Некоторые механизмы защиты систем организма на уровне коры головного мозга

Используя разные способы построения отдельных тренировочных занятий, применяя ту или иную структуру недельных циклов, мы постоянно сталкиваемся с фактами, когда по непонятным причинам спортсмены хорошо или отлично себя чувствуют при выполнении одного вида упражнений и плохо – при выполнении другого. Для примера рассмотрим тренировку метателей, применяющих комплексный способ построения тренировочных занятий, предусматривающий использование технической и силовой частей. Ситуация первая: спортсмен хорошо себя чувствует при выполнении технической части и плохо – при выполнении силовой. Ситуация вторая: спортсмен плохо себя чувствует при выполнении технической части и хорошо или отлично – при выполнении силовой. Ситуация третья: спортсмен себя хорошо или отлично чувствует при выполнении обеих частей тренировки.

Доминирование того или иного самочувствия может продолжаться на протяжении относительно длительных промежутков времени – от нескольких тренировочных занятий до нескольких недельных циклов, а то и на протяжении всего периода развития спортивной формы. Оно чаще всего наблюдается при использовании стабильных по определенным параметрам недельных циклов тренировки – будь то периоды развития или сохранения спортивной формы. С заменой применяемых комплексов упражнений меняется и самочувствие спортсменов при выполнении той или иной части тренировочного занятия.

Определенное самочувствие в подавляющем большинстве случаев сопровождается соответственно уровнем спортивных результатов. Например, на протяжении периодов сохранения спортивной формы спортсмены показывают спортивные результаты на уровне лучших в метании соревновательного и утяжеленного и не добирают несколько метров в метании облегченного снаряда.

Чередование доминантных состояний наблюдается на протяжении всего процесса спортивного совершенствования того или иного индивидуума. Чаще всего в спортивной практике чередование хорошего и плохого самочувствия объясняется процессами восстановления и недовосстановления, растратой энергии и др. С этим можно, конечно, согласиться, но не учитывать фактов, свидетельствующих о том, что спортсмен может плохо себя чувствовать на протяжении первой части тренировочного занятия и хорошо или отлично на протяжении второй или третьей, мы не можем. Теория недовосстановления здесь не всегда срабатывает, ибо мы постоянно сталкиваемся с фактами, когда спортсмены плохо себя чувствуют на протяжении первого (утреннего) тренировочного занятия и показывают отличные спортивные результаты на протяжении второго (вечернего).

Учитывая все это, можно предположить, что в скоростно-силовых видах спорта механизмы смены состояний на протяжении отдельных тренировочных занятий объясняются вначале индукционными взаимоотношениями возбудительно-тормозных процессов, а затем протеканием восстановительных процессов на энергетическом уровне.

Интегративная деятельность коры головного мозга корректируется «разрешительными» защитными механизмами систем организма. Посредством переключений, сбрасываний, переливов поступающих раздражителей с одних нервных центров на другие организм защищается от внешних воздействий. Таким образом он обеспечивает свое существование, сохраняя генетический фонд, оставляя его запасы для потомства. Посредством переливов, сбрасывания на ближних и далеких «соседей» (нервные центры двигательного анализатора) он предотвращает воздействие чрезмерных по силе раздражителей.

Гипотеза переливов, переключений имеет свое теоретическое обоснование, в основе которого лежит экспериментальный материал, полученный в классической и спортивной физиологии. Открытый И.П. Павловым в начале прошлого столетия принцип двухсторонних связей (возбуждение может двигаться от центра А к центру Б, и наоборот) во многом раскрывает сущность различных одно– и двунаправленных реакций. Так, по данным А.А. Ухтомского [228], если рефлекс А вызывает в порядке иррадиации рефлекс Б, то рефлекс Б в свою очередь будет вызывать рефлекс А. Эти явления объясняют принцип прямых и обратных связей [170]. Они лежат в основе межцентральных взаимоотношений в коре головного мозга при выработке доминантных состояний. Они являются следствием суммации в доминантном очаге возбуждения, приходящих из других участков ЦНС.

Доминантные состояния, которые имеют свойство возникать то в одних, то в других нервных центрах наблюдаются как в процессе выработки простых временных связей, так и при становлении сложных координаций [7, 12, 171]. Они – результат образования конкретных взаимоотношений и взаимовлияний, имеющих определенную структуру, каждой из которых присуще свое содержание, выражающееся в активации или в торможении каких-то нервных центров или же их групп [120, 228].

Формирование простых временных связей начинается с выработки соответствующего условного рефлекса [170], который имеет свойство проявляться даже в случаях использования близких к ним условных рефлексов, а если первый был выработан с применением нескольких раздражителей, то иногда достаточно воздействия одного из них, чтобы вызвать условные реакции. Формирование сложных по структуре временных связей имеет доминантную основу. В начале их формирования избыточная активация в одном отдельно взятом очаге возбуждения может перебрасываться на другой или же еще больше суммироваться в первом [7, 131,229].

В спортивной практике нас интересуют те виды переключений, в которых возникший очаг возбуждений в одних нервных центрах перебрасывается по выработанным ранее и сохранившимся путям на другие, свободные от защиты системы организма. Как в связи с этим не вспомнить случаи, когда спортсмены на протяжении длительных промежутков времени отлично себя чувствуют, например, при выполнении силовых частей комплексных тренировочных занятий или силовых тренировок и плохо – во время технических. Хорошее или плохое самочувствие всегда сопровождается соответствующим уровнем спортивных результатов. Редко когда спортсмены одинаково хорошо себя чувствуют в нескольких видах тренировочных занятий. Чаще всего хорошее самочувствие чередуется с плохим, и наоборот. Для смены отрицательного знака на положительный необходимо заменить применяемые комплексы тренировочных упражнений, а если этого сделать по каким-либо причинам нельзя, то уменьшить объем тренировочных нагрузок в одних видах упражнений и увеличить в других, одновременно перейти к использованию более низких зон интенсивности.

Доказательством существующих переключений, сбрасываний на «соседей» поступающей по афферентным путям активации может служить уровень спортивных результатов на протяжении периодов сохранения спортивной формы и после окончания переходного периода. На протяжении периода сохранения спортсмены демонстрируют высокий уровень спортивных достижений не только в упражнениях, которые используются еженедельно в тренировочных занятиях, но и в тех, которые не применяются на протяжении нескольких месяцев. После окончания переходного периода уровень спортивных достижений снижается от 8 до 10 % в упражнениях всех видов.

Процесс формирования сложных координаций межцентральных взаимоотношений затрагивает не только отдельные нервные центры или их группы одного анализатора (например, двигательного), но и распространяется на другие. Было зафиксировано, что по многим параметрам биоэлектрическая активность корковых зон центральных и теменных областей правого и левого полушарий при выработке сложных условно-рефлекторных связей изменяется одновременно и согласованно [68, 178]. Перемены в функциональном состоянии тех или других участков коры головного мозга свидетельствуют не только об их топографических взаимосвязях, но и о существовании специфических закономерностей функционирования и пространственной организации электрической активности мозга [83, 166, 196, 222].

Колебания функционального состояния в зависимости от силы, частоты поступающих извне раздражителей могут сопровождаться синхронизацией или десинхронизацией электрической активности, в процессе которых происходят специфические дифференцировки, влияющие на ее перераспределение [166, 196]. В основе спонтанной макроактивности лежит суммирование синхронной активности относительно небольшой части нейронной популяции мозговой ткани. Если же популяция генераторов работает независимо друг от друга, то в таком случае синхронная связь отсутствует [166].

Функциональное состояние определенных структур коры головного мозга имеет свойство постоянно изменяться не только в процессе формирования и функционирования сложных координаций, но и при выработке простых связей. На различных стадиях специализации доминанты при использовании двух разных раздражителей всегда наблюдается перестройка соответствующих нервных центров. Изменение спектра частот электрической активности находит свое выражение в объединении центров в единую действующую констелляцию с образование обратной временной связи между доминантным центром и тестирующим раздражителем [7, 228].

Принцип «переключения» в условно-рефлекторной деятельности при наличии двухсторонних связей считается основополагающим [7, 170, 229]. Изменения, происходящие при этом в функциональной системе, зависят от сочетания раздражителей в каждой отдельно взятой ситуации опыта. Оно может сопровождаться изменением возбудимости в соответствующих корковых представительствах тех или других частей тела животных [174, 186]. Возможны случаи возникновения активности двух соседних нейронов в моторной коре, где активность одного коррелируется с одной реакцией, а другого – с другой [250]. Посредством переключения формируется несколько разных тонических функциональных состояний, специфических для каждой ситуации в отдельности [68, 252, 253].

В процессе взаимоотношений и взаимовлияний нескольких раздражителей наблюдается и эффект сопряженного возбуждения и торможения [7, 228]. Под сопряженным торможением подразумевается не «уничтожение» всякой деятельности «на местах», а переработка ее, трансформирование в направлении доминирующей деятельности [229].

В процессе интегративной деятельности коры головного мозга наблюдаются и процессы «сбрасывания» избыточной электрической активности с одних рабочих зон на другие, что ведет к образованию новой мозаики активности нейронной сети [13, 170]. Деполяризация тех или других нервных центров обусловливается эффектами последействия после предшествующей работы [13]. Ее следствием является изменение снова-таки межнейронных связей, где возникающие в такой замкнутой цепи возбуждения будут передаваться от нейрона к нейрону [170]. Любое изменение направлений в межнейронных связях выражается ослаблением одной зоны и перемещением возбуждения в другую [221]. Здесь усиление одной из них ведет за собой разное поведение пространственной синхронизации суммарной активности между ними [222]. Организм может отвечать активацией как возбуждения, так и торможения. «Затормаживание» определенных структур коры головного мозга способствует не развитию функции, а ее отрицанию [148].

Любые «переключения» активности всегда сопровождаются, во-первых, вовлечением в работу определенных нейронных групп двигательного и других анализаторов; во-вторых, изменением их активности. За ними, как правило, следуют те или другие перемены в протекании условно-рефлекторной деятельности и, естественно, это сказывается и на динамике спортивных результатов в применяемых упражнениях в процессе спортивного совершенствования.

Направленность «переключений», «сбрасываний», «переливов», «правильность» или «неправильность» протекания реакций определяются в большей мере не собственной природой раздражителей (сила, частота), а определенными взаимоотношениями, в которых они находятся с другими процессами [14, 170]. На структуру ответных реакций влияют и многие другие параметры воздействий [186, 201], начиная от частоты импульсации, ее интенсивности и заканчивая их амплитудой [186].

В спортивной практике воздействующих агентов, вызывающих ту или иную реакцию или, скорее всего, их определенное количество, множество. Это не только применяемые объемы тренировочных нагрузок, используемые зоны интенсивности, но и структура отдельных тренировочных занятий, недельных циклов и т. д. Практически на каждую систему тренировочных воздействий организм отвечает определенными реакциями, вслед за которыми следуют специфические адаптивные изменения, а также изменяется самочувствие спортсменов. Все это в конечном счете незамедлительно влияет на динамику спортивных результатов, а в момент вхождения в состояние спортивной формы – и на перенос тренированности.

При анализе сказанного выше становится очевидным, что явления «переключений», «сбрасываний», «переливов» и другие во многом определяют направленность переноса тренированности. Этим мы ни в коем случае не «открываем Америку», а просо констатируем факты. Согласившись с таким заключением, мы должны дать себе ответ по крайней мере на три вопроса:

? каким образом препятствовать сбрасыванию активности с соревновательных упражнений на другие;

? если явления сбрасывания являются закономерными реакциями, то посредством каких механизмов можно задержать поток активирующих раздражителей на те промежутки времени, которые достаточны для их развития;

? как достичь такого состояния, при котором сбрасывание активности происходило бы со вспомогательных упражнений на соревновательное.

Попытаемся найти ответ на поставленные вопросы, опираясь в большей степени на гипотетические рассуждения, чем на конкретные факты в связи с тем, что в теории и методике физического воспитания мы не встретили ни одной работы, раскрывающей сущность интересующих нас вопросов. В какой-то мере здесь можно использовать имеющийся материал из смежных областей научного познания.

Итак, если сбрасывание является естественной реакцией в ответ на применение чрезмерных по силе комплексов тренировочных воздействий ради защиты систем организма от неблагоприятных для него адаптивных изменений, то отсюда следует, что предлагаемые нами тренировочные нагрузки на протяжении каждого последующего периода развития спортивной формы должны незначительно отличаться от используемых ранее. Но вместе с тем быть достаточными по силе воздействий для становления нового уровня адаптации.

Если существуют явления сбрасывания рабочей активности с группы нервных центров, отвечающих за координацию двигательной активности в соревновательном упражнении, то, естественно, должны существовать определенные способы их «задержки» на достаточно длительные промежутки времени. Видимо, понять их суть можно, лишь имея полное представление о формировании доминантных отношений, происходящих в коре головного мозга. Напомним, что доминанту в классической физиологии некоторые исследователи считают основным рабочим принципом межцентральных взаимоотношений, играющим существенную роль в организации поведения. Она возникает в результате суммации поступающих раздражителей в доминантный очаг возбуждения, приходящих из других участков ЦНС. Ее обычно рассматривают как процесс, связанный в коре головного мозга с таким очагом возбуждения, который обязательно усиливается другими раздражителями. В результате чего и происходит перестройка электрической активности соответствующих структур мозга [174, 228].

Наличие доминирующих явлений было зафиксировано в процессе изучения принципов координации двигательной деятельности вообще и спортивной в частности [117, 126]. При выработке простых и сложных условно-рефлекторных координаций, двигательных актов, динамических стереотипов и др. всегда проявляются определенные черты доминанты [126, 170].

Естественно, что не все закономерности протекания доминантных явлений можно автоматически перенести на процесс спортивного совершенствования. Это объясняется тем, что в нашем случае мы имеем дело не с одно– или не с дву-, а с многосторонними связями. В спортивной тренировке целые комплексы различных по силе и координационной сложности упражнений. Они используются в разной последовательности как на протяжении отдельных тренировочных занятий, так и недельных циклов с применением различных объемов и зон интенсивности.

В данном случае речь может идти лишь о том, что в спортивной практике мы постоянно сталкиваемся с проявлением доминанты. Это прежде всего наличие, например, плохого состояния в одной части комплексного тренировочного занятия и хорошего – в другой на протяжении нескольких недельных циклов тренировки. Стоит обратить внимание и на чередование того или иного самочувствия при использовании различных по направлению тренировочных занятий. В тренировке метателей и прыгунов мы постоянно сталкиваемся с фактами, когда, например, спортсмены отлично себя чувствуют во время технических тренировок и плохо – во время силовых, и наоборот. Такое чередование состояний может происходить на протяжении всего периода развития спортивной формы.

Для образования доминанты необходима суммация поступающих раздражителей в доминирующий очаг возбуждения или же наличие такого очага возбуждения, который усиливает за счет других раздражителей, причем он должен быть господствующим [120]. Исходя из этого, можно предположить, что для создания доминанты в тех группах нервных центров, которые отвечают за работу в соревновательных упражнениях, необходимо поступление достаточно сильных раздражителей, господствующих над другими. Они будут не только доминировать, но и забирать на себя часть возбуждения из соседних зон. В теории и методике физического воспитания в настоящее время, когда мы говорим о силе тренировочных воздействий, то в основном ссылаемся на применяемые объемы тренировочных нагрузок, зоны интенсивности и лишь изредка – на другие их составляющие (упражнения, режимы, плотность тренировочных занятий и т. п.). А ведь они тоже имеют прямое отношение к силе тренировочных воздействий. Было доказано, что упражнения со статическим напряжением и растяжением мышц больше активируют определенные структуры коры головного мозга, одновременно повышая лабильность возбудительно-тормозных процессов, чем упражнения на расслабление мышц [16] или упражнения динамического характера [2].

С подобными фактами встретились и мы, изучая закономерности переноса тренированности. Выяснилось, что во всех случаях использования в недельных циклах тренировки любых изометрических упражнений отсутствовал перенос тренированности на соревновательное упражнение. Это дает нам основание предполагать, что изометрические упражнения в наших экспериментальных исследованиях забирали активность на себя, создавая доминантный очаг Отрицательно влияли на перенос тренированности в соревновательном упражнении и упражнения с резиновым жгутом. Их мы назвали «вредными», так как они не способствуют переносу тренированности в основном виде деятельности. Если в основе переноса тренированности на самом деле лежать механизмы создании доминантного очага, то отсюда следует, что он должен поддерживаться в определенных структурах коры головного мозга какое-то оптимальное время, достаточное для развития. Ибо известно, что продолжительное накопление возбуждения ведет к торможению и переводит доминанту в очаг парабиотического состояния, за которым следует деконцентрация нервных процессов [113, 121], нарушение ритма деятельности и т. д. [113, 119].

Изучая влияние тренировочных нагрузок разной интенсивности на рост спортивных результатов в тренировке метателей, мы пришли к заключению, что ежедневное использование оптимального количества тренировочных нагрузок максимальной интенсивности – от 5 до 15 % – в каждом тренировочном занятии более эффективно, чем применение только слабых и средних зон или только максимальных в отдельные дни недельного цикла. Вслед за тренировочными занятиями, на протяжении которых использовались только максимальные и околомаксимальные броски, во всех случаях на протяжении нескольких тренировочных занятий для восстановления оптимального состояния систем организма и имеющегося уровня спортивных результатов необходимо было применять тренировочные нагрузки лишь слабой и средней интенсивности. Использование тренировочных нагрузок только максимальной интенсивности, например, на протяжении одного недельного цикла приводило к снижению спортивных результатов на протяжении последующих недельных циклов. И снова-таки восстановить его можно было с применением тренировочных нагрузок малой интенсивности. Если же эти профилактические меры отсутствуют в процессе спортивной тренировки, то организм спортсмена самостоятельно «отключается» и находится в таком состоянии до тех пор, пока не восстановится.

Берем на себя смелость предполагать, что применение большого количества тренировочных нагрузок максимальной интенсивности на протяжении одной или нескольких тренировок ведет к смене возбуждающей доминанты на тормозную. Чтобы подобного не наблюдалось, необходимо в «малых» порциях систематически использовать тренировочные нагрузки максимальной интенсивности, иначе защитные системы организма сбросят имеющийся очаг на «соседей» или же изменят положительный знак доминанты на отрицательный. «Сбрасывание» может происходить и тогда, когда, например, между двумя очагами возбуждения существует большая разница в биоэлектрической активности. В этом случае организм ради защиты может с сильного очага активации «сбрасывать» ее на «слабый», достигая таким способом состояния равновесия.

Еще раз напомним, что здесь речь идет только о гипотетических рассуждениях и предположениях. Они, естественно, пока наивны и абстрактны. Однако нас это не смущает, поскольку мы находимся на длинном и тернистом пути поиска истины. И это полностью оправдывает нас.