Автореферат и диссертация по медицине (14.00.51) на тему:Биологическое обоснование технологии применения внетренировочных средств для повышения работоспособности спортсменов высокой квалификации

0034611са

На правах рукописи

РОСТОВЦЕВ ВЛАДИМИР ЛЕОНИДОВИЧ

БИОЛОГИЧЕСКОЕ ОБОСНОВАНИЕ ТЕХНОЛОГИИ ПРИМЕНЕНИЯ ВНЕТРЕНИРОВОЧНЫХ СРЕДСТВ ДЛЯ ПОВЫШЕНИЯ РАБОТОСПОСОБНОСТИ СПОРТСМЕНОВ ВЫСОКОЙ КВАЛИФИКАЦИИ

14.00.51. - восстановительная медицина, лечебная физкультура и спортивная медицина, курортология и физиотерапия

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени доктора биологических наук

1 2 ФЕВ 2009

МОСКВА - 200»

003461179

Работа выполнена в лаборатории профилактики заболеваний высококвалифицированных спортсменов Всероссийского научно - исследовательского института физической культуры и

спорта

Официальные оппоненты:

Бальсевич Вадим Константинович - доктор биологических наук, профессор, член-корреспондент РАО

Воронов Андрей Владимирович - доктор биологических наук

Морозов Вадим Николаевич - доктор медицинских наук, профессор

/

Ведущая организация: Московская государственная академия физической культуры

Защита диссертации состоится 4 марта 2009 г. в 14час.00мин. на заседании диссертационного совета Д.311.002.01. при Всероссийском научно-исследовательском институте физической культуры и спорта по адресу 105005, Москва, Елизаветинский пер., д. 10.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Всероссийского научно-исследовательского института физической культуры и спорта

Автореферат разослан 27 января 2009 г.

Ученый секретарь

диссертационного совета д.м.н., профессор

Пономарева А.Г.

Общая характеристика работы

Актуальность исследования. При многолетних занятиях спортом большое значение приобретает решение проблемы адаптации организма атлета к прогрессирующему воздействию многократно используемых вариантов физической нагрузки. Чем выше квалификационный уровень спортсмена, тем ближе к пределу его биологических возможностей находится состояние функционирования организма. Тем сложнее ожидать адекватного эффекта от применения повторяющихся вариантов тренирующих воздействий, а интенсификация нагрузки часто приводит к переутомлению и заболеваниям. При неблагоприятном развитии адаптации возможно появление признаков адаптагенной патологии, при которых, вследствие срыва адаптационных механизмов могут наблюдаться падение прироста спортивных результатов и, даже, деградация тканей (Уилмор Дж., Костилл Д., 2001). Такие явления приводят к травмам, способствуют преждевременному уходу из спорта талантливых атлетов. Возникает необходимость в инновационных методах оптимизации биологической структуры функционирования организма с целью повышения работоспособности и, одновременно, снижающих риск профессиональных заболеваний.

В теории функциональных систем Анохин П.К. (1974) доказал, что живой организм должен рассматриваться как целостная интегративная функциональная система. Существует множество доказательств приспособительного изменения композиционного состава и уровней отдельных функций при устойчивом поведении всего организма в соответствии с «системообразующим фактором». Судаков КВ., 1987, Аршавский И.А., Шидловский В.А., 1973 и др. показали, что организм при решении «потребного результата» стремиться к поддержанию гомеостаза всего организма, а не к стабилизации реакций отдельных функциональных элементов. Нами показано, что достижение рекордного спортивного результата, как правило, осуществляется при различных соотношениях уровней функционирования отдельных систем организма у разных спортсменов. Однако в спортивной биологии количество работ, посвященных исследованию механизмов адаптации целостного организма при решении задач повышения работоспособности и сохранения здоровья атлетов, недостаточно. Кроме того, в работах П.К. Анохина отсутствуют исследования по обоснованию и внедрению эффективных средств и методов воздействий на локомоторные функциональные системы с целью повышения работоспособности и сохранения здоровья спортсменов. Актуальность разработки таких направлений несомненна.

И.П. Ратов создал теорию «искусственной управляющей среды», в которой акцентировал внимание на необходимости применения «нетрадиционных» тренировочных средств с целью повышения спортивного результата. Применение этих средств носит системный характер. Однако в его теории отсутствуют данные соответствия применения этих средств характеру того или иного физического упражнения, технологическая последовательность их использования, биологические закономерности воздействия этих средств на организм. В процессе изучения «нетрадиционных средств» подготовки нами была обнаружена

различная степень эффективности их использования при выполнении разных физических упражнений. Поэтому биологическое обоснование технологии применения такого рода средств для повышения работоспособности при выполнении разных локомоций весьма актуально.

Следует констатировать отсутствие системы и технологии применения специальных дополнительных средств экстренного повышения работоспособности при условии уменьшения риска профессиональных заболеваний. К сожалению, редки сведения о внедрении таких средств в подготовку спортсменов высокой квалификации. С нашей точки зрения необходимо уделить большее внимание направлению исследований в области разработки методов и средств повышения специальной работоспособности, позволяющих усилить механизмы релаксации непосредственно в ходе выполнения мышечной работы и повысить экономичность функционирования всего организма. Такие работы, обоснованно придающие большее значение расслаблению скелетных мышц и тормозящему влиянию центральной нервной системы, нежели возбуждающим сигналам, появляются в последнее время (Высочин Ю. В., Денисенко Ю. П., 2000 - 2007). Однако содержание этих работ направлено на создание отдельных систем восстановления, не используемых непосредственно при выполнении физических упражнений. Есть работы, в которых на основе предварительной диагностики и коррекции тренировочной программы производится целевое изменение соотношения компонентов мышечных волокон и, как следствие, оптимизация локомоторной системы в соответствии с поставленной двигательной задачей. Однако инструментом преобразования служат тренировочные воздействия и специальное питание в течение длительного периода (Селуянов В.Н. с соавт., 2006).

Целью исследования является биологическое обоснование технологической системы применения внетренировочных* средств для повышения работоспособности с учетом сохранения здоровья спортсменов.

*внетренировочное средство - специальное дополнительное тренировочное средство, позволяющее выборочно воздействовать на отдельное двигательное звено и организм в целом при выполнении соревновательного упражнения, основанное на технических, фармакологических (не допинговых), информационных и других средствах, обычно не используемых в данном виде спорта. Такие средства, как правило, не находятся в ряду средств традиционной тренировочной программы, поэтому для краткости и с достаточной долей условности мы назвали их внетренировочными. В нашей работе не рассматривалось влияние средств психического воздействия, финансовой и другой коммерческой поддержки, специальных восстановительных и лечебных средств.

Объект исследования. Средства и методы повышения общей и специальной работоспособности спортсменов.

Предмет исследования. Биологические закономерности построения локомоторной функциональной системы и повышения работоспособности спортсменов.

Научная гипотеза. Было предположено, что специфическое и целенаправленное воздействие внетренировочного средства, предназначенное для обеспечения дополнительного ресурса и снятия ограничительных возможностей

главного функционального звена движения, оптимизирует локомоторную функциональную систему за счет усиления реципрокного механизма взаимодействия и релаксации скелетных мышц, повышения экономичности функционирования и приведет к срочной адаптации организма спортсмена в целом. Предполагалось также, что реализация предлагаемого подхода построения локомоторной функциональной системы позволит повысить уровень работоспособности, снизит вероятность появления признаков дезадаптации, получения травм и заболеваний.

Задачи исследования.

1. Обосновать целесообразность воздействия на главное функциональное звено локомоторной функциональной системы с целью обеспечения ему дополнительного двигательного ресурса.

2. Определить структуру и степень изменения гемодинамических, метаболических и биохимических показателей под влиянием многолетних занятий спортом.

3. Разработать технологию определения главного функционального звена специальных локомоторных действий в разных видах спорта.

4. Разработать метод биологического моделирования локомоторной функциональной системы, включающий технологию выбора и способа применения внетренировочных средств.

5. Проверить на практике влияние применения динамической электростимуляции в качестве контактного внетренировочного средства прямого действия на электроактивность мышц, газообмен, гормональную регуляцию, биомеханическую и фазовую структуру движений (на примере лыжных гонок).

6. Проверить на практике влияние применения биологических обратных связей в качестве бесконтактного внетренировочного средства опосредованного действия* на биомеханические и гемодинамические параметры бегового шага.

*внстренировочным средством опосредованного действия называется специальное дополнительное тренировочное средство, позволяющее воздействовать на главное функциональное звено и организм в целом за счет влияния на другие звенья локомоторной функциональной системы.

Теоретико-методологической основой исследования явились:

положения теорий функциональных систем П. К. Анохина, программированного и адаптивного обучения А. И. Берга, В. А. Трапезникова, Я. 3. Цыпкина, кибернетических устройств Н. Винера, концепции «искусственная управляющая среда» И. П. Ратова;

- представления физиологов, биохимиков, биомехаников в области двигательной и спортивной деятельности Н. А. Бернштейна, В. С. Фарфеля, В. К. Бальсевича, Н. И. Волкова, Е. А. Ширковца, В. Н. Селуянова, В. М. Зациорского, И. П.Ратова, Э, Г. Мартиросова;

- исследования по адаптации мышечной деятельности Г. Селье, Ф. 3. Меерсона, Г. И. Кассиля, В. Е. Борилкевича, Ю. В. Высочина, Ю. П. Денисенко;

- работы в области биологического обоснования теории и методики спортивной тренировки В. К. Бальсевича, В. Н. Платонова, Ю. В. Верхошанского, JI. П. Матвеева, А. Н. Воробьева;

- исследования по контролю подготовленности спортсменов и соревновательной деятельности и метрологической оценки М. А. Годика, И. А. Тер-Ованесяна, Ю. И. Смирнова, В. В. Иванова, Г. Ф. Лакина, В. Ю. Урбаха;

- материалы по изучению влияния электростимуляции в спорте Я. М. Коца, Г. Ф. Колесникова, В. Б. Коренберга.

Научная новизна состоит в следующем:

- обоснована необходимость воздействия на главное функциональное звено локомоторной функциональной системы с целью обеспечения ему дополнительного двигательного ресурса; практически показано, что только такой вариант применения внетренировочных средств приводит к оптимизирующей перестройке локомоторной функциональной системы, срочной адаптации, усилению механизмов релаксации, повышению экономичности и разрешающей возможности проприорецептивной системы организма;

- разработана и научно обоснованна технологическая последовательность применения внетренировочных средств в различных видах спорта в циклических локомоциях и однократных двигательных действиях. Она состоит из экспертизы состояния и композиционного состава структуры подготовленности спортсмена при максимальной ступенчато повышающейся или соревновательной нагрузке, определения главного функционального звена движения и его лимитирующих факторов, выбора внетренировочного средства и способа его применения;

- разработана технология определения главного функционального звена двигательных действий на основе сопоставления биомеханических показателей структуры двигательных действий и значения основного соревновательного параметра в активных фазах локомоторного акта;

- показаны адаптационные изменения, соответствующие многолетнему метаболизму физических нагрузок у спортсменок разных видов спорта, подтверждающие развитие стойких профессиональных адаптационных перестроек при занятиях спортом и наличие главного функционального звена;

- введены понятия экономичности, нормы и эффективности внешнего дыхания спортсменов, определяемые по соотношению уровней легочной вентиляции и потребления кислорода из единицы объема воздуха. Экономичной дыхательной системой предложено считать систему дыхания при 4-х и более процентах потребления кислорода из воздуха при достижении МПК и уровнем легочной вентиляции (VE) от 100 до 160 л/мин в зависимости от контингента и квалификации. Нормальный тип дыхательной системы - от 3,7 % до 4 % 02 и VE -от 120 до 180 л/мин. Эффективным типом дыхательной системы считается дыхательная система при соотношении потребления кислорода и легочной вентиляции на уровне менее 3,7% 02 и значениях VE от 140 до 200 л/мин.

- создан и апробирован метод биологического моделирования, в основе которого лежит практическое достижение рекордного двигательного режима и срочной адаптации;

- показано влияние динамической элсктростимуляции в качестве контактного внетренировочного средства прямого действия на электроактивность скелетных мышц, потребление кислорода, гемодинамические и биохимические показатели, гормональную регуляцию и механизмы релаксации при передвижении на лыжах и лыжероллерах в естественных и лабораторных условиях;

- показано влияние биологических обратных связей в качестве бесконтактного внетренировочного средства опосредованного действия на разрешающую способность проприорецептивной оценки двигательной структуры бега и экономичность бегового шага.

Теоретическая значимость работы заключается:

- в расширении теории адаптации к физической работе за счет обоснования метода биологического моделирования, способствующего срочной и долговременной адаптации, усилению механизмов релаксации и повышению экономичности;

- в дополнении знаний в области спортивной биологии о возможности и технологии влияния внетренировочными средствами прямого или опосредованного действия на физиологию и биомеханику специального физического упражнения;

в теоретическом обосновании технологии использования внетренировочных средств, обеспечивающих дополнительный двигательный ресурс главному функциональному звену в активной фазе локомоторного акта;

- в расширении знаний о влиянии динамической электростимуляции на электроактивность скелетных мышц человека, энергообеспечение физической работы, параметры внешнего дыхания, пульс, биохимический состав крови и гормональную регуляцию;

- в дополнении теории адаптации данными об адаптационных изменениях кислородно-транспортной системы организма элитных спортсменок разных видов спорта в связи с многолетним использованием специфических тренировочных нагрузок.

Практическая значимость исследования состоит в том, что содержание результатов экспериментальных исследований, выводы, анализ научно-методической литературы могут быть использованы студентами биологических специальностей, преподавателями физиологии, биомеханики, спортивной медицины, специалистами в области спорта.

Полученные данные позволяют практически повысить эффективность работы в направлениях повышения специальной работоспособности, обеспечения рекордных выступлений атлетов, сохранения здоровья и спортивного долголетия спортсменов.

Тренажерно-измерительные комплексы, устройство которых представлено в настоящей диссертации, технология тестирования и применения внетренировочных средств могут быть практически реализованы на базах подготовки спортсменов различных уровней.

Данные о современном уровне и структуре кислородно-транспортной системы элитных спортсменов и адаптационных изменениях, происходящих в организме при многолетних занятиях спортом, являются ориентиром для практической подготовки резерва, необходимого для пополнения сборных команд страны и элитных спортсменов. Разработанный и апробированный метод биологического моделирования может быть применен на практике для контролируемого срочного перехода физического состояния организма на более высокий уровень функционирования и определения модельных физиологических и биомеханических показателей.

Основные положения, выносимые на защиту.

1. В основе технологии применения внетреяировочных средств должно лежать воздействие, направленное на главное функциональное звено в режиме и структуре соревновательного упражнения, обеспечивающее уменьшение ограничительных особенностей лимитирующих факторов локомоторной функциональной системы.

2. Применение внетренировочных средств по разработанной технологии сопровождается достижением срочной адаптации организма спортсмена к рекордному двигательному режиму.

3. Построение локомоторной функциональной системы на основе разработанной технологии сопровождается феноменами усиления механизмов релаксации, реципрокного взаимодействия скелетных мышц, повышения экономичности и разрешающей возможности проприорецептивной системы организма при выполнении физической работы.

Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, шести глав, выводов, списка литературы, приложения. Общий объем диссертации изложен на 318 страницах машинописного текста, содержит 74 рисунка, 29 таблиц. Список литературы содержит 262 источника, из них 146 на иностранных языках.

Методы и организация исследования

В работе были использованы следующие методы: теоретический ретроспективный анализ отечественной и зарубежной литературы по медико-биологическим аспектам спортивной подготовки, включающий изучение биомеханических, физиологических, биохимических проблем повышения общей и специальной работоспособности, проблемы адаптации к многолетней физической работе, разработки и совершенствования технического оснащения практики спорта. На разных этапах исследования применялись методы газометрии, эргометрии, динамической электростимуляции, накожной электромиографии, пульсометрии, скоростной киносъемки, биологических обратных связей, акселлерометрии, электронной фотохронометрии, биохимические и статистические методы.

Газометрия. Для анализа параметров газообмена на разных этапах исследования применялись газоанализаторы «Holden», «Весктап». Основная часть исследований произведена на одной из последних моделей «Cortex» -«MetaLyzer II-R2». Погрешностью измерения не более 1 %. Измерение объема вдыхаемого и выдыхаемого газов осуществляется этим прибором раздельно на каждых вдохе и выдохе с помощью эластичной маски и специальной «вертушки», не имеющей «мертвого» пространства и не создающей дополнительного сопротивления при выдохе. Усреднение данных производилось за каждые 10 секунд. Трактовка единиц измерения по этому методу, в том числе и порога анаэробного обмена, производилась по рекомендациям Wasserman at.el., 1999. Мощность аэробной производительности оценивалась по показателю максимального потребления кислорода (МПК) относительно веса спортсмена, а емкость - по времени работы до достижения порога анаэробного обмена (ПАНО). Для того чтобы оценить соотношение аэробных и анаэробных источников энергообеспечения, определялась емкость анаэробной производительности, рассчитываемой по времени работы от момента достижения ПАНО до МПК.

Эргометрия. В качестве нагрузочного устройства в разные периоды исследования использовались американский тредбан «Qwinton», специально изготовленный нами лыжный тредбан и тредбан немецкой фирмы «h/p/cosmos», модель «Venus» длиной 2,5м и шириной ленты 0,75м. Нагрузочный протокол синхронизирован с регистрацией показателей газообмена посредством компьютерной газоанализаторной программы «Metasoft 3». При исследованиях максимальных возможностей в качестве модели нагрузки использовался бег до отказа. Нагрузка имела ступенчато - повышающейся характер с увеличением скорости бега на 0,5 м/сек через каждые 3 минуты. Бег начинался со скорости, равной 2,5 м/сек.

Динамическая электростимуляция. С помощью миниатюрного (вес 120г) и автономного электростимулятора, находящегося на спортсмене и разработанного нами устройства синхронизации подачи импульса с моментом отталкивания, осуществлялась электростимуляция только 4-х главой мышцы бедра (т. quadriceps femoris) при передвижении в подъемы. Включение и выключение прибора производилось спортсменом с помощью кнопки, закрепленной на поясе. Электростимуляционный сигнал в виде прямоугольного импульса с частотой 120 Гц, длительностью, равной продолжительности отталкивания 0,25+0,07с для конькового хода и 0,09+0,02с для классического хода (спортсмен мог сам корректировать продолжительность импульса) поступал на m. quadriceps femoris (рис. 2).

Электромиография. Электроактивность мышц в лабораторных условиях оценивалась посредством стационарного четырехканального электромиографа «Диза». В естественных условиях показатели электроактивности мышц регистрировались с помощью радиотелеметрической системы «Спорт-4», запись осуществлялась с помощью усилителя и магнитографа фирмы «Брюль и Къер».

р

Axdt

Электроактивность рассчитывалась как интеграл ,

где Ах - функция амплитуды электроактивности, t - продолжительность электроактивности. Фактически измерялась площадь электрического потенциала действия (рис.9). В расчет принимались не менее 6-ти напряжений мышц при каждом проходе. Изучению последствий динамической электростимуляции ш. quadriceps femoris были подвергнуты изменения электроактивности не только этой группы мышц, но также 3-х главой (ш. triceps brachi) мышца плеча, которая не подвергалась электростимуляции. По результатам анализа этих исследований было принято решение продолжить эксперименты по определению электроактивности m. quadriceps femoris после применения электростимуляции в фазах отталкивания (в последующих после стимуляции проходах) и скольжения, двуглавой (m. biceps femoris) мышцы бедра и широчайшей (т. latissimus dorsi) мышцы спины в фазе отгалкивания.

Киносъемка. Регистрация кинематических параметров осуществлялась кинокамерой "Экшионмастер - 500" со скоростью 100 к/с сбоку. Обработка кинопленки проведена на биомеханическом анализаторе "Нак спортиаз" по модели "Мацуи" с использованием фильтра «скользящая парабола» для сглаживания данных.

Биологические обратные связи. Исследования проводились на тредбане «Qwinton», дополнительно оснащенного регистраторами продолжительности опорных и полетных фаз бега, ЧСС, газоанализатором и акселерометром (рис 3). Критерием эффективности был выбран пульс спортсмена на постоянной скорости бега. В качестве индикаторов для передачи спортсмену текущей информации были использованы разработанные нами аналоговые световые вертикально расположенные индикаторы. Спортсмен, следуя определенному алгоритму, наблюдал перед собой величины ускорений (отрицательной горизонтальной и положительной вертикальной составляющих ускорения общего центра масс во время амортизации и окончания отгалкивания), времени опоры, полета и ЧСС в виде световых вертикальных столбцов.

Аксемерометрт. Ускорения тела в горизонтальной и вертикальной плоскостях регистрировались с помощью усилителя и датчика фирмы «Брюль и Къер» с чувствительностью 20 - 30 мв/g и погрешностью измерений 3% в диапазоне 0,3 - 10000 Гц. Чувствительный элемент (датчик) был закреплен на специальном поясе, который одевался на спортсмена и располагался на пояснице вблизи центра масс тела. Анализировалась отрицательная горизонтальная составляющая ускорения тела в фазе амортизации и положительная вертикальная составляющая ускорения тела в финишной части фазы отталкивания.

Электронная фотохронометрия, применялась нами для определения продолжительности полетных и опорных фаз бега, а также для метрологической оценки точности задания скорости ленты тредбанов. Это осуществлялось с помощью фотоэлектронных устройств, разработанных и изготовленных в лаборатории биомеханики ВНИИФК.

Организация исследования. Исследования проводились в течение 1982 - 2007 г.г. в несколько этапов на базе сборных команд СССР и России по лыжным гонкам, легкой атлетике (бег на средние и длинные дистанции, многоборье), двоеборью и лабораторий двигательных режимов и профилактики заболеваний высококвалифицированных спортсменов ВНИИФК. Проведены обследования сборных команд России по лыжным гонкам, биатлону, двоеборью, велосипеду, дзюдо, греко-римской борьбе, восточным единоборствам, боксу, парусному спорту, волейболу. В исследованиях приняли участие спортсмены высшего спортивного мастерства (71 мс, 34 мсмк, 13 змс). Исследования проведены также на базах школы-интерната спортивного профиля г. Витебска, сборной команды профсоюзов по лыжным гонкам Марийской АССР и центра лыжного спорта г. Иваново. В них соответственно участвовали 36 бегунов на средние и длинные дистанции 1 -2 разрядов, 25 лыжников-гонщиков 1 разряда, 4 кандидата в мастера спорта и Змастера спорта.

В части исследования влияния многолетних тренировочных нагрузок на характер адаптации (2004 - 2008) приняли участие более 200 спортсменов -членов сборных команд России по разным видам спорта. В работу были взяты данные трех видов спорта и 23 элитных спортсменок, дважды принявших участие в обследовании.

Исследование эффективности динамической электростимуляции т. quadriceps femoris было проведено на лыжниках-гонщиках высокой квалификации. При изучении электроактивности мышц приняло участие 56 квалифицированных лыжников - гонщиков (18 перворазрядников, 24 кандидата в мастера спорта, 14 мастеров спорта). Первая серия исследования проводились перекрестным методом в лабораторных условиях на лыжероллерном тредбане на специально смоделированной трассе, включающей четыре подъема 4,6,8 и 10 градусов. Спортсмены чередовали применение электростимуляции мышц с обычным способом преодоления каждого круга дистанции. Вторая серия исследования проведена в зимних полевых условиях при передвижении на лыжах одновременным двухшажным коньковым ходом в подъем 6 градусов. В этой серии исследований приняли участие 6 квалифицированных лыжников-гонщиков (4 кандидата в мастера спорта, 2 мастера спорта). Анализу подвергались не менее 4 пар проходов для каждого спортсмена. В каждом проходе анализировались не менее 30 шагов.

В исследовании влияния динамической электростимуляции на гормональную регуляцию приняли участие 8 перворазрядников и 4 кмс по лыжным гонкам. По результатам предварительного тестирования скоростно-силовой и специальной подготовленности спортсмены были разбиты на пары и методом случайного выбора на контрольную и экспериментальную группы. Участники экспериментальной группы в течение 9-дневного микроцикла ежедневно в основной тренировке применяли динамическую электросгимуляцию в плановых тренировках равномерного, переменного и повторного характера. Спортсмены обеих групп тренировались по одному плану. Участники контрольной группы электростимуляцию не использовали. Тестирование для обеих групп проводилось в первый и девятый день в тренировке объемом 40 км на лыжероллерах в аэробно - развивающей зоне интенсивности (концентрация

лактата на финише 40 км была в пределах 3,5 - 4,5 ммоль/л). Забор венозной крови производился до и после работы.

В серии исследований влияния применения биологических обратных связей приняли участие 49 высококвалифицированных бегунов и многоборцев. Исследования проведены на беговом тредбане перекрестным способом. Всего в исследованиях приняли участие 307 человек.

Основное содержание диссертации

Общие положения концепции построения локомоторной функциональной системы путем обеспечения дополнительного ресурса главному функциональному звену и организму в целом

Проблема исследования заключается в противоречии между необходимостью повышения работоспособности, исключения явлений адаптационных срывов и патологий, влекущих за собой стабилизацию спортивного мастерства, а, иногда - деградацию организма и отсутствием эффективных тренировочных технологий, позволяющих исключить указанные явления.

Многолетние тренировки в каждом виде спорта носят специфический характер воздействия, в результате которого в организме спортсмена происходят соответствующие (профессиональные) перестройки ответных реакций организма. Это касается в первую очередь, сердечно-сосудистой, кислородно-транспортнюй, морфофункциональной, кровеносной, нервно-мышечной систем, центральной регуляции на всех уровнях обеспечения мышечной деятельности целостного организма: внутриклеточного, нейромышечного, митохондриального, субстратного. Все эти воздействия не могут не способствовать образованию «узких мест» в энергообеспечении физической деятельности, способствовать созданию специфического физического состояния организма, которое обуславливает характер профессиональных заболеваний. В результате этих воздействий в любом физическом упражнении, выполняемом многие годы тренировок, появляются лимитирующие звенья (И.П.Ратов, 1972), которые являются главными функциональными звеньями локомоторной функциональной системы (П.К.Анохин, 1974).

Стержень разработки концепции состоит в биологическом обосновании и внедрении инновационных технологий, основанных на учете профессиональных изменений локомоторной функциональной системы и ограничительных особенностей главного функционального звена и организма в целом, приводящих к срочной адаптации при исключении ущерба здоровью.

Постановка проблемы по разработке комплексной системы повышения работоспособности спортсменов определяет работу на трех взаимосвязанных направлениях:

- разработки и биологического обоснования технологии оценки состояния подготовленности, раскрывающей биомеханические и физиологические особенности функционирования организма;

создания алгоритма определения главного

функционального звена локомоторной функциональной системы, лимитирующих факторов этого звена и выбор внетренировочного средства, воздействующего на его уровень функционирования;

- организации специального двигательного режима, позволяющего обеспечить дополнительный ресурс главному функциональному звену и организму в целом при выполнении локомоторного акта.

П, К. Анохин доказал, что адаптивный результат на основе обратных афферентаций консолидирует организованные исходной доминирующей потребностью отдельные элементы (функциональные звенья) в динамическую, саморегулирующуюся и самонастраивающуюся функциональную систему. Решение любой двигательной задачи происходит в рамках локомоторной функциональной системы, в которой акцептором результата действия является та или иная двигательная задача. По своему устройству локомоторная функциональная система не отличается от других - ее функционирование обеспечивается по тем же принципам. Локомоторная функциональная система состоит из отдельных функциональных звеньев, которые параллельно с другими звеньями, содружественными в выполнении двигательной задачи, объединены одним акцептором результата действия. Среди отдельных функциональных звеньев можно выделить главное функциональное звено.

Следствие 1. Любое изменение в отдельном функциональном звене приводит к консолидирующей и сбалансированной перестройке всей функциональной системы. Такое утверждение основано на интегративной и согласованной природе работы организма.

Согласно теории И.П.Ратова лимитирующим двигательным звеном является та фаза одиночного или циклического движения, во время которой вклад в спортивный результат является наибольшим. Вклад оценивается по соотношению уровней основного показателя в разных фазах физического упражнения и соревновательного результата. По нашим данным совпадение экстремумов (максимумов или минимумов) биомеханических показателей с экстремумом основного соревновательного показателя свидетельствует о наличии лимитирующего двигательного звена. При анализе положений этой теории и теории функциональных систем П.К.Анохина обнаружено, что лимитирующее двигательное звено по И.П.Ратову и главное функциональное звено функциональной системы по П.К.Анохину в рамках локомоторной функциональной системы реализуются в границах одних пространственно-временных параметров.

Следствие 2. С точки зрения работы всего организма, как целостной, интегративной системы, необходимо считать главное функциональное звено лимитирующим в той фазе двигательного действия, во время которой вклад в спортивный результат является наибольшим.

С точки зрения построения локомоторных функциональных систем характеристика главного функционального звена как лимитирующего приводит к следующим соображениям. В момент наибольшего вклада в спортивный результат двигательная система спортсмена наиболее напряжена и подвергнута травмам. Адаптивные реакции организма спортсмена в этот момент составляют

основу тех профессиональных изменений, которые наблюдаются при многолетней тренировке. В случае срыва адаптации в различных компонентах главного функционального звена могут наблюдаться признаки дезадаптации и адаптагенной патологии. Такие явления часто приводят к травмам, заболеваниям, являются причиной ухода из спорта.

Рис. 1. Схема построения локомоторных функциональных систем путем обеспечения дополнительного ресурса главному функциональному звену (метод биологического Моделирования)

Следствие 3. Для решения основной задачи спортивной тренировки -повышения работоспособности, воздействие должно быть направлено на главное функциональное звено и обеспечивать ему дополнительный двигательный ресурс.

При традиционной спортивной тренировке задача адаптации организма заставляет атлета постоянно повышать тренировочную нагрузку. Такая ситуация приводит к растущим воздействиям на главное функциональное звено, способствующих приобретению травм и заболеваний. Такие явления часто наблюдаются при необдуманном применении различных тренажеров и других вспомогательных средств. Предлагаемый нами подход, основанный на обеспечении дополнительного ресурса главному функциональному звену, приводит к согласованной и сбалансированной мобилизации всех протекающих процессов в других звеньях и организме в целом и достижению рекордной структуры двигательного режима. Схематически предлагаемый подход представлен на рис.1.

Исследования, проведенные нами в лыжных гонках, показали, что главное функциональное звено (локомоторная система) в этом виде спорта совпадает с фазой отталкивания. Лимитирующим фактором специальной работоспособности является мощность отталкивания, которая зависит от скорости разгибания ноги в коленном суставе. Воздействие, снижающее ограничительные возможности главного функционального звена, было направлено на m. quadriceps femoris точно в момент отталкивания непосредственно при передвижении на лыжах или на лыжероллерах. Оно было реализовано с помощью разработанной нами системы синхронизации подачи электрического импульса, состоящей из контактной группы, электродов и элекгростимулятора (рис. 2).

Рис.2. Контакты для запуска электростимулятора (1) и места наложения электродов (2) при электростимуляции m. quadriceps femoris по методу биологического моделирования.

Исследования, проведенные нами в беге, показали, что главное функциональное звено в этом виде спорта также совпадает с фазой отталкивания, но лимитирующим фактором является не мощность отталкивания, а умение бегуна гасить тормозящее ускорение при постановке ноги на опору и уменьшать излишнее вертикальное ускорение по окончании отталкивания. Воздействие, снижающее ограничительные возможности главного функционального звена в этом случае, должно быть направлено на развитие проприорецептивной системы организма спортсменов. Это было реализовано нами с помощью биологических обратных связей по биомеханическим параметрам и частоте сердечных сокращений в качестве критериев эффективности на стандартной скорости бега (рис. 3).

Рис. 3. Блок-схема тренажерно-исследовательского комплекса с биологическими обратными связями. АС - акселерометр, ПС - пульсометр, оп -датчик опоры, пол - датчик полета, УС - усилитель, аг - отрицательное горизонтальное ускорение, возникающее в момент постановки ноги на опору, ав -положительное вертикальное ускорение при отталкивании (авт. свидетельство № 1790956, 1992).

Особенности адаптации кислородно-транспортной системы спортсменов высокой квалификации к специфическим нагрузкам.

В данном разделе нами показано как многолетние специальные физические нагрузки приводят к глубоким профессиональным изменениям в организме спортсменов и появлению лимитирующих факторов, которые могут быть причиной травм и заболеваний.

Было определено, что всех спортсменов можно разделить на «эффективный» и «экономичный» типы кислородно-транспортной системы. В основе такого разделения лежит соотношение показателей вентиляции легких и потребления кислорода из единицы объема воздуха. «Эффективный» тип - это обеспечение организма кислородом, в основном, за счет пропускания большого количества воздуха через легкие. Такой способ является менее экономичным по сравнению с возможностью избирать из небольшого объема воздуха достаточное количество кислорода. Это связано с тем, что много энергии уходит на обеспечение работы легочных мышц. «Экономичный» тип в большей степени обладает высокой избирательной способностью потребления кислорода из единицы объема воздуха и, таким образом, не требует пропускания через легкие большого объема воздуха и затрат энергии на работу легочных мышц. Как правило, представители видов спорта с преимущественным проявлением быстроты и силы относятся к первому типу дыхательной системы, спортсмены в видах спорта с преимущественным проявлением выносливости - ко второму. На основе анализа результатов настоящего исследования нами введены понятия экономичности, нормы и эффективности внешнего дыхания спортсменов, определяемые по соотношению уровней легочной вентиляции и потребления кислорода из единицы объема воздуха. Экономичной системой внешнего дыхания предложено считать при 4-х и более процентах потребления 02 из воздуха в момент достижения МПК и уровнем легочной вентиляции от 100 до 160 л/мин в

зависимости от контингента и квалификации. Нормальный тип системы внешнего дыхания - от 3,7 % до 4 % 02 и VE - от 120 до 180 л/мин. Эффективным типом дыхательной системы считается соотношение потребления кислорода и легочной вентиляции при уровне менее 3,7% 02 и значениях VE от 140 до 200 л/мин. Такая градация показателей внешнего дыхания способствует детализации оценки кислородно-транспортной системы энергообеспечения.

На рис.4,5 представлены характерные изменения показателей во время госта со ступенчатой повышающейся нагрузкой.

n-fte-—г————

! ;

•4.0

ft :

... ........fc

........... ^.........•........... V-

h : :

OjO ' ...-, i ■——т—

6.0 5.U 4.0 3.0 2.0

1.0 0.0

— VE (BTPS) [л/мин1 -V'02 [STPD) [л/мин]

■ VC02 (STPD) [л/мин]

Рис.4. Динамика легочной вентиляции (УЕ), объема выдыхаемого углекислого газа (УС02) и потребления кислорода (У02) у лыжницы-гонщицы высокой квалификации. ПАНО зафиксировано при одновременном повышении УЕ и УС02 и стабилизации У02 (вертикальная линия).

по

.5; ОТ;::;: Г:;:': : 10: оо: V i;:-i::л -i I S:00. ■'V — VE/V02 —VWC02

Рис. 5. Динамика вентиляционных эквивалентов по кислороду (УЕ/У02) и углекислому газу (УЕ/УС02) у лыжницы-гонщицы высокой квалификации. ПАНО зафиксировано в точке опережающего повышения УЕ/У02 по сравнению с УЕ/УС02.

Для оценки влияния специфической физической нагрузки на формирование дыхательной системы в ходе многолетней тренировки рассмотрим показатели функциональной подготовленности в трех различных типах тренировочной и соревновательной нагрузки, соответствующих следующим видам спорта: борьбе, лыжным гонкам и синхронному плаванию. В исследовании приняли участие спортсменки высшей квалификации (табл.1), в учет взяты по две пробы для каждой участницы.

Таблица 1

Общая характеристика групп спортсменок (х ± о)

Вид спорта Возраст Квалификация Стаж занятий Рост Вес

Борьба - дзюдо п = 8 24,7±5,9 2 змс 3 мсмк 3 мс Более 10 лет 157,1±7,6 54,2±4,7

Лыжные гонки п = 7 22±3,1 2 мсмк 5 мс Более 10 лет 165,5±3,4 58,5±4,0

Синхронное плавание п = 8 21±2,4 6 змс 2 мсмк Более 10 лег 171,2±3,7 58,7±2,7

х - среднее значение, а - среднее квадратичное отклонение.

Оказалось, что характер энергообеспечения в трех группах был различен и соответствовал тем требованиям, которые предъявляет к организму спортсменов каждый вид спорта (табл. 2). Спортсменки - лыжницы отличаются и от дзюдоисток, и от синхронисток большей работоспособностью, более высокими значениями МПК и легочной вентиляции. Однако имеют и схожие черты с этими видами спорта. У лыжниц и синхронисток показатели процента потребления кислорода из воздуха в момент достижения МПК отличаются незначительно. Это свидетельствует о присутствии экономичного характера энергообеспечения. У лыжниц это связано с приближением показателя легочной вентиляции к своему пределу, который, хотя и больше, чем в других группах, недостаточен для удовлетворения потребностей этого вида спорта. Длительная соревновательная деятельность "заставляет" спортсменок этого вида спорта совершенствовать экономичность доставки кислорода к работающим мышцам. Это обстоятельство влечет необходимость повышения избирательной способности кислорода -потребления кислорода из единицы объема воздуха.

Следует особо отметить необычный уровень и соотношение показателей газообмена у спортсменок синхронисток. Учитывая высочайшую квалификацию этих спортсменок (олимпийские чемпионки, чемпионки международных соревнований - члены сборной команды России, сильнейшей команды Мира) и специфику их профессиональной деятельности (длительные задержки дыхания, короткий вдох, длительный выдох на фоне физической нагрузки), можно было предположить, что у них будет обнаружен мощный механизм поставки кислорода и гликолиза. Однако было выявлено, что эти спортсменки характеризуются

низкими значениями МПК, работоспособности и продуктов распада - лактата. Такие показатели, как правило, наблюдаются при преждевременном отказе спортсменок от работы в максимальном ступенчатом тесге до отказа. Если это происходит, то такой факт всегда подтверждается отсутствием снижения роста потребления кислорода (т.е. потребление кислорода продолжает расти в момент отказа спортсмена от работы) и кислородного пульса на фоне недостаточно высоких значений ЧСС.

Таблица 2

Различия в показателях газообмена высококвалифицированных спортсменок разных видов спорта при максимальной ступенчато-повышающейся пробе до отказа в беге на тредбане (х ± а)

Вид спорта Показатели Борьба Лыжные гонки Синхронное плавание Различия (Д) и достоверность различий между видами (Р)

1 2 3 1 и2 1 иЗ 2 и 3

V02ra,(MnK), мл/мин/кг 50,6±5,4 58,5±5,6 45,9±2,8 Д = 7,9 р<0,05 Д = 4,7 Д = 12,6 р<0,01

V02, % 3,65±0,35 4,25±0,35 4,06±0,27 Д = 0,60 р<0,05 Д = 0,41 р<0,05 д = 0,19

VE п/мин 100,1±15,5 106,6±8,7 88,3±9,5 Д = 6,5 Д =11,8 р<0,05 Д = 18,3 р<0,05

ПАНО, % 74,3±7,7 85,1 ±6,3 89,4±6,1 Д = 10,8 р<0,05 Д = 15,1 р<0,01 Д = 3,3

ЧД, 1/мин 51,0±9,2 53,4±9,4 42,1±7,6 Д = 2,4 Д = 8,9 д = 11,3

RQ, отн.ед. 1,08±0,05 1,04±0,08 0,99*0,05 Д = 0,04 Д = 0,09 д = 0,05

ЧСС, 1/мин 187,2±9,5 191,1±6,4 189,1±6,1 Д = 3,9 Д = 1,9 Д = 2,0

La мах, ммоль/л 10,2±0,9 8,8±],1 7,8±0,8 д = 1,4 Д=2,4 д = 1,0

Однако у спортсменок синхронисток момент отказа от работы сопровождался максимальными значениями ЧСС, стабилизацией ЧСС на максимальном уровне, снижением потребления кислорода и кислородного пульса на фоне роста легочной вентиляции и объема выдыхаемого углекислого газа. Все эти показатели, безусловно, свидетельствуют о том, что спортсменки вышли на свой максимум. Многолетние физические нагрузки, сопровождающиеся явлениями острой гипоксии, необходимостью совершать короткий вдох и долго выполнять физические упражнения при задержке дыхания приводят не к росту максимальных возможностей организма, а к повышению экономичности дыхательной системы, что и было обнаружено у спортсменок синхронисток. О высокой экономичности этих спортсменок свидетельствует большая относительная емкость аэробной производительности (отношение времени

работы до уровня ПАНО к общей продолжительности работы в тесте) и высокий процент потребления кислорода из единицы объема воздуха.

Синхронное плавание и лыжные гонки объединяет аэробная направленность энергообеспечения. В лыжных гонках это связано, в первую очередь, с длительностью ведения спортивной борьбы, а в синхронном плавании -с требованием минимизации молочной кислоты в организме, т.к. в условиях гипоксии это может привести к излишнему закислению и отказу от физической работы. Такие особенности этих видов спорта приводят к необходимости преимущественного развития механизмов окислительного фосфорилирования по сравнению с гликолитическим.

Низкие значения потребления кислорода из единицы объема воздуха наблюдались у спортсменок - дзюдоисток. Это связано с тем, что профессиональная деятельность этих спортсменок проходит не столь длительное время, как у лыжниц и не в таких гипоксических условиях, как это происходит с синхронистками. Спортсменки-дзюдоистки не лимитированы в возможности вентиляции воздуха через легкие, Кроме того, ввиду других обстоятельств ведения спортивной борьбы, они скорее должны быть мощными, нежели экономичными.

Лыжницы имели большие значения МПК по сравнению с дзюдоистками и синхронистками, что было обеспечено большим потреблением кислорода из единицы объема воздуха и большей легочной вентиляцией по сравнению с дзюдоистками и с синхронистками. Дзюдоистки отличались от синхронисток большей вентиляцией легких и меньшей избирательной способностью кислорода. Синхронистки имели значительно меньшие показатели дыхательного коэффициента, чем дзюдоистки. Все различия объясняются спецификой пролонгированной мобилизации организма под влиянием многолетних специфических физических нагрузок и соответствуют метаболическим реакциям на состав и структуру тренировочной и соревновательной деятельности этих видов спорта. Это согласуется с теорией функциональных систем и подтверждается исследованиями, связанными с метаболическим контролем, в которых подчеркивается интсгративная природа биохимических систем и общих сигналов, управляющих их активацией (Connett R.J. с соавт.,1990, Funk C.I. с соавт.,1990).

Обнаруженные эффекты адаптации в этих разнохарактерных вариантах двигательной деятельности дают возможность оценить глубину влияния мышечной нагрузки и подтвердить наличие главных функциональных звеньев в локомоторной функциональной системе. Такие явления предопределяют изменения в организме спортсменов, которые могут быть причиной травм и профессиональных заболеваний. Вместе с тем можно утверждать, что использование специальных средств и методов физической культуры может приводить к произвольной перестройке локомоторной функциональной системы.

Технология определения главного функционального

звена локомоторного акта.

Как было показано выше, главное функциональное звено является лимитирующим в той фазе двигательного действия, во время которой вклад в спортивный результат является наибольшим. Это касается как циклического движения, так и однократного двигательного действия. Главное функциональное звено законченного двигательного действия определяется наличием затухающего градиента силы или торможения звена тела, его центра масс или снаряда, следующего за возрастающим изменением градиента усилия. Например, в лыжных гонках в момент отталкивания ногой от опоры усилие сначала возрастает, затем происходить его затухание. Это сопровождается не только ростом и снижением градиентов усилий, но колебаниями и ускорениями центра масс тела. В метании копья законченным двигательным действием может считаться отрезок времени от начала роста ускорения центра массы кисти в момент броска до начала затухания ускорения.

Для реализации концепции построения тренировочного процесса на основе использования внетренировочных средств необходимо иметь алгоритм определения главного функционального звена. Нами предпринята попытка его разработки с учетом биологических особенностей спортсменов. На основе биомеханического анализа производится анализ экстремумов усилий и ускорений отдельных звеньев тела во время физического упражнения. Их может быть несколько. Главным функциональным звеном считается такое законченное двигательное действие, при выполнении которого наблюдается наибольшее влияние на соревновательный результат, который, в свою очередь, тесно связан с экстремальными (максимальными или минимальными, например, для стрельбы) кинематическими и динамическими показателями общего центра масс тела спортсмена или его части, участвующей в движении.

Биологические аспекты проявления лимитирующих факторов различны не только в разных видах спорта, но и при выполнении отдельных элементов локомоций в каждом виде спорта. Например, в синхронном плавании оценивается высота выхода частей тела из воды. Этот промежуточный соревновательный результат обусловлен результативностью лимитирующего двигательного действия, предшествующего появлению тела на поверхности. Эффективность выполнения такого элемента зависит от биологических особенностей развития физических качеств. Однако для общей оценки значение имеет другой промежуточный соревновательный результат - время нахождения под водой. Он связан с лимитирующими звеньями других систем, в данном случае, с дыхательной, кровеносной и др. системами организма.

Таким образом, алгоритм определения главного функционального звена состоит в следующем (рис. 6). На основании биомеханического анализа соревновательного упражнения в цикле движения выделяются активные законченные двигательные действия. В соревновательных локомоциях, не имеющих цикла, выделяются самостоятельные законченные двигательные действия. Далее анализируется экстремумы кинематических и динамических показателей каждого законченного двигательного действия. На основании

сравнения экстремумов биомеханических показателей

отдельных двигательных действий в активных фазах и максимального влияния их на биомеханический показатель общего центра масс тела человека или его части, определяющего соревновательный результат, выделяется главного функционального звено. Например, в цикле классического попеременного двухшажного хода на лыжах наибольшие градиенты наблюдаются в фазе отталкивания. Это может быть подтверждено теоретически, так как

V- I

I

Б Л

О

(где Р - сила отталкивания, Л - приращение времени) скорость передвижения спортсмена по дистанции равна интегралу силы по времени от начала отталкивания до его завершения, деленному на массу (ш) тела лыжника. При практическом постоянстве массы тела во время отталкивания импульс силы, равной произведению силы отталкивания на время отталкивания, определяет основной биомеханический показатель соревновательного упражнения - скорость передвижения лыжника по дистанции.

ЦажвдикввмСЦГО или

зтнпеккое див «гением ненстяк (ЗДД) сор«хнохтяиюго утриянмкя

Рис. 6. Алгоритм определения главного функционального звена цикла движения или законченного двигательного действия. 8 - перемещение общего центра масс тела и отдельных звеньев тела; V - скорость; I - время; - угловая скорость суставов; Т - сила отдельных звеньев тела; - импульс силы; а - ускорение общего центра масс тела и отдельных звеньев тела.

В беге, где наибольшие ускорения отдельных двигательных действий, влияющие на ускорение центра масс тела и одновременно на скорость бега, обнаружены в момент начала и окончания опорной фазы. При постановке ноги на опору возникает отрицательное горизонтальное ускорение, снижающее скорость бега (табл. 7). При отталкивании может возникать излишнее положительное вертикальное ускорение общего центра масс тела, что приводит к непродуктивным затратам энергии. Поэтому, несмотря на то, что главным функциональным звеном является фаза опоры так же, как в лыжных гонках, внетренировочное средство должно быть направлено на снижение излишних ускорений в «переднем и заднем толчке». В отличие от лыжных гонок, в которых целесообразно обеспечить дополнительный ресурс, повышающий импульс силы в момент отталкивания от опоры, в беге необходимо применение средства, направленного на его снижение. Это может быть реализовано применением биологических обратных связей, позволяющих произвольно управлять ускорениями тела за счет повышения разрешающей способности проприорецептивной системы.

Метод биологического моделирования - эффективный метод построения локомоторной функциональной системы

Метод биологического моделирования предназначен для срочного построения эффективной локомоторной функциональной системы при исключении экстремальной физической нагрузки. Для решения такой задачи необходимо создать режим физического упражнения, при котором спортсмен мог бы достичь рекордного уровня за счет оптимизации двигательной структуры. Это необходимо для получения следовых явлений, которые способствуют появлению срочной и долговременной адаптации. Мы учитывали высокий уровень подготовки исследуемого контингента и тот факт, что достижение рекордного двигательного режима не должно быть осуществлено за счет чрезмерного (мотивационного) напряжения организма. В таком случае рекордный двигательный режим достигался бы за счет высокого возбуждающего влияния центральной нервной системы и концентрации всех сопутствующих процессов, что являлось бы просто применением более интенсивной физической нагрузки. Перед исследованием стояла задача оптимизации локомоторной функциональной системы на уровне настоящей подготовленности спортсмена. Была выдвинута следующая гипотеза: достижение рекордного двигательного режима дня получения следовых эффектов может быть обеспечено только при оптимизирующем перераспределении эфферентных и афферентных влияний центральной и периферической нервной системы и соответствующих акцентов возбуждения и торможения сопутствующих процессов. Такая гипотеза основывалась на теории функциональных систем П,К. Анохина, а именно на тезисе об эффективной локомоторной системе. В «каждый данный момент локомоторного акта мобилизуются те аппараты, которые приводят к достижению определенного приспособительного эффекта. Своеобразие и четкая очерченность функциональных систем в таких случаях характеризуется еще и тем, что каждая развертывающаяся в данный момент функциональная система является

единственной. Она целиком занимает интегративные аппараты организма и исключает возможность сосуществования с другими функциональными системами»....«взаимоисключение функциональных систем, - свойство, подчеркивающее значение функциональной системы как целостной физиологической организации, экстренно складывающейся в приспособительном поведении животного» (Анохин П.К., 1974). Отсюда следует, что возбуждающее и тормозящее управляющее влияние должно касаться только необходимых и достаточных структур и процессов, вовлекаемых для выполнения определенной двигательной задачи. Чем эффективнее будут распределяться эти влияния, тем качественнее выполнение поставленной задачи. Это означает, что возбуждающее влияние, направленное на мышцы синергисты, обеспечивающие наибольший вклад в мгновенный спортивный результат должно быть усилено, а напряжение относительно пассивных мышц и мышц антагонистов подвергнуто наиболее возможному торможению. Оптимизация функционирования и достижение рекордного двигательного режима будет происходить за счет исключения участия побочных компонентов смежных функциональных систем и повышения качества локомоций. Это выражается, как это будет показано нами ниже, в закреплении следовых адаптационных реакциях, усилении механизмов релаксации, повышении экономичности и разрешающей возможности проприорецептивной системы. Условно предлагаемый метод построения локомоторной системы был назван методом биологического моделирования.

В качестве примера локомоций было выбрано передвижение на лыжах двухшажным коньковым ходом. Биомеханический анализ, проведенный на основе высокоскоростной (100 кадр/сек) киносъемки, показал наличие активных и пассивных фаз и главного функционального эвена (табл. 3, рис. 7).

Таблица 3

Фазовая струюура одновременного двухшажного конькового хода

Фазы Граничные моменты фаз Наименование фаз

1фаза от т. 1 - отрыв ноги от опоры до т.2 - начало отталкивания другой ногой Свободное скольжение

II фаза от т.2 - начало отталкивания ногой т.З - окончание отталкивания ногой до т.4 - постановка палок Скольжение с отталкиванием ногой и переносом палок вперед

III фаза от т.4 - постановка палок до т.5 — начало отталкивания другой ногой Скольжение с отталкиванием палками

IV фаза от т.5 - начало отталкивания ногой до т.б - окончание отталкивания палками Скольжение с отталкиванием ногой и палками

V фаза от т.б - окончание отталкивания палками до т.7 (она же т.1) - окончание отталкивания ногой, отрыв ноги от опоры Скольжение с отталкиванием ногой

На рис. 7 представлено схематическое распределение энерготрат, оцениваемых по динамике изменений внутрицикловой скорости в фазах конькового хода. Наибольший вклад в конечный спортивный результат

обнаружен в 4-ой фазе цикла. Эта фаза составляет главное функциональное звено. Наибольшую работу осуществляет четырехглавая мышца бедра (т. quadriceps femoris).. На нее и было направлено действие внетренеровочного средства - динамической электростимуляции.

Y ¥ Ж ТГ Т фазы

Рис. 7. Схематическое представление распределения энерготрат по фазам конькового хода на лыжах. IV - главное функциональное звено.

Применение динамической электростимуляции в качестве внетренировочного средства по методу биологического моделирования (рис. 8) оптимизирует локомоторную функциональную систему.

лыжах коньковым ходом на подъеме 6 градусов без применения динамической электростимуляции (а) и со стимуляцией (б).

Время отталкивания ногой после стимуляции уменьшилось на 16,7%, длина шага возросла на 8,8%, а частота шагов уменьшилась на 9% (рис. 9, все р<0,05). Тенденция увеличения длины шага при уменьшении частоты шагов и времени отталкивания наблюдается при повышении специальной работоспособности и спортивного результата.

Рис 9. Средние значения длины (L) и частоты (f) шагов и времени отталкивания ногой (t) при передвижении на лыжероллерах в подъемы до и после динамической электростимуляции m. quadriceps femoris в движении. Светлые столбцы - до динамической электростимуляции, темные - после.

Различия в скорости по горизонтали при передвижении с электростимуляцией и без нее составили, в среднем, 0,08 м/с (2,82 м/с - без электростимуляции и 2,9 м/с с применением этого средства, рис. 8). Среднее значение пульса на 100-метровом отрезке данного подъема составило с электростимуляцией - 175,8 уд/мин, без электростимуляции - 178,2 уд/мин (Р<0,05).

Отличие структуры скользящего конькового хода лыжников-гонщиков первого разряда заключается, в числе прочего, наличием пассивных фаз, что снижает скорость. На рис. 8 можно видеть наличие двух дополнительных фаз по сравнению с мастерами спорта и мастерами спорта международного класса: фаза Иа - позы 3-4, (рис. 8а, б) - скольжение с движением рук вперед; фаза IVa - позы 6-5, (рис.8а) - скольжение после окончания отталкивания палками. Фактически, обнаружено наличие трех фаз пассивного скольжения: первая - свободного (позы 1 - 2); Иа - позы 3 - 4 и IVa - позы 6 - 5 - фазы двухопорного скольжения. При применении метода биологического моделирования двухопорная фаза исчезает (рис.8б). Движения спортсмена первого разряда в конце цикла приобретают фазовую структуру, которая наблюдается у лыжников более высокой квалификации.

Время цикла при передвижении со стимуляцией, в среднем, на 80 мс меньше (а - 1280 мс, б - 1200 мс). Вариативность скорости точки тела, приближенной к центру масс тела, оцениваемая по величине коэффициента

вариации, до начала отталкивания ногой была выше при обычном передвижении. Коэффициент вариации (Kv) равен процентному отношению среднего квадратичного отклонения к среднему арифметическому:

Kv := 100% • — х

, где о - среднее квадратичное отклонение, х -

среднее арифметическое.

Коэффициент вариации составил для «а» - 10,2%, для «б» - 7,4%. Однако для всего цикла коэффициент вариации оказался больше при передвижении по методу биологического моделирования. При применении динамической электростимуляции он составил 11,2%, при обычном передвижении - 9,9%. Существенные различия двух способов передвижения обнаружены во время отталкивания (позы 5 - 7). При обычном передвижении (а) коэффициент вариации составил 5,2%, для «б» - 14,4% (р<0,01). Оказалось, что при электростимуляции скорость в большей части цикла, т.е. до начала отталкивания ногой, изменяется незначительно, во время отталкивания - существенно повышается. При обычном передвижении вариативность скорости от начала цикла до момента отталкивания левой ногой почти не отличается от таковой за весь цикл.

Обнаружены различия в движениях рук, при применении электростимуляции ног, по сравнению с обычным передвижением по трем позициям: время отталкивания палками сокращается (при электростимуляции -36,7% от времени всего цикла - 410 мс; при обычном передвижении - 48,7%, т.е. 623 мс). Сразу после постановки палок на опору происходит движение рук назад и вниз, спортсмен сразу начинает отталкивание. Скорость движения рук назад по горизонтали выше. Скорость движения левой руки в момент постановки палки на опору при передвижении с электростимуляцией в 1,28 раза превышает скорость этой же руки при обычном передвижении (4,6 м/с и 3,6 м/с, соответственно, р<0,05). Для правых рук разница составила 0,4 м/с (2м/с и 1,6 м/с, соответственно). В момент окончания отталкивания руками их скорости существенно не отличались.

Более рациональной работой рук при использовании метода биологического моделирования объясняется отсутствие значительного снижения скорости общего центра масс тела по горизонтали (рис. 86). Продолжительность отталкивания руками меньше еще и потому, что у спортсмена при применении электростимуляции больше задействованы ноги. Такая особенность является показателем более высокой квалификации лыжников - гонщиков: процент использования ног у них больше.

Влияние применения динамической электростимуляции в качестве контактного внетренировочного средства прямого действия на показатели энергообеспечения, биомеханической структуры движений и гормональную регуляцию (на примере лыжных гонок)

Исследование эффективности метода биологического моделирования было проведено нами на лыжниках-гонщиках высокой квалификации. В качестве внетренировочного средства использовалась динамическая электростимуляция т. quadriceps femoris.

Задачами этой

части исследования являлись: определение

оптимальности величины амплитуды электростимуляции в соответствии с индивидуальными особенностями спортсменов; определение различий в потреблении кислорода, пульса, кислородной и пульсовой стоимости метра пути, электроактивности ш. quadriceps femoris, двуглавой мышц бедра (m. biceps femoris), широчайшей мышцы спины (ш. latissimus dorsi) и трехглавой мышцы плеча (ш. triceps brachi) при естественном передвижении на лыжероллерах и при использовании метода биологического моделирования; определение влияния средства биологического моделирования динамической электростимуляции на биомеханические параметры лыжного хода.

На рис. 10 представлены характерные электромиограммы m. quadriceps femoris до и после динамической электростимуляции. После проведения электростимуляции амплитуда электроактивности увеличивалась, время проявления электроактивности уменьшалось, частота следования сигналов -увеличивалась. Электростимуляция усиливала явления гладкого тетануса.

Рис. 10. Электромиограммы m. quadriceps femoris (II, IY) и т. triceps brachi (I, III) до ( I, II ) и после динамической электростимуляции ( III, IY ) в фазе отталкивания при передвижении на лыжероллерах в подъем 8 градусов.

Величина воздействия при передвижении классическим попеременным ходом регулировалась амплитудой электрического сигнала, который с помощью специальной контактной группы, установленной на каждой лыже, поступал на четырехглавую мышцу бедра точно в момент отталкивания от опоры. Критерием оптимальности служили показатели максимальной скорости на подъеме 6 градусов. При разной амплитуде электрического сигнала скорость передвижения, частота сердечных сокращений и пульсовая стоимость метра дистанции у каждого спортсмена была разной (табл.4).

Выбор оптимальности амплитуды воздействия.

Таблица 4

Изменение скорости ( V), ЧСС и пульсовой стоимости ( ПС ) метра пути у 16 лыжников-гонщиков при передвижении коньковым ходом на лыжах в зависимости от амплитуды электростимуляционного сигнала

Амплитуда сигнала, В V, м/с ЧСС, уд/мин ПС, уд/м

0 3,56 ±0,16 179,0 ± 8,1 0,840 ± 0,06

30 3,62 ±0,16 178,6 ± 8,2 0,825 ± 0,06

40 3,70 ±0,18 178,8 ± 8,1 0,806 ± 0,061

50 3,78 ±0,14 178,8 ± 8,0 0.793 ± 0,056

60 3,69 ±0,14 178,9 ± 7,9 0,809 ± 0,053

70 3,63 ±0,12 179,1 ±7,5 0,822 ± 0,048

80 3,53 ±0,11 179,3 ± 7,5 0,838 ± 0,045

90 (п=14) 3,54 ±0,11 180,1 ± 7,8 0,849 ± 0,046

Оказалось, что для большинства спортсменов скорость была наибольшей при амплитуде 50 вольт., а пульсовая стоимость метра пути (ПС = ЧСС : (V х 60) уд/м) - наименьшей. Эта амплитуда была принята за оптимальную.

Влияние метода биологического моделирования на потребление кислорода, пульс, пульсовую и кислородную стоимость одного метра пути.

Средние значения и квадратичные отклонения потребления кислорода, пульса, кислородной и пульсовой стоимости метра пути представлены на рис. 11. Оказалось, что в зонах умеренной и субмаксимальной интенсивности при передвижении на лыжероллерах с применением метода биологического моделирования организм спортсменов использует меньшее количество кислорода, пульс снижался, пульсовая и кислородная стоимость одного метра пути были, соответственно, ниже на 2.5% (р < 0,05) и на 5,3% (р < 0,05), чем при обычном передвижении. Достоверность различий снижалась при повышении интенсивности нагрузки и крутизны подъемов.

Рис.11. Слева - динамика V02 при передвижении на лыжероллерах с интенсивностью во 2-ой (140 - 160 уд/мин) и 3-ей (160 - 180 уд/мин) зонах без и с применением динамической электростимуляции (ДЭС) в зависимости от крутизны подъемов. Справа - кислородная стоимость метра пути при применении динамической элекгростимуляции по сравнению с естественным передвижением (100%) на лыжероллерах с разной интенсивностью на подъемах разной крутизны.

При передвижении на лыжероллерах с максимальной скоростью на одном 200-метровом подъеме 8 градусов разница в пульсе составила в среднем 3,5 уд/мин. При применении динамической электростимуляции пульс был ниже, скорость преодоления подъема выше (в среднем, на 0,09 м/с). Пульсовая стоимость одного метра пути - ниже на 0,03 уд/м. Биологической особенностью проявления этого внетренировочного средства по разработанному нами методу явилось оптимизирующее воздействие на организм в цепом, выражающееся в значительном снижении энерготрат и повышении специальной работоспособности.

Влияние динамической электростимуляции на электроактивность

мышц

Применение динамической электростимуляции только m. quadriceps femoris влияла на электроактивность других групп мышц синхронистов и антагонистов, повышая их активность в активных фазах и снижая их напряжение в пассивных фазах локомоторного акта.

yT

* *

ami/

250 ШМнН *

ЕйМ^^и '"Ш^^В ИВ.

ив.^ ЯЕ ЕЩЯ1 tiV-',

Рис. 12. Электроактивность мышц до и после динамической электростимуляции m. quadriceps femoris в движении на лыжероллерах в подъемы. Светлые столбцы -обычный режим передвижения, темные - после электростимудяции. * - р<0,05, ** - р<0,01

Электроактивносгь четырехглавой м. бедра в момент отталкивания (Чо) после ее электростимуляции повысилась (рис. 12), электроактивности четырехглавой м. бедра в момент скольжения (Чс) также как и двуглавой м. бедра в момент скольжения (До) - уменьшались, наблюдалось незначительное увеличение электроактивности широчайшей м. спины в момент отталкивания (Шо). Это происходило на всех подъемах. Увеличение электроактивности четырехглавой м. бедра в момент отталкивания, в среднем, составили на подъемах 4,6,8,10 градусов, соответственно, 36,7; 34,5; 33,1; 31,9 мкв (р < 0,01). В процентном отношении эти изменения составили от 10,5 до 14,3%. Уменьшение электроактивности четырехглавой м. бедра в фазе скольжения составили, соответственно, 6,4; 6,8; 6,7; 6,6% (р<0,05). Уменьшение электроактивности двуглавой мышцы бедра в момент отталкивания на подъемах 4,6,8 и 10 градусов, соответственно, составили 6,6; 6,4; 6,0 и 6,3% (р<0,05). Электроактивность трехглавой м. плеча в момент отталкивания (То) повысилась на 9,2%. Такие различия зафиксированы на всех электромиограммах при передвижении в подъемы 2,4 и 6 градусов (р<0,05).

Одним из аспектов биологического обоснования разработанной технологии, таким образом, является оптимизирующее перераспределение напряжения и расслабления различных групп мышц при применении в качестве внетренировочного контактного средства прямого действия динамической электростимуляции во время мышечной работы. Динамическая электростимуляция оказала влияние не только в фазах напряжения мышц, но и в период их расслабления, что выразилось в уменьшении электроактивности относительно пассивных мышц. Эффект последействия использования динамической электростимуляции заметен не только на тех мышцах, которые непосредственно подвергались этому приему, но также наблюдается на других, участвующих в данном физическом упражнении. Применение динамической электростимуляции одних мышечных групп увеличивает электроактивность

других мышц - синергистов и снижает электроактивность этих же мышечных групп в их пассивных состояниях, способствуя их расслаблению и восстановлению.

Обнаруженный феномен основан на регуляторных влияниях нервной системы, сопровождающихся активизацией тормозных систем и снижением общего уровня возбуждения в центральной нервной системе. Такой характер адаптации является наиболее эффективным. Под воздействием этих влияний в значительной степени уменьшаются стрессорные реакции, что предохраняет нервные клетки, уменьшается вероятность переутомления, травмирования и заболеваний. Следствием применения исследованного нами внетренировочного средства - динамической электростимуляции и разработанной технологии явились улучшение специфической координации, биомеханической структуры движений, снижение энерготрат и повышение экономичности. Об этом свидетельствуют уменьшение потребления кислорода и гемодинамической стоимости одного метра дистанции. Уменьшение потребления кислорода и частоты сердечных сокращений означают снижение нагрузки на дыхательную и сердечно-сосудистую системы. И как следствие этого, в связи с интегративным характером мышечной работы организма приводит к позитивным процессам во всех звеньях локомоторной функциональной системы.

Влияние динамической электростимуляции на биомеханические параметры

В таблице 5 представлены биомеханические показатели классического попеременного двухшажного хода при передвижении на лыжероллерах в подъем 8 градусов с максимальной скоростью обычным способом и с применением метода биологического моделирования.

Таблица 5

Различия в биомеханических показателях классического попеременного двухшажного хода на лыжероллерах при передвижении в подъем 8 градусов с максимальной скоростью обычным способом и с применением метода биологического моделирования (МБМ)

Параметры Показатели в каждом круге 1 2 3 4 5 6 Среднее арифметическое МБМ без МБМ Различие

Ь, м 2,22 2,10 2,32 2,15 2,26 2,32 2,30 2,16 0,14

С Гц 1,51 1,49 1,54 1,42 1,49 1,55 1,53 1,47 0,06

кк., с 0,41 0,33 0,42 0,44 0,45 0,44 0,44 0,41 0,03

1от., с 0,24 0,28 0,22 0,26 0,21 0,20 0,21 0,26 0,05

V, м/с 3,37 3,13 3,57 3,08 3,38 3,60 3,52 3,19 0,33

Примечание: выделено - достоверные различия (р < 0,05); 1, 2, 4 круги -передвижение обычным способом; 3, 5,6 - с применением метода биологического моделирования; Ь, м - длина шага, £ Гц - частота шагов, 1ск, с - время скольжения, и>т, с - время отталкивания, V, м/с - скорость передвижения.

Длина шага классического попеременного двухшажного хода на лыжероллерах при применении динамической электростимуляции в качестве средства метода биологического моделирования достоверно возрастает, в среднем, на 6,5%, уменьшается время отталкивания на 19,2%, повышается скорость передвижения на 0,3%. Частота шагов и время скольжения увеличиваются недостоверно.

Рис. 13. Изменения углов в коленных суставах (а) и механической работы (б) ноги при обычном передвижении (сплошная линия) и при применении динамической электростимуляции (пунктир). Вертикальными линиями обозначены фазы отталкивания при обычном передвижении (сплошными) и при электростимуляции (пунктир).

Диапазон изменения углов в коленных суставах ног при динамической электростимуляции и без нее отличался на 6 градусов (начало отталкивания при динамической электростимуляции - 120 градусов, без динамической электростимуляции - 122; окончание отталкивания, соответственно, 160 и 156 градусов, р < 0,05). Еще более существенно (р < 0,01) различались угловые скорости при отталкивании: при динамической электростимуляции она составила 195,3 град/с, при обычном передвижении - 178,2 град/с. Большая скорость разгибания ноги характерна для спортсменов более высокой квалификации (рис.13).

При динамической электростимуляции нога в момент

отталкивания производит значительно большую работу (р < 0,01), чем при обычном передвижении Соответственно, абсолютная, вертикальная и горизонтальная механическая работа только левой ноги составила при динамической электростимуляции 16, 6 и 10 Дж, без динамической электростимуляции - 9; 3,5 и 5,5 Дж. При этом, абсолютная работа левой ноги за весь цикл была больше при обычном передвижении: при динамической электростимуляции - 67 Дж, без динамической электростимуляции - 78 Дж. Работа за весь цикл по вертикали была больше при электростимуляции на 6 Дж (24 Дж при динамической электростимуляции. 18 Дж - без динамической электростимуляции).

Существенные различия (р < 0,05) обнаружены в углах наклона туловища к горизонту. При динамической электростимуляции наиболее согнутое положение тела в момент окончания отталкивания палками составило 52 градуса, наименее согнутое 75 градусов. При обычном передвижении спортсмены больше задействовали руки, видимо, поэтому углы наклона туловища, соответственно, были меньше: 32 и 71 градус.

Биомеханический анализ, таким образом, подтвердил общую позитивную биологическую направленность влияния разработанной технологии на кинематику и динамику специальных локомоций. Результаты этой части исследования показали, что аспектами биологического обоснования эффективности представленной концепции является консолидированная оптимизация параметров, приводящая к срочной адаптивной и квалификационной перестройке структуры соревновательного упражнения.

Влияние метода биологического моделирования на гормональную регуляцию энергообеспечения

Применение динамической* электростимуляции в начале микроцикла способствовало относительно большему приросту концентрации кортизола (на 10%) и меньшему снижению уровня инсулина (на 16%, табл.6). Динамическая электростимуляция послужила дополнительным стрессором (к физической на1рузке) для организма при выполнении стандартной работы (различия статистически недостоверны).

По окончании тренировочного микроцикла в ответ на стандартную нагрузку отмечалась тенденция к повышению концентрации в крови кортизола, его предшественника прогестерона и существенное снижение уровня инсулина (р<0,01) на фоне недостоверных изменений содержания в крови тиротропина (ТТГ), тироксина и трийодтиронина. В конце микроцикла прирост кортизола (с 37 до 17%) и прогестерона (с 49 до 11%) в экспериментальной группе по сравнению с контрольной уменьшился. Таким образом, кумулятивный эффект тренировочных занятий проявился в выраженной тенденции к увеличению уровня адаптации глюкокортикоидной функции коры надпочечников, что отразилось в меньшей величине прироста концентрации кортизола в крови в ответ на стандартную нагрузку. Снижение прироста секреции кортизола свидетельствует о меньшем участии в энергообеспечении процессов глюконеогенеза за счет

пластического резерва организма (аминокислоты), что является важнейшим фактором адаптации организма к предложенной физической нагрузке. Эффект экономизации глюкозы из ее белковых предшественников в энергообеспечении продолжительной мышечной работы циклического характера при значительном увеличении использования наиболее энергоемких липидных субстратов является стратегией адаптации организма к специфическим физическим нагрузкам.

Таблица 6

Средние значения уровней гормонов крови в ответ на стандартную нагрузку в начале и в конце тренировочного микроцикла с применением (э) и без применения (к) динамической электростимуляции

Гормоны Первый день Девятый день

Исход Финиш Д1 (финиш-исход) Д1,% Исход Финиш Д2 (финиш-исход) Д2,% Д2-Д1,%

Кортизол, кг/мл х Э 105,63 95,2 140,8 136,6 35,17 41,4 33,3 43,5 106,3 104,6 126,4 119,9 20,1 15,3 19,3 14,6 -14 -28

Прогестерон, нг/мл к э 22,8 22,15 34,05 31,5 11,25 10,35 49,3 48,9 26,1 22,46 26,95 27,82 0,85 5,36 3,3 23,9 -46 -25

Инсулин, мкед/мл к Э 32,02 27,82 6,37 9,8 25,65 17,88 -80 -64,3 26,35 39,32 10,51 7,54 -15,84 -31,78 -60 -80 +20 -16,5

ТТГ, нг/мл К э 2,4 1,81 2,94 1,35 0,54 -0,46 22,6 25,4 2,14 1,83 3,05 1,99 0,91 0,15 42,4 8,2 + 19,8 +33,6

Тироксин, нг/мл К э 67,65 71,62 72,26 89,63 4,61 18,01 6,8 25,4 65,97 64,32 61,01 73,16 -5,0 8,83 -7,5 13,7 -14,3 -11,7

Трийодтиронин, нг/мл К Э 1,49 1,55 1,46 1,66 -0,03 0,10 -2.2 6,4 1,22 1,34 1,16 1,37 -0,06 0,03 -5,2 2,2 -3 -4,2

Влияние применения биологических обратных связен в качестве бесконтактного внетренировочного средства опосредованного действия на локомоторную функциональную систему бега

Было выявлено, что лимитирующими факторами бегового шага являются не вся фаза отталкивания от опоры, как это можно было бы предположить заранее. Основным препятствием для поддержания скорости бега было торможение,

возникающее при постановке ноги на опору и повышенные вертикальные колебания тела в начальной фазе полета. Наиболее информативными параметрами, характеризующие эти явления были отрицательное горизонтальное ускорение, возникающее в момент постановки ноги на опору (фаза амортизации) и положительная вертикальная составляющая ускорения при отрыве ноги от опоры.

Результаты исследования приведены в таблицах 7 и 8.

Таблица 7

ЧСС и биомеханические параметры бегового шага при выполнении задания «Уменьшить ускорение в фазе амортизации »(х ± а)

№ ПП Параметры Естественный бег Бег с уменьшением ускорения в фазе амортизации Разница и достоверность изменений

1 ЧСС (уд/мин) 136, б± 2,7 134,7± 2,7 1,9 (р< 0,01)

2 Время опоры (мс) 214,4± 14,6 207,7± 13,8 6,7 (р< 0,05)

3 Время полета (мс) 116,3± 7,4 115,7± 7,6 0,6

4 Горизонтальная составляющая ускорения тела (ч) 1,96± 0,20 1,73±0,18 0,23 (р <0,05)

5 Вертикальная составляющая ускорения тела (ц) 2,50± 0,64 2,43± 0,63 0,07

6 Частота шагов (Гц) 3,02± 0,07 3,17±0,07 -0,15 (р< 0,05)

7 Длина шага (см) 132,4± 7,8 126,2± 7,3 6,2 (р< 0,05)

8 Результирующая горизонтального и вертикального ускорений (ч) 4,46 4,16 0,30 (р< 0,01)

Оказалось, что при выполнении задания по уменьшению отрицательного горизонтального ускорения, в среднем, на 0,23£ (р < 0,05) существенно снизились ЧСС, время опоры, длина шага и результирующая ускорений тела. При этом произошло значительное повышение частоты шагов. Время полета и вертикальная составляющая практически не изменились (табл. 7).

При выполнении задания по уменьшению вертикальных колебаний тела, что отразилось в уменьшении вертикальной составляющей ускорения тела при отрыве ноги от опоры на 0,59g по сравнению с естественным вариантом бега, было обнаружено следующее. Существенно (р < 0,05) снизились ЧСС и время полетной фазы. Остальные параметры не претерпели достоверных изменений (табл. 8)

Таблица 8

Изменение средних значений ЧСС и биомеханических параметров бегового шага у бегунов при выполнении задания «Уменьшить вертикальные колебания тела», (х±о)

№ ПП Параметры Естественный бег Беге уменьшением вертикальных колебаний ; Разница и достоверност ь изменений

1 ЧСС (уд/мин) 136,1± 6,7 134,4± 7,1 1,7 (р<0,05)

2 Время опорной фазы (мс) 215,8± 11,9 219,2± 12,6 -3,4

3 Время полетной фазы (мс) 110,2± 7,9 Ю2,1± 8,2 8,1 (р<0,05)

4 Горизонтальная составляющая ускорения тела (р) 1,98± 0,21 2,07± 0,19 -0,09

5 Вертикальная составляющая ускорения тела (я) 2,75± 0,43 2,16 ¿0,41 0,59 (р<0,05)

6 Частота шагов (Гц) 3,06± 0,06 3,11 ±0,09 -0,06

7 Длина шагов (см) 130,7± 5,8 128,9± 6,1 1.8

Биологическая целесообразность влияния дополнительных обратных связей выразилась, таким образом, в повышении разрешающей возможности проприорецептивной системы организма спортсменов. Показателями биологического обоснования эффективности разработанной технологии в данном случае являются: снижение нагрузки на сердечно-сосудистую систему, уменьшение излишних ускорений тела, оптимизация биомеханических параметров. Динамика изменений этих показателей является признаком срочной адаптации и квалификационного роста мастерства спортсменов.

Заключение

Соревновательный принцип, выражающийся в необходимости опережающего развития специальной работоспособности по отношению к соперникам, всегда будет поддерживать актуальность поиска эффективных методов адаптации на самом высоком уровне. Проблема повышения работоспособности спортсменов на современном этапе развития спортивной подготовки не может решаться только с помощью традиционных тренировочных средств. Причиной этого является высокая степень адаптации спортсменов высокой квалификации к повторяющимся нагрузкам. Внетренировочные средства являются инструментом ускоренного адаптивного воздействия на организм по сравнению с традиционными. Однако нетехнологичное применение таких

средств может иметь негативные последствия для здоровья. Поэтому в исследовании стояла задача разработки метода срочной адаптации к рекордным двигательным режимам с соблюдением условий безопасности влияния интенсивной физической нагрузки на организм спортсменов.

Результаты наших исследований и последние работы других авторов (Высочин Ю. В., Денисенко Ю. П. и др.) показали, что соблюдение этих двух противоречивых условий возможны при усилении механизмов релаксации и, соответственно, тормозящего влияния нервной системы. Такой характер управляющего влияния нервной системы является причиной повышения экономичности функционирования и КПД организма, что является основой для повышения спортивной работоспособности. Кроме того, исходя из теории Ю. В Высочина о существовании системы защиты организма от стресса, явления тормозного влияния способствуют сохранению здоровья. Этот феномен был обнаружен нами непосредственно при выполнении мышечной работы. Эффект срочной адаптации по разработанной нами технологии сопровождался усилением расслабления скелетных мышц в моменты их относительно пассивного состояния и мышц антагонистов, повышением разрешающей способности проприорецептивной системы организма спортсменов. Эти явления связаны с оптимизацией энергообеспечивающих процессов и, безусловно, приводят к уменьшению риска переутомлений и травм. В конечном итоге становится возможным срочное построение эффективной локомоторной функциональной системы.

По нашему мнению эффект может быть достигнут только при определенном характере и направлении воздействия на организм непосредственно при выполнении мышечной работы, а именно, характер воздействия должен иметь свойство дополнительного ресурса и направлен на главное функциональное звено. По определению П. К. Анохина функциональная система - это «строго очерченная группа процессов и структур, объединенная для выполнения какой-либо определенной качественно своеобразной функции организма или акта его поведения». Локомоторная функциональная система представляет собой «единицу интеграции», состоящую из отдельных компонентов - «системы процессов, переходящей в такое распределение возбуждений на периферических органах, которое приводит к осуществлению полезных для организма функций». Отсюда следует, что только такой характер и направление воздействия на организм при выполнении физической работы обеспечит улучшение взаимодействия работы этой системы процессов, снизит общий уровень возбуждения ЦНС, усилит процесс восстановления нервно-мышечной системы и не повлечет за собой излишнего напряжения главного функционального звена. При обеспечении главного функционального звена, которое предельно напряжено по сравнению с другими функциональными звеньями дополнительным ресурсом, переход на более высокий двигательный режим происходит за счет оптимизирующей перестройки компонентов локомоторной функциональной системы и мобилизации менее задействованных функциональных единиц.

Результаты исследований показали, что применение внетренировочных средств по разработанной технологии существенно повышает специальную

работоспособность. Уменьшение потребления кислорода, ЧСС,

благоприятное перераспределение напряжений синергетических и антагонистических мышечных групп, снижение тормозящих ускорений тела свидетельствуют о повышении коэффициента полезного действия организма спортсмена. Такие явления обусловлены снятием ограничительных возможностей с главного функционального звена двигательной структуры, наиболее подверженного травмированию. Повышение функциональных возможностей главного функционального звена приводит к консолидированному позитивному изменению всей локомоторной системы.

Наибольшую проблему в технологии применения внетренировочного средства представляют определение направления, характера воздействия и способа его реализации. В исследовании в качестве примеров взяты схожие тренировочные средства: бег и лыжные гонки. Показано, что, несмотря на их общность, должны быть использованы разные внетренировочные средства:

- для лыжных гонок - двигательная электростимуляция;

- для бега - биологические обратные связи.

Это обусловлено различным характером и составом главного функционального звена и указывает на необходимость проведения тщательного предварительного исследования.

Эффективность применения в качестве внетренировочного средства двигательной электростимуляции оказалась очень высокой. По-видимому, такая эффективность обусловлена глубоким воздействием дополнительного электрического импульса на двигательную систему во время произвольного напряжения скелетных мышц. При динамической электростимуляции первопричиной афферентных влияний является не механическое, а электрическое воздействие. Была выявлена оптимальная амплитуда электрического импульса. Вероятно, при дальнейшем увеличении амплитуды, оптимальный баланс между активирующей и тормозящей функциями 1а и 1Ъ рефлекторных дуг снижается. Это приводит к снижению скорости передвижения по дистанции вследствие тормозящего воздействия комплексов Гольджи (lb рефлекторная дуга) на апьфа-мотонейроны мышц-синергистов. Аналогичные физиологические явления наблюдаются при прыжках в глубину (Воронов A.B., 2007 г).

Нами обнаружено, что последействие динамической электростимуляции приводит к эффекту смещения баланса возбуждающих и тормозящих влияний в сторону торможения. Причем, в случае электростимуляции мышц по сравнению с механическим воздействием явление миоэлектрического молчания (А.В.Воронов, 2005), вероятно, может быть снижено.

Нами также была обнаружена возможность воздействия на проприорецептивную систему при использовании биологических обратных связей. Это, главным образом, связано с повышением разрешающей способности человека оценивать небольшие отклонения параметров собственных двигательных действий. Спортсмен, пользуясь объективной информацией об особенностях своей структуры движений, изменяя технику бега, видит, как влияют эти изменения на энергообеспечение его деятельности, и может более эффективно управлять ими. По отзывам многих спортсменов, они не могли объяснить, в результате каких перераспределений акцентов усилий происходило

достижение экономизадии. Это говорит о том, что спортсмен самостоятельно не всегда точно может оценить уровень межмышечной координации и экономичности собственных движений. Овладение приемами экономизации и повышения разрешающих возможностей проприорецепции не только способствует повышению спортивного результата, но и позволяет избежать травм нижних конечностей, наиболее уязвимых мест бегуна.

Повышение экономичности бегового шага происходило в результате уменьшения тормозящих сил и излишних напряжений во время бега. В этом бег отличается от многих циклических локомоций. Если в других циклических видах спорта - конькобежном, лыжном, велосипедном, плавании, гребле и т.д., главным функциональным звеном является фаза отталкивания, то в беге существенную роль в достижении спортивного результата играет фаза амортизации, способность спортсмена «мягко» входит в фазу опоры. Снижению тормозящих сил способствуют меньший вес спортсмена и масс-инерционные характеристики ног. С этим связаны успехи афроамериканцев, которые отличаются тонкостенным строением опорно-двигательного аппарата.

В исследовании был обнаружен феномен снижения энерготрат при воздействии динамической элеюростимуляции во время выполнения физической работы. Это происходило, несмотря на известные факты стрессорного влияния электростимуляции на нервно-мышечный аппарат. Объяснение этому заключено в обнаруженных признаках лучшего расслабления относительно пассивных мышц и мышц антагонистов при электростимуляции m. quadriceps femoris. Эти данные согласуются с открытием тормозной системы защиты организма спортсменов от влияния стрессовой физической нагрузки и важной роли скорости произвольного расслабления мышц в механизмах срочной и долговременной адаптации (Высочин Ю.В. 1974 - 2006, Денисенко Ю.П., 2000 - 2007).

Выводы

1. Наиболее эффективным путем оптимизации локомоторной функциональной системы является воздействие на главное функциональное звено, позволяющее уменьшить его ограничительные возможности и организма в целом. Воздействие должно носить комфортный характер и иметь уровень, не превышающий верхнего порога чувствительности. В таком случае оно способствует построению эффективной локомоторной функциональной системы и повышению работоспособности организма спортсменов.

2. Обнаруженные адаптационные сдвиги в респираторной, сердечнососудистой и кровеносной системах организма элитарных спортсменок являются следствием многолетнего применения специальных физических нагрузок. Они являются причиной появления лимитирующих факторов главного функционального звена, которое подвержено утомлению и травмированию в первую очередь.

3. Для определения главного функционального звена необходимо сопоставление показателей активных фаз с основным соревновательным параметром в ходе выполнения специального физического упражнения. Главное ; функциональное звено соответствует той фазе циклического или однократного

двигательного действия, во время которой вклад в спортивный результат является наибольшим.

4. Метод биологического моделирования, основанный на технологии применения внетренировочных средств, позволяет достигать рекордного двигательного режима и срочной адаптации, значительно сократить сроки повышения работоспособности спортсменов при снижении риска переутомлений и заболеваний.

5. В основе физиологического влияния динамической электростимуляции в лыжных гонках лежит усиление реципрокного взаимодействия скелетных мышц. На это указывает оптимизирующее перераспределение уровней электроактивности мышц синергистов и антагонистов. Так, электроактивность, зарегистрированная после применения динамической электростимуляции т. quadriceps Гетопэ, выше на 9,2 % - 14,3 % в активных фазах и меньше (от -6,0% до -6,8%) в фазах расслабления.

6. Лимитирующим звеном при беге является фаза амортизации, во время которой происходит значительное торможение тела бегуна. Эффективность выполнения финальной части фазы отталкивания не столько детерминирована силой отталкивания, сколько зависит от направления вектора отталкивания: излишняя вертикализация в этой фазе существенно снижает эффективность биомеханической структуры и повышает потребность в энергообеспечении организма атлета. Лимитирующими параметрами при беге являются отрицательная горизонтальная составляющая ускорений общего центра масс тела в фазе амортизации и положительная вертикальная составляющая ускорений общего центра масс тела в начальной фазе полета.

7. Снижение потребления кислорода, кислородной и пульсовой стоимости метра дистанции, а также повышение уровня адаптации глюкокортикоидной функции коры надпочечников, меньший прирост концентрации в крови кортизола в ответ на стандартную нагрузку, свидетельствуют о меньшем участии в энергообеспечении процессов глюконеогенеза и о повышении экономичности функционирования организма в целом.

8. Биологические обратные связи, используемые в качестве внетренировочного средства опосредованного действия в беге, привели к повышению разрешающей возможности проприорецетивной системы регуляции локомоций и экономичности бегового шага.

Список опубликованных работ по теме диссертации Монографии

1. Ростовцев В.Л. Современные технологии спортивных достижений: Монография - М.: ВНИИФК, 2007. - 199 с.

2. Ростовцев В.Л. Вопросы адаптации и повышения работоспособности спортсменов: Монография - М.: ВНИИФК, 2008. - 97 с.

Методические рекомендации

3. Ростовцев В. Л. Особенности подготовки лыжников-гонщиков высокой квалификации на современном этапе: Методические рекомендации. - М: ВНИИФК, 1984. - 21 с.

4. Ростовцев В. Л., Кряжев В. Д. Методы биомеханического контроля в циклических видах спорта: Методические рекомендации. - М: ВНИИФК, 1984. - 34 с.

5. Ростовцев В. Л., Зеновский Е. В, Кряжев В. Д., Артамонов В. А., Костина Л. В. Совершенствование подготовки лыжников-гонщиков на основе использования методики искусственной активизации мышц: Методические рекомендации. - М: ВНИИФК, 1985. - 20 с.

6. Ростовцев В. Л., Манжосов В. Н., Кондратов А. В., Баталов А. П., Огольцов И. Г. Анализ техники конькового хода и методика обучения: Методические рекомендации. - М.: Спорткомитет СССР, 1986-28 с.

7. Ростовцев В.Л., Зеновский Е.В., Воробьев С.Л. Динамическая электростимуляция в лыжных гонках: Методические рекомендации. - М.: ВНИИФК, 1989. - 24 с.

8. Ростовцев В.Л. Биологические аспекты мышечной работы: Методические рекомендации. - М.: ВНИИФК, 1994. - 26 с.

Статьи в журналах, рекомендованных ВАКом для публикации результатов докторских исследований

9. Ростовцев В. Л., Кряжев В. Д. Контроль за состоянием нервно-мышечного аппарата лыжников-гонщиков // Теория и практика физической культуры. - 1985. - № 11. - С. 20-22.

10. Ростовцев В. Л., Кряжев В. Д. Техника конькового хода лыжников-гонщиков высокой квалификации // Теория и практика физической культуры. - 1988. - N2 I. - С. 34-37.

11. Устройство для совершенствования техники бега: А. с. 1790956 СССР, МКИ А 63 В 22 / 02, 71 / 00 / В. Л. Ростовцев, В. Г. Батанов, И. П. Ратов, В. А. Артамонов (СССР). - 1992. - 4 е.: ил.

12. Ростовцев В. Л., Квашук П. В. Динамическая электростимуляция -экспериментальный метод построения модельных характеристик высококвалифицированных спортсменов // Вестник спортивной науки. - 2006. - № 1. - С. 13-18.

13. Ростовцев В.Л. Методология организации эффективных двигательных режимов комплексного контроля и тренировки // Вестник спортивной науки. - 2007. - №1. - С. 5 -8.

14. Ростовцев В.Л. Эффективное изменение биомеханической структуры локомоций в специальных двигательных режимах экспериментального моделирования (на примере лыжных гонок) // Ученые записки университета имени П.ФЛесгафта. - 2007. - №5(27). - С. 78 - 83.

15. Ростовцев В.Л. Эффективность и технологии применения нестандартных тренировочных средств в спортивной подготовке // Вестник спортивной науки. - 2007. - ХаЗ. -С. 8-14.

16. Ростовцев В.Л. Аспекты современного моделирования в спортивной подготовке //Вестник РАЕН. - 2007 - №3. - С. 78 - 82.

17. Ростовцев В.Л. Изменение физиологических показателей организма элитных спортсменок под воздействием многолетнего специфического метаболизма физических нагрузок // Теория и практика физической культуры. - 2008. - №1. - С. 24 - 28.

18. Ростовцев В.Л. Влияние нестандартных тренировочных воздействий на энергообеспечение движений, вероятность переутомления и специальную работоспособность спортсменов // Вестник РУДН серия «Экология и безопасность жизнедеятельности». - 2008. -№1.-С. 51 -59.

19. Ростовцев В.Jl. Концепция построения локомоторных функциональных систем путем обеспечения дополнительного ресурса лимитирующему звену // Теория и практика физической культуры. - 2008. - №10. - С. 64 - 67.

20. Ростовцев В.Л. Построение эффективных локомоторных функциональных систем как один из главных вопросов экологии спорта // Вестник РУДН серия «Экология и безопасность жизнедеятельности». - 2008. - №4. - С. 16 - 21.

Статьи в научно-теоретических, научно-методических и научно-практических

журналах

21. Ростовцев В. Л., Мартынов В. С. Оценка соревновательной деятельности лыжников-гонщиков высокой квалификации // Научно-спортивный вестник. - 1983. - №6. - С. 7 - 9.

22. Ростовцев В. Л, Артамонов В. А., Головачев А. И., Бутулов Э. Л., Дмитриев Е. В. Методика оценки техники лыжников на лыжероллерном тредбане // Лыжный спорт.. - 1984. -вып. 1.- С. 37-40.

23. Ростовцев В. Л., Зеновский Е. В., Кряжев В. Д., Артамонов В. А., Костина Л. В., Дудов Н. С. Повышение уровня специальной подготовленности лыжников-гошциков на основе искусственной активизации мышц // Научно спортивный вестник. -1985. - № 3. - С. 17-21.

24. • Ростовцев В. Л., Зеновский Е. В. Оценка скоростно-силовой подготовленности лыжников-гошциков высокой квалификации // Лыжный спорт. - 1985. - вып. 1. - С.27-32.

25. Ростовцев В. Л., Баталов А. П., Кубеев А. В. Оценка надежности работы спортгестера РЕ - 2000 // Лыжный спорт. -1985. - Вып. 2. - С. 80-81.

26. Ростовцев В. Л., Кондратов А. В., Зеновский Е. В. Ходы традиционные и ход коньковый // Лыжный спорт. - 1986. - Вып. 1. - С. 13-17.

27. Ростовцев В. Л., Солодухин О. И., Савельев А. А. Техника конькового хода //Лыжный спорт. - 1986. - Вып. 2. - С. 20-26.

28. Ростовцев В. Л., Сафонов Л. В., Грушш А. А. Технология применения вспомогательных тренировочных средств для повышения скорости адаптации и специальной работоспособности спортсменов // Вестник спортивной науки. - 2008. - №4. - С. 41 - 44.

Статьи и тезисы докладов в сборниках научных трудов и материалах конференций

29. Ростовцев В. Л. Информативность и точность измерения некоторых параметров системы контроля // Проблемы комплексного контроля в спорте высших достижений: Тезисы докл. Всесоюз.науч.конф. 11 - 18окт. 1983 г.-М., 1983.-С. 137-138.

30. Ростовцев В. Л., Куракин В. С., Кряжев В. Д., Логинов A.A. Использование методических приемов многократно-обратных связей для коррекции техники бега на средние и длинные дистанции // Совершенствование спортивных упражнений на основе целенаправленного изменения их структуры. Межвузовский сборник науч.трудов. - М., 1984. -С. 54 - 56.

31. Ростовцев В. Л., Зеновский Е. В. Повышение экономичности двухшажного попеременного лыжного хода средствами программированного обучения // Программированное обучение и технические средства в физическом воспитание и спорте. Тезисы 3-ей Респ. науч.-

метод, конф. - Минск, 1984. - С. 68.

32. Ростовцев В. Л., Мартынов В. С. Зеновский Е. В. Влияние тренировочных нагрузок на скоростно-силовую подготовленность юных лыжников-гонщиков высокой квалификации: Тезисы докладов 10-й Всесоюз.науч.-пракг.конф. Программно-методические основы подготовки спортивных резервов. - М., 1985. - С. 80 - 81.

33. Ростовцев В. Л., Кондрашов А. В., Зеновский Е. В. Анализ техники традиционных и иных способов передвижения сильнейших советских и зарубежных лыжников-гонщиков // Технико-тактическое мастерство лыжников-гонщиков высокой квалификации: Сборник научных трудов. - М., 1986. - С. 73 - 83.

34. Ростовцев В. Л., Воробьев С. Л., Максимов М. А. Средства поэтапного достижения модельных характеристик соревновательной деятельности // Тезисы докл. Всес. науч.- практ. конф. Развитие выносливости в циклических видах спорта. - М., 1987. - С. 23.

35. Ростовцев В. Л., Ратов И. П., Максимов М. А. Методические приемы искусственно созданной скорости и их возможности в совершенствовании техники лыжников-гонщиков: Биомеханика и спорт.- Тезисы докл. Респ. школы-семинара. - Смоленск, 1988. - С. 53 - 54.

36. Ростовцев В. Л., Воробьев С. Л., Кузнецов В. К. Влияние электромиостимуляции во время движения на скорость, экономичность и технику передвижения коньковым ходом на лыжах: Биомеханика и спорт,- Тезисы докл. респ. школы-семинара. - Смоленск, 1988. - С. 12.

37. Ростовцев В. Л., Квашук П. В. Методологические вопросы моделирования в спорте // Человек, здоровье, физическая культура и спорт в изменяющемся мире // Материалы XV Междунар. науч.-практ. конф. по пробл. физ. восп. учащихся. - Коломна, 2005. - С. 375 - 378.

38. Ростовцев В.Л., Волгушев С.П. Динамическая электростимуляция - метод моделирования и повышения специальной работоспособности // Проблемы физической культуры населения, проживающего в условиях неблагоприятных факторов окружающей среды // Материалы 6-ой Междунар.науч.-практ.конф,- Гомель:ГТУ им. Ф.Скорпины, 2005. - С.151-153.

39. Ростовцев В. Л. Принципы и технология организации двигательных режимов сбалансированных рекордных попыток и определения модельных показателей // Человек, здоровье, физическая культура и спорт в изменяющемся мире // Материалы XVII Междунар. науч - прак. конф. по пробл. физ. восп. учащихся. - Коломна, 2007. - С. 372 - 373.

40. Ростовцев В. Л., Панков В. А., Яценко М. И. Адаптационные явления у спортсменов высокой квалификации в результате многолетней тренировки // Человек, здоровье, физическая культура и спорт в изменяющемся мире // Материалы XVII Междунар. науч - прак. конф. по пробл. физ. восп. учащихся. - Коломна, 2007. - С. 373 - 374.

41. Ростовцев В. Л. , Сафонов Л. В. , Стерния Ю. И. Иммунокоррекция в профессиональном спорте высших достижений // Технологии обеспечения безопасности здоровья // Материалы Междунар. науч - прак. Конф. — Ярославль, 2008 — С. 249 — 253.

42. Ростовцев В. Л., Сафонов Л. В. Аспекты применения внетренировочных средств для повышения работоспособности и сохранения здоровья спортсменов // Технологии обеспечения безопасности здоровья // Материалы Междунар. науч - прак. конф. - Ярославль, 2008 - С. 324 -329.

АП "Палиха 10" Подписано в печать 20.01.09г. Тираж 100 экз.

В настоящее время в спортивной подготовке стало сложно обходиться традиционными педагогическими методами тренировки. Тренеры научились задавать объем и интенсивность физических нагрузок, применять различные упражнения. Однако, использование ограниченного набора средств и методов тренировки, возможность заимствования тренировочных направлений в спорте привело к определенной стабилизации спортивных результатов и поиску более эффективных средств повышения спортивной работоспособности. Это способствовало распространению не только прогрессивных, но и негативных явлений, например, применению допинговых средств. Кроме этого, при традиционной тренировке путь адаптации лежит через интенсификацию тренировочного процесса, сопровождающуюся явлениями дезадаптации,, травмами, заболеваниями.

Другое направление в тренировке может быть заключено в специальном моделировании локомоторных действий спортсменов. П.К.Анохин впервые в физиологии представил организм животного как целостную систему и, в частности, определил иерархию и совокупность протекающих процессов' локомоторной функциональной системы во время мышечной работы. Особенно остро на современном этапе развития спорта стоят вопросы исключения явлений дезадаптации, создания направлений спортивной подготовки, позволяющих достигать рекордных для каждого спортсмена попыток за единичное количество занятий. Построение эффективной локомоторной системы при этом не должно сопровождаться максимальным напряжением сил. Эффект должен быть достигнут за счет оптимальных перераспределений задействования функциональных звеньев локомоторной функциональной системы, усиления тормозных влияний центральной нервной системы, повышения экономичности энергообеспечения. Использование принципов и технологий организации таких двигательных режимов позволяет исключить предельное напряжение организма, переутомления, травм.

В настоящем исследовании предпринята попытка представить и обосновать применение специальных дополнительных средств тренировки, обычно не используемых в данном виде спорта, основанных на применении технических устройств, информационных и других средств. Для краткости и с достаточной долей условности назовем их внетренировочными средствами. Внетренировочные средства предназначены для воздействия на отдельное функциональное звено и на организм в целом. Технологии организации таких условий тренировки могут быть использованы для повышения спортивной работоспособности за относительно короткий срок и должны обеспечивать уменьшение риска переутомлений, получения травм и заболеваний.

Эффекты последействия рекордного двигательного режима являются основой срочной адаптации, которая при повторных занятиях переходит в долговременную адаптацию. Это связано с закреплением следовых эффектов и построением эффективной локомоторной функциональной системы. В создании таких технологий участвовали тренеры, ученые разных специальностей, инженеры. Были исследованы возможности биологического моделирования структуры двигательных действий, применения современного оборудования и технологий оценки состояния подготовленности, определения главного функционального звена и лимитирующих факторов. Практическое применение таких методов способно составить конкуренцию допинговым препаратам, позволяет добиться высоких спортивных результатов.

В отличие от существующего в настоящее время подхода к реализации цели достижения высокого уровня специальной работоспособности, представляемая концепция предполагает внедрение в тренировку инновационных технологий малых доз воздействия, носящих характер дополнительной стимуляции главного функционального звена и организма в целом, обеспечивающих достижение рекордных показателей за более короткие сроки. Технологические решения концепции носят облегчающий, а не утяжеляющий характер влияния на главные фазы физического упражнения непосредственно во время выполнения мышечной работы. Использование таких технологий имеет двойное позитивное влияние: во-первых, они обеспечивают исключение дезадаптации, повышают скорость адаптации, во-вторых, дают возможность отойти от обязательного использования предельных физических нагрузок и, тем самым, сохранить резервный ресурс здоровья, избежать переутомления и травм.

Концепция предполагает разработку технологии построения локомоторной функциональной системы, состоящую из трех основных направлений. Разработки специальной технологии оценки состояния подготовленности; создания алгоритма определения главного функционального звена и лимитирующих факторов, выбор средств, позволяющих обеспечить дооплнительную стимуляциюглавному функциональному звену и организму в целом; организации двигательного режима, позволяющего спортсмену достичь рекордной попытки, явлений последействия, срочной и долговременной адаптации. В основе концепции преимущественного применения внетренировочных средств в системе подготовки спортсменов высокой квалификации лежат три основных положения. Срочная адаптация возможна при достижении следовых эффектов от рекордной попытки, основанной на оптимальном построении локомоторной функциональной системы. Достижение срочной адаптации может быть обеспечено при подпороговых (лежащих ниже верхнего порога чувствительности) воздействиях, направленных на главное функциональное звено с целью снятия его ограничительных возможностей и исключения лимитирующих факторов. Двигательный режим реализации технологии применения внетренировочных средств должен соответствовать структуре и метаболизму соревновательного упражнения.

Актуальность исследования. При многолетних занятиях спортом большое значение приобретает решение проблемы адаптации организма атлета к прогрессирующему воздействию многократно используемых вариантов физической нагрузки. Чем выше квалификационный уровень спортсмена, тем ближе к пределу его биологических возможностей находится состояние функционирования организма. Тем сложнее ожидать адекватного эффекта от применения повторяющихся вариантов тренирующих воздействий, а интенсификация нагрузки часто приводит к переутомлению и заболеваниям. При неблагоприятном развитии адаптации возможно появление признаков адаптагенной патологии, при которых, вследствие срыва адаптационных механизмов, могут наблюдаться падение прироста спортивных результатов и, даже, деградация тканей (Уилмор Дж., Костилл Д., 2001). Такие явления приводят к травмам, способствуют преждевременному уходу из спорта талантливых атлетов. Возникает необходимость в инновационных методах оптимизации биологической структуры функционирования организма с целью повышения работоспособности и, одновременно, снижения риска профессиональных заболеваний.

В теории функциональных систем Анохин П.К. (1974) доказал, что живой организм должен рассматриваться как целостная интегративная функциональная система. Существует множество доказательств приспособительного изменения композиционного состава и уровней отдельных функций при устойчивом поведении всего организма в соответствии с «системообразующим фактором». Судаков К.В., 1987, Аршавский И.А., Шидловский В.А., 1973 и др. показали, что организм при решении «потребного результата» стремиться к поддержанию гомеостаза всего организма, а не к стабилизации реакций отдельных функциональных элементов. Достижение рекордного спортивного результата осуществляется при различных соотношениях уровней функционирования отдельных систем организма у разных спортсменов. Однако количество работ, посвященных исследованию механизмов адаптации целостного организма при решении задач повышения работоспособности и сохранения здоровья атлетов, недостаточно. Кроме того, в работах П.К. Анохина отсутствуют данные по обоснованию эффективных средств и методов воздействий на локомоторные функциональные системы с целью повышения работоспособности и сохранения здоровья спортсменов. Актуальность разработки таких направлений несомненна.

И.П. Ратов создал теорию «искусственной управляющей среды», в которой акцентировал внимание на необходимости применения «нетрадиционных» тренировочных средств с целью повышения спортивного результата. Применение этих средств носит системный характер. Однако в его теории отсутствуют данные соответствия применения этих средств характеру того или иного физического упражнения, технологическая последовательность их использования, биологические закономерности воздействия этих средств на организм. В процессе изучения «нетрадиционных средств» подготовки была обнаружена различная степень эффективности их использования при выполнении разных физических упражнений (Ратов И. П. с соавт., 1978 - 1987). Биологическое обоснование технологии применения такого рода средств для повышения работоспособности при выполнении разных локомоций весьма актуально.

Следует констатировать отсутствие системы и технологии применения специальных дополнительных средств экстренного повышения работоспособности при условии уменьшения риска профессиональных заболеваний. К сожалению, редки сведения о внедрении таких средств в подготовку спортсменов высокой квалификации. Недостаточно исследований в области разработки методов и средств повышения специальной работоспособности, позволяющих усилить механизмы релаксации непосредственно в ходе выполнения мышечной работы и повысить экономичность функционирования всего организма. Такие работы, обоснованно придающие большее значение расслаблению скелетных мышц и тормозящему влиянию центральной нервной системы, нежели возбуждающим сигналам, появляются в последнее время (Высочин Ю. В., Денисенко Ю. П., 2000 - 2007). Однако содержание этих работ направлено на создание отдельных систем восстановления, не используемых непосредственно при выполнении физических упражнений. Есть работы, в которых на основе предварительной диагностики и коррекции тренировочной программы производится целевое изменение соотношения компонентов мышечных волокон и, как следствие, оптимизация локомоторной системы в соответствии с поставленной двигательной задачей. Однако инструментом преобразования служат тренировочные воздействия и специальное питание в течение длительного периода (Селуянов В.Н. с соавт., 2006).

Целью исследования является биологическое обоснование технологической системы применения внетренировочных* средств для повышения работоспособности и восстановления. внетренировочное средство — специальное дополнительное средство, позволяющее выборочно воздействовать на отдельное двигательное звено и организм в целом при выполнении соревновательного упражнения, основанное на технических, фармакологических (не допинговых), информационных и других средствах, обычно не используемых в данном виде спорта. Такие средства, как правило, не находятся в ряду средств традиционной тренировочной программы, поэтому для краткости и с достаточной долей условности мы назвали их внетренировочными. В нашей работе не рассматривалось влияние средств психического воздействия, финансовой и другой коммерческой поддержки, специальных восстановительных и лечебных средств.

Объект исследования. Средства и методы повышения общей и специальной работоспособности спортсменов.

Предмет исследования. Биологические закономерности построения локомоторной функциональной системы, повышения работоспособности и восстановления спортсменов.

Научная гипотеза. Предполагалось, что специфическое и целенаправленное воздействие внетренировочного средства, предназначенное для снижения ограничительных возможностей главного функционального звена движения, оптимизирует локомоторную функциональную систему за счет усиления реципрокного механизма взаимодействия и релаксации скелетных мышц, повышения экономичности функционирования и приведет к срочной адаптации организма спортсмена в целом. Реализация предлагаемого подхода построения локомоторной функциональной системы позволит повысить уровень работоспособности, снизит вероятность появления признаков дезадаптации, получения травм и заболеваний.

Задачи исследования.

1. Обосновать целесообразность воздействия на главное функциональное звено локомоторной функциональной системы для снижения его ограничительных возможностей.

2. Определить структуру и степень изменения гемодинамических и метаболических показателей под влиянием многолетних занятий спортом.

3. Разработать технологию определения главного функционального звена и его лимитирующих факторов, как одного из этапов оптимизации локомоторной функциональной системы.

4. Разработать метод биологического моделирования локомоторной функциональной системы, в основе которого лежит достижение срочной адаптации к рекордному двигательному режиму, включающий технологию выбора, направления и способа применения внетренировочных средств;

5. Проверить на практике влияние применения динамической электростимуляции в качестве контактного внетренировочного средства прямого действия на электроактивность мышц, газообмен, гормональную регуляцию, биомеханическую и фазовую структуру движений (на примере лыжных гонок).

6. Проверить на практике влияние применения биологических обратных связей в качестве бесконтактного внетренировочного средства опосредованного действия* на биомеханические и гемодинамические параметры бегового шага. внетрепировочным средством опосредованного действия называется специальное дополнительное средство, позволяющее воздействовать на главное функциональное звено и организм в целом за счет влияния на другие звенья локомоторной функциональной системы.

Теоретико-методологической основой исследования явились:

- положения теорий функциональных систем П. К. Анохина, программированного и адаптивного обучения А. И. Берга, В. А. Трапезникова, Я. 3. Цыпкина, кибернетических устройств Н. Винера, концепции «искусственная управляющая среда» И. П. Ратова;

- представления физиологов, биохимиков, биомехаников в области двигательной и спортивной деятельности Н. А. Бернштейна, В. С. Фарфеля, В. К. Бальсевича, Н. И. Волкова, Е. А. Ширковца, В. Н. Селуянова, В. М. Зациорского, И. П.Ратова, Э. Г. Мартиросова;

- исследования по адаптации мышечной деятельности Г. Селье, Ф. 3. Меерсона, Г. И. Кассиля, В. Е. Борилкевича, Ю. В. Высочина, Ю. П. Денисенко;

- работы в области биологического обоснования теории и методики спортивной тренировки В. К. Бальсевича, В. Н. Платонова, Ю. В. Верхошанского, J1. П. Матвеева, А. Н. Воробьева; исследования по контролю подготовленности спортсменов и соревновательной деятельности и метрологической оценки М. А. Годика, И. А. Тер-Ованесяна, Ю. И. Смирнова, В. В. Иванова, Г. Ф. Лакина, В. Ю. Урбаха;

- материалы по изучению влияния электростимуляции в спорте Я. М. Коца, Г. Ф. Колесникова, В. Б. Коренберга.

Научная новизна состоит в следующем:

- обоснована необходимость воздействия на главное функциональное звено локомоторной функциональной системы с целью снижения его ограничительных возможностей; практически показано, что только такой вариант применения внетренировочных средств приводит к оптимизирующей перестройке локомоторной функциональной системы, срочной адаптации, усилению механизмов релаксации, повышению экономичности и разрешающей возможности проприорецептивной системы организма; разработана и научно обоснованна технологическая последовательность применения внетренировочных средств в различных видах спорта в циклических локомоциях и однократных двигательных действиях. Она состоит из экспертизы состояния и композиционного состава структуры подготовленности спортсмена при максимальной ступенчато повышающейся или соревновательной нагрузке, определения главного функционального звена движения и его лимитирующих факторов, выбора внетренировочного средства и способа его применения;

- разработана технология определения главного функционального звена двигательных действий, основанная на сопоставлении биомеханических показателей структуры двигательных действий и значения основного соревновательного параметра в активных фазах локомоторного акта;

- показаны адаптационные изменения, соответствующие многолетнему воздействию физических нагрузок у спортсменок разных видов спорта, подтверждающие развитие стойких профессиональных адаптационных перестроек при занятиях спортом, наличие главного функционального звена и лимитирующих факторов;

- введены понятия экономичности, нормы и эффективности внешнего дыхания спортсменов, определяемые по соотношению уровней легочной вентиляции и потребления кислорода из единицы объема воздуха. Экономичной дыхательной системой предложено считать систему дыхания с 4-мя и более процентами потребления кислорода из воздуха при достижении МПК и уровнем легочной вентиляции (VE) от 100 до 160 л/мин в зависимости от контингента и квалификации. Нормальный тип дыхательной системы - от 3,7 % до 4 % потребления кислорода и VE - от 120 до 180 л/мин. Эффективным типом дыхательной системы считается дыхательная система при соотношении потребления кислорода и легочной вентиляции на уровне менее 3,7% потребления кислорода и значениях VE от 140 до 200 л/мин.

- создан и апробирован метод биологического моделирования, в основе которого лежит практическое достижение срочной адаптации к рекордному двигательному режиму;

- показано влияние динамической электростимуляции, используемой в качестве контактного внетренировочного средства прямого действия на электроактивность скелетных мышц, потребление кислорода, гемодинамические, метаболические показатели, гормональную регуляцию и механизмы релаксации при передвижении на лыжах и лыжероллерах в естественных и лабораторных условиях;

- показано влияние биологических обратных связей, используемых в качестве бесконтактного внетренировочного средства опосредованного действия на разрешающую способность проприорецептивной оценки двигательной структуры бега и экономичность бегового шага.

Теоретическая значимость работы заключается:

- в расширении теории адаптации к физической работе за счет обоснования метода биологического моделирования, способствующего срочной адаптации, усилению механизмов релаксации и повышению экономичности движений;

- в дополнении знаний в области спортивной медицины о возможности влияния внетренировочными средствами прямого или опосредованного действия на физиологию и биомеханику специального физического упражнения; в теоретическом обосновании технологии использования внетренировочных средств, обеспечивающих снижение лимитирующих факторов главного функционального звена в активной фазе локомоторного акта;

- в расширении знаний о влиянии динамической электростимуляции на электроактивность скелетных мышц человека, энергообеспечение физической работы, параметры внешнего дыхания, пульс, биохимический состав крови и гормональную регуляцию при передвижении на лыжах и лыжероллерах;

- 14в дополнении теории адаптации данными об адаптационных изменениях кислородно-транспортной системы организма элитарных спортсменок разных видов спорта в связи с многолетним использованием специфических тренировочных нагрузок.

Практическая значимость исследования состоит в том, что содержание результатов экспериментальных исследований, выводы, анализ научнометодической литературы могут быть использованы студентами биологических специальностей, преподавателями физиологии, биомеханики, спортивной медицины, специалистами в области спорта.

Полученные данные позволяют практически повысить эффективность работы в направлениях повышения специальной работоспособности, обеспечения рекордных выступлений атлетов, сохранения здоровья и спортивного долголетия спортсменов.

Тренажерно-измерительные комплексы, устройство которых представлено в настоящей диссертации, технология тестирования и применения внетренировочных средств могут быть практически реализованы на базах подготовки спортсменов различных уровней.

Данные о современном уровне и структуре кислородно-транспортной системы элитарных спортсменов и адаптационных изменениях, происходящих в организме при многолетних занятиях спортом, являются ориентиром для практической подготовки резерва, необходимого для пополнения сборных команд страны и элитарных спортсменов. Разработанный и апробированный метод биологического моделирования может быть применен на практике для контролируемого срочного перехода физического состояния организма на более высокий уровень функционирования и определения модельных физиологических и биомеханических показателей.

Основные положения, выносимые на защиту.

1. В основе технологии применения внетренировочных средств должно лежать воздействие, направленное на главное функциональное звено в режиме и структуре соревновательного упражнения, обеспечивающее уменьшение ограничительных особенностей лимитирующих факторов локомоторной функциональной системы.

2. Применение внетренировочных средств по разработанной технологии сопровождается достижением срочной адаптации организма спортсмена к рекордному двигательному режиму.

3. Построение локомоторной функциональной системы на основе разработанной технологии сопровождается феноменами усиления механизмов релаксации, реципрокного взаимодействия скелетных мышц, повышения экономичности и разрешающей возможности проприорецептивной системы организма при выполнении физической работы.

Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, шести глав, выводов, практических рекомендаций, списка литературы, приложения. Общий объем диссертации изложен на 323 страницах машинописного текста, содержит 74 рисунка, 29 таблиц. Список литературы содержит 262 источника, из них 146 на иностранных языках.

ВЫВОДЫ

1. Наиболее эффективным путем оптимизации локомоторной функциональной системы является воздействие на главное функциональное звено, позволяющее уменьшить его ограничительные возможности и организма в целом. Воздействие должно носить комфортный характер и иметь уровень, не превышающий верхнего порога чувствительности. В таком случае оно способствует построению эффективной локомоторной функциональной системы, повышению работоспособности и восстановления организма спортсменов.

2. Обнаруженные адаптационные сдвиги в респираторной, сердечнососудистой и кровеносной системах организма элитарных спортсменок являются следствием многолетнего применения специальных физических нагрузок. Они являются причиной появления лимитирующих факторов главного функционального звена, которое подвержено утомлению и травмированию в первую очередь.

3. Для определения главного функционального звена необходимо сопоставление показателей активных фаз с основным соревновательным параметром в ходе выполнения специального физического упражнения. Главное функциональное звено соответствует той фазе циклического или однократного двигательного действия, во время которой вклад в спортивный результат является наибольшим.

4. Метод биологического моделирования, основанный на технологии применения внетренировочных средств, позволяет достигать рекордного двигательного режима и срочной адаптации, значительно сократить сроки повышения работоспособности спортсменов при снижении риска переутомлений и заболеваний.

5. В основе физиологического влияния динамической электростимуляции в лыжных гонках лежит усиление реципрокного взаимодействия скелетных мышц. На это указывает оптимизирующее перераспределение уровней электроактивности мышц синергистов и антагонистов. Так, электроактивность, зарегистрированная после применения динамической электростимуляции т. quadriceps femoris, выше на 9,2 % - 14,3 % в активных фазах и меньше (от -6,0% до -6,8%) в фазах расслабления.

6. Лимитирующим звеном при беге является фаза амортизации, во время которой происходит значительное торможение тела бегуна. Эффективность выполнения финальной части фазы отталкивания не столько детерминирована силой отталкивания, сколько зависит от направления вектора отталкивания: излишняя вертикализация в этой фазе существенно снижает эффективность биомеханической структуры и повышает потребность в энергообеспечении организма атлета. Лимитирующими параметрами при беге являются отрицательная горизонтальная составляющая ускорений общего центра масс тела в фазе амортизации и положительная вертикальная составляющая ускорений общего центра масс тела в начальной фазе полета.

7. Снижение потребления кислорода, кислородной и пульсовой стоимости метра дистанции, а также повышение уровня адаптации глюкокортикоидной функции коры надпочечников, меньший прирост концентрации в крови кортизола в ответ на стандартную нагрузку, свидетельствуют о меньшем участии в энергообеспечении процессов глюконеогенеза и о повышении экономичности функционирования организма в целом.

8. Биологические обратные связи, используемые в качестве внетренировочного средства опосредованного действия в беге, привели к повышению разрешающей возможности проприорецетивной системы регуляции локомоций и экономичности бегового шага.

ПРАКТИЧЕСКИЕ РЕКОМЕНДАЦИИ

В настоящем исследовании представлена технологическая последовательность применения разработанных шагов построения локомоторной функциональной системы на основе экспертизы соревновательного упражнения, определения главного функционального звена, его лимитирующих факторов, выбора характера, направления и способа реализации внетренировочного средства. Эти основные этапы обеспечения дополнительной стимуляции главному функциональному звену составляют основу метода биологического моделирования, позволяющего, как это практически показано на примере лыжных гонок и бега, оптимизировать локомоторную функциональную систему за счет достижения срочной адаптации к рекордному соревновательному упражнению. Все этапы реализации метода биологического моделирования подробно представлены в диссертации и составляют суть практических рекомендаций, которые могут быть использованы студентами, тренерами, учеными, специалистами в области восстановительной и спортивной медицины и повышения работоспособности.

Разработанная технология применения внетренировочных средств представляет собой унифицированную программу, которая может быть использована для всех видов спорта с применением физических упражнений в качестве тренировочных и соревнивательных средств подготовки. Существует разделение всех видов спорта на циклические, игровые, скоростно-силовые, единоборства и сложнокоординационные (мы не рассматриваем технические виды спорта и виды спорта, в которых отсутствуют соревновательные физические упражнения). Разделение это достаточно условно. В каждом из этих видов спорта спортивное состязание основано или на цмклическом движении, или на отдельном законченном двигательном действии.

Первым шагом применения метода биологического моделирования является определение главного функционального звена соревновательного упражнения в выбранном виде спорта. Следует учитывать тот факт, что для разного уровня адаптации главное функциональное звено может быть разным. Спортсмены высокой квалификации отличаются от начинающих весьма существенно. Поэтому, слепо переносить информацию о показателях биомеханического и фазового анализов с одной группы на другую не следует. Действуя по схеме алгоритма определения главного функционального звена необходимо определить его для каждого квалификационного (адаптационного) уровня. Межиндивидуальных различий в группе при определении главного функционального звена мы не обнаружили.

Следующим шагом программы является определение лимитирующих факторов главного функционального звена. Здесь следует пользоваться разработанным и представленном в настоящем исследовании алгоритмом его определения. Сравнение динамики наиболее информативных показателей главного функционального звена дает возможность выявления его лимитирующих факторов. Это важный этап проведения экспертизы, т.к. выбор внетренировочного средства зависит от параметров лимитирующих факторов. Именно им должна быть обеспечена дополнительная стимуляция.

Выбор направления внетренировочного средства зависит от лимитирующих факторов ГФЗ. Уровень дополнительной стимуляции должен быть минимальным. Обычно это определяется порогом чувствительности спортсмена. В ходе тренировки порог изменяется и спортсмен сам может увеличить дозу стимуляции. Способ подачи дополнительной стимуляции — наиболее трудоемкий этап в реализации метода биологического моделирования. В нашей работе приведены два характерных способа применения внетренировочных средств для лыжных гонок и бега.