The Role of Functional Systems in the Process of Adaptation to Physical Exertion

Full Text

Введение. Проблема адаптации человека к изменяющимся условиям окружающей среды является одной из главных в современном мире, в том числе применительно и к физической культуре и спорту. При всем многообразии форм адаптации у человека в основе лежат генотипическая и фенотипическая формы адаптации.

В результате генотипической адаптации на основе наследственной изменчивости, мутации и естественного отбора сформировались современные виды жизнедеятельности. Эта адаптация стала основой эволюции, результат которой закреплен генетически и передается по наследству. Комплекс видовых наследственных изменений составляет основу следующего этапа адаптации, приобретаемой в ходе индивидуальной жизнедеятельности человека. Эта адаптация формируется в результате взаимодействия человека с окружающей средой и обеспечивается значительными структурными изменениями в органах и тканях. Такие изменения не передаются по наследству, аккумулируются в наследственные признаки и в результате формируют его индивидуальный облик – фенотип.

Фенотипическая адаптация – это индивидуальный процесс, приобретения человеком ранее отсутствующей устойчивости к различным факторам внешней среды, в результате чего формируется возможность жить и работать в условиях, ранее несовместимых с жизнью, решать задачи, ранее неразрешимые.

В развитии большинства фенотипических адаптаций отчетливо прослеживается 2 этапа: начальный этап – срочный, но несовершенной адаптации и последующий этап – совершенной долговременной адаптации [8].

Срочный этап адаптационных изменений развивается непосредственно после начала действия раздражителей и, следовательно, реализуется на основе готовых ранее сформировавшихся физиологических механизмов. Важной отличительной чертой этого этапа адаптации является то, что деятельность организма человека чаще всего протекает на пределе его физиологических возможностей, при полной мобилизации функциональных резервов, но не всегда в полной мере обеспечивает необходимый адаптационный эффект. Так, бег нетренированного человека выполняется при близких к максимуму величинах минутного объема крови (МОК) и легочной вентиляции (ЛВ), при максимальной мобилизации резерва гликогена в печени; следствие недостаточно быстрого окисления пирувата в митохондриях мышц, наблюдается резкое повышение лактата в крови, лакцедемия лимитирует интенсивность нагрузки; следствие низкой емкости буферных систем крови быстро развивается ацидоз и падает мышечная работоспособность.

Долговременный этап адаптации складывается постепенно в результате длительного и многократного воздействия на человека факторов среды. По существу, он развивается на основе многократной реализации срочной адаптации и характеризуется тем, что в результате постепенно количественно-качественно накопления вида изменений организм человека приобретает новые состояния - из неадаптированного превращается в адаптированный, из нетренированного в тренированный. Такая адаптация, обеспечивает усвоение спортсменом ранее недостижимой по своим объемам и интенсивности физической нагрузки.

Таким образом, переход от срочного во многом несовершенного этапа к долговременному характеризует собой важный момент адаптационного процесса.

Методы исследования. Анализ и изучение специальной литературы по теме исследования, эксперимент с участием 25 спортсменов высокой квалификации и последующая обработка его результатов.

История вопроса. Механизм этого сложного процесса целесообразно рассматривать на основе принятого физиологий спорта представления, что реакция организма на факторы тренировочного процесса обеспечивается не отдельными органами, а определенным образом организованными и соподчиненными системами.

Именно такие системы (функциональные системы, по П.К. Анохину [2]) показали, что поступающая в нервные центры на основе биологической обратной связи (БОС) информация о результате действия – о достигнутом адаптационном эффекте – является главным системообразующим фактором [1].

Организм спортсмена в процессе тренировочной деятельности использует множество крайне динамических функциональных систем, объединенных по принципу иерархии и универсальности построения [10]. В конкретной динамической организации любой физиологической функциональной системы центральное место занимает полезный приспособительный эффект, или результат действия, и каждая функциональная система работает по принципу саморегуляции или самонастройки.

Применительно к процессу адаптации к физическим нагрузкам функциональный подход получил оригинальную интерпретацию в наших исследованиях касательно представлений о локомоторной (двигательной) функциональной системе (ЛФС), объединяющей в качестве составных компонентов большинство систем, классифицируемых по анатомо-функциональным признакам: центральную нервную, вегетативную, нейроэндокринную, сердечно-сосудистую, дыхательную, нервно- мышечную и другие. Системообразующим фактором ЛФ является доминирующая мотивация, или потребность. При спортивной деятельности в качестве таковой обычно выступает мотивация достижения наивысшего спортивного результата. Удовлетворение доминирующей потребности (мотивации) локомоторной функциональной системой достигается главным образом за счет интенсификацией деятельности всех ее компонентов, включая системы энергообеспечения и восстановления. Так как сформировавшаяся функциональная система распадается на составные компоненты только после достижения «положительного результата», то есть конечной цели, то вполне возможна ситуация при которой может наступить полное истощение функциональных резервов и даже гибель организма [12].

Именно поэтому становится актуальным то обстоятельство, что деятельность человека всегда носит общественный характер, и ее целевая направленность может резко отличаться от целевой направленности защитных механизмов. Это приводит не только к увеличению роли психологических факторов формирования механизмов устойчивости, но и к тому, что в процессе приспособления могут возникнуть два типа обеспечивающих реакций и программ поведения, каждая их которых направлена на достижение противоположных целей, то есть возможные противоречия между человеком как биосистемой и как членом общества.

Тем не менее, на практике, особенно в спорте, часто приходится сталкиваться с эффектом экстренного повышения физической работоспособности на фоне утомления, который известен как феномен «второго дыхания». Это, несомненно, означает, что организму каким-то образом удается разрешать возникающие противоречия между человеком как биологическим объектом и как членом общества. В противном случае феномен «второго дыхания» был бы просто невозможен.

Результаты исследования. В результате наших исследований было установлено, что эффект взрывного повышения работоспособности обеспечивается за счет повышения самой работоспособности, за счет активизации релаксационного механизма срочной мобилизации защиты, суть которого заключается в активизации тормозных систем ЦНС, нормализации процесса расслабления скелетных мышц и существенном повышении его скорости при взаимодействии организма с различными адаптогенными факторами. В данной работе мы ставим своей целью дальнейшее изучение взаимоотношений между различными компонентами локомоторной функциональной системы при различных уровнях и активности релаксационного механизма срочной мобилизации защиты.

В эксперименте участвовали спортсмены высокой квалификации, пловцы КМС (15 человек) и МС (10 человек), которые с интервалом отдыха в 15 минут выполняли 2 кратковременные физические нагрузки максимальной интенсивности на велоэргометре.

Полученные в эксперименте данные о метаболических изменениях указывают на развитие в тканях под влиянием физической нагрузки относительного ацидоза, гипоксии, гиперкапнии и накоплении восстановленных эквивалентов и конечных метаболитов креатинфосфатного и гликолитического обмена. Обращает на себя внимание повышение скорости расслабления мышц, свидетельствующее о включении (активизации) релаксационного механизма защиты [13]. В результате улучшается их трофика и энергообеспечение мышц, что подтверждается поддержанием высокой работоспособности на данном этапе.

Также обнаружено, что в условиях физического стресса наблюдается многократное увеличение в крови и моче основных стрессорных гормонов.

С развитием методов спортивной биохимии и физиологии удалось изучить принципиально новые механизмы, лежащие в основе развития долговременной адаптации и устойчивости организма спортсмена на клеточном и субклеточном уровнях. Так было однозначно установлено, что увеличение функций органов и систем закономерно влечет за собою активацию нуклео-и протеиносинтеза в клетках, образующих эти органы и системы. Поскольку в ответ на требование тренировочной среды возрастает функция систем, ответственных за адаптацию, то именно там прежде всего развивается активация синтеза нуклеиновых кислот и белков. В результате накапливаются определенные структурные компоненты и формируется системный структурный след.

Выводы. Сопоставив вышеприведенные факторы, можно заключить, что повышение содержания в крови стрессорных гормонов приводит к повышению СПР, и наоборот. Иначе говоря, между СПР и содержанием стрессорных гормонов существует отрицательная, а между СПР и содержанием тестостерона – положительная взаимосвязь.

Таким образом, спортсмены, имеющие высокую скорость произвольного расслабления мышц и высокую активность релаксационного механизма срочной мобилизации защиты, должны обладать и повышенной устойчивостью к различным стресс-факторам.

About the authors

Aleksey N. Krasilnikov

Samara State Technical University

Author for correspondence.
Email: ank67knv70@yandex.ru

Associate Professor of the Department of Physical Education and Sports

Russian Federation, Samara

Evgeniia G. Turbina

Samara State Technical University

Email: turbinaeg@mail.ru

Associate Professor of the Department of Physical Education and Sports

Russian Federation, Samara

References

Supplementary files