Коллектив авторов - Руководство по спортивной медицине

Двигательная деятельность человека весьма сложна и сочетает в себе безусловные и условные рефлексы, возникновение и протекание которых определяются неразрывной связью первой и второй сигнальных систем. Это обусловливает принципиальное значение кортикального уровня в формировании реакции на физическую нагрузку, так как именно в коре головного мозга сосредоточены структуры, определяющие рефлекторный процесс. Здесь формируются временные связи между внешними и внутренними сигналами, исполнительным мышечным аппаратом, осуществляющим двигательную реакцию, а также обеспечивающими ее системами (сердечно-сосудистой, дыхательной и др.). Именно благодаря этим связям, запечатленным в памяти мозга, в ответ на мышечную нагрузку реализуется не только сама двигательная реакция, но и мобилизация всей функциональной системы, ответственной за адаптацию к этой нагрузке, т. е. возникает целостная реакция организма.

Исходя из учений А. А. Ухтомского о доминанте и И. П. Павлова об условном рефлексе, процесс формирования реакции на физическую нагрузку у человека можно представить следующим образом.

Сначала поступает сигнал, побуждающий к мышечной деятельности. Сигналы могут быть простыми и сложными, и, в зависимости от этого, воспринимаются одним или несколькими видами рецепторов. Афферентные импульсы от рецепторов поступают в кору головного мозга, где возникают положительные (возбуждающие) и отрицательные (тормозные) процессы, которые формируют функциональную систему, объединяющую определенные структуры головного мозга. Эта система избирательно мобилизует соответствующие мышцы или группы мышц и запускает тем самым необходимую мышечную деятельность. Процесс осуществляется на основе рефлекторного принципа координации при участии структур всех моторных уровней мозга: коркового (моторной коры), подкоркового (стриопаллидарной системы), стволового (двигательные центры продолговатого и среднего мозга) и сегментарного, объединяющего двигательные центры спинного мозга; конечный «выход» системы образуют мотонейроны. Одновременно с включением двигательной реакции управляющая система на основе рефлекторного принципа координации воздействует на центры дыхания, кровообращения и других вегетативных функций. В соответствии с двигательной реакцией возрастает легочная вентиляция, нагнетающая функция сердца, перераспределяется регионарный кровоток, угнетается функция органов пищеварения, почек и т. д.

Таким образом, в ответ на сигнал о физической нагрузке формируется центральная управляющая система, обеспечивающая возможность быстро реагировать на эту нагрузку мышечной активностью и мобилизацией вегетативных органов. Однако в организме, не адаптированном к нагрузке, реакция будет отличаться несовершенством. В зависимости от вида требуемой мышечной работы двигательный ответ нетренированного организма может быть недостаточно мощным по силе, менее продолжительным, чем требуется, недостаточно точным по координации движения и ритму исполнения и т. д.

В значительной мере это определяется ограниченными функциональными возможностями в нетренированном организме. Однако наиболее важная причина несовершенства реакции состоит в том, что несовершенной является в таком организме центральная управляющая система. При поступлении сигнала, побуждающего к выполнению мышечной работы, формирующаяся в ответ управляющая система вызывает двигательный ответ и вегетативное его обеспечение, оперируя имеющимся к этому моменту фондом безусловных рефлексов и временных связей. Если организм адаптирован к данному виду мышечной работы, то она будет обеспечена этим готовым фондом и адекватна заданию. Если организм не адаптирован, то имеющегося фонда будет недостаточно, и это будет лимитировать совершенство управления – работа будет выполнена неточно. Управляющая система может обеспечить организацию мышечного ответа, полностью адекватную задаче, только после того, как она будет скорректирована на основе сенсорных поправок, осуществляющихся посредством обратной связи, несущей информацию о протекании мышечной работы и ее соответствии заданию. Необходимо, чтобы указанный фонд обогатился соответствующими новой задаче межцентральными связями, т. е. чтобы лимитирующее звено «расширилось». Это совершенствование управления достигается в процессе многократного повторения сигнала и ответной мышечной работы, – впроцессе тренировки. В результате управляющая система закрепляется в виде динамического стереотипа – организм приобретает новый двигательный навык. При произвольном упражнении, выполняемом впервые, эфферентная побуждающая импульсация посылается управляющей системой не только мышцам, отвечающим за выполнение упражнения, но также мышцам-антагонистам. Это препятствует в случае силового упражнения развитию требуемой силы, а в случае динамического упражнения – выполнению его достаточно координированно и точно. В процессе тренировки происходит постепенное избирательное торможение центров «лишних» мышц, и в результате в ответ на побуждающий сигнал мобилизуются только мышцы, отвечающие за данное упражнение – оно реализуется более полно и точно. Несовершенство управления мышечной реакцией сочетается в нетренированном организме с несовершенством управления работой органов, обеспечивающих эту реакцию. При начальном выполнении непривычной мышечной работы наблюдается разнобой в регуляции дыхания и движений скелетных мышц; ритмичность и скоординированность вырабатывается лишь в результате тренировки.

В основе адаптационного усовершенствования управляющей системы, формирования динамического двигательного стереотипа и новых мышечных навыков лежит механизм временных связей. Становление стереотипа и двигательных навыков проходит через несколько стадий, отражающих основные этапы формирования условного рефлекса. Выделяется три стадии формирования двигательного навыка: первая характеризуется иррадиацией нервных процессов с генерализацией ответных реакций и вовлечением в работу «излишних» мышц, вторая – концентрацией возбуждения, улучшением координации и большей стереотипностью движений, и третья отличается стабилизацией, высокой степенью координации и автоматизации движений.

В процессе адаптации к физическим нагрузкам формирование коркового динамического стереотипа не ограничивается двигательной областью коры, оно включает в себя также представительство вегетативных функций, т. е. образуется уравновешенная система целостного регулирования, обеспечивающая адекватное выполнение мышечной работы. В процессе адаптации, наряду с формированием двигательных навыков, формируются условнорефлекторные навыки сердечно-сосудистой, дыхательной системы и т. д. Существенную роль в этом играют развивающиеся в процессе адаптации изменения потребностей организма, прежде всего работающих мышц, в кислороде, субстратах и т. д., которые определяются сдвигами метаболизма в тканях.