Нагрузка и отдых как взаимосвязанные компоненты

ВЫПОЛНЕНИЯ ФИЗИЧЕСКИХ УПРАЖНЕНИЙ

ПЛАН:

1. Понятие о физической нагрузке

2. Понятие об отдыхе между физическими нагрузками

3. Энергообеспечение организма человека при мышечной работе

3.1. Механизмы энергообеспечения организма человека при мышечной работе

3.2. Энергообеспечение сердца при мышечной работе

4. Определение оптимальной физической нагрузки

 

1. Понятие о физической нагрузке

Понятие «физическая нагрузка» отображает очевидный факт, что выполнение любого упражнения связано с переходом энергообеспечения жизнедеятельности организма человека на более высокий, чем в состоянии покоя, уровень.

Пример:

Если взять величину энергообеспечения в положении лёжа за «1», то уже медленная ходьба со скоростью 3 км/ч вызовет увеличение обмена веществ в 3 раза, а бег с околопредельной скоростью и подобные ему упражнения – в 10 и более раз.

Таким образом, выполнение физических упражнений требует более высоких, относительно состояния покоя, энергозатрат. Та разность, которая возникает в энергозатратах между состоянием двигательной активности (пр., ходьба, бег) и состоянием покоя, характеризует физическую нагрузку.

Более доступно, но менее точно можно судить о величине физической нагрузки по показателям частоты сердечных сокращений (ЧСС), частоты и глубины дыхания, минутного и ударного объёмов сердца, кровяного давления и т.п.

Таким образом:

ФИЗИЧЕСКАЯ НАГРУЗКА – это двигательная активность человека, которая сопровождается повышенным, относительно состояния покоя, уровнем функционирования организма.

Различают внешнюю и внутреннюю стороны нагрузки:

· К внешней стороне нагрузки относятся интенсивность, с которой выполняется физическое упражнение, её объём.

Интенсивность физической нагрузки характеризует силу воздействия конкретного упражнения на организм человека. Одним из показателей интенсивности нагрузки является плотность воздействия серии упражнений. Так, чем за меньшее время будет выполнена определённая серия упражнений, тем выше по плотности воздействия будет нагрузка.

Пример:

При выполнении одних и тех же упражнений в разных занятиях за разное время общая величина нагрузки по плотности будет разной.

Обобщённым показателем интенсивности физической нагрузки являются энергетические затраты на её выполнение за единицу времени (измеряются в калориях в минуту).

Пример:

А) при ходьбе без отягощения со скоростью 2 км/ч сжигается 1,2 ккал/мин, со скоростью 7 км/ч – уже 5,4 ккал/мин;

Б) при беге со скоростью 9 км/ч сжигается 8,1 ккал/мин, со скоростью 16 км/ч – уже 14,3 ккал/мин;

В) в процессе плавания сжигается 11 ккал/мин.

Объём нагрузки определяется показателями продолжительности отдельного физического упражнения, серии упражнений, а также общего количества упражнений в определённой части занятия, в целом занятии или в серии занятий.

Объём нагрузки в циклических упражнениях определяется в единицах длины и времени: например, кросс на дистанцию 10 км или плавание продолжительностью 30 мин.

В силовой тренировке объём нагрузки определяется количеством повторений и общей массой поднятых отягощений.

В прыжках, метаниях – количеством повторений.

В спортивных играх, единоборствах – суммарным временем двигательной активности.

· Внутренняя сторона нагрузки определяется теми функциональными изменениями, которые происходят в организме вследствие влияния внешних сторон нагрузки (интенсивности, объёма и т.п.).

Одинаковая нагрузка на организм разных людей оказывает разное воздействие. Более того, даже один и тот же человек в зависимости от уровня тренированности, эмоционального состояния, условий окружающей среды (пр., температура, влажность и давление воздуха, ветер) будет по-разному реагировать на одни и те же внешние параметры нагрузки. В повседневной практике величину внутренней нагрузки можно оценивать по показателям усталости, а также по характеру и продолжительности восстановления в интервалах отдыха между упражнениями. Для этого используют следующие показатели:

- показатели ЧСС во время упражнений и в интервалах отдыха;

- интенсивность потовыделения;

- цвет кожи;

- качество выполнения движений;

- способность к сосредоточению;

- общее самочувствие человека;

- психоэмоциональное состояние человека;

- готовность продолжать занятие.

В зависимости от степени проявления этих показателей различают умеренные, большие и максимальные нагрузки.

 

2. Понятие об отдыхе между физическими нагрузками

В результате физической нагрузки человек начинает чувствовать усталость. Это физиологическое состояние называется утомлением. Оно представляет собой защитную реакцию организма, которая подаёт сигнал о возникающих при выполнении работы значительных функциональных и биохимических изменениях. Эти изменения обратимы и компенсируются в послерабочем восстановительном периоде.

После выполнения физической нагрузки в организме начинаются реакции восстановления. При этом следует уточнить, что в интервале отдыха происходит, скорее, не восстановление функций к исходному уровню, а их переход к новому состоянию. Восстановление израсходованных во время работы ресурсов происходит не до исходного уровня, а с некоторым излишком. Это называется суперкомпенсацией. Именно вследствие суперкомпенсации израсходованных ресурсов возрастает тренированность (схема 2).

 

Таким образом:

ОТДЫХ – это процесс восстановления организма после нагрузки.

Продолжительность восстановления во многом зависит от величины и характера физической нагрузки, а также от тренированности человека.

Пример:

А) после статических усилий, в которых принимает участие небольшая группа мышц, продолжительность восстановления составляет несколько минут;

Б) после выполнения циклической работы высокой интенсивности в течение 8-10 мин. восстановление затягивается до 20 мин. и больше;

В) после марафонского бега восстановление затягивается до нескольких суток.

Интервал отдыха между отдельными физическими нагрузками или их сериями является составной частью методов упражнения. Интервалы отдыха разной продолжительности стимулируют развитие разных физических способностей.

Пример:

В эксперименте с пловцами было установлено, что проплывание одних и тех же тренировочных отрезков (50, 100, 200 м) с разными интервалами отдыха даёт разный тренировочный эффект. Спортсмены, которые применяли интервалы отдыха 10 с. после 50 м, 30 с. после 100 м, 60 с. после 200 м, имели наибольший прирост результатов на дистанции 400 м. Те, кто применяли более длинные интервалы отдыха – 1, 2, 4 мин. соответственно, имели больший прирост результатов в плавании на 100 м. Таким образом, у первых больше развивалась выносливость, у вторых – скоростные способности.

В соответствии с динамикой восстановления после тренировочной нагрузки различают четыре разновидности интервалов отдыха по продолжительности:

· жёсткий интервал отдыха – следующее упражнение выполняется в фазе недовосстановления оперативной работоспособности.

При таком интервале отдыха после упражнения ЧСС от 180-200 уд/мин снижается до 140-120 уд/мин у хорошо тренированных людей за 45-90 с, у нетренированных – за 60-120 с. Применяется, в основном, для развития выносливости.

· относительно полный интервал отдыха – оперативная работоспособность возвращается к исходному уровню

Продолжительность этого интервала отдыха составляет у хорошо тренированных людей 1-2 минуты, у нетренированных – 1,5-3 минуты. Применяется, в основном, для развития скоростной и силовой выносливости.

 

Условные обозначения:

1111 - нагрузка,

------- - оперативная работоспособность,

— - суммарный эффект;

а – повторное выполнение упражнения в фазе недовосстановления оперативной работоспособности,

б – повторное выполнение упражнения в фазе относительно полного восстановления оперативной работоспособности,

в – повторное выполнение упражнения в фазе суперкомпенсации оперативной работоспособности,

г – повторное выполнение упражнения в фазе полного восстановления оперативной работоспособности

 

Рис. 1. Динамика оперативной работоспособности в зависимости от продолжитель­ности отдыха (по Т.Ю. Круцевич, 2003)

 

· экстремальный интервал отдыха – оперативная работоспособность выше исходной;

Продолжительность этого интервала отдыха составляет у хорошо тренированных людей от 2-3 до 4-5 минут, у нетренированных – 6-8 минут. Применяется, в основном, для развития координации, силовых и скоростно-силовых качеств.

· полный интервал отдыха – оперативная работоспособность волнообразно возвращается к исходной.

Продолжительность этого интервала отдыха составляет у хорошо тренированных людей 6-8 минут, у нетренированных – до 20 минут. Применяется между сериями упражнений для восстановления энергоресурсов наиболее утомлённых мышечных групп или функциональных систем.

Отдых как составной элемент методов упражнения может носить разный характер:

- пассивный отдых – относительный покой, отсутствие двигательной активности в паузах отдыха между упражнениями;

- активный отдых – выполнение в паузах между тренировочными упражнениями тех же или других упражнений со сниженной интенсивностью;

- комбинированный отдых – объединение в одной паузе отдыха активной и пассивной его организации.

Таким образом, для эффективной организации тренировочного процесса необходимо рациональное объединение характера и величины нагрузки, продолжительности и характера отдыха.

В целом же, можно заключить, что оздоровительная роль физической культуры заключается в числе прочего в обеспечении оптимальной физической нагрузки, стимулирующей восстановительное действие утомления. Если организм лишается утомления, то замедляются восстановительные процессы, снижается тонус нервной системы, уменьшается тренированность.

3. Энергообеспечение организма человека при мышечной работе

(по Е.С. Григоровичу, В.А. Переверзевой, 2008)

3.1. Механизмы энергообеспечения организма человека при мышечной работе

Любая мышечная деятельность сопряжена с использованием энергии, непосредственным источником которой является АТФ (аденозинтрифосфорная кислота). АТФ называют универсальным источником энергии. Все остальные энергопроцессы направлены на воспроизводство и поддержание её уровня.

АТФ во время мышечной работы восстанавливается с такой же скоростью, как и расщепляется. Восстановление АТФ может осуществляться двумя путями – анаэробным (в ходе реакции без кислорода) и аэробным (с различным уровнем потребления кислорода) с участием специального энергетического вещества креатинфосфата. Готового для ресинтеза АТФ креатинфосфата хватает только на 10-15 секунд мощной работы. В таких условиях ресинтез АТФ идёт при остром дефиците кислорода (например, вот почему невозможно в спринтерском темпе пробежать 800 м). Мышечная работа очень высокой интенсивности осуществляется в анаэробном режиме, когда ресинтез АТФ совершается при остром дефиците кислорода. В этом случае организм добывает для работы АТФ, используя процесс гликолиза – превращения углеводородов, в результате которого вновь происходит ресинтез АТФ, и образуются конечные кислые продукты – молочная (лактат) и пировиноградная кислоты.

Гликолиз обеспечивает работоспособность организма в течение 2-4 минут, т.е. креатинфофатный механизм и гликолиз дают энергии совсем немного.

При высокой функциональной напряжённости в мышцах уменьшается содержание энергонасыщенных углеводов (гликогена и фосфорных – креатинфосфата), в крови снижается уровень глюкозы, в печени – гликогена. Если нагрузка продолжительная, то источник энергии восполняется за счёт повышения интенсивности освобождения жирных кислот из жировой ткани и их окисления в мышцах.

Аэробный механизм (когда запросы организма в кислороде полностью удовлетворяются) окисления питательных веществ с образованием креатинфосфата и ресинтеза АТФ является наиболее эффективным и может обеспечивать работоспособность человека в течение нескольких часов. В этих условиях организм добывает энергии АТФ во много раз больше, чем при гликолизе.

Следует отметить, что в клетках все превращения углеводов, жиров, органических кислот и, в последнюю очередь, белков на пути к ресинтезу АТФ проходят в митохондриях. В обычных условиях работает часть митохондрий, но по мере увеличения потребности мышц в энергии в процессе ресинтеза макроэнергетических соединений включается всё больше «подстанций».

Способность человека к ресинтезу АТФ, мощность и ёмкость каждого уровня индивидуальны, но диапазон всех уровней может быть расширен за счёт тренировки. Если запросы возрастают, в клетках увеличивается количество митохондрий, а при ещё большей потребности – убыстряется темп их обновления. Такой процесс повышает возможность использования кислорода в окислительных процессах и окисления жиров в большом количестве.

Важную роль в поддержании уровня кислорода в мышечных волокнах (особенно в красных – медленных) играет белок миоглобин, который содержит железо и по строению и функциям близок к гемоглобину.

Пример:

У тюленей массой 70 кг с миоглобином связано 2530 мл кислорода, что позволяет ему находиться под водой до 14 минут. У человека с той же массой с миоглобином связано 335 мл кислорода.

При выполнении физической нагрузки организму необходимо обеспечить работающие мышцы достаточным количеством кислорода для поддержания высокого уровня окислительных процессов, поставляющих энергию. Другими словами, нужно перестроить работу кардиореспираторной системы на режим увеличения вентиляции лёгких и возрастания объёмной скорости кровотока, прежде всего, в работающих органах (скелетных мышцах, сердце и др.) для оптимального удовлетворения их энергетических потребностей. Так, у тренированных лиц приспособление сердца к нагрузке происходит в большей степени за счёт повышения ударного объёма и в меньшей – за счёт увеличения частоты сердечных сокращений (ЧСС).

 

3.2. Энергообеспечение сердца при мышечной работе

Для нормально функционирующего сердца необходимы непрерывный приток кислорода и питательных веществ, а также выведение продуктов распада. Энергообеспечение клеток сердца осуществляется за счёт аэробного окисления различных веществ, поступающих из крови. В отличие от скелетных мышц сердце является «всеядным» органом и использует для выработки энергии многие продукты обмена веществ: глюкозу, свободные жирные кислоты, аминокислоты, перуват, молочную кислоту (лактат), кетоновые тела.

Во время физической работы обменные процессы в миокарде увеличиваются в 4-5 раз, а у спортсменов высокого класса – семикратно.

Пример:

В условиях покоя для энергообразования сердцу требуется: глюкозы – 31%, лактата – 28%, свободных жирных кислот – 34%, кетоновых тел и аминокислот – 7%. При физической нагрузке потребление сердцем лактата возрастает до 60%, а потребление глюкозы снижается до 15%, что обеспечивает стабильность работы сердечной мышцы даже в условиях гипоксии и гипогликемии.

Активно гнать кровь по сосудам сердцу помогают усиленно функционирующие скелетные мышцы. Установлено, что мышцы, которые слабо или редко сокращаются, становятся только потребителями крови («иждивенцами»), а сердце, не получая от них должной помощи, излишне напрягается и преждевременно изнашивается.

Для движения крови по артериальным сосудам достаточно давления в 120 мм.рт.ст., под каким она выталкивается из левого желудочка в аорту. Но по мере прохождения крови по многочисленным артериальным путям её давление постепенно падает и в капиллярах снижается до 10-15 мм.рт.ст., а для того, чтобы поднять кровь по венам, например, нижних конечностей обратно к сердцу, необходимо давление в 60-100 мм.рт.ст. (в зависимости от роста человека). В организме человека насчитывается более 600 периферических «сердец». Мышцы помогают сердцу и обеспечивают движение крови по венозному руслу, без чего невозможна её циркуляция по замкнутой системе кровообращения. Скелетные мышцы действуют подобно нагнетающе-присасывающему насосу. Таким образом, губительное влияние гипокинезии (недостатка движения) на сердечно-сосудистую систему кроется в том, что двигательный покой снижает насосную деятельность скелетных мышц. Лишь в условиях двигательной активности совершенствуются и эффективно работают периферические «сердца» – скелетные мышцы.

Одним из важнейших внесердечных механизмов кровообращения является диафрагма – мышца, отделяющая грудную полость от брюшной. При вдохе диафрагма опускается, объём грудной полости увеличивается и давление в ней падает, а в брюшной полости повышается. В результате кровь из вен брюшной полости поступает в вены грудной полости. А во время выдоха диафрагма поднимается, и тогда увеличивается объём брюшной полости, давление в ней падает, и кровь из вен нижних конечностей поднимается в вены брюшной полости, чтобы при вдохе устремиться в венозные сосуды грудной полости и достичь правого предсердия.

Показателями производительности сердца являются частота сердечных сокращений (ЧСС) и их сила. Они отражают не только интенсивность работы сердечно-сосудистой системы (ССС), но и напряжение всех систем организма, в том числе и интенсивность энергообмена. Так, зная ЧСС и время, затраченное на выполнение упражнений, можно подсчитать энергозатраты (таблица 1).

Таблица 1

Расход энергии и потребление кислорода в зависимости от ЧСС

(по Орешкину, 1990)

 

ЧСС, мин	Расход энергии, ккал		Потребление кислорода, мл/кг/мин	ЧСС, мин	Расход энергии, ккал		Потребление кислорода, мл/кг/мин
	за 1 мин	за 20 мин			за 1 мин	за 20 мин
70	1,2	24	3,5	130	8,8	176	24,5
75	1,7	34	4,2	135	9,4	188	26,2
80	2,0	40	6,0	140	10,0	200	28,0
85	2,4	48	7,2	145	10,7	214	28,8
90	2,8	56	8,3	150	11,3	226	31,5
95	3,2	64	9,5	155	11,9	238	33,3
100	3,5	70	10,5	160	12,5	250	35,0
105	4,5	90	13,3	165	13,1	262	36,8
110	5,5	110	16,3	170	13,8	275	38,5
115	6,5	130	18,5	175	14,4	288	40,3
120	7,5	150	21,0	180	15,0	300	42,0
125	8,2	164	22,8	более 180	более 15	более 300

 

В зависимости от уровня тренированности организма выделяют следующие зоны интенсивности нагрузки:

- увеличение ЧСС на 20% – тонизирующая;

- увеличение ЧСС на 40% – поддерживающая;

- увеличение ЧСС на 60% – развивающая;

- увеличение ЧСС на 80% – тренирующая;

- увеличение ЧСС на 100% – ударная.

4. Определение оптимальной физической нагрузки

При выполнении физических упражнений происходит определенная нагрузка на организм человека, которая вызывает активную реакцию со стороны функциональных систем. Для определения степени напряженности функциональных систем при нагрузке используются показатели интенсивности. Наиболее информативным показателем реакции организма на заданную работу является частота сердечных сокращений (ЧСС).

Физиологи определили четыре зоны интенсивности нагрузок по ЧСС:

· Нулевая зона интенсивности (компенсаторная) – ЧСС до 130 уд/мин.

При такой интенсивности нагрузки эффективного воздействия на организм не происходит, поэтому тренировочный эффект может быть только у слабо подготовленных занимающихся. Однако в этой зоне интенсивности создаются предпосылки для дальнейшего развития тренированности: расширяется сеть кровеносных сосудов в скелетных и сердечной мышцах, активизируется деятельность других функциональных систем (дыхательной, нервной и т.д.).

· Первая тренировочная зона (аэробная) – ЧСС от 131 до 150 уд/мин.

Данный рубеж назван порогом готовности. Работа в этой зоне интенсивности обеспечивается аэробными механизмами энергообеспече­ния, когда энергия в организме вырабатывается при достаточном поступлении кислорода.

· Вторая тренировочная зона (смешанная) – ЧСС от 151 до 180 уд/мин.

В этой зоне к аэробным механизмам энергообеспечения подк­лючаются анаэробные, когда энергия образуется при распаде энергетических веществ у в условиях недостатка кислорода.

Общепринято, что 150 уд/мин – это порог анаэробного обмена (ПАНО). Однако у слабо подготовленных занимающихся ПАНО может нас­тупить при ЧСС 130-140 уд/мин, что свидетельствует о низком уровне тренированности, тогда как у хорошо подготовленных спортсменов ПАНО может сдвинуться к границе – 160-165 уд/мин, что характери­зует высокую степень тренированности.

· Третья тренировочная зона (анаэробная) – ЧСС от 181 уд/мин и более.

В этой зоне совершенствуются анаэробные механизмы энергообеспечения на фоне значительного кислородного долга. В данной зоне ЧСС перестает быть информативным показателем дозирования нагрузки, т.к. приобретают значения показатели биохимических реакций крови и ее состава, в частности, количества молочной кислоты.

Нагрузки второй и третьей тренировочной зоны можно рекомендовать только физически подготовленным людям, не имеющим отклонений в состоянии здоровья.

Исследованиями установлено, что для разного возраста тренировочный эффект дает нагрузка разной интенсивности. При этом:

Нижний предел интенсивности:

- для лиц до 20 лет = 134 уд/мин.;

- для лиц до 30 лет = 129 уд/мин.;

- для лиц до 40 лет = 124 уд/мин.;

- для лиц до 50 лет = 118 уд/мин.;

- для лиц до 60 лет = 113 уд/мин.

Максимальная величина ЧСС определяется по формуле:

ЧСС (макс.) = 220 – возраст (в годах).

Так, для 19-летних занимающихся порог оптимальной интенсивности будет составлять: от 134 уд/мин. до 220 – 19 = 201 уд/мин.; для 29-летних: от 129 уд/мин. до 191 уд/мин.; для 52-летних: от 113 до 168 уд/мин. и т.д.

Основными факторами дозировки нагрузки являются:

- количество повторений;

- темп выполнения;

- мощность;

- амплитуда движений;

- количество вовлечённых в работу мышечных групп;

- исходное положение;

- степень сложности;

- напряжение;

- отдых.

Довольно точно отражает влияние нагрузки самочувствие. В частности, чрезмерная нагрузка накапливает утомление, в результате чего появляется бессонница (или сонливость), головная боль, потеря аппетита, раздражительность, боль в области сердца, одышка, тошнота.

ЛЕКЦИЯ 5