Спортивные напитки: изотоники, гипотоники, гипертоники

http://velohack.com/2015/03/sportivny-e-napitki-izotoniki-gipotoniki-gipertoniki/

В индустрии спортивных напитков больше специальных терминов (изотоники, гипотоники, гипертоники, регидроны и т.д.) и жаргона, чем в любом другом направлении спортивного питания. Те, кто только задался вопросом использования функциональных жидкостей в своих тренировках или соревнованиях могут погрязнуть в огромном количество непонятных слов. Есть ли, действительно, разница между ними? Что лучше для Вас и где целесообразнее использовать? Попробуем вместе заглянуть в суть вещей и разобраться в особенностях спортивных напитков.

В каждом магазине спортивного питания Вы можете столкнуться с большим выбором спортивных напитков. Поэтому сначала необходимо разобраться о ингредиентах каждого вида. Кроме того, мы рассмотрим некоторые примеры в каждой категории.

Интересно: 4 мифа о спортивном питании

Существует три основных вида спортивных напитков: изотонические, гипотонические и гипертонические, которые более известны как напитки для энергии, гидратации и восстановления.

Изотонические напитки («изотоники»)

Самый популярный вид спортивных напитков, изотоник имеет состав и концентрацию веществ схожую с естественными жидкостями в организме. Это означает, что количество углеводов в этих напитках, в виде глюкозы, фруктозы и сахарозы, будет смешано в жидкостью в соотношении аналогичном биологической единице.

Поэтому изотоники легко усваиваются, заменяя жидкости и давая быстрый углеводный импульс. Истощение углеводов в мышцах наряду с обезвоживанием является основной причиной усталости при физических нагрузках.

Большинство изотоников смешивается в концентрации от 6 до 8 процентов. Исследования доказывают, что напитки, содержащие 6-8% полимеров глюкозы являются оптимальными. Единственная проблема заключается в том, что большее количество глюкозы может влиять на время поступления продукта из желудка в тонкий кишечник, вызывая желудочно-кишечные расстройства. Если Вы склонны испытывать спазмы желудка, тошноту, метеоризм, то Вам следует рассмотреть спортивные напитки более низкой концентрации (читайте ниже про гипотоники). Напитки на основе фруктозы также склонны провоцировать проблемы в желудке, поэтому избегайте их, если легко разражаетесь.

Также помните, что кофеин в больших дозах оказывает свое влияние на всасывание углеводов.

Езда в течении часа. В течении часа езды необходимо потреблять 30-60 грамм углеводов для поддержания оптимально темпа и предотвращения усталости. Это количество можно получить из обычных продуктов, но Вы можете легко сделать бюджетный спортивный напиток, смешав воду со щепоткой соли.

По теме: О соли в спортивных напитках

Примеры изотоников: Lucozade Sport, High5 Energy Source, Gatorade Perform, Powerade, Torq Energy

Напитки 2:1

Часто при разговорах об изотониках вспоминают «магические» цифры 2:1. Речь идет об соотношении глюкозы к фруктозе в таких жидкостях, конечно, с учетом добавленных электролитов.

Такие напитки направлены на повышение скорости поглощение углеводов. С одной стороны, хорошо, если это поможет увеличить количество усвоенных углеводов в единицу времени, но, с другой стороны, если Вы способны перерабатывать в час только 60 грамм углеводов, то дополнительные 30 грамм не дадут дополнительных преимуществ.

Некоторые исследования показывают, что соотношение 2:1 в изотониках помогает усваивать до 90 грамм углеводов в час. Вокруг этой темы большое количество разногласий относительно того, дает ли это ощутимое преимущество в производительности, но практика многих спортсменов показывает выигрыш в выносливости.

Изотоник своими руками

Рецепт 1:

• 200 мл фруктового пюре
• 800 мл воды
• Щепотка соли
• Смешайте и охладите в холодильнике

Рецепт 2:

• 500 мл несладкого фруктового сока (апельсин, яблоко, ананас)
• 500 мл воды
• Смешайте и охладите в холодильнике

Рецепт 3:

• 50-70 грамм сахара
• 1 литр теплой воды
• Щепотка соли
• 200 мл пюре без сахара
• Смешайте и остудите

Гипотонические напитки («гипотоники»)

Гипотоники это напитки, которые имеют очень низкую концентрацию веществ, поэтому они быстро всасываются. Они используются для регидратации и помогают быстро избавиться от усталости без большой дозы углеводов. Их предпочитают огромное количество спортсменов, например, гимнасты или жокеи.

Гипотоники просто содержат электролиты, натрий и калий, для возмещения жидкости и солей, который Вы с потом теряете во время тренировок. Некоторые из них имеют небольшие дозы углеводов. Если Вы испытываете обезвоживание, то увеличивается частота сердечных сокращений, замедляется время реакции и снижается общая производительность.

При езде меньше часа гипотоники Вам не нужны, а соль и ароматизаторы будут стимулировать пить больше жидкости. Старайтесь выпивать 125 мл (небольшой стакан воды) каждые 15 минут.

Если предстоит длинная дистанция, то выбирайте изотоники.

По теме: Молоко для регидратации

Примеры гипотоников: Lucozade Sport Lite, Nuun, SiS GO Hydro Tablets, H2Pro Hydrate 1000

Гипотоник своими руками

Рецепт:

• 100 мл фруктового пюре
• 1 литр воды
• Щепотка соли
• Смешайте и остудите

Гипертонические напитки («гипертоники»)

Гипертоники используются в качество восстанавливающих напитков, так как имеют более высокую концентрацию углеводов (обычно около 10%). Они применяются в качестве дополнения к Вашему ежедневному потреблению углеводов, а иногда используются при езде не очень длинные расстояния, но только в сочетании с гипотоническими напитками. Они помогают поднять запасы гликогена в мышцах после тренировки.

Гипертоники не следует использовать во время обычных тренировок, так как они «тянут» воду в кишечнике и усваиваются очень медленно.

Дополнительно: Как восстанавливаться велосипедисту

Многие восстанавливающие напитки разрабатываются с добавлением белка (соя, сыворотка или казеин) для восстановления мышц с пополнением запаса углеводов. Соотношение углеводов и белков 3:1 является лучшим в восстановительный период.

Примеры гипертоников: SiS Rego Rapid Recovery, Lucozade Energy, Etixx Recovery Shake, PowerBar Recovery Drink

Гипертоник своими руками

Рецепт:

• 400 мл фруктового пюре
• 1 литр воды
• Щепотка соли
• Смешайте и остудите

Существует также отдельная группа медицинских препаратов, которые призваны восстанавливать потерю электролитов, например, регидрон, также некоторыми применяется физиологический раствор Рингера, но это тема отдельной статьи.

Молоко как средство регидратации организма

http://velohack.com/2015/01/moloko/

Фото: cyclingweekly.co.uk

Молочные продукты могут быть более эффективным средством восстановления жидкости в организме во время физических нагрузок, чем специальные спортивные напитки. К такому выводы пришли ученые Университета Гриффита, одного из ведущих спортивных университетов Австралии.

Исследование заключалось в сравнении молочных напитков и традиционных спортивных напитков с содержанием карбогидрата/электролита. Ученые утверждают, что цельное молоко марки Pauls, соевое молоко бренда So Good, молочные напитки Nestle и Sustagen Sport, более эффективные способы регидратации, чем популярный Powerade.

Исследование, которое опубликовано в издании «Applied Physiology, Nutrition and Metabolism», состояло в наблюдении 15  «рекреационно активных» мужчин, которые должны были ехать на стационарно установленных велосипедах в тяжелой одежде, чтобы усилить потерю пота.

Каждый участник крутил педали в режиме от 70 до 80 процентов от максимального сердечного ритма, определенного для мужчин их возраста, пока 1,8% их первоначальной массы не был потерян. Затем в течении часа они должны были употреблять один из 4 напитков в объеме равном 150% от потерянной массы тела. После чего  в течении 4 часов тестировались образцы крови и мочи, а также масса тела и реакция желудочно-кишечного тракта. В результате, было выявлено, что участники, принимавшие Powerade восстановили потерянную массу тела в меньшем объеме, чем те, кто пил молочные напитки.

Исследователи установили, что лучше всего восстановили жидкость те, кто пил Sustagen Sport. Они объясняют это содержанием в напитке дополнительно белка и натрия, которые раньше показали хорошие результаты по задержке жидкости в организме после тренировки.

С другой стороны, употреблявшие Sustagen Sport отметили вздутие живота и тяжесть в организме, в сравнении с Powerade.

Исследование показало, что напитки на основе молока лучше способствуют восстановлению жидкости в организме во время занятий спортом, чем функциональные напитки с содержанием электролита.

Стоит также добавить, что во время эксперимента было установлено низкое влияние обезвоживания на производительность. Но употребление жидкости важно, чтобы поддерживать внутреннюю температуру тела на оптимальном уровне и избежать перегрева.

Конечно, необходимы дополнительные исследования, чтобы выяснить как другие молочные продукты влияют на гидратацию. Но, в любом случае, молоко хороший выбор после езды на велосипеде, так как содержит белок и поможет организму быстрее восстановиться.

Кетоновый энергетик может стать следующим прорывом в велоспорте

http://velohack.com/2015/01/ketonny-j-e-nergetik-mozhet-stat-sleduyushhim-prory-vom-v-velosporte/

Ученые Оксфордского университета занимаются разработкой нового супер дорого энергетического напитка, который должен обеспечивать организм альтернативным источником энергии. Кетоновые напитки уже используются в профессиональном велоспорте, несмотря на горький вкус и огромную стоимость в 2000 фунтов стерлингов за литр.

Справка

Кетоны это группа химических веществ, которые производятся организмом в процессе расщепления жиров, для того, чтобы сохранить запасы глюкозы, стимулировать дополнительное сжигание жира и предотвращать катаболизм (разрушение мышц). Раньше кетоны уже использовались профессиональными гонщиками, в том числе, для достижения значимых международных побед.

Разработанный напиток создан для элитных спортсменов, развивающих выносливость, как дополнительный к глюкозе источник энергии. Ученые считают, что лучше всего средство подойдет при езде на длинные дистанции для подготовленных гонщиков.

Доктор Дэвид Холдсуорт, который на данный момент занимается исследованием данных напитков, указывает на то, что известные гонщики уже использовали кетоны, в том числе на важных мировых стартах, которые они выигрывали. Поэтому подобные средства ждем большой успех. Но, какие именно команды их применяли он отказался называть.

Всемирное антидопинговое агентство (ВАДА) подтвердило изданию Cycling Weekly, что пока кетоны не относятся к списку запрещенных препаратов и не включены в мониторинг-лист. Но руководство организации рекомендует оценивать риски от применения всех средств, в ингредиентах которых указаны кетоны.

Доктор Холдсуорт подтвердил, что кетоны начали применяться профессиональными спортсменами только после исключения их из списка запрещенных и относиться к ним следует как к обычным энергетикам.

Добавление соли в спортивные напитки может повысить выносливость

http://velohack.com/2015/03/dobavlenie-soli-v-sportivny-e-napitki-mozhet-povy-sit-vy-noslivost/

Добавление соли в электролитные спортивные напитки может улучшить выносливость велосипедистов. При этом топовые функциональные напитки не содержат достаточного количества натрия.

Исследователи из Испании обнаружили, что спортсмены, который дополняют состав электролитных напитков солью показывают лучшие результаты при работе на выносливость, чем те, что использует жидкости без добавления соли только для регидратации организма.

Они обнаружили  что ведущие марки восстанавливающих напитков не содержат достаточно электролитов для восполнения их при работе на длительной дистанции, т.е. организму приходиться работать с дефицитом натрия. Даже лучший напиток на рынке, как сообщается, содержит только половину от количества натрия, которое тело теряет с потом.

Как заявляют исследователи, наверняка, компании-производители и сами понимают, что большее содержание натрия в напитках было бы более полезным для поддержания баланса жидкости и электролитов во время физических упражнений. С другой стороны большая концентрация натрия придаст продукту более соленый вкус, а это снизит успех продукта на рынке, где аромат и вкусовые качества являются ключом к высоким продажам. Возможным выходом ученые видят потребление продуктов с большим содержанием соли, например, орехи и фрукты, а также соленые капсулы для снижения влияния потери электролитов на физическую работоспособность.

Во время тестов, группе триатлетов дополнили напитки, которые они обычно потребляют, 12 солеными капсулами, которые разделили на 2 дисциплины. Так ученые решили восполнить 71% потерянного натрия. Те спортсмены, которые принимали плацебо и восполнили только 20% потерь натрия, в среднем, показали на 26 минут худший результат в своей возрастной группе, в сравнении, с принимавшими соль.

Исследователи пришли к выводу, что это положительно сказывается на производительности, которая связана с увеличением концентрации электролитов в крови и улучшении водного баланса.

Сделает ли кофеин велосипедиста быстрее?

http://velohack.com/2015/02/sdelaet-li-kofein-velosipedista-stree/

Фото: Flickr

Кофе и кофеин всегда ассоциировались с повышением производительности, борьбой с усталостью и веселым настроением. Многие годы различные производители функциональных спортивных напитков активно использовали кофеин в своей работе, а кто-то до сих продолжает это делать. Многие велосипедисты любят этот прекрасный напиток не только за приятный вкус, но и за его свойства. Может ли дать кофеин какие-то преимущества гонщику?

Что такое кофеин?

Кофеин является химическим веществом метилксантиновой группы алкалоидов. Он имеет широкий спектр воздействия на Ваше тело, особенно на нервную и сердечно-сосудистую системы. В широком смысле, это стимулятор, который готовит Ваш мозг и тело действовать. К некоторым распространенным эффектам от кофеина стоит отнести увеличение количества сердечных сокращений, расширение кровеносных сосудов для облегчения притока крови по всему телу, возбуждение центральноq нервной системы и повышение ее восприимчивости к стимулам.

Кофеин, как и любой другой препарат имеет свои побочные действия, которые растут с увеличением дозировки. Основные негативные последствия выражаются в воздействии на нервную и сердечно-сосудистую систему, включая дрожь, нарушение моторики и координации, беспокойство, очень высокий и нарушенный сердечный ритм.

По теме: Молоко как средство регидратации

Кофеиновая зависимость

Кофеин, очевидно, является одним из самых популярных препаратов, от которого зависит огромное количество людей. Стандартная 250-мл чашка кофе содержит от 70 до 180 мг кофеина в зависимости от способа получения кофе. Чай содержит гораздо меньше кофеина — 20-25 мг на чашку.

Растущая популярность энергетических напитков также способствует росту зависимых от кофеина. Все производители гоняться за тем, чтобы увеличить его дозу. Так, Red Bull содержит около 80 мг на 250-мл чашку, что в 2 раза больше, чем в коле. Но самый быстрый способ получить эффект от кофеина через жевательную резинку, так как он попадает в кровь через сосуды в полости рта и языка, а не через кишечник, что значительно медленнее.

Эффект любой дозы кофеина зависит от многих факторов, включая массу тела, восприимчивость и т.д. Умеренное употребление (250 мг) вызывает сильное чувство восторга и вдохновения, повышает эффективность при выполнении некоторых простых психических и двигательных задач. При употреблении дозы кофеина в 500 мг появляются негативные последствия: тревога, тошнота, учащенное сердцебиение, также падение некоторых экспериментальных результатов. Главное правило: умеренность при употреблении.

Обратная сторона кофеиновой зависимости это падение восприимчивости к препарату. Эксперименты на мышах показали, что через несколько дней вливания больших доз кофеина он перестал оказывать на них какое-либо действие, в тоже время, у них стала наблюдаться моторно-сенсорная и психическая депрессия (7). Что касается опытов на людях, то подготовленный бегуны получали большие дозы кофеина в течении 6 недель и за это время у них полностью упала эффективность воздействия этого препарата (1).

Из этого можно сделать вывод, что употребление должно быть контролируемым. Если серьезно задумываетесь об использовании кофеина в качестве эргогенного средства, а не просто как предлог выпить кофе, то должны сузить регулярное употребление этого вещества, и применять его только до и во время гонок. Если, все-таки, хотите выпить свой любимый напиток после «покатушек, то рассмотрите вариант без кофеина.

По теме: Как восстановиться велосипедисту

На трассе

На данный момент в науке нет больших дискуссий по поводу эргогенной помощи кофеина. В научной литературе, довольно, ясно сказано, что кофеин помогает повысить производительность велосипедистов, особенно в краткосрочных усилиях высокой интенсивности.

Ученые установили (2), что при работе высокой интенсивности (80 процентов VO2max) время до истощения значительно увеличивается после употребления дозы кофеина. Кроме того, было выявлено, что действие препарата может продолжаться в течении дня не требуя повторного дозирования.

В отличии от упражнений высокой интенсивности, значение кофеина для длительных тренировок на выносливость не так ясно выявлено. Шотландские исследователи пригласили 8 высококвалифицированных подготовленных велосипедистов выполнить раздельные заезды на 100 километров, чередуя с 1 км высокой интенсивности и 4 км средних усилий, в результате, не было обнаружено никакой пользы от кофеина (5). Но военные исследования в Канаде показали позитивный эффект от препарата на 10-км кроссе в полной выкладке (3). Кроме того, в сравнении с употреблением углеводов, кофеин не оказал никакого эффекта на велосипедистов при 2-часовой работе (6).

Сначала тренировка, а потом кофе

Эргогенный эффект кофеина не сможет превратить осла в породистую лошадь и любые добавки являются лишь штрихом на высших уровнях подготовки. Одно исследование выявило, что подготовленные пловцы показали значительное улучшение скорости, а пловцы начального уровня не получили никакого дополнительного преимущества от употребления кофеина (4).

---

Источники:

1. Bangsbo J, Jacobsen K, Nordberg N, Christensen NJ, and Graham T. Acute and habitual caffeine ingestion and metabolic responses to steady- state exercise. J Appl Physiol 72: 1297-1303, 1992.

2. Bell DG and McLellan TM. Effect of repeated caffeine ingestion on repeated exhaustive exercise endurance. Med Sci Sports Exerc 35: 1348-1354, 2003.

3. Bell DG, McLellan TM, and Sabiston CM. Effect of ingesting caffeine and ephedrine on 10-km run performance. Med Sci Sports Exerc 34: 344-349., 2002.

4. Collomp K, Ahmaidi S, Chatard JC, Audran M, and Prefaut C. Benefits of caffeine ingestion on sprint performance in trained and untrained swimmers. Eur J Appl Physiol Occup Physiol 64: 377-380, 1992.

5. Hunter AM, St Clair Gibson A, Collins M, Lambert M, and Noakes TD. Caffeine ingestion does not alter performance during a 100-km cycling time-trial performance. Int J Sport Nutr Exerc Metab 12: 438-452, 2002.

6. Jacobson TL, Febbraio MA, Arkinstall MJ, and Hawley JA. Effect of caffeine co-ingested with carbohydrate or fat on metabolism and performance in endurance-trained men. Exp Physiol 86: 137-144., 2001.

7. Kaplan GB, Greenblatt DJ, Kent MA, and Cotreau-Bibbo MM. Caffeine treatment and withdrawal in mice: relationships between dosage, concentrations, locomotor activity and A1 adenosine receptor binding. J Pharmacol Exp Ther 266: 1563-1572, 1993.

Влияние алкоголя на выносливость велосипедистов

http://velohack.com/2015/07/alcohol/

Фото: JEAN-PAUL PELISSIER Источник: Сайт "Спортивная медицина"

До 60-х годов прошлого века на велосипедных гонках, в частности на Тур де Франс, была широко распространена практика употребления алкоголя. Это было пиво, вино и другие местные напитки. Во многом это связано с национальными традициями и местом алкогольных напитков в культуре разных народов. Также после Первой мировой войны вода была значительно грязнее того же вина. Гонщики употребляли алкоголь, чтобы заглушить боль. Но в 1963 году эта практика была запрещена. Благодаря современным научным достижениям можно детальнее посмотреть как влияет алкоголь на велосипедистов.

Алкогольные напитки часто неотъемлемая часть ежедневного рациона в западных странах. Хотя этанол это и не нутриент, но он обеспечивает примерно 7 ккал/г энергии. Обзоры диеты спортсменов показывают, что этанол составляет 0 — 5% ежедневного энергопотребления.

Этанол может снижать спортивную результативность по нескольким механизмам. Во-первых, это ухудшение психомоторных навыков, таких как время реакции и координация глаз и рук. Также этанол влияет на углеводный метаболизм снижая высвобождение глюкозы печенью во время занятий и снижает потребление мышцей глюкозы. Более того, этанол ухудшает глюконеогенез (снижается вовлечение в него лактата и глицерола). Также этанол увеличивает ЧСС, без увеличения ударного (систолического) объема, вызывая напряжение сердечно-сосудистой системы. Этанол виновен в снижении мышечной силы, нарушении нервной проводимости, изменении мембранной возбудимости и ухудшении транспортной функции мышечной мембраны.

Интересно: Кофеин для велосипедистов

Следует признать, что этиловый спирт немного улучшает работоспособность, снижая боль и беспокойство. Интересно, что принятый этанол не влияет на шкалу восприятия нагрузки в течение субмаксимальной повышающейся нагрузки.

Целью исследования, опубликованного в 2009 года в журнале «Alcohol & Alcoholism», было определить влияние небольшой дозы этанола на выносливую работоспособность у тренированных велосипедистов в одночасовой гонке.

В исследовании приняли участие 13 тренированных мужчин-велосипедистов (тренировки по 5-6 ч/нед):

• средний возраст — 31 год
• среднее МПК — 60,9 мл/кг/мин
• средняя максимальная аэробная мощность — 349 Вт.

Субъектам давали раствор, содержащий 0,5 мл/кг безжировой массы алкоголя, что в итоге составляло в среднем 30 мл, а также примерно 30 грамм углеводов. Контрольный раствор содержал такое же количество углеводов, но без алкоголя. Исследование было слепым, однако примерно половина исследуемых смогли определить растворы. Субъектов просили воздержаться от серьезных нагрузок, потребления алкоголя и кофеина за 24 часа до исследования и не есть за 3-4 ч до исследования. Перед основным заездом на 1 час была проведена 15-минутная разминка. В конце нее измерили этанол в выдыхаемом воздухе, также были записаны уровни глюкозы и лактата в крови, во время заезда информация не сообщалась, субъектом был доступен только обратный отсчет времени 60 мин. Цель испытуемых была показать максимальную среднюю мощность. Во время испытания можно было пить по желанию воду. Каждые 10 мин, испытуемых просили оценить нагрузку по шкале Борга (шкала индивидуального восприятия нагрузи) и каждые 20 мин измеряли лактат и глюкозу крови и оценивали уровень этанола в выдыхаемом воздухе. Через 15 мин восстановления были проведены такие же измерения.

Уровень этанола достигал в среднем 0,18 ‰ в начале упражнения (примерно через 30 мин после потребления раствора). В конце упражнения его количество снизилось до 0,16 ‰. Механическая мощность после потребления была в среднем 233 Вт, по сравнению с контролем — 243 Вт, снижение мощности составило около 3,9 %. МПК в контрольной группе был в среднем 3640 мл/мин, а в экспериментальной — 3513 мл/мин. Отношение ЧСС к мощности работы в группе, употребивших этиловый спирт было больше. Значения шкалы Борга сильно не отличались в разных группах испытуемых, однако отношение значения шкалы Борга к мощности работы (RPE/W) было значимо больше в течение первых 30 мин заезда в группе этилового спирта. Уровень глюкозы крови в группе этанола снижался сильнее, чем уровень глюкозы в контрольной группе.

Результат данного исследования соответствует предыдущему исследования на данную тематику (McNaughton and Preece, 1986), которое показывало снижение работоспособности у бегунов на короткие и средние дистанции после потребления разные доз этанола. Другое исследование (Kendrick et al., 1993) показывает значительный негативный эффект этанола на бегунов в 60-минутных забегах. Однако это снижение может быть связано с нарушением координационных возможностей. Заметна неспособность поддерживать мощность работы в экспериментальной группе. Это может быть связано с переоценкой собственных рабочих возможностей под воздействием алкоголя в начале упражнения.

Алкоголь вызывает более раннее появление гипогликемии, снижая продукцию глюкозы печенью. Можно полагать, что снижение окисления глюкозы снижается пропорционально снижению мощности работы в экспериментальной группе и углеводный метаболизм в целом не страдает. Повышенное отношение ЧСС к мощности работы в группе этанола может означать усиленный ответ ЧСС на повышение нагрузки. Увеличение ЧСС может являться ответом на вазодилатацию кожных сосудов под влиянием этанола. Таким образом, алкоголь вызывает напряжение сердечно-сосудистой системы. Негативный психологический момент — это нарушение восприятия нагрузки также влечет снижение работоспособности — увеличение RPE/W под воздействием алкоголя.

Таким образом, ясно, что потребление алкоголя снижает выносливую работоспособность. Этанол снижает велосипедную выносливость из-за сопутствующего нарушения физиологических и психобиологических механизмов. Спортсмены должны избегать потребления даже небольших доз алкоголя перед тренировками и соревнованиями.

Физиология активности Н.А. Бернштейна как основа теории технической подготовки в спорте

Авторы: В.Н. Селуянов, М.П. Шестаков

Источник: Журнал Теория и практика физической культуры
Выпуск: 11 1996, 01 ноября 1996

Основоположником теории технической подготовки в спорте (ТТП), безусловно, следует считать Н.А. Бернштейна. Именно он сделал методологической основой ТТП биомеханику движений человека, физиологию двигательной активности, которая включала нейрофизиологию и психологию.

Биомеханика. Биомеханика движений человека необходима для понимания сущности двигательных действий, целесообразности построения движения. Она получила существенное ускорение в развитии в связи с научной деятельностью В. Брауне и О. Фишера, Н.А. Бернштейна.

Заслуга немецких ученых В. Брауне и О. Фишера заключается в том, что они впервые в биомеханике поставили задачу нахождения сил и моментов сил в центрах масс звеньев человека и практически решили ее. На трупном материале измерили массы и моменты инерции сегментов тела человека, с помощью метода хроноциклографии зарегистрировали кинематику движения, а затем оценили действующие силы при движении человека на основе Ньютоновской механики.

Н.А. Бернштейн повторил работу Брауне и Фишера, при этом внес значительные усовершенствования в методику регистрации масс-инерцион-ных характеристик (МИХ) и кинематических характеристик. Далее он приступил к созданию физиологии двигательной активности, при этом последовательно разработал основы теоретической биомеханики, физиологии построения двигательного действия и теории технической подготовки спортсменов.

В очерке "О построении движений" Н.А. Бернштейн рассматривает двигательную систему позвоночных как модель (систему), состоящую из пассивной части (жесткий сочлененный скелет) и активной части (поперечнополосатая мускулатура со всем ее оснащением). Затем дает описание свойств элементов (костей, связок, сухожилий, мышц), структурных образований-суставов, скелетно-мышечных моделей и др.

Таким образом, Н.А. Бернштейн был одним из первых биомехаников, которые положили в качестве краеугольного камня теоретической биомеханики строение опорно-двигательного аппарата, а свойства его использовали для объяснения причин определенной организации двигательного действия.

Современное представление об анализе движений (техники) связано с понятием "биомеханизм". Моделирование ОДА человека требует использования идеальных моделей теоретической механики. В теоретической механике применяются следующие модели: двух- или трехмерное пространство, время, материальная точка, абсолютно твердое тело (стержень), шарнир, кинематическая цепь, идеальная жидкость или газ и др. Все эти модели применяются в биомеханике, однако для получения адекватной модели ОДА необходимо иметь модели мышцы. Следовательно, объект биомеханики пересекается с объектом теоретической механики, однако не полностью. В каждый момент времени существование человека в условиях внешней среды будем представлять как совокупность биомеханизмов. В широком смысле под биомеханизмом можно понимать биохимические объекты (митохондрии, миофибриллы и т.п.), физиологические системы (сердечно-сосудистую, эндокринную, иммунную, ЦНС и т.п.), опорно-двигательный аппарат. В биомеханике это понятие должно иметь более четкую привязанность к механике, к теории машин и механизмов. Поэтому биомеханизму было дано следующее определение. Биомеханизм - модель части или всего ОДА, обеспечивающая достижение цели двигательного действия за счет преобразования одного вида энергии в другой.

Биомеханизм как целостная система состоит из совокупности элементов, входящих в ее состав (мышца, сустав, кости). Каждый элемент обладает определенными свойствами, которые могут по-разному проявляться в движениях человека. Построить движение (технику) это значит:
1) сформулировать цель движения;
2) задать начальные условия, т.е. позу и кинетические показатели;
3) определить биомеханизмы, т.е. способы преобразования энергии мышц в целесообразную двигательную деятельность;
4) распределить реализацию биомеханизмов во времени;
5) реализовать теоретическую разработку двигательного действия, однако с этого момента биомеханик должен уступить место специалисту по обучению человека двигательным действиям.

Теория технической подготовки. ТТП граничит с биомеханикой движений человека, физиологией двигательной активности Н.А. Бернштейна, педагогикой и психологией. Для того чтобы показать различие между биомеханикой и ТТП, приведем соображения Спинозы в интерпретации Э.В. Ильенкова. "...Человеческая рука может совершать движение и по форме круга, и по форме квадрата, и по форме любой другой ...фигуры, обнаруживая тем самым, что структурнор-анатомически она заранее не предназначена к какому-либо одному из названных действий...Человек - мыслящее тело - строит свое движение по форме любого другого тела". Следовательно, в мозгу человека могут формироваться любые программы двигательных действий, выполнение которых ограничивают пространственные, силовые и скоростные возможности опорно-двигательного аппарата.

Н.А. Бернштейн одним из первых начал рассматривать управление движением как реализацию некоторой программы, хранящейся в центральной нервной системе в закодированном виде. Программы движений, образы граничных поз являются идеальными представлениями. Человек тренирует органы своего тела на предметах окружающей среды, поэтому среда, его тело, способы управления закодированы в виде нервно-мозговых структур, т.е. вполне материально. Под идеальным понимается субъективное бытие предмета, или инобытие предмета (модель) в другом (мозг человека). На основе этих гносеологических положений можно утверждать, что человек представляет себя как часть пространства и мыслит перемещения своего тела в модели этого внешнего пространства. Он не знает анатомии и не может управлять мышцами ради достижения поставленной цели.

На базе модели опорно-двигательного аппарата Н.А. Бернштейн теоретически разрабатывает способы управления моделью. Сначала рассматривается возможность сохранения статической позы кинематической цепи. Для этого необходимо закрепить каждую из имеющихся у нее степеней свободы. Аналогичная ситуация возникает в динамике, причем место недостающих связей для закрепления избыточных степеней свободы занимают динамические силы - внешние и внутренние. Н.А. Бернштейн предположил, что человек может управлять только внутренними силами, а реактивные и внешние силы не могут однозначно соотноситься с ними. Здесь, как пишет Н.А. Бернштейн, имеет место принципиальная неопределенность. Решение вопроса о неоднозначности он нашел в использовании для регулирования аффекторного процесса, т.е. передачи сенсорных сигналов о позе кинематической цепи и о мере растяжения каждой из влияющих на ее движение мышц. Отсюда появился принцип сенсорных коррекций.

Принцип сенсорных коррекций, безусловно, верен в случае обучения, формирования умения, однако при наличии навыка, при автоматизированном управлении логика сенсорных коррекций не проходит. Очевидно, что в пределах поступления сенсорной информации в ЦНС (0,120-0,280 с) большое количество спортивных двигательных действий (прыжки, отталкивания и др.) выполняется вопреки логике. Человек обучается и в конечном итоге вырабатывает программы управления мышцами с учетом внешних и реактивных сил, т.е. опорно-двигательный аппарат является принципиально управляемой системой в случае соединения двух способов управления - автоматизированного и с сенсорной коррекцией.

Физиологические концепции управления движениями не ставили перед собой задачи обосновать закономерности обучения двигательным действиям.

В психологии благодаря работам Л.С. Выготского и А.Н. Леонтьева стало возможным изучение процесса обучения как деятельности. Структурными (временными) компонентами деятельности выступают действия. Действием называют процесс, подчиненный решению конкретной задачи, направленный на достижение цели, определяемой характером мотивации. С позиции теории деятельности П.Я. Гальпериным и его сотрудниками была разработана теория поэтапного управления процессом усвоения знаний. В этой теории образ действия и образ среды, в которой оно происходит, сводятся в единую систему, на основе которой происходит управление действием, названное "ориентировочной основой действия (ООД)". Подчеркнем, что ООД не тождественна той картине, которую видит внешний наблюдатель. ООД - образ (модель), существующий только в сознании или (и) в подсознании (субъекта), как в виде теоретического знания о последовательности действий, так и в виде реальной программы (пакета программ) движения. Контроль за качеством может осуществляться как путем проверки теоретических знаний по биомеханике данной техники, так и через двигательную деятельность, посредством которой можно проверить состояние программы в ЦНС (объекта исследования ТТП). Теория деятельности легла в основу теории обучения двигательным действиям в спорте.

Мнения большинства современных теоретиков сходятся на том предположении, что основные координационные свойства мозга определяются топологической структурой сети нейронов и динамикой распространения импульсов в этой сети. Можно утверждать, что в настоящее время нейронная теория памяти является общепринятой. Вопросы, связанные с хранением моторных программ в памяти и их изменением, также связаны с нейронной теорией. На сегодняшний день среди нейробиологов наметилась тенденция к объединению наиболее обоснованных теорий памяти. Согласно таким представлениям, электрические, синаптические и молекулярные процессы, вызываемые многократными внешними стимулами, зависят один от другого и протекают последовательно.

1. Серия сенсорных импульсов, образующая частотный код, запускает реверберационную активность в самовозбуждающейся цепи. Ревербе-рирующие бинарные сигналы, взятые в совокупности, сохраняют информацию в аналоговой форме. Эти образы (память) лабильны и быстро исчезают.

2. В случае очень интенсивных, часто повторяющихся стимулов или при сильной эмоциональной мотивации ритмические изменения мембранного потенциала (с помощью пока не выясненного механизма) ускоряют внутриклеточный синтез белка. Неспецифически стимулируется образование РНК в нейронах, что усиливает синтез белка. Этот процесс приводит к увеличению синаптических поверхностей между клетками за счет шипиковых соединений. С кибернетической точки зрения это тоже аналоговый процесс. Информацию содержит не отдельный нейрон, а сеть нейронов, связанных синапсами и шипиками, функциональная эффективность которых изменяется. Закрепленные таким образом следы (память) в виде аксон-шипиковых или дендрит-шипиковых образований весьма стабильны.

Предположения, высказанные Хеббом, ставшие теперь классическими, говорят о том, что любые психические функции, будь то память, эмоции или мышление, должны быть обусловлены деятельностью нейронных ансамблей. Нервные клетки в таких ансамблях объединены в специфические сети. По мнению Хебба, при возбуждении нейрона его синаптические связи становятся более эффективными. Это может быть связано с кратковременным повышением возбудимости (кратковременная память) или же со стойкими структурными изменениями в синаптическом поле за счет шипиковых структур (долговременная память).

Таким образом объектом ТТП являются программы (образы) теоретических представлений и моторных реализации целенаправленных двигательных действий в коре головного мозга. Наличие и количественная оценка их совершенства выявлются в ходе двигательной деятельности. Предметом ТТП - закономерности формирования двигательных умений и навыков.

В соответствии с объектом и предметом исследования, а также с логикой развития теоретического исследования можно определить следующие основные задачи ТТП:

разработка умозрительных и математических моделей ОДА и ЦНС;
разработка методов формирования произвольных программ двигательных действий;
разработка методов перестройки программ произвольного управления моделями ОДА;
разработка методов контроля уровня технической подготовленности, а также содержания технической подготовки;
планирование технической подготовки. Модель центральной нервной системы - исходное звено в логической цепи процесса формирования двигательной программы. Необходимо обратить внимание на то, что к модели ЦНС предъявляется ряд требований. Модель должна давать возможность управления самим объектом управления (в нашем случае ОДА), а также моделировать условия окружающей среды вокруг объекта и их взаимодействие. При этом оба процесса необходимо представить как параллельные (что в настоящее время не учитывается в предлагаемых математических моделях). Видимо, применение математического моделирования в виде создания системы дифференциальных уравнений ЦНС будет представлять собой архисложный и длительный процесс. Вместе с тем еще одним условием адекватности, реальности разрабатываемой модели является возможность ее "обучаемости", т.е. непременным условием следует признать наличие в модели системы памяти.

В 50-е и 60-е годы группа исследователей, объединив биологические и физиологические подходы, создала первые искусственные нейронные сети. Выполненные первоначально как электронные сети, позднее они были перенесены в более гибкую среду компьютерного моделирования, сохранившуюся и в настоящее время. Теория нейронных сетей первоначально породила много радужных надежд, которые не оправдались как из-за слабости технической базы, так и по причине неразвитости самой теории. Однако в начале 80-х, с появлением микропроцессоров и сверхбольших интегральных схем, стало технически возможно сделать "вторую попытку". Серия работ Дж. Хопфилда, Т. Кохонена и ряда других ученых создала теоретический фундамент для появления нового поколения нейронных сетей, принципиально более мощных, чем классический персептор Розеблатта. Однако поскольку далеко не все ученые пока знают, каким образом работают нейроны и мозг, нельзя сказать, что сети искусственных нейронов представляют собой точную аналогию сетей нейронов человеческого мозга. В то же время сети искусственных нейронов способны выполнять определенные виды функций обучения и адаптивного сопоставления образов - причем по эффективности выполнения таких функций они приближаются скорее к мозгу, чем к обычным компьютерам.

Использование и настройка соответствующих искусственных нейронных сетей с целью моделирования процесса обучения движениям человека дает возможность теоретического поиска определенных закономерностей, протекающих в коре головного мозга.

Пока для тренера недоступны программы, имитирующие деятельность мозга, поэтому тренер должен использовать умозрительные модели. Такой моделью может быть блок-схема, опубликованная ранее.

Здесь принципиально важно понимать, что все эти блоки представляют собой нейронные сети. Построение двигательного действия приводит к формированию в сознании двигательного образа и программы движения, которая может быть реализована. При реализации программы, как правило, имеет место отклонение от заданной цели движения (образа). Поэтому приходится повторять выполнение программы с некоторыми предварительными коррекциями. Те следы в нейронной цепи прохождения импульсов, которые раз от раза повторяются, закрепляются в виде четких шипиковых образований. Постепенно закрепляются наиболее подходящие, с точки зрения спортсмена и его тренера, действия. Это способствует постепенному увеличению точности и стабильности выполнения среды. Этот подход получил название повторного метода, который приводит к формированию базовой программы и знаний ОДД.

Очевидно, что изменение внутреннего состояния (например, утомление мышц) не позволит реализовать определенную базовую программу, потребуется иная программа. В экстремальных ситуациях (например, на соревнованиях) нет времени для формирования новых программ двигательного действия. Поэтому на тренировках необходимо специально изменять как условия внешней среды, так и состояние внутренних систем (исходной позы, кинематики, уровня физических возможностей мышечного аппарата и др.) для формирования пакета программ. Эти программы должны соответствовать большинству условий, встречающихся в соревнованиях или обыденной и трудовой жизни. Построением технических действий как последовательности функционирования биомеханизмов должна зани