Динамика ЧСС является важным критерием оценки функционального состояния спортсмена, поэтому изучение сердечнососудистой системы является важным вопросом в спортивной физиологии, спортивной медицине, а также эти вопросы должны быть важны тренеру.

В данной работе будут рассмотрены изменения основных параметров гемодинамики под влиянием физических нагрузок: частота сердечных сокращений, ударный объем крови, минутный объем крови, кровяное давление и т.д. Здесь рассматривается и функциональные изменения в организме при работе разной мощности у скалолазов.

1. Общие вопросы изменения гемодинамики при физических нагрузках

Человеческий организм может совершать различные виды механической работы с помощью скелетных мышц, на долю которых приходится до 40% массы тела. Мышечная работа носит как статический (поддержание осанки, позы) и динамический характер, причем при статической работе переносимость нагрузки зависит от функционального состояния тех или иных мышечных групп, а при динамической работе и от эффективности механизмов, поставляющих энергию (сердечно – сосудистая, дыхательная системы, кровь).

В состоянии покоя уровень метаболизма скелетных мышц невелик, а при максимальных динамических нагрузках он может возрастать более чем в 50 раз. Переносимость физической нагрузки отражает функциональное состояние организма и в первую очередь состояния сердечно – сосудистой и дыхательной систем.

Физические упражнения приводят к повышению уровня обменных процессов, возрастающему по мере увеличения нагрузок. При интенсивной максимальной нагрузке минутный объем сердца может возрастать по сравнению с состоянием покоя в 6 раз, коэффициент утилизации кислорода – в 3 раз. Коэффициент утилизации – это дополнительная величина того или иного вещества, которая может быть утилизована тканями в чрезвычайных условиях без увеличения притока крови. В результате доставка кислорода к тканям возрастает в 18 раз, что позволяет при интенсивной нагрузке у тренированных лиц достичь возрастания метаболизма в 15–20 раз по сравнению с уровнем основного обмена.

Под влиянием нагрузок изменения сердечной деятельности происходит обычно в два этапа. Первый этап – это период врабатывание, во время которого основные параметры кровообращения постепенно изменяются от величины покоя до величины соответствующей данному уровню нагрузки. Длительность этого периода от 30с до 2–2,5 минут. Он в свою очередь подразделяется на периоды стартовой реакции и начальной стабилизации.

Второй этап устойчивое состояние – характеризуется установившимся режимом сердечной деятельности при данном уровне нагрузке.

Остановимся на изменениях основных показателей гемодинамики под влиянием физических нагрузок.

1.1 Частота сердечных сокращений

Частота сердечных сокращений (ЧСС) зависит от многих факторов, включая возраст, пол, положение тела, условия окружающей среды. Она выше в вертикальном положении по сравнению с горизонтальном, уменьшается с возрастом. ЧСС покоя лежа-60 ударов в минуту; стоя-65. По сравнению с положением лежа в положении сидя ЧСС увеличивается на 10%, стоя на 20–30%. В среднем ЧСС составляет около 65 в минуту, однако наблюдается ее значительны колебания. У женщин этот показатель на 7–8 выше.

ЧСС подвержена суточным колебаниям. Во время сна она снижена на 2–7, в течение 3 часов после приема пищи – возрастает, особенно, если пища богата белками, что связано с поступлением крови к органам брюшной полости. Температура окружающей среды оказывает влияние на ЧСС, которая увеличивается в линейной зависимости от эффективной температуры.

У тренированных лиц ЧСС в покое ниже, чем у нетренированных и составляет около 50–55 ударов в минуту.

Физические нагрузки приводят к увеличению ЧСС, необходимого для обеспечения возрастания минутного объема сердца, причем существует ряд закономерностей позволяющих использовать этот показатель как один из важнейших при проведении нагрузочных тестов.

Отмечается линейная зависимость между ЧСС и интенсивностью работы в пределах 80–90% максимальной предельности нагрузок.

При легкой физической нагрузке первоначально ЧСС значительно увеличивается, однако постепенно снижается до уровня, который сохраняется в течение всего периода стабильной нагрузки. При более интенсивных нагрузках имеется тенденция к увеличению ЧСС, причем при максимальной работе она нарастает до предельно достижимой. Эта величина зависит от тренированности, возраста, пола и других факторов. У тренированных людей частота сердечных сокращений достигает 180 уд/мин. При работе переменной мощности можно говорить о диапазоне частоты сокращений 130–180 уд/мин, в зависимости от изменения мощности.

Оптимальная частота 180 уд/мин при различной нагрузке. Следует отметить, что работа сердца при очень большой частоте сокращений (200 и более) становится менее эффективнее, так как значительно сокращается время наполнения желудочков и уменьшается ударный объем сердца, что может привести к патологии (В.Л. Карпман, 1964; Е.Б. Сологуб, 2000).

Тесты с возрастанием нагрузок до достижения максимальной ЧСС используется лишь в спортивной медицине, и нагрузка считается допустимой, если ЧСС достигает 170 в минуту. Этот предел обычно используется при определении переносимости физической нагрузки и функционального состояния сердечнососудистой и дыхательной систем (Крестовников, В.Л. Карпман).

1.2 Ударный объем крови

Объем крови нагоняемый каждым желудочком в магистральный сосуд (аорту или легочную артерию) при одном сокращении сердца обозначается как систолический или ударный объем крови (В.В. Парин, В.Л. Карпман, 1980; Е.Б. Сологуб, 2000). В покое объем крови, выбрасываемой из желудочков, составляет от 60–80 мл (Н.В. Зимкин, 1975; Ю.Н. Чусов, 1981; Е.Б. Сологуб, 2000).

Ударный объем крови условно разделили на три составляющие

(В.Л. Карпман, 1973; Е.Б. Сологуб, 2000):

1. Систолический объем.

2. Резервный объем – это тот объем крови, который мобилизируется при максимальном сокращении сердца.

3. Остаточный объем – это тот объем крови, который остается на стенках желудочков.

Величина систолического объема зависит от возраста, пола, уровня физической подготовки, тренированности, положения тела. У детей в 6–9 лет систолический объем составляет 32 мл, в 10–12 лет – 44 мл, в 13 – 17 лет – 60 мл, у взрослых – от 60 до 80 мл. У мальчиков больше, чем у девочек; у тренированных лиц больше, чем у нетренированных. У нетренированных людей в покое УОК 60 мл, а при нагрузке 100 мл. У спортсменов в покое 80 мл, при работе 200 мл. В положении стоя УОК уменьшается на 40% по сравнению с положением лежа, в результате затруднения венозного притока крови к сердцу (В.Л. Карпман, 1973; Ю.Н. Чусов, 1981; Е.Б. Сологуб, 200).

УОК при переходе от состояния покоя к нагрузке быстро увеличивается и доходит до стабильного уровня во время интенсивности ритмичной работы длительностью 5–10 минут (Амосов Н.М, 1989).

При легкой работе (Карпман В.Л., 1973) происходит прирост УОК приблизительно на 20 мл крови на каждые 100 кгм/мин нарастающей нагрузки, вплоть до величин, близких к индивидуального максимума. Максимальная величина УОК наблюдается при частоте сердечных сокращений 130 уд/мин. В дальнейшем с увеличением нагрузки скорость прироста УОК резко уменьшается, и при мощности работы, превышающей 1000 кгм/мин, она составляет лишь 2–3 мл крови на каждые 100 кгм/мин увеличения нагрузки.

Если нагрузка длительная и интенсивность ее нарастает, то УОК уже больше не увеличивается, а поддержание необходимого уровня кровообращения обеспечивается большей частотой сердечных сокращений (Амосов Н.М.).

В условиях легкой нагрузки ударный объем быстро возрастает за счет резервного объема крови. По мере усиления нагрузки, возможность использования резервного объема крови уменьшается, и прирост УОК значительно замедляется. С дальнейшим возрастанием нагрузки, когда полностью исчерпан резервный объем крови, ударный объем прекращает увеличиваться, а если нагрузка превышает максимальную потребность кислорода (аэробную способность) он уменьшается за счет снижения эффективности наполнения сердца при большей ЧСС (Карпман В.Л., 1973).

Изменение объема диастолических величин желудочков при нагрузке

1.3 Минутный объем крови (МОК)

Минутным объемом или сердечным выбросом называется количество крови, которое проходит через сердце за 1 минуту.

Он представляет собой произведение систолического объема крови на частоту сердечного сокращения: МОК=УОК*ЧСС. В состоянии покоя у взрослых людей минутный объем крови составляет в среднем 5–6 л. У детей одного года он составляет 1,2 л, в 5 лет - 1,8 л, в 10 лет – 3,2 л, в 16 лет – 3,5 л. Максимального значения МОК достигает от 15 до 35 лет. Далее МОК падает с ухудшением состояния сердца. Минутный объем у спортсменов в большей степени обеспечивается систолическим объемом, а у нетренированных людей за счет частоты сердечных сокращений.

При работе минутный объем возрастает у нетренированных лиц до 15–20 л/мин, у спортсменов до 30–35 л/мин.

Окончательно не решен вопрос о работе частоты сокращений и ударного объема в возрастании минутного объема крови при физической нагрузке. При мышечной работе МОК возрастает пропорционально мощности работы. Наблюдения показывают, что при работе большой и умеренной мощности его увеличение происходит как за счет увеличения СОК, так и за счет учащения сердечных сокращений. При работе максимальной и субмаксимальной мощности он увеличивается преимущественно за счет ЧСС. (В.Л. Карпман с соавтор., 1973)

В возрастании минутного объема при физической нагрузке важную роль играет так называемый механизм мышечного насоса. Первое же сокращение активных мышц сопровождается сжатием в них вен, что немедленно приводит к увеличению оттока венозной крови из мышц нижних конечностей. Посткапиллярные сосуды системного сосудного русла (печень, селезенка) так же действует как часть общей резервной системы, и сокращение их стенок увеличивает отток венозной крови. Все это способствует усиленному притоку крови к правому желудочку и быстрому заполнению сердца. Рефлекторное напряжение стенок венозных сосудов мышц сохраняется в течение всего периода нагрузки и пропорционально степени ее тяжести, причем происходит оно на фоне расширения артериол в работающих мышцах. В течение первых нескольких минут ритмичной работы МОК постепенно увеличивается, сначала быстро, потом более медленно и постепенно достигает устойчивого состояния, которое зависит от интенсивности нагрузки и обеспечивает необходимый уровень потребления кислорода (Н.М. Амосов, 1989; И.В. Аулик, 1990). После прекращения работы минутный объем уменьшается постепенно, это снижение связанно с снижением частоты сердечных сокращений. Таким образом, в фазе врабатывания можно различить два этапа – «быстрый», «медленный». Фаза адаптации к работе малой и средней мощности продолжается 1–2 минуты, но с увеличением мощности нагрузки удлиняется. Устойчивое состояние раньше наступает у спортсменов.

Под влиянием физической тренировки совершенствуется кровообращение на периферии и улучшается использование кислорода в тканях. Поэтому у тренированных людей, по сравнению с нетренированными, при выполнении субмаксимальной нагрузки минутный объем увеличивается меньше (И.В. Аулик, 1990).

1.4 Кровяное давление

При каждом сокращении сердца в артерии выбрасывается под большим давлением некоторое количество крови. Ее свободному передвижению препятствует сопротивление периферических сосудов. В итоге в кровеносных сосудах создается давление, называемое кровяным давлением. Величина его неодинакова в разных отделах сосудистого русла. Наибольшее давление в аорте и крупных артериях. В мелких артериях, артериолах, капиллярах и венах оно постепенно снижается, в полых венах оно меньше атмосферного.

Величина артериального давления зависит от:

1. Количества крови, поступающей в единицу времени из сердца в аорту;

2. От интенсивности оттока крови из центральных сосудов на периферию;

3. От емкости сосудного русла;

4. От упругого сопротивления артериальных стенок;

5. От вязкости крови.

На протяжении сердечного цикла давление в артериях неодинаково: оно выше в момент систолы и ниже при диастоле. Наибольшее давление называют систолическим (максимальным), наименьшее – диастолическим (минимальным). У взрослых здоровых людей систолическое давление (Ps) в плечевой артерии находится в пределах от 110 до 125 мм рт ст. Диастолическое давление (Pd) – от 60 до 80 мм рт ст. Разность между систолическим и диастолическим – пульсовое давление; оно равно 30–50 мм рт ст. Среднее давление крови – относительно постоянная величина давления в данном сосуде без пульсовых колебаний; оно равно сумме минимального давления и трети пульсового. Это давление выражает энергию непрерывного течения крови, показатель которого близки к уровню диастолического давления (Н.В. Зимкин, 1975; Ю.Н. Чусов, 1981; Е.Б. Сологуб, 2000).

Системное артериальное давление при переходе от состояния покоя к физической нагрузке увеличивается. Начальный период увеличения давления при ритмичной работе длится 1–2 минуты, после чего оно устанавливается на стабильном уровне, в зависимости от тяжести работы. После прекращения работы давление резко падает и впервые 5–10 минут с восстановительного периода может оказаться ниже исходного уровня. Позже давление нормализуется (Н.М. Амосов, 1989; Н.В. Аулик, 1990).

После достижения устойчивого состояния систолическое давление пропорционально интенсивности нагрузки.

Давление крови в плечевой артерии в зависимости от мощности работы.

При максимальных нагрузках оно может превысить 250 мм рт ст (И.В. Аулик, 1990; Е.Б. Сологуб, 2000).

Диастолическое давление остается без существенных изменений и несколько повышается при тяжелых нагрузках.

Разность между систолическим и диастолическим давлениями называется пульсовым давлением (Pp).

Отмечается региональные особенности увеличения артериального давления при работе различных мышечных групп (В.В. Васильева, 1966). При работе ногами артериальное давление в верхних конечностях увеличивается более интенсивно, а при работе руками давление относительно повышается в отдыхающих нижних конечностях (Н.М. Амосов, 1989).

Давление в легочной артерии при физических нагрузках средней мощности существенно не возрастает, так как сосуды малого круга кровообращения очень эластичны. Они обладают большими резервными возможностями и выдерживают многократное возрастание минутного объема крови без значительного повышения артериального давления. Систолическое и среднее артериальное давление повышается только при тяжелых физических нагрузках. В условиях умеренной нагрузки центральное давление возрастает пропорционально росту потребления кислорода, однако дальнейшее увеличение нагрузки проходит при постоянном центральном венозном давлении (В.Л. Карпман, 1968).

1.5 Потребление кислорода и кислородный долг

Потребление кислорода (ПК) – это показатель, отражающий функциональное состояние сердечно-сосудистой и дыхательной систем.

При возрастании интенсивности обменных процессов во время физических нагрузок необходимо значительное увеличение потребления кислорода. Это предъявляет повышенные требования к функции сердечно-сосудистой и дыхательной систем.

В начале динамической работы субмаксимальной мощности потребление кислорода увеличивается и через несколько минут достигает устойчивого состояния. Сердечно сосудистая и дыхательная системы включаются в работу постепенно, с некоторой задержкой. Поэтому в начале работы возрастает дефицит кислорода.

Он сохраняется до конца нагрузки и стимулирует включение целого ряда механизмов, обеспечивающих необходимые изменения гемодинамики.

В условиях устойчивого состояния потребление организма в кислороде полностью удовлетворяется, количество лактата в артериальной крови не возрастает, также не изменяется вентиляция легких, частота сердечных сокращений, атмосферное давление. Время достижения устойчивого состояния зависит от степени предварительной нагрузки, интенсивности, работы спортсмена. Если нагрузка превышает 50% максимальной аэробной мощности, то устойчивое состояние наступает в течение 2–4 минут. С повышением нагрузки время для стабилизации уровня потребления кислорода увеличивается, при этом наблюдается медленное повышение вентиляции легких, частоты сердечных сокращений. Одновременно в артериальной крови начинается накопление молочной кислоты (И.Н. Аулик, 1990).

После завершения нагрузки потребление кислорода постепенно уменьшается и возвращается к исходному уровню количества кислорода, потребляемого сверх уровня основного обмена в восстановительном периоде, называется кислородным долгом (КД).

Кислородный долг складывается из 4 компонентов:

1. Аэробное устранение продуктов анаэробного метаболизма (исходный КД)

2. Увеличение кислородного долга мышцей сердца и дыхательной мускулатурой (для восстановления исходной ЧСС и частоты дыхания)

3. Увеличение потребления кислорода тканями в зависимости от временного увеличения температуры тела

4. Пополнение кислородом миоглобина

Размер кислородного долга зависит от величины усилия и подготовки спортсмена. При максимальной нагрузке длительностью 1–2 минуты у не тренированного человека долг составляет 3–5 литров, а у спортсмена 15 литров и более. Максимальный кислородный долг является мерой так называемой анаэробной мощности. Следует учитывать, что КД скорее характеризует общую емкость анаэробных процессов, то есть суммарное количество работы, совершаемой при максимальных усилиях, а не способность развивать максимальную мощность (И.В. Аулик, 1990).

1.6 Максимальное потребление кислорода

Потребление кислорода нарастает пропорционально увеличению нагрузки, однако наступает предел, при котором дальнейшее увеличение нагрузки уже не сопровождается увеличением КД. Этот уровень называется максимальным потреблением кислорода или кислородным пределом.

Максимальное потребление кислорода – это предельное количество кислорода, которое может быть доставлено к работающим мышцам в течение 1 минуты (Н.В. Зимкин, 1975; Ю.Н. Чусов, 1981; Н.М. Амосов, 1989; Е.Б. Сологуб, 2000).

Максимальное потребление кислорода зависит от массы работающей мускулатуры и состояния систем транспорта кислорода, респираторной и сердечной производительности, периферического кровообращения. Величина МПК связана с частотой сердечных сокращений, ударным объемом, артерио-венозной разностью – разница содержания кислорода между артериальной и венозной кровью (АВР) (И.В. Аулик, 1990).

МПК=ЧСС*УОК*АВРО2

Максимальное потребление кислорода определяется в литрах в минуту. В детском возрасте оно увеличивается пропорционально росту и массе. У мужчин оно достигает максимального уровня к 18–20 годам. Начиная с 25–30 лет, оно неуклонно снижается.

В среднем максимальное потребление кислорода равняется 2–3 л/мин, а у спортсменов 4–7 л/мин (Амосов, 1989; И.В. Аулик, 1990 Е.Б. Сологуб, 2000).

Для оценки физического состояния человека определяется кислородный пульс отношение потребления кислорода в минуту к частоте пульса за туже минуту, то есть количество миллилитров кислорода, которое доставляется за одно сердечное сокращение. Этот показатель характеризует экономичность работы сердца. Чем меньше увеличивается кислородный пульс, тем эффективнее гемодинамика, меньшей ЧСС доставляется нужное количество кислорода.

В покое КП составляет 3,5–4 мл, а при интенсивной физической нагрузке, сопровождающимся кислородным потреблением 3 л/мин увеличивается до 16–18 мл (Амосов, 1989).

2. Кровообращение при мышечной работе

При мышечной работе повышается потребность организма в кислороде и в питательных веществах. Для ее удовлетворения необходимо усиление кровообращения. Степень его усиления зависит от мощности работы. При мышечной работе минутный объем крови увеличивается за счет увеличения ударного объема крови и учащения сердечных сокращений; систолический объем может возрастать до 180–200 мл, а частота сердечных сокращений до 200 и более ударов в минуту; усиливается кровоснабжение мышц.

Повышается кровяное давление. Можно выделить пять типов реакций артериального давления на мышечную работу.

1. Нормотонический тип – выраженное повышение максимального давления; пульсовое давление возрастает, восстановительный период короткий.

2. Гипертонический резкое повышение (до 200 мм рт ст) максимального и умеренное минимального (оно может оставаться прежним, но никогда не понижается); восстановительный период затянут.

3. Гипотонический незначительное повышение максимального и минимального давлений; пульсовое давление не изменяется или уменьшается; восстановительный период длится долго.

4. Дистонический максимальное давление повышается, иногда значительно; при определении минимального давления отмечается феномен «’бесконечного тона’’; пульсовое давление возрастает; восстановительный период длится долго.

5. Ступенчатый характеризуется повышением максимального давления не сразу, а спустя несколько минут после работы; минимальное давление нередко понижается.

Они характеризуются величиной изменений систолического, диастолического и пульсового давлений, направленностью этих изменений и скоростью восстановления до исходного уровня. Наиболее благоприятным типом является нормотический.

Изменения в кровообращении могут возникать еще до начала работы (предстартовое состояние). Эти изменения происходят по механизму условно – безусловных рефлексов. Во время работы импульсы от работающих мышц и от хеморецепторов сосудов, сигнализирующих о повышении кислотности крови, рефлекторно усиливают деятельность сердца и регулируют просвет сосудов это позволяет поддерживать работоспособность организма на должном уровне (Ю.Н. Чусов, 1981).

3. Влияние физических тренировок и гиподинамии на гемодинамику

Многочисленные физиологические исследования показывают, что под влиянием физических тренировок существенно улучшаются функции основных органов и систем человека и это приводит к выраженным положительным сдвигам гемодинамики.

Аэробная способность организма и переносимость физических нагрузок зависит от состояния системы транспорта кислорода. Она определяется частотой сердечных сокращений, величиной сердечного выброса, способностью рационального перераспределения регионального кровотока при физических нагрузках и количество восстановленного гемоглобина в крови. Физические тренировки приводят к увеличению функциональной способности каждого из этих звеньев.

Сердечное сокращение в покое у спортсменов ниже, чем у не тренированных лиц. Предполагается, что относительное изменение частоты сердечных сокращений, наблюдается по мере роста тренированности, обусловлено увеличением тонуса блуждающего нерва.

Регулярные тренировки позволяют повысить производительность сердца в покое и во время физических нагрузок при меньшей частоте сокращений за счет увеличения ударного объема крови. Это повышает экономичность сократительной функции миокарда, так как относительно уменьшаются потребности в кислороде.

У лиц занимающихся спортом, физиологическая гипертрофия миокарда, объем крови по отношению к массе тела больше, чем у не тренированных лиц. Увеличение сердца при этом во многом обусловлено большой величиной резервного объема крови, который и является резервом для увеличения ударного объема при нагрузке.

С увеличением тренированности жизненная емкость легких, циркулирующий объем воздуха увеличиваются, а частота дыхания уменьшается. Однако легочная вентиляция на один литр потребления кислорода в покое в результате тренированности не изменяется.

У спортсменов утилизация кислорода тканями находится на более высоком уровне и количество восстановленного гемоглобина выше. В покое возможность адаптации организма к нагрузкам выше у спортсменов, так как основные физиологические показатели находятся на более ‘’экономном’’ уровне, а предельные возможности при физических нагрузках более высокие, чем у не тренированных лиц. У спортсменов переносимость нагрузок, максимальное потребление кислорода, предельный минутный объем крови значительно возрастают (В.Л. Карпман, 1954; Н.Д. Граевская, 1968).

Однако характер реакции сердечнососудистой и дыхательной систем на физическую нагрузку у тренированных и не тренированных существенно не отличается.

В результате физических нагрузок минутный объем крови увеличивается на 16–33%. На рисунке приведены частота сердечных сокращений и величины максимального потребления кислорода при максимальных и субмаксимальных нагрузках у спортсменов и нетренированных лиц.

При одинаковом субмаксимальном уровне потребления кислорода, содержание молочной кислоты у спортсменов ниже, чем у лиц не занимающихся спортом.

Тренированность расширяет переносимость длительных нагрузок. Хорошо тренированные лица в течение 8 часов могут переносить нагрузку в переделах 50%, а нетренированные люди лишь 25% от максимальной аэробной способности.

Улучшения переносимости нагрузки в результате тренировок связано с многими факторами, среди которых определенную роль играет более эффективное снабжение кислородом работающих мышц в результате увеличения сосудистого ложе, а также увеличение содержания калия и гликогена в мышцах.

Физические тренировки приводят к снижению массы тела, уменьшению толщины кожной складки. Психологическая тренированность способствует стабилизации и улучшению настроения, работа кажется легче, улучшается переносимость нагрузок. Физическая тренированность отодвигает возрастные границы старения, продлевает жизнь (Аршавский, 1962,1966).

4. Функциональные изменения в организме при физических нагрузках

Физические нагрузки вызывают перестроение различных функций организма, особенности которых зависят от мощности и характера двигательной деятельности.

4.1 Изменение функций различных органов и систем организма

В состоянии покоя деятельность различных функций отрегулирована соответственно невысокому уровню кислородного запроса и энергообеспечения. При переходе к рабочему уровню необходима перестройка функций органов и систем на более высокий уровень активности (Е.Б. Сологуб, 1999).

В центральной нервной системе происходит повышение лабильности и возбудимости многих ассоциативных нейронов. Во время работы «нейроны движения» организуют моторную активность через пирамидный путь, а «нейроны положения» через экстрапирамидную систему – формирование рабочей позы.

Еще перед началом работы в коре больших полушарий происходит предварительное программирование и формирование перестройки на предстоящее движение, которые отражаются в различных формах изменений электрической активности. Происходит избирательное увеличение меж центральных взаимодействий корковых потенциалов, появляются «меченые ритмы» электроэнцифолограммы – потенциалы в темпе предстоящего движения.

В спинном мозге за 30 секунд до начала работы повышается возбудимость мотонейронов.

В мобилизации функций организма и их резервов значительна роль симпатической нервной системы, выделение гормонов гипофиза и надпочечников.

В двигательном аппарате при работе увеличивается возбудимость и лабильность работающих мышц, возрастает чувствительность проприорецепторов, растет температура, уменьшается вязкость мышечных волокон. В мышцах дополнительно открываются капилляры, улучшается кровообращение. Однако при больших статических нагрузках (более 30% от максимума) кроваток резко затрудняется из-за сдавливания кровеносных сосудов.

Различные двигательные единицы в целой мышце при длительной физической нагрузке вовлекаются в работу попеременно, восстанавливаются в период времени, а при больших кратковременных напряжениях включаются в работу – синхронно. В зависимости от работы активизируются различные двигательные единицы. При работе небольшой интенсивности активны лишь высоко возбудимые и менее мощные медленные волокна, а с возрастанием нагрузки – промежуточные и, наконец, мало возбудимые, но наиболее мощные быстрые двигательные единицы (Е.Б. Сологуб, 1999).

Дыхание значительно увеличивается при мышечной работе – растет глубина дыхания (до 2–3 л) и частота дыхания (до 40–60 вед/мин), минутный объем дыхания при этом может увеличится до 150–200 л/мин.

Сердечно-сосудистая система, участвуя в доставке кислорода к работающим тканям, претерпевает заметные рабочие изменения. Увеличивается ударный объем крови (при больших нагрузках у спортсменов достигает 150–200 мл), нарастает частота сердцебиения (до 180 уд/мин), растет минутный объем крови до 35 л/мин. Происходит перераспределение кровотока, тем оно более выражено, чем больше мощность работы. Количество крови при работе увеличивается за счет выхода ее из кровяных депо. Увеличивается скорость кровотока, а время кругооборота крови снижается в 2 раза. Наблюдается увеличение количества форменных элементов в крови.

При работе увеличивается отдача кислорода из крови в ткани. Соответственно, становится больше артериовенозная разность по кислороду. Рост кислородного долга при передвижениях спортсмена на средних и длинных дистанциях сопровождается увеличением в крови концентрации молочной кислоты и снижением рН крови. В связи с потерей воды и увеличения форменных элементов повышается вязкость крови до 70% (Е.Б. Сологуб, 1999).

4.2 Механизмы энергообеспечения при физической нагрузке у скалолазов

В процессе прохождения трассы спортсмен совершает физическую работу. В зависимости от развиваемой при этом мощности работу делят на зоны. Основой деления служит взаимосвязь между скоростью и предельным временем выполнения работы: работа в определенной зоне относительной мощности совершается до тех пор, пока не наступит заметное снижение скорости выполнения упражнения, вызванное нарастающим утомлением (табл.)

Таблица. Физиологические характеристики работы разной относительной мощности (по Фарфелю, Баннистеру, Тейлору, Волкову, Робинсону, Зациорскому)

Нагрузка и восстановление должны рассматриваться как взаимосвязанные стороны повышения спортивной работоспособности скалолаза. Воздействие физической нагрузки, приводящее к развитию утомления, характеризует ее срочный тренировочный эффект. Восстановление начинается уже в процессе выполнения работы (текущее восстановление), но основные энергозапасы восполняются после окончания лазания или какого-то упражнения (срочное и отставленное восстановление). Текущее восстановление поддерживает нормальное функционирование организма в процессе выполнения нагрузки.

Время, затраченное на прохождение трассы в ИЛ, ПГ соответствует работе субмаксимальной и большой мощности. Чем выше мастерство спортсмена, тем (быстрее он проходит трассу и, следовательно, тем большую мощность он на ней развивает (Пиратинский А.Е., 1987).

Способность к развитию мощности при лазании по скальному рельефу у спортсменов с одинаковым уровнем физической подготовки определяется техническим мастерством, степенью знания маршрута, умением ориентироваться и психическим состоянием.

Разные по длительности интервалы физической работы имеют соответствующие механизмы энергообеспечения.

Рассмотрим схематично действие этих механизмов Мышечное сокращение происходит за счет энергии аденозинтрифосфорной кислоты (АТФ). Наличного запаса АТФ в мышце хватает ненадолго, и он начинает вырабатываться из креатинфосфата (КрФ). Для развития этого механизма используется нагрузка от 3 до 8 с (отдельные серии шагов на легких участках или некоторые силовые выходы).

В дальнейших процессах энергетического обеспечения непосредственное участие принимают углеводы (крахмал, гликоген), при разложении которых происходит ресинтез АТФ. Гликоли – бескислородное (анаэробное) расщепление гликогена – достигает максимума через 40–50 с. После 60–70 с непрерывной работы достигают максимума дыхательные (аэробные) процессы, но, несмотря на это, кислородный долг продолжает оставаться значительным в зонах субмаксимальной и большой мощностей. Следовательно, скалолазы должны стремиться к повышению уровня анаэробных возможностей организма.

Для совершенствования гликолитических механизмов целесообразны нагрузки от 20 с до 2 мин (скоростные тренировки на отрезках, лазание по трассам ПГ с продолжительными паузами отдыха, выполнение в быстром темпе серий различных упражнений).

Текущее восстановление имеет различную биохимическую основу в зависимости от напряженности мышечной работы. При выполнении физических упражнений малой интенсивности объем кислорода, поступающий к работающим мышцам и тканям, покрывает кислородный запрос организма. АТФ ресинтезируется в этих случаях аэробным путем. Восстановление в ходе работы протекает в оптимальных условиях кислородного обмена, что возможно только при медленном лазаний. Одна ко при ускорениях, а также во время динамичных приемов преодоления отдельных участков скалы аэробный ресинтез дополняется энергетическими источниками анаэробного обмена.

Быстрому преодолению трасс ИЛ, прохождению дистанций ПГ с маленькой паузой отдыха между трассами и соревновательным выступлениям в связках присущ смешанный характер ресинтеза АТФ в ходе работы, относящейся к зоне большой мощности. При лазаний или выполнении физических упражнений в зоне максимальной и субмаксимальной мощности возникает резкое несоответствие между требованиями к текущему восстановлению и скоростью ресинтеза АТФ. Это одна из причин быстрого утомления при таком характере нагрузок. Срочное восстановление лимитируется сроком оплаты кислородного долга (1,5–2 ч после окончания работы). Суммарные же энерготраты восполняются в период отставленного восстановления (Пиратинский А.Е., 1987).

Восстановительные процессы можно ускорить правильным режимом тренировки и отдыха, рациональным питанием, комплексом медико-биологических и психорегулирующих факторов.

Среди педагогических приемов, ускоряющих восстановление, на первое место следует поставить индивидуальный подход при дозировании нагрузок. Слепое копирование тренировок других, даже выдающихся, спортсменов не может быть оправдано ни педагогически, ни физиологически.

После окончания работы энергетические запасы к определенному времени восстанавливаются с избытком (сверхвосстановление): работоспособность организма превышает исходную. В зависимости от характера предшествующей нагрузки (анаэробная, аэробная, смешанная) фазы сверхвосстановления (суперкомпенсации) будут разными. Очередную тренировку следует проводить в фазе суперкомпенсации. Это наиболее эффективно, влияет на дальнейшее повышение работоспособности.

Точное определение сроков суперкомпенсации для каждого спортсмена затруднено в связи с различными темпами восстановления у разных людей, поэтому рекомендуется вести постоянный учет продолжительности пауз отдыха и длительности перерывов между занятиями, чтобы иметь возможность правильно планировать нагрузки (Пиратинский А.Е., 1987).

Методика исследования

Показатель частоты сердцебиений является одним из наиболее часто употребляемых в практике. Он используется как для характеристики деятельности сердечнососудистой системы в состоянии покоя, так и для изучения реакций на нагрузку. Чаще всего ЧСС определяют, прощупывая пульс на лучевой артерии в области запястья. Подсчет ведут за 10 с, а затем пересчитывают в I мин. Для определения ЧСС покоя испытуемый должен находиться в неподвижном состоянии не менее 2–3-х минут. Он должен быть изолирован от посторонних раздражений, эмоциональных воздействий. У взрослого человека ЧСС покоя составляет 60–70 уд./мин. При развитии физического качества выносливость у спортсменов в состоянии покоя ЧСС снижается до 40–50 уд./мин (в отдельных случаях у стайеров экстракласса – до 28–32 уд./мин). У многих спортсменов, специализирующихся в игровых видах спорта, ЧСС покоя может быть повышенной. Для контроля за ходом восстановления после нагрузки ЧСС просчитывается от момента окончания работы до возвращения показателя к исходному уровню покоя. Учитывают величину сдвига ЧСС под влиянием нагрузки, сравнивая ЧСС за первые 10 с сразу же после окончания работы с исходной ЧСС, а также длительность периода восстановления. Чем меньше повышение ЧСС и короче время восстановления, тем более адаптирован испытуемый к данной нагрузке.

Эксперимент проводился на группе спортсменов, занимающихся скалолазанием.

Для эксперимента взяли три группы: начальной подготовки (НП), учебно-тренировочная (УТ) и спортивное совершенствование (СС). Пульс измерялся несколько раз:

1. В покое

2. После разминки

3. После разминочного лазания

4. Во время основной работы (три измерения)

5. Восстановление в течении пяти минут

Цель данного исследования проследить насколько быстро происходит адаптация спортсменов после месяца отдыха и как быстро новички привыкают к столь специфичной нагрузке.

Обсуждение результатов и выводы

Динамика ЧСС один из признаков отражающий повышение тренированности. Индивидуальная реакция ЧСС на нагрузку отражает уровень адаптации к ней.

ЧСС в покое имеет значительные возрастные характеристики. У детей начальной подготовки (11–12) ЧСС находится в пределах 81–100 уд/мин, у детей учебно-тренировочной группы (13–15) 57–75 уд/мин, в группе спортивного совершенствования (17 и старше) 53–61 уд/мин. Известно, что низкая ЧСС характерна для взрослых тренированных спортсменов. Это в большинстве случаев преобладанием высокого тонуса парасимпатической системы и снижением тонуса симпатической в результате систематических тренировок.

Индивидуальная пульсовая реакция юных спортсменов на физическую нагрузку разной интенсивности зависит от исходных величин в покое и после разминки. При выполнении общих развивающих упражнений ЧСС у новичков довольно высокое (130 уд/мин) Это может быть связано с тем, что упражнения, которые даются в разминке им плохо знакомы, т.е. еще не сформирован определенный двигательный навык и организм не приучен к определенным нагрузкам. По данным, которые были получены после месяца тренировок видно, что пульс снизился, организм занимающихся адаптировался к данным видам нагрузки. В других группах не очень большая, что говорит о сформировавшемся навыке.

При выполнении специальной нагрузки – разминочное лазание (траверс 14,5 метров) видно, что у группы спортивного совершенствования пульс при работе малой мощности приблизительно равен пульсу при выполнении ОРУ, это говорит о том, что данная работа для них привычна и входит в основную разминку. У новичков пульс изменяется значительно. Функциональные системы организма не адаптированы к нагрузке. У большей половины группы наблюдается покраснение лица, потоотделение, учащение дыхания, в то время как у мастеров спорта не изменилась частота дыхания. После месяца тренировки у новичков пульс снизился. Потоотделение и покраснение лица не значительны. Частоты дыхания снижается. Организм привыкает к нагрузке, сердечно-сосудистая система начинает работать в более экономном режиме.

При выполнении основной части занятия ЧСС в разных группах не ниже 150 уд/мин. Самый максимальный пульс у новичков 199 уд/мин.

По полученным данным о восстановлении после работы видно, что этот показатель улучшился у всех групп. Связанно это с регулярными тренировочными занятиями.

Выводы

1. После месяца отдыха в двух группах пульс при разминке и разминочном лазании чуть повышен. У новиков он достигает максимального значения при данной работе (умеренной мощности)

2. При основной работе пульс возрастает до 199 уд/ мин у новичков, до 190 в группе УТ и до 180 уд/ мин в группе СС.

3. Восстановление замедленное во всех группах.

4. После месяца работы пульс снижается, хотя у новичков он остается довольно высоким по сравнению с о старшими группами.

5. Восстановление остается замедленным у новичков, у группы СС пульс полностью восстановился уже на третьей минуте, что говорит о хорошей адаптации к данной нагрузке.

6. Достоверность результатов на уровне значимости 0,05

В результате исследования выяснилось, что группа спортивного совершенствования адаптируется к работе быстро, так как происходит «вспоминание» двигательного навыка. Новички адаптируются хуже всех, так как у них происходит формирование этого двигательного навыка.

Заключение

В этой работе мы рассмотрели изменение гемодинамики под влиянием физических нагрузок. Выяснили от каких параметров зависит минутный объем крови, как изменяются и от чего зависят частота сердечных сокращений, ударный объем крови, максимальное потребление кислорода, кровяное давление. Узнали, что происходит в организме при физических нагрузках, как изменяются функции различных органов при работе. Изучили механизмы энергообеспечения при работе разной мощности на примере работы скалолазов. В исследовательской части проследили динамику восстановления ЧСС и адаптацию к работе после месяца отдыха у скалолазов различный квалификаций. В результате исследования выяснили, что группа спортивного совершенствования адаптируется к работе быстро, а новички адаптируются хуже всех.

Список литературы

1. Амосов Н.М., Бенкет Я.Б. Физиологическая активность и сердце, – Киев: Здоровье, 1989.

2. Аулик И.В. Определение физической работоспособности в клинике и спорте. – М.: Медицина, 1990 - с. 192–200.

3. Граевская Н.Д. Кровообращение и тренированность, – М.: Медицина, 1968.

4. Крестовников А.Н. Очерки по физиологии физических упражнений, – М.: Физкультура и спорт, 1951.

5. Пиратинский А.Е. Подготовка скалолаза. – М.: Физкультура и спорт, 1987. – с. 125–128.

6. Сологуб Е.Б. Физиологические основы спортивной тренировки: Уч. пособие. – Л.: ГДОИФК. – 1986. 57 с.

7. Сологуб Е.Б., А.С. Солодков Общая физиология: Учеб. Пособие / СПБГАФК им. П.Ф. Лесгафта. СПб., 2000. 216 с.

8. Чусов Ю.Н. Физиология человека: Учеб. Пособие. – М.: Просвещение, 1981.-с. 123–239.

9. Физиология человека: Учеб для институтов физической культуры / под общ ред. Зимкина Н.В. – М.: Физкультура и спорт, 1975. – с. 223–256.

10. Аршавский И.Н. Некоторые сравнительно онтогенетические данные в связи с анализом причин определяющих продолжительность жизни у млекопитающих // Проблемы долголетия. – М.: Медгиз, 1962. - с. 51–57.

11. Аршавский И.Н. К теории индивидуального развития организма // Ведущие проблемы возрастной физиологии. – М.: Медицина, 1966. с. – 32–36.

12. Карпман В.Л. Фазовый анализ сердечной деятельности. – М.: Медгиз, 1964.

13. Карпман В.Л., Хрущев С.В., Борисова Ю.А. Сердце и работоспособность спортсмена. – М.: Физкультура и спорт, 1978.

14. Карпман В.Л. Определение минутного объема крови // Теория и практика физической культуры. – 1954. 6. – с. 69.

15. Карпман В.Л., Любина Б.Г. Гемодинамика при разных режимах мощности физической нагрузки // Кардиология. – №12. – 1973. – с. 83–87.

16. Парин В.В., Карпман В.Л. Систолический объем сердца // Физиология кровообращения. Физиология сердца / под общ. ред. Бабского Е.Б. – Л.: Наука, 1980.