ГЛАВА 11. ЭКОЛОГИЯ ТРУДА И СПОРТА

ГЛАВА 11. ЭКОЛОГИЯ ТРУДА И СПОРТА

В главе рассмотрены основные понятия экологии труда и спорта, характеристика динамической и статической работы, восстановле- ние после физических нагрузок, обоснование врабатывания и разминки, экология вахтового труда.

ОСНОВНЫЕ ПОНЯТИЯ ЭКОЛОГИИ ТРУДА И СПОРТА

Существует множество классификаций видов мышечной и спортивной деятельности, каждая из которых решает свои специфичес- кие задачи. Для экологии важно понимание следующих моментов:

•  спортивная и трудовая деятельность сопровождается предельным напряжением всего организма;

•  что является источником энергообеспечения мышечной работы. Для динамической работы существует ряд основных понятий,

представленных на рис. 11-1.

Нагрузка - внешняя задача, параметры которой не зависят от человека, выполняющего работу. В то же время работа - активность, проявляемая как реакция на нагрузку, зависит от индивидуальных особенностей человека. Напряжение, которое испытывает организм

Стресс нагрузка (задача)

Рис. 11-1. Схема, иллюстрирующая понятия «нагрузка» и «напряжение» для случая динамической работы

при выполнении определённой работы, отражается в изменении различных физиологических функций (рис. 11-1). Все эти три величины можно измерить.

Факторы, определяющие напряжение

Степень перестройки физиологических функций, необходимой для того, чтобы организм справился с данной нагрузкой, зависит в основном от двух факторов - работоспособности и эффективности деятельности (коэффициента полезного действия).

•  Работоспособность - способность реагировать на нагрузку и выполнять определённую работу. Работоспособность зависит от состояния здоровья и тренированности, а также от способности к данной работе. На неё оказывают влияние в каждом отдельном случае окружающая среда (например, климат, время суток, шум) и функциональное состояние умственной активности и эмоциональной сферы.

•  Эффективность (коэффициент полезного действия) - мера полезной отдачи от затраченного усилия.

Классификация физических упражнений

По структуре двигательного акта мышечная работа бывает динамической и статической.

•  Динамическая работа выполняется при преодолении усилия на определённом расстоянии: при положительной динамической работе мускулатура действует как «двигатель», при отрицательной (спуск с горы) - играет роль «тормоза».

•  Статическая работа производится при изометрическом мышечном сокращении, при этом не преодолевается никакое расстояние, а организм реагирует на нагрузку физиологическим напряжением.

В одних видах физических упражнений преобладает динамическая, в других - статическая составляющая. В свою очередь, динамическая работа бывает циклической и ациклической.

•  Циклические упражнения - бег, гребля, велоспорт, в которых движения одинаковы по структуре, стереотипно повторяются одно за другим.

•  Ациклические упражнения - сложные движения, состоящие из отдельных, непохожих друг на друга двигательных актов (прыжки, поднятия штанги, метания снарядов и т.д.).

Определённый вид мышечной деятельности в разных условиях среды лимитирует ряд факторов, чаще всего разные типы энерго- обеспечения. Для своего сокращения мышца использует энергию макроэргических связей, своеобразного «аккумулятора» энергии АТФ. При гидролизе АТФ до АДФ высвобождается энергия разрушенной макроэргической связи. Запасы АТФ в мышце составляют 0,0004 г/г мышц. Этого количества хватает всего лишь на 1-2 с рабо- ты мышечного волокна в предельном режиме.

Типы энергообеспечения

Организму необходимо восстановление запасов АТФ, которое может идти анаэробным или аэробным путём.

• Анаэробные - осуществляются без участия О2.

- За счёт креатинфосфата: от креатинфосфата отщепляется фосфатная группа с освобождением достаточного количества энергии, чтобы восстановить эквивалентное количество молекул АТФ. Поскольку АТФ и креатинфосфат для своего расщепления не требуют сложных многоступенчатых биологических реакций и участия в них кислорода, имеют сходное строение и работают как бы в тандеме, их объединяют в так называемую анаэробную фосфагенную систему. Благодаря простоте биохимических реакций, обеспечивающих освобождение энергии, фосфагенная система способна дать наибольшее количество энергии в единицу времени, а значит, обладает большой мощностью при небольшой ёмкости (времени, в течение которого за счёт этого источника может продолжаться мышечная работа).

- Путём гликолиза и гликогенолиза - цепи биохимических реакций расщепления гликогена и глюкозы до молочной кислоты (лактацида). При анаэробном расщеплении в саркоплазматической сети мышечных клеток гликогена (гликогенолизе) каждая глюкозная единица освобождает энергию для восстановления трёх молекул АТФ, а при расщеплении чистой глюкозы (гликолиз) освобождается энергия для восстановления только двух молекул АТФ. Анаэробный гликогенолиз начинается практически тотчас же с началом мощной мышечной работы и достигает своей максимальной скорости к 30-40 с работы. Мощность лактацидной системы энергопродукции по отношению к фосфагенной в 3 раза меньше, однако ёмкость почти в 2,5 раза больше, что позволяет обеспечивать

мощную мышечную работу в течение 1,5-2 мин. Лактацидная энергетическая система функционирует не только при мощной мышечной работе, но всегда, когда снабжение кислородом тканей отстает от потребностей (статическая работа, начало работы и т.д.).

• Аэробный процесс происходит в митохондриях: с помощью кислорода и множества специфических ферментов осуществляется окисление сложных органических веществ (жиров, белков, углеводов, нуклеиновых кислот) до более простых. Энергия разрушенных химических связей аккумулируется в макроэргических связях АТФ, креатинфосфата и затрачивается на регенерацию глюкозы из остатков молочной кислоты (в среднем регенерируется около 75% глюкозы). Это самый ёмкий процесс энергообеспечения организма. В среднем при использовании 1 л кислорода в организме накапливается энергия всех перечисленных источников - около 5 ккал. Представление о мощности и ёмкости энергообеспечивающих систем представлено в табл. 11-1.

Таблица 11-1. Мощность и ёмкость энергообеспечивающих систем

Поскольку восстановление анаэробных источников происходит за счёт аэробных, суммарное количество энергии в конечном итоге эквивалентно аэробным источникам. Это даёт возможность подсчитывать все энергозатраты организма по количеству потреблённого кислорода спустя некоторое время после совершения работы, когда процессы регенерации анаэробных источников закончены (после

восстановительного периода). Суммарное количество кислорода, необходимое для восстановления анаэробных источников, а также количество кислорода, потраченное непосредственно на восстановление АТФ аэробным путём, носит название кислородного запроса на работу.

Зная скорость максимально возможного потребления кислорода данного человека и сопоставляя этот показатель с количеством кислорода, израсходованного для совершения данной работы (кислородный запрос), можно судить о типе энергообеспечения конкретного вида мышечной деятельности. Тип же энергообеспечения определён- ного вида мышечной деятельности - один из системообразующих факторов для классификации видов мышечной деятельности.

ХАРАКТЕРИСТИКА ДИНАМИЧЕСКОЙ И СТАТИЧЕСКОЙ РАБОТЫ

Любую мышечную работу, независимо от структуры движений, характеризует её мощность. Однако понятие мощности работы не отражает напряжённости работы физиологических систем: у одного и того же спортсмена, бегущего под гору и в гору мощность работы в физическом смысле может быть одинакова. Но напряжённость работы, например, сердечно-сосудистой системы при беге в гору будет значительно выше.

Относительная мощность работы

Понятие относительной мощности работы отражает напряжён- ность работы физиологических систем в процентах от максимально возможного уровня развёртывания какой-либо функции.

Основой большинства классификаций физических упражнений по мощности служит кривая Хилла-Фарфеля (рис. 11-2), построенная в логарифмической системе координат и показывающая зависимость рекордного времени бега на разные дистанции от скорости движения на данной дистанции. На кривой отчётливо заметны четыре переломные точки, отражающие принципиальные отличия в энергообеспечении в группах дистанций и выявляющие четыре типа циклической работы разной относительной мощности.

Работа максимальной относительной мощности

• К этому виду работы относят: бег на 60, 100 и 200 м;

• плавание на 25 и 50 м и другие спринтерские дистанции.

Рис. 11-2. Логарифмическая кривая зависимости рекордной скорости (V) на разных дистанциях от времени (t) прохождения этих дистанций (В.С. Фарфель): участки «перелома» кривой соответствуют временным границам между физиологическими зонами мощности циклических упражнений

На рис. 11-3 представлена схема реализации кислородного запроса при беге на 100 м:

•  для выполнения такой работы необходимо потребление кислорода 40 л/мин;

•  у хорошо тренированных спортсменов максимальное потребление кислорода (МПК) составляет всего 5-6 л/мин.

Следовательно, эта работа выполняется исключительно за счёт анаэробных источников энергии, а именно фосфагенной системы (креатинфосфатный и аденозинфосфатные механизмы).

Особенности

•  Время этой работы столь коротко, что дыхательная, сердечнососудистая и система терморегуляции, не успевают не только достичь своих предельных значений, но и превысить уровень покоя на 10-20%.

•  После работы ещё 2-3 с происходит продолжение «развёртыва- ния» физиологических функций по инерции, а затем постепенное восстановление до исходного уровня.

•  Полное восстановление всех функций наступает через 30- 40 мин.

Рис. 11-3. Схема удовлетворения кислородного запроса в зоне макси- мальной мощности: потребление кислорода, возрастающее после работы, далеко от максимального и тем более от минутного кислородного запросов. Кислородный долг (заштрихованная площадь) составляет около 95% кислородного запроса

Несмотря на огромный минутный кислородный запрос (до 40 л/мин), из-за кратковременности работы и невозможности мгновенного развёртывания респираторной, сердечно-сосудистой и других систем абсолютные величины показателей деятельности вегетативных функций к концу работы невелики:

•  ЧСС достигает 120-130 уд./мин (при ЧССmax=200-220 уд./мин);

•  МОД достигает 30-40 л/мин (МОДmax=200-220 л/мин);

•  скорость потребления кислорода (V02) достигает 0,9-1,0 л/мин (V02max=5-6 л/мин);

•  кислородный долг - количество кислорода, потреблённого в восстановительный период сверх уровня покоя,- достигает 6-7 л (максимальный кислородный долг равен 20 л) и т.д.

Индивидуальная адаптация к такому виду нагрузки характеризуется:

•  увеличением биомассы мышц, которые участвуют в этой работе, главным образом за счёт утолщения быстрых мышечных волокон;

•  увеличением мощности фосфагенной системы энергопродукции за счёт увеличения концентрации АТФ и креатинфосфата.

Аэробная система энергопродукции, напротив, либо остаётся без изменений, либо испытывает некоторый регресс. Так, показате- ли абсолютного максимального потребления кислорода (МПК) у мужчин-спринтеров редко превышают 3,5-4 л/мин, а относительное МПК за счёт увеличения мышечной массы вообще меньше среднестатистического (35-40 мл/кг веса против 50-60 мл/кг веса у квалифицированных марафонцев).

С точки зрения ведущего способа энергообеспечения к этой же зоне мощности можно отнести и кратковременные эпизоды в игровых видах спорта, такие как атаки, а также некоторые элементы в подъёме штанги, прыжках и единоборствах, когда требуется предельное напряжение какой-либо группы мышц или больших групп мышц. Среди трудовых процессов - удар молота, вырывания и другие аналогичные движения.

Поскольку аэробная система энергопродукции в этих видах упражнений используется на 10-20% от своих предельных возможностей, то и влияние экологических факторов, связанных с изменениями содержания О2, на спортивный результат минимальное - гипоксия, понижающая максимальное потребление кислорода (МПК) даже до уровня 60%, не сказывается на спортивном результате.

Влияние экологических факторов

Изменения температуры окружающей среды имеют значение для достижения спортивных результатов.

•  Гипотермия негативно сказывается на спортивном результате, меняя даже рисунок движений за счёт повышения вязкости мышц. Охлаждённые мышцы обладают меньшей АТФазной активностью, что, несомненно, сказывается как на скорости расщепления АТФ, так и на её регенерации через креатинфосфатный механизм.

•  Гипертермия способствует достижению высокого спортивного результата при повышении температуры тела до некоторого оптимума (около 39,5 ?C), так как скорость биохимических реакций повышается; при дальнейшем повышении температуры тела скорость биохимических реакций вновь понижается.

Перед выступлением на соревнованиях спортсмен выполняет комплекс физических упражнений, называемых разминкой. Одна из задач разминки - вызвать рабочую гипертермию организма, с тем чтобы повысить скорость протекания биохимических реакций. В частности, если скорость расщепления АТФ в мышцах будет выше, то следует ожидать повышения мощности работы, что и требуется в данной зоне мощности.

Любые экологические факторы, снижающие скорость или блокирующие отдельные биохимические реакции (такие как интоксикации и жёсткое излучение), будут негативно сказываться и на спортивном результате. Смена часового пояса при трансмеридиональных пере- лётах, нарушая естественные колебания активности вегетативных функций, отрицательно сказывается на проявлении максимальной мощности в работе спортсмена.

Работа субмаксимальной относительной мощности

В зону субмаксимальной относительной мощности входит большая группа спортивных дисциплин, именуемых «средними дистан- циями»:

•  бег на 400, 800, 1000 и 1500 м;

•  плавание на 100, 200, 400 м.

Время прохождения дистанций варьирует от 40 с до 4 мин. Кислородный запрос составляет:

•  25 л/мин при беге на 400 м;

•  8,5 л/мин при беге на 1500 м.

Соответственно меняется скорость прохождения дистанции: от 8,7 м/с на 400 м до 6,8 м/с на 1500 м. Максимальная мощность среди этих видов работы развивается при прохождении средних дистанций.

Особенности

•  Работа проходит на пределе возможностей двигательного аппарата. С точки зрения энергетики, работа проводится на грани возможного кислородного долга. В конце средних дистанций кислородный долг составляет 17-19 л.

•  У тренированного спортсмена за 2, а чаще за 3 мин включается аэробная система энергопродукции; тем не менее, доля аэробной системы не превышает 25% от общего энергообеспечения. Минутный кислородный запрос составляет 12,5 л/мин, а полностью «развёрнутая» аэробная система может дать не более 5-6 л О2/мин.

•  К концу прохождения средних дистанций в крови накапливается большое количество молочной кислоты - до 250 мг/%.

•  Показатели концентрации молочной кислоты и практически предельный кислородный долг (ликвидация кислородного долга длится до 2 ч), а также длительное восстановление анаэробных источников энергоснабжения свидетельствуют о полном исчерпании креатинфосфатного и лактацидного механизмов к концу дистанции.

Адаптация организма человека к такой работе заключается:

•  в совершенствовании анаэробной системы энергопродукции (увеличение концентрации фосфогенов, увеличение ёмкости лактацидной системы, повышение скорости ферментативных реакций);

•  в гипертрофии быстрых мышечных волокон;

•  в развитии аэробной системы энергопродукции (уровень МПК 4,5-5 л/мин, относительное МПК от 40 до 50 мл/кг веса, в ряде случаев отмечается гипертрофия левого желудочка сердца).

Влияние экологических факторов

Экологические факторы оказывают влияние на спортивные результаты:

•  гипоксия любого генеза пропорционально её степени снижает спортивный результат и затрудняет восстановление кислородного долга;

•  интоксикации и жёсткое излучение оказывают негативное влияние на скорость биохимических процессов;

•  трансмеридиональные перелёты, меняя акрофазу двигательной активности, также неблагоприятно сказываются на работоспособности спортсменов.

Работа относительной большой мощности

К этой группе относятся:

•  легкоатлетический бег на 10 км;

•  спортивная ходьба на 8 км;

Рис. 11-4. Схема удовлетворения кислородного запроса в зоне большой мощности: потребление кислорода после врабатывания продолжает незна- чительно увеличиваться, приближается к максимальному, но всё ещё отстает от кислородного запроса

Особенности

•  Предельное время работы с такой мощностью составляет 25- 30 мин. Минутный кислородный запрос при прохождении этих дистанций всегда на 1,0-1,5 л больше, чем индивидуальное МПК (рис. 11-4). Для высококвалифицированных спортсменов он составляет около 6,5 л при индивидуальном МПК в 5 л.

•  Поскольку время работы не менее 8 мин, а требования к физиологическим системам превышают их возможности, то все функции успевают развернуться на полную мощь.

•  Через 3-5 мин работы МОД у квалифицированных спортсменов достигает 150-180 л/мин, ЧСС может достигать 200-220 уд./мин.

•  Благодаря предельному увеличению дыхания и кровообращения, а также коэффициенту использования кислорода, потребление кислорода тканями возрастает до своей предельной величины. Для высококвалифицированных спортсменов эта величина составляет около 5 л.

•  Аэробная составляющая энергообеспечения имеет основное значение.

• После достижения предельно возможной скорости к 3-4 мин потребление кислорода стабилизируется на уровне МПК. Но поскольку минутный кислородный запрос превышает его максимальное потребление, это устойчивое состояние является ложным.

•  При этом происходит постепенное накопление кислородного долга, но, в силу ограниченности времени работы, долг не достигает своих предельных величин и составляет 12-15 л.

• Лактацидный механизм энергообеспечения исчерпывается практически полностью, так как содержание молочной кислоты в крови приближается к предельному.

•  В конце дистанции линия ложного устойчивого состояния испытывает дрейф в сторону понижения, указывая пагубность длительного воздействия на нервные и мышечные клетки недостатка кислорода, повышенного содержания молочной кислоты и других недоокисленных продуктов обмена.

Так же, как и работа субмаксимальной интенсивности, работа большой мощности сопровождается почти предельными сдвигами во внутренней среде организма. В этой связи ему необходим длительный период восстановления.

Влияние экологических факторов

Результативность работы в значительной степени зависит от неблагоприятных экологических факторов.

•  Работа при повышенной температуре среды и высокой влажности в силу огромной мышечной теплопродукции может привести к тепловому удару.

•  Менее подвержена указанная работа влиянию пониженной температуры среды.

•  Пониженное понижает работоспособность. Поэтому спортсмены, занимающиеся указанными видами спорта, проводят сборы в горах, где понижено pO2, при адаптации к которому аэробные возможности организма повышаются.

Работа умеренной относительной мощности

К этой зоне мощности относится большая группа длинных и сверхдлинных дистанций:

•  легкоатлетический бег на 20, 30 и 42,195 км;

•  спортивная ходьба на 10, 20, 30 и 50 км;

•  велогонки на 50, 100 и 200 км;

•  плавание на 5, 10, 25 и 50 км.

К этой же мощности относится большинство трудовых процессов с использованием мускульной силы.

Особенности

Все виды мышечной деятельности, проводимые в этой зоне относительной мощности, имеют две важные особенности:

•  проводимая работа исключительно аэробная;

•  минутный кислородный запрос всегда меньше, чем индивидуальная скорость МПК (рис. 11-5).

МПК

60 10 20

Покой Работа Восстановление

Рис. 11-5. Схема удовлетворения кислородного запроса в зоне умеренной мощности: потребление кислорода соответствует запросу, он существенно меньше, чем максимальное потребление кислорода (МПК). Кислородный долг незначительный

Основные закономерности

•  После периода врабатывания, длящегося 3-4 мин, все показатели деятельности физиологических систем устанавливаются на уровне, пропорциональном мощности выполняемой работы, но ниже максимальных их возможностей.

•  Важной особенностью работы умеренной мощности является то, что она протекает при истинном устойчивом состоянии; кислородный запрос на большей части дистанции удовлетворяется во время работы.

•  Это истинное устойчивое состояние не является абсолютным - на дистанции возникает необходимость в ускорениях, приводя-

щих к увеличению минутного кислородного запроса и накоплению кислородного долга небольшой величины. Например, к концу марафонской дистанции кислородный долг составляет всего 5-6 л.

По мере увеличения времени работы (длины дистанции) скорость спортсмена, как правило, падает, ухудшается координация, но при этом кислородный запрос несколько увеличивается, хотя остаётся всё же меньшим, чем индивидуальная скорость МПК. Это означает, что недостаток кислорода не служит причиной пониженной скорости спортсмена на дистанции.

Причины ограничения интенсивности работы на дистанции

•  Ухудшение функционального состояния двигательных нервных центров провоцируется уменьшением количества глюкозы в крови. Так, концентрация глюкозы в конце дистанции составляет всего 40-50 мг% при норме 100 мг%. О переходе на другой субстрат окисления свидетельствует и динамика колебаний концентрации молочной кислоты. Например, на пятом километре дистанции концентрация молочной кислоты составляет около 100 мг%, а к концу дистанции только 10-15 мг%.

•  Изменения метаболизма уменьшение дыхательного коэффициента до 0,8-0,7 и снижение содержания глюкозы и молочной кислоты свидетельствуют о том, что в конце дистанции основными субстратами окисления служат жиры; при этом в крови и моче обнаруживаются продукты ПОЛ, способные блокировать мембраны митохондрий, что ещё больше уменьшает эффективность окислительного фосфорилирования. На финише марафонской дистанции отмечается резкое ухудшение функционального состояния не только нервных центров, но и скелетных мышц, сердечной мышцы (понижается их возбудимость, лабильность). Восстановление после марафонской дистанции продолжается 2-3 дня, а полное восстановление наступает через 6-7 дней.

•  Особенно большие сдвиги при прохождении дистанции происходят в системе терморегуляции человека и в водно-солевом балансе организма.

- В связи с длительностью дистанции суммарный кислородный запрос (около 500-600 л) и суммарные энергозатраты организма велики. Соответственно доля тепла, выделяемого организмом при работе, составляет не менее 2,5 тыс. килокалорий.

- Такая теплоотдача требует интенсивного включения потоотделения: теоретически требуется около 5 л пота при условии, что весь пот испаряется эффективно, а не скатывается с тела спортсмена, не успев испариться (профузное потоотделение).

- Потеря большого количества воды с солями приводит к значительной дегидратации организма и резкому нарушению солевого баланса.

- Дегидратация увеличивает вязкость крови, что увеличивает нагрузку на сердце, хуже оксигенируется кровь, а это ещё больше уменьшает коэффициент полезного действия мышечного сокращения.

- Экспоненциально увеличивается доля АТФ, идущая на нагревание тела.

- Значительный вклад в перегревание организма вносит разобщение окислительного фосфорилирования в результате бло- кирования мембран митохондрий продуктами ПОЛ.

- В результате развития всех перечисленных процессов температура внутренних сред тела марафонцев достигает 41,5-42,0 ?C и выше. При неблагоприятных погодных условиях (высокая температура среды, высокая влажность воздуха, отсутствие обдува тела спортсмена) нередки тепловые обмороки и тепловые удары даже среди элитных спортсменов.

Соматотип определяет способность к адаптации в этом виде деятельности. В мышечной композиции успешных марафонцев пре- обладают медленные мышечные волокна.

Что касается физиологии труда, то почти все виды физической работы относятся к зоне умеренной мощности. Это не исключает кратковременных напряжений максимальной, большой или субмаксимальной мощности. При этом возможность ежедневно всё рабочее время совершать данную физическую работу без последствий для организма зависит от многих факторов:

•  от часовых и суточных энергозатрат и их соотношения;

•  от соотношения энергозатрат с основным обменом;

•  от соотношения энергозатрат с аэробными возможностями организма;

•  от соотношения энергозатрат с используемой для работы мышечной массой.

Классификация

Д. Диллом разработана и успешно применена классификация переносимости работы с ориентацией на основной обмен.

•  Работа умеренной тяжести находится в границах утроенного основного обмена. Эта работа может продолжаться неограниченно долго (в пределах рабочего дня).

•  К тяжёлой работе относят работу, при которой энергозатраты превышают основной обмен в 3-8 раз; при этом предполагаются определённые соотношения между отдыхом и повседневной деятельностью (пример для пятикратного превышения основного обмена см. в табл. 11-2).

Таблица 11-2. Соотношение между работой и деятельностью

Тип деятельности

Расход килокалорий

8 часов сна

(70 ккалХ8)=560 ккал

8 часов обычной деятельности

(560 ккалХ2)=1120 ккал

8 часов профессионального труда

(560 ккалХ 5)=2800 ккал

Итого

4480 ккал

Есть и другие градации в названиях тяжести работ. Так, Г. Леманн выделяет десять степеней тяжести, но непременное условие то же - суточные энергозатраты не должны превышать 4,5 тыс. ккал.

Экологические факторы, повышающие основной обмен:

•  пониженное атмосферное давление;

•  гипер- и гипотермия, требующие дополнительных затрат для деятельности кардио-респираторной системы;

•  интоксикация и облучение, усиливающие основной обмен за счёт дополнительного напряжения системы регенерации организма.

Эти факторы либо ограничивают (уменьшают) мощность работы, либо увеличивают продолжительность отдыха.

Наименее применяемая классификация - по максимальному уровню энергозатрат в определённой трудовой деятельности. Эта классификация решает специфические задачи сравнения уровня

энергозатрат в разных видах мышечной деятельности, не учитывая особенности каждой из работ. Так, например, по этому показателю могут быть одинаковыми работа землекопа и рубщика дров, при этом не принимается во внимание, что работа первого более равномерна по мощности, чем работа второго.

Все перечисленные классификации применимы к динамическому режиму мышечного сокращения (сокращение-расслабление), однако при статической работе, имеющей отличия от динамической, критерии переносимости будут несколько иными.

Характеристика статических усилий

Двигательная деятельность человека постоянно предполагает наличие длительного однообразного тонуса отдельных мышц по под- держанию позы или столь же однообразного тетанического напряжения большой группы мышц при фиксациях, поддержках, удержаниях груза, сохранении необычной позы (угол в «упоре», «крест» в гимнастике и т.д.). Физиологические механизмы тонических и тетанических статических усилий при их внешних различиях оди- наковы.

Внешние различия заключаются в длительности удержания статического положения:

•  тонические (позные) статические усилия могут поддерживаться часами и десятками часов;

•  тетанические максимальной мощности - десятками секунд.

По физиологическому механизму тонические и тетанические статические усилия отличаются только количественно. В состав мышц входит множество мышечных волокон, объединённых в двигательные единицы двух типов: быстрые и медленные.

Тонические усилия осуществляют главным образом медленные двигательные единицы, которые развивают малые мышечные напряжения и участвуют в поддержании позы:

•  аэробное энергообеспечение способствует медленному развитию утомления (в 10-20 раз медленнее, чем у быстрых двигательных единиц);

•  не все медленные двигательные единицы участвуют в этой работе одновременно, поскольку напряжение мышцы по поддержанию позы составляет не более 10-15% от максимально возможного напряжения;

•  при утомлении одних медленных двигательных единиц нервная система «рекрутирует» вместо них другие, давая возможность

восстановиться первым. Соответственно поддержание позы может длиться неопределённо долго. Тетанические статические усилия требуют предельного напряжения максимального числа как быстрых, так и медленных двигательных единиц мышцы. При этом мышцы очень быстро утомляются и их напряжение падает. Представление о скорости развития утомления при статическом усилии по удержанию груза на вытянутой руке даёт рис. 11-6.

Рис. 11-6. Статическая работа. Отношение между предельным временем поддержания силы и отношением этой силы к максимальной силе

При удержании максимального груза задействованы все двигательные единицы, определяющие максимальную произвольную мышечную силу. По мере уменьшения груза остаётся некоторый резерв двигательных единиц, способных заменить утомлённые. По мере уменьшения груза резервы незадействованных двигательных единиц всё увеличиваются; пропорционально увеличивается время удержания груза. Наконец наступает такой момент, когда резервы незадействованных двигательных единиц становятся настолько

велики, что успевают восстановиться единицы, задействованные первыми. В этом случае удержание такого груза может происходить неопределённо долго.

Таким образом, кривая показывает, что разница в тонических и тетанических статических усилиях чисто количественная, а дли- тельность тонического статического усилия определяется резервами незадействованных двигательных единиц.

Статические усилия (тонические в меньшей степени) сопровождаются феноменами, которые не отмечаются при динамической работе («феномен статического усилия»). При выполнении статического усилия, как и при выполнении любой работы, начинается «развёр- тывание» физиологических функций для обеспечения мышечной деятельности кислородом и питательными веществами, а по окончании работы должно происходить минимизирование этих функций. Однако по окончании мощного статического усилия наблюдается дальнейшее усиление функционирования систем обеспечения (рис. 11-7). Причина «развёртывания» функций после совершения работы в статических усилиях - поступление метаболитов, образовавшихся в мышце во время работы, в кровяное русло, так как при работе сокращённые мышцы сдавливают магистральные сосуды.

Работа Восстановление

Рис. 11-7. Феномен статического усилия по потреблению кислорода (обозначен пунктиром) и по лёгочной вентиляции (А.В. Фомичев)

Соответственно, только с этого момента начинается рефлекторное развёртывание физиологических функций в ответ на действие недостаточной оксигенации тканей, высокую концентрацию метаболитов и т.д. Со снижением мощности статических усилий проявление этого феномена снижается и исчезает при статических усилиях тонического типа.

Таким образом, несмотря на небольшие суммарные энергозатраты, сопоставимые с динамической работой средней тяжести локально-регионального типа, статические усилия переносятся гораздо тяжелее, чем динамическая работа.

ВОССТАНОВЛЕНИЕ ПОСЛЕ ФИЗИЧЕСКИХ НАГРУЗОК

После окончания работы показатели деятельности всех физиологических систем постепенно возвращаются к своему исходному уровню. По скорости восстановления физиологических параметров оценивают функциональные резервы организма.

Закономерности процесса восстановления:

•  медленнее восстанавливается внутренняя среда организма (количество и состав крови, внутриклеточные энергетические ресурсы, структуры, разрушенные во время работы и т.д.);

•  по окончании процесса восстановления структуры, принимавшие участие в работе, как правило, не только восстанавливаются до исходного уровня, но превышают его, в силу чего работоспособность данной структуры повышается.

Восстановление - адаптивная реакция всего организма на нагрузку с целью повысить выносливость человека к такой нагрузке.

Выносливость - способность организма длительно совершать специфическую работу. Выносливость имеет под собой реальную структурную базу в организме в зависимости от характера выполняемой работы: кислородтранспортную систему, мышечные волокна, состояние ЦНС. То есть, не правомерно применение такого понятия - «выносливый человек» вообще; следует говорить о выносливости определённого человека к какой-то работе благодаря наличию в его организме развитой структуры, позволяющей длительно выполнять именно этот вид деятельности или сходный с ним. Конкретный вид выносливости может быть повышен за счёт увеличения мощности структуры, от которой зависит длительное выполнение данной работы. Увеличение мощности структуры происходит в восстановительном периоде.

Восстановительный период

Восстановительный период - многофазный процесс. Он начинается ещё во время работы, и интенсивность его прямо пропорциональна мощности работы. Окисление субстратов для восстановления запасов АТФ интенсивно происходит во время мышечной работы. Устойчивое состояние (при его наличии) и есть динамическое равновесие между процессами расщепления богатых энергией соединений и их ресинтезом. Однако даже в этих оптимальных условиях при длительной работе ассимиляционные процессы не могут полностью уравновесить процессы диссимиляции. По окончании работы начинают преобладать ассимиляционные процессы.

Восстановление показателей деятельности физиологических систем происходит неодновременно (гетерохронно) и с разной скоростью. При этом скорость снижения показателей деятельности систем сначала велика, затем она уменьшается.

Механизмы изменения мощности

После резкого прекращения работы столь же резко замедляются процессы диссимиляции, поэтому нет необходимости поддерживать функционирование систем на прежнем уровне. Однако уровень метаболизма должен быть выше, чем он был до работы, для приведения к норме всех показателей гомеостаза организма (pH среды, уровня глюкозы, выделения метаболитов и др.). Даже полное возвращение показателей деятельности вегетативных систем к исходному уровню не означает окончания восстановительных процессов. Например, изменение интенсивности деятельности физиологических систем не может сразу уменьшить вязкость крови, повысившуюся вследствие потери жидкости путём потоотделения. После произведённой работы организм старается нормализовать количественные параметры гомеостаза (ОЦК, уровень глюкозы в крови, pH среды и др.), которые восстанавливаются достаточно быстро.

• Восстановление разрушенных структур происходит поэтапно. Полное разрушение и удаление повреждённых структур. - В процессе совершения работы, особенно длительной и мощной, происходит разрушение некоторых биологических структур либо в силу исчерпания их ресурса, либо под воздействием самой работы (микротравмы, блокировка мембран продуктами метаболизма и т.д.). Кроме того, длительная работа биологических структур в экстремальном режиме приводит к преждевременному исчерпанию их ресурсов.

- Для полного восстановления работоспособности организма необходимо заменить вышедшие из строя биологические структуры новыми. Чтобы это сделать, нужно полностью разрушить и удалить вышедшие из строя структуры и освободить место для новых, которые ещё предстоит синтезировать.

- Процесс разрушения вышедших из строя биологических структур продолжается 6-12 ч. Об этом свидетельствует повы- шенная концентрация литических ферментов в работавших тканях. Субъективно процесс разрушения биологических структур можно почувствовать по мышечным болям ломящего характера, возникающим через 4-6 ч после выполнения непривычно мощной или длительной работы.

• Синтез новых структур.

- Наряду с продолжающимся процессом диссимиляции ставших неэффективными в процессе работы структур, через 8-12 ч в тканях начинает повышаться концентрация рибонуклеиновых кислот. Этот факт свидетельствует о том, что активизировались гены в ядрах соответствующих клеток и начинается транскрипция РНК, несущих информацию о построении новых белковых структур. Повышение концентрации РНК продолжается около 2 суток. Затем она постепенно возвращается к норме.

- Вслед за повышением концентрации РНК (примерно через 20-28 ч) в тканях начинает возрастать концентрация амино- кислот и полипептидов - составных частей белков.

- Через 120-140 ч концентрация всех вышеперечисленных групп веществ возвращается к исходному уровню, свидетельствуя об окончании процесса замены вышедших из строя структур новыми, синтезированными в процессе восстановления.

Чрезвычайно важно то обстоятельство, что вновь синтезированные структуры, пришедшие на смену старым, отличаются повышенной мощностью по сравнению со старыми и позволяют повысить мощность или продолжительность работы, в ответ на которую и произошли вышеописанные перемены.

Процесс развития мышечной гипертрофии миофибриллярного типа в восстановительном периоде схематически представлен на рис. 11-8. В результате мощной и длительной работы в мышцах и крови накапливаются метаболиты и продукты распада биологических структур. Чем мощнее и длительней силовая работа, тем боль-

Рис. 11-8. Схематическое изображение механизма развития мышечной гипертрофии миофибриллярного типа

ше накапливается продуктов распада. Хеморецепторы организма раздражаются метаболитами тем больше, чем выше концентрация последних. Соответствующие нервные центры анализируют инфор- мацию, поступающую от хеморецепторов и проприорецепторов, и активируют железы внутренней секреции. Гормональный ответ стимулирует генный аппарат клеток для увеличения белкового синтеза, адекватного выполненной нагрузке. Адекватность заключается в том, что после перестройки биологических структур с помощью специфических вновь синтезируемых белков структура становится мощнее, соответственно выносливость организма к такой работе повышается; также увеличивается сила мышц, участвовавших в работе и последующем восстановлении.

Фаза суперкомпенсации

Фаза суперкомпенсации - фаза повышенной работоспособности, наступающая через некоторое время после работы. Теория физического воспитания, основываясь на учении о фазе суперкомпенсации, создаёт фундамент для обоснования тренировочного процесса - после выполнения непродолжительной, но достаточно мощной рабо-

ты, через некоторое время после её окончания повторное выполнение той же работы приводит к лучшему результату.

На рис. 11-9 показано изменение работоспособности в процессе восстановления. Время наивысшей работоспособности в процессе восстановления зафиксировано именно на 20-й минуте. Оно может меняться в широком диапазоне в зависимости от характера, мощности и продолжительности первой работы. Фаза суперкомпенсации сменяется вскоре понижением работоспособности, иногда даже ниже исходного уровня, затем следует новое повышение работоспособности, но меньшей амплитуды и т.д.

Рис. 11-9. Изменение работоспособности в процессе восстановления после жима штанги двумя руками «до отказа» (Б.С. Гиппенрейтер): горизонталь- ная пунктирная линия - исходный уровень работоспособности (100%); столбики - работоспособность при повторных жимах штанги «до отказа» на разных минутах восстановления

Физиологический механизм этого феномена состоит в том, что после совершения работы в двигательных нервных центрах, а также в центрах регуляции физиологических функций остаётся так называемое «послерабочее возбуждение». Это послерабочее возбуждение

держит регулируемую функцию под большим тонусом, чем до работы, обеспечивая большую её работоспособность. Это не что иное, как «ошибка регулирования» функций (избыточное регулирование). В пользу этого свидетельствует и тот факт, что у высококвалифицированных спортсменов, процессы регулирования функций которых точнее и экономичней, фазу суперкомпенсации либо не отмечают вовсе, либо она выражена нечётко.

Периоды повышенной работоспособности

В процессе восстановления существуют два периода, когда работоспособность организма повышена.

•  Период повышенной работоспособности, основанный на структурной перестройке органов и систем в ходе восстановления. Соответственно эти адаптивные изменения обеспечивают долговременное повышение работоспособности, длящееся неделями и более. В случае невыполнения точно такой же работы или работы большей мощности постепенно происходит регресс структур, подвергнутых адаптивной перестройке, и работоспособность пропорционально снижается.

•  Период суперкомпенсации, в котором также повышается работоспособность организма, но она не основана на структурных перестройках органов и систем и поэтому имеет временный характер, исчисляемый минутами или десятками минут, и носит фазный характер, когда вслед за повышением работоспособности отмечается временное её понижение.

ОБОСНОВАНИЕ ВРАБАТЫВАНИЯ И РАЗМИНКИ Врабатывание

Врабатывание - постепенное повышение работоспособности в процессе деятельности. Это формирование адекватной функцио- нальной системы физиологического обеспечения данной конкретной мышечной или иной деятельности человека взамен прежней, имевшей место в состоянии покоя.

Физиологический механизм врабатывания

С началом мышечной деятельности резко возрастают требования к её энергетическому обеспечению. Известно, что фосфагенной энергетической системы хватило бы не более чем на 6-7 с предельной работы. Поэтому возникает необходимость в мобилизации более

ёмкого аэробного механизма энергообеспечения до уровня, пропорционального мощности работы или предельного (при мощности работы, превышающей предельные физиологические возможности человека). Соответственно, формируется новая функциональная система обеспечения деятельности.

Формирование функциональной системы

Формирование этой функциональной системы происходит рефлекторным путём.

•  С началом работы в ЦНС поступает информация от проприорецепторов работающих мышц, хеморецепторов, реагирующих на изменение среды, рецепторов, реагирующих на оксигенацию тканей, и рецепторов, дающих информацию о состоянии вегетативных органов.

•  После афферентного синтеза поступающей информации формируется программа действия, по которой соответствующие вегетативные центры (респираторный, центр регуляции сердечной деятельности и др.) усиливают деятельность своих исполнительных органов.

•  После оценки результатов действия в сопоставлении с обстановочной афферентацией формируется или уточняется новая программа действия - и так до достижения уровня развёрты- вания физиологических систем, адекватных данной конкретной мышечной работе.

Время врабатывания для разных вегетативных функций различно:

•  быстрее всего врабатывается мышечная система, своего оптимального состояния (возбудимость, лабильность и др.) мышечный аппарат достигает на первых же десятках секунд работы;

•  кардио-респираторная система врабатывается не менее 3 мин;

•  длительнее всего достигает устойчивого состояния система терморегуляции - время врабатывания составляет 20 мин.

С этим связан интересный феномен, наблюдающийся иногда у малотренированных спортсменов при работе большой мощности. На 2-5-й минутах работы отмечаются резкие изменения в деятельности вегетативных функций. Затрудняется дыхание (особенно на фазе выдоха), возникают колющие боли в мышцах. Нарушается координация движений с включением в работу «ненужных» мышц. Возникают затруднения с расслаблением мышц, отчего движения становятся напряжёнными. Резко возрастает ЧСС, ощущается сухость во рту,

появляется ряд других неприятных симптомов, снижающих работоспособность. Это состояние называют «мёртвой точкой».

С прекращением мышечной деятельности в состоянии «мёртвой точки» сразу же наступает нормализация всех физиологических функций, что указывает на рефлекторную природу возникновения данного явления. Если работа не прекращается, но лишь снижается её мощность, все перечисленные негативные изменения в вегетативных функциях в течение 2-3 мин исчезают, и вновь уровень «развёртывания» функции становится пропорциональным мощности работы. При этом резко увеличивается скорость потоотделения. Выход из состояния «мёртвой точки» назвали состоянием «второго дыхания».

Физиологический механизм возникновения состояния «мёртвой точки» сложен и неоднозначен. Основная причина возникновения этого состояния - временное нарушение соответствия в деятельности двигательного аппарата и физиологических систем.

Разминка

В спортивной практике, в балете и некоторых видах трудовой деятельности перед основной работой принято проводить так назы- ваемую разминочную работу.

Разминка - заблаговременная подготовка организма к основной работе с помощью предварительной мышечной работы. Она может включать в себя бег, комплексы силовых или скоростных упражнений, растяжения и т.д. Как правило, мощность этих упражнений невелика - 30-40% от МПК и менее. Длительность варьирует от 5 до 20 мин. Пауза между разминочной и основной работой также значительно варьирует: от 5 до 20 мин.

Разминку принято подразделять на общую и специальную:

•  в общей части могут присутствовать упражнения, никак не связанные с основной работой;

•  в специальной части спортсмен выполняет упражнения, близкие по структуре к основным, соревновательным.

Широкое разнообразие длительности разминки, интервалов отдыха после разминки и набора упражнений объясняется многообрази- ем задач разминки и различиями в физиологических механизмах её воздействия на соревновательную работу, а также многообразием видов спорта.

Значение разминки:

•  ускорение врабатывания;

•  минимизация энергообеспечения основной работы;

•  снижение травматизма;

•  увеличение мощности силовой работы.

Механизмы действия разминки

•  При разминочной работе развивается рабочая гипертермия тела, сохраняющаяся до 20-30 мин после окончания работы.

- Нагретые мышцы и сухожилия обладают пониженной вязкостью, что уменьшает травмоопасность в основной работе, особенно при выполнении движений.

- Повышенная температура тела увеличивает скорость протекания биохимических реакций.

- В тех видах спорта, где следует проявить максимальную мощность мышечного аппарата, повышение температуры мышц увеличивает их АТФазную активность, и мышцы могут развить большую мощность по сравнению с неразогретыми. Однако если вид спорта требует экономизации энергоресурсов при малой мощности работы, то разогрев тела деэкономизирует энергообеспечение.

•  Другой физиологический механизм, объясняющий ускоренное врабатывание после разминки, состоит в том, что после разминочной работы в периоде восстановления наступает фаза суперкомпенсации. Если после разминки фаза суперкомпенсации попадет по времени на начало соревновательной работы, то врабатывание ускоряется.

В сложнокоординационных видах спорта после общей части разминки, механизмы которой описаны выше, спортсмены выполняют элементы соревновательной деятельности. После общей части разминки опорно-двигательный аппарат становится несколько иным: изменяется вязкость и возбудимость мышц, возбудимость нервных центров и др. Соответственно появляется необходимость в апробировании двигательного навыка на изменившемся нейромоторном аппарате, ибо малейшая неточность в осуществлении сложнокоор- динационного движения может значительно снизить спортивный результат.

ЭКОЛОГИЯ ВАХТОВОГО ТРУДА

Вахта (вахтовый труд) - особый вид интенсивной деятельности человека, связанный с неоднократными перемещениями, климато-

зональными контрастами, напряжением физиологических функций, сдвигами биологических ритмов на фоне незавершённой адаптации.

Традиционно применяют классификацию вахт по типу перемещений.

•  Вахта 1-го типа, или «ближняя», предполагает перемещения в пределах одной природно-климатической зоны, в границах 1-2 часовых поясов. Вахтовые бригады, проживающие в базовых посёлках районов нового промышленного освоения, доставляются наземным и воздушным транспортом к промышленным объектам, где они отрабатывают 8-12-часовую смену, и возвращаются на отдых обратно.

•  Вахта 2-го типа, или экспедиционная, связана с челночными перемещениями бригад специалистов из других районов страны на расстояние до 2000-3000 км и более.

•  Экспедиционно-вахтовый метод включает перелёт из мест постоянного проживания в базовые пункты на Севере, доставку работников автомобилями, вездеходами или вертолётами к месту труда в вахтовый посёлок полевого типа. Работу ведут в различных режимах (8 через 8 ч, 12 через 12 ч и др.) в течение 12-30 дней и более. После этого бригады возвращаются в места постоянного жительства, а через определённое время вновь вылетают на вахту.

В данной классификации основное значение имеют биоритмологические аспекты, вопросы хронофизиологии перемещений сменного труда. Хронофизиологическая проблема становится особенно сложной в Заполярье, где вахтовый труд ещё долго останется единственно приемлемым методом освоения новых территорий.

Функциональные состояния организма и вахтовый труд

Вахтовая организация труда порождает комплекс специфических условий, вызывающий напряжение организма. Основные факторы возмущающего воздействия:

•  климатический контраст районов постоянного проживания и работы;

•  смещение или ослабление геофизических датчиков времени;

•  интенсивный труд, сменяющий длительный период отдыха;

•  изменение социального окружения и психологического микроклимата вахтовых коллективов.

ВОПРОСЫ ДЛЯ САМОКОНТРОЛЯ

1. Назовите основные понятия динамической работы и дайте их характеристику.

2. Классифицируйте физические упражнения и назовите их физиологические особенности.

3. Что такое относительная мощность работы? Какие существуют типы работы по признаку относительной мощности?

4. Дайте физиологическую характеристику статических усилий.

5. Назовите закономерности процесса восстановления после физических нагрузок.

6. Что такое фаза суперкомпенсации в процессе восстановления, её значение.

7. Дайте определение процесса врабатывания, назовите его физиологические предпосылки.

8. Назовите физиологические механизмы действия разминки.

9. Дайте определение вахтового труда, назовите типы вахт.

10. В чём принципиальное отличие адаптивных перестроек при однократных и многократных перемещениях?

11. Назовите общие закономерности изменений физиологических реакций при экспедиционно-вахтовом труде.

YAmedik.org