Текст книги "Управление работоспособностью человека в различных условиях внешней среды"

Устойчивые изменения среды вызывают адекватные реакции организма, а генетические механизмы защищают гомеостаз от помех (они становятся тренированными!). В результате противоборства двух тенденций вырабатывается тот оптимум, который будет ниже комфорта и ниже стрессовой ситуации. Таким образом, идет поэтапное развитие и тренировка организма под устойчивым воздействием факторов внешней среды. В процессе адаптации реализуется генетическая программа развития, и формируются соответствующие механизмы и реакции на наиболее значимые и устойчивые факторы среды, дающие возможность организму стать более жизнеспособным, т. е. здоровым.

3. Физическая подготовка в адаптационном процессе организма

Выполнение физической работы при жаре оказывает в основном истощающее влияние на организм человека. Но всё, же легче переносится работа, имеющая перерывы для отдыха, хотя и проходящего при этой же жаре. Гипертермия у физически тренированных людей при работе в жаре развивается в 1,5–2 раза медленнее, чем нетренированных. При одинаковых уровнях перегрева у спортсменов, как и других физически тренированных людей, отмечено меньшее истощение организма и снижение мышечной работоспособности. Важно, что у всех обследуемых были отмечены факты повышения некоторых разновидностей работоспособности. В частности, важно зафиксированное ускорение зрительно-моторной реакции и на простой и на дифференцировочный раздражители, особенно – у физически тренированных людей. В условиях жары (пожар, неполадки в системе терморегуляции в замкнутом пространстве, работа при прямом воздействии солнечных лучей или другой лучистой энергии и т. п.) вероятность выживания физически тренированных лиц может оказаться в 1,5–2 раза (и более) выше, чем нетренированных.

Формы реагирования и пути адаптации организмов к тепловому стрессу могут быть различными в зависимости от вида эрготермического воздействия; в определенных условиях температурная регуляция человека при мышечной работе может нетермально смещаться на второй уровень, единый для всех людей, характеризующийся устойчивостью и оптимальной мобилизацией функциональных систем, направленной на эффективное выполнение работы.

Известно, что различные профессии предъявляет свои специфические требования к физическим и психическим качествам, прикладным умениям и навыкам человека. Многочисленные данные о поведении выпускников вузов показали недостаточную подготовленность к выполнению профессиональных задач в условиях природной среды. Выпускники вузов, попадая в экстремальные условия среды, не справляются со своими обязанностями, прежде всего, физически. Их организм не способен противостоять различным неблагоприятным профессиональным и климатическим факторам (неустроенность быта, трудности с питьевой водой и с доставкой продуктов питания, бездорожье, жара, холод, перепад барометрического давления, знойные ветры, песчаные и снежные бури и прочее) и довольно быстро подвергаются различного рода заболеваниям. Все это подчеркивает важность научного обоснования и внедрения специальной психофизической подготовки в учебно-воспитательный процесс будущих специалистов.

Поэтому можно говорить о существовании объективного противоречия между необходимостью существенного повышения уровня физической подготовленности выпускников вуза, как фактора их выживаемости в неблагоприятных условиях внешней среды и недостаточной разработанности средств и методов специальной физической подготовки, учитывающей специфику профессиональной деятельности – с другой. Основными направлениями физической подготовки являются:

• овладение прикладными умениями и навыками, являющимися элементами отдельных видов спорта;

• акцентированное воспитание отдельных физических и специальных качеств, необходимых для профессиональной деятельности;

• приобретение конкретных прикладных знаний и навыков, входящих в состав профессии.

Все эти направления связаны с развитием физических качеств, проблемой обучения движениям и вооружением прикладным умениями и навыками.

Программа реализации профессионально-личностной физической подготовки осуществляется на основании типовых учебных программ, профессиограмм, паспорта физической и функциональной подготовленности студентов вуза на основе учета особенностей каждой специальности и условий внешней среды, в которой она будет осуществляться. Физическая подготовка студентов вуза предусматривает овладение ими также прикладными знаниями, усвоение естественнонаучных, психолого-педагогических и специальных знаний по физической культуре, умениями и формированием необходимых физических качеств и практических навыков по самоконтролю и здоровому стилю жизни. При этом специализированная физическая подготовка по конкретной профессиограмме различных факультетов носит дифференцированный характер.

Основными задачами специальной физической подготовки для выполнения профессиональных задач в неблагоприятных условиях среды являются:

– воспитание профессионально важных для данной деятельности психических качеств (волевых, оперативного мышления, качеств внимания, эмоциональной устойчивости, быстроты восприятия и др.);

– направленное развитие физических способностей, специфических для избранной профессиональной деятельности;

– формирование и совершенствование профессионально-прикладных умений и навыков (связанных с особыми внешними условиями будущей трудовой деятельности, в том числе сенсорных навыков);

– повышение функциональной устойчивости организма к неблагоприятному воздействию факторов специфических условий трудовой деятельности (гипокинезия, высокая и низкая температура и перепады температуры окружающей среды, нахождение на большой высоте и др.);

– усвоение специальных знаний для успешного усвоения обучаемыми практического раздела физической подготовки и применения приобретенных умений, навыков и качеств в профессиональной деятельности.

Каким бы тщательным не был профессионально-психологический и медицинский отбор кандидатов для работы в неблагоприятных условиях внешней среды, он сам по себе не может гарантировать того, что будут достаточно развиты все психофизиологические качества, необходимые для успешного выполнения профессиональных обязанностей. Общая физическая подготовка также не может полностью решить задач психофизической подготовки к выполнению профессиональных задач. Она должна быть целенаправленной и профилированной, являясь составной частью учебно-воспитательного процесса, она должна учитывать будущую профессиональную деятельность, а также условия, в которых она выполняется. Выполнение задач обеспечивает необходимый уровень специальной физической подготовленности.

Многочисленные научные данные показывают, что специальная физическая подготовка способствует быстрому овладению и более качественному выполнению профессиональных задач, создает благоприятные предпосылки для проявления устойчивой и высокой работоспособности, повышению профессиональной надежности, адаптации организма к неблагоприятным воздействиям условий профессиональной деятельности, снижения заболеваемости и профессионального долголетия работников. Подчеркивается, что физическая подготовка строится на основе реализации одного из важнейших принципов педагогической системы – принципа органической связи физического воспитания с практикой профессиональной деятельности (28).

Это обуславливает, с одной стороны, необходимость профилирования содержания и процесса физического воспитания при решении задач профессиональной подготовки, с другой – обязательность рационального сочетания специализированной, профессионально-прикладной и общефизической подготовки.

В этом сочетании исходным моментом является общая физическая подготовка. Всестороннее воспитание физических способностей и систематическое обогащение фонда двигательных умений и навыков гарантируют общие предпосылки продуктивности любой деятельности. Опосредованно проявляясь в уровне физической подготовленности через такие факторы, как состояние здоровья, уровень физического развития, уровень аэробной и анаэробной мощности функциональных систем организма, ловкости, силы и мышечной выносливости, она создает основные предпосылки для успешности конкретной профессиональной деятельности. Вместе с тем в процессе профессиональной физической подготовки обеспечивается наряду со специфическим тренировочным эффектом в известной степени и генерализованный эффект. Параллельно происходит общее укрепление организма и здоровья человека, повышается уровень его всестороннего физического развития.

Задачи и содержание любого вида физической подготовки определяются исходя из объективных требований профессии к человеку и внешних условий, в которых она осуществляется.

Специфические требования к физической подготовленности выражаются в трех группах факторов. Первая из них – особенности информационного обеспечения деятельности. Они связаны с характером, объемом поступающей информации и условиями ее восприятия при выполнении профессиональной деятельности.

Вторую группу факторов составляет характер основных операций – ее моторные особенности (динамические, пространственные, временные, пространственно-временные).

Третья группа факторов – особые внешние условия деятельности: микроклимат, вибрация, укачивание, скоростные перегрузки, состав и температура воздуха, стрессовые факторы и др.

Профессиональная деятельность основывается на постоянном приеме и анализе информации о выполняемых действиях и ее условиях посредством деятельности различных анализаторов: зрительного, слухового, двигательного, и психических процессов, таких, как внимание, память, оперативное мышление. Ее осуществление связано с определенным уровнем нервно-эмоционального напряжения, с переживанием различных психических состояний, проявлением различных психических свойств личности: темперамента, направленности, характера, волевых качеств и способностей, с актуализацией межличностных и деловых отношений с коллегами. Причем особенности психических процессов и психических состояний во многом зависят от характера, объема поступающей информации и условий ее восприятия человеком при профессиональных действиях (25, 36, 38).

Другим объективным фактором, от которого зависит эффективность профессиональной деятельности, является характер рабочих движений. Его выделение основывается на анализе структуры двигательной деятельности. Многим видам деятельности присуща повторяемость действий, вследствие чего рабочие движения в своей массе стереотипны и в то же время качественно разнообразны. Своеобразие рабочих движений в конкретной профессиональной деятельности и обусловливает ее специфические психофизиологические воздействия на организм. Правомерно поэтому выделяют понятие «характер основных рабочих движений». Под ним подразумевается совокупность наиболее выраженных (преобладающих) особенностей основных рабочих движений в трудовых действиях, составляющих содержание данной профессиональной деятельности. Указанную совокупность моторных особенностей трудовых действий можно описать, указав тип движений (нажим, ударные, вращательные и пр.), особенности согласованности и последовательности движений рук, ног, туловища и прочие характеристики, а также представить в количественных показателях (пространственных, временных и динамических параметрах).

Многими авторами подчеркивает, что совершенствование физических качеств и сопряженных способностей, функций органов и систем организма, имеющих ключевое значение для той или иной профессии, обеспечивается не профессионально-прикладной, а прикладно-специализированной подготовкой, включающей средства и методы, адекватные особенностям избранной профессиональной деятельности (28, 52, 58). Наиболее информативными и значимыми для построения конкретных методик и технологий физкультурной оптимизации профессиональной деятельности являются, по мнению автора, следующие показатели:

– типичные трудовые действия, операции;

– типичные ошибки;

– основные и вспомогательные рабочие движения, рабочая поза; двигательная активность, физическая нагрузка и ее направленность;

– характер психической и психофизической нагрузки;

– климатические, метеорологические и санитарно-гигиенические производственные условия;

– профессиональные вредности и заболевания;

– ключевые профессионально значимые физические качества, двигательные умения и навыки;

– ключевые профессионально значимые психофизические функции;

– ключевые профессионально значимые психические качества и способности, деловые и другие личностные свойства.

Чем сложнее по содержанию и больше по объему требования со стороны профессии к той или иной стороне профессиональной физической подготовленности, тем больше внимания (по затратам времени в часах) уделяется ее совершенствованию. Научное обоснование специфического содержания и методов профессиональной физической подготовки может быть дано с позиций учения адаптации организма и теории переноса тренированности.

Специфические требования профессии к физической подготовленности человека вызываются также особыми внешними условиями деятельности. Под ними подразумевается сопутствующее действие факторов, усложняющих осуществление профессиональной деятельности и при некоторых видах работ, требующих владения прикладными двигательными умениями и навыками. Воздействие некоторых факторов среды на человека носит экстремальный характер. В подобных условиях профессиональная деятельность протекает на фоне эмоциональных напряжений и иных стрессовых явлений, а также требует мобилизации функциональных резервов организма.

В процессе многолетней профессиональной деятельности формируется профессиональный тип личности, характеризующийся определенными чертами и ценностными ориентациями, специфической структурой психофизических качеств.

В структуре профессиональных способностей выделяют основные и дополнительные. Основные способности те, без которых данная деятельность не может эффективно выполняться и, которые не могут компенсироваться другими способностями данной структуры. Дополнительные способности – существенные, но не обязательные, и они могут заменяться другими компонентами. Учет этих научных положений имеет принципиальное значение для теории и практики профессиональной физической подготовки, как в плане индивидуализации учебного процесса, так и в плане сосредоточения внимания на воспитании ведущих для данной профессии способностей. От уровня их развития в большей степени зависит профессиональная работоспособность.

При составлении программ подготовки необходимо руководствоваться общими физиологическими принципами функциональной адаптации организма и роли в этом процессе специфичности раздражителя: многократного повторения (что является важнейшим условием совершенствования высшей нервной деятельности, т. е. выработке новых функциональных систем). Это особенно важно для образования, закрепления и координации вегетативных функций организма; систематичности тренировок; постепенного повышения нагрузки, что обусловлено закономерностями общебиологического явления приспособления; периодического включения субмаксимальных и максимальных нагрузок, что является непременным условием повышения функциональных возможностей организма; индивидуального подхода к выбору интенсивности и длительности воздействия специфического фактора соответственно функциональному состоянию организма и предстоящему заданию.

Физиологические реакции и поведенческие силы на воздействие внешней среды является единой отражательно-регуляторной деятельностью центральной нервной системы организма. Терморегуляторные механизмы на холоде мобилизуют усиление метаболических процессов, вызывающих подъем окислительных процессов и энергетических затрат на всех уровнях биологической системы организма человека. Эти механизмы терморегуляции в организме формировались в процессе эволюции и достигли совершенства. При терморегуляторных напряжениях организма постоянная повышенная физическая и спортивная нагрузка истощает постепенно энергетические ресурсы и способствует снижению функциональных возможностей организма. Следовательно, нужно учитывать режимы физической нагрузки (13).

Скелетная, или соматическая, мускулатура человека составляет 30–35 % массы тела и представлена поперечно-полосатой мышечной тканью. Функции мышечной системы разнообразны. Кроме основной – поддержания позы, движения, фиксации внутренностей, следует отметить и биологические функции – участие в обмене веществ, терморегуляции и поддержания тонуса нервной и сердечно-сосудистой систем.

Мышечные волокна разделяются на два основных вида: белые, обеспечивающие быструю двигательную активность, и красные, способные к длительному поддержанию сокращения. Обычно в любой мышце присутствуют и те и другие. Превалирование в мышце белых или красных волокон обуславливает и свойства целых мышц – либо быстроту сокращения, либо способность к длительному поддержанию сокращения. Белые мышечные волокна отличаются высоким содержанием миофибрилл при сравнительно небольшом объеме саркоплазмы, незначительным содержанием миоглобина, высоким содержанием гликогена и гликолитических ферментов. Для красных мышечных волокон характерно высокое содержание миоглобина, обилие цитоплазматических органелл (в особенности митохондрий), наличие триглицеридов. Функционально белые мышечные волокна отличаются от красных большей АТФ-азной активностью миозина.

Быстрые волокна в литературе обычно обозначаются как волокна II типа или как F-волокна (от английского Fast – быстрый), медленные как волокна I типа или как S волокна (от английского Slow – медленный). Медленные волокна более выносливы, они имеют богатую капиллярную сеть, а наличие в них триглицеридов и значительных запасов миоглобина обуславливают их способность к выполнению значительной работы на выносливость в основном аэробного характера. Быстрые мышечные волокна имеют большую активность гликолитических ферментов и более приспособлены к выполнению относительно кратковременных сокращений большой мощности. Быстрые волокна представлены двумя разновидностями – подтип II-A и подтип II-B. Волокна II-A несколько толще волокон подтипа II-B, они более приспособлены к аэробным условиям энергообразования, они более выносливы. Так, двуглавая мышца плеча содержит до 61 % медленных волокон, а камбаловидная – на 98-100 % состоит из медленных волокон. Отсюда понятна высокая выносливость последней и быстрая утомляемость первой. И все же большинство мышц человека содержат и те, и другие волокна, и существует точка зрения, что морфологические и функциональные характеристики мышечных волокон не являются постоянными и могут отражать разные функциональные состояния последних.

Выделяется три типа мышечного сокращения. Изотоническое сокращение имеет место в случае, когда внешняя нагрузка на мышцы минимальна и напряжение мышцы постоянно. В этом случае мышца укорачивается, преодолевается внешняя нагрузка и выполняется работа. Если же величина внешней нагрузки превышает напряжение мышцы и длина ее не изменяется, то имеет место, так называемое изометрическое сокращение. В этом случае мышца, строго говоря, не производит никакой работы (перемещение груза отсутствует). Тем не менее, и в первом, и во втором случае идет процесс расходования энергии. При изотоническом сокращении во внешнюю среду выделяется около 50 % энергии, а при изометрическом – все 100 %. В условиях реальной мышечной работы, как правило, чистое изотоническое или изометрическое сокращения не встречаются. В естественных условиях работы мышц имеет место смешанный тип мышечного сокращения – ауксотонический.

При одиночном сокращении мышцы, лавинообразно возрастает теплопродукция за счет активации обменных процессов в отдельных мышечных волокнах. Подсчеты и тонкие эксперименты показали, что интенсивность обменных процессов при сокращении мышцы может возрастать в 1000 раз по сравнению с покоем. Благодаря работам А. Хилла и его последователей оказалось возможным проследить отдельные фазы теплообразования.

При длительном тетаническом сокращении мышцы, рост теплопродукции начинается еще до начала сокращения (во время латентного периода) и выделяемая при этом тепловая энергия носит название «тепла активации». Тепло активации, таким образом, связано с самыми начальными процессами – от прихода нервного импульса к нервно-мышечному синапсу до выхода ионов Са⁺⁺ и формирования его комплекса с тропонином. Начавшееся сокращение сопровождается выделением «тепла укорочения», величина которого зависит от степени укорочения (т. е. сокращения) мышцы. Длительное стационарное сокращение сопровождается выделением «тепла поддержания», которое выделяется во время всего периода сокращения. Прекращение тетанического сокращения мышцы не приводит к мгновенному возврату ее энергетики к исходному уровню. В течение некоторого времени (до нескольких минут) теплообразование медленно снижается до исходного уровня – выделяется «тепло восстановления», или «задержанная теплопродукция».

При движениях человека три четверти затрачиваемой энергии преобразуется в тепло. При интенсивной физической нагрузке выделение тепла может возрасти до 15 раз по сравнению с покоем. Часть этого тепла удаляется благодаря усиленному дыханию, испарению выделяющегося пота, тепловому излучению кожи. Чтобы организм не перегревался, тепло должно выделяться с той же скоростью, с какой образуется. Чем интенсивнее и продолжительнее выполняемая работа, тем сильнее нагреваются мышцы, а протекающая кровь разносит тепло по всему телу. Например, у бегунов-марафонцев температура тела на финише достигает 39–41°С.

Как уже указывалось, не вся энергия мышечного сокращения направляется на выполнение механической работы. Значительная часть ее рассеивается в виде тепла. Коэффициент полезного действия мышечной работы (КПД) – это отношение величины внешней механической работы (W) к общему количеству выделенной в виде тепла (Е) энергии:

КПД = W/E×100 %

Наиболее высокий показатель КПД изолированной мышцы наблюдается при внешней нагрузке, составляющей 50 % от ее максимального значения, и при скорости укорочения мышцы в пределах 30 % от максимума. В этих условиях КПД колеблется от 20 до 30 %. Эти результаты, полученные на изолированных мышцах, близки к результатам исследований на человеке. Во время мышечной работы показатели КПД составляют 15–30 % в зависимости от характера работы (интенсивность, срочность, факторы внешней среды и т. п.), соотношения динамического и статического напряжения, набора мышечных групп, реализующих двигательную задачу.

При мышечной работе терморегуляция сопровождается усилением теплообразования: чем больше мощность работы, тем больше тепла образуется в работающих мышцах. Температура тела и кожи повышается. Это облегчает работу. Умеренное увеличение температуры тела повышает функциональные свойства нервных центров (их возбудимость, проводимость и лабильность), уменьшает эластичность мышц, способствует более эффективному отщеплению кислорода и улучшает снабжение им тканей. Излишки тепла постоянно выводятся из организма, и температура тела поддерживается на оптимальном для работы уровне. Главным механизмом теплоотдачи в этих условиях является потоотделение (30, 31). Однако при очень тяжёлой работе температура тела может повыситься настолько, что механизмы теплоотдачи не справятся с выделением излишков тепла. Затруднение теплоотдачи наблюдается при очень высокой температуре и влажности воздуха или при излишне тёплой одежде. Это может вызвать перегревание или тепловой удар.

Даже если человек лежит неподвижно, но с напряженной мускулатурой, то окислительные процессы, а вместе с тем и теплообразование повышаются на 10 % и больше по сравнению с их величиной при лежании с полностью расслабленными мышцами. Уже относительно небольшая двигательная активность увеличивает теплообразование на 25 %. При ходьбе энергетические затраты возрастают на 60–80 %, а при тяжелой работе могут повыситься на 400–500 %.

Мышечная система в таких случаях является основным источником теплопродукции. Различные виды сократительной деятельности мышц дают следующий прирост теплопродукции (табл. 1, в % к основному обмену). Запуск процесса дрожи зависит от температуры кожи, а интенсивность – от температуры «ядра» (мозга).

Таблица 1

Для терморегуляции основное значение имеют скелетные мышцы, которые в результате различных форм сократительного термогенеза обеспечивают необходимый уровень теплопродукции у человека, попавшего в условия воздействия холодной среды. Однако, рассматривая физическую работу как источник теплопродукции, большинство исследователей отмечает её малую эффективность (прирост 20 %), так как большая часть энергии здесь расходуется на механическую работу. Из этого можно сделать вывод: физическую работу обнажённого или легко одетого человека нельзя рассматривать как радикальное средство спасения от холода. Более того, при этом усиливается приток крови к работающим мышцам, в результате чего увеличивается теплоотдача (в 2–3 раза) и ухудшаются теплоизолирующие свойства тканей.

Рассмотренные три вида химической терморегуляции по эффективности можно расположить следующим образом: дрожь, терморегуляторный тонус, физическая работа.

Большое значение имеет также образование тепла во время пищеварения в желудочно-кишечном тракте.

Роль внутренних органов (ядра), несмотря на его небольшую массу, в состоянии покоя обеспечивает терморегуляцию до 70 % от общего теплообразования. Теплообразование возникает в печени, почках, жировой ткани и др. без повышения специфической рабочей деятельности этих органов, а под влиянием нервной системы и гормональных факторов. При физической работе доля ядра снижается (табл. 2).

Таблица 2

Степень участия отдельных органов в общем теплообразовании у человека в %