Изменение показателей функционального состояния организма под воздействием регулярных занятий физической культурой и спортом

Введение
Актуальность. Изменения показателей функционального состояния организма под воздействием регулярных занятий физической культурой и спортом принято называть адаптацией к физическим нагрузкам. Общеизвестно, что при занятиях физической нагрузкой организму необходимо адаптироваться к новому состоянию. Н.А. Фомин (2003) определяет адаптацию к физическим нагрузкам как приспособление организма не только к величине поднимаемого груза, скоростному или медленному темпу, но и к изменению функций, биохимическим процессам и вызываемым ими реакциям жидких сред организма. Также к этому добавляет и изменение психоэмоционального фона, на котором совершается соревновательная деятельность [17].
Особенностью адаптированных функциональных систем является их гибкость и лабильность в достижении одного и того же результата при различных состояниях внешней и внутренней среды. Функционирование этих систем проходит с максимальной экономией ресурсов организма [12].
В процесс адаптации организма к воздействиям физическим нагрузок прослеживается два этапа: начальный, или этап срочной адаптации, и последующий, или этап долговременной адаптации [4].
Не смотря на то, что к настоящему времени накоплен обширный материал по адаптации организма к различным формам двигательной активности, это вопрос до сих пор остается особенно актуальным.
В связи со всем вышеперечисленным, целью работы стало изучение особенностей адаптации организма к физическим нагрузкам на занятиях.
Поставлены следующие задачи:
1. Изучить особенности приспособления организма к физическим нагрузкам на этапе срочной адаптации.
2. Изучить особенности приспособления организма к физическим нагрузкам на этапе долговременной адаптации.
1. Срочная адаптация к физическим нагрузкам на занятиях
Этап срочной адаптации выражается в приспособительных изменениях, которые развиваются непосредственно во время воздействия нагрузки на основе ранее сформированных двигательных стереотипов и имеющихся функциональных возможностях [12].
Срочная адаптация происходит в три стадии:
1. Активизируется деятельность различных компонентов функциональной системы, которая обеспечивает выполнение данной работы.
2. Деятельность функциональной системы протекает при стабильных характеристиках основных параметров ее обеспечения, в так называемом устойчивом состоянии.
3. Происходит нарушение установившегося баланса между запросом и его удовлетворением. Это происходит в результате утомления нервных центров, которые обеспечивают регуляцию движений и исчерпанием углеводных ресурсов организма.
В целом, механизм реакции человеческого тела на физическую активность следующий: из-за сигнала, воспринимаемого рецептором, входящий импульс попадает в кору головного мозга, где он формирует процесс возбуждения и торможения, образуя функциональную систему, объединяющую определенные структуры мозга. Система наведения может мобилизовать определенные группы мышц. В этом процессе участвуют все моторные уровни головного мозга: моторный уровень коры (моторная кора), подкорковый моторный уровень, столбчатый моторный уровень (включая моторный центр продолговатого мозга и средний мозг), сегментарный моторный уровень, моторный центр спинного мозга и последнее звено, двигательные нейроны. Управляя мышцами, цепь управления также воздействует на центр кровообращения, дыхания и другие автономные функции. В неподходящем организме центральная система управления не может эффективно функционировать: скоординированные действия, недостаточная интенсивность и рабочее время. В основном это связано с недостаточным и небольшим количеством связей между центрами. В этом случае возникает неэффективный импульс, который не только стимулирует мышцы, которые необходимо включить в работу, но и стимулирует мышцы-антагонисты. В то же время дыхание, кровообращение и мышечная активность также несовместимы [14].
Срочная адаптация характеризуется как несовершенная, поскольку в ее реализации участвуют избыточные звенья, которые непосредственно не связаны с полезным результатом [11]. Во время выполнения спортивных упражнений в организме происходят многочисленные изменения. Одной из первых на воздействие физических нагрузок отзывается кардиореспираторная система, изменения которой направлены на удовлетворение возросших метаболических потребностей, обеспечивая максимальную эффективность ее функционирования [1, 15].
Легочная вентиляция при физической нагрузке достигает максимальных величин. При нагрузке более низкой интенсивности это осуществляется за счет увеличения дыхательного объема, а при увеличении интенсивности нагрузки повышается и частота дыхания [15].
Изменяются значения ударного и минутного объема крови, артериального давления, частоты сердечных сокращений. Эти показатели увеличиваются прямо пропорционально повышению интенсивности нагрузки [14].
Е.А. Баранова и Л.В. Капилевич [1] отмечают, что у людей, регулярно занимающихся спортом, по сравнению с лицами, не занимающимися спортом во время выполнения физической нагрузки сердечно-сосудистая система эффективнее справляется с задачей обеспечения кислородного резерва. Работа сердца у регулярно тренирующихся построена экономичнее, но в то же время в большей степени выражена мобилизация симпатического звена.
Примечательной особенностью срочной адаптации является то, что деятельность человеческого организма осуществляется на пределе его возможностей, что может почти полностью мобилизовать физиологические резервы, но не всегда обеспечивает необходимую адаптацию. К примеру, бег человека, не адаптированного к максимальной мобилизации гликогена в печени, происходит при приближении объема крови и лимита вентиляции легких. Быстрое накопление молочной кислоты в крови ограничивает интенсивность физических нагрузок - реакция на упражнения не является ни быстрой, ни достаточно продолжительной. Таким образом, функциональная адаптивная система, отвечающая за двигательную реакцию при экстренной адаптации, характеризуется чрезмерным напряжением различных ее звеньев и в то же время имеет определенные дефекты в самой двигательной реакции.
Стоит отметить, что уровень адаптационных возможностей существенно зависит от уровня физической подготовленности и функционального состояния занимающегося. Чем ниже физическая подготовленность, тем более существенно утомление, больше выражены сдвиги в тех функциональных системах, на которые падает основная нагрузка, продолжительнее восстановительный период [11].
В целом, срочная адаптация к физическим нагрузкам характеризуется максимальной по уровню и неэкономной гиперфункцией, ответственной за адаптацию функциональной системы, резким снижением физиологических резервов данной системы, явлениями чрезмерной стресс-реакции организма и возможным повреждением органов и систем. В результате двигательные, т. е. по существу, поведенческие реакции организма оказываются в значительной мере лимитированными.
2. Долговременная адаптация к физическим нагрузкам на занятиях
Долгосрочный этап адаптации к физической нагрузке возникает постепенно в результате повторяющегося включения срочных адаптационных реакций и характеризуется морфофункциональными изменениями, которые способствуют выполнению больших физических нагрузок [8, 11]. Функциональные изменения происходят в тех звеньях организма, которые лимитируют приспособление к конкретной мышечной деятельности [12].
Стадии формирования долговременной адаптации:
1. Происходит систематическая мобилизация функциональных ресурсов организма занимающегося в процессе выполнения тренировочных программ определенной направленности с целью стимуляции механизмов долговременной адаптации на основе многократно повторяющейся срочной адаптации.
2. На фоне планомерно возрастающих и систематически повторяющихся нагрузок происходит интенсивное протекание структурных и функциональных преобразований в органах и тканях соответствующей функциональной системы. В конце этой стадии происходит необходимая гипертрофия органов, слаженность деятельности различных звеньев и механизмов, которые обеспечивают эффективную деятельность функциональной системы в новых условиях.
3. Происходит процесс устойчивой долговременной адаптации, которая выражается в наличии необходимого резерва для обеспечения нового уровня функционирования системы, стабильности функциональных структур, тесной взаимосвязи регуляторных и исполнительных механизмов.
4. Происходит изнашивание отдельных компонентов функциональной системы в результате нерационально построенной, часто излишней тренировке, неполноценном питании и восстановлении.
Благодаря тренировке системы связи между центрами всех уровней мозга расширяются, а формирование динамических стереотипов основывается на сложившейся системе нервных процессов, сформированной по принципу условного рефлекса. При этом создается операционная система для общей регулировки производительности определенных мышц. Адаптивность центральной системы регулирования проявляется в автоматизации движения, что проявляется в выполнении фиксированного движения без контроля нервного центра, что является экономическим проявлением к накоплению средств на условный рефлекс во время тренировки расширяются функции центральной нервной системы, и сразу могут создаваться алгоритмы двигательного поведения, что необходимо для эффективного решения неожиданных двигательных задач.
Считается, что под влиянием рационально организованных физических упражнений усиливаются пластические процессы, что приводит к ускоренному образованию костной ткани в период роста человека. Наиболее ярко этот процесс происходит в детском возрасте. Кроме того физические нагрузки умеренной мощности и продолжительностью 1,5-2,0 часа могут вызвать троекратное увеличение гормона соматотропина в крови. А чем выше уровень самототропина, тем интенсивнее рост человека [16].
Регулярные физические нагрузки способствуют увеличению силы и выносливости дыхательной мускулатуры, увеличению размера легких и глубину дыхания с одновременным уменьшением частоты дыхательных движений, что существенно улучшает процессы газообмена в легких и более полно обеспечивает потребности организма в кислороде [13].
Физиологические сдвиги в дыхательной системе также проявляются в виде возрастания коэффициента утилизации кислорода и повышения способности дыхательного центра длительное время поддерживать возбуждение на предельном уровне. Увеличивается кислородная емкость крови и способность скелетных мышц использовать кислород из крови, благодаря чему создаются условия для понижения легочной вентиляции, как в состоянии покоя, так и при физических нагрузках [8].
Регулярные занятия физическими упражнениями способствуют увеличению количества альвеол на 15-20%, что создает значительный анатомический и функциональный резерв дыхания [6].
Некоторыми авторами [2, 5] отмечается, что занятия физическими упражнениями циклического характера приводят к увеличению объемно-скоростных показателей дыхательной системы. Так, в исследованиях Н.Г. Варламовой [5] установлено, что у людей, занимающихся лыжными гонками объемные скорости на разных участках форсированного выдоха, за исключением мгновенной объемной скорости в конце выдоха выше, чем у лиц, не занимающихся спортом.
Сердечно-сосудистая система играет ведущую роль в обеспечении адаптации организма к физической нагрузке, ограничивая развитие адаптационной реакции организма [10]. Систематические физические упражнения способствуют интенсивному развитию сердца и улучшают его функцию. В миокарде происходит множество морфологических перестроек, то есть увеличивается синтез сократительного белка, увеличивается количество митохондрий и увеличивается концентрация миоглобина в капиллярной сети пропорционально увеличению массы сердца. Все это приводит к умеренной гипертрофии сердца и увеличению его полости, что приводит к увеличению сердечного выброса и снижению частоты сердечных сокращений. Эти морфологические и функциональные перестройки обеспечивают экономию сердца и адаптацию сердечно-сосудистой системы к различным мышечным нагрузкам [3].
Нередко у людей, регулярно занимающихся физическими упражнениями, наблюдается синусовая брадикардия в покое, которая характеризуется низкими значениями частоты сердечных сокращений. Чаще всего замедление ритма сердца встречается у людей, регулярно занимающихся упражнениями циклического характера на развитие выносливости. Уменьшение частоты сердечных сокращений у занимающихся происходит в результате хронотропного влияния блуждающего нерва на синоатриальный узел и рассматривается как проявление более эффективной и экономной деятельности системы кровообращения. Это следует из того, что во время удлиненной диастолы создаются условия для оптимального наполнения желудочков кровью и полноценного восстановления обменных процессов в миокарде после предыдущей систолы. Одно из главных проявлений в результате уменьшения частоты сердечных сокращений в условиях покоя считается снижение потребности миокарда в кислороде [15].
На начальном этапе занятий ударный объем крови имеет тенденцию к повышению своих значений, а по мере увеличения спортивного стажа и его значения стабилизируются, что способствует снижению минутного объема крови в состоянии покоя.
Помимо положительного влияния на здоровье занимающегося физические нагрузки могут оказывать отрицательное влияние на функциональное состояние и быть причиной различных заболеваний и травм. Это происходит в результате несоответствия выполняемой нагрузки с функциональными возможностями организма [9]. Чрезмерная нагрузка может вызвать угнетение пластических процессов и задержку роста и развития организма. Интенсивные физические нагрузки в течение длительного времени, особенно, в сочетании с неблагоприятными условиями внешней среды способны вызвать и поддерживать воспалительные изменения в дыхательных путях [7]. Так, I.M. Vuljanko, D. Plavec [18] отмечают, что люди, занимающиеся в условиях открытого пространства окружающей среды, подвергаются действию холодного воздуха, что может способствовать увеличению риска дисфункции дыхательной системы.
Заключение
Адаптация к физическим нагрузкам проходит в два этапа, один из которых этап срочной адаптации, другой долговременной. Чем же они отличаются и что происходит на каждом из них.
В первую очередь, первый этап, этап срочной адаптации, происходит во время выполнения упражнений. Характеризуется он несовершенной адаптацией. На этом этапе включаются в работу максимальное количество мышц, происходит значительное увеличение частоты сердечных сокращений, частоты дыхания, минутного потребления кислорода. Интенсивность изменений зависит от физической подготовленности занимающегося, чем ниже ее уровень, тем выше нагрузка на функциональное состояние организма.
Этап долговременной адаптации происходит в результате многократного повторения упражнений. Результат адаптации будет зависеть от регулярности выполнения физических упражнений. Чаще всего они оказывают положительное влияние на организм человека, в виде уменьшения функционального напряжения во время выполнения упражнения. Однако, очень интенсивные спортивные тренировки могут оказывать глубокое воздействие на все физиологические процессы, в результате чего нередко возникает состояние переутомления. В подобных случаях нужно изменить содержание тренировок, уменьшить их продолжительность, переключиться на другой вид спорта или вообще на какой-то период прекратить тренировки.
Список литературы
Баранова, Е.А. Функциональная адаптация сердечно-сосудистой системы у спортсменов, тренирующихся в циклических видах спорта / Е.А. Баранова, Л.В. Капилевич // Вестник Томского государственного университета. 2014. № 383. С. 176-179.
Бахарева, А.С. Особенности функционального состояния кардиореспираторной системы лыжниц-гонщиц 17-20 лет с различным уровнем спортивной результативности / А.С. Бахарева: автореф. дис. ... канд. биол. наук. Челябинск, 2009. 23 с.
Белоцерковский, З.Б. Сердечная деятельность и функциональная подготовленность у спортсменов (норма и атипичные изменения в нормальных и измененных условиях адаптации к физическим нагрузкам) / З.Б. Белоцерковский, Б.Г. Любина. М. : Советский спорт, 2012. 548 с.
Ванюшин, Ю.С. Кардиореспираторная система в онтогенезе при адаптации к функциональным нагрузкам / Ю.С. Ванюшин, Р.Р. Хайруллин. Казань, 2016. 200 с.
Варламова, Н.Г. Функция внешнего дыхания у лыжников-гонщиков в годовом цикле / Н.Г. Варламова // Материалы II Всероссийской научно-практической конференции: Медико-биологические основы спортивной деятельности на Севере. Сыктывкар, 2017. С. 9-12.
Гибадуллин, И.Г. Влияние физической нагрузки на показатели дыхательной системы на занятиях по физического воспитанию студентов / И.Г. Гибадуллин, Л.Н. Кузнецова // Наука и образование. 2013. №. 1. С. 112-114.
Добрынина, Е.А. Бронхиальная астма и физические нагрузки / Е.А. Добрынини // Вестник науки и образования. 2017. Т. 1. № 12 (36). С. 102-105.
Койносов, А.П. Адаптация детей к занятиям спортом на Севере / А.П. Койносов. Шадринск: Изд-во ОШУП «Шадринский Дом Печати», 2008. 177 с.
Мавлиев, Ф.А. Кардиогемодинамика мальчиков 10 лет занимающихся хоккеем / Ф.А. Мавлиев, А.С. Самсыкин // Материалы Международной научно-практической конференции: Физиологические и биохимические основы и педагогические технологии адаптации к разным по величине физическим нагрузкам. Казань : Поволжская ГАФКСиТ, 2012. С. 157-159.
Мануйлов, И.В. Физиологическая характеристика адаптивных реакций кардиореспираторной системы у лыжников массовых разрядов в годовом цикле на европейском Севере / И.В. Мануйлов : дис. канд. ... мед. наук. Архангельск, 2014. 142 с.
Панова, О.С. Особенности многолетней адаптации высококвалифицированных спортсменов / О.С. Панова, О.А. Сидоренко // Сборник статей XI Международного научно-практического конкурса: Лучшая научно-исследовательская работа 2017. Пенза, 2017. С. 299-302.
Сакин, Н.А. Адаптация спортсмена к физическим нагрузкам / Н.А. сакин, Н.Н. Ерохина // Проблемы развития физической культуры и спорта в новом тысячелетии. 2015. Т. 1. С. 236-239.
Седакова, М.Л. Анатомия и возрастная физиология / под. ред. С.В. Низкодубовой // М.Л. Седакова, Л.Ф. Казионова, Т.А. Томова. Томск : Издательство Томского государственного педагогического университета, 2014. 522 с.
Солодков, А.С. Физиология человека. Общая. Спортивная. Возрастная / А.С Солодков, Е.Б. Сологуб. М. : Спорт, 2015. 620 с.
Уилмор, Дж.Х. Физиология спорта / Дж. Х. Уилмор, Д.Л. Костилл. Киев : Олимпийская литература, 2001. 504 с.
Чеснова, Е.Л. Физическая культура Е.Л. Чеснова. М. : Директ-Медиа, 2013. 60 с.
Фомин, Н.А. Адаптация: общебиологические и психофизиологические основы / Н.А. Фомин. М. : «Теория и практика физической культуры», 2003. 383 с.
Vuljanko I.M. Exercise-induced asthma in athletes-a review / I.M. Vuljanko, D. Plavec // Lijecnicki vjesnik. 2014. № 136 (11-12). P. 339-345.