Доктор педагогических наук, профессор А.И. Завьялов
Доктор педагогических наук, профессор Д.А. Завьялов
Кандидат педагогических наук, доцент А.А. Завьялов

Красноярский государственный педагогический университет им. В.П. Астафьева, Красноярск

Ключевые слова: биопедагогика, спорт, тренировка, тактико-техническое действие, научное открытие, сердце.

Эффективная спортивная тренировка представляет собой биопедагогический процесс. Многолетний анализ физиологических и биомеханических основ работы организма в условиях спортивной тренировки привел к разработке нового высокоэффективного тактико-технического действия в вольной борьбе под названием "капкан Завьялова" и к серии предполагаемых научных открытий, завершающих полную теорию деятельности сердца. Согласно новой теории сердце человека является пятикамерной системой (предсердия, желудочки и перикардиальная полость, которая обеспечивает наполнение сердца кровью), а коронарное кровообращение является третьим самостоятельным кругом кровообращения. Новая теория деятельности сердца объясняет противоречивость данных о работе сердца во время медицинских обследований в покое и во время экстремальных физических нагрузок при спортивной тренировке.

Революционные преобразования в практику приходят со стороны взаимосвязи фундаментальных наук. Введение таких научных направлений, как биофизика, биохимия, биомеханика и другие, сыграло огромную роль в развитии каждой из составляющих наук, привело к реализации в промышленной практике оригинальных проектов, обуславливающих современное стремительное развитие человеческих достижений.

Оптимальное сочетание биологии (повышение работоспособности) и педагогики (изучение приемов экономного преодоления препятствий или уклонения от них, рациональное сочетание преодолений и уклонений) создает высокоэффективный биопедагогический процесс спортивной (и, пожалуй, любой) деятельности.

Официально первое заявление термина "биопедагогика" было сделано на конференции в г. Малаховке в 1991 г. [7]. Участники конференции с одобрением приняли новый термин и его определение. Затем в 1992 г. вышла первая по этому направлению книга "Биопедагогика или спортивная тренировка" [10]. Мы продолжаем исследования в рамках нового научного направления.

Рассмотрим педагогическую составляющую биопедагогического тренировочного процесса - поиск оптимального варианта атакующих действий в женской борьбе (официальный термин FILA).

Выполнение броска через спину за руку с несопротивляющейся соперницей на тренировке эффективно, красиво, но очень трудновыполнимо на соревнованиях. Это связано с необходимостью поворота к сопернице боком, длинного и глубокого перемещения ног и центра тяжести под соперницу. Исполнение этого приема во время соревнований весьма затруднительно из-за множества факторов, которые мгновенно и решительно надо учесть, так как в случае неудачи нет возможности вернуться в исходное положение ("пан или пропал"). Поэтому такие приемы редко исполняются на соревнованиях опытными спортсменами.

Таких недостатков лишен атакующий прием "капкан Завьялова". Для его реализации надо захватить ближайшую руку соперницы двумя руками, создавая локальное преимущество в соотношении 2:1 (две руки против одной). Это преимущество увеличивается за счет перемещения к боку соперницы в сторону захваченной руки, "выключая" ее дальнюю руку из борьбы, так как она находится с противоположной стороны - 3:1.

В свою очередь, соперница, попав в неудобное положение, пытается выдернуть руку с упором впереди стоящей ногой (иначе от захвата не освободиться) и как бы притягивает атакующую к своей ноге. Атакующая спортсменка, используя силу соперницы, опускается на колено за ее пяткой с одновременным захватом дальней ноги за голеностоп в положение "капкан", при этом контролируя захваченную руку соперницы, за счет которой можно вернуться в исходное положение в случае неудачи. При опрокидывании соперницы в сторону ее спины через колено во время падения выполняется захват скрещенных голеней для эффективного завершения приема.

Если сопернице все же удается убрать ногу из "капкана", то она попадает в положение "цапля" - опорной становится другая нога, которую убрать невозможно, а направление атаки не меняется: рывком на себя за дальнюю ногу атакующая опрокидывает соперницу.

Таким образом, мы, используя биомеханику, раз работали эффективные атакующие действия, при изучении и реализации которых необходимо педагогическое сопровождение. Эти действия можно использовать в поединке непрерывно, заставляя соперника нервничать, мешать его атакующим действиям - ведь они беспроигрышны и эффективны.

Но если такие действия использовать в поединке непрерывно, необходима соответствующая физическая подготовленность - биологическая составляющая тренировочного процесса. Известно, что физическую работоспособность лимитирует сердечно-сосудистая система, состояние которой является важным фактором в спортивном результате [11-13]. Допуск к тренировкам и соревнованиям определяется врачебным обследованием с заключением "здоров". Это не ставит спортсменов в одинаковые условия, так как миокард, обеспечивающий деятельность сердца, имеет различное развитие у "здоровых" спортсменов.

И здесь при биопедагогических исследованиях нами обнаружен целый ряд проблем, связанных с отсутствием полной теории деятельности сердца. В самом деле, каким образом сердце увеличивает свою производительность в несколько раз при укорочении сердечного цикла с 1 с (при 60 уд/мин) до 0,33 с (при 180 уд/мин), ведь за это время оно должно наполниться и выбросить кровь из себя (выброс равен притоку) - обязательный фактор нормальной деятельности сердца [14]. Если во время мышечной работы производительность сердца может достигать 35 л и более в 1 мин [15, 16] при частоте 180 уд/мин, то левый желудочек в этом случае выбрасывает около 200 мл крови за одно сокращение при уменьшении времени сердечного цикла уже до 0,33 с.

Ни у кого не вызывает сомнения, что основная функция сердца - насосная. Если сердце - насос, то к его исследованию применима теория насосов. Насос обязательно должен обладать выталкивающей и всасывающей функциями. Представим себе простейший насос, обладающий такими функциями. Рабочий цилиндр типа "стакан" разделен поршнем на две камеры - рабочую камеру перемещения жидкости и герметичную воздушную камеру пониженного давления. Герметичная камера пониженного давления необходима для того, чтобы обеспечить возврат поршня в исходное положение и всосать очередную порцию жидкости из бассейна в рабочую камеру.

Если для перемещения поршня вверх и выброса жидкости из насоса мы используем индукционную катушку, то при замыкании электрической цепи стержень поршня будет втянут внутрь катушки, а жидкость через выходной клапан вытеснена в бассейн. Размыкание цепи приведет к возврату поршня в исходное положение и к новому наполнению жидкостью рабочей камеры насоса.

Для того чтобы эта модель насоса была более приближена к деятельности сердца как насоса, мы условно приведем его в действие мышцей. Известно, что мышцы проявляют силу только в одном на правлении - при сокращении [1]. В нашем случае сокращение "миокарда" приводит к перемещению поршня вверх и выбросу жидкости из рабочего цилиндра (условно желудочка сердца), а наполнение происходит за счет отрицательного (значительно ниже атмосферного) давления в герметичной воздушной камере. Большая разница между атмосферным давлением и пониженным давлением в воздушной камере стремительно возвращает поршень в исходное положение и наполняет цилиндр жидкостью. Проявление этого градиента давления связано с законом Бойля-Мариотта: V₀ P₀ = V₁P₁; P₁ = V₀P₀/ V₁ ; P₁ - P₀ = градиент давления, где V₀ - исходный объем воздушной камеры; P₀ - исходное давление воздуха в этой камере; V₁ - объем воздушной камеры в верхнем положении поршня при выбросе жидкости из рабочего цилиндра; P₁ - сильно пониженное давление воздуха в камере при ее максимальном объеме (V₁).

Таким образом, наличие герметичной воздушной камеры в поршневых насосах обязательно. Сердце - аналог поршневого насоса. Если взять условную модель сердца как поршневого насоса, то можно увидеть, что поршень представляет собой активную укорачивающуюся ткань - аналог миокарда. Модель отражает основную сущность деятельности сердца как насоса: сокращение предсердий или желудочков приводит к уменьшению внутреннего объема полостей, наполненных жидкостью (кровью), которая нагнетается в желудочки при сокращении предсердий, изгоняется из сердца при сокращении желудочков и сопровождается увеличением герметичной перикардиальной полости (воздушной камеры).

После выброса крови из желудочков для продолжения деятельности сердца необходим механизм, обеспечивающий эффективное и быстрое наполнение предсердий и его желудочков - воздушная герметичная камера с динамикой давления, связанного с изменениями объемов жидкостных полостей сердца. И эту камеру "госпожа природа" создала. Это перикардиальная полость - герметичная воздушная камера вокруг сердца ("сердечная сорочка").

Сердце человека и многих животных вопреки существующей теории функционирует, как пятикамерная система (два предсердия, два желудочка и перикардиальная полость). Именно пятая, герметичная воздушная, камера (перикардиальная полость) является основным механизмом всасывания сердца кровью (всасывающая функция насоса), которая обеспечивает эффективное увеличение наполнения полостей сердца в любых, и в экстремальных в том числе, условиях значительного укорочения времени сердечного цикла [8].

Это открытие [9] имеет большое значение для дальнейшей разработки теории деятельности сердца. Дело в том, что коронарные сосуды сердца называются так потому, что они расположены над слоем миокарда, т.е. вокруг него, как корона. Следовательно, они находятся в перикардиальной полости и только одной стороной прикреплены к миокарду.

Такое расположение коронарных сосудов ставит коронарное кровообращение в особое положение, при котором пониженное давление в перикардиальной полости мощно способствует их наполнению во время систолы предсердий и желудочков и ускоряет опорожнение во время диастолы [6]. Причем этот механизм работает тем эффективнее, чем сильнее сокращение миокарда, обеспечивая быстрое и мощное кровообращение сердца. Коронарное кровообращение начинается из левого желудочка (пазухи Вальсальвы в луковице аорты - углубления аортального клапана), завершается в правом предсердии (венозный синус) и имеет свой особый механизм перемещения крови. Кровообращение сердца по праву является третьим самостоятельным кругом кровообращения [4].

Полученные результаты исследований по теории деятельности сердца показывают, что даже при очень высокой частоте сердечных сокращений кровенаполнение полостей и кровоснабжение самого сердца не нарушается. Работа сердца как насоса и в этих случаях гемодинамически эффективна. Вот почему частота сердечных сокращений при больших физических нагрузках у спортсменов высокого класса становится малодейственным параметром для управления тренировочным эффектом. Основную нагрузку при больших тренировочных напряжениях несет миокард как исполнитель насосной функции при кровообращении. Следовательно, контроль состояния миокарда (электрокардиограмма) является необходимым методом при занятиях физкультурой и спортом. С этой целью мы разработали "Классификацию изменений электрокардиограммы при мышечной нагрузке у здорового человека" [2, 3].

Использование "классификации ЭКГ" при оценке и коррекции тренировочного эффекта на тренировках позволило спортсменам, использующим показатели контроля, достичь результатов мирового уровня по тяжелой атлетике, вольной борьбе, лыжному ориентированию (олимпийские чемпионы, чемпионы мира, Европы, мастера спорта международного класса). В школе высшего спортивного мастерства по борьбе им. Д.Г. Миндиашвили в г. Красноярске, в которой используется этот метод, за последние 10 лет завоевано 5 золотых олимпийских медалей.

Расширились наши знания об уникальных качествах сердца - этого наиболее важного органа для жизни, который не только нагнетает кровь для движения по артериальной системе, но и обеспечивает возврат крови за счет мощного присасывающего эффекта, зависящего от мощности выброса. При этом, чем чаще ритм и больше выброс, наблюдающиеся при напряженной мышечной работе, тем мощнее действует присасывающая система в прямой зависимости от мощности сокращения миокарда, обеспечивая эффективное наполнение даже при очень высоких сердечных ритмах.

Для теории и практики спортивной тренировки открытое явление также имеет большое значение. Например, пульс, отражая интенсивность двигательных действий, не выявляет утомления, так как, и это мы теперь хорошо знаем, кровообращение обеспечивается полноценно при любой его частоте. Выявить это удалось в рамках биопедагогики с целью поиска методов педагогического управления в спорте. Биопедагогика сделала свои первые шаги, заявляя о своем праве на существование в системе физического воспитания, спорта, и продолжает развиваться.

1. Биомеханика сердечной мышцы (коллектив авторов: В.Я. Изаков, Г.И. Иткин, В.С. Мархасин и др.). - М.: Наука, 1981. - 325 с.

2. Завьялов А.И. Классификация изменения ЭКГ у борцов / А.И. Завьялов // Спортивная борьба. - М.: Физкультура и спорт, 1984. - С. 66-69.

3. Завьялов А.И. Классификация изменений электрокардиограммы при мышечной нагрузке у здорового человека / А.И. Завьялов // Физиология человека. - 1985. - Т. 2. - № 2. - С. 201-207.

4. Завьялов А.И. Третий круг кровообращения: научный ежегодник КГПУ. - Вып. 3. - Т. 1. / А.И. Завьялов, Д.А. Завьялов, А.А. Завьялов. - Красноярск: РИО КГПУ, 2002. - С. 35-48.

5. Завьялов А.И. Сердце - пятикамерная система / А.И. Завьялов, Д.А. Завьялов, А.А. Завьялов // Теория и практика физ. культуры. - 2005. - № 6. - С. 23-26.

6. Завьялов А.И. Механизм коронарного кровотока. Спортивные единоборства: взгляд в теорию / А.И. Завьялов, Д.А. Завьялов, А.А. Завьялов // Материалы студенческой науч.-практ. конф. - Вып. № 6. - Красноярск: ИСЕ им. И. Ярыгина КГПУ, 2002. - С. 8-18.

7. Завьялов А.И. Биопедагогика. Теоретико-методологические вопросы понятийного аппарата в сфере физического воспитания и спорта / А.И. Завьялов, Т.В. Завьялова: тез. Всесоюзного симпозиума / под ред. проф. Р.А. Пилояна. - Малаховка: ОГИФК, 1991. - С. 56-57.

8. Завьялов А.И. Гипотеза о механизме наполнения кровью полостей сердца человека. Свидетельство о регистрации научной гипотезы № А-230 от 6 июня 2001 / А.И. Завьялов, Т.В. Завьялова.

9. Завьялов А.И. Гипотеза о механизме наполнения кровью полостей сердца человека. Научные открытия (сборник кратких описаний научных открытий - 2002 г.). - Вып. 1 / А.И. Завьялов, Т.В. Завьялова. - М.,2002. - С. 55-56.

10. Завьялов А.И. Биопедагогика или спортивная тренировка: учеб. пособие / А.И. Завьялов, Д.Г. Миндиашвили. - Красноярск: МП "Полис", 1992. - 64 с.

11. Карпман В.Л. Сердечная деятельность в условиях мышечной работы / В.Л. Карпман // Сердце и спорт. - М., 1968. - С. 40-64.

12. Карпман В.Л. Гемодинамика при различных режимах мощности физической нагрузки / В.Л. Карпман, Б.Г. Любина, Р.А. Меркулова // Кардиология. - 1973. - № 12. - С. 83-87.

13. Карпман В.Л. Динамика кровообращения у спортсменов / В.Л. Карпман, Б.Г. Любина. - М.: Физкультура и спорт, 1982. - 135 с.

14. Кровообращение / Б. Фольков, Э. Нил: пер. с англ. - М.: Медицина, 1976. - 463 с.

15. Физиология человека / под ред. Г.И. Косицкого. - 3-е изд., перераб. и доп. - М.: Медицина, 1985. - 544 с.

16. Физиология человека. В 4 томах. Т. 3: пер. с англ. / под ред. Р. Шмидта и Г. Тевса. - М.: Мир, 1986. - 288 с.