Коц Я. - Спортивная физиология
Введение
Спортивная физиология - это вторая часть курса физиологии, изучаемого в институтах физической культуры. Основное содержание этого курса - физиология мышечной деятельности человека, частным случаем которой является спортивная деятельность.
В курсе спортивной физиологии можно выделить два-центральных вопроса - физиологическую характеристику различных видов спортивной, деятельности и физиологические механизмы адаптации организма при спортивной тренировке.
Спортивная деятельность связана, как правило, с предельным или почти предельным напряжением ведущих физиологических систем, обеспечивающих ее осуществление. Основная задача спортивной физиологии -дать количественную характеристику физиологических реакций отдельных систем и всего организма для разных видов спортивной деятельности. По существу, первую и с самого начала фундаментальную попытку систематического изложения физиологической характеристики видов спорта представляет собой учебное пособие А. Н. Крестовникова Физиология спорта, вышедшее в 1939 г. Эта книга в значительной мере обобщила исследования по физиологии физических упражнений и спорта, которые были начаты в нашей стране и за рубежом еще в конце прошлого века (см. введение в учебнике Физиология мышечной деятельности.
М., ФиС, 1982).
Ввиду чрезвычайно большого разнообразия видов спортивной деятельности возникает необходимость в их классификации, что позволяет объединить спортивные упражнения в относительно небольшое число групп с общими физиологическими чертами (раздел I). В настоящем учебнике дается общая физиологическая характеристика основных видов спортивной деятельности,- предъявляющих высокие требования к таким физическим (двигательным) качествам, как сила, быстрота и выносливость (раздел II).
III раздел учебника ставит своей целью расширить представления о физиологических реакциях организма при спортивной деятельности, раскрыть особенности приспособления организма спортсмена к разным внешним условиям, что позволит будущему тренеру учитывать их влияние на спортивную работоспособность, планировать тренировочные нагрузки при подготовке спортсмена к соревнованиям в разных условиях с учетом характера и механизмов приспособления к ним - акклиматизации.
Другая важная задача курса спортивной физиологии дата представление о физиологической адаптации организма к физическим нагрузкам, т. е. изложить феноменологию и описать механизмы тех изменений в функциях различных органов и систем, которые возникают в результате систематических тренировок и обеспечивают более высокие функциональные возможности организма тренирующегося Человека. Снова следует отметить, что первое обстоятельное изложение этой проблемы (главным образом в связи с центрально-нервными механизмами адаптации в процессе спортивной тренировки) было дано в книге А. Н. Крестовникова Очерки по физиологии физических упражнений (1951). Заметное влияние на развитие этой проблемы оказала монография В. С. Фарфеля Физиология спорта, вышедшая в 1960 г.
В настоящем учебнике представление о специфических физиологических адаптационных изменениях, возникающих в организме в процессе спортивной тренировки, можно получить при сопоставлении физиологических показателей в условиях покоя и особенно: при стандартных и предельных физических нагрузках у спортсменов разных специализаций и неспортсменов (разделы II и III). Следует, однако, подчеркнуть, что только по результатам такого сравнения (поперечных срезов) не удается выявить чистые эффекты физиологической адаптации организма при систематических занятиях физической культурой и спортом.
Более полную картину должны дать длительные исследования одного и того же контингента занимающихся (лонгитудинальные исследования). К сожалению, пока длительность таких наблюдений редко превышает несколько недель или месяцев, что ограничивает наши представления о физиологических эффектах и особенно о физиологических механизмах спортивной тренировки.
Раздел IV посвящен физиологическим особенностям людей разного пола и возраста в связи с занятиями физической культурой и спортом. Объем учебника не позволил с достаточной полнотой раскрыть эту проблему.
Согласно решению предметной комиссии по физиологии при Спорткомитете СССР физиологические вопросы этой проблемы должны быть обстоятельно изложены в специальном учебнике (учебном пособии) по физиологическим основам физического воспитания.
Глава 1. Физиологическая классификация физических упражнений
В своей повседневной деятельности - в быту, на производстве, во время занятий физической культурой и спортом - человек выполняет самые разнообразные двигательные действия: С точки зрения физиологии совокупность непрерывно связанных друг с другом двигательных действий (движений), направленных на достижение определенной цели (решение двигательной задачи), является упражнением.
В соревновательном спортивном упражнении совокупность двигательных действий (движений) направлена на достижение максимально возможного спортивного результата (примеры спортивных упражнений: прыжок в высоту, метание копья, стрельба, спортивная игра, бег или плавание на определенную дистанцию).
Огромное число физических, в том числе спортивных, упражнений обусловливает необходимость их классификации. Физиологическая классификация объединяет в группы физические упражнения со сходными функциональными характеристиками. С одной стороны, это такие упражнения, для успешного выполнения которых могут быть использованы в определенной степени сходные режимы, средства и методы физического воспитания (спортивной тренировки).
С другой стороны, в одну группу объединяются физические упражнения, которые могут быть в равной мере использованы в системе физического воспитания (спортивной тренировки) для повышения функциональных возможностей одних и тех же физиологических органов, систем и механизмов, а следовательно, одного и того же физического качества. Так, возможности сердечно-сосудистой и дыхательной систем, в наибольшей степени определяющие уровень развития выносливости, могут успешно повышаться при использовании разных физических упражнений одной группы: длительного бега, езды на велосипеде, плавания, бега на лыжах.
Общая физиологическая классификация физических упражнений
Наиболее общая физиологическая классификация физических упражнений может быть проведена на основе выделения трех основных характеристик активности мышц, осуществляющих соответствующее упражнение:
1) объем активной мышечной массы;
2) тип мышечных сокращений (статический или динамический);
3) сила или мощность сокращений.
Локальные, региональные и глобальные упражнения
В зависимости от объема активной мышечной массы все физические упражнения классифицируют на локальные, региональные и глобальные.
К локальным относятся упражнения, в осуществлении которых участвует менее 1/3 всей мышечной массы тела (стрельба из лука, из пистолета, определенные гимнастические упражнения).
К региональным относятся упражнения, в осуществлении которых принимает участие примерно от 1/3 до 1/4 всей мышечной массы тела (гимнастические упражнения, выполняемые только мышцами рук и пояса верхних конечностей, мышцами туловища и т. п.).
Глобальными называются упражнения, в осуществлении которых принимает активное участие более 1/г всей мышечной массы тела (бег, гребля, езда на велосипеде и др.). Подавляющее большинство спортивных упражнений относится к глобальным.
Статические и динамические упражнения
В соответствии с типом сокращения основных мышц, осуществляющих выполнение данного упражнения, все физические упражнения можно разделить соответственно на статические и динамические.
К статическим упражнениям относится, например, сохранение фиксированной позы при удержании стойки на кистях (у гимнастов), в момент выстрела (у стрелка).
Большинство физических упражнений относится к динамическим. Таковы все виды локомоций: ходьба, бег, плавание и др.
Силовые, скоростно-силовые упражнения и упражнения на выносливость
При классификации физических упражнений по силе сокращения ведущих мышечных групп следует учитывать две зависимости: сила - скорость и сила - длительность мышечного сокращения.
В соответствии с зависимостью сила - скорость (рис. 1) при динамическом сокращении проявляемая сила обратно пропорциональна скорости укорочения мышц (скорости движения перемещаемого звена тела): чем больше эта скорость, тем меньше проявляемая сила. Другая, формулировка этой зависимости: чем больше внешняя нагрузка (сопротивление, вес), тем ниже скорость укорочения (движения) и тем больше проявляемая сила, и наоборот, чем меньше внешняя нагрузка, тем выше скорость движения и меньше, проявляемая мышечная сила.
Произведение силы на скорость мышечного сокращения определяет его мощность (см. рис. 1).
Зависимость сила - длительность мышечных сокращений, выражается в том, что чем больше сила (или мощность) сокращений мышц, тем короче их предельная продолжительность. Это справедливо как для локальной и региональной статической и динамической работы (рис.2), так и для глобальной работы (рис.3).
По проявляемым силе и мощности мышечных сокращений и связанной с ними предельной продолжительности работы все физические упражнения можно разделить на три группы: силовые, скоростно-силовые (мощностью) и на выносливость.
Силовыми можно считать упражнения с максимальным или почти максимальным напряжением основных мышц, которое они проявляют в статическом или динамическом режиме при малой скорости - движения (с большим внешним сопротивлением, весом). На рис. 1 силовым упражнениям соответствует левая часть кривой сила - скорость. Предельная продолжительность упражнений с максимальным проявлением силы исчисляется несколькими секундами.
Сила является основным двигательным качеством, определяющим успех выполнения силовых упражнений.
Скоростно-силовыми (мощностными) являются такие динамические упражнения, в которых ведущие мышцы одновременно проявляют относительно большие силу и скорость сокращения, т. е. большую мощность. Максимальная мощность мышечного сокращения достигается в условиях максимальной активации мышцы при скорости укорочения около 30% от максимальной для ненагруженной мышцы.
На кривой сила - скорость скоростно-силовые упражнения занимают срединное положение - до 50-60% от максимальной скорости (см. рис. 1). Максимальную мощность мышцы развивают при внешнем сопротивлении (грузе), составляющем 3050% от их максимальной (статической) силы.
Предельная продолжительность упражнении с большой мощностью мышечных сокращений находится в диапазоне, от 3-5 с до 1-2 мин - в обратной зависимости от мощности мышечных сокращений (нагрузки). Мощность играет важнейшую роль в скоростно-силовых упражнениях.
Рис. 3. Кривая зависимости рекордного (предельного) времени от скорости в беге (Б), плавании (Я) и беге на коньках (К) (В.
С. Фарфель).
Упражнениями на выносливость считаются такие упражнения, при выполнении которых ведущие мышцы развивают не очень большие по силе и скорости сокращения, но способны поддерживать или повторять их на протяжении длительного времени - от нескольких минут до многих часов (в обратной зависимости от силы или мощности мышечных сокращений). Выносливость - ведущее физическое качество для упражнений этой группы.
Более подробная физиологическая характеристика силовых и скоростно-силовых упражнений дается в гл. 3, упражнений на выносливость - в гл. 4.
Энергетическая характеристика физических упражнений
Энергетическая стоимость служит важнейшей характеристикой упражнения. Для определения энергетической стоимости физического упражнения, используют два показателя: энергетическую .мощность и валовый (общий) энергетический расход.
Энергетическая мощность - это количество энергии, расходуемое в среднем за единицу времени при выполнении данного упражнения. Она измеряется обычно в физических единицах: ваттах, ккал/мин, килоджоулях в минуту, а также в физиологических:
Скорости потребления О2 (мл О2/мин) или в МЕТах (метаболический эквивалент, т. е. количество О2) потребляемого в 1 мин- на 1 кг веса тела в условиях полного покоя лежа. 1 МЕТ равен 3,5 мл О2/кг мин).
Валовый (общий) энергетический расход - это количество энергии, расходуемой во время выполнения всего упражнения в целом. Валовый энергетический расход (общая энергетическая стоимость упражнения) может быть определен как произведение средней энергетической мощности на время выполнения упражнения.
При беге валовый энергетический расход на преодоление одинаковой дистанции в определенных пределах не зависит от скорости передвижения. Дело в том, что при увеличении скорости (энергетической мощности) время преодоления данной дистанции уменьшается, а при снижении скорости, наоборот, увеличивается, так что произведение энергетической мощности на время, т. е. общий энергетический расход, остается неизменным.
Общая энергетическая стоимость преодоления одной и той же дистанции выше при беге, чем при ходьбе (до скорости около 8 км/ч): на каждый километр дистанции при ходьбе расходуется в среднем 0,72 ккал/кг веса тела у женщин и 0,68 ккал/кг веса тела у мужчин, а при беге соответственно 1,08 и 0,98 ккал/кг веса тела.
По показателям энергетической мощности физические упражнения обычно подразделяют на легкие, умеренные (средние), тяжелые и очень тяжелые (табл. 1).
| Таблица 1. Классификация физических упражнений по расходу энергии (ккал/мин) у мужчин и женщин разного возраста. | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
Так, если выполняется очень тяжелая локальная работа, которая может продолжаться лишь несколько десятков секунд, скорость энергозатрат организма не превышает 1,2 ккал/мин (табл. 2). Такая же скорость расхода энергии характерна для региональной работы средней (умеренной) тяжести, которая может выполняться много десятков минут, и для глобальной, но очень легкой работы (крайне медленная ходьба .по
ровной местности), которая длится много суток подряд. Очень тяжелая глобальная работа для женщин в возрасте 50-59 лет с расходом энергии более 5,5 ккал/мин, которая может продолжаться лишь десятки секунд, является умеренной для мужчин 20-29 лет и может выполняться ими в течение нескольких часов (см. табл. 1).
| Таблица 2. Классификация тяжести локальных, региональных и глобальных упражнений по энерготратам (ккал/мин) | |||||||||||||||||||||||||
|
| Таблица 3. Энергетическая стоимость различных видов физкультурной и спортивной деятельности (по данным Е. М. Берковича, Н. В. Зимкина, Н. И. Волкова и др.) | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
| 1,1 м/с | 50 |
| 1,2 м/с | 80 |
| Ходьба на лыжах 13 км/ч | 20 |
| Бег на коньках | |
| 4 м/с | 10 |
| 8 м/с | 15 |
| 10 м/с | 25 |
| Езда на велосипеде | |
| 9 км/ч | 5 |
| 15 км/ч | 7 |
| 20 км/ч | 10 |
| более 30 км/ч | 20 |
| Г имнастика | |
| сгибание туловища | 4 |
| обороты на перекладине, | |
| прыжки | 7 |
| Танцы | 3-8 |
| Волейбол (развлек.) | 3 |
| Теннис | |
| одиночный | 8 |
| парный | 5 |
| Борьба | 14 |
| Спортивные игры | |
| (футбол, баскетбол, гандбол) | 10-15 |
* Соответствует скорости бега трусцой.
** Соответствует скорости марафонского бега с результатом 2 час. 20 мин. *** Соответствует скорости бега на 10 000 м с результатом около 28 мин. **** Соответствует скорости бега на 1500 м с результатом около 3 мин 40 с. ***** Соответствует скорости бега на 400 м с результатом 45 с.
С физиологической точки зрения, тяжесть одного и того же физического упражнения сильно изменяется в зависимости от условий его выполнения (например, в горах или при повышенных температуре и влажности воздуха), хотя энергетическая стоимость его остается почти или полностью такой же, что и в обычных условиях.
Таким образом, оценка тяжести упражнения только по энергетическим критериям недостаточна. Поэтому многие классификации физических упражнений наряду с энергетическими характеристиками' (отнесенными к весу или поверхности тела) учитывают также ряд других физиологических показателей (табл.
4): скорость потребления О2, частоту сердечных сокращений (ЧСС), легочную вентиляцию (ЛВ), температур'у тела, дыхательный коэффициент-(ДК), содержание молочной-кислоты в крови и др.
| Таблица 4. Классификация физической работы по энергетическим и физиологическим показателям (по данным у нетренированных мужчин) | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
| спокойная | 3,5 | 3 | 10,5 | 0,75 | 100 | 20 | 0,85 | 37,0 | 10-20 | Неопределенно долго |
| умеренная | 7,5 | 6 | 21,0 | 1,50 | 120 | 35 | 0,85 | 37,5 | 20 | Обычная трудовая деятельность (до 8 ч в день) |
| Средняя работа: оптимальная |
10,0 | 8 | 28,0 | 2,00 | 140 | 50 | 0,90 | 38,0 | 20-30 | Интенсивная трудовая деятельность (8 ч в день неск недель - сезонные работы) |
| Тяжелая работа: напряженная |
12,5 | 10 | 35,0 | 2,50 | 160 | 60 | 0,95. | 38,5 | 40 | Занятия физкультурой (1 - 2 ч в день, 3 раза в неделю) |
| Очень тяжелая работа: | ||||||||||
| максимальная | 15,0 | 12 | 42,0 | 3,00 | 180 | 80 | 1,00 | 39,0 | 50-60 | Интенсивная тренировка (до 1-2 ч в день) |
| истощающая | более 15,0 | более 12 |
более 42,0 | более 3,0 | более 180 |
более 120 |
более 1,00 |
более 39,0 | более 60 |
Соревновательное упражнение (неск. мин) |
* 1 ккал/мин = 426,85 кгм/мин= 69,767 Ватт= 4,186 кДж/мин.
** 1 МЕТ = 3,5 мл, О2/кг*мин - 0,0175 ккал/кг = 0,0732 КДж/кг. *** 1 л потребления О2 =-5,05 ккал = 21,237 кДж
Физиологическая классификация спортивных упражнений
дельтапланеризм. Перемещение спортсмена в пространстве при выполнении упражнений первой, наиболее многочисленной группы осуществляется в основном за счет внутренних (мышечных) сил. При выполнении, технических упражнений перемещение спортсмена происходит главным образом за счет внешних (не мышечных) сил: тяги двигателя машины (в автоспорте), гравитационных сил (в санном, парашютном спорте), силы воздушного потока (в.парусном спорте, авиа- и
дельтапланеризме). Успех в технических упражнениях в очень большой мере определяется техническим оборудованием (в конном спорте - качествами лошади) и степенью владения им.
Эти спортивные упражнения требуют исключительно высокого развития у спортсменов специфических психофизиологических функций: внимания, быстроты реакции, тонкой координации движений и т. д. В то. же время упражнения в технических видах спорта как правило, не предъявляют предельных требований к энергетической и мышечной системам, к системам вегетативного обеспечения, а также к физическим качествам: силе, мощности и выносливости.
К циклическим упражнениям локомоторного (переместительного) характера относятся бег и ходьба, бег на коньках и на лыжах, плавание, гребля, езда на велосипеде. Для этих упражнений характерно многократное повторение стереотипных циклов движений. При этом относительно постоянны не только общий рисунок движений, но и средняя мощность нагрузки или скорость перемещения спортсмена (велосипеда, лодки) по дистанции.
Исключение составляют очень короткие циклические упражнения (дистанции) и начальный отрезок любой дистанции, т. е. период разгона, на протяжении которых скорость перемещения изменяется очень значительно. Иначе говоря, циклические упражнения - это упражнения относительно постоянных структуры и мощности.
К ациклическим относятся такие упражнения, на протяжении выполнения которых резко меняется характер двигательной активности. Упражнениями такого типа являются все спортивные игры, спортивные единоборства, метания и. прыжки, гимнастические и акробатические упражнения, упражнения на водных и. горных лыжах, в фигурном катании на коньках. Для ациклических упражнений характерны также резкие изменения мощности по ходу их
Некоторые виды спорта включают разные упражнения - циклические и ациклические. Таковы, например.; многоборья в легкой атлетике, лыжное двоеборье, современное пятиборье. Поэтому понятие соревновательное спортивное упражнение и понятия вид спорта или спортивная дисциплина во многих случаях нетождественны. выполнения.
Это справедливо не только для соревновательных, но и для тренировочных упражнений (например, повторное пробегание отрезков с различной скоростью).
Важнейшую классификационную характеристику упражнений, кроме технических, составляет их мощность.
