III. Утомление при физической работе
Выше уже отмечалось, что выносливость определяют и как способность противостоять утомлению. Утомление при выполнении физической работы – это временное снижение работоспособности двигательного аппарата, направленное на предотвращение чрезмерного истощения организма или отдельных его систем и опасных изменений внутренней среды организма.
Следует различать утомление и ощущение усталости. Ощущение усталости – субъективное явление, которое может свидетельствовать о приближении утомления. В противоположность ощущению усталости утомление – объективное явление, которое может быть зафиксировано различными способами.
Признаки утомления
Признаки утомления при выполнении различных физических упражнений весьма разнообразны. Однако можно выделить наиболее типичные:
• уменьшение силы мышечных сокращений;
• снижение скорости сокращений мышц;
• ухудшение способности мышц к расслаблению;
• снижение точности движений;
• изменение структуры двигательных действий;
• сокращение дополнительных мышц, не участвующих в данном движении;
• повышение относительных энерготрат (в единицу времени) и кислородного запроса (количества кислорода, необходимого для работы);
• снижение количества кислорода, доставляемого к мышцам;
• повышение температуры тела.
Причины утомления зависят от характера упражнений. Однако следует учитывать, что утомление всегда носит комплексный характер, т. е. при выполнении любой физической работы причин утомления несколько, и они связаны с различными системами организма. При этом некоторые из них являются главными, а другие – второстепенными.
Для понимания механизмов развития выносливости тренерам целесообразно познакомиться с основными системами организма, которые могут вносить вклад в снижение работоспособности. К числу таких систем (звеньев) можно отнести скелетные мышцы, центральную нервную систему, железы внутренней секреции, вегетативные органы, нервно-мышечные синапсы.
Скелетные мышцы. Изменения в самих мышцах при напряженных физических упражнениях могут снижать их работоспособность. Среди подобных изменений следует назвать: во-первых, истощение энергетических ресурсов мышцы (запасы АТФ, КрФ, гликогена); во-вторых, нехватку кислорода (гипоксия); в-третьих, накопление в мышцах продуктов метаболизма (молочная кислота, кетоновые тела); в-четвертых, нарушение обмена кальция в мышечных волокнах.
Центральная нервная система. В ЦНС происходят многочисленные изменения, вызывающие утомление двигательного аппарата. Во-первых, следует назвать развитие запредельного торможения в двигательных нервных центрах. Данный вид торможения возникает в результате напряженной и длительной работы нервных центров. Поэтому снижается качество работы самих двигательных нервных центров, в результате чего наблюдается нарушение структуры двигательного навыка, ухудшение внутримышечной и межмышечной координации, снижение величины усилий и скорости движений, возникает скованность движений. Субъективно спортсмены воспринимают возникновение запредельного торможения в двигательных нервных центрах как потерю управляемости мышц. Иными словами, спортсмены чувствуют «развал» техники движений, хотят ее исправить, но изменить ситуацию не могут. В таких случаях говорят: «мышцы перестают слушаться».
Во-вторых, важнейшей функцией ЦНС является координация работы остальных систем организма. Поэтому малейшие изменения в работе отдельных нервных центров негативно сказываются на координации работы всех систем организма, что неизбежно снижает работоспособность двигательного аппарата.
Железы внутренней секреции. Для обеспечения высокой работоспособности в некоторых видах спортивных упражнений требуется увеличенное количество определенных гормонов. В результате длительной и напряженной физической работы способность отдельных желез вырабатывать гормоны снижается. Из-за нехватки данных гормонов обменные процессы в мышцах нарушаются и работоспособность мышц также снижается.
Вегетативные органы. Системы вегетативного обеспечения мышечной работы – системы дыхания, кровообращения, крови, терморегуляции. Нарушения в деятельности данных систем организма приводят к снижению количества кислорода, доставляемого к мышцам, накоплению в организме продуктов метаболизма, повышению температуры тела. Указанные факторы негативно влияют на физическую работоспособность.
Нервно-мышечные синапсы. При выполнении напряженной физической работы через нервно-мышечные синапсы (место контакта нервов с мышечными волокнами) проводится большое количество импульсов. Проведение каждого импульса возбуждения требует определенного количества медиатора (вещества, передающего возбуждение от одной клетки к другой). Медиатором в нервно-мышечном синапсе служит ацетилхолин. При выполнении длительной и напряженной физической работы запасы ацетилхолина в синапсах могут истощаться, в результате чего снижается пропускная способность синапсов. Поэтому импульсы возбуждения с нервного волокна плохо проводятся к мышце, и сила мышечных сокращений снижается.
При развитии выносливости важно иметь представление об основных причинах утомления при выполнении спортивных упражнений.
Циклические упражнения
Причинами утомления при кратковременных упражнениях предельной анаэробной мощности (спринтерские упражнения продолжительностью 6–20 с) в первую очередь являются изменения в двигательных нервных центрах. Здесь развивается торможение по механизму запредельного. В напряженно работающих мышцах снижаются запасы АТФ и КрФ. При работе такой мощности нервно-мышечные синапсы функционируют на пределе своих возможностей. В результате в них уменьшаются запасы медиатора и снижается их пропускная способность. Кроме этого, в мышцах накапливается некоторое количество молочной кислоты, которая снижает их работоспособность.
Основными факторами и механизмами, определяющими предельное время работы в этих упражнениях, являются: способность ЦНС осуществлять эффективное управление мышцами, скоростно-силовые качества самих мышц (высокое содержание гликолитических быстрых мышечных волокон), мощность и емкость фосфагенной энергетической системы.
Период восстановления после таких упражнений непродолжителен. Полное восстановление занимает не более 30 мин. Раньше восстанавливаются двигательные функции (8–10 мин).
Причинами утомления при кратковременных упражнениях околопредельной анаэробной мощности (длинный спринт продолжительностью 20–50 с) также являются изменения в двигательных нервных центрах. При этих упражнениях происходит полное истощение фосфагенной энергетической системы, поэтому к энергоснабжению подключается гликолитическая энергетическая система. В результате в мышцах накапливается большое количество молочной кислоты, что негативно сказывается на их работоспособности.
Ведущие системы и механизмы, определяющие спортивный результат в этих упражнениях, те же, что и в упражнениях предыдущей группы, следует только добавить мощность гликолитической энергетической системы рабочих мышц.
Период восстановления более продолжителен. Полное восстановление занимает не более часа. Двигательные функции восстанавливаются быстрее (30 мин).
При выполнении упражнений субмаксимальной анаэробной мощности (продолжительностью 60–120 с) утомление наступает в первую очередь из-за накопления больших величин кислородного долга и молочной кислоты. Причем молочная кислота вместе с током крови разносится по всему организму и негативно влияет на работоспособность органов и систем. Кроме того, в ЦНС, так же как и при работе предельной мощности, развивается запредельное торможение. Развитие запредельного торможения в двигательных нервных центрах приводит к расстройству динамического стереотипа двигательных навыков и повышению относительных энерготрат. Имеет место и снижение запасов АТФ и КрФ в работающих мышцах.
Основные факторы и механизмы, определяющие предельное время работы при этих упражнениях – емкость и мощность гликолитической энергетической системы работающих мышц, устойчивость клеток (в первую очередь нервных) к сдвигу внутренней среды в кислую сторону, функциональные свойства нервно-мышечного аппарата (высокое содержание окислительных быстрых мышечных волокон), емкость фосфагенной энергетической системы.
Восстановление после выполнения упражнений субмаксимальной мощности затягивается на несколько часов. Кислородный долг ликвидируется до 3 ч после работы. Однако двигательные функции восстанавливаются раньше.
При выполнении упражнений большой мощности, предельная длительность которых находится в диапазоне 3–15 мин, наблюдаются предельные изменения в кислородтранспортной системе, достигается уровень максимального потребления кислорода (МПК). Поэтому такие упражнения еще называют упражнениями максимальной аэробной мощности (95–100 % МПК). Утомление наступает главным образом за счет развития запредельного торможения в двигательных нервных центрах, накопления больших величин кислородного долга и длительного функционирования важнейших вегетативных систем организма на уровне, близком к максимальному.
Предельное время работы при этих упражнениях определяют такие факторы и механизмы, как функциональные возможности кислородтранспортной системы (в первую очередь состояние сердечно-сосудистой системы и системы крови), возможности мышечных волокон утилизировать кислород, содержание гликогена в мышцах, емкость и мощность гликолитической энергетической системы работающих мышц, устойчивость организма к сдвигу внутренней среды в кислую сторону.
Восстановление организма в этом случае затягивается до суток. Двигательные и вегетативные функции восстанавливаются примерно в одинаковые сроки.
При выполнении упражнений околомаксимальной аэробной мощности с предельной длительностью в диапазоне 15–60 мин наблюдаются меньшие изменения в кислородтранспортной системе, и дистанционное потребление кислорода составляет 80–90 % от МПК. Утомление наступает за счет развития запредельного торможения в двигательных нервных центрах и длительного функционирования важнейших вегетативных систем организма на уровне, близком к максимальному.
Основными факторами и механизмами, определяющими предельное время работы при этих упражнениях, являются: возможности кардиореспираторной системы, процент содержания в мышцах медленных волокон, число кровеносных капилляров в мышцах, содержание гликогена и активность окислительных ферментов в мышечных волокнах, степень повышения температуры тела и потери воды во время работы.
Восстановление после выполнения подобных упражнений может продолжаться более суток. Двигательные и вегетативные функции восстанавливаются примерно в одинаковые сроки.
Циклические упражнения, предельная длительность которых находится в диапазоне 60–240 мин, можно охарактеризовать как упражнения средней аэробной мощности. Дистанционное потребление кислорода при такой работе колеблется (в зависимости от ее предельной длительности) от 55 до 80 % от индивидуального МПК. Утомление в первую очередь связано с развитием запредельного (охранительного) торможения в ЦНС, вызванного длительностью и монотонностью работы. Значительную роль в развитии утомления имеет истощение энергетических ресурсов организма, главным образом углеводных, нарушение водно-солевого баланса, повышение температуры тела.
Предельное время работы при этих упражнениях определяется такими факторами и механизмами, как возможности кардиореспираторной системы, процент содержания в мышцах медленных волокон, число кровеносных капилляров в мышцах, содержание гликогена и активность окислительных ферментов в мышечных волокнах, степень повышения температуры тела и потери воды во время работы.
Восстановление организма может занимать несколько суток. При этом двигательные функции восстанавливаются медленнее вегетативных.
Упражнения с предельной длительностью более 240 мин можно охарактеризовать как упражнения малой аэробной мощности. Потребление кислорода составляет обычно менее 50 % от МПК. Мышцы обеспечиваются энергией за счет окисления в равной степени жиров и углеводов.
Основными факторами и механизмами, определяющими развитие утомления при работе, продолжающейся более 4 ч, являются: истощение запасов гликогена в мышцах и печени, снижение концентрации глюкозы в крови и уменьшение, таким образом, ее доставки к клеткам нервной системы, ухудшение эффективности терморегуляции, нарушение водно-солевого баланса.
Восстановление организма в таких случаях также затягивается на несколько суток. Двигательные функции восстанавливаются позже вегетативных.
Особое место в современном спорте занимают циклические упражнения переменной мощности. Такие упражнения характеризуются постоянным изменением мощности выполняемой работы, связанным либо с особенностями рельефа трассы (легкоатлетический кросс, лыжные гонки, велогонки на шоссе), либо с тактическими особенностями ведения спортивной борьбы. В связи с изменением мощности выполняемой работы меняется кислородный запрос и потребление кислорода.
При выполнении упражнений переменной мощности к развитию утомления могут приводить изменения в ЦНС. Развитие запредельного торможения в двигательных нервных центрах вызвано длительностью упражнений и постоянной сменой интенсивности работы; кроме того, происходит частая смена структуры движений. Все это требует напряженной работы многих нервных центров. При выполнении упражнений переменной мощности возможно накопление больших величин кислородного долга. Такие упражнения могут продолжаться длительное время, что способно вызвать истощение энергетических ресурсов организма, и в первую очередь углеводных.
Ведущие системы и механизмы, определяющие спортивный результат в этих упражнениях, связаны с механизмами регуляции мышечной деятельности, функциональными возможностями кислородтранспортной системы и способностью рабочих мышц утилизировать кислород, устойчивостью организма к нарушению постоянства внутренней среды.
Восстановление организма после выполнения упражнений переменной мощности затягивается на несколько суток. Двигательные функции восстанавливаются позже вегетативных.
Схожие функциональные изменения отмечаются у спортсменов и в других видах спортивной деятельности. Например, в спортивных играх и спортивных единоборствах.
Главными причинами развития утомления при выполнении силовых упражнений являются изменения в ЦНС. В двигательных нервных центрах развивается запредельное торможение. Это приводит к нарушению внутримышечной и межмышечной координации, что способствует снижению силы, скорости и мощности мышечных сокращений, повышению относительных энерготрат, нарушению структуры двигательных действий.
Ведущие физиологические системы и механизмы, определяющие спортивный результат в этих упражнениях, также связаны с механизмами регуляции мышечной деятельности, функциональными свойствами нервно-мышечного аппарата, емкостью и мощностью фосфагенной энергетической системы рабочих мышц.
Период восстановления непродолжителен. Полное восстановление всего организма занимает не более 30 мин. Быстрее восстанавливаются двигательные функции (8–10 мин).
Статические усилия очень утомительны. Можно выделить две основные причины развития утомления:
– развитие запредельного торможения в двигательных нервных центрах, что приводит к снижению мышечной силы;
– накопление молочной кислоты в мышцах.
Полное восстановление происходит в течение 30 мин, двигательные функции восстанавливаются быстрее (10–15 мин).
Кратковременные ациклические упражнения скоростно-силовой направленности
К этой группе упражнений относятся различные виды прыжков, метаний, тяжелоатлетические рывок и толчок. Характерной особенностью данных упражнений является наличие в структуре движений одного или нескольких акцентированных усилий большой мощности, сообщающих большую скорость движения всему телу или спортивному снаряду.
Причинами утомления при выполнении кратковременных ациклических упражнений скоростно-силовой направленности в первую очередь являются изменения в ЦНС (развитие запредельного торможения). Восстановительный период протекает быстро.
Стандартные ациклические упражнения
К этой группе относятся упражнения спортивной и художественной гимнастики, акробатики, фигурного катания, синхронного плавания и аналогичных видов спорта. Для них характерно объединение в непрерывную, строго фиксированную, стандартную цепочку различных движений. Каждое из движений является законченным самостоятельным действием и может осваиваться отдельно, а также входить как компонент в различные комбинации.
Причинами утомления при выполнении стандартных ациклических упражнений являются изменения в ЦНС, накопление кислородного долга, изменения в работе отдельных сенсорных систем. Восстановление протекает быстро.
Ситуационные ациклические упражнения
Данные упражнения включают спортивные игры, спортивные единоборства. Во время выполнения этих упражнений ситуация непредсказуемым образом меняется, и спортсмену приходится постоянно ее контролировать, вырабатывать и корректировать программу двигательных действий, адекватных окружающей обстановке.
Причинами утомления при выполнении ситуационных ациклических упражнений являются изменения в ЦНС, накопление кислородного долга, изменения в работе отдельных сенсорных систем. Продолжительность восстановления может затягиваться на несколько суток и зависит от суммарных изменений в организме за время выполнения упражнений.