Функциональное состояние организма
Источник:
«Спортивная энциклопедия систем жизнеобеспечения».
Редактор: Жуков А.Д. Изд.: Юнеско, 2011 год.
Содержание
Оценка функционального состояния организма человека при решении задач массового спорта и спорта высоких достиженийПравить
Д. В. Попов, А. И. Нетреба, О. И. Орлов, О. Л. Виноградова, А. И. Григорьев Государственный научный центр РФ Институт медико-биологических проблем Российской академии науку Россия
Статья написана с целью систематизации различных методических подходов к оценке функционального состояния людей с различным уровнем подготовленности. Приводятся данные о современных тестах и методах оценки энергетики мышечной работы, современных представлениях о факторах, ограничивающих аэробную работоспособность человека: обсуждается роль отдельных этапов кардиореспираторной системы в процессе доставки кислорода к работающей мышце, роль системы утилизации кислорода работающей мышцей и роль гликолиза. Скоростно-силовые качества (способности) посвящена оценке скоростно-силовых возможностей скелетных мышц: обсуждается влияние центральных и периферических механизмов на способность развивать максимальную произвольную силу, рассматриваются особенности различных режимов мышечного сокращения и принципы тестирования скоростно-силовых возможностей.
Тестирование функционального состояния людей в спорте высоких достижений и в массовом спорте имеет характерные особенности.
В спорте высоких достижений ~ целью тренировки является максимальное развитие комплекса двигательных качеств, позволяющего показать рекордные достижения при выполнении конкретных упражнений, специфических для данного вида спорта. Решение этой задачи связано с максимальным напряжением функциональных и регуляторных возможностей организма и, соответственно, предполагает участие в тренировочном процессе молодых, двигательно одаренных и здоровых людей. Однако в процессе максимального развития двигательных качеств нередки случаи чрезмерного напряжения/перенапряжения организма, выхода за пределы его резервных возможностей и развития предпатологических и даже патологических изменений.
В массовом спорте основная задача — это поддержание и развитие функциональных возможностей организма человека, укрепление его здоровья, продление активной жизни. В мероприятиях массового спорта участвуют люди разного возраста и уровня здоровья без отбора на одаренность.
Несмотря на принципиальные различия в решаемых задачах, общие принципы подхода к тренировочному процессу и оценке функциональных возможностей в спорте высоких достижений и в массовом спорте весьма сходны. В частности, основная задача тестирования функционального состояния организма с помощью нагрузочных проб ~ это оценка резервных возможностей организма по конкретному качеству и/или экономичности работы соответствующей системы. Основные различия между спортом высоких достижений и массовым спортом состоят в следующем. В спорте высоких достижений резервные возможности оцениваются, как правило, прямыми методами, т.е. нагрузочность используемых тестов принципиально выше, кроме того, оценивается значительно большее количество качеств. Напротив, при контроле в массовом спорте за состоянием людей среднего и пожилого возраста необходимо правильно определить рациональный двигательный режим, адекватный функциональному состоянию и возрастным анатомо-физиологическим особенностям этих контингентов. Основными задачами контроля являются: оценка состояния здоровья, работоспособности и физической подготовленности занимающихся; систематическое наблюдение за динамикой этих показателей в зависимости от используемых нагрузок с учетом характера двигательной активности; выбор на основе результатов тестирования форм и средств тренировки; обучение занимающихся системе самонаблюдений.
В данной статье содержится систематизированная информация о различных методических подходах к оценке функционального состояния людей с различным уровнем подготовленности. Приводятся данные о новых методах оценки энергетики мышечной работы и о новых тенденциях в тренировке силы.
Тестирование аэробной работоспособностиПравить
Как известно, для мышечного сокращения требуется энергия, выделяемая при гидролизе молекулы АТФ. Запасов АТФ в мышечной клетке хватает всего лишь на 1~2 секунды максимальных сокращений, причем даже при многолетней физической тренировке концентрация АТФ в мышце практически не изменяется. Во время работы АТФ ресинтезируется в мышце за счет анаэробных реакций (креатинфосфатная реакция и гликолиз) и за счет реакций окисления. Энергообеспечение работы продолжительностью более 3~4 минут происходит главным образом за счет аэробных реакций. Можно утверждать, что человек при прочих равных условиях (одинаковых морфоантропометрических параметрах, одинаковой технике выполнения упражнения и одинаковой мотивации) будет развивать и поддерживать тем большую мощность работы, чем больше молекул АТФ будет гидролизировано и ресинтезировано за данный промежуток времени. Поэтому оценка интенсивности аэробных процессов во время работы представляет большой прогностический интерес для определения работоспособности организма.
Ограничение аэробной работоспособности связывают с низкой скоростью доставки кислорода к мышцам, недостаточными диффузионной способностью и окислительным потенциалом мышц или чрезмерным накоплением метаболитов анаэробного гликолиза. Система доставки и утилизации кислорода достаточно сложна и включает несколько этапов. Не удивительно, что не удается выделить единственную, «главную» причину, ограничивающую аэробную работоспособность людей разного уровня функциональной подготовленности. Проблема выявления факторов, ограничивающих аэробную работоспособность, становится особенно актуальной, когда речь идет о высокотренированных спортсменах, работающих с предельным напряжением систем вегетативного обеспечения мышечной деятельности. Для правильной организации
тренировочного процесса у этого контингента необходимо четко представлять физиологические механизмы, ограничивающие рост аэробной работоспособности, и иметь обоснованный алгоритм выбора методик тренировок, направленных на ее увеличение.
Физиологические основы аэробной работоспособностиПравить
В соответствии с законом Фика потребление кислорода зависит не только от утилизации кислорода в мышце, но и от фактора доставки кислорода. Поэтому при оценке аэробной работоспособности необходимо выявлять ограничения со стороны доставки кислорода к мышце. Если эти ограничения имеются, необходимо разобраться, на каком этапе кислородтранспортной системы они находятся.
ГлоссарийПравить
Аденозинтрифосфат (АТФ) — нуклеотид, универсальный источник энергии для всех биохимических процессов, протекающих в живых системах. В частности, энергия, необходимая для мышечного сокращения, выделяется при расщеплении молекул АТФ.
Аэробная работоспособность — способность совершать мышечную работу заданной мощности, во время которой ресинтез АТФ идет преимущественно за счет реакций окисления.
Аэробно-анаэробный переход — мощность в тесте с возрастающей нагрузкой, при которой в энергообеспечение мышечной работы начинает активно подключается гликолиз. Для количественной характеристики аэробно-анаэробного перехода используют различные показатели: порог анаэробного обмена, лактатный порог, вентиляторный порог и т.д.
Аэробные реакции (реакции окисления) — основной путь ресинтеза АТФ во время низкоинтенсивной нагрузки, а также при предельной нагрузке, длящейся более 5-6 минут. Основные субстраты для реакций окисления - это пировиноградная кислота и жирные кислоты, конечные продукты реакций - углекислый газ и вода. Реакции окисления проходят в митохондриях.
Гликолиз — основной путь ресинтеза АТФ во время высокоинтенсивных нагрузок продолжительностью 1~5 минут. Субстратом гликолиза является гликоген или глюкоза, конечным продуктом - молочная кислота. Гликолиз проходит в цитоплазме клетки.
Изокинетический режим мышечного сокращения — сокращение или удлинение мышцы с постоянной скоростью.
Изометрический режим мышечного сокращения — напряжение мышцы без изменения ее длины.
Изотонический режим мышечного сокращения — сокращение или удлинение мышцы при постоянной внешней нагрузке.
Концентрический режим мышечного сокращения — напряжение мышцы на фоне ее укорочения.
Максимальное потребление кислорода (МПК) - пиковое потребление кислорода всем организмом (работающими мышцами, сердцем, дыхательными мышцами и другими тканями) во время работы с участием большой мышечной массы: велоэргометрия, бег и т.п. Как правило, МПК определяется в тесте с возрастающей нагрузкой.
Эксцентрический режим мышечного сокращения - напряжение мышцы на фоне ее удлинения.
УСЛОВНЫЕ ОБОЗНАЧЕНИЯ
АД - артериальное давление
АМФ - аденозинмонофосфат
АДФ - аденозиндифосфат АТФ в аденозинтрифосфат
АэП - аэробный порог
ВП1 и ВП2 - вентиляторные пороги 1 и 2
ДЕ - двигательная единица
ЛП - лактатный порог
MB - мышечное волокно МПК,
V02max - максимальное потребление кислорода
МР-томография ~ магнитно-резонансная томография
НАД - никотинамидадениндинуклеотид
ПАНО - порог анаэробного обмена
ПК - потребление кислорода
СВ _ сердечный выброс
ТРК - точка респираторной компенсации
УО - ударный объем
ЦНС - центральная нервная система
ЧСС - частота сердечных сокращений
ЭМГ — электромиограмма
F102 - доля 02 во вдыхаемом воздухе
PWC170 - мощность работы на уровне ЧСС = 170 уд./мин
БиблиографияПравить
Аулик И. В. (1990). Определение физической работоспособности в клинике и спорте. М.: Медицина. [В книге изложены физиологи ческие основы тестирования работоспособности в спорте.]
Мак-Комас А. Дж. (2001). Скелетные мышцы. Строение и функции. Киев: Олимпийская литература. [В руководстве подробно описаны молекулярные механизмы мышечного сокращения, строение и функции скелетных мышц.]
Brooks G. et al. (1999). Exercise physiology. Human bioenergetics and its applications. Me Grow Hill. [В руководстве описаны механизмы энергетического обеспечения и механизмы вегетативного обеспечения мышечной работы различной интенсивности.] Connett R.J. et al. (1990). Defining hypoxia: a systems view of V02, glycolysis, energetics, and intracellular P02. J. Appl.Physiol. V.68. ~ P.833~842. [В статье обобщены результаты серии исследований на изолированной мышце, посвященных изучению роли гликолиза и аэробных реакций в энергообеспечении мышечной работы.]
Higbie Е. J. et al. (1996). Effects of concentric and eccentric training on muscle strength, cross-sectional area, and neural activation. J Appl Physiol; 81: P. 2173~2181. [В работе обсуждаются физиологические эффекты длительной тренировки силы в концентрическом и эксцентрическом режимах.]
Juel С. (1997). Lactate-proton cotransport in skeletal muscle. Physiol Rev., V.77. - P. 321 — 358. [В обзоре обсуждаются механизмы образования лактата в клетке и механизмы активного и пассивного транспорта лактата клеточной мембраной.]
Maughan R. et al. (1997). Biochemistry of exercise and training. Oxford university press. [В руководстве освещены основные вопросы биохимии упражнений.]
Richardson R.S. et al. (1998). Lactate efflux from exercising human skeletal muscle: role of intracellular P02. J. Appl.Physiol. V.85. ~ P. 627-634. [В работе обсуждается роль гликолиза и аэробных реакций во время мышечной работы различной интенсивности у спортсменов, тренирующих выносливость.]
Semmler et al. (2000). Neural contributions to the changes in muscle strength. In: Biomechanics in Sport: The Scientific Basis of Performance, (ed. Zatsiorsky VM): Oxford, Blackwell Science; 3_20. [В главе обсуждается влияние нервной системы на скоростно-силовые показатели скелетных мышц.] van Hall G. et al. (2000). Lactate as a fuel for mitochondrial respiration. Acta Physiol Scand., v. 168, no. 4, p. 643_656. [В статье обсуждаются вопросы метаболизма лактата при физической нагрузке.]
Биографическая справкаПравить
Попов Даниил Викторович, кандидат биологических наук. Работает в Государственном научном центре Российской Федерации - Институте медико-биологических проблем Российской академии наук (ГНЦ РФ - ИМБП РАН), в настоящее время - старший научный сотрудник лаборатории физиологии мышечной деятельности. В 2007 г. защитил кандидатскую диссертацию, посвященную изучению факторов, ограничивающих аэробную работоспособность человека. Является доцентом кафедры экологической и экстремальной медицины факультета фундаментальной медицины МГУ имени М. В. Ломоносова. Область научных интересов: физиология мышечной деятельности и гравитационная физиология; энергетическое обеспечение мышечной деятельности и регуляция вегетативных функций. Опубликовал 50 научных работ.
Нетреба Алексей Иванович, кандидат биологических наук. Работает в ГНЦ РФ Институте медико-биологических проблем РАН, в настоящее время - старший научный сотрудник лаборатории физиологии мышечной деятельности. В 2007 г. защитил кандидатскую диссертацию, посвященную изучению различных режимов мышечного сокращения. Область научных интересов: скоростно-силовые возможности мышц и их изменение под влиянием различных воздействий (силовая тренировка, разгрузка); использование в тренировке специальных тренажерных устройств, моделирующих различные режимы мышечного сокращения. Опубликовал более 30 научных работ. Автор 6 патентов на изобретения и полезные модели.
Виноградова Ольга Леонидовна, доктор биологических наук, профессор. Работает зав. лабораторией физиологии мышечной деятельности ГНЦ РФ - Институте медико-биологических проблем РАН, профессор кафедры экологической и экстремальной медицины факультета фундаментальной медицины МГУ имени М. В. Ломоносова. В 2000-2002 гг. - председатель комиссии по физиологии мышечной деятельности и спорта секции «Организм и окружающая среда» РАН, в 2003~2004 гг. - координатор Программы Министерства образования и науки «Методы повышения работоспособности в экстремальных условиях», член редколлегии журналов «Физиология человека» и «Авиакосмическая и экологическая медицина», организатор Всероссийских школ-конференций по физиологии мышц и мышечной деятельности 2000-2011 гг.
Область научных интересов: физиология мышечной деятельности и регуляция вегетативных функций. Опубликовала 120 научных работ.
Орлов Олег Игоревич, доктор медицинских наук, член-корреспондент РАН, первый заместитель директора Института медико-биологических проблем РАН по научной работе. Координирует инновационную деятельность института, в том числе по программе создания сети центров физического здоровья.
Профессор кафедры многопрофильной клинической подготовки на факультете фундаментальной медицины МГУ им. М. В. Ломоносова и кафедры медицинской информатики Московского медико-стоматологического университета. Член ряда международных, межведомственных и академических советов. Член Правления международного общества по телемедицине и электронному здравоохранению. Действительный член Международной академии астронавтики. Член редколлегий журналов «Клиническая информатика и телемедицина», «Telemedicine and e-Health», электронного журнала «Физиология мышечной деятельности».
Область научных интересов: космическая физиология и гравитационная биология, телемедицина. Автор более 70 научных работ по изучению физиологических механизмов адаптации человека к условиям невесомости и при ее моделировании, а также экстремальным воздействиям (гипербария, вращающаяся среда, перегрузки), оценке эффективности различных средств профилактики на различных этапах космического полета.
Григорьев Анатолий Иванович, доктор медицинских наук, профессор, академик РАН и РАМН, член Президиума РАН, вице-президент РАН (с 2008 г.), научный руководитель ГНЦ РФ-ИМБП РАН, заведующий кафедрой экологической и экстремальной медицины МГУ им. М. В. Ломоносова.
Является членом Совета при Президенте РФ по науке, технологиям и образованию, членом Экспертного совета при Совете при Президенте РФ по реализации приоритетных национальных проектов и демографической политике. Координатор программы Президиума РАН «Фундаментальные науки - медицине». Возглавляет Научно-издательский совет РАН. Является главным редактором журналов «Физиология человека» и «Технологии живых систем». Лауреат Государственной премии СССР, Премии Российской Федерации и Правительства России (дважды), дважды лауреат премии РАМН им. В. В. Ларина, лауреат премии РАН им. академика А. А. Ухтомского и Демидовской премии; награжден орденами «За заслуги перед Отечеством» IV и III степени и многими другими международными наградами, удостоен звания Офицера Ордена Почетного легиона (Франция).
Внес значительный вклад в изучение метаболизма, водно-солевого обмена и его гормональной регуляции в условиях космического полета и при наземном моделировании невесомости и в разработку средств и методов медицинского обеспечения и профилактики неблагоприятного воздействия факторов космического полета. Его труды во многом способствовали обеспечению медицинской безопасности длительных космических полетов. Возглавляет отечественную научную школу по космической физиологии и медицине. Занимает высокие позиции в международном сотрудничестве в области пилотируемой космонавтики. Активно участвует в разработке проблемы здоровья. Им сформулированы основные положения учения о норме, донозоло-гических состояниях и функциональных резервах организма.
Научные исследования посвящены проблемам в области сложных научных дисциплин: космическая биология, физиология и медицина, гравитационная физиология, протео-мика, медицинское обеспечение длительных и межпланетных полетов. Автор и соавтор более 300 научных публикаций и более 20 патентов.