Адаптация к физическим нагрузкам

⇐ ПредыдущаяСтр 18 из 20Следующая ⇒

Костная система. Функциональные особенности роста кости. Основное положение о функциональной обусловленности роста кости сформулировал еще в прошлом столетии П. Ф. Лесгафт, который писал, что кость увеличивается в своих размерах тем значительнее, чем больше деятельность окружающих ее мышц. С позиций накопленных за столетие данных можно уточнить и расширить это положение.

Активизирующим рост кости влиянием обладают пульсирующие, перемежающиеся по своей интенсивности и действию механические нагрузки. Так проявляют себя нагрузки, связанные с сокращением мышц (возникая при сокращении мышцы, они снимаются при ее расслаблении). Статические нагрузки оказывают подобный эффект при изменении своей интенсивности.

Механизмы роста кости в длину и толщину различны. Клетки, образующие новое костное вещество — остеобласты, располагаются на границе двух сред: костной и хрящевой — для продольного роста, костной и соединительнотканной — для поперечного.

Смещение этих сред относительно друг друга возбуждает, видимо, импульс к костеобразованию. Как же это происходит? Сокращения мышц, вызывая натяжение надкостницы, в которую вплетаются сухожилия, смещают ее по отношению к костному веществу. Механические нагрузки, передающиеся на кость, вызывают в ней напряжение, которое приводит к смещению двух соприкасающихся сред (костной и хрящевой, коcтной и соединительнотканной) относительно друг друга. Так активируется перихондральное (за счет хряща) и периостальное (за счет надкостницы) костеобразование.

Механические нагрузки в разной мере изменяют продольные и поперечные размеры костей. Первые в большей степени генетически детерминированы, чем вторые. Поэтому механические нагрузки больше отражаются на росте костей в толщину и ширину, чем в длину.

При нарастании механической нагрузки до определенного уровня костеобразование усиливается, при превышении этого уровня активность костеобразования снижается.

Уровень оптимальной механической нагрузки зависит от индивидуальных особенностей нормы реакции.

Таковы основные функциональные закономерности роста кости. На их основе легко осмыслить механизмы изменений, которые определяются в скелете спортсменов механическими нагрузками. Эти изменения имеют два основных источника: во-первых, сокращения мышц вызывают смещение надкостницы относительно кости; во-вторых, при столкновении конечности с какой-либо преградой (при отталкивании от земли в момент прыжка или ударе кулака боксера по груше и т. п.) в соответствии с законом Ньютона о равенстве сил действия и противодействия в кости возникают напряжения, которые распространяются от места удара в направлении туловища.

Функциональные особенности строения кости. Изменения кости под действием механических нагрузок укрепляют скелет как механическую конструкцию и повышают его прочность. Главную роль в этом играют механизмы поднадкостничного роста костей. Их активизация и утолщение кости делают ее более прочной на изгиб и скручивание. Из законов механики известно, что полая колонна большого диаметра удерживает больший груз, чем опора малого диаметра без полости. Подобное приспособление к статическим нагрузкам наблюдается и в скелете конечностей у представителей силовых видов спорта. Образование бугристостей в местах прикрепления мышц улучшает условия их работы (увеличивается плечо рычага). Расширение эпифизов увеличивает площадь соприкосновения костей в суставах и облегчает амортизацию механических сотрясений.

Приспособление кости к механическим нагрузкам проявляется и во внутреннем ее строении. Укреплению диафиза способствует утолщение его стенки за счет образования нового компактного вещества. Это может происходить изнутри — со стороны костномозговой полости или снаружи — со стороны надкостницы. Более биомеханически оправдан второй вариант, при котором прочность кости повышается за счет увеличения наружного диаметра, утолщения компактного слоя при неизменной костномозговой полости (или даже ее расширении). Первый вариант возможен в качестве компенсаторного в условиях задержки периостального костеобразования. В местах действия особенно сильных механических нагрузок компактное вещество имеет слоистый характер. Укрепление губчатого вещества кости проявляется утолщением его перекладин и превращением из мелко - и среднеячеистого в крупноячеистое.

Костное вещество человека содержит большое количество костных трубочек — остеонов. Приспосабливаясь к существующим механическим условиям, кость перестраивается. При этом вновь образованные остеоны изменяют свой диаметр и направление.

В процессе занятий спортом происходят характерные изменения скелета спортсменов. Причем более раннее начало занятий ведет к большей выраженности изменений.

Череп. Общая гипертрофия мускулатуры тела спортсмена повышает напряжение в костях и вызывает их генерализованные изменения. Например, у дзюдоистов увеличиваются обхват головы, продольный и поперечный ее диаметры, а также размеры лица по сравнению с людьми, не занимающимися спортом. Это вызвано изменениями самого черепа, в основном за счет губчатого слоя, тогда как наружная и внутренняя пластинки почти не подвергаются перестройке.

Верхняя конечность. Плечевая кость подвергается значительным изменениям у представителей силовых видов спорта — штангистов и борцов. У штангистов форма ее диафиза приближается к цилиндрической (хотя у некоторых спортсменов при длительных занятиях спортом сохраняется исходная форма) за счет расширения дистальной части диафиза. Различие в ширине средней и нижней трети кости составляет у людей, не занимающихся спортом, 3, 8 мм, у штангистов лишь 0, 6 мм. Расширение диафиза связано с утолщением компактного слоя, который приобретает слоистый характер. По латеральному краю кости расслоение компактного вещества начинается проксимальнее, чем по медиальному. Видимо, это обусловлено большим разнообразием движений в плечелучевом суставе (две оси вращения), чем в плечелоктевом (одна ось).

Поперечные размеры костей предплечья у спортсменов изменены в большей степени, чем продольные. В процессе занятий гимнастикой и борьбой поперечные размеры увеличиваются в большей мере у локтевой кости, а спортивными играми и боксом — у лучевой. У боксеров и гимнастов головка лучевой кости достигает наибольших размеров. У боксеров сокращения мышц предплечья продолжительны и локтевая кость как место начала мышц укрепляется. У гимнастов в костях кисти возникают напряжения, имеющие переменный характер и передающиеся в основном на лучевую кость (локтевая кость имеет меньшую зону соприкосновения с кистью).

При сравнении кисти акробатов, пловцов, штангистов и стрелков из лука установлено, что длина ее наибольшая у пловцов, наименьшая — у штангистов. Удлинение и укорочение ее происходят в основном за счет пясти. При преимущественно динамических воздействиях на кисть (волейбол, бокс, плавание) изменяются главным образом продольные размеры костей, их головка и основание. Так, у боксеров подвергаются нагрузкам II и III пястные кости. Головка их расширяется, а при чрезмерной нагрузке начинает суживаться. Преимущественно статические воздействия (в гимнастике, тяжелой атлетике, борьбе) изменяют в основном диафиз кости: он расширяется, компактное вещество утолщается иногда за счет костномозговой полости, которая может суживаться. Отмечено удлинение костей пясти, причем даже тогда, когда эпифизарные зоны у дистального конца зарастают костной тканью. Рост этих костей в длину продолжается за счет суставного хряща. Причем проксимальные концы пястных костей при выполнении упражнений работают на растяжение и на сжатие, тогда как дистальные в основном на растяжение. Следовательно, проксимальные концы подвергаются большим нагрузкам, чем дистальные.

Различия в изменениях отдельных размеров костей кисти обнаруживаются при анализе распределения механических нагрузок на них у боксеров и гимнастов. У гимнастов нагрузкам подвергается диафиз пястной кости (при упоре) или проксимальной фаланги (при висе на перекладине), у боксеров — головка пястной кости и основание проксимальной фаланги. Поэтому у боксеров отмечаются большие изменения в эпифизах, а у гимнастов — в диафизах костей.

Удлинение пястных костей у гимнастов имеет определенный функциональный смысл. Дело в том, что между пястными костями располагаются, как известно, межкостные мышцы. На их долю приходится половина силы мышц, сгибающих II—V пальцы. Суммарное удлинение пястных костей на 1 см приводит к увеличению физиологического поперечника мышц на 2 см2 и приросту силы на 20 кг (для двух рук — на 40 кг). Для гимнастов сила мышц-сгибателей пальцев имеет первостепенное значение, так как при выполнении большого оборота развивается центробежная сила, превышающая вес спортсмена в 3—4 раза.

Нижняя конечность. У гимнасток поперечные и переднезадние размеры таза меньше, чем у женщин, не занимающихся спортивной гимнастикой. Как правило, размеры женского таза больше, чем мужского. Однако оказалось, что у женщин, специализирующихся в плавании и спортивных играх, расстояние между гребнями подвздошных костей и между большими вертелами бедренных костей меньше, чем у мужчин той же специализации. Рост костей таза зависит от содержания в крови половых гормонов. При интенсивной мышечной деятельности повышается выработка мужских половых гормонов, что может повлиять на размеры таза.

Характерны различия размеров вертлужной впадины тазовой кости и головки бедренной кости при занятиях разными видами спорта. Так, диаметр впадины и головки бедренной кости у футболистов большой и с повышением спортивной квалификации увеличивается, а у гимнастов, наоборот, он меньше и с ростом квалификации уменьшается. Для футболистов характерны сравнительно большие переднезадний и поперечный размеры диафиза бедренной кости. Однако наибольших значений эти размеры достигают у штангистов и метателей молота. Ширина дистального эпифиза бедра между надмыщелками самая большая у футболистов и велосипедистов. Поперечник диафиза бедренной кости и компактного вещества наибольший у прыгунов в длину. Характерные для всех различия между правой и левой сторонами усиливаются. На толчковой ноге эти размеры оказываются больше, чем на маховой.

Большую массивность имеют кости бедра и голени у велосипедистов. По краям бедренной кости компактное вещество гипертрофировано относительно равномерно, а на костях голени — неравномерно, причем распределение его зависит от «амплуа» спортсменов: у выступающих на треке компактный слой утолщается на передней поверхности болыиеберцовой (средняя треть) и задней поверхности малоберцовой (нижняя треть) костей; у шоссейников характерно утолщение компактного вещества в средней трети голени по соприкасающимся краям (в этом случае сокращения мышц передней группы голени длительны и для них требуется большая опора).

Из костей плюсны наиболее утолщенный компактный слой имеет I плюсневая кость, тогда как II—IV кости изменены незначительно.

Соединения костей. Форма соединений костей определяется как унаследованными, так и действием механических факторов, среди которых преобладающую роль играет фактор движения. Подтверждает это образование новых (ложных) суставов в местах перелома обломок кости постоянно трется о другой. Соприкасающиеся поверхности при этом шлифуются, и образуется сустав.

В процессе специальной тренировки подвижность в суставах и их форма могут существенно изменяться. Так, эллипсовидный лучезапястный сустав у представительниц художественной гимнастики становится более шаровидным, что обеспечивает больший размах движений. У баскетболистов и гандболистов суммарная подвижность по четырем движениям в лучезапястном суставе больше 200°, а у гимнастов и гребцов — меньше. У первых этот сустав более конгруэнтен и его головка имеет форму вытянутого эллипсоида, у вторых степень соответствия суставных поверхностей меньше и головка более выпуклая.

У гимнастов развивается уплощение вертлужной впадины, обеспечивающее разницу в кривизне суставных поверхностей и увеличение подвижности в тазобедренном суставе. Можно значительно развить гибкость позвоночного столба, достигающую «сверхвыраженности» у исполнительниц циркового номера «женщина змея».

У спортсменов ряда специализаций подвижность в суставах уменьшена. Так, у футболистов (по сравнению с гимнастами) тазобедренный сустав адаптируется к повышенной статической надежности в ущерб подвижности. Это необходимо для обеспечения стабильности тазового кольца в одноопорном положении футболиста при ударе по мячу. У футболистов также меньше объем пассивного движения в коленном суставе. У представителей силовых видов спорта (тяжелоатлетов, борцов) уменьшение подвижности в голеностопном суставе и повышение его статической надежности обеспечиваются за счет уплощения блока таранной кости. Наблюдения за легкоатлетами, тяжелоатлетами, гимнастами, пловцами, футболистами и гандболистами показали, что наименьшая гибкость позвоночного столба характерна для пловцов и тяжелоатлетов.

Не только теоретический, но и практический интерес представляет изучение топаграфии подвижности в суставах у спортсменов разных специализаций. Так, для отбора в ДЮСШ по плаванию рекомендуется уделять большое внимание подвижности в плечевом и тазобедренном суставах. При отборе в спортивной гимнастике определенную диагностическую значимость имеет тот факт, что у ведущих гимнастов страны интегральная (суммарная) подвижность в суставах (тазобедренном, плечевом, позвоночнике) составляет свыше 900°, у 10-летних гимнастов — более 750°, у не занимающихся спортом детей 10 лет — более 650°.

Сопоставление данных по суммарной величине сгибания и разгибания в плечевом, тазобедренном и голеностопном суставах у представителей разных видов спорта показало, что эта величина уменьшается в следующей последовательности: в плечевом суставе у гандболистов, не занимающихся спортом, лыжников-гонщиков, велосипедистов; в тазобедренном суставе — у гандболистов, лыжников-гонщиков, велосипедистов, не занимающихся спортом; в голеностопном суставе — у велосипедистов, лыжников-гонщиков, гандболистов, не занимающихся спортом.

Амплитуда движений сгибание-разгибание в плечевом и тазобедренном суставах была наибольшей у гандболистов, наименьшей — у велосипедистов, что объясняется особенностями посадки велосипедистов. Наоборот, в голеностопном суставе наибольшая подвижность определяется у велосипедистов, а наименьшая у гандболистов.

Мышечная система. Адаптационные изменения мышц у спортсменов изучаются по данным биопсии. Тренировочные нагрузки оказывают избирательное влияние на микроскопические компоненты мышц. Так, занятия на велоэргометре по часу в день 4 раза в неделю в течение 5 месяцев с нагрузкой в 75—90% от МПК увеличивают содержание волокон I типа (медленных). При динамических нагрузках (бег, плавание) эти волокна подвергаются большему утолщению, чем волокна II типа (быстрые). Противоположный характер носят сдвиги кровоснабжения: кровеносные капилляры больше увеличиваются вокруг волокон II типа, что объясняется худшей обеспеченностью их кровеносными капиллярами. При умеренных нагрузках раскрываются резервные капилляры, при высоких нагрузках образуются новые. Предполагается, что адаптация мышц к физическим нагрузкам происходит в основном за счет волокон II типа. У женщин установлено наличие тех же типов мышечных волокон, что и мужчин, но при меньшем их диаметре. Количество волокон с аэробным типом энергообеспечения (I типа) у них больше.

Абсолютная сила мышц подвержена большим индивидуальным изменениям. Сила мышцы или группы мышц, отнесенная к площади поперечного сечения мышечных волокон, характеризует удельную силу. Возрастная и половая изменчивость величины удельной силы невелика, хотя индивидуальные особенности ее имеют, вероятно, наследственную природу.

Практический интерес представляет топография мышечной силы у лиц различной спортивной специализации. В качестве примера можно привести данные о силе сгибателей предплечья (СП), разгибателей предплечья (РП), сгибателей плеча (СПл), разгибателей плеча (РПл), разгибателей туловища (РТ), сгибателей бедра (СБ), разгибателей голени (РГ), сгибателей стопы (СС) у неспортсменов, гандболистов, велосипедистов и лыжниковгонщиков, перечислив мышечные группы по мере убывания силы.

Не спортсмены: РТ — РБ — СС — РГ — РПл — СБ — СП — СПл — РП — СГ.

Гандболисты: РТ — СС — РБ — РГ — РПл — СБ — СПл — СП — РП — СГ.

Велосипедисты: СС_— РТ — РБ — РГ — РПл — СБ — СПл — СП — _СГ — РП.

Лыжники-гонщики: РТ —- СС — РБ — РГ — РПл — СПл— СБ — СП—jCT —РП.

У спортсменов сила сгибания стопы относительно больше, чем у неспортсменов. Особенно высок этот показатель у велосипедистов. Спортсмены названных специализаций отличаются по соотношению силы сгибания голени и силы разгибания предплечья. Однако один важный признак объединяет их: суммарная сила мышц-сгибателей меньше, чем разгибателей. У борцов соотношение силы этих мышц для плеча и предплечья примерно 1: 1, 1 —1, 5, для туловища — 1: 3, 4— 3, 5, для бедра и голени — 1: 3, для стопы — 1: 4; у тяжелоатлетов для бедра и голени — 1: 4, 2 и 1: 5, 2, у метателей молота —1: 5 и 1: 4, у прыгунов в высоту — 1: 3, 9 и 1: 4, у пловцов — 1: 2, 7 (и для бедра, и для голени).

Метод полидинамометрии, характеризующий топографию мышечной силы, должен прийти на смену отдельным измерениям силы кисти и становой силы, которые не могут достаточно полно оценить силовые возможности спортсмена.

О развитии мускулатуры можно косвенно судить по обхватам (периметрам) конечностей. Однако у борцов уровень корреляции между силой мышц, действующих на локтевой и коленный суставы, и периметрами плеча и бедра не превысил 0, 5—0, 6 (соответственно). Это объясняется тем, что периметр конечности определяется не только развитием мускулатуры, но также диаметром кости и подкожным жироотложением.

⇐ Предыдущая 11 12 13 14 15 16 171819 20 Следующая ⇒