Закономірності формування накопичувальної адаптації в процесі фізичного виховання

Педагогічні основи фізичного виховання базуються на закономірностях адаптаційних процесів, які розгортаються у системах організму, внаслідок чого організм людини як цілісна система набуває нових властивостей, що полягають в утворенні рухових умінь і навичок, прояві функціональних можливостей, пов’язаних з якісним рівнем виконання рухових дій (швидше, сильніше, триваліше, економічніше і т.д.), підвищенні мобільності пристосувальних реакцій до умов навколишнього середовища, котрі змінюються, що підвищує опір організму до несприятливих факторів. Адаптаційні процеси розвиваються в усіх системах організму, фізіологічні закономірності їх формування залежно від специфіки тренувальних дій описані у підручнику В.М. Платонова (1997). У цій главі зупинимося на деяких із них.

Зміна у м’язових волокнах під дією навантажень різного спрямування. Вивчаючи адаптацію м'язової системи людини, у процесі занять фізичними вправами слід враховувати особливості розподілу м'язових волокон різного типу в одному м'язі й у різних м'язах. У структурі м'язової тканини розрізняють два типи м’язових волокон – повільноскоротні (ПС) та швидкоскоротні (ШС). Виділені типи м’язових волокон являють собою відносно самостійні функціональні одиниці, що відрізняються за морфологічними, біохімічними і скоротливими властивостями.

ПС волокна мають повільну швидкість скорочення, більшу кількість мітохондрій („енергоцентр” клітини), високу активність оксидативних ензимів (протеїни сприяють швидкій активізації джерел енергії), чудову васкуляризацію (багато капілярів), високий потенціал накопичення глікогену.

ШС волокна мають менш розвинуту сітку капілярів, меншу кількість мітохондрій, високу гліколітичну здатність, високу активність неоксидативних ензимів і більш високу швидкість скорочення.

В одному і тому самому м’язі містяться ШС і ПС волокна. ШС волокна містять активний фермент АТФазу, який потужно розщеплює АТФ з утворенням великої кількості енергії, що забезпечує швидке скорочення волокон. У ПС волокнах активність АТФази низька, у зв’язку з чим енергоутворення в них відбувається повільно. Ферментативне розщеплення АТФ вважається одним із важливих факторів, які визначають властиву м’язу швидкість скорочення. Ферменти, які розщеплюють цукор і жири, активні у ПС волокнах, що дозволяє пояснити вельми суттєві відмінності між різними типами волокон (Вілмор, Костілл, 1997).

Швидкоскоротні волокна підрозділяють у свою чергу на ШС_а, ШС₆ та ШС_в. Відмінності між ними до кінця не вивчені, але вважається, що волокна типу "а" часто використовуються у м’язовій діяльності людини і лише ПС волокна використовуються частіше. Рідше за все використовуються волокна типу "в".

У середньому м’язи складаються на 50 % з ПС і на 25 % з ШС_а волокон. Інші 25 % – головним чином ШС₆ волокна, а ШС_в – усього 1–3 %.

Склад у м’язах волокон та рухових одиниць детерміновано генетично. Спадкові гени вже у ранньому дитинстві визначають кількість та будову мотонейронів, які формують рухові одиниці та іннервують м’язові волокна. Після встановлення іннервації диференціюються типи м’язових волокон. По мірі старіння співвідношення м’язових волокон змінюється: зменшується кількість ШС волокон, що призводить до збільшення відсотка ПС волокон.

Обидва типи м’язових волокон мають характеристики, які можуть бути змінені у процесі тренування. Розміри та обсяг ШС волокон збільшуються під дією тренування „вибухового” типу. Одночасно підвищується їхня гліколітична здатність. При тренуванні на витривалість оксидативний потенціал ПС волокон може зростати у 2–4 рази.

Кількість ПС та ШС волокон в усіх м’язах тіла неоднакова. Як правило, у м’язах рук і ніг людини склад волокон схожий. У людей з переважанням ПС волокон у м’язах ніг велика кількість цих самих волокон і у м’язах рук (Вілмор, Костілл, 2001). Це стосується і ШС волокон. Разом із тим існує ряд винятків, наприклад, камбалоподібний м’яз, який знаходиться глибше литкового, в усіх людей майже повністю складається із ПС волокон.

У процесі фізичного виховання використовують фізичні навантаження, спрямовані на розвиток різних фізичних якостей – сили, швидкості, витривалості, спритності, гнучкості, що викликає безліч адаптацій у нервово-м’язовій системі. Ступінь адаптації залежить від тренувальної програми.

Підсилення активності роботи м’язів у момент виконання вправи пов’язане з рекрутуванням (залученням м’язових волокон до роботи) необхідного обсягу рухових одиниць та підсиленням стимуляції вже працюючих м’язових волокон. Величина сили знаходиться у прямій залежності від кількості м’язових волокон, які активізуються. При появі невеликих зусиль стимулюється лише декілька волокон. До дії скелетного м’яза входить вибіркове включення ПС або ШС м’язових волокон залежно від потреб майбутньої діяльності.

Фактором, що визначає кількість та тип потрібних для використання волокон, є необхідна величина опірності. Мозок регулює діяльність залежно від того, яку силу повинен розвинути м’яз, а не від швидкості його скорочення.

Пояснюється це тим, що ПС волокна здатні переміщувати біоланки з великою швидкістю (понад 1000° за 1 с), але тільки за умови незначних силових проявів.

Першими до роботи залучаються рухові одиниці повільного скорочення – найдрібніші з типів рухових одиниць. Якщо вони не здатні розвинути силу, мозок рекрутує рухові одиниці швидкого скорочення.

наприклад, під час повільного плавання більша частина просуваючої сили створюється ПС волокнами. Із зростанням швидкості та необхідного рівня прикладення зусиль до роботи залучаються ШС_а волокна. Коли необхідний прояв максимальної сили у роботі, окрім перших двох типів, беруть участь ШС₆ волокна. Педалювання на велоергометрі з високою швидкістю, але без обтяжень, здійснюється переважно за рахунок ПС волокон, педалювання при великому обтяженні залучає до роботи усі типи волокон як при низькій, так і при високій швидкості.

Здатність людини диференціювати інтенсивність м’язового скорочення за допомогою включення мінімально необхідної кількості рухових одиниць знаходиться у числі найважливіших реакцій адаптації м’язів і значною мірою обумовлює ефективність внутрішньом’язової координації.

Ефект довготривалої адаптації до фізичного навантаження силового характеру проявляється у різкому збільшенні кількості рухових одиниць, якізалучаються до роботи. Так, у нетренованої людини кількість рухових одиниць, які можуть бути мобілізовані при максимальних силових напруженнях, звичайно не перевищує 25–30 %, а у добре тренованих до силових навантажень осіб відсоток залучення до роботи моторних одиниць може перевищувати 80–90%. В основі цього явища лежить адаптація центральної нервової системи, що приводить здатність моторних центрів мобілізовувати більшу кількість мотонейронів і до вдосконалення міжм’язової координації.

Другим напрямом адаптації м’язів є покращання міжм’язової координації, що пов’язано з удосконаленням діяльності м’язів-агоністів, які забезпечують виконання руху; м’язів-синергістів, що сприяють виконанню руху, та м’язів-антагоністів, які перешкоджають виконанню руху. Раціональна координація діяльності цих груп м’язів не тільки забезпечує високу силу і швидкість скорочення, а й обумовлює економічність роботи.

Унаслідок спеціального тренування сила збільшується у 1,5–2,5 раза порівняно з м’язовою масою.

Існує два відносно самостійні механізми підвищення сили: перший пов’язаний з морфофункціональними змінами у м’язовій тканині – гіпертрофією і, можливо, гіперплазією м’язових волокон; другий передбачає вдосконалення здатностей нервової системи синхронізувати якомога більшу кількість рухових одиниць, що приводить до збільшення сили без збільшення об’єму м’язів. Початкове збільшення довільної сили пов’язане в основному з нервовою адаптацією. До його складу входять покращена координація, покращене засвоєння та підвищена активація первинних рушіїв. Подальше довготривале збільшення сили майже виняткове – результат гіпертрофії.

Гіпертрофія (збільшення розміру м’язів) може бути результатом короткочасної і довготривалої адаптації. Короткочасна адаптація являє собою „накачування” м’яза під час одиничного фізичного навантаження, що стається, головним чином, унаслідок накопичення рідини (набряку), що надходить із плазми крові в інтерстиціальному (проміжному) і внутрішньоклітинному просторі м’яза. Короткочасна гіпертрофія проходить протягом кількох годин після фізичного навантаження – рідина повертається у кров.

Довготривала гіпертрофія виникає протягом тривалих силових тренувань і виявляється у збільшенні розміру м’язів. В її основі відбуваються дійсно структурні зміни у м’язі внаслідок збільшення розмірів м’язових волокон (гіпертрофія) або внаслідок збільшення кількості м’язових волокон (гіперплазія). Для пояснення цих явищ існують різні теорії, що мають багато суперечностей (Вілмор, Костілл, 2001).

Вибіркова гіпертрофія м’язових волокон різних типів приводить до приросту відповідних видів сили: гіпертрофія ПС волокон веде до приросту статичної сили, ШС волокон – до вибухової або швидкісної сили.

Гіпертрофія різних типів м’язових волокон визначається методикою тренування. ШС волокна гіпертрофуються перш за все під впливом вправ, що потребують прояву швидкісної сили.

При статичній роботі їхня гіпертрофія відбувається лише у випадку граничних за інтенсивністю та тривалістю напружень. І навпаки, застосування великих обтяжень при невеликій кількості повторень та високій швидкості рухів веде до вибіркової гіпертрофії ШС волокон, а об’єм ПС волокон залишається без суттєвих змін.

Гіпертрофії ШС волокон сприяють різні вправи з додатковими обтяженнями, або з використанням спеціальних тренажерів під час виконання, цілісні дії у боротьбі, удари у футболі, кидки у гандболі і водному поло, у метанні молота, штовханні ядра, спринтерському бігу, старті у плаванні.

Сила, набута за допомогою вправ при високих швидкостях рухів (понад 1000 за 1 с), має перенесення на більш низькі швидкості, тоді як сила, розвинена з використанням вправ при низьких швидкостях руху, перенесення на рухові дії, що виконуються з високою швидкістю, не має (Платонов, Булатова, 1995). Одночасно при тренуванні з високими швидкостями рухів відмічається велике зменшення жирової тканини порівняно з тренуванням на низьких швидкостях.

На рівень розвитку силових якостей впливають м’язова маса тіла, концентрація тестостерону, ступінь розвитку нервової системи та диференціація швидко- і повільноскоротних волокон. Як було вже сказано, початковий приріст сили у період статевого дозрівання значною мірою обумовлений змінами нервово-м’язових структур.

Механізми, що забезпечують зміни силових якостей у дитячому віці, такі, як і у дорослих, за одним винятком: приріст сили у підлітків пубертатного віку відбувається в основному без будь-яких змін розміру м’язів. Основними факторами, що забезпечують приріст сили у препубертатному періоді, можуть бути: 1) покращання координації рухових навичок; 2) підвищена активація рухових одиниць; 3) інші нез’ясовані адаптаційні реакції нервової системи. У підлітків приріст сили відбувається, головним чином, унаслідок адаптаційних реакцій нервової системи, збільшення розміру м’язів та величини зусилля, що вони проявляють

Адаптація киснетранснортної системи. Рівень аеробної продуктивності тісно пов’язаний з адаптацією киснетранспортної системи до навантажень. Тривалі адаптаційні перебудови киснетранспортної системи носять як морфологічний, так і функціональний характер і є результатом систематичного застосування тривалих фізичних навантажень, які потребують мобілізації різних ланок функціональної системи, котра визначає рівень аеробної продуктивності.

Найбільш яскраво адаптаційні можливості киснетранспортної системи виявляються вже під час розгляду такого узагальненого показника, як ЧСС. У спортсменів високої кваліфікації ЧСС при граничному навантаженні може зростати у 5–6 разів, у той самий час у людей, що не займаються спортом – лише у 2,5–3 рази. При особливо напружених короткочасних навантаженнях відмічаються випадки, коли ЧСС може досягати 250 уд-хв^-1 і більше. Проте тут важливо зазначити, що величини максимального систолічного об’єму крові спостерігаються лише у певному діапазоні ЧСС. Нижньою межею цієї зони у нетренованої людини звичайно є ЧСС 100–110 уд-хв^-1, верхньою– 170–180 уд-хв¹. У спортсменів високої кваліфікації нижня межа може становити 110–130 уд-хв^-1, верхня – 190–200 уд-хв^-1. При перевищенні цих величин відмічається зменшення систолічного об’єму крові.

Спеціальне тренування не тільки підвищує максимальні величини ЧСС, але й призводить до вираженої брадикардії у стані спокою. ЧСС 40–50 уд-хв¹ у стані спокою є звичайною для кваліфікованих спортсменів, які спеціалізуються у видах спорту, що вимагають прояву витривалості. В окремих видатних бігунів на довгі дистанції, велосипедистів-шосейників, лижників часто реєструються показники ЧСС 30–40 уд-хв^-1. Тренування призводить до суттєвого зменшення ЧСС при виконанні стандартних навантажень, наприклад 6-місячне тренування аеробної спрямованості може призвести до зменшення ЧСС на 20–40 уд-хв^-1 при виконанні стандартних навантажень різної інтенсивності.

Особлива роль в адаптації серця до фізичних навантажень відводиться приросту скорочувальної здатності серцевого м’яза і, як наслідок, до збільшення ударного об’єму. Це пов’язано з тим, що збільшення серцевого викиду значно економічніше, якщо воно відбувається не за рахунок підвищення ЧСС, а за рахунок приросту ударного об’єму. Важливим моментом адаптації міокарда під дією фізичних навантажень є збільшення розтягуваності, приріст швидкості й амплітуди скорочення та ще більш високий приріст швидкості розслаблення. З цього виходить, що міокард тренованої людини може зберігати необхідну діастолу та забезпечувати скорочення при частотах, неприпустимих для нетренованого серця (Пшеннікова, 1986).

Серце добре тренованої людини вирізняється високою економічністю роботи. Зниження хвилинного об’єму, брадикардія на фоні помірної гіпокінезії призводить до того, що загальна робота серця виявляється зниженою на 17%. Якщо врахувати, що маса серця у кваліфікованих спортсменів звичайно збільшена на 20–40%, то інтенсивність функціонування структур міокарда в умовах фізіологічного спокою виявляється зменшеною на 40% і більше (Пшеннікова, 1986).

Найбільш раціональна адаптація серця у чоловіків відмічається при його об’ємі 900–1000 мл з ЧСС у стані спокою 55–60 уд-хв¹ та МСК 4500–5000 мл-хв¹. Адаптація, яка виходить за межі, пов’язана з порушенням пропорцій, що забезпечують найвищу економічність роботи серця, але сприяє збільшенню МСК, оскільки існує майже лінійна залежність між величиною здорового серця та його функціональною здатністю, що проявляється у високих показниках систолічного об’єму і величинах МСК (Ізраель, 1974).

У спокої та при інтенсивній фізичній праці коронарний кровотік, споживання серцем кисню та субстратів окиснення у розрахунку на 100 г маси міокарда у тренованих людей нижчий, ніж у нетренованих, тобто серце тренованих людей має не тільки велику потужність, а й ефективність. І якщо у стані спокою ці відмінності невеликі, то при навантаженні проявляються дуже яскраво: при рівній зовнішній роботі серце тренованих людей споживає на 100 г маси міокарда у 2 рази менше енергії порівняно з серцем нетренованих людей.

У результаті тренування збільшується і загальна маса крові. Якщо у чоловіків, які не займаються спортом, загальна маса крові звичайно коливається у межах 5–6 л, а у жінок – 4,0–4,5 л, то у спортсменів високої кваліфікації, котрі спеціалізуються у видах спорту, пов’язаних із проявом витривалості, маса крові може підвищуватися відповідно до 7–8 та 5,5–6,0 л. Загальне збільшення маси крові веде до збільшення кількості гемо­глобіну, що є носієм кисню. Збільшення гемоглобіну пов’язане зі збільшенням загальної маси крові, а його концентрація залишається без змін. Ці адаптаційні перебудови дуже важливі, оскільки при тривалій роботі, яка потребує функціонування значних м’язових об’ємів, фактором, що визначає працездатність, є можливості центральної циркуляції.

Різко зростає кількість функціонуючих капілярів. Якщо у стані спокою функціонує тільки 5–7% капілярів, то при тривалому напруженому навантаженні працюють практично усі капіляри, притому, що важливо, при додатковому розширенні. Збільшення мережі функціонуючих капілярів та розширення їхньої поверхні може призвести до багаторазового збільшення поверхні русла капілярів. З допомогою спеціального тренування у процесі тривалої адаптації відбувається утворення нових капілярів, тобто збільшується їхня кількість на м’язове волокно.

Ефективність адаптації киснетранспортної системи пов’язана з підвищенням кровопостачання працюючих м’язів. Адекватне кровопостачання м’язів при фізичному навантаженні забезпечується залежно від його потужності і тривалості поєднанням трьох факторів: 1) перерозділу кровотоку між працюючими і непрацюючими м’язами та іншими органами; 2) збільшення об’ємного кровотоку у м’язах під час скорочення; 3) збільшення кровотоку одразу після скорочення.

Суттєвим фактором, який визначає приріст аеробної продуктивності, є збільшення артеріальної різниці вмісту кисню при навантаженнях, які висувають максимальні вимоги до аеробної системи енергозабезпечення. Адаптаційні перебудови гемодинамічного і метаболічного характеру призводать до того, що у спортсменів найвищого класу (наприклад, у велосипеднетів-шосейників, лижників, бігунів на довгі дистанції) спостерігаються відмінності у вмісті кисню в артеріальній і венозній крові, що досягають 18–19% (об’єми.). У той самий час у нетренованих осіб при граничних навантаженнях відмічаються величини, що звичайно не перевищують 10–11% (об’єми).

Адаптація системи утилізації кисню. Підвищення працездатності за рахунок периферичної адаптації може відбуватися шляхом гемодинамічних та метаболічних змін. Гемодинамічні зміни пов’язані з покращанням капіляризації, розвитком колатералей, поліпшенням розподілу крові в організмі, зокрема і внутрішньом’язового. Покращання капіляризації обумовлене залученням капілярів, які раніше не функціонували, розширенням і подовженням капілярів, які працюють, а також утворенням нових. У результаті тренування на витривалість перші адаптаційні зміни пов’язані зі зміною капілярної сітки – на початку спостерігається розширення окремих капілярів, а потім вихід ростків та ріст нових капілярів. Зміні капілярів передує підвищення активності аеробних ферментів.

Вже двомісячне напружене тренування нетренованих людей з використанням навантажень субмаксимальної інтенсивності виявляється достатнім, щоб привести до збільшення числа капілярів у скелетному м’язі на 50%. У той самий час малоінтенсивна робота може привести до збільшення вмісту окисних ферментів без збільшення капілярної сітки.

Метаболічна адаптація до роботи аеробного характеру містить збільшення кількості і величини мітохондрій, підвищення активності оксидативних ферментів, приріст вмісту гемоглобіну, збільшення внутрішньом’язового вмісту глікогену та ін.

У тренованому м’язі об’ємна щільність мітохондрій може різко збільшуватися. Це обумовлено тим, що у спортсменів, які широко застосовують навантаження на витривалість, порівняно з нетренованими особами, відмічається збільшення частки мітохондрій у досліджуваному обсязі на 15–22 %, збільшення площі поверхні мітохондрій та тканини м’язів на 35–45%, а поверхні мітохондріальних крист – на 65–75%. Збільшення розміру мітохондрій і концентрації крист викликає підвищення окисних здатностей м’язових клітин, покращання умов для дифузії субстратів, завдяки чому зростають здатності клітин до утилізації кисню, продукування і прискорення використання енергії. Зазвичай вміст кисню в артеріальній крові становить близько 200 мл-хв^-1. У спокої різниця між артеріальним та змішаним венозним вмістом кисню становить близько 40 мл-хв^-1, а під час навантаження може досягати 160–170 мл-хв^-1.

Збільшення щільності мітохондрій має виключне значення, оскільки у поєднанні зі збільшенням потужності киснетранспортної системи воно забезпечує збільшення аеробної потужності організму – зростання його здатності утилізувати кисень та здійснювати аеробний ресинтез АТФ, необхідний для інтенсивного функціонування опорно-рухового апарату. Зростання аеробної потужності організму поєднується із зростанням здатності м’язів утилізувати піруват, який утворюється у збільшених кількостях при навантаженнях унаслідок активації гліколізу. Це попереджує підвищення концентрації лактату в крові, яке, як відомо, є фактором, що утрудняє фізичну роботу (зокрема, лактат — інгібітор ліпази, і збільшення його концентрації у крові гальмує використання жирів). Збільшене використання пірувату в мітохондріях попереджує збільшення концентрації лактату в крові, забезпечує мобілізацію і використання у мітохондріях жирних кислот, що у результаті дозволяє підвищити рівень максимальної інтенсивності та тривалості роботи (Матвеев, Меерсон, 1994).

Треновані спортсмени порівняно з особами, які не займаються спортом, проявляють більшу економічність не тільки при виконанні стандартної роботи, а й у тих випадках, коли величина навантаження виражається у відсотках від індивідуального МСК. Це свідчить не тільки про підвищену доставку кисню до м’язів, а й про більш ефективну його утилізацію в самих м’язах.

При однаковій відносній інтенсивності роботи, вираженій у відсотках від величини МСК, швидкість зниження глікогену у м’язах тренованих і нетренованих осіб однакова. Проте слід враховувати, що у тренованих осіб при однаковій відносній інтенсивності роботи рівень споживання кисню набагато вищий. Отже при одному і тому самому абсолютному рівні навантаження у тренованих осіб зниження запасів глікогену значно менше.

Ефект адаптації, виражений у показниках економічності роботи, у тренованих осіб порівняно з нетренованими проявляється не тільки при ідентичних абсолютних показниках навантаження, а й при однакових відносних показниках навантаження, коли тренована людина виконує роботу на більш високому рівні потужності.

Так, при виконанні роботи на рівні інтенсивності, що становить 80% МСК, вміст лактату у крові тренованих людей є більш низьким порівняно з нетренованими. Вдосконалення економічності роботи внаслідок тренування проявляється і у меншому зниженні концентрації КФ при стандартних навантаженнях.

Указані адаптаційні зміни, що відбуваються в організмі людини під час виконання фізичних навантажень, використовуються фахівцями у галузі фізичного виховання для вирішення завдань різної спрямованості. У спортивному тренуванні особливо важливим є резерв фізіологічних можливостей адаптації для підвищення продуктивності систем організму під час виконання специфічної рухової діяльності (біг, плавання, велоперегони та ін.) для досягнення максимального спортивного результату. У фізичному вихованні важливим є підвищення адаптаційних можливостей систем і організму вцілому до оптимального рівня, який забезпечує безпеку його функціонування у навколишньому середовищі, що пов’язується із широким набором рухових умінь і навичок, які сприяють орієнтації у просторі, профілактиці падінь і травм, розвитку рухових здатностей, котрі підвищують рівень фізичного здоров’я. Зміни, що відбуваються у м’язах, кістках, зв’язках, сухожиллях, киснетранспортній системі у процесі довготривалої адаптації внаслідок занять фізичними вправами з особами різного віку, справляють профілактико-оздоровчий ефект, оскільки сприяють зниженню ризику розвитку багатьох поширених захворювань, пов’язаних з віковими і професійними змінами в опорно-руховому апараті, нервовій, серцево-судинній, дихальній системах, обмінних процесів.

Таким чином, урахування і використання знань про закономірності адаптаційних механізмів функціонування організму під час м’язової діяльності є основою управління спрямованими змінами фізичних здатностей людини у процесі фізичного виховання.

Дата добавления: 2015-07-13