Размещено на http://www.allbest.ru/

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ УКРАИНЫ ТАВРИЧЕСКИЙ НАЦИОНАЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ ИМ. В. И. ВЕРНАДСКОГО

СЕВАСТОПОЛЬСКИЙ ЭКОНОМИКО-ГУМАНИТАРНЫЙ ИНСТИТУТ

ФАКУЛЬТЕТ ФИЗИЧЕСКОЙ КУЛЬТУРЫ И СПОРТА

КАФЕДРА ФИЗИЧЕСКОЙ РЕАБИЛИТАЦИИ

Матюшенко Анна Владимировна

«Физиологические основы развития утомления»

Курсовая работа

Специальность «6.010201» физическая реабилитация

Курс 2, группа 21 ФРЗ

Научный руководитель:

Доцент кафедры физическая реабилитация Парфенова И. А.

Севастополь 2008г.

Реферат

Матюшенко Анна Владимировна. «Физиологические основы развития утомления». Работа изложена на 29 страницах печатного текста, содержит 6 разделов, 2 таблицы.

Список использованных источников включает 7 работ.

УТОМЛЕНИЕ, ТОРМОЖЕНИЕ, ВОССТАНОВЛЕНИЕ, НЕРВНЫЕ ЦЕНТРЫ, ДИСКООРДИНАЦИЯ, МЫШЦЫ, ГОЛОВНОЙ МОЗГ, СИМПАТИЧЕСКАЯ НЕРВНАЯ СИСТЕМА, ЛАБИЛЬНОСТЬ, РЕСУРСЫ, РАБОТА И ТД.

СОДЕРЖАНИЕ

ВВЕДЕНИЕ

РАЗДЕЛ 1. ВИДЫ УТОМЛЕНИЯ

РАЗДЕЛ 2. ПРИЧИНЫ УТОМЛЕНИЯ

2.1 Первичное звено центрального утомления

2.2 Общий механизм утомления

РАЗДЕЛ 3. УТОМЛЕНИЕ ПРИ ФИЗИЧЕСКОЙ НАГРУЗКЕ

3.1 Утомление при локальной физической нагрузке

3.2 Роль различных уровней регулирования в развитии утомления

3.3 Утомление при общей нагрузке

3.4 Изменение вегетативных функций

3.5 Особенности физиологических сдвигов при статических усилиях

3.6 Хроническое утомление

РАЗДЕЛ 4. ОСОБЕННОСТИ УТОМЛЕНИЯ ПРИ УМСТВЕННОЙ РАБОТЕ

РАЗДЕЛ 5. УСТРАНЕНИЕ И ПРОФИЛАКТИКА УМСТВЕННОГО И ФИЗИЧЕСКОГО УТОМЛЕНИЯ

РАЗДЕЛ 6. БИОЛОГИЧЕСКАЯ ОЦЕНКА УТОМЛЕНИЯ

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАНЫХ ИСТОЧНИКОВ

ПРИЛОЖЕНИЕ

ВВЕДЕНИЕ

В связи с увеличением объема информации, интенсификации всех сторон жизни человека в условиях современного цивилизованного общества проблема утомления - одна из важнейших.

Утомление - это состояние, вызываемое тяжелой работой и связанное с пониженной работоспособностью. Оно может быть физическим (мышечным) или нервно-психическим (центральным). Обе формы утомления сочетаются при тяжелой работе, и их нельзя строго отделить одну от другой. Тяжелая физическая работа приводит в первую очередь к мышечному утомлению, а усиленная умственная или монотонная работа вызывает утомление центрального происхождения. Следует провести четкое разграничение между утомлением и усталостью, обусловленной потребностью во сне.

Утомление - это состояние, которое возникает как следствие работы при недостаточности восстановительных процессов и проявляется в снижении работоспособности, нарушениях координации регуляторных механизмов, взаимодействия органов и систем и ощущениях усталости.

Утомление служит сигналом возможного истощения работающего организма и предохранительным механизмом, защищающим его от перенапряжения. Вместе с тем утомление, возникающее в процессе упражнения, является стимулятором, мобилизующим как резервы организма, так и восстановительные процессы, что оказывает значительное влияние на развитие его работоспособности.

Восстановление - это процесс, начинающийся тогда, когда работа прерывается, снижается по напряженности или изменяется по характеру; оно соответствует снижению утомления и повышению работоспособности. Когда эти показатели возвращаются к исходным уровням, заканчивается и процесс восстановления.

Физиологические механизмы и процессы, обеспечивающие восстановление, имеют фундаментальное значение для целостных и частных физиологических процессов у лиц разного возраста, в различных условиях деятельности и окружающей среды. Под восстановлением понимают возвращение физиологического статуса организма после изменений его функционального состояния к исходному (или близкому к нему) состоянию гомеостазиса.

В целом проблема предупреждения развития утомления в разных условиях среды лиц разного возраста перерастает границы физиологических проблем и все глубже связывается с социальными вопросами по обеспечению сохранения здоровья и эффективности труда всех возрастных групп населения.

РАЗДЕЛ 1. ВИДЫ УТОМЛЕНИЯ

Утомление возникает как при физической, так и при умственной работе. Оно может быть острым (возникает в короткий отрезок времени) и хроническим (связано с длительной кумуляцией - месяцы и годы - сдвигов при недовосстановлении в различных функциональных системах и организме в целом). Утомление может быть как общим (характеризующим изменения функции организма в целом), так и локальным (связанным со снижением функции ограниченной группы мышц, отдельного анализатора и др.).

Различные виды утомления в своей основе имеют изменения в разных органах и системах. При этом изменения в одной из систем, как правило, играют ведущую роль. Интегральные сдвиги связаны с нарушениями функциональной активностью и взаимосвязей нервных центров. Это находит выражение в понижении их активности, падении тонуса ретикулярной формации и тонизирующего воздействия симпатической нервной системы, а также развитии торможения в высших отделах мозга. Отмечается недостаточность восстановительных процессов на всех уровнях жизнедеятельности организма. Утомление, если оно не зашло слишком далеко, является обратимым снижением полноценности функции и ликвидируется процессами восстановления.

В связи со сложностью изменений в организме и зависимостью их от уровня тренированности, характера психики утомление у человека носит во многом индивидуальный характер.

РАЗДЕЛ 2. ПРИЧИНЫ УТОМЛЕНИЯ

При работах разного характера на первое место выступают различные факторы утомления. В случае работы небольших мышечных групп - как динамической, так и статической - основную роль играют те потоки возбуждения корковых центров, которые должны перерабатываться ими во время мышечной деятельности. Именно таковы причины утомления при работе на пальцевом эргографе, жидкостном динамометре и аналогичных им приборах, используемых для изучения утомления в физиологических лабораториях. В случае работы обширных мышечных групп ведущую роль приобретают различные причины в зависимости от характера работы.

Силовая работа и статические напряжения вызывают утомление чрезвычайно быстро; оно обусловлено интенсивными потоками проприо- и хеморецептивных импульсов от мышц и возбуждениями корковых центров при формировании волевых импульсов к сокращению. Последние приобретают особую роль, если усиления близки к максимальным; при этом в работу вовлекаются имеющие высокий порог возбудимости, утомляющиеся мышечные волокна [Замостьян В.П., 1978], отказ которых повышает нагрузку на кортикальные аппараты, форсирующие посылку волевых импульсов. Поскольку при статических напряжениях нервных центров складывается ситуация, при которой утомление возникает чрезвычайно быстро.

При динамической деятельности , когда периоды возбуждения определенных нервных центров чередуются с периодами их торможения (во время напряжения мышц-антагонистов), утомление развивается значительно медленнее, причем ведущую роль играют различные причины в зависимости от интенсивности работы. Наиболее целесообразным подразделением работ по их мощности является подразделение, принятое в физиологии спорта.

При упражнениях максимальной интенсивности (спринтерские дистанции в беге, конькобежном спорте и т.д.), общая длительность работы до 30 - 40 с, деятельность двигательного аппарата является чрезвычайно напряженной. Работа мышц осуществляется в основном в анаэробных условиях. Показано [Волков Н.И., 1962], что при увеличении темпа бега с 5,79 м/с потребление кислорода даже снижается в связи с большой ролью в этих условиях гликолитического фосфорилирования. В мышцах накапливаются большие количества недоокисленных продуктов. Утомление здесь, также как и при силовых упражнениях, связано с мощными потоками центростремительных импульсов, однако импульсам от хеморецепторов мышц и сосудов принадлежит несравненно большая роль, чем в предыдущем случае.

При упражнениях субмаксимальной интенсивности (средние дистанции в различных видах спорта, длительность работы- от 35 с до 2 - 6 мин) и большой интенсивности (длинные дистанции, продолжительность работы от 6 до 30-40 мин) ведущее значение приобретают накопление в крови недоокисленных продуктов недостаточное снабжение головного мозга и других тканей кислородом и напряженная деятельность нервных центров, регулирующих и координирующих вегетативные функции, особенно работу сердечно-сосудистой системы. Касаясь участия кардиореспираторных функций в выполнении мышечной работы субмаксимальной и особенно большой интенсивности, следует подчеркнуть, что в этих случаях достигаются наивысшие показатели гемодинамики.

При упражнениях умеренной интенсивности (сверхдлинные дистанции, когда работа продолжается несколько часов и, естественно, мощность ее относительно велика) потребление кислорода полностью удовлетворяет кислородный запрос и недоокисленные продукты в организме не накапливаются до заметного уровня. Между тем утомление после таких упражнений, как марафонских бег, может быть весьма «ощутимым». Здесь ведущую роль играют на ряду с длительным возбуждением кортикальных центров, управляющих мышцами и висцеральной сферой, гипогликемия (в связи с израсходованием значительной части углеводных резервов организма) и нарушения терморегуляции (повышение температуры тела до 39 градусов Цельсия и более). В этих условиях высшие нервные центры не могут нормально функционировать.

Таким образом, причины утомления многообразны; в зависимости от конкретных условий на первое место выступают различные факторы, но точкой приложения их воздействия является в первую очередь двигательный кортикальный анализатор.

2.1 Первичное звено центрального утомления

утомление нагрузка физический хронический

По вопросу о природе корковых сдвигов, представляющих первичное звено центрального утомления, за последнюю четверть века разрабатываются две основные концепции. С одной стороны, М.И.Виноградовым и его сотрудниками развиты представления о том, что суммация поступающих возбуждений может привести к неравномерному снижению лабильности различных элементов в сложной констелляции нервных центров или к общему затягиванию физиологического интервала; этим вызывается дискоординация рабочих функций с развитием тормозных процессов в корковых центрах и падением дееспособности [Виноградов М.И., 1958]. С другой стороны, выдвинуты представления, согласно которым состояние кортикальных центров при работе определяется соотношением трех процессов: расходования ресурсов, восстановления их по ходу работы и торможения [Розенблат В.В., 1961, 1975]. В данной концепции использованы некоторые положения Г.В.Фольборта (1951) о закономерностях процессов утомления и восстановления, в частности представление о роли биоэнергетического функционального потенциала корковых центров. Последний еще не может быть детально конкретизирован, однако есть основания полагать, что среди биохимических его компонентов важную роль играют ресурсы макроэргических фосфорных соединений - прежде всего АТФ. Известно, что АТФ является универсальным источником энергии для биологических процессов в самых различных тканях, включая и нервную [Яковлев Н.Н., 1961, и др.]. Имеющие место при напряженной активности нервных элементов распад АТФ и изменение соотношения между различными фосфатными макроэргами и составляют, можно думать, одну из существенных сторон процесса расходования ресурсов нервных клеток. Однако может иметь значение и ряд других существенных компонентов, включая как биоэнергетические факторы, так и состояние ферментных систем, меняющихся при сдвигах в биохимической “конъюнктуре”. Кроме того, следует иметь в виду, что все больше выявляется роль глии как своеобразного резервуара и поставщика энергетических ресурсов для невронов [Яковлев Н.Н., 1963, и др.].

Базируясь на тенденциях к синтезу идей в физиологической науке, надо признать, что подход, основанный на понятии функционального потенциала ткани, отталкивающийся от позиций школы И.П. Павлова, и ориентирующийся на биохимическую основу изучаемых процессов, отнюдь не противоречит подходу, основанному на понятии лабильности ткани, вытекающему из позиции школы Н.Е.Введенского и ориентирующемуся на собственные физиологические закономерности.

Если уровень лабильности тесно связан с соотношением процессов расходования и восстановления ресурсов, то в случае значительного преобладания первых даже там, где восстановление идет весьма интенсивно, лабильность снижается, выполняемая работа становится пессимальным раздражителем и развивается торможение. Прекращение работы в этих случаях представляет собой прекращение функциональных трат при высоком уровне восстановительных процессов. В связи с этим может выявляться быстрая, скачкообразная реституция лабильности. Подобные материалы описаны уже в опытах Я.А.Шейдина и В.Г.Куневича (1935), показавших, что после статического напряжения до отказа длительность динамической работы может даже увеличена.

На схеме А представлены сдвиги состоянии наиболее тормозимых элементов двигательного анализатора, в значительной мере определяющие общую динамику работоспособности при утомлении. Как видно из схемы, происходящее при напряженной работе нервных центров нарастание процесса расходования ресурсов сопровождается усилением процесса восстановления, идущего по ходу работы (ресинтез АТФ в нервной ткани и т.п.). Подчеркнем, что в функционирующей ткани этот процесс идет интенсивнее, чем в покоящейся, ибо, согласно известному положению современной биохимии (В.А.Энгельгардт), первичный процесс расщепления всегда вызывает или усиливает реакцию, производящую синтез. Было бы неверно поэтому полагать, что функциональные ресурсы корковых центров неуклонно снижаются с самого начала работы. На первом этапе деятельности приходящие потоки центростремительных импульсов тонизируют центры двигательного анализатора, повышают их лабильность, - происходит явление, которое А.А.Ухтомский назвал усвоением ритма. Общеизвестно, что начальный период любой работы характеризуется протеканием процесса врабатывания, благодаря которому дееспособность повышается. Материальной основой этих благоприятных сдвигов лабильности (как и роста ее в ходе упражнения) является, по-видимому, вызываемое афферентной импульсацией повышение трофических процессов в соответствующих нервных центрах. Идущий по ходу работы восстановительный процесс активируется. Нарастание темпов восстановительных реакций обеспечивает ускорение физиологического ритма деятельности.

В свете данных современной нейрофизиологии о роли ретикулярной формации мозгового ствола и регуляции состоянии высших нервных центров можно полагать, что в механизме тонизации корковых аппаратов на первом этапе работы определенное значение имеют восходящие облегчающие влияния сетевидного образования, связанные с афферентной импульсацией из мышц. Влияния эти, как и родственные им воздействия симпатико-адреналовой системы, очевидно, не только повышают возбудимость корковых клеток, но и стимулируют восстановительный процесс в них по ходу работы, переводя тем самым корковые центры на более высокий уровень активности.

Начинающееся снижение работоспособности корковых центров, т.е. их утомление, обусловлено как расходованием ресурсов, так и торможением, ибо каждый из этих тесно переплетающихся между собой процессов обуславливает снижение лабильности, а отсюда и картину угнетения функции.

Становится, в частности, понятно, что сдвиги в корковых центрах при кратковременной интенсивной работе и при длительной работе малой интенсивности имеет существенные отличия; это позволяет говорить о двух типах утомления, выделяемых М.И.Виноградовым, - утомлении первичном (быстроразвивающемся) и вторичном (медленно развивающемся).

В литературе иногда первый тип утомления относили к центральным, а второй - к периферическим аппаратам, или наоборот. С излагаемой здесь точки зрения в обоих случаях генез утомления един, его важнейшим звеном являются сдвиги в кортикальных центрах, но соотношение развивающихся в них процессов совершенно различно, а поэтому оба типа утомления характеризуются весьма большими различиями. Например, лица, более выносливые к кратковременной большой нагрузке, могут уступать другим людям при длительной малоинтенсивной работе, поскольку в первом случае ведущую роль играют индивидуальные особенности развития пессимума, во втором - индивидуальные особенности функциональных трат. Быть может в этом плане могут быть частично объяснены особенности конституционального склада лиц, склонных к спринтерским и к стайерским упражнениям.

В свете развитых представлений можно говорить о принципиальном единстве механизмов утомления при статической и динамической форме деятельности мышц. Наибольшая утомительность статических напряжений связана не с особенностями местной циркуляции при этом виде работы, а с непрерывной деятельностью ограниченного участка кортикально-двигательного анализатора. В противоположность этому при динамической работе имеет место взаимная стимуляция центров мышц-антагонистов благодаря попеременному возбуждению и торможению этих центров, находящихся в реципрокных отношениях.

2.2 Общий механизм утомления

Разобранные выше сдвиги в состоянии корковых центров представляют лишь одно, хотя и весьма важное, звено в сложном и многостороннем механизме утомления.

Систематически общий механизм утомления при мышечной работе человека можно представить следующим образом (Схема Б).

Описанные в предыдущем разделе причины (см. верхнюю строку схемы А) воздействуют через афферентные системы и ретикуляторную формацию, а также в известной мере и непосредственно на высшие центры двигательного аппарата и вызывают снижение их работоспособности. Последний влечет за собой сложный комплекс сдвигов.

С одной стороны, происходит торможение рабочих влияний двигательной зоны коры, т. е. импульсов к сокращению мышц. Это находит субъективное отражение в ощущении усталости. Для преодоления этого внутреннего препятствия и продолжения работы, несмотря на заторможенность ряда функциональных единиц, приходится мобилизовать волевое усилие. По-видимому, физиологическим выражением этой посылки импульсов вопреки торможению и является синхронизация токов действия мышц - феномен, столь типичный для режима работы нервных центров при утомлении.

С другой стороны, и это ещё важнее, снижение работоспособности высших корковых центров вызывает многообразные изменения в состоянии всех звеньев двигательного аппарата и ряда других систем организма, ведет к общему «затягиванию» физического интервала и снижению функции исполнительных органов.

В разделе, посвященном доказательству центрально-нервного ведущего звена утомления, был приведен уже фактический материал, говорящий о вторичном характере ряда важнейших сдвигов в состоянии мышц. Попытаемся теперь уяснить их механизм. Здесь надо иметь в виду два момента.

Во-первых, утомление корковых центров приводит к нарушению контролируемой или сложнейшей координации нейрогуморальных регуляторных процессов, связанных с выполнением работы. Эта дискоординация и повышение физиологических трат на единицу работы - характерная черта утомления. Утомленному организму одна и та же работа обходится дороже, чем не утомленному.

Во-вторых, утомление корковых центров меняет характер установочных влияний коры головного мозга и связанных с ней нижележащих регуляторных систем на исполнительные аппараты. Экспериментально доказано, что торможение центров может приводить к снижению лабильности периферии, к «затягиванию» физиологического интервала. Напомним данные об углублении пессимума нервно-мышечного прибора при реципрокном торможении его нервных центров и о повышении работоспособности мышц при устранении торможения в соответствующем сегменте спинного мозга.

Уровень работоспособности мышц, связанный с настройкой их возбудимости, тонуса и упруго-вязких свойств, с состоянием кровоснабжения мышц и трофических процессов в ней, определяется уровнем работоспособности управляющих мышцами нервных центров.

Одним из важнейших путей, посредством которых состояние нервных центров сказывается на рабочей установке мышц, является симпатическая нервная система, адаптационно-трофические влияния, которой регулируются высшими отделами головного мозга.

Вопрос о большой роли трофической функции нервной системы явился предметом весьма содержательного симпозиума [Яковлев Н.Н.,1963]. Подчеркивается значение трофических влияний нервных центров для процессов восстановления в мышечной ткани.

Особую важность в указанном плане имеют работы Н.И.Яковлева(1974), не

только показывающие роль трофических влияний нервной системы на изменения метаболизма мышц в ходе тренировки, но и прямо говорящие о том, что угнетение активности ряда ферментов в мышце при утомлении (особенно окислительных систем) связанно с изменением трофических импульсов нервных центров.

Приведем некоторые материалы, характеризующие дискоординацию функций организма при утомлении.

Прежде всего, есть любопытные данные, иллюстрирующие роль кортикальных центров в координации рабочих процессов. Показано [Roska D., 1961], что у крыс с удаленными полушариями головного мозга увеличивается накопление молочной кислоты в крови при работе; таким образом, можно думать об ухудшении всего комплекса рабочих процессов в организме.

Снижение эффективности физиологических трат на единицу работы как конечный показатель дискоординации выявлено в ряде работ, например в работе Н.Н. Яковлева (1961) о понижении активности окислительных ферментов в мышцах при утомлении. Аналогичные факты получили Н.Н. Лаврентьева и Н.И. Волков (1962). Конечно, это существенно снижает энергетическое обеспечение работы. Увеличение трат энергии на единицу работы установлено по данным газообмена [Абросимова Л.И., 1960, и др.] и по ряду иных признаков [Rascanu V. 1961, и др.]. Дискоординаторные явления можно видеть и на примере кровоснабжения мышцы: так, по данным осциллографии, кровоснабжение конечностей после утомительной тренировки ухудшается [Шмульян Д. Б., 1962].

В последние годы особое внимание привлекают сдвиги со стороны надпочечников. Показаны закономерные изменения выделения с мочой ряда кортикоидов при утомлении [Bugard P., 1961]; утомление вызывает понижение функции надпочечников [Caraz L., 1960]. Показаны центрально-нервные влияния на выработку АКТГ при мышечной работе [Laborit H., 1962]. Комплекс вегетативно-эндокринных сдвигов при утомлении некоторым авторам представлялся настолько четко очерченным, что выдвинута даже гипотеза о наличии «центра утомления» в гипоталамической области [Mosinger M., Bissop D., 1961].

Интересный дополнительный механизм раскрыт H. Laborit и соавт. (1958), H. Laborit (1961). При утомлении , как и при различных состояниях «агрессии», отмечается гипераммониемия. Автор объясняет ее следующим образом. Дискоординация вегетативных функций нарушает нормальную регуляцию висцеральных сосудов, они суживаются; это нарушает режим работы слизистой оболочки кишечника и печени, дезорганизует цикл Кребса и усиливает поступление аммиака из кишечника в кровь. Гипераммониемия воздействует на нервные центры, чем усугубляет дискоординацию функций.

Итак, гуморальные сдвиги при утомлении чрезвычайно многообразны и существенны. Среди имеющихся гуморальных сдвигов переплетаются изменения, вызванные работой и относящиеся к первичным причинам утомления (избыток недоокисленных продуктов, гипогликемия и пр.), и сдвиги, обусловленные вегетативно-эндокринной диспозицией. Последние в свою очередь усиливают сдвиги первого рода и т.д.

Таким образом, при утомлении разыгрывается весьма сложный комплекс изменений в организме. Оно представляет собой целостный процесс с лимитирующим корковым звеном. При работе небольших мышечных групп утомление разыгрывается преимущественно в пределах двигательного аппарата; при работах обширных групп мышц присоединяются описанные выше вегетативно-эндокринные и гуморальные сдвиги, выступающие и как причины, и как компоненты утомления.

Понимание того, что утомление есть целостный процесс, позволяет правильно уяснить и вопрос о факторах, определяющих работоспособность организма при мышечной деятельности.

РАЗДЕЛ 3. УТОМЛЕНИЕ ПРИ ФИЗИЧЕСКОЙ НАГРУЗКЕ

Утомление при двигательной активности человека бесконечно разнообразно. Оно выражается в изменениях при трудовой, спортивной и других формах его деятельности и захватывает как весь организм, так и часть его.

3.1 Утомление при локальной физической нагрузке

Утомление при локальной нагрузке наблюдается в работе отдельной мышцы или группы мышц. В опытах на эргографе Моссо показано, что при работе человека в процессе нарастания утомления амплитуда, сила и быстрота мышечных сокращений уменьшаются. Нарушается взаимодействие мышц-антагонистов. Сокращается длительность работы. Эти же факты подтверждаются в опытах на изолированных мышцах лягушки и теплокровного животного. Если эти препараты ритмично раздражать, то сила и амплитуда мышечных сокращений уменьшаются. Регистрируемая при этом кривая получила название «кривой утомления». Ее анализ показывает, что по мере развития утомления увеличиваются латентный период и длительность одиночного сокращения. Особенно удлиняется фаза расслабления, которая не заканчивается в течение многих секунд. Остаточное укорочение мышцы при крайне замедленном расслаблении называется контрактурой. При утомлении уменьшается коэффициент полезного действия мышцы.

3.2 Роль различных уровней регулирования в развитии утомления

Утомление, возникающее при локальной физической нагрузке, связано с изменением функций нервных центров, нервно-мышечного синапса, а также непосредственно самой мышцы.

Изменение функции нервных центров связано со снижением их активности и лабильности, нарушением баланса возбудительно-тормозных процессов. Может развиться запредельное торможение, что имеет для нейронов охранительное значение. В результате нарушения реципрокной иннервации расстраивается координация во взаимодействии мышц-антагонистов.

Рефлекторная стимуляция при локальной двигательной активности выявляет разную степень устойчивости к утомлению двигательных и сенсорных нервных центров. В том случае, если двигательный нервный центр утомлен и не отвечает на раздражения, возникающие при стимулировании определенного анализатора, он может восстановить генерацию ответных реакций в том случае, если перенести раздражение на другой анализатор, который вновь его стимулирует.

Такой опыт показывает, что двигательный центр менее утомляем, чем стимулирующие его сенсорные центральные системы.

Роль нервно-мышечной передачи в развитии утомления выявляется в следующем опыте. Если после возникновения утомления и отказа от работы наносить раздражение непосредственно на двигательный нерв, то сокращения мышцы вновь восстанавливаются. При дальнейшем нанесении раздражения на нерв вновь прекращаются сокращения мышцы. Это зависит от нарушения функции нервно-мышечного синапса, которое связано со снижением чувствительности постсинаптической мембраны мышечного волокна к ацетилхолину. В результате уменьшаются лабильность и возбудимость скелетных мышц, резко уменьшаются сила и быстрота их сокращения. Углубление утомления приводит к тому, что в концевой синаптической пластинке биоэлектрические потенциалы снижаются ниже пороговых и возникновение потенциалов в мышечном волокне прекращается. После того как движения прекратятся, мышечные сокращения вновь будут возможны, если наносить электрические раздражения непосредственно на мышцу. Утомление в самой мышце связано с нарушением процессов ресинтеза АТФ и креатинфосфата для мышечного сокращения. При этом в тренировочной мышце утомление наступает и без накопления молочной кислоты. Нарушение баланса ионов Са и К приводит к угнетению активности мышечных волокон. Так, ионы К, диффундируя из мышечных волокон в межклеточное пространство, оказывают угнетающее влияние на способность постсинаптической мембраны генерировать потенциалы действия. Развитие утомления также связано с нарушением или отсутствием внутримышечной координации сокращения моторных единиц (сменность их функциональной активности, различная динамика их сокращений).

Вместе с тем исследования наличия энергетических веществ (гликогена и др.) в мышце при прекращении произвольных сокращений говорят о том, что их запасы не истощились. Таким образом, двигательный нервный центр и мионевральная передача являются наиболее утомляемыми в нервно-мышечной систем. Сама же мышца и особенно нервный проводник - звенья наименее утомляемые. Развивающаяся в нервно-мышечном синапсе блокада к прохождению нервного импульса является механизмом, который не позволяет истощаться энергетическим ресурсам в самой мышце.

Развитие утомления в значительной степени зависит от кровоснабжения работающей мышцы. Это можно наблюдать в опыте, в котором сравниваются работоспособность на кистевом эргографе в условиях нормального кровообращения и при его нарушении с помощью наложения жгута, нарушающего кровоток в работающей мышце. В последнем случае работоспособность резко снижена.

При развитии двигательной гипоксии имеет место усиление кровотока в работающей мышце за счет дополнительного развития капилляров и активизации действующих. При крайних степенях утомления отмечается раскрытие шунтирующих артериол и направление тока крови непосредственно в венулы, что дополнительно нарушает питание и, следовательно, работоспособность мышцы.

Быстрота, с которой наступает утомление, зависит от степени нагрузки на работающие мышцы и ритма, с которым производится работа. При частых и быстрых движениях, при выполнении циклической работы вначале уменьшается их сила, а затем четкость в сохранении их амплитуды и скорость мышечных сокращений. Большие нагрузки ускоряют изменения силы, быстроты и выносливости. Высокий уровень общей тренированности отделяет утомление при локальной нагрузке. Вместе с тем работоспособность мышц при локальных нагрузках (например, у пианиста и т.п.) может быть огромной и при низком уровне общей тренированности.

При локальной физической нагрузке развивается также и общее утомление. Центр тяжести в развитии этого процесса перемещается в высшие отделы центральной нервной системы.

3.3 Утомление при общей нагрузке

Общая нагрузка характеризуется участием в работе многих групп мышц и активизацией функции вегетативных систем. Возникающие при этом общие изменения в развитии утомления связаны с процессами, характерными для локальной работы.

Ведущее значение в развитии общего утомления имеют расстройства в функции центральной нервной системы. Отмечается нарушение координации во взаимодействии различных двигательных нервных центров и их взаимодействия с центрами, обеспечивающими работу вегетативных органов и систем. Общее угнетение функции центральной нервной системы выражается в снижении возможностей к сознательной мобилизации и координации двигательных действий. Этот процесс идет быстрее, если человек своим сознанием пытается контролировать частные координационные детали выполняемых двигательных актов (как поставить или согнуть ногу, что делать пальцами рук и т др.). При этом вмешательство сознания в осуществление деталей двигательных навыков не улучшает, а ухудшает координацию (в процессе обучения активное участие сознания необходимо). Как известно, автоматизация двигательных навыков дает возможность сосредоточить внимание на целях двигательной активности или одновременно с выполнением двигательного акта думать о далеких от данного движения проблемах. Так, например, балерина может быть драматической актрисой только при овладении ею в совершенстве всей массой балетных технических двигательных приемов, их автоматизации. Вместе с тем ходьба, бег, игра пианиста и т.д. при автоматизации двигательного навыка менее утомительны. В этом случае сознание не вмешивается в детали нервно-мышечной координации, а направлено на достижение цели и мобилизацию организма.

Опыты с внушением также указывают на большое значение, которое играет центральная нервная система в развитии утомления. Так, если внушать удерживающему легкий предмет испытуемому, что он работает с тяжелой гирей, то он быстро откажется от работы, а вегетативные сдвиги в его организме будут соответствовать работе с тяжелой гирей.

Переключение в двигательной деятельности с одной координации (формы движений) на другую, если человек к этому не подготовлен, ускоряет наступления утомления. Таких примеров очень много как в трудовой, спортивной, так и в бытовой практике.

Двигательная деятельность организма в целом вызывает утомление различных групп мышц неодновременное и в различной степени (изменяется топография функций различных групп мышц). При этом изменяется характер их взаимодействия, что приводит вначале к расстройству их координационных взаимоотношений (в частности, реципрокных) и далее уменьшению силы, быстроты их сокращений и выносливости.

Высокая работоспособность достигается оптимальной взаимосвязью двигательного навыка качественных особенностей двигательной деятельности (силы, скорости, выносливости, ловкости). При утомлении отмечается расстройство этой взаимосвязи, которое получило название диссоциации качественных особенностей двигательной деятельности и навыка. В основе этого лежит нарушение механизмов управления движениями функционального состояния мускулатуры и вегетативных систем.

3.4 Изменение вегетативных функций

При развитии общего утомления отмечается ослабление силы сердечных сокращений и одновременно возрастание их частоты, что, в свою очередь, снижает эффективность восстановительных процессов. Изменяется кровяное давление. Максимальное давление снижается, а минимальное повышается. Это приводит к уменьшению пульсового давления. Сосудистый тонус во многих органах изменяется. Поэтому перераспределение тока крови в рабочим органам нарушается. В частности, по мере развития утомления сосудистая реакция в работающих мышцах может быть извращена. Это выражается в том, что с определенного этапа развития утомления сосуды в работающей мышце начинает суживаться, что распространяется на сосуды смежных мышц. Извращенная реакция более отчетлива у нетренированных и легко утомляющихся лиц. Интересно, что сокращение неутомленной мышцы приводит к нормальному расширению сосудов во всех конечностях, включая и утомленные группы мышц. Работа неутомленной группы мышц приводит не только к восстановлению кровообращения, но и к повышению работоспособности всех других мышц.

Изменение дыхания характеризуется его учащением и возможными нарушениями координации брюшного и грудного дыхания. Снижаются показатели легочной вентиляции и величин поглощения О на 1 кг массы тела.

Снижаются энергетические резервы организма в результате истощения запасов гликогене в печени. При этом использование резервов гликогена из неработающих мышц затруднено. В опытах, где осуществлялась работа одной ногой, на велоэргометре было показано, что запасы гликогена в ее мышцах резко уменьшаются, а в мышцах неработающей ноги они не изменяются. Таким образом, передача электрических веществ из одной мышцы к другой незначительна и резервы поступают из центральных депо. Отмечается потоотделения.

3.5 Особенности физиологических сдвигов при статических усилиях

Под статическими усилиями понимают длительное непрерывное напряжение, как отдельной группы мышц, так и общее напряжение многих групп мышц, обеспечивающих сохранение позы при различных видах деятельности (при двигательной работе, рабочей позу в труде, общих напряжениях при выполнении физических упражнений и др.). Сохранение однообразной позы более утомительно, чем выполнение динамической работы. Это связано с работой нервных центров, которая характеризуется непрерывным возбуждением ограниченных групп нервных клеток. При этом отмечается дезорганизация их активности; нарастает возбуждение, которое, в конце концов, вызывает охранительное торможение, и статическое напряжение уменьшается и прекращается.

Постоянное напряжение мышц затрудняет кровообращение и дыхание в напряженных мышцах и мешает активизации текущего восстановления. Статические усилия часто связаны с натуживанием, при котором затрудняется продвижение крови через легкие и возникает дополнительная нагрузка на правое сердце.

Такая координация движений на фоне сохранения общей позы, особенно напряженной, требует большой тренировки. Чрезмерные усилия приводят к перенапряжению.

Перенапряжение (острое утомление) возникает при выполнении динамических физических нагрузок и статических напряжений, не соответствующих уровню физической подготовленности человека (особенно часто оно возникает на фоне имеющего место переутомления). При статических усилиях может возникнуть острая сердечная недостаточность, нарушение координации в регионарном кровообращении, одышка, цианоз, расстройство координаций движений.

Острое утомление возникает при работе значительной интенсивности, несоответствующей уровню непосредственной готовности к выполнению упражнения и предварительной подготовленности организма.

Ведущим фактором в возникновении физиологических сдвигов является нарушение в функции ЧНС, центры которой, в результате срочности мобилизации, не обеспечивают постоянного развития активности и координации деятельности органов и систем. Уменьшается подвижность нервных процессов и развивается торможение в нервных центрах, возникающее под влиянием высокого ритма и темпа афферентных раздражений, связанных с интенсивными мышечными сокращениями. Возможны «сшибка» нервных процессов и возникновение запредельного торможения. Запаздывает также активизация функции желез внутренней секреции. В результате вегетативные системы не выполняют своей роли в обеспечении организма питательными веществами и восстановления работающего организма. Недостаток в потреблении О и кислородный долг в организме резко увеличиваются. Сердечно-сосудистая и дыхательная системы не обеспечивают кислородный запас организма. Быстро накапливаются продукты обмена и, в частности, молочная кислота. В этих условиях в связи с перенапряжением сердца и неадекватным изменением тонуса сосудов может развиться коллапс.

У нетренированных лиц состояние острого утомления может развиться и на ранних этапах длительной физической нагрузки в результате резкого срыва регуляторных механизмов и истощения резервов восстановления в органах и системах организма.

Острое утомление быстрее развивается при высокой температуре и влажности окружающей среды. При этом усиливается потоотделение, что приводит к потере организмом хлоридов и изменению количественного соотношения ионов натрия, калия, кальция, хлора и фосфора в крови и тканях тела. Острое утомление у лиц старшего возраста переносится тяжело, а восстановление затягивается и требует особых лечебных мероприятий.

3.6 Хроническое утомление

Хронической утомление - результат кумуляции сдвигов в нервно-мышечной и вегетативной системах организма, возникающих при многократной утомительной работе. Оно может возникать как результат систематического недовосстановления при общей и при локальной нагрузке. Ведущими явлениями, характеризующими хроническое утомление, служит расстройство управляющей функции ЦНС и проявляется в неспособности организма к мобилизации усилий, прогрессирующему снижению общей работоспособности и расстройстве координации при сложных общих и локальных движениях.

Отмечаются также тахикардия, повышение минимального артериального давления, снижение потребления кислорода на 1 кг массы тела, потливость.

При сохранении способности к осуществлению старых автоматизированных навыков отмечается неспособность к усвоению новых полезных навыков и действий. В дальнейшем наступает расстройство и старых закрепленных навыков и действий. Физиологическая основа этого явления - нарушение баланса возбудительно-тормозных нервных процессов. Возможно, снижение способности сохранять концентрацию внимания и бдительность в условиях труда и в быту, бессонница. Устойчивость организма к неблагоприятным факторам окружающей среды уменьшается. Человек легко заболевает. Восстановление организма после нагрузок затягивается.

РАЗДЕЛ 4. ОСОБЕННОСТИ УТОМЛЕНИЯ ПРИ УМСТВЕННОЙ РАБОТЕ

В результате длительной и интенсивной умственной работы наступает утомление, которое приводит к снижению продуктивности умственного труда ученого, оператора у пульта управления, учителя, водителя на транспорте и др. Эти сдвиги характеризуются трудностью сосредоточения и падением активности внимания, ослаблением памяти, замедленностью в принятии решений, нарушением четкости логических построений и способности к абстракциям и суждениям. Умственное утомление приводит также к увеличению длительности периода времени, на протяжении которого происходит ликвидация его последствий. Так, например, напряженная работа оператора, контролирующего движение самолетов в аэропорту, потребовало уменьшения длительности его рабочего дня.

Умственное утомление разделяют на острое и хроническое. Острым умственным утомлением называют такое состояние, когда восстановление основных физиологических показателей происходит в течение суточного цикла. Отсутствие же в рамках суток такого восстановления (возвращение к оптимальному состоянию головного мозга после ночного сна) приводит к тому, что развивается суммация остаточных явлений утомления с вновь наступившим острым утомлением. При этом может возникнуть хроническое умственное утомление.

Комплексное изучение условных и безусловных рефлексов при умственном утомлении у человека позволило получить данные, показывающие, что при этом уменьшаются положительные условнорефлекторные реакции, сила и подвижность возбуждения и торможения; растормаживаются дифференцировки. Нарушаются силовые отношения в ответных реакциях на условные раздражители разной силы (на слабые раздражители регистрируются сильные ответы, а на сильные - слабые реакции). Выяснилось также, что механизм умственного утомления не ограничивается изменением работоспособности корковых клеток, выражающимся в нарушении силы ответных реакций в ответ на действие различных по интенсивности раздражителей. Одновременно возникают глубокие изменения корково-подкорковых взаимоотношений со значительным угнетением активирующей функции ретикулярной формации головного мозга. Физиологическая природа указанных изменений заключается в развитии в коре больших полушария и подкорковых образованиях естественного процесса запредельного торможения с охранительной функцией. Последнее проявляется в угнетении некоторых неспецифических вегетативных компонентом условнорефлекторной деятельности (кожно-гальванического, сосудистого, дыхательного рефлексов).

Развитие запредельного торможения при умственном утомлении в корковых и подкорковых структурах центральной нервной системы нарушает не только корково-подкорковые взаимоотношения, но и взаимоотношения нервных центров в коре больших полушарий. При утомлении имеют место межполушарная ассиметрия электрической реактивности мозга, ассиметричная секреция правой и левой околоушной и слюнных желез и кровенаполнения внутренних сонных артерий. Следовательно, для оптимизации состояния высшей нервной деятельности и работоспособности человеку необходимо полное соответствие адекватных корково-подкорковых взаимоотношений с симметричными взаимодействиями парных образований головного мозга. Дозированные физические упражнения с эмоционально-игровой направленностью устраняют перечисленные межполушарные ассиметрии и снимают явление утомления.

Изучение церебральной гемодинамики методом роэнцефалографии позволило определить роэнцефалографические корреляты острого и хронического умственного утомления. Острое умственное утомление характеризуется: 1) межполушарной симметрией кровенаполнения в утреннем фоне; 2) межполушарной асимметрией кровенаполнения и его уменьшением после 4 час умственной работы; 3) устранением межполушарной асимметрии и увеличением мозгового кровенаполнения в ответ на стимуляцию физическими упражнениями.

Хроническое умственное утомление характеризуется: 1) асимметрией кровенаполнения полушарий мозга уже в утреннем фоне; 2) уменьшением кровенаполнения полушарий и глубокой его межполушарной асимметрией после умственной работы; 3) реакция внутренних сонных артерий в ответ на стимуляцию физическими упражнениями перестает быть однозначной, так как появляется тенденция к констрикторной направленности реакции мозговых сосудов, по-видимому, в результате угнетения парасимпатичного механизма сосудистого центра, регулирующего тонус внутренних сонных артерий (Ю. М. Протусевич).

Умственное утомление, развивающееся после дозированной умственной нагрузки, сопровождается усилением синхронизирующих процессов в ЦНС. Связанных с развитием тормозных состояний в структурах коры и ретикулярной формации головного мозга. Умственное утомление оказывает влияние на физиологические процессы в сенсорных системах. При этом отмечается снижение чувствительности (повышение порогов раздражения) зрительного, слухового и тактильного анализаторов. Хроническое умственное утомление можно оценить прежде всего по степени ухудшения умственной работоспособности, а также по совокупной выраженности мозгового кровотока, амплитуды вызванных потенциалов мозга и состоянию кратковременной памяти.

РАЗДЕЛ 5. УСТРАНЕНИЕ И ПРОФИЛАКТИКА УМСТВЕННОГО И ФИЗИЧЕСКОГО УТОМЛЕНИЯ

Устранять и отдалять утомление возможно за счет повышения общей и специализированной физической тренированности организма, оптимизации его умственной и эмоциональной активности. Мобилизация других сторон психической активности и двигательной деятельности, не связанных с теми, которые привели к утомлению, способствует отдалению умственного утомления и его профилактике. Вся система средств и методов, обеспечивающих отдаление утомления, имеет особое значение в условиях адаптации, в ходе которой устойчивость организма снижается. Субъективные ощущения являются важными предупредительными симптомами, которые служат сигналами для принятия мер для борьбы с утомлением и перенапряжением (острым утомлением). Чрезмерные волевые усилия, направленные на ликвидацию утомления, могут привести к переутомлению и возникновению патологических процессов в различных органах и системах, а также в организме в целом.

Для отдаления утомления необходим активный отдых, а также переключение на другие виды деятельности. И.М.Сеченов, открывший феномен активного отдыха, показал, что восстановление работоспособности одной конечности происходит быстрее, если в период ее отдыха выполняется работа другой конечностью. Эти факты объясняются особенностями восстановительных процессов, протекающих в нервных центрах и при межцентральных взаимоотношениях. После возникновения утомления при работе правой рукой иннервирующие ее центры заторможены. Возбуждение в нервных центрах при работе левой рукой усиливает торможение в центрах правой руки (механизм отрицательной индукции). Это оказывает положительное влияние на восстановление работоспособности правой руки. Однако в ряде случаев отмечается иррадиация возбуждения в «отдыхающие центры», что затрудняет их восстановление. С ростом тренированности эффективность активного отдыха для восстановления возрастает за счет, в частности, повышения устойчивости индукционных межцентральных взаимоотношений. Активный отдых наиболее эффективен при работе средней тяжести.

Переключения в двигательной деятельности с одних координаций на другие отдаляет наступление утомления. Например, если нести ведро с водой в руках и держать его ручку в кулаке ладонью вперед, то через некоторое время наступает утомление. Однако же если повернуть кисть ладонью назад, то можно продолжать нести ведро. В данном случае изменение функциональной активности в различных звеньях нервно-мышечного аппарата позволяет продолжать работу. Однако следует учесть, что переключения дают эффект для отдаления утомления только в том случае, если человек подготовлен к такому изменению двигательного навыка. Так, например, если ехать на велосипеде ритмично, вращая педали, утомление наступает не скоро. Если же неподготовленный к переключениям велосипедист будет менять ритм и усилия при педалировании, он относительно быстро устает. То же отмечается при лыжных гонках. Если лыжник не владеет различными навыками при ходьбе на равнине и по пересеченной местности, утомление у него развивается быстрее, чем у лыжника, владеющего различными лыжными приемами. Подобные примеры можно привести из области различных трудовых и бытовых навыков. Положительные эмоции могут также способствовать отдалению явлений утомления и восстановлению работоспособности.

Отдаление утомления происходит за счет совершенных двигательных координаций (мышечной, внутримышечной, динамики сокращения и расслабления и др.), устойчивости взаимосвязи силы, скорости, выносливости и двигательного навыка. Длительное сохранение пауз между последовательными мышечными сокращениями, а также их ритма вместе с высокой амплитудой их сокращения является признаком устойчивости организма к утомлению. Об этом же говорят адекватные и устойчивые сдвиги в вегетативных функциях под влиянием длительных физических нагрузок.

Острое утомление целесообразно устранять, снимать физиологическими средствами, чтобы оно не перешло в хроническое. Это прежде всего своевременный отдых и правильная организация умственного и физического труда.

Благоприятное влияние для профилактики умственного утомления оказывает специальный режим питания. Например, для профилактики переутомления с успехом используется алиментарный режим путем добавления в обычный рацион малых доз дополнительных факторов питания в виде аминокислот, витаминов, солей и др. для активизации процесса синтеза в головном мозге и совершенствования реакций общего метаболизма. Это приводит к улучшению психофизиологической активности при напряженной умственной работе и физической деятельности. Алиментарный режим не только препятствует развитию процессов хронического умственного и физического утомления, но и снижает эффект кумуляции острого умственного утомления, усиливает адаптацию к интенсивной интеллектуальной и физической деятельности.

Действительное средство для борьбы с утомлением - оптимальное сочетание труда умственного и физического. Однако это правило не абсолютно и для достижения успеха требует учета характера труда как умственного, так и физического. Это связано с тем, что физические упражнения и умственное напряжение в разной степени захватывают и активизируют различные вегетативные и соматические системы в организме человека и вызывают различные по сложности и интенсивности сдвиги в центральной нервной системе. Еще в 1913 г. Д.Гельхорн и М.Левин указали, что астеническая реакция приводит к вазодилятации в головном мозге, а астеническая вызывает вазоконстрикцию. Умственный труд может приводить к сужению сосудов конечностей и тем больше, чем он напряженнее. При утомлении, как от физического, так и от умственного труда последующий умственный труд может дать извращенную реакцию, вызывая расширение сосудов конечностей. Вместе с тем имеются исследования, в которых показано, то решение легких арифметических задач повышает физическую работоспособность, трудные же задачи - понижают ее. Работа с легкими грузами стимулирует умственную деятельность, а с тяжелыми грузами и сложными по координации упражнениями - затрудняет ее.