АДАПТИВНЫЕ МОРФО-ФУНКЦИОНАЛЬНЫЕ ПЕРЕСТРОЙКИ В ОРГАНИЗМЕ СПОРТСМЕНОВ

МЕДИКО-
БИОЛОГИЧЕСКИЕ ПРОБЛЕМЫ ФИЗИЧЕСКОЙ КУЛЬТУРЫ И СПОРТА

Abstract

ADAPTIVE MORPHO-FUNCTIONAL RECONSTRUCTIONS IN ATHLETE'S ORGANISM

A.S. Solodkov, Honoured Scientist of Russia, corresponding member of Peter the First academy of sciences and arts, professor

F.V. Sudzilovsky, Honoured Scientist of Russia, corresponding member of Peter the First academy of sciences and arts, professor

Key words: adaptive morpho-functional reconstructions, disadaptation, readaptation, systems of blood, bone and immune system, adaptational reaction, regulatorical mechanism, physiological reserves, functional systems.

The aim of this paper was to analyse the main regularities of the morpho-functional reconstructions in athletes' organism when realizing the training process in elite sports and in the other human activities.

As a result of our investigations of the last years it had become possible to prove that the morpho-functional reconstructions when the prolonged adaptation are without fail accompanied by the next processes:

- the exchange of interrelation in regulatory mechanisms;

- mobilization and utilization of an organism's formation of the special functional system for adaptation to the concrete working (sporting) activities of a person.

As a matter of fact, these three physiological reactions are the main and basic constituent parts of adaptation's process and the biological regularity of such adaptive reconstructions refers to any other man's activities.

АДАПТИВНЫЕ МОРФО-ФУНКЦИОНАЛЬНЫЕ ПЕРЕСТРОЙКИ В ОРГАНИЗМЕ СПОРТСМЕНОВ

Заслуженный деятель науки РФ, член-корреспондент Петровской академии наук и искусств, доктор медицинских наук, профессор А.С.Солодков,

заслуженный деятель науки РСФСР, член-корреспондент Петровской академии наук и искусств, доктор медицинских наук, профессор Ф.В.Судзиловский

Санкт-Петербургская государственная академия физической культуры им. П.Ф.Лесгафта

Ключевые слова: адаптивные морфо-функциональные перестройки, дизадаптация, реадаптация, система крови, костная и иммунная системы, приспособительные реакции, регуляторные механизмы, физиологические резервы, функциональные системы.

Интерес к проблеме адаптации человека к физическим нагрузкам весьма широк и касается людей различных профессий, возраста и пола. В последние годы регулярно появляются работы, посвященные различным направлениям исследований этой проблемы в спорте. И это вполне естественно, так как приспособительные изменения, возникающие в организме спортсменов при систематических тренировках, являются физиологической основой их работоспособности. К сожалению, большинство публикаций касаются описания изменений тех или иных функций или морфологических перестроек в отдельных органах и системах, но при этом не учитываются общефизиологические закономерности и механизмы сложных морфо-функциональных перестроек, происходящих в целостном организме.

С позиций современных концепций физиологической науки адаптация к мышечной деятельности представляет собой системный ответ организма, направленный на достижение высокой тренированности при минимизации биологической цены за это. С указанной позиции адаптацию к физическим нагрузкам следует рассматривать как динамический процесс, в основе которого лежит формирование новой программы реагирования, а сами приспособительные изменения, их динамика и физиологические механизмы определяются состоянием и соотношением внешних и внутренних условий деятельности [2, 5, 13].

О системных механизмах адаптации к физическим нагрузкам можно судить только на основе всестороннего учета совокупности реакций целостного организма, включая показатели функций центральной нервной системы, двигательного и гармонального аппаратов, органов дыхания и кровообращения, системы крови и иммунитета, анализаторов, обмена веществ и др. Поэтому не может быть какой-то одной константы, отражающей адаптивные изменения в организме. Для этой цели может оказаться пригодным лишь комплекс показателей, характеризующих деятельность различных функциональных систем. В частности, физиологами военного труда путем определения надежности и валидности 48 различных клинико-физиологических, биохимических и психофизиологических констант было установлено, что только комплекс из шести показателей (латентный период сложной сенсомоторной реакции с выбором, критическая частота слияния световых мельканий, частота сердечных сокращений, пульсовое артериальное давление, выносливость к статическому мышечному усилию и индекс степ-теста) обладает значимой степенью коррелятивной связи с прямыми критериями профессиональной работоспособности оператора [8]. Вместе с тем совершенно справедливо существующее утверждение о том, что комплекс методик для оценки физической работоспособности и адаптивных перестроек у спортсменов будет несколько иным [14]. К сожалению, до сего времени эта весьма важная и актуальная проблема в спорте еще не решена.

Выполненные в последние годы исследования по раскрытию механизмов адаптации людей с различными условиями деятельности убедительно доказывают, что морфо-функциональные перестройки при долговременной адаптации обязательно сопровождаются следующими процессами: а) изменением взаимоотношений регуляторных механизмов, б) мобилизацией и использованием физиологических резервов организма, в) формированием специальной функциональной системы адаптации к конкретной трудовой (спортивной) деятельности человека [12]. По сути дела эти три физиологические реакции являются главными и основными составляющими процесса адаптации, а общебиологическая закономерность таких адаптационных перестроек относится к любой деятельности человека [10, 11].

При развертывании адаптивных процессов эти три группы физиологических реакций реализуются следующим образом. В достижении устойчивой и совершенной адаптации большую роль играют перестройка регуляторных приспособительных механизмов и мобилизация физиологических резервов, а также последовательность их включения на разных функциональных уровнях. По-видимому, вначале включаются обычные физиологические реакции и лишь затем - реакции напряжения механизмов адаптации, требующие значительных энергетических затрат с использованием резервных возможностей организма, что приводит в конечном итоге к формированию специальной функциональной системы адаптации, обеспечивающей конкретную деятельность человека. Такая функциональная система у спортсменов представляет собой вновь сформированное взаимоотношение нервных центров, гормональных, вегетативных и исполнительных органов, необходимое для решения задач приспособления организма к физическим нагрузкам [13].

Морфо-функциональная основа такой системы, по мнению Ф.З.Меерсона (1981), это образование в организме системного "структурного следа" в ответ на физические нагрузки, что проявляется повышением активности нейронов моторных центров, дыхательных ферментов, гипертрофией сердца, скелетных мышц и надпочечников, увеличением количества митохондрий, усилением функций вегетативных веществ. Формирование функциональной системы адаптации с вовлечением в этот процесс различных морфо-функциональ-ных структур организма составляет принципиальную основу долговременной адаптации к физическим нагрузкам и реализуется повышением эффективности деятельности различных органов и систем и организма в целом. Зная закономерности формирования функциональной системы, можно различными средствами эффективно влиять на отдельные ее звенья, ускоряя приспособления к физическим нагрузкам и повышая тренированность, т.е. управлять адаптационным процессом [11, 13].

Приспособительные изменения в здоровом организме бывают двух видов: происходящие в привычной-зоне колебаний факторов среды, когда функциональная система функционирует в обычном составе; наблюдаемые при действии чрезмерных факторов с включением в систему дополнительных элементов и механизмов, т.е. с формированием специальной функциональной системы адаптации. В литературе и первая и вторая группы приспособительных изменений нередко называются адаптационными. По-видимому, более справедливо и корректно будет называть первую группу изменений обычными физиологическими реакциями, поскольку эти сдвиги не связаны с существенными функциональными перестройками в организме и, как правило, не выходят за пределы физиологической нормы. Вторая группа приспособительных изменений отличается значительным напряжением регуляторных механизмов, использованием физиологических резервов и формированием функциональной системы адаптации, в связи с чем их целесообразно называть адаптационными сдвигами [11].

Адаптивные перестройки - динамический процесс, поэтому в динамике адаптационных изменений у спортсменов целесообразно выделять несколько стадий. Мы предлагаем четыре стадии (физиологического напряжения организма, адаптированности, дизадаптации и реадаптации), каждой из которых присущи свои функционально-структурные изменения и регуляторно-энергетические механизмы. Естественно, основными, имеющими принципиальное значение в спорте, следует считать две первые стадии. Применительно к общей схеме адаптации такие стадии, очевидно, двойственны людям в процессе приспособления к любым условиям деятельности. Это положение было теоретически обосновано, экспериментально доказано и опубликовано еще в 1974 г. [9].

У спортсменов в стадии напряжения организма преобладают процессы возбуждения в коре головного мозга, возрастают функции коры надпочечников, увеличиваются показатели вегетативных систем и уровень обмена веществ; спортивная работоспособность неустойчива. В эндокринном фоне преобладают продукция катехоламинов и глюкокортикоидов, которым принадлежит ведущая роль в адаптивных сдвигах углеводного обмена. Одновременно эти гормоны повышают активность гормоночувствительной липазы жировой ткани.

Возросший жиромобилизующий эффект подготавливает следующую метаболическую фазу приспособительных изменений - фазу усиления липидного обмена, что соответствует преимущественно стадии адаптированности организма. Физиологическую основу этой стадии составляет вновь установившийся уровень функционирования различных органов и систем для поддержания гомеостаза в конкретных условиях деятельности. Определяемые в это время функциональные показатели в состоянии покоя не выходят за рамки физиологических колебаний, а работоспособность спортсменов стабильна и даже повышается. Следовательно, в процессе долговременной адаптации спортсменов к физическим нагрузкам гормоны играют ведущую роль в механизмах переключения энергетического обмена с углеводного типа на жировой. При этом, если катехола-мины подготавливают такое переключение, то глюкокортикоиды его реализуют.

При длительном воздействии на организм интенсивных и больших по объему тренировочных и соревновательных нагрузок может происходить нарушение нейроэндокринной регуляции, уменьшение содержания катехоламинов и глюкокортикоидов и снижение уровня энергетического обмена, в результате чего в организме спортсменов могут возникать различные расстройства, характеризующие наступление третьего периода адаптационных изменений - стадии дизадаптации. В это время наблюдаются неблагоприятно направленные изменения функций организма, существенное снижение общей и специальной работоспособности спортсмена и его адаптивных возможностей.

После длительного перерыва в систематических тренировках или их прекращения совсем возникает стадия реадаптации, которая характеризуется приобретением других свойств и качеств организма. Физиологический смысл этой стадии - снижение уровня тренированности и возвращение некоторых показателей функций организма к исходным значениям. Можно полагать, что спортсменам, систематически тренировавшимся многие годы и оставляющим большой спорт, требуются специальные, научно обоснованные оздоровительные мероприятия для возвращения организма к нормальной жизнедеятельности.

Следует иметь в виду, что возникшие в процессе длительных и интенсивных физических нагрузок структурные изменения в миокарде, костях и скелетных мышцах, нарушенный уровень обмена веществ, гормональные и ферментативные перестройки, своеобразно закрепленные механизмы регуляции к исходным значениям, как правило, не возвращаются. За систематические чрезмерные физические нагрузки, а затем за их прекращение организм спортсменов платит определенную биологическую цену, что может проявляться развитием кардиосклероза, ожирением, снижением резистентности клеток и тканей к различным неблагоприятным воздействиям и повышением уровня общей заболеваемости [12, 13].

Процесс адаптации связан с неодинаковой биологической значимостью различных функциональных систем организма. При экстремальных воздействиях на человека они изменяются различным образом в зависимости от того, какую роль играет каждая из них в общей приспособительной реакции. Адаптация основана на согласованных реакциях отдельных органов и систем, которые изменяются хотя и неодинаково, но в целом обеспечивают оптимальное функционирование целостного организма. Этим, например, обусловлено торможение деятельности органов пищеварения и выделения у спортсменов при интенсивной физической работе, в результате чего сохраняются резервные возможности организма для усиления функций дыхания и кровообращения, непосредственно обеспечивающих организм кислородом [12].

Весьма интересной, как показали наши исследования, оказалась зависимость адаптационной способности организма от величин исходных показателей его функций и их колебаний в процессе трудовой деятельности. Так, у людей, которые быстрее и лучше адаптировались к неблагоприятным условиям труда, отмечалось, как правило, относительно низкое исходное содержание эритроцитов в периферической крови (4, 0 -4,5 * 10 * 12/л), а их колебания в период работы были недостоверными. У других лиц, адаптационный процесс которых протекал медленнее и был неустойчивым, исходное количество эритроцитов чаще составляло 4,5 - 5,0 * 10 * 12/л и более, а во время продолжительной деятельности их число снижалось на 1,0 - 1.5 * 10 * 12/л. Наряду с этим у первой группы обследованных показатели вегетативных функций (частота пульса, уровень артериального давления, величины ударного, минутного объемов крови и скорости кровотока) колебались в пределах ± 10-20% от исходных, а у лиц второй группы они выходили за упомянутые границы [13]. Полученные материалы говорят о том, что относительно стабильный исходный уровень показателей функций организма и несущественные их колебания в процессе адаптации свидетельствуют о более высокой функциональной стойкости различных органов и систем. Эти данные могут и должны использоваться в плане профессионального отбора спортсменов, прогнозирования их работоспособности и состояния здоровья.

Исследованиями морфологов показана высокая степень пластичности костной системы спортсменов при воздействии на организм повышенных и систематически применяемых физических нагрузок. Установлены факты адаптационных изменений в костях, направленных прежде всего на повышение их прочностных свойств, наиболее важными из которых являются следующие: повышение темпов остеонизации и уровня минерализации; изменение размеров, внешней формы и внутренней структуры компактного и губчатого вещества; образование дополнительных сесамовидных костей; изменение гемоархитектоники, а у юных спортсменов и ускорение сроков синостозирования и созревания костей [3, 4, 7, 15]. Полученные остеорентгенологические данные позволяют заключить, что систематически применяемые индивидуально подобранные оптимальные физические нагрузки в процессе тренировочного цикла повышают состояние адаптированности костной системы спортсменов.

Знание морфологических критериев адаптации костной системы позволяет тренеру и спортивному врачу целенаправленно использовать комплекс подготовительных упражнений и средств общего физического развития для формирования у спортсменов более высокой степени тренированности костной системы. Эти данные также дают возможность научно обосновать особенности врачебного контроля за состоянием костной системы и своевременно реагировать на появление признаков ее перетренированности, предотвращая как понижение уровня спортивного мастерства, так и случаи спортивного травматизма, а у юных спортсменов кроме того контролировать сроки созревания костей и характер развития скелета.

Хорошо известно, что иммунная система обеспечивает гомеостатическое состояние внутренней среды организма и играет существенную роль в ходе его адаптации к различным возмущающим воздействиям, в том числе и к значительным физическим нагрузкам. В экспериментальных исследованиях было установлено, что при повышенных и длительных физических нагрузках в органах иммунной системы нетренированных подопытных животных наблюдаются ускорение возрастной инволюции тимуса, уменьшение размеров его долек и разрастание соединительной ткани, редукция лимфоидных узелков и уменьшение площади коркового вещества в лимфатических узлах. В селезенке происходит уменьшение площади белой пульпы, плотности популяций лимфоидных образований и числа митотически делящихся клеток. Подобные физические нагрузки оказались для экспериментальных животных чрезмерными, неадекватными резервным возможностям их организма и приводили к срыву адаптации. Вместе с тем использование систематических, постепенно возрастающих во времени дозированных физических нагрузок, применяемых в интервальном режиме, способствовало активизации иммунной системы организма животных. Морфологически это выражалось в замедлении возрастной инволюции тимуса, в расширении коркового вещества лимфатических узлов и появлении в нем большого числа лимфоидных узелков, в увеличении плотности популяции клеток лимфоидного ряда и количества митотически делящихся клеток [1, 16, 17].

Выполненные исследования позволяют сделать заключение о том, что только применение постепенно возрастающих во времени и в интервальном режиме интенсивных физических нагрузок обеспечивает повышение резервных возможностей органов иммунной системы. Это проявляется как на клеточном (увеличение числа митохондрий) и тканевом уровнях (гиперполяризация лимфоцитов, увеличение числа бластов и митотически делящихся клеток), так и на органном уровне (расширение коркового вещества в вилочковой железе и лимфатических узлах, увеличение числа лимфоидных узелков).

В последние годы обращено внимание на то обстоятельство, что физиологические механизмы адаптации к действию на человека различных экстремальных факторов являются сходными. При этом ведущее место среди них занимают неспецифические реакции, в результате которых поддержание гомеостаза и выработка повышенной сопротивляемости к какому-либо одному фактору внешней среды влекут за собой и одовременное возрастание устойчивости организма к некоторым другим неблагоприятным воздействиям. Другими словами, при адаптации в организме происходят в значительной мере тождественные функциональные сдвиги. Установлено, например, что физиологические изменения оказываются весьма сходными при гипоксической тренировке, физических нагрузках, закаливании и в других случаях. При всех этих воздействиях в организме возникают приспособительные реакции, направленные в первую очередь на повышение его неспецифической резистентности [9, 10].

Из этого теоретического положения следует практически важный вывод о том, что в ускорении адаптации спортсменов к физическим нагрузкам, достижении высшего спортивного мастерства и предупреждении у них дизадаптационных расстройств ведущее место принадлежит методам и средствам повышения общей неспецифической реактивности организма. К числу таких мероприятий прежде всего относятся рациональный режим тренировок и отдыха, сбалансированное питание, центральная анальгезия, гипербарическая оксиге-нация, закаливание, гипоксическая тренировка, ультрафиолетовое облучение, биологические стимуляторы, не относящиеся к допингам, и другие. В настоящее время уже доказана высокая эффективность ряда мероприятий, и они должны более широко внедряться в практику спорта.

Учение об адаптации человека к физическим нагрузкам составляет одну из важнейших методических основ теории и практики спорта. Именно в них ключ к решению конкретных медико-биологических и педагогических задач, связанных с сохранением здоровья и повышением работоспособности в процессе систематических физических нагрузок. Рассматривая адаптацию как физиологическую основу тренированности, необходимо подчеркнуть ряд практически важных положений, имеющих существенное значение для физиологии спорта: установление количественных критериев функций организма для различных стадий адаптации, определение показателей функционального состояния организма в процессе адаптации в сочетании с показателями психической деятельности, иммунологической резистентности и физической работоспособности спортсменов, выявление значимости афферентных систем в выработке новых приспособительных двигательных навыков, принятие во внимание универсальности адаптационных влияний нервной системы в процессе приспособления к физическим нагрузкам. Решение этих задач, которые уже сейчас являются весьма актуальной практической проблемой, во многом будет способствовать сохранению здоровья и поддержанию высокой работоспособности спортсменов в различных условиях их деятельности.

Литература

1. Вихрук Т.И. "Морфология", 1996, № 1.

2. Киселев Л.В. Системный подход к оценке адаптации в спорте. Красноярск, 1986.

3. Корнев М.А. "Арх. анат., гистол. и эмбриол.", 1980, т.78, вып.2

4. Кураченков А.И. Изменение костно-суставного аппарата у юных спортсменов. - М.: ФиС, 1958,

5. Медведев В.И. Устойчивость физиологических и психофизиологических функций человека при действии экстремальных факторов. - Л.: Наука, 1982.

6. Меерсон Ф.З. Адаптация, стресс и профилактика. - М.: Наука, 1981.

7. Никитюк Б.А. Сб. науч. тр. "Аспекты адаптации". Горький, 1985.

8. Сапов И.А., Солодков А.С., Щеголев B.C., Кулешов В.И. "Косм. биол. и авиакосм, мед.", 1976, № 2.

9. Солодков А.С. "Воен. мед. журн.", 1974, № 4.

10. Солодков А.С. Физиологические аспекты адаптации моряков. - Л.: ВМА, 1981.

11. Солодков А.С. "Физиология человека", 1982, т.8, № 3.