Теорія функціональних резервів
Гомеостаз і адаптація – основні властивості процесу індивідуального розвитку живого організму, що забезпечують його «біологічну надійність».
Термін «надійність біологічної системи» використовують для позначення такого рівня регулювання процесів в організмі, коли забезпечується їх оптимальне протікання з екстреною мобілізацією і взаємозамінністю, що гарантує пристосування до нових умов і швидке повернення до вихідного стану.
Згідно з цією концепцією, весь шлях від зачаття до природної смерті відбувається за наявності запасу життєвих можливостей. Ці резерви забезпечують розвиток та оптимальне протікання життєвих процесів при змінних умовах зовнішнього середовища. Так, наприклад, щоб людина не померла від кровотечі, у її крові в 500 разів більше тромбіну (речовини, що зумовлює згортання), ніж потрібно для згортання крові; стінки сонної артерії здатні витримати тиск 20 атм, тоді як тиск крові не перевищує 1/5 атм. Людина може підніматися в гори, де тиск падає до 1/3 нормального, і опускатися під воду на глибину 50–80 м без акваланга, де надлишок тиску становить 7 атм.
Розвиток живої системи як у філо-, так і в онтогенезі завжди зумовлює підвищення її функціональної надійності. Проте чим складніша функція системи, тим більше елементів у її конструкції. Водночас чим більше елементів, тим більша ймовірність порушень у дії самої системи. Отже, поняття «досконалість» і «надійність» функціонування системи перебувають у суперечливому поєднанні. Але живий організм – надскладна і водночас надійна система.
Надійність – це дублювання регулюючих механізмів, наявність в організмі резервних потужностей, тобто структурно-функціональний надлишок. Ступінь надлишковості може бути визначений співвідношенням міра функції/міра субстрату. Чим більша величина цього співвідношення, тим надійніша ця система, тим досконаліша вона в еволюційному аспекті. Водночас це співвідношення є вираженням морфофізіологічного еквівалента, тобто власне структури. Саме цей методологічний підхід використовують у валеології для оцінки успішності розвитку організму, який росте.
Функціональні резерви організму (їх кількість, швидкість, витрачання, перерозподіл і відновлення) є передумовою адаптованості організму до постійно змінних умов зовнішнього середовища, що і забезпечує його життєздатність.
Високі адаптаційні можливості серцево-судинної системи, що реалізуються при фізичних навантаженнях, треба розглядати як еволюційно набуті форми реакцій пристосування. Адаптивні зміни зумовлені насамперед удосконаленням механізмів енергозабезпечення. Головним джерелом енергії для серцевої діяльності є окиснювальне фосфорилювання, тобто поєднання окиснювальних процесів із накопиченням енергії в АТФ і КрФ. Акт скорочування серцевого м’яза – це результат трансформації енергії АТФ у механічну роботу. Підвищене функціональне навантаження на серце зумовлює збільшення активності фосфорилювання. Потужність скорочувального апарату серця з віком постійно збільшується. Це зумовлює підвищення систолічного і хвилинного об’єму крові, артеріального тиску. Ці вікові зміни пов'язані насамперед зі збільшенням маси й об’єму серця. Систолічний об’єм крові від одного до 14–15 років збільшується приблизно в 6 разів (з 10 до 55–60 мл). Темпи зростання хвилинного об’єму крові дещо нижчі. З віком ЧСС зменшується, а високі темпи збільшення ударного об’єму зберігаються, внаслідок чого знижується приріст хвилинного об’єму крові. Від 1 до 14–16 років він збільшується майже в 3 рази (з 1,2 до 3,8 л•хв-1).
Медико-біологічне значення адаптації в спорті визначається насамперед тим, що організм спортсмена повинен пристосуватися до фізичних навантажень за відносно короткий час, а саме, швидкість настання адаптації та її тривалість визначаються наявністю в організмі спортсменів необхідного обсягу функціональних резервів. Адаптованість спортсмена до великих фізичних навантажень, яких занадто багато у спорті, супроводжується морфофункціональними перетвореннями в його організмі. Вони відбуваються на всіх рівнях – від клітинного до рівня функціональних систем і організму в цілому.
Морфофункціональні перетворення у процесі адаптації можуть мати неспецифічний характер (типова відповідь організму на стрес як такий, загальний для людини як представника виду Homo sapiens, крім того, як представника групи вищих хребетних тварин) і водночас специфічні ознаки морфофункціональних перетворень, типових для цього виду рухової діяльності у певних умовах і визначений період часу, а також індивідуальний характер. Загальновідомо, що морфофункціональні особливості людини не зможуть так швидко змінюватися, як змінюється структура і характер тренувальних занять і виступів на змаганнях.
Прагнучи оптимізувати тренувальний процес, треба враховувати не тільки загальні закономірності процесу адаптації до напруженої м’язової діяльності, а й індивідуальний характер кожної людини, що займається спортом. Це дуже важливо, оскільки межа накопичення функціональних резервів та їх якісний характер також є індивідуальними.
Функціональні резерви рухового апарату, зокрема, м’язів, у період росту організму, як і всі інші функціональні резерви, накопичуються генетично визначеним шляхом (генетична адаптація). Водночас цей процес корегується дією факторів зовнішнього середовища, у тому числі й впливом на організм фізичних навантажень, подолання яких пов'язано зі значними м’язовими зусиллями (фенотипічна адаптація).
Ріст функціональних резервів рухового апарату може продовжуватися і після досягнення організмом зрілості (наприклад, у результаті спортивної діяльності), проте механізм накопичення м’язових резервів набуває нових рис: при відносній стабільності загального обсягу функціональних резервів, домінантна у життєдіяльності на даному етапі життя система, а при спортивній діяльності це руховий апарат, суттєво збільшує свій потенціал за рахунок витрачених резервів м’язів. За цієї умови потенціал витрачених резервів, а з ним і потенціал функціональних можливостей систем, що безпосередньо не беруть участь у рухових актах, знижується.
На м’язову діяльність в умовах повсякденного життя людина використовує 25% своїх абсолютних можливостей. Це звична робота без особливих вольових зусиль з використанням резервів першого ешелону.
Виконуючи роботу з навантаженням у межах 25–50 абсолютних резервних можливостей потрібні певні вольові зусилля, і така робота спричиняє фізичну та психічну втому (за цих умов використовуються резерви другого ешелону, робота виконується з напруженням, містить елементи стресу).
Використання функціональних резервів організму в межах 50–65% їх загальної величини збільшується на великих граничних для організму навантаженнях; вище 65% абсолютних можливостей – перевищує «поріг мобілізації». За його межами залишаються тільки резерви, що охороняються автономно, які людина не може використати за допомогою вольових зусиль.
Енергетичне правило м’язів скелета І.А. Аршавського. Сутність і фізіологічний зміст цього правила полягає в тому, що рухова активність живої системи, незалежно від причини, що її викликала (ендогенної – у зв’язку з необхідністю задоволення, наприклад у їжі; або екзогенної – у зв’язку з дією стресових станів), є фактором функціональної індукції надлишкового анаболізму. Розрізняють дві його форми. Перша проявляється в антенатальний період і в ранньому постнатальному віці з поступовим згасанням і виражається у надлишковому накопиченні протоплазмової маси, що зумовлює збільшення лінійних і вагових характеристик організму.
Друга форма надлишкового анаболізму виникає після реалізації антигравітаційних реакцій ще в процесі росту і після його завершення. Найбільш виражена вона у дорослому стані і проявляється не в надлишковій масі, а в надлишковому накопиченні структурно-енергетичних потенціалів у м’язах скелета, що підвищують їх робочі можливості. Обидві форми надлишкового анаболізму стосуються не тільки м’язів скелета, а й органів і систем, що забезпечують функцію руху (серцево-судинна, дихальна, ендокринна тощо). Отже, ріст і розвиток є природним наслідком активності живої системи і її елементів. Ця активність створює дефіцит енергії в організмі, що росте, і зумовлює не повернення рівня енергії до вихідного стану, а відновлення її з надлишком.
У надлишковості анаболізму, що індукується функціональною активністю, полягає провідний механізм, який лежить в основі процесів росту і розвитку. Пов’язана з обмеженням рухової активності недостатня стимуляція надлишкового анаболізму у період росту та розвитку, коли спостерігається найбільша пластичність і піддатливість впливам навколишнього середовища, сприяє їх обмеженню і неповному використанню генетичного фонду. Це зумовлює низький рівень фізичного розвитку і функціональних можливостей, які важко відновлюються у зрілому віці навіть шляхом систематичних фізичних тренувань.
Існування двох форм надлишкового анаболізму, а також їх різна інтенсивність у різні вікові періоди дають підстави зробити важливий висновок: у різні періоди онтогенезу людини для характеристики її фізичного розвитку необхідно робити акцент на показниках, що вказують на результат тієї або іншої форми надлишкового анаболізму. Якщо у періоди новонародженості, грудний, раннього і першого дитинства розвиток повинен характеризуватися переважно динамікою лінійних і вагових показників (ріст протоплазмової маси), то у більш старшому віці це повинні бути показники структурно-енергетичного потенціалу, тобто система біоенергетики.
Фізичне здоров’я – це динамічний стан, що характеризується резервом функцій органів і систем та є основою виконання індивідом своїх біологічних і соціальних функцій. Інтегральним показником резервів і функцій органів і систем є енергопотенціал біосистем (резерв енергоутворення).