Изменение МПК
Уменьшение максимальной ЧСС в условиях горной гипоксии связано с усилением парасимпатической активности, как одного из механизмов, горной адаптации.
У акклиматизированных к высоте жителей равнины во время пребывания в горах периферическое сосудистое сопротивление снижено. Стимулом для расширения коронарных сосудов, сосудов головного мозга и всех других сосудов служит гипоксия. Без такого компенсаторного расширения их увеличенный объем крови, ее повышенная вязкость и низкое насыщение кислородом создавали очень большую нагрузку для работы сердца.
У постоянных жителей высокогорья артериальное давление несколько ниже, чем у жителей равнины. У живущих на. высоте более 3000 м происходит повышение давления в легочном (малом) круге кровообращения с высоким сопротивлением в легочных сосудах и гипертрофией правого желудочка сердца.
Это обеспечивает более равномерное соотношение вентиляции и перфузии в легких, что уменьшает различия в давлении О2 между альвеолярным воздухом и артериальной кровью. Указанные изменения лиціь очень постепенно исчезают при возвращении на равнину.
Основные изменения в тканях, происходящие в условиях пониженного парциального напряжения О2, направлены на повышение эффективности получения и утилизации кислорода для аэробного образования энергии.
Эти адаптационные изменения заключаются в следующем:
- усиление капилляризации тканей (увеличение числа и плотности капилляров);
- повышение концентрации миоглобина в скелетных мышцах;
- увеличение содержания митохондрий;
- увеличение содержания и активности окислительных ферментов.
В отличие от описанных физиологических механизмов адаптации эти изменения требуют длительного времени и потому обнаруживаются лишь у людей, долго проживающих на больших высотах.
Чем меньше возраст, с которого человек проживает в горах, тем больше адаптационные изменения. Оптимальное время акклиматизации к длительному проживанию в горах - период роста и развития ребенка.
Изменение МПК
Рис. 73. Изменения МПК у конькобежцев на протяжении 20-дневного пребывания в среднегорье (по В. В. Михайлову и Г. М. Панову, 1975)
По мере акклиматизации МПК обычно постепенно увеличивается, так что через несколько недель пребывания на высоте оно выше, чем в первые дни (рис. 73). Более заметно это увеличение МПК на средних, чем на больших, высотах.
После 3-5 недель пребывания в среднегорье снижение МПК составляет лишь 6-16% по отношению к равнинному МПК- При одинаковой степени гипоксии снижение МПК у жителей гор меньше, чем у временно проживающих в горах жителей равнины. Тренировка на высоте благоприятствует процессу высотной акклиматизации: у тренирующихся в горах людей прирост МПК выше, чем у нетренирующихся.
Однако даже после продолжительной активной акклиматизации МПК на высоте остается сниженным по сравнению с равнинным, исходным МПК на уровне моря.
Так, у спортсменов высокого класса по прибытии в Мехико-сити (2300 м) МПК снизился на 14%. Через 19 дней уменьшение еще составляло 6% по отношению к исходному МПК: У 8 спортсменов международного класса начальное снижение МПК составляло в среднем 16% (индивидуальные колебания от 9 до 22%), а через 19 дней - 11% (от 6 до 16%).
Даже постоянно проживающие в горах тренированные спортсмены имеют более низкий показатель МПК на своей высоте, чем на уровне моря. Например, у спортсменов, проживающих постоянно на высоте 3100 м, МПК было на 27% ниже, чем на уровне моря.
Увеличению (восстановлению) МПК на высоте способствуют многообразные механизмы компенсаторной адаптации к гипоксическим условиям: усиление легочной вентиляции, повышение диффузионной способности легких, увеличение кислородной емкости крови, общего объема циркулирующей крови, сердечного выброса, усиление капилляризации скелетных мышц и миокарда, повышение содержания миоглобина в скелетных мышцах, митохондрий в мышечных клетках, рост активности окислительных ферментов и т. д.
Когда человек возвращается на равнину, он на протяжении нескольких недель постепенно утрачивает ту адаптацию к условиям гипобарической гипоксии, которая произошла у него в горах.
Спортивная работоспособность в среднегорье и после возвращения на уровень моря
Физическая работоспособность человека снижается по мере подъема на высоту. Прежде всего и главным образом это касается аэробной работоспособности (выносливости) снижение которой отмечается уже на высоте 1200 м. В этом отношении нет никаких различий между тренированными и нетренированными людьми.
Как у тех, так и у других в начале пребывания в горах работоспособность снижается примерно одинаково по отношению к равнинному уровню. На значительной высоте симптомы горной болезни столь же часто и даже в более выраженной степени наблюдаются у спортсменов.
Спортивная работоспособность при выполнении скоростно-силовых (анаэробных) упражнений
Мышечная сила и мощность, а также координация движений при кратковременных максимальных усилиях практически не изменяются при подъеме в горы или при дыхании газовой смесью с низким содержанием кислорода. Поэтому в непродолжительных (до 1 мин) спортивных упражнениях скоростно-силового характера и упражнениях на координацию, выполняемых в горных условиях, не наблюдается явного снижения результатов по сравнению с равнинными.
Более того, на высоте из-за сниженной плотности воздуха (сопротивления перемещению) результаты на спринтерских дистанциях (особенно в велогонках) Могут быть даже выше, чем на уровне моря.
Следует, однако, иметь в виду, что восстановительные процессы в организме протекают на высоте замедленно. Поэтому повторное выполнение даже кратковременных упражнений в этих условиях вызывает более быстрое наступление утомления (снижение работоспособности), чем на уровне моря.
Для участия в соревнованиях, проводимых на высоте в скоростно-силовых и координационных упражнениях, не требуется специальной предварительной акклиматизации спортсмена к этой высоте. Если спортсмен не страдает горной болезнью, срок его прибытия на соревнования может быть выбран произвольно,
Спортивная работоспособность при выполнении упражнений на выносливость
Результаты в спортивных упражнениях с предельной продолжительностью более 1-й мин на высоте ниже, чем на уровне моря. Исключение составляют относительно непродолжительные упражнения, на результат которых большое влияние оказывает величина сопротивления (плотность) воздуха, например велогонки на треке.
Снижение физиологических возможностей спортсмена в этих упражнениях компенсируется улучшением механических условий их выполнения.
В некоторых: пределах чем больше дистанция (предельная продолжительность упражнения), тем значительнее снижение результата. Чем больше высота, тем сильнее падение физической аэробной работоспособности, идущее параллельно с уменьшением МПК. Снижение аэробной производительности является главной причиной уменьшения выносливости на высоте.
В связи со снижением работоспособности переносимая интенсивность тренировочных нагрузок с высотой уменьшается.
По мере развития механизмов, адаптирующих организм человека к высотной гипоксии, улучшается, хотя и не очень значительно и не во всех случаях, его физическая работоспособность на данной высоте. При этом для адаптации к выполнению более продолжительных упражнений на высоте требуется и более длительный период акклиматизации. Чтобы достигнуть хорошего результата на. высоте 2000 м и больше в упражнениях околомаксимальной и максимальной аэробной мощности, необходим минимальный период акклиматизации (2-3 недели).
Дальнейшее пребывание в условиях среднегорья слишком мало улучшает аэробную работоспособность и поэтому неоправданно.
Хорошо тренированные люди не акклиматизируются к большим высотам быстрее или более эффективно, чем нетренированные. Высота влияет на работоспособность постоянных жителей гор, как и на работоспособность жителей равнины.
Как и у жителей равнины, спортивные результаты у постоянных жителей горной местности снижаются на высоте по мере увеличения дистанции (времени работы) по сравнению с их равнинными результатами.
Как следует из изложенного, акклиматизация к высотной гипоксии вызывает физиологические изменения, во многих отношениях сходные с теми, которые происходят в процессе тренировки выносливости на уровне моря. И в том, и в другом случае повышаются аэробные возможности организма, связанные с его кислород-транспортными возможностями и способностью тканей (работающих мышц) утилизировать О2 для аэробной энергопродукции.
Возникает вопрос, может ли тренировка на высоте вызывать дополнительные физиологические изменения, усиливающие аэробную производительность и физическую аэробную работоспособность (выносливость) у спортсменов на равнине? Другими словами, повышается ли работоспособность на уровне моря после пребывания на высоте, более ли эффективна тренировка на высоте, чем такая же тренировка на уровне моря?
Научные данные относительно эффекта проживания и тренировки на высоте с целью повышения выносливости в равнинных условиях довольно противоречивы.
С другой стороны, постоянное или длительное проживание на большой высоте не дает преимущества в отношении аэробной выносливости, проявляемой на равнине. У хорошо тренированных спортсменов проживание и интенсивная тренировка в среднегорье в течение нескольких недель не всегда дают дополнительный эффект по сравнению с эквивалентной тренировкой на уровне моря (рис. 74).
Даже длительное пребывание на очень большой высоте не оказывает достоверного влияния на равнинные показатели аэробной работоспособности.
5 Ю 15 Рис. 75.
Динамика МПК на протяжении. 2 месяцев (А) и спортивных результатов на протяжении 1 месяца (Б) после возвращения из среднегорья (Ф.
П. Суслов, 1983). За 100% приняты показатели на равнине до пребывания в горах
При анализе влияния, подготовки в среднегорье на результаты выступления в равнинных условиях необходимо иметь в виду значительные индивидуальные вариации: у одних спортсменов такая подготовка приводит к повышению равнинных результатов, у других - к снижению, на третьих вообще не оказывает заметного влияния. Кроме, того, важно учитывать, что функциональное состояние и спортивная работоспособность в период реакклиматизации носят выраженный фазный характер (рис. 75): повышение спортивной работоспособости чередуется с временным ее снижением.
Вероятно, важную роль для повышения равнинной работоспособности играет специальная организация тренировочного процесса в горных условиях, а также период реакклиматизации.
В процессе длительного пребывания в горных условиях в организме возникают адаптационные изменения, которые способствуют повышению работоспособности в этих специфических условиях. Вместе с тем эти изменения не дают заметного преимущества при выполнении работы в иных специфических условиях, в частности на уровне моря.
Все это означает, что спортивная тренировка должна проводиться преимущественно (если не исключительно) в тех же условиях, в которых проводятся соревнования.
Смена поясно-климатических условий
Выработанная в процессе эволюции взаимосвязь организма с внешней средой - необходимое условие его существования, материалистически обоснованное еще в работах И. М. Сеченова. Природные факторы подвержены периодическим изменениям. Все проявления жизнедеятельности организма человека также не
остаются постоянными и имеют ритмический характер. Ведущее положение при этом занимает суточный ритм, эволюционно обусловивший суточную периодику физиологических функций у живых организмов.
Суточная цикличность большинства функций у человека обнаруживает себя в первые же дни после рождения. Это выражается в неодинаковом функциональном состоянии прежде всего нервной системы, крайние формы проявления которого человек переживает а виде сна и бодрствования.
Неодинаковое состояние ЦНС в течение суток во многом определяет различную активность других физиологических систем организма. У взрослого человека показатели кровообращения, дыхания, температуры тела и других функций минимальны ночью, с 2 до 4 ч. Оптимально активными физиологические процессы сохраняются до 13-14 ч. После некоторого снижения в дневные часы их уровень повышается вновь к вечеру, затем прогрессивно снижается до минимальных значений.
Суточный ритм физиологических отправлений -температуры тела, обменных реакций, сна и бодрствования - достаточно стойкий. Ритм физической работоспособности в разные периоды суток менее четкий и может существенно изменяться под влиянием соревновательных или чрезвычайно напряженных тренировочных нагрузок. Ритм этих изменений обычно соответствует стереотипности образа жизни.
Как правило, работоспособность оказывается выше в дневные часы и ниже в утренние и ночные. При этом наибольшими колебаниями (до 7-10%) подвержены показатели в упражнениях скоростно-силового характера: легкоатлетических прыжках, метаниях и т. д. Менее значительные изменения наблюдаются в результатах упражнений на выносливость.
В официальных соревнованиях лучшие результаты в большинстве случаев спортсмены показывают в ранние вечерние часы.
6-9 Дик после перелета
Рис. 76.
Динамика функциональных показателей при перелете спортсменов на 7 часовых поясов западнее постоянного местожительства (по О. П. Панфилову). А - анаэробная работоспособность (15 прыжков вверх за 30 с): горизонтальная штриховка-до перелета, без штриховки - после перелета; Б -работоспособность (среднее время проплывания 200 м разными способами, МПК (столбики) и сумма ЧСС за 3 мин
Выраженность десинхроноза, характер и
скорость адаптационной перестройки функций в новых поясно-климатических условиях зависят от величины поясно-временного сдвига, направления перелета, контрастности погодно-климатического режима в пунктах постоянного и временного проживания, специфических особенностей двигательной деятельности спортсменов.
Заметное изменение функционального состояния организма человека наблюдается уже при пересечении 2-3 часовых поясов. Существенное нарушение суточного ритма функций происходит при быстром перемещении в местность с 4-5- и особенно с 7-8-часовой поясной разницей.
Так, при перелете из Хабаровска в Москву утренние (в 7 ч) показатели функций, отражая привычный дневной ритм (14-15 часов хабаровского времени), значительно отличаются от аналогичных параметров, зарегистрированных перед перелетом: ЧСС превышает исходные (утренние) величины на 10-15 уд/мин, артериальное систолическое давление - на 8-12 мм рт. ст., минутный объем дыхания- на 1,5-3 л/мин, температура тела - на 0,4-0,9. Вечером эти показатели либо снижаются (отражая ночной ритм функций, свойственный хабаровскому времени), либо не изменяются, поддерживаемые двигательной деятельностью.
Поясно-климатическая адаптация заключается не только в выработке нового суточного ритма основных жизненных функций, но и в более глубоких процессах на клеточном и тканевом уровне, биологическое значение которых состоит в достижении адекватной меж- и внутрисистемной интеграции деятельности физиологических систем в новых условиях жизни.
Особенность перестройки в значительной мере определяется соотношением эндогенного и экзогенного ритмов. При перелете на 7-8 часовых поясов в западном направлении экзогенный ритм, совмещаясь с эндогенным в течение определенного периода суток (включая фазы минимума и максимума активности функции), способствует размыванию суточной ритмики, что обусловливает относительно быстрое формирование нового суточного стереотипа функционального состояния. При перелете на 7-8 часовых поясов в восточном направлении экзогенный ритм в основном находится в противофазе по отношению к эндогенному.
Данное обстоятельство является фактором, усложняющим, тормозящим адаптационную перестройку организма на новые условия жизни.
При возвращении в место постоянного жительства реадаптация протекает в более короткий период, чем адаптация.
Существенное влияние на адаптационные процессы оказывает специфика двигательной деятельности. У представителей скоростно-силовых видов спорта и спортивных игр адаптационные реакции выражены больше, но протекают быстрее, чем у представителей видов спорта, требующих проявления выносливости.
Так, у первых сразу после перелета в западном направлении значительное Повышение температуры тела (с 36 до 36,8-37,2), скорости оседания эритроцитов (до 200%), ЧСС (на 12-20 уд/мин), максимального АД (на 10-15 мм рт. ст.) сменяется быстрым (в течение 6-9 суток) восстановлением исходной реактивности и суточного биоритма. У вторых меньшее повышение скорости оседания эритроцитов (до 150-160%).
ЧСС (на 10-15 уд/мин), максимального АД (на 6- 10 мм рт. ст.) и температуры тела (с 35,7 до 36,3-36,5) сопровождается более продолжительной (до 13-15 суток) их перестройкой.
Динамика специальной работоспособности спортсменов в новых поясно-климатических условиях представляет собой последовательную смену фаз: снижения на 0,7-5,5% (на 2-5-е сутки после перелета), неполного восстановления (на 6-10-е сутки) и превышения в последующем ее исходного уровня на 1-3,5% (рис. 76, А).
Расчетное определение МПК показывает, что на 2-3-й сутки временного проживания в отдаленной местности этот показатель снижается на 1,5 мл/кг, мин, затем возрастает (относительно исходного уровня) в период с 7-го по 13-й день адаптации на 2,9 мл/кг мин и практически восстанавливается на 18-20-е сутки адаптации. Соответственно этому изменяется работоспособность и пульсовая сумма за 3 мин восстановительного периода (рис. 76, Б).
Данный феномен представляет собой результат мобилизации функционального резерва организма в усложненных условиях деятельности. Одним из механизмов этой мобилизации является усиление адаптационно-трофической функции симпатической нервной системы.
Глава 8. Физиология плавания
Спортивная деятельность в условиях водной среды (плавание) имеет ряд физиологических особенностей, отличающих ее от физической работы в обычных условиях воздушной среды. Эти особенности определяются механическими факторами, связанными с движением в воде, горизонтальным положением тела и большой теплоемкостью воды.
Механические факторы
Скорость и энергетические расходы при плавании зависят от трех основных механических факторов: 1)
Подъемная (или обратная ей - потопляющая) сила, в соответствии с законом Архимеда на погруженное в воду тело действует подъемная (выталкивающая) сила, равная весу объема воды, вытесненного телом. Величина этой силы зависит, во-первых, от веса (объема) различных тканей тела (прежде всего мышц и жировой ткани) и их соотношения в теле данного человека; во-вторых, от степени погружения тела в воду, точнее, от веса (объема) частей тела, находящихся над и под поверхностью воды, и, в-третьих, от объема воздуха в легких.
Вес тела в воде составляет .лишь несколько килограммов. У людей с большим количеством жира потопляющая сила (вес тела в воде) равна 0, так что они способны удерживаться на поверхности воды без каких-либо дополнительных усилий. Поскольку у женщин объем жировой ткани относительно больше, положение тела в воде у них обычно более высокое, чем у мужчин.
Среди пловцов большую плавучесть имеют стайеры, тело которых занимает более горизонтальное положение (ближе к поверхности воды),так как они имеют большее жировое депо и более низкий удельный вес тела, чем спринтеры (соответственно 1,0729 и 1,0786).
Когда тело спокойно удерживается на воде, некоторые части тела находятся над водой и легкие лишь отчасти заполнены воздухом. Поэтому на тело действует потопляющая сила, которой должна противостоять мышечная активность, создающая противоположно направленную силу. О степени этой активности можно судить по величине потребления кислорода сверх уровня полного покоя.
Чем больше потопляющая сила, тем сильнее должна быть мышечная работа для удержания тела у поверхности воды и. тем выше потребление О2 (рис. 77).
У женщин эта сила колеблется в пределах 1,6 - 4,7 кг, у мужчин -4,9 - 5,8 кг.
Лобовое сопротивление. При плавании основная мышечная работа затрачивается не на удержание тела на воде, а' на преодоление силы сопротивления движению тела, которая называется лобовым сопротивлением. Ее величина зависит от вязкости воды, размеров и формы тела, а главное - от скорости продвижения его.
Люди с большой поверхностью тела испытывают более значительное сопротивление воды, чем люди с меньшей поверхностью тела. Соответственно у мужчин лобовое сопротивление в среднем больше, чем у женщин. Однако при учете размеров поверхности тела это различие между женщинами и мужчинами несущественно.
На величину лобового сопротивления влияет положение (форма) тела в воде при разных стилях, плавания и в различные фазы плавательного цикла.
При высокой скорости продвижения в воде преодоление лобового сопротивления составляет главный компонент физической нагрузки для пловца. Если путем буксировки протягивать тело человека по воде, то лобовое сопротивление этому пассивному продвижению растет примерно пропорционально квадрату скорости буксировки (рис. 78).
При активном плавании из-за движений головой, туловищем и конечностями лобовое сопротивление больше: при плавании кролем примерно в 1,5 раза, а при брассе в 2 раза.
Движущая, или пропульсивная (продвигающая), сила. Эта сила возникает в результате активной мышечной деятельности пловца и представляет собой сумму действия двух сил - лобового сопротивления и подъемной силы, возникающей при плавательных движениях. Она определяет скорость и направление движения тела пловца. Прямо измерить пропульсивную силу не удается, ее определяют у спортсмена, привязанного к измерительному устройству.
Наибольшая движущая сила зарегистрирована при привязанном плавании способом брасс - около 22 кг. При других способах: плавания эта сила примерно одинакова - максимально 13-14 кг. В брассе наибольший вклад дает работа ног, а в кроле на груди и на спине - работа рук.
В плавании способом баттерфляй движущая сила рук и ног примерно одинакова.
Рис. 79. Потребление О2 у высококвалифицированных пловцов при разной скорости плавания разным стилем: 1 -дельфин; 2 - брасс; 3 - на спине 4 - вольный стиль
Скорость плавания. Средняя чисто дистанционная скорость (в середине бассейна) при плавании на 100 м составляет максимально: в кроле - около 1,9 м/с, в дельфине - 1,8 м/с, на спине - 1,7 м/с, в брассе - 1,5 м/с. Таким образом, наибольшая скорость достигается при плавании кролем, наименьшая - брассом .
Расходы энергии у человека при плавании примерно в 30 раз больше, чем у рыбы сходных размеров, и в 5-10 раз больше, чем при беге с той же скоростью. При очень низкой скорости плавания значительные различия в энергетических расходах у людей объясняются разной потопляющей силой (плавучестью) у них.
