Биологические ритмы и спортивная работоспособность

Режим жизнедеятельности включает в себя учебу, тренировочные занятия, отдых, питание, общение и многое другое. Для понимания важности хорошо продуманного и строго выполняемого режима следует шире знать некоторые биологические явления в организме, связанные с его различной деятельностью.

Изучение биологических временных структур человека (хронобиология, биоритмология) позволило зафиксировать около 300 биоритмов – стабильных и лабильных. Биоритмы – это упорядоченное во времени и предсказуемое изменение биологических процессов (Шапошникова В.И. и др.).

Основным признаком ритмических процессов в организме, играющих огромную роль в его жизнедеятельности и способствующих экономному расходованию энергии, является их повторяемость. Расстояние между одинаковыми положениями двух колебаний носит название периода или цикла. Каждый цикл состоит из двух фаз. В одной из них процессы достигают своего максимума, в другой – минимума.

Вся живая природа функционирует по 24-часовому ритму. Суточному ритму подчинен и организм человека (независимо от того спортсмен он или нет). Для функций отдельных органов и систем характерны определенные режимы. Биологические ритмические процессы могут протекать как на уровне клеток, так и на уровне организма в целом.

Суточный (циркадный) ритм выявлен более чем у 40 функций организма человека (содержание гормонов, гликогена в печени, кровообращения и т.д.). Дважды в сутки снижается работоспособность сердечной мышцы: около 13 ч и 21 ч. Наибольших величин частота сердечных сокращений достигает в 18 ч. Установлена суточная периодика температуры тела: максимальная величина в
18 ч, а минимальная – с 1–4 ч. В течение суток изменяются сила мышц и многие другие качества. На физические нагрузки организм человека реагирует по разному в течение суток.

Рядом исследователей (Н.Я. Перной,1925 г., Ж. Пиаже,1969 г., E. Roberts) выявлена подверженность творческой деятельности циклическому характеру, обусловленному биоритмами.

Исследования в области биоритмологии выявили периоды повышенной активности головного мозга через каждые полтора часа. Эти данные послужили материалом к рекомендуемым формам физических упражнений с целью повышения умственной работоспособности, о которых мы будем говорить ниже.

Некоторые исследователи выявили в месячном цикле так называемые «хорошие» и «плохие дни». Установлены 23-суточный физический, 28-суточный эмоциональный и 33-суточный интеллектуальный циклы. Каждый из них имеет дни максимальной активности: в физическом цикле – 11–12-е сутки, в эмоциональном – 16–17-е сутки. Обучение будет более качественным, когда происходит совпадение положительных показателей, имеющихся у каждого человека. В течение недели, как показывает опыт, наиболее результативными являются вторник, среда, четверг и пятница, а нерезультативными – понедельник и суббота. Выявление высокопродуктивных и низкопродуктивных дней имеет большое значение для организации обучения, но на практике это недостаточно учитывается ввиду многих объективных причин (большое количество студентов при недостаточности аудиторного фонда, лабораторных классов, спортивных залов и т.п.). Занятия проводятся, студенты занимаются и это означает, что студент не может преодолеть «плохие», так называемые «критические дни». Благодаря высокой лабильности центральной нервной системы в студенческом возрасте происходит процесс затягивания биологических циклов под влиянием каких-нибудь внешних факторов. Это не должно быть постоянным. Например, во время подготовки к экзамену, некоторые студенты бодрствуют порой до 2-х часов ночи и позднее, т.е. сокращают длительность сна. Утром им приходится вставать, работать. Это не может и не должно продолжаться длительное время, т.к. хроническое нарушение согласованности режимов учебного дня, питания, отдыха, сна и двигательной активности может привести не только к снижению работоспособности, но и к развитию пред- и патологических явлений в организме.

Исследованиями Н.А. Агаджаняна (1988 г.) показано, что наиболее сильным по функциональным возможностям человек бывает с 8 до 12 ч и с 17 до
19 ч., так как активизируются почти все функции организма. В то же время дважды отмечено снижение психофизиологических функций в течение суток: с 2 до 3 и с 13 до 15 часов. В связи с этим целесообразно освоение трудных предметов планировать на часы высокой работоспособности, менее сложные предметы переносить на другое время и чередовать занятия с перерывами для проведения специальных форм физической культуры, сопровождающихся функциональной музыкой. Занятия в ночные часы не рекомендуются.

Однако благодаря волевому усилию человек может проявлять высокие функцио­нальные показатели в любое время дня, недели и года (как следствие этого – спортивные результаты).

 

 

Влияние повышенной и пониженной температуры воздуха на спортивную работоспособность

Во время напряженной и продолжительной спортивной нагрузки (например, марафонского бега) теплопродукция в работающих мышцах в 15-20 раз превышает теплопродукцию основного обмена. Практически все образующееся в мышцах тепло передается в кровь и переносится с нею в ядро тела, повышая его температуру до 39-40° и даже более (рабочая гипертермия). Терморегуляция организма направлена в таких случаях на усиление теплоотдачи - передачу избытка тепла поверхности тела путем усиления кровообращения в сети кожных сосудов, откуда тепло отдается в окружающую среду (главным образом за счет испарения.пота).

Повышенные температура и влажность окружающего воздуха серьезно затрудняют теплоотдачу, создавая риск перегревания тела. Чем выше внешняя температура, тем больше подъем температуры тела (рис. 58). В жаркий и влажный день температура тела у марафонца может достигать 41°. Усиленное испарение пота вызывает нарушение водного баланса тела - дегидратацию. Большую нагрузку испытывает сердечно-сосудистая система. Поэтому в таких условиях снижается спортивная работоспособность и возникает угроза перегрева организма - теплового удара.

Снижение спортивной работоспособности при повышенных температуре и влажности воздуха определяют три основных фактора: 1) перегревание тела, 2) быстрая дегидратация и 3) снижение кислородтранспортных возможностей сердечно-сосудистой системы.

 

15 Структурно-функциональные эффекты спортивной тренировки

Физические упражнения оказывают разностороннее воздействие на все органы и системы организма.

 

Норвежский ученый Е. Асмуссен (1939 г.), изучая обмен веществ в скелетных мышцах в состоянии покоя и при физических нагрузках, установил, что при максимальных физических нагрузках обмен веществ активизируется в 50 раз по сравнению с состоянием покоя.

 

Мышечные волокна во время движений при усиленном притоке крови получают питательные вещества и кислород и усваивают их более полно, чем в состоянии покоя, а продукты обмена веществ быстрее выводятся из организма. Во время физической работы изменяется и химический состав мышц: в них накапливаются крайне необходимые для их активной деятельности вещества (белки, гликоген, ферменты), лучше используется кислород, приносимый кровью, ускоряются восстановительные процессы.

 

Постоянное упражнение мышц и повышенный обмен веществ в них делают мышцы эластичными, упругими, сильными, увеличивается их толщина и общая масса. Каждому известно, что хорошо развитая мускулатура придает телу человека стройность, красоту. Если же мышцы находятся в длительном покое, когда человек не выполняет физической работы или физических упражнений, физиологические процессы протекают в них вяло, возникает дефицит питания, мышцы уменьшаются в объеме, становятся слабыми, дряблыми. Особенно часто это можно наблюдать у людей пожилого возраста, которые не занимаются физическим трудом и лечебной гимнастикой, что создает условия для образования жировых отложений. Даже по внешнему виду можно узнать людей, которые занимаются физической культурой. У них стройная фигура, красивая осанка, ловкие движения и упругая походка.

 

Физические нагрузки изменяют основные показатели сердечно-сосудистой системы. Интегральным показателем функционального состояния сердечно-сосудистой системы является пульс. У здорового человека среднего возраста частота пульса составляет примерно 65 ударов в минуту, однако она зависит от многих факторов, таких как возраст, пол, положение тела в настоящий момент, состояние окружающей среды. Частота пульса, а значит, и сердцебиение, изменяется в течение суток. Во время сна пульс на 2—7 ударов реже, чем при бодрствовании; пульс учащается после приема пищи, при повышении температуры воздуха. Физическая нагрузка вызывает резкое учащение сокращений сердечной мышцы.

 

У человека, находящегося в состоянии покоя, в сосудах циркулирует не более 55—75% крови, вся остальная кровь не участвует в кровообращении и содержится в виде резерва в кровяных депо — селезенке, печени.

 

При мышечной работе почти вся депонированная кровь поступает в сосуды, а значит, доставляет и работающим мышцам больше кислорода и питательных веществ, при этом увеличивается выделение из организма вредных продуктов обмена.

 

Установлено также, что мышечная работа стимулирует функционирование кроветворных органов — печени, селезенки, костного мозга, улучшая качественный состав крови.

 

Во время физической деятельности максимальное артериальное давление повышается. При ритмичной работе в первые 1—2 мин. идет повышение давления, потом оно стабилизируется. После внезапного прекращения работы в первые 5—10 сек. давление падает и становится ниже исходного, затем поднимается до исходного и даже несколько выше. Минимальное артериальное давление изменяется мало и повышается только при большой физической нагрузке.

 

Другая картина наблюдается у пожилых людей. Поскольку сосуды у них гораздо менее эластичны, то максимальное артериальное давление в состоянии покоя обычно повышенное. Во время физической работы оно повышается значительно больше, чем у молодых.

 

При физических нагрузках резко изменяется кровоток в различных органах. Так, например, по данным Ж. Шеррера, кровоток в мышце в состоянии покоя равен 4 мл/мин на 100 г мышечной ткани, а при интенсивной динамической работе возрастает до 100—150 мл/мин на 100 г мышечной ткани. При больших физических нагрузках кровоток в мышцах увеличивается в 15—20 раз, а аэробный (кислородный) обмен возрастает в 100 раз за счет повышения усвоения кислорода с 20—25 до 80%.

 

Советские ученые В. В. Парин, Ф. 3. Меерсон установили, что при выполнении физической нагрузки резко увеличивается ударный объем сердца (УОС), т. е. количество крови, которое выбрасывает сердце в аорту (самый крупный сосуд, выходящий из сердца) за одно сокращение, и поднимается до стабильного уровня во время интенсивной ритмичной работы в течение 5—10 мин. Увеличение выброса крови сердцем происходит за счет более полного опорожнения желудочков, путем использования резервного объема крови.

 

Было установлено, что физические нагрузки увеличивают минутный объем сердца (МОС), т. е. количество крови, которое сердце выбрасывает в аорту за 1 мин. Эта величина зависит от частоты пульса и ударного объема крови. Например, за одно сокращение сердце выбрасывает в аорту 80 мл крови, частота сердечных сокращений, а значит и пульса, равна 70 в минуту, тогда минутный объем сердца будет (МОС = 70×80 = 5600 мл, или 5 л 60 мл).

 

На увеличение минутного объема крови оказывает влияние активное сокращение мышц при физической работе и сжатие в них вен (механизм мышечного насоса), что ведет к увеличению оттока венозной крови из мышц ног и усиленному притоку крови к правому желудочку сердца.

 

СтарениеПриводим таблицу распределения кровотока в покое и при физических нагрузках различной интенсивности (по данным Н. М. Амосова и Я. А. Бендета) (см. табл. 1).

 

При физической нагрузке более чем в 5 раз увеличивается кровоток в сосудах сердца. Известно, что потребление кислорода сердечной мышцей даже в состоянии покоя очень высокое (70—80%), а при физической работе оно возрастает за счет увеличения скорости кровотока в сосудах сердца, который регулируется уровнем обменных процессов в мышце сердца и величиной давления в аорте. Кровоток в мозговых сосудах при физических нагрузках увеличивается незначительно, а при большой физической работе даже снижается (с 13 % в покое до 3 %). В состоянии покоя кровообращение во внутренних органах (печень, почки, селезенка, желудочно-кишечный тракт) составляет около 50% минутного объема сердца, а при максимальной физической нагрузке снижается до 3 —4% минутного объема сердца. Например, кровоток в печени при тяжелой физической нагрузке снижается на 80%, в почках на 30—50%.

 

Такое перераспределение кровотока во внутренних органах при больших физических нагрузках необходимо, чтобы обеспечить наилучшее кровоснабжение работающих мышц, сердца, легких, а также для регуляции теплоотдачи.

 

При физической работе резко возрастает потребление кислорода работающими мышцами и сердцем, что обеспечивается за счет значительного увеличения легочной вентиляции. Известно, например, что у тренированных спортсменов во время максимальных нагрузок легочная вентиляция увеличивается в 20—25 раз по сравнению с покоем и достигает 150—200 мл/мин. Увеличение легочной вентиляции происходит за счет частоты дыхания. Если в состоянии покоя частота дыхания у здорового человека 16—18 в минуту, то при максимальной физической нагрузке — 60— 70 в минуту. Такую повышенную вентиляцию легких, или, как ее еще называют, гипервентиляцию, поддерживает раздражение дыхательного центра, вызванное высоким уровнем содержания углекислого газа и водородных ионов при значительной концентрации молочной кислоты в крови.

 

Научными исследованиями установлено, что максимальное потребление кислорода — важный физиологический показатель, который указывает на способность организма обеспечить кислородом работающие органы и ткани при предельной функциональной способности сердечно-сосудистой и дыхательной систем. У мужчин 18—20-летнего возраста оно достигает максимальных величин, а к 70 годам уменьшается вполовину по сравнению с 20 годами. У женщин максимальное потребление кислорода на 30% меньше, чем у мужчин. У тренированных спортсменов максимальное потребление кислорода составляет 4 л/мин у мужчин и 3 л/мин у женщин. У людей, ведущих малоподвижный образ жизни, с пониженной физической активностью потребление кислорода значительно меньше и составляет, по данным Г. Моно, 3,2 л/ мин у мужчин и 2,4 л/мин у женщин.

 

При физических нагрузках резко возрастают энергетические затраты, они выражаются в килокалориях (ккал) и относятся ко времени (ккал/мин, ккал/час, ккал/сутки).

 

Затраты энергии для взрослого человека в условиях основного обмена (когда человек не выполняет никакой физической нагрузки) составляют —1,25 ккал/мин, а за сутки 1700—1800 ккал. У женщин величина основного обмена на 50% ниже, чем у мужчин. Физическая нагрузка резко увеличивает потребность в энергетических затратах и колеблется от 800—900 ккал/сутки при канцелярской работе и до 4000—5000 ккал при тяжелой физической работе.