ГоловнаЗворотній зв'язок
Главная->Фізиологія та анатомія->Содержание->Глава 1. Физиологическая классификация физических упражнений

Физиология спорта

Глава 1. Физиологическая классификация физических упражнений

В своей повседневной деятельности - в быту, на производстве, во время занятий физической культурой и спортом - человек выполняет самые разнообразные двигательные действия: С точки зрения физиологии совокупность непрерывно связанных друг с другом двигательных действий (движений), направленных на достижение определенной цели (решение двигательной задачи), является упражнением.

В соревновательном спортивном упражнении совокупность двигательных действий (движений) направлена на достижение максимально возможного спортивного результата (примеры спортивных упражнений: прыжок в высоту, метание копья, стрельба, спортивная игра, бег или плавание на определенную дистанцию).

Огромное число физических, в том числе спортивных, упражнений обусловливает необходимость их классификации. Физиологическая классификация объединяет в группы физические упражнения со сходными функциональными характеристиками. С одной стороны, это такие упражнения, для успешного выполнения которых могут быть использованы в определенной степени сходные режимы, средства и методы физического воспитания (спор'тивной тренировки). С другой стороны, в одну группу объединяются физические упражнения, которые могут быть в равной мере использованы в системе физического воспитания (спортивной тренировки) для повышения функциональных возможностей одних и тех же физиологических органов, систем и механизмов, а следовательно, одного и того же физического качества. Так, возможности сердечно-сосудистой и дыхательной систем, в наибольшей степени определяющие уровень развития выносливости, могут успешно повышаться при использовании разных физических упражнений одной группы: длительного бега, езды на велосипеде, плавания, бега на лыжах.

Общая физиологическая классификация физических упражнений

Наиболее общая физиологическая классификация физических упражнений может быть проведена на основе выделения трех основных характеристик активности мышц, осуществляющих соответствующее упражнение:

1) объем активной мышечной массы;

2) тип мышечных сокращений (статический или динамический);

3) сила или мощность сокращений.

Локальные, региональные и глобальные упражнениния

В зависимости от объема активной мышечной массы все физические упражнения классифицируют на локальные, региональные и глобальные.

К локальным относятся упражнения, в осуществлении которых участвует менее 1/3 всей мышечной массы тела (стрельба из лука, из пистолета, определенные гимнастические упражнения).

К региональным относятся упражнения, в осуществлении которых принимает участие примерно от 1/3 до 1/4 всей мышечной массы тела (гимнастические упражнения, выполняемые только мышцами рук и чпояса верхних конечностей, мышцами туловища и т. п.).

Глобальными называются упражнения, в осуществлении которых принимает активное участие более 1/г всей мышечной массы тела (бег, гребля, езда на велосипеде и др.). Подавляющее большинство спортивных упражнений-относится к глобальным.

Статические и динамические упражнения

В соответствии с типом сокращения основных мышц, осуществляющих выполнение данного упражнения, все физические упражнения можно разделить соответственно на статические и динамические.

К статическим упражнениям относится, например, сохранение фиксированной позы при удержании стойки на кистях (у гимнастов), в момент выстрела (у стрелка).

Большинство физических упражнений относится к динамическим. Таковы все виды локомоций: ходьба, бег, плавание и др.

Силовые, cкоростно-силовые упражнения и упражнения на выносливость

Рис. 1. Связь "сила - скорость", полученная в исследовании на одном испытуемом при подъеме с максимальным усилием шести разных грузов: штриховая линия - мгновенные значения мощности; скорость, соответствующая максимальной мощности, указана стрелкой

 

Рис. 2. Зависимость предельного времени работы от силы сокращения при локальной статической работе (слева) и от мощности (частоты движений) при локальной динамической работе (справа)

При классификации физических упражнений по силе сокращения ведущих-мышечных групп следует учитывать две зависимости: "сила - скорость" и "сила - длительность" мышечного сокращения.

В соответствии с зависимостью "сила - скорость" (рис. 1) при динамическом сокращении проявляемая сила обратно пропорциональна скорости укорочения мышц (скорости движения перемещаемого звена тела): чем больше эта скорость, тем меньше проявляемая сила. Другая, формулировка этой зависимости: чем больше внешняя нагрузка (сопротивление, вес), тем ниже скорость укорочения (движения) и тем больше проявляемая сила, и наоборот, чем меньше внешняя нагрузка, тем выше скорость движения и меньше, проявляемая мышечная сила. Произведение силы на скорость мышечного сокращения определяет его мощность (см. рис. 1).

Зависимость "сила - длительность" мышечных сокращений, выражается в том, что чем больше сила (или мощность) сокращений мышц, тем короче их предельная продолжительность. Это справедливо как для локальной и региональной статической и динамической работы (рис. 2), так и для глобальной работы (рис. 3).

По проявляемым силе и мощности мышечных сокращений и связанной с ними предельной продолжительности работы все физические упражнения можно разделить на три группы: силовые, скоростно-силовые (мощностные) и на выносливость.

Силовыми можно считать упражнения с максимальным или почти максимальным напряжением основных мышц, которое они проявляют в статическом или динамическом режиме при малой скорости - движения (с большим внешним сопротивлением, весом). На рис. 1 силовым упражнениям соответствует левая часть кривой "сила - скорость". Предельная продолжительность упражнений с максимальным проявлением силы исчисляется несколькими секундами. Сила является основным двигательным качеством, определяющим успех выполнения силовых упражнений.

Рис. 3. Кривая зависимости рекордного (предельного) времени от скорости в беге (Б), плавании (Я) и беге на коньках (К) (В. С. Фарфель).

Скоростно-силовыми (мощностными) являются такие динамические упражнения, в которых ведущие мышцы одновременно проявляют относительно большие силу и скорость сокращения, т. е. большую мощность. Максимальная мощность мышечного сокращения достигается в условиях максимальной активации мышцы при скорости укорочения около 30% от максимальной для ненагруженной мышцы. На кривой "сила - скорость" скоростно-силовые упражнения занимают срединное положение - до 50-60% от максимальной скорости (см. рис. 1). Максимальную мощность мышцы развивают при внешнем сопротивлении (грузе), составляющем 30-50% от их максимальной (статической) силы. Предельная продолжительность упражнении с большой мощностью мышечных сокращений находится в диапазоне, от 3-5 с до 1-2 мин - в обратной зависимости от мощности мышечных сокращений (нагрузки). Мощность играет важнейшую роль в скоростно-силовых упражнениях.

Упражнениями на выносливость считаются такие упражнения, при выполнении которых ведущие мышцы развивают не очень большие по силе и скорости сокращения, но способны поддерживать или повторять их на протяжении длительного времени - от нескольких минут до многих часов (в обратной зависимости от силы или мощности мышечных сокращений). Выносливость - ведущее физическое качество для упражнений этой группы.

Более подробная физиологическая характеристика силовых и скоростно-силовых упражнений дается в гл. 3, упражнений на выносливость - в гл. 4.

Энергетическая характеристика физических упражнений

Энергетическая стоимость служит важнейшей характеристикой упражнения. Для определения энергетической стоимости физического упражнения, используют два показателя: энергетическую .мощность и валовый (общий) энергетический расход.

Энергетическая мощность - это количество энергии, расходуемое в среднем за единицу времени при выполнении данного упражнения. Она измеряется обычно в физических единицах: ваттах, ккал/мин, килоджоулях в минуту, а также в "физиологических":

скорости потребления О2 (мл О2/мин) или в МЕТ,ах (метаболический эквивалент, т. е. количество О2) потребляемого в 1 мин- на 1 кг веса тела в условиях полного покоя лежа. 1 МЕТ равен 3,5 мл О2/кг мин).

Валовый (общий) энергетический расход - это количество энергии, расходуемой во время выполнения всего упражнения в целом. Валовый энергетический расход (общая энергетическая стоимость упражнения) может быть определен как произведение средней энергетической мощности на время выполнения упражнения.

При беге валовый энергетический расход на преодоление одинаковой дистанции в определенных пределах не зависит от скорости передвижения. Дело в том, что при увеличении скорости (энергетической мощности) время преодоления данной дистанции уменьшается, а при снижении скорости, наоборот, увеличивается, так что произведение энергетической мощности на время, т. е. общий энергетический расход, остается неизменным. Общая энергетическая стоимость преодоления одной и той же дистанции выше при беге, чем при ходьбе (до скорости около 8 км/ч): на каждый километр дистанции при ходьбе расходуется в среднем 0,72 ккал/кг веса тела у женщин и 0,68 ккал/кг веса тела у мужчин, а при беге соответственно 1,08 и 0,98 ккал/кг веса тела.

По показателям энергетической мощности физические упражнения обычно подразделяют на легкие, умеренные (средние), тяжелые и очень тяжелые (табл. 1).

Таблица 1. Классификация физических упражнений по расходу энергии (ккал/мин) у мужчин и женщин разного возраста.

Пол и возраст

Упражнения

 

легкие

умеренные (средние)

тяжелые

очень тяжелые

Мужчины:

 

 

 

 

20-29

4,2

4,3-8,3

8,4-12,5

> 12,5

30-39

3,9

4,0-7,8

7,9-11,7

> 11,7

40-49

3,7

3,8-7,1

7,2-10,7

>10,7

50-59

3,2

3,3-6,3

6,4- 9,5

> 9,5

60-69

2,5

2,6-5,0

5,1- 7,5

> 7,5

Женщины:

 

 

 

 

20-29

3,2

3,3-5,1

5.2-7,0

> 7,0

30-39

2,9

3,0-4,2

4,3- 6,5

> 6,5

40-49

2,7

2,8-4.0

4,1- 6,0

> 6,0

50-59

2,2

2,3-3,8

3,9- 5,5

> 5,5

60-69

1,9

2,0-3,5

3,6- 5,0

> 5,0

При оценке тяжести упражнения по энергетическим показателям необходимо учитывать еще целый ряд факторов: характер выполняемой работы (статический или динамический), объем активной мышечной массы (локальное, региональное или глобальное упражнение), размеры или вес тела, возраст, пол и степень тренированности (физической подготовленности) человека, выполняющего данное упражнение, внешние условия выполнения данного упражнения.

Так, если выполняется очень тяжелая локальная работа, которая может продолжаться лишь несколько десятков секунд, скорость энерготрат организма не превышает 1,2 ккал/мин (табл. 2). Такая же скорость расхода энергии характерна для региональной работы средней (умеренной) тяжести, которая может выполняться много десятков минут, и для глобальной, но очень легкой работы (крайне медленная ходьба .по ровной местности), которая длится много суток подряд. Очень тяжелая глобальная работа для женщин в возрасте 50-59 лет с расходом энергии более 5,5 ккал/мин, которая может продолжаться лишь десятки секунд, является умеренной для мужчин 20-29 лет и может выполняться ими в течение нескольких часов (см. табл. 1).

Таблица 2. Классификация тяжести локальных, региональных и глобальных упражнений по энерготратам (ккал/мин)

Вид работы

Упражнения

легкие

умеренные (средние)

тяжелые

Локальная кистью

0,3-0,6

0,6-0,9

0,9- 1,2

Региональная

 

 

 

одной рукой

0,7-1,2

1,2-1,7

1,7-2,2

двумя руками

1,5-2,0

2,0-2,5

2,5-3,0

Глобальная

2,5-4,0

4,0-10,0

10,0-15,0

Особенно большие различия при энергетической оценке тяжести упражнений существуют между нетренированными людьми и высокотренированными спортсменами. Последние способны выполнять нагрузки с такими энергетическими затратами, которые недоступны нетренированным людям. У спортсменов в подавляющем числе видов спорта тяжесть физических упражнений по энергетическим (и другим) показателям превышает тяжелые или даже очень тяжелые нагрузки для нетренированных людей и является недоступной для последних (табл. 3).

Таблица 3. Энергетическая стоимость различных видов физкультурной и спортивной деятельности (по данным Е. М. Берковича, Н. В. Зимкина, Н. И. Волкова и др.)

Вид деятельности

Энерг.стоимость.(ккал/мин)

Покой: лежа

1,5

Сидя

1,6

Стоя

1,7

Ходьба:

 

3 км/ч

2

5 км/ч

4

7 км/ч

7

Бег:

 

8 км/ч*

9

18 км/ч (5,0м/с)**

25

23 км/ч (6,3 м/с)***

40

26 км/ч (7,2 м/с) ****

60

32 км/ч (8,8-м/с)*****

100

Плавание:

 

кроль 0,9 м/с

14

1,3 м/с

40

1,8 м/с

125

на спине 0,6 м/с

10

1,2 м/с

40

1,4 м/с

70

1,5 м/с

135

брасс 0,8 м/с

20

1,1 м/с

50

1,2 м/с

80

Ходьба на лыжах 13 км/ч

20

Бег на коньках

 

4 м/с

10

8 м/с

15

10 м/с

25

Езда на велосипеде

 

9 км/ч

5

15 км/ч

7

20 км/ч

10

более 30 км/ч

20

Гимнастика

 

сгибание туловища

4

обороты на перекладине,

 

Прыжки

7

Танцы

3-8

Волейбол (развлек.)

3

Теннис

 

Одиночный

8

Парный

5

Борьба

14

Спортивные игры

 

(футбол, баскетбол, гандбол)

10-15

* Соответствует скорости бега трусцой. ** Соответствует скорости марафонского бега с результатом 2 час. 20 мин. *** Соответствует скорости бега на 10 000 м с результатом около 28 мин. **** Соответствует скорости бега иа 1500 м с результатом около 3 мин 40 с. ***** Соответствует скорости бега на 400 м с результатом 45 с.

С физиологической точки зрения, тяжесть одного и того же физического упражнения сильно изменяется в зависимости от условий его выполнения (например, в горах или при повышенных температуре и влажности воздуха), хотя энергетическая стоимость его остается почти или полностью такой же, что и в обычных условиях.

Таким образом, оценка тяжести упражнения только по энергетическим критериям недостаточна. Поэтому многие классификации физических упражнений наряду с энергетическими характеристиками' (отнесенными к весу или поверхности тела) учитывают также ряд других физиологических показателей (табл. 4): скорость потребления О2, частоту сердечных сокращений (ЧСС), легочную вентиляцию (ЛВ), температур'у тела, дыхательный коэффициент-(ДК), содержание молочной-кислоты в крови и др.

Таблица 4. Классификация физической работы по энергетическим и физиологическим показателям (по данным у нетренированных мужчин)

Тяжесть работы

Энергетическая мощность

Физиологические показатели

Вид деятельности (предельное время работы)

 

ккал/мин*

МЕТ**

VO2 МЛ/КГ*МИН

VO2***, л/мин

ЧСС, уд/мин

ЛВ, л/мин

ДК

Ректальная температура

Лактат крови, мг%

 

Покой

1,2

1

3,5

0,25

70

8'

0,83

37,0

10-20

 

Легкая работа:

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

спокойная

3,5

3

10,5

0,75

100

20

0,85

37,0

10-20

Неопределенно долго

умеренная

7,5

6

21,0

1,50

120

35

0,85

37,5

20

Обычная трудовая деятельность (до 8 ч в день)

Средняя работа: оптимальная

10,0

8

28,0

2,00

140

50

0,90

38,0

20-30

Интенсивная трудовая деятельность (8 ч в день неск недель - сезонные работы)

Тяжелая работа: напряженная

12,5

10

35,0

2,50

160

60

0,95.

38,5

40

Занятия физкультурой (1 - 2 ч в день, 3 раза в неделю)

Очень тяжелая работа:

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

максимальная

15,0

12

42,0

3,00

180

80

1,00

39,0

50-60

Интенсивная тренировка (до 1-2 ч в день)

истощающая

более 15,0

более 12

более 42,0

более 3,0

более 180

более 120

более 1,00

более 39,0

более 60

Соревновательное упражнение (неск. мин)

·         1 ккал/мин = 426,85 кгм/мин= 69,767 Ватт= 4,186 кДж/мин. ** 1 МЕТ = 3,5 мл, О2/кг*мин - 0,0175 ккал/кг = 0,0732 КДж/кг. *** 1 л потребления О2 =-5,05 ккал = 21,237 кДж

 

4