Руководство по спортивной медицине

Ограничивать работоспособность мышц может АТФазная активность миозина, реализующая утилизацию энергии сократительным механизмом. Развитие утомления при нагрузке у неадаптированных животных положительно коррелирует со снижением АТФазной активности миозина в работающих мышцах. В результате тренировки повышение выносливости работающих мышц сопровождается повышением активности АТФазы миозина.

Адекватное кровоснабжение мышц – важнейший фактор, определяющий работоспособность. При мышечной работе увеличиваются потребности мышцы в кислороде, притоке субстратов, выведении углекислого газа и других метаболитов, нормализации температуры, гидратации и т. д. Объемный кровоток в скелетных мышцах при физической нагрузке может возрастать в 10 – 20 раз и составлять до 80 % минутного объема кровообращения против 15 % в покое.

Увеличение притока крови к скелетным мышцам при нагрузке – физиологическое явление. При сильных и максимальных сокращениях в мышцах достигается давление, превышающее артериальное, и кровоток прекращается. Адекватное кровоснабжение при нагрузке обеспечивается в зависимости от интенсивности и длительности мышечной работы за счет трех основных факторов: 1) перераспределения кровотока между работающими и неработающими мышцами и другими органами; 2) увеличения объемного кровотока в мышцах во время сокращения (рабочая функциональная гиперемия); 3) увеличения кровотока сразу после сокращения (постконтракционная гиперемия).

Перераспределение крови в организме при мышечной работе осуществляется под контролем ЦНС путем усиления констрикторного влияния адренергической регуляции на сосуды кожи и внутренних органов и усиления дилататорного влияния холинергической регуляции на сосуды работающих мышц. Кровоток в них зависит от интенсивности работы. Выявлено, что пока развиваемое мышцей напряжение составляет от 5 до 10 % максимального произвольного сокращения, объемный кровоток возрастает пропорционально силе сокращения во время нагрузки и после завершения сокращений снижается до исходного уровня в течение минуты. При нагрузке, вызывающей сокращения величиной 10 – 20 % от максимального уровня, циркуляция в работающих мышцах во время сокращения возрастает довольно незначительно, но быстро увеличивается сразу после сокращения, т. е. наблюдается «долг по крови», напоминающий «кислородный долг». При напряжениях, превышающих в среднем 20 – 30 % максимального уровня для одних мышц и 50 – 70 % для других, кровоток во время сокращения прекращается, но после его завершения возрастает тем больше, чем выше было напряжение мышцы при нагрузке.

Ограничение кровотока в работающих мышцах при интенсивных сокращениях способствует накоплению в мышцах лактата и развитию утомления. При произвольных сокращениях с силой выше 20 % от максимальной накопление лактата растет линейно с ростом силы. Наибольших значений накопление лактата достигает при усилиях, равных 30 – 60 % от наивысшего уровня. Мышечную работу можно осуществлять довольно долго, если развиваемое напряжение не будет превосходить уровень 10 – 20 % от максимального, т. е. в условиях, когда кровоток может возрастать во время работы.

Возможность адекватного увеличения кровотока при нагрузке в значительной мере определяется степенью васкуляризации МЕ – общей плотностью капилляров на единицу объема мышцы. Значение васкуляризации для работоспособности мышц подтверждают также данные о более высокой плотности капилляров в медленных волокнах. Для увеличения объемного кровотока в мышце при нагрузке значение имеет плотность функционирующих капилляров. Кровоснабжение мышцы является одним из звеньев, лимитирующих работоспособность при физической нагрузке.

2.3.2. Механизмы изменения функции скелетных мышц при долговременной адаптации

Систематические спортивные тренировки или обучение трудовым навыкам постепенно увеличивают функциональные возможности двигательного аппарата. Максимальное увеличение силы отдельных мышечных групп в результате тренировок может достигать 200 – 300 %; при более сложных движениях, с вовлечением многих мышечных групп, адаптация дает прирост на 80 – 120 %. Тренировка повышает выносливость при выполнении мышечной работы. Марафонец на соревнованиях может пробежать всю дистанцию со средней скоростью 5 м/с, а здоровый, но не тренированный специально человек не пробежит с такой скоростью и километра. Увеличение силы, скорости и точности движений при выполнении спортивных упражнений или рабочего процесса, которое достигается в результате тренировки, в значительной степени определяется адаптационными изменениями ЦНС. В результате длительной силовой тренировки число участвующих в двигательном акте МЕ, определяющее силу, может возрастать до 90 % и более (при уровне 20 – 35 % до тренировки). В основе этого лежит повышение способности моторных центров в ответ на нагрузку мобилизовывать большее число моторных нейронов.

Нейрофизиологические процессы перестройки моторных центров при адаптации. При физических нагрузках и в процессе тренировки меняется возбудимость структур ретикулярной формации среднего мозга и гиппокампа, которым, наряду с другими структурами подкорки, принадлежит важная роль в двигательной активности. Адаптация к предельным физическим нагрузкам связана с формированием в коре большого мозга систем взаимосвязанной (синхронной и синфазной) активности, являющихся частью функциональной системы управления движениями и обладающих высокой помехоустойчивостью. Во время тренировки растормаживаются ранее заторможенные мотонейроны и увеличивается число МЕ, участвующих в мышечной работе. При формировании адаптации к физическим нагрузкам совершенствование управления скелетными мышцами реализуется на всех уровнях регуляции.

Повышение работоспособности скелетных мышц связано с увеличением массы и мощности структур, обеспечивающих адаптацию к данному конкретному виду мышечной работы. В процессе адаптации к силовым нагрузкам увеличивается масса мышечных волокон – развивается рабочая гипертрофия. Она реализуется за счет утолщения имеющихся волокон, а не за счет их новообразования, хотя имеются данные, свидетельствующие о возможности их гиперплазии при длительной интенсивной тренировке. При адаптации к нагрузкам на выносливость гипертрофия мышц не возникает или развивается в малой степени, если в таких нагрузках присутствует силовой компонент, например в велоспорте и спринте. Успех адаптации на выносливость обеспечивается главным образом за счет увеличения мощности энергообеспечения мышц.

Не во всех волокнах работающих мышц гипертрофия развивается равномерно. Игольная биопсия показала, что длительные нагрузки с подъемом груза, развивающие силу, вызывают наибольшую гипертрофию в волокнах быстрых МЕ и приводят к увеличению их удельной площади до 70 % от исходной.

При адаптации к бегу на длинные и средние дистанции в работающих мышцах не наблюдается гипертрофии. Соотношение «быстрых» и «медленных» волокон в мышцах у таких спортсменов не отличается от соотношения их у нетренированного человека – имеется преобладание «медленных» волокон.

В процессе длительной адаптации повышается мощность системы энергообеспечения скелетных мышц. При тренировке на выносливость увеличивается аэробное энергообразование, связанное с ростом числа митохондрий и активностью митохондриальных ферментов на единицу массы мышцы. В результате подъем аэробной мощности организма сочетается с увеличением способности мышц утилизировать пируват и жирные кислоты.

Также в процессе адаптации к физическим нагрузкам в мышцах увеличивается содержание гликогена в 1,5 – 3 раза, активность гликогенсинтетазы, мощность системы гликогенолиза и гликолиза. Это характерно для адаптации к кратковременным большим силовым нагрузкам. Нагрузка на выносливость приводит к увеличению синтеза митохондриальных белков в большей степени, чем ферментов гликолиза и гликогенолиза, а силовая спринт-нагрузка, напротив, обладает обратным эффектом. Нагрузка на выносливость вызывает повышение синтеза белков митохондрий не только в оксидативных «медленных», но и в «быстрых» волокнах, а силовая нагрузка усиливает синтез ферментов гликолиза не только в «быстрых», но и в «медленных» волокнах. В процессе адаптации в зависимости от нагрузки наблюдается не только преобладание массы волокон одного типа, но и перестройка энергетического метаболизма обоих типов волокон соматических скелетных мышц, приближающая их к миокардиальным.

Рост мощности системы митохондрий в мышцах является решающим условием повышения выносливости тренированного организма и «расширяет» одно из главных звеньев, лимитирующих работоспособность мышц при интенсивной нагрузке. В митохондриях прежде всего увеличивается способность окислительного ресинтеза АТФ. Ограничивающим работоспособность фактором является снижение концентрации АТФ и КрФ в мышцах и неспособность митохондрий использовать пируват, предупреждать его переход в лактат. Накопление же последнего в мышцах и крови является важным элементом возникновения утомления.

В тренированном организме увеличение мощности системы митохондрий в скелетных мышцах значительно превышает рост максимального потребления кислорода (МПК). Усиление выносливости коррелирует с ростом числа митохондрий и оксидативной способности мышц, но не с величиной МПК. В результате тренировки выносливость возрастает в 3 – 5 раз, количество митохондрий и оксидативная способность в скелетных мышцах – в 2 раза, а МПК – только на 10 – 14 %. И если энергетическая «стоимость» работы потребления АТФ при тренированности не меняется, то в тренированном организме в митохондриях в каждой цепи транспорта электронов будет расходоваться в 2 раза меньше кислорода, поскольку их в 2 раза больше в единице массы мышцы, чем в нетренированном. Во-первых, это обусловливает характерное для тренированного организма уменьшение потребления кислорода при выполнении равной работы. Во-вторых, энерговысвобождающие реакции в митохондриях продуцируют свободнорадикальные формы кислорода, причем их количество пропорционально интенсивности потребления кислорода в митохондриях. Свободные радикалы являются повреждающим фактором, так как приводят к активации перекисного окисления липидов (ПОЛ) в тканях. Большие физические нагрузки активируют ПОЛ, интенсивность которого возрастает с ростом нагрузки и мышечной работы. Тренировка на выносливость за счет повышения мощности системы митохондрий способствует снижению свободнорадикального повреждения при интенсивных нагрузках с высоким потреблением кислорода. Увеличение мощности системы митохондрий обеспечивает тренированному организму экономный расход гликогена при нагрузках. В основе этого лежит усиление способности утилизировать при энергообразовании липиды, что подтверждается низким коэффициентом дыхательного обмена при тренированности.

Повышение работоспособности скелетных мышц в результате адаптации к физической нагрузке связано с уменьшением накопления аммиака. В тренированном на выносливость организме накопление аммиака в крови при максимальной нагрузке в 2 – 3 раза меньше, чем в нетренированном, что связано с его интенсивной утилизацией в орнитиновом цикле.

Адаптация к физической нагрузке приводит к изменениям кровоснабжения скелетных мышц, обеспечивает оптимальную доставку кислорода, субстратов и удаление метаболитов. Адаптация характеризуется перераспределением крови в организме при нагрузке, благодаря чему мышечная работа не приводит к резкому снижению кровотока во внутренних органах. У высокотренированных спортсменов при нагрузке снижение притока крови к органам значительно меньше. Это обеспечивается, во-первых, за счет усовершенствования при тренированности центральных механизмов дифференцированной регуляции кровотока, во-вторых, за счет увеличения васкуляризации мышечных волокон и повышения способности мышечной ткани утилизировать кислород из притекающей крови.

Изменение васкуляризации мышц обусловлено открытием коллатеральных сосудов и увеличением количества капилляров в ткани. В тренированных мышцах адаптированных к бегу людей количество капилляров, приходящихся на мышечное волокно, возрастает на 40 % по сравнению с нетренированными. В основе увеличения васкуляризации мышц при адаптации лежит новообразование капилляров.

Увеличение плотности капилляров характерно для адаптации к нагрузкам на выносливость, не приводящим к гипертрофии мышечных волокон. При тренировке силового характера, связанной с кратковременным преодолением большого груза, обычно развивается гипертрофия волокон и плотность капилляров в них уменьшается. При силовой адаптации в мышцах увеличивается содержание гликолитических волокон и энергообеспечение за счет мощности системы гликолиза. Это раскрывает механизм снижения выносливости у силовых спортсменов высокого класса и явление цены адаптации.

Таким образом, в процессе долговременной адаптации к физическим нагрузкам увеличение силы и выносливости организма определяется повышением функциональных возможностей скелетных мышц и аппарата управления двигательными реакциями. Преимущества функционирования мышц тренированного организма обусловлены развитием в процессе тренировки структурных изменений в самих мышцах и в аппарате их регуляции. Такие изменения определяются спецификой мышечной нагрузки, к которой адаптируется организм, и реализуются рабочей гипертрофией мышечных волокон, повышением мощности окислительного и гликолитического ресинтеза АТФ и системы утилизации энергии, увеличением поглощения кислорода из крови. Структурные сдвиги в ЦНС повышают способность мобилизовывать МЕ при нагрузке и совершенствуют межмышечную координацию.

2.4. Адаптация к физическим нагрузкам как фактор повышения резистентности. Цена адаптации

Адаптация к физической нагрузке повышает резистентность организма к широкому спектру повреждающих факторов окружающей среды. Доказана повышенная резистентность тренированного организма к высотной гипоксии и заболеваниям. Представляют интерес данные о повышении устойчивости тренированных животных к яду трихлорэтиламину, а также тормозящее влияние адаптации на рост различных типов злокачественных опухолей у подопытных животных. Адаптация к физической нагрузке может повысить резистентность к ионизирующей радиации. Физическая нагрузка на выносливость закономерно увеличивает активность антиоксидантного фермента супероксиддисмутазы в скелетных мышцах, а также снижает уровень активации ПОЛ при максимальных тестирующих нагрузках. Иными словами, адаптация повышает мощность антиоксидантных систем, лимитирующих свободнорадикальное окисление, играющее важную роль в патогенезе лучевой болезни, а также других патологических состояний, в развитии которых существенное значение имеет активация ПОЛ.

Перекрестный адаптационный, а в практическом плане – защитный эффект тренировки весьма широк. ССС функционирует экономнее: ЧСС и, в меньшей степени, АД, потребность миокарда в кислороде при равной работе у тренированных людей снижены. Способность извлекать кислород из протекающей крови в организме увеличена. Это обусловливает снижение минутного объема сердца в покое и меньшее увеличение его при обычной мышечной работе. Васкуляризация сердца, коронарный резерв, амплитуда, ударный объем, скорость сокращения и расслабления сердечной мышцы при нагрузках увеличены. Резистентность ССС к большим нагрузкам, а также гипоксии и ишемии повышается вследствие меньшей мобилизации симпатоадреналовой системы при нагрузках в тренированном организме.

Предварительная адаптация к физической нагрузке за счет увеличения системы энергообеспечения миокарда предупреждает нарушения метаболизма и функции при острой перегрузке сердца. При этом ограничивается лабилизация лизосом и падение концентрации КрФ в миокарде, предупреждается депрессия сократительной функции сердца и другие нарушения, наблюдаемые при экспериментальной коарктации аорты у нетренированных животных. Врожденные и приобретенные пороки сердца нередко обнаруживаются у высокотренированных спортсменов, и компенсация патологии в условиях тренированности эффективно реализуется. Защитным свойством обладает адаптация к физическим нагрузкам при ишемической болезни сердца и связанных с ней нарушениях сердечного ритма. По параметрам сократительной функции такая адаптация обладает выраженным протекционным свойством даже при тотальной ишемии сердца. Адаптация к физическим нагрузкам оказывает глубокое влияние на липидный обмен и на развитие атеросклероза, являющегося главным фактором этиологии ишемической болезни сердца.

Одним из существенных компонентов системного структурного следа при адаптации к физической нагрузке является увеличение мощности и массы системы митохондрий, обеспечивающих увеличение аэробной активности организма и ускорение утилизации пирувата и жирных кислот. Рост концентрации лактата в крови при нагрузках у адаптированного организма оказывается меньшим, чем у неадаптированного. Поскольку лактат является ингибитором липаз, отсутствие при адаптации выраженной лакцидемии увеличивает липолиз – возможность мобилизации жирового депо и утилизации жирных кислот в работающей мускулатуре. Развитие тренированности сопровождается не только редукцией жировой ткани, но и значительным снижением уровня холестерина, триглицеридов и СЖК в крови, а также повышением активности липаз и липопротеинлипаз в тканях и уровнем липопротеинов высокой плотности в плазме. Этот комплекс изменений может сдерживать развитие атеросклероза и уменьшать вероятность ишемической болезни сердца.

Существенным является влияние сдвигов липидного обмена на фосфолипидный состав мембран кардиомиоцитов, транспорт ионов и возбудимость. У адаптированных к физической нагрузке подопытных животных на 50 % увеличено содержание в сарколемме кардиомиоцитов фосфолипида фосфатидилсерина, ответственного за связывание Са

и, соответственно, повышена способность сарколеммы связывать Са

. Адаптация к физическим нагрузкам существенно повышает порог фибрилляции сердца. Эти данные позволяют приблизиться к пониманию механизма устойчивой адаптации к рационально дозированной нагрузке как фактору профилактики заболеваний, особенно ССС.

Оценивая положительное влияние адаптации на общую резистентность организма, необходимо учитывать, что это проявляется при рациональном дозировании физических нагрузок, которые адресованы здоровому организму. При адаптации к чрезмерным для организма физическим нагрузкам в полной мере реализуется общебиологическая закономерность лишь относительной целесообразности всех приспособительных реакций.

Даже устойчивая, достаточно высокая адаптация к физической нагрузке может иметь свою биологическую или структурную цену. Цена адаптации может проявляться в двух различных формах. Во-первых, в прямом изнашивании функциональной системы, на которую при адаптации падает главная нагрузка, и, во-вторых, в явлениях отрицательной перекрестной адаптации.

Прямая функциональная недостаточность может реализоваться в условиях остро возникшей большой нагрузки, при которой возможны прямые повреждения структур сердца и другие изменения, являющиеся итогом самой перегрузки и возникающей при этом стресс-реакции. Эта цена срочной адаптации проявляется при первых нагрузках нетренированных и устраняется развитием тренированности.

При длительной устойчивой адаптации могут наблюдаться повреждения структур функциональной системы, ответственной за адаптацию. Для такого оптимального случая адаптации, как адаптация на выносливость, имеется противоречивая информация. С одной стороны, приводятся данные, что при секционном исследовании в сердце погибших от случайных причин марафонцев отсутствуют патоморфологические изменения, коронарные сосуды широкие, без атеросклеротических сдвигов. Вместе с тем приводятся свидетельства внезапной смерти бегунов на длинные дистанции во время соревнований. У спортсменов различной специализации и квалификации часто наблюдается блокада правой ножки пучка Гиса и нередко – блокада ветвей левой ножки. Повторные максимальные физические нагрузки у спортсменов, а также людей многих других профессий часто реализуются в стрессорных ситуациях. Вероятно, эти нарушения проводимости составляют результат стрессорного по происхождению очагового кардиосклероза. Они являют собой важную предпосылку так называемого повторного входа возбуждения, играющего решающую роль в возникновении фибрилляции сердца. Таким образом, при повторных нагрузках в экстремальных условиях изнашивание сердца в форме очагового некоронарогенного кардиосклероза может лимитировать совершенство адаптации и составляет пример структурной цены долговременной адаптации.

Цена адаптации в форме нарушения функции систем, которые не принимают непосредственного участия в реакциях организма на физическую нагрузку при интенсивной адаптации (или при осуществлении ее на ранних этапах онтогенеза), выражена еще более резко. Если на следующих этапах онтогенеза адаптированные в молодом возрасте животные будут подвергнуты значительной физической нагрузке, то они окажутся в более выгодном положении по сравнению с неадаптированными. В том случае, если среда предъявит этим животным нагрузки, которые падают на почки или печень (например, резкое изменение состава пищи, избыток соли и т. д.), то положение окажется противоположным. Адаптированные на раннем этапе онтогенеза к интенсивным нагрузкам животные могут попасть в ситуацию почечной или печеночной недостаточности.

Адаптация к умеренным нагрузкам посредством бега не нарушает высшей нервной деятельности. В то же время тренировка к предельной нагрузке закономерно нарушает процессы выработки, фиксации и воспроизведения временных связей. Реализующаяся в подобных ситуациях цена адаптации зависит от вида физических нагрузок, к которым происходит адаптация. У тяжелоатлетов, хорошо тренированных к статическим силовым нагрузкам, наблюдается снижение выносливости к динамическим нагрузкам, требующим быстрых движений; утомление при таких нагрузках у тяжелоатлетов развивается быстрее, чем у нетренированных здоровых людей. Одновременно у тяжелоатлетов, в противоположность тренированным на выносливость, доказано снижение плотности капилляров в скелетных мышцах и отсутствие роста массы митохондрий.

Цена специализированной адаптации к определенному виду нагрузок состоит в снижении выносливости к другому виду нагрузок. Адаптация к физической нагрузке может снижать резистентность к другим факторам среды. Одним из важнейших звеньев механизма адаптации к холоду является гиперплазия бурой жировой ткани и увеличение теплопродукции в ответ на действие катехоламинов, выделяющихся при активации симпатоадреналовой системы в условиях холода. Тренировка к физическим нагрузкам уменьшает количество бурой жировой ткани, калоригенный эффект норадреналина и уменьшает возможность теплопродукции при действии холода. На пике тренированности у тяжелоатлетов, борцов и других спортсменов нередко наблюдается снижение резистентности к действию холода и простудным заболеваниям. Интерес представляют данные о снижении у спортсменов высокой квалификации в постсоревновательном периоде активности Т-лимфоцитов и содержания в их плазмалеммах основного естественного антиоксиданта – а-токоферола. В целом проблема нарушения клеточного и гуморального иммунитета при напряженной адаптации к физическим нагрузкам заслуживает серьезного внимания.

У высокотренированных на выносливость людей – бегунов на длинные дистанции – нередко наблюдаются нарушения функции пищеварения в форме спазма пищевода, желудка, кишечника, нарушений перистальтики, язвенных поражений и т. д. В основе синдрома лежит принцип доминирования функциональной системы, ответственной за адаптацию к физической нагрузке. Доминирующая система (двигательный аппарат) получает кровоснабжение за счет органов пищеварения, кровоток в которых во время длительного бега резко уменьшен.

Цена адаптации и феномены отрицательной перекрестной резистентности при такой адаптации представляют собой возможное, но не обязательное явление. Оптимальный путь к их предупреждению состоит, во-первых, в рациональном ограничении физических нагрузок и правильном выборе этапа онтогенеза, когда их можно применять, и, во-вторых, в использовании комбинированной адаптации, когда организм реализует приспособление одновременно к нескольким факторам. Такова, например, адаптация, осуществляющаяся в процессе лыжных тренировок, когда организм адаптируется одновременно и к холоду, и к физическим нагрузкам. При всех спортивных тренировках, предусматривающих периодическое возникновение соревновательных ситуаций, речь идет о комбинированной адаптации к физическим нагрузкам и стрессорным ситуациям. В целом для ограничения цены адаптации важен широко реализуемый принцип единства, специализации и гармоничного физического и психического развития спортсмена.

ЧАСТЬ II. ПРАКТИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ СПОРТИВНОЙ МЕДИЦИНЫ

ГЛАВА 3.

СПОРТИВНАЯ МЕДИЦИНА КАК НАУЧНО-ПРАКТИЧЕСКАЯ ДИСЦИПЛИНА

В этой главе спортивная медицина рассматривается как область научно-практической медицины, изучающая физическое развитие и функциональные резервы занимающихся физической культурой и спортом. Спортивная медицина призвана определять адекватность физических нагрузок спортсменов и физкультурников, выявлять негативные последствия нерациональных физических нагрузок и вовремя их предупреждать. Кроме того, спортивная медицина, используя новейшие достижения медицинской науки, помогает тренерам управлять тренировочным процессом, делая его не только эффективным, но и безопасным.

Цели, задачи и содержание спортивной медицины. Целью спортивной медицины является всемерное содействие развитию физической культуры и спорта как средств, способствующих укреплению и сохранению здоровья, гармоничному развитию человека, продлению жизни, предупреждению и лечению болезней.

Перед спортивной медициной стоят следующие задачи:

1. Организация и осуществление регулярного врачебного наблюдения за здоровьем всех лиц, занимающихся физической культурой и спортом.

2. Обоснование средств и методов физического воспитания, разработка новых, наиболее совершенных методов врачебных наблюдений за спортсменами, диагностики, лечения, предупреждения заболеваний и повреждений у спортсменов.

3. Обеспечение высокой оздоровительной эффективности работы по физической культуре и спорту с лицами разного возраста, пола, различных профессий и с разным состоянием здоровья. Содействие спортивному совершенствованию.

4. Определение наиболее рациональных гигиенических условий физического воспитания и осуществление системы мер, направленных на устранение факторов, оказывающих неблагоприятное воздействие на человека в процессе занятий.

Задачи, решаемые спортивной медициной, определяют ее содержание, которое находится в полном соответствии с оздоровительными принципами отечественного физкультурного движения и профилактическим направлением отечественной медицины.

Формы работы в спортивной медицине. Основными формами работы в спортивной медицине являются: