение длительных силовых тренировок и представляет собой увеличение мышечного резерва. В её основе лежат структурные изменения в мышце вследствие увеличения размеров мышечных волокон (гипертрофия) либо вследствие увеличения числа мышечных волокон (гиперплазия).

Гипертрофия различных типов мышечных волокон определяется методикой тренировки. БС волокна гипертрофируются прежде всего под влиянием упражнений, требующих проявления скоростной силы. При статической работе их гипертрофия происходит лишь в случае предельных по интенсивности и продолжительности напряжениях. Напротив, применение больших отягощений при небольшом количестве повторений и высокой скорости движений приводит к избирательной гипертрофии БС волокон, а объём МС волокон остаётся без существенных изменений. Гипертрофии БС волокон способствуют различные упражнения с дополнительными отягощениями или выполняемые с использованием специальных тренажёров, а так же целостные действия в единоборствах, в спортивных играх, в спринтерских локомоциях, в метаниях.

Адаптация кислородтранспортной системы.

Уровень аэробной производительности тесно связан с адаптацией кислородтранспортной системы к нагрузкам. Долговременные адаптационные перестройки кислородтранспортной системы носят как морфологический, так и функциональный характер и являются результатом систематического применения продолжительных физических нагрузок, требующих мобилизации различных звеньев Функциональных систем, определяющих уровень аэробной производительности.

Наиболее ярко адаптационные возможности кислородотранспортной системы проявляются уже при рассмотрении такого обобщённого показателя, как ЧСС. У спортсменов высокой квалификации ЧСС при предельной нагрузке может возрастать в 5 – 6 раз, в то время как у людей, не занимающихся спортом, всего в 2,5 – 3 раза. При особо напряжённых кратковременных нагрузках отмечаются случаи, когда ЧСС может достигать 250 ударов в минуту. Однако, важно отметить, что величины максимального систолического объёма крови наблюдаются лишь в определённом диапазоне ЧСС. Нижней границей этой зоны у нетренированного человека обычно является ЧСС 100 – 110 ударов в минуту, верхней – 170 – 180. У спортсменов высокой квалификации нижняя граница может составлять 110 – 130 ударов в минуту, верхняя – 190 – 220. При превышении этих величин отмечается уменьшение систолического объёма крови. При ЧСС 200 – 220 ударов в минуту диастола составляет всего 0,10 – 0,15 секунды, однако этого времени ещё вполне достаточно для полного наполнения обоих желудочков сердца квалифицированных спортсменов, поскольку адаптированная мышца сердца способна к более интенсивному сокращению. Это определяет и большую способность миокарда к расслаблению, что способствует быстрому диастолическому расширению обоих желудочков после окончания систолы и таким образом создаёт лучшие условия для притока крови из предсердий в желудочки.

Специальная тренировка не только повышает максимальные величины ЧСС, но и приводит к выраженной брадикардии в состоянии покоя. ЧСС 40 – 50 ударов в минуту в состоянии покоя является обычной для квалифицированных спортсменов, специализирующихся в видах спорта, требующих проявления выносливости. У отдельных выдающихся бегунов на длинные дистанции, велосипедистов - шоссейников, гребцов, лыжников часто регистрируются показатели ЧСС 30 – 40 ударов в минуту. Тренировка приводит к существенному уменьшению ЧСС при выполнении стандартных нагрузок. Например, шести месячная тренировка аэробной направленности способна привести к уменьшению ЧСС на 20 – 40 ударов в минуту при выполнении стандартных нагрузок различной интенсивности.

Особая роль в адаптации сердца к физическим нагрузкам отводится приросту сократительной способности сердечной мышцы и , как следствие, к увеличению ударного объёма. Важным моментом адаптации миокарда под влиянием физических нагрузок является увеличение растяжимости, прирост скорости и амплитуды сокращения и ещё более высокий прирост скорости расслабления. Из этого следует, что миокард тренированного человека может сохранять необходимую диастолу и обеспечивать сокращения при частотах, которые недоступны для нетренированного сердца.

Сердце хорошо тренированного человека отличается высокой экономичностью работы. А если учесть, что масса сердца у квалифицированных спортсменов обычно увеличена на 20 – 40%, то интенсивность функционирования структур миокарда в условиях физиологического покоя оказывается уменьшенной на 40% и более.

Наиболее рациональная адаптация сердца у мужчин отмечается при его объёме 900 – 1000 мл в секунду, ЧСС в состоянии покоя 55 – 60 ударов в минуту, МПК 4500 – 5000 мл в минуту.

В покое и при интенсивной физической работе кровоток, потребление кислорода и субстратов окисления в расчёте на 100 грамм массы миокарда у тренированных людей ниже. Чем у нетренированных, то есть сердце тренированных обладает не только большей мощностью, но и большей эффективностью. И если в состоянии покоя эти различия невелики, то при нагрузке они проявляются очень ярко. При равной внешней работе сердце тренированных людей потребляет на 100 грамм массы миокарда более чем в два раза меньше энергии по сравнению с сердцем нетренированных людей.

В результате тренировки увеличивается и общая масса крови. У мужчин, не занимающихся спортом, общая масса крови обычно колеблется в пределах 5 – 6 литров, а у женщин 4 – 4,5 литров. У спортсменов высокой квалификации, специализирующихся в видах спорта, связанных с проявлением выносливости, масса крови может повышаться соответственно до 7 – 8 у мужчин и до 5,5 – 6 литров у женщин. Общее увеличение массы крови приводит к увеличению количества гемоглобина, являющегося носителем кислорода. Увеличение гемоглобина связано с увеличением общей массы крови, а его концентрация остаётся без изменений. Эти адаптационные перестройки являются очень важными, так как при длительной работе, требующей функционирования значительного количества мышц, фактором, определяющим работоспособность, являются возможности кислородтранспортной системы.

Резко возрастает количество функционирующих капилляров. Если в состоянии покоя функционирует только 5 – 7% капилляров, то при длительной и значительной нагрузке – практически все капилляры, притом ещё и с дополнительным расширением. Увеличение сети функционирующих капилляров и расширение их поверхности может привести к многократному увеличению поверхности капиллярного русла. В процессе долговременной адаптации к физическим нагрузкам происходит образование новых капилляров, увеличивается их количество в мышечном волокне.

Потенциал скелетных мышц в отношении кровотока очень велик. Человек с мышечной массой, например, 30 килограмм способен к достижению показателей мышечного кровотока более 70 литров в минуту, что значительно превышает показатели сердечного выброса.

Существенным фактором, определяющим прирост аэробной производительности, является увеличение артериальной разности содержания кислорода при нагрузках, предъявляющих максимальные требования к аэробной системе энергообеспечения. Адаптационные перестройки гемодинамического и метаболического характера приводят к тому, что у спортсменов высокого класса (например, у велосипедистов – шоссейников, бегунов на длинные дистанции, гребцов) отмечаются значительные различия в содержании кислорода в артериальной и венозной крови достигающие 18 – 19%. В то же время у нетренированных людей при предельных нагрузках отмечаются величины не превышающие 10 – 11%.

Адаптация кислородтранспортной системы направлена на повышение кровоснабжения работающих мышц. Адекватное кровоснабжение при физической нагрузке обеспечивается в зависимости от её мощности и продолжительности сочетанием трёх факторов: 1) перераспределения кровотока между работающими и не работающими мышцами и другими органами; 2) увеличения объёмного кровотока в мышцах во время сокращения; 3) увеличения кровотока сразу же после сокращения мышцы.

Адаптация системы утилизации кислорода.

Повышение работоспособности за счёт периферической адаптации может осуществляться путём гемодинамических и метаболических изменений.

Гемодинамические изменения связаны с улучшением капилляризации, развитием коллатералей, улучшением распределения крови в организме, в том числе и внутримышечного. Улучшение капиляризации обусловлено вовлечением ранее не функционировавших капилляров, расширением и удлинением работающих капилляров, а так же образованием новых. В результате тренировки на выносливость первые адаптационные изменения связаны с повышением активности аэробных ферментов, затем наблюдается расширение отдельных капилляров и выход ростков и рост новых капилляров. Существует тесная связь между аэробными возможностями и средним числом капилляров на мышечное волокно. Уже двухмесячная тренировка с субмаксимальной интенсивностью нетренированных людей оказывается достаточной, чтобы привести к увеличению числа капилляров в скелетной мышце на 50%. В то же время мало интенсивная работа может привести только к увеличению содержания окислительных ферментов без увеличения капиллярной сети.

Метаболическая адаптация к работе аэробного характера включает увеличение количества и величины митохондрий, повышение активности оксидативных ферментов, прирост содержания гемоглобина, увеличение внутримышечного содержания гликогена и т.д.

В тренированной мышце объёмная плотность митохондрий резко увеличивается. Это вызывает повышение окислительных способностей мышечных клеток, улучшение условий для диффузии субстратов, благодаря чему возрастают способности клеток к утилизации кислорода, продуцированию и ускорению использования энергии, осуществлению аэробного ресинтеза АТФ.

В процессе адаптации происходит возрастание способности мышц утилизировать пируват, образующийся в увеличенных количествах при интенсивных физических нагрузках вследствие активации гликолиза. Это предупреждает повышение концентрации лактата в крови, которое является фактором, затрудняющим физическую работу (в частности увеличение его концентрации в крови тормозит использование жиров). Мобилизация и использование в митохондриях жирных кислот позволяет поднять уровень максимальной интенсивности и длительности работы.