Ярким примером значения первичных изменений вегетативных процессов для вторичного вызова ухудшения деятельности нервной и других систем является изменение содержания глюкозы в крови. Большое потребление во время длительной интенсивной мышечной работы (бег, лыжные гонки и др.) глюкозы через некоторое время приводит к снижению содержания ее в крови. Это снижение вторичным путем ведет к ухудшению состояния мозга, весьма чувствительного к понижению сахара в крови. В свою очередь, ухудшение состояния мозга может нарушить координацию самых различных двигательных и вегетативных функций, снижая тем самым эффективность выполнения физических упражнений. Таким образом, первичные изменения какой-либо одной вегетативной функции приводят к нарушению функций целого ряда органов и систем органов.
Во многих случаях, в частности при значительных, по мощности усилиях, первичное утомление возникает в результате ухудшения функционального состояния самих мышц. Некоторым функциональным единицам в мышце свойственна высокая степень утомляемости, и они могут выключаться из деятельности спустя весьма короткое время после начала напряжения. Вследствие этого сила данной мышцы может быстро снижаться, иногда даже на протяжении нескольких секунд. Так, при статических усилиях с большим отягощением деятельность некоторых функциональных единиц прекращается через относительно короткое время. Поэтому спустя несколько секунд поддержание усилия становится невозможным (например, удержание штанги, угла на кольцах).
При возникновении утомления снижаются сила и скорость сокращения мышц, затягивается фаза расслабления, повышаются пороги возбудимости, снижается коэффициент полезного действия мышечного сокращения. При сильной нагрузке степени утомления после прекращения сокращения может наблюдаться неполное расслабление мышечных волокон, так называемая остаточная контрактура.
Важнейшая роль при утомлении принадлежит процессам, протекающим в центральной нервной системе. Деятельность нервной системы, как и других систем организма, может ухудшаться как первично, так и вторично.
При умственной работе, при трудных для спортсмена ситуациях, при боязни соперников и в некоторых других случаях изменения деятельности нервной системы являются первичным фактором, вызывающим утомление. Вторично деятельность нервной системы угнетается при увеличении в крови содержания недоокисленных продуктов обмена веществ, гипоксии, гипогликемии, изменений содержания гормонов в крови и т. д. В результате ухудшаются программирование и координация двигательных и вегетативных функций, что приводит к снижению производительности работы спортсмена и возникновению чувства усталости.
Каждая клетка, каждый орган обладают способностью в известной мере противостоять утомлению. Но особая роль в этом отношении принадлежит нервной системе, которая, программируя и координируя все двигательные и вегетативные функции, может варьировать формы координации, заменяя в работе утомленные клетки и органы неутомленными или менее утомленными, повышать степень мобилизации ресурсов в работающих органах и тканях и т. д. Вследствие этого значительно отдаляется момент возникновения утомления и снижения работоспособности.
Преодолеваемое (скрытое) утомление. Смена форм координации движений ярко проявляется в ряде циклических упражнений: беге на коньках, плавании и др. В этих упражнениях, например, через некоторое время после начала отмечается даже при неизменной скорости движения учащение темпа и уменьшение длины преодолеваемого расстояния при каждом шаге, т. е. возникает новая форма координации (В. С. Фарфель). В результате уменьшение длины шагов компенсируется учащением их и общая скорость передвижения остается прежней. Снижение же скорости передвижения начинается лишь тогда, когда учащение темпа уже не компенсирует уменьшение шага или когда темп также начинает урежаться. Примечательно, что учащение темпа и уменьшение шага возникают еще задолго до того времени, когда для спортсмена становится невозможным сохранять исходные величины этих показателей. Следовательно, такое рано возникающее изменение координации движении имеет профилактический характер, направлено на предупреждение или задержку развития явлений утомления.
Изменение координации двигательных и вегетативных функций, обусловливающее задержку развития утомления и протекающее без снижения эффективности работы (например, бег, гребля, плавание) квалифицируется как проявление преодолеваемого (скрытого) утомления.
В физиологическом механизме возникновения преодолеваемого утомления важная роль принадлежит условным рефлексам и развитию экстраполяции. Благодаря им хорошо тренированный человек значительно лучше использует возможности организма в отношении смены форм координации двигательных и вегетативных функций для предотвращения или отсрочки развития утомления.
Особенности утомления при разных видах физических упражнений. Специфика физиологических процессов при разных видах физических упражнений обусловливает различную природу возникновения утомления. Существенное значение при этом имеют характер упражнений, их длительность, мощность, сложность выполнения и др.
При циклической работе максимальной мощности основной причиной снижения работоспособности являются развитие торможения и уменьшение подвижности нервных процессов. Это торможение развивается в результате утомления, возникающего в центральной нервной системе под влиянием потока афферентных импульсов, посылаемых работающими мышцами. Немаловажное значение при этом имеет изменение функционального состояния самих мышц, снижение их возбудимости, лабильности и скорости расслабления.
Многообразны физиологические причины утомления при циклической работе субмаксимальной мощности. Так же как и при работе максимальной мощности, афферентная импульсация постепенно приводит к угнетению деятельности нервных центров. Этому способствует резкий недостаток кислорода. В связи с анаэробным характером внутриклеточного метаболизма в мышцах происходит накопление продуктов обмена. В частности, содержание молочной кислоты в крови может увеличиваться в 15—25 раз. Недоокисленные продукты обмена веществ, всасываясь в кровь, ухудшают деятельность нервных клеток.
При циклической работе большой мощности, т. е. при работе на уровне кажущегося устойчивого состояния, важная роль в развитии утомления принадлежит недостаточности кардиореспираторных функций, необходимости на протяжении длительного времени поддерживать весьма напряженную работу сердца и дыхательного аппарата для обеспечения интенсивно работающего организма нужным количеством кислорода. Как известно, при этой работе кислородный запрос несколько превышает потребление кислорода. Кислородный долг при работе данной мощности не так велик, как при работе субмаксимальной мощности, но все же значителен и, кроме того, действует длительно—на протяжении многих минут и даже десятков минут. Происходит также снижение в крови гормонов некоторых желез внутренней секреции, в частности коры надпочечников. Известную роль в угнетении функций нервных центров при преодолении спортсменом длинных дистанции может играть монотонное действие на нервные клетки афферентных импульсов, периодически поступающих из работающих мышц.
При циклической работе умеренной мощности основной причиной развития утомления является трудность длительного поддержания на высоком уровне функций кардино-респираторной системы. Кроме того, в нервных центрах может возникать торможение под влиянием многократного однообразного раздражения афферентными импульсами. Угнетение же деятельности этих центров приводит к расстройству координации движений. При работе этой мощности продолжительностью более 40—60 мин. уменьшается в связи с длительным расходованием запасов углеводов содержание сахара в крови. В результате расстраивается деятельность центральной нервной системы. Значительная потеря хлоридов и изменение количественного соотношения ионов натрия, калия и кальция, хлора и фосфора в крови и тканях тела при таких упражнениях, происходящие вследствие обильного потоотделения во время длительных спортивных упражнений, также ведут к понижению работоспособности у спортсмена.
Появлению утомления способствует перегревание, наблюдаемое при длительной работе умеренной мощности, особенно в условиях высокой температуры и большой влажности окружающей среды. При перегревании нарушение нормальной деятельности центральной нервной системы может приводить к «тепловому удару» (головная боль, помутнение, а в тяжелых случаях и потеря сознания). Охлаждение организма также может быть фактором, способствующим развитию утомления.
При ациклических видах физических упражнений отмечаются различные формы утомления.
Во всех спортивных играх в результате необходимости постоянного нового программирования игроками своих действий при решении сложных двигательных задач наблюдается утомление высших Отделов мозга. Оно приводит к снижению скорости и координированности движений и ухудшению функций некоторых анализаторов. В таких видах спорта, как хоккей, существенная роль принадлежит (как и при циклических упражнениях субмаксимальной мощности) недостаточности кислородного обеспечения и накоплению кислородного долга.
При гимнастических и тяжелоатлетических упражнениях утомление может сказываться на функциональном состоянии мышц. Падает их возбудимость, уменьшается сила, изменяются твердость, вязкость и скорость сокращения и расслабления мышц.