Формирование функциональных систем и реакции адаптации

Закономерности развития адаптации теснейшим образом переплетаются с закономерностями формирования функциональных систем в том их представлении, которое вытекает из работ.

П.К. Анохин отмечал (1975), что под функциональной системой понимается такая динамическая организация структур и процессов организма, которая вовлекает эти компоненты независимо от их анатомической, тканевой и физиологической определенности. Единственный критерий вовлечения тех или иных компонентов в систему - их способность содействовать получению конечного приспособительного результата, характерного для данной физиологической системы.

Функциональная система, образующаяся в ответ на любую физическую нагрузку, включает в себя три звена: афферентное, центральное регуляторное и эффекторное.

Афферентное звено функциональной системы объединяет рецепторы, нейроны, афферентные нервные клетки в центральной нервной системе. Все эти образования воспринимают раздражения из внешней среды, реакции самого организма, обрабатывают полученную информацию, т. е. осуществляют так называемый афферентный синтез, являющийся стимулом, пусковым элементом адаптации.

В зависимости от характера, величины, направленности, координационной сложности нагрузок афферентный синтез, базирующийся на сложном взаимодействии мотивации, памяти, обстановочной и пусковой информации, протекает достаточно просто, что облегчает формирование функциональной системы, или более или менее сложно, что затрудняет образование такой системы. Относительно однообразная, стандартная или легко прогнозируемая физическая деятельность, характерная для циклических и скоростно-силовых видов спорта, не создает особых сложностей для афферентного звена функциональной системы, проведения афферентного синтеза и принятия решения. Физическая деятельность, требующая сложной координации, особенно при наличии вариативных ситуаций, наоборот, значительно затрудняет этот процесс.

Афферентные импульсы с рецепторов - основное условие образования адаптивной функциональной системы, второе условие формирования такой системы - внешние сенсорные влияния, информирующие о положении частей тела и изменениях в окружающей обстановке. Таким образом, афферентное звено функциональной системы - необходимое условие адаптации к физическим нагрузкам.

Центральное регуляторное звено функциональной системы представлено нейрогенными и гуморальными процессами управления адаптивными реакциями. В ответ на афферентные сигналы нейрогенная часть звена включает двигательную реакцию и мобилизует вегетативные системы на основе рефлекторного принципа регуляции функций. Афферентная импульсация от рецепторов вызывает в коре большого мозга положительные (возбуждение) и отрицательные (торможение) процессы, которые формируют функциональную адаптивную систему. В адаптированном организме нейрогенная часть звена быстро и четко реагирует на афферентную импульсацию соответствующей мышечной активностью и мобилизацией вегетативных функций. В неадаптированном организме такого совершенства нет, мышечное движение будет выполнено приблизительно, а вегетативное обеспечение окажется недостаточным.

Эффекторное звено функциональной адаптивной системы включает в себя скелетные мышцы, органы дыхания, кровообращения, кровь и др. Воздействие физических нагрузок на уровне скелетных мышц характеризуется количеством активируемых моторных единиц; уровнем и характером биохимических процессов в мышечных клетках; особенностями кровоснабжения мышц, обеспечивающими приток кислорода, питательных веществ и удаление метаболитов. Таким образом, увеличение силы, скорости и точности движений, работоспособности при их многократном выполнении в процессе долговременной адаптации достигается двумя основными процессами: формированием в центральной нервной системе механизма управления движениями и морфофункциональными изменениями в мышцах (гипертрофия мышц, увеличение мощности систем аэробного и анаэробного энергообразования, возрастание количества миоглобина и митохондрий, перераспределение кровотока и др.).

Зная закономерности формирования функциональной системы, можно различными средствами эффективно влиять на отдельные ее звенья, ускоряя приспособление к физическим нагрузкам и повышая тренированность, т. е. управлять адаптационным процессом.

Первоначальный эффект любого раздражителя, требующий значительного повышения функциональных возможностей человека, состоит в возбуждении соответствующих афферентных и моторных центров, мобилизации двигательного аппарата, сердечно-сосудистой и дыхательной систем, механизмов энергообеспечения и других, которые в совокупности образуют единую функциональную систему, специфически ответственную за осуществление данного вида работы. Однако эффективность этой системы невелика: она не обладает ни достаточной мощностью, ни экономичностью, отдельные звенья ее исчерпывают свои возможности даже при работе относительно небольшой интенсивности и продолжительности. Многократное использование раздражителей, приводящих к мобилизации системы, постепенно приводит к развитию долговременной адаптации. При этом главным системообразующим, формирующим ее фактором является результат действия системы. Постоянная информация о достигнутом адаптационном эффекте на основе обратной связи поступает в нервные центры, которые, в свою очередь, обеспечивают регуляцию деятельности исполнительных органов в направлении достижения эффективной долговременной адаптации.

В неадаптированном организме центральная "управляющая" система действует нерезультативно: координация движений несовершенна, интенсивность и продолжительность работы недостаточны. Это связано, прежде всего, с несовершенством существующих межцентральных связей и недостаточным их количеством. В этом случае отмечается неэффективная импульсация, стимулирующая мышцы, которые должны быть вовлечены в работу, и мышцы-антагонисты. Одновременно отмечается дискоординация в деятельности дыхания, кровообращения и мышц.

Систематическая тренировка приводит к расширению межцентральных связей всех моторных уровней мозга, созданию динамического стереотипа как слаженной уравновешенной системы нервных процессов, формирующейся по механизму условных рефлексов. При этом создание стереотипа распространяется на вегетативные функции, т. е. образуется действенная система целостного регулирования выполнения соответствующей мышечной работы.

Адаптация центральной управляющей системы проявляется в автоматизации движений, при этом хорошо закрепленные двигательные навыки выполняются без контроля нервными центрами, что является проявлением экономизации. Накопление фонда условных рефлексов в процессе тренировки способствует расширению возможностей человека к экстраполяции в процессе выполнения сложных двигательных актов.

Понятие адаптация тесно связано с представлением о функциональных резервах, т. е. скрытых возможностях человеческого организма, которые могут быть реализованы в экстремальных условиях.

Биологические резервы адаптации могут быть подразделены на клеточные, тканевые, органные, системные и резервы целостного организма. На уровне клеток резервы адаптации связаны с варьированием числа активно функционирующих структур из общего числа имеющихся и увеличением числа структур соответственно уровню требуемого от органа функционального напряжения. На более высоких уровнях функциональные резервы проявляются в снижении энерготрат на единицу работы, повышении интенсивности и эффективности функционирования различных органов и систем организма. На уровне целостного организма резервы проявляются в возможностях осуществления целостных реакций, обеспечивающих расширение двигательных задач разной сложности и адаптацию к экстремальным условиям окружающей среды.

Для количественного выражения функциональных резервов определяют разность между максимально возможным уровнем активности отдельных органов и систем и уровнем, характерным для состояния относительного покоя. В табл. 1 приведены данные о функциональных резервах различных органов и систем организма людей, не занимающихся спортом, и спортсменов высокой квалификации, специализирующихся в видах спорта, связанных с проявлением выносливости. Эти данные свидетельствуют об исключительно высоких (срочных и долговременных) адаптационных способностях человеческого организма.