Спортивная адаптология
Автор: Андрей Антонов
Единственная на данной момент теоретическая спортивная наука - спортивная адаптология. Автор этой науки, мой учитель, профессор Виктор Николаевич Селуянов.
Спортивная адаптология – это наука о целостном рассмотрении функционирования организма спортсменов в тренировочных и соревновательных упражнениях, основанная на концептуальных и математических моделях систем и органов спортсменов. Суть ее сводится к построению моделей клеток, органов, систем органов и целого организма для имитации и предсказания срочных и долговременных адаптационных процессов в организме спортсменов. То есть в основе этой науки лежит вся совокупность биологической информации о строении и функционировании человека, которая, в конечном итоге, должна быть преобразована в адекватные математические модели, доказывающие корректность теоретического мышления.
Предвижу недоумение читателей. Какое отношение может иметь математика к построению тренировочного процесса, или как она может объяснить процесс мышечного роста? Немного терпения.
Математическая модель — это приближенное описание какого-либо класса явлений или объектов реального мира на языке математики. Надо заметить, что в моделировании используется не просто математика, а именно, дифференциальное исчисление. С помощью дифференциальных уравнений можно описать как строение объекта, так и его функционирование, т.е. познавать природу через два главных атрибута – вещество и движение. Основная цель моделирования — исследовать эти объекты и предсказать результаты будущих наблюдений. Однако моделирование — это еще и метод познания окружающего мира, дающий возможность использовать законы природы на практике, например, управлять спортсменом, организовывать тренировочный процесс.
Математическое моделирование и связанный с ним компьютерный эксперимент незаменимы в тех случаях, когда натурный эксперимент невозможен или затруднен по тем или иным причинам. Например, нельзя поставить натурный эксперимент в истории, чтобы проверить, «что было бы, если бы...» Невозможно проверить правильность той или иной космологической теории. В принципе возможно, но вряд ли разумно, поставить эксперимент по распространению какой-либо болезни, например, чумы, или осуществить ядерный взрыв, чтобы изучить его последствия. Однако все это вполне можно сделать на компьютере, построив предварительно математические модели, воспроизводящие изучаемые явлений. И, как мы знаем, ученые добились в этом направлении выдающихся достижений.
Основоположником спортивной адаптологии является известный профессор В.Н. Селуянов — специалист в области биомеханики, физиологии, теории спорта и оздоровительной физической культуры, автор ряда научных изобретений и инновационных технологий, создатель оздоровительной системы ИЗОТОН, автор более 400 научных работ, многих образовательных программ в области спорта и фитнеса.
Единственная на данной момент теоретическая спортивная наука - спортивная адаптология. Автор этой науки, мой учитель, профессор Виктор Николаевич Селуянов.
Спортивная адаптология – это наука о целостном рассмотрении функционирования организма спортсменов в тренировочных и соревновательных упражнениях, основанная на концептуальных и математических моделях систем и органов спортсменов. Суть ее сводится к построению моделей клеток, органов, систем органов и целого организма для имитации и предсказания срочных и долговременных адаптационных процессов в организме спортсменов. То есть в основе этой науки лежит вся совокупность биологической информации о строении и функционировании человека, которая, в конечном итоге, должна быть преобразована в адекватные математические модели, доказывающие корректность теоретического мышления.
Предвижу недоумение читателей. Какое отношение может иметь математика к построению тренировочного процесса, или как она может объяснить процесс мышечного роста? Немного терпения.
Математическая модель — это приближенное описание какого-либо класса явлений или объектов реального мира на языке математики. Надо заметить, что в моделировании используется не просто математика, а именно, дифференциальное исчисление. С помощью дифференциальных уравнений можно описать как строение объекта, так и его функционирование, т.е. познавать природу через два главных атрибута – вещество и движение. Основная цель моделирования — исследовать эти объекты и предсказать результаты будущих наблюдений. Однако моделирование — это еще и метод познания окружающего мира, дающий возможность использовать законы природы на практике, например, управлять спортсменом, организовывать тренировочный процесс.
Математическое моделирование и связанный с ним компьютерный эксперимент незаменимы в тех случаях, когда натурный эксперимент невозможен или затруднен по тем или иным причинам. Например, нельзя поставить натурный эксперимент в истории, чтобы проверить, «что было бы, если бы...» Невозможно проверить правильность той или иной космологической теории. В принципе возможно, но вряд ли разумно, поставить эксперимент по распространению какой-либо болезни, например, чумы, или осуществить ядерный взрыв, чтобы изучить его последствия. Однако все это вполне можно сделать на компьютере, построив предварительно математические модели, воспроизводящие изучаемые явлений. И, как мы знаем, ученые добились в этом направлении выдающихся достижений.
Основоположником спортивной адаптологии является известный профессор В.Н. Селуянов — специалист в области биомеханики, физиологии, теории спорта и оздоровительной физической культуры, автор ряда научных изобретений и инновационных технологий, создатель оздоровительной системы ИЗОТОН, автор более 400 научных работ, многих образовательных программ в области спорта и фитнеса.
Профессор Виктор Николаевич Селуянов
Как появилась на свет эта наука? Эмпирический этап теории физической подготовки (ТФП) завершил свое развитие после выхода в свет монографии В.М. Зациорского «Физические качества спортсмена» (1966). Дальнейшее развитие ТФП шло по пути усиления вклада биологических наук в объяснение явления различных сторон физических качеств. В 80-е годы прошлого века В.Н. Платонов написал монографию «Адаптация в спорте». Это послужило толчком для усиления активности исследований в ГЦОЛИФКе. Ректор В. Меньшиков собрал ведущих специалистов и задал вопрос: «Украинские специалисты идут вперед, чем мы можем ответить?». После долгой паузы пришлось отвечать на вопрос самому молодому — В.Н. Селуянову, который предложил развивать математическое моделирование. Компьютерные программы могут имитировать адаптационные процессы, а это дает основание для выполнения расчетов и поиска наиболее рациональных вариантов тренировочного процесса, то есть надо развивать биологически целесообразные методы тренировки, переходить на истинно теоретический уровень мышления. Такое начало породило дискуссию. Ю.В. Верхошанский сказал, что это невозможно и не будет сделано никогда. Л.П. Матвеев отклонился от предмета дискуссии и предложил выкинуть в окно новую книгу Ю.В. Верхошанского, в которой утверждалось, что в предсоревновательном периоде у прыгунов тройным интенсивность и объем растут одновременно. В.М. Игуменов сказал, что в предложении В.Н. Селуянова нет новизны, поскольку «Биологически обоснованную систему тренировки» предложил профессор Ю.П. Сергеев. Однако, было замечено, что группа Ю.П. Сергеева получила уникальный морфологический материал, но педагогическое применение этих данных было резко отрицательным, в частности, была погублена сборная команда спринтеров по конькобежному спорту. Тогда этот ректорат закончился ничем, только обменом мнений.
Сейчас можно более определенно критиковать эмпирический подход в теории спорта. Особенность эмпирического подхода к построению тренировочного процесса заключается в том, что исследователи не понимают сущности адаптационных процессов. Биоэнергетики строят свои соображения из простейшей модели, когда весь организм рассматривается как одна клетка. Это грубейшая методологическая ошибка. Методы развития физических качеств просто заимствуются из практики, а процессы адаптации к тренировкам вообще не рассматриваются, например, у В.М. Зациорского. Планирование тренировочного процесса строится на основе эффекта суперкомпенсации работоспособности (Л.П. Матвеев), однако, никто и никогда не измерял эту работоспособность. Родоначальники понятия суперкомпенсации (Фольборт с соав.) измеряли изменение концентрации гликогена в мышцах и печени у крыс после предельного плавания (более 5 часов). Спортивные результаты, однако, определяются массой миофибрилл (сила и скорость) и митохондрий (выносливость), а масса этих органелл после тренировки не меняется. Масса этих органелл растет после тренировки в результате реализации процессов транскрипции и трансляции, поэтому имеет место не суперкомпенсация, а реализации накопленной генетической информации, в виде и-РНК, в новые органеллы.
Таким образом, современная эмпирическая теория спортивной тренировки построена с грубейшими методологическими ошибками, понять и исправить которые можно лишь при развитии теоретического направления теории спорта, например, в рамках спортивной адаптологии. Теоретическое направление развития любой науки реализуется с помощью моделирования объектов исследования.
Сомнения Ю.В. Верхошанского о моделировании спортсмена были развеяны уже в начале 90-х годов. В.Н. Селуянов построил две модели, которые имитировали срочные и долговременные адаптационные процессы в организме спортсменов. Эти модели были представлены на научной конференции, на которой присутствовал Ю.В. Верхошанский. Он признал свою ошибку.
Первая модель, имитирующая срочные адаптационные процессы, включала мышцу, состоящую из мышечных волокон разного типа (ОМВ, ПМВ, ГМВ), сердечно-сосудистую и дыхательную системы, элементарную центральную нервную систему. Модель позволила объяснить особенности биохимических и физиологических процессов при выполнении упражнений разной интенсивности в каждом конкретном мышечном волокне. Экспериментально получить такую информацию невозможно и в настоящее время, т.е. спустя 25 лет.
Вторая модель, имитирующая долговременные адаптационные процессы, включала мышцу, иммунную, эндокринную и ЦНС. Она позволила изучить долговременные адаптационные процессы изменения массы миофибрилл, митохондрий в мышечных волокнах и миокардиоцитах, массы желез эндокринной системы. Математическое моделирование позволило разработать принципиально новые подходы в построении тренировочного процесса в спорте и оздоровительной физической культуре.
Желающим увидеть математические формулы я предлагаю заглянуть на сайт научной лаборатории: prosportlab.ru, в раздел: Научные труды – Конференция МФТИ - Модель, имитирующая адаптацию мышц и желез эндокринной системы к силовым упражнениям. Там простейшая математическая модель эндокринной и мышечной системы представлена в виде системы дифференциальных уравнений. Приводить их здесь, даже частично, не вижу смысла. Понять их могут только специалисты.
Таким образом, современная эмпирическая теория спортивной тренировки построена с грубейшими методологическими ошибками, понять и исправить которые можно лишь при развитии теоретического направления теории спорта, например, в рамках спортивной адаптологии. Теоретическое направление развития любой науки реализуется с помощью моделирования объектов исследования.
Сомнения Ю.В. Верхошанского о моделировании спортсмена были развеяны уже в начале 90-х годов. В.Н. Селуянов построил две модели, которые имитировали срочные и долговременные адаптационные процессы в организме спортсменов. Эти модели были представлены на научной конференции, на которой присутствовал Ю.В. Верхошанский. Он признал свою ошибку.
Первая модель, имитирующая срочные адаптационные процессы, включала мышцу, состоящую из мышечных волокон разного типа (ОМВ, ПМВ, ГМВ), сердечно-сосудистую и дыхательную системы, элементарную центральную нервную систему. Модель позволила объяснить особенности биохимических и физиологических процессов при выполнении упражнений разной интенсивности в каждом конкретном мышечном волокне. Экспериментально получить такую информацию невозможно и в настоящее время, т.е. спустя 25 лет.
Вторая модель, имитирующая долговременные адаптационные процессы, включала мышцу, иммунную, эндокринную и ЦНС. Она позволила изучить долговременные адаптационные процессы изменения массы миофибрилл, митохондрий в мышечных волокнах и миокардиоцитах, массы желез эндокринной системы. Математическое моделирование позволило разработать принципиально новые подходы в построении тренировочного процесса в спорте и оздоровительной физической культуре.
Желающим увидеть математические формулы я предлагаю заглянуть на сайт научной лаборатории: prosportlab.ru, в раздел: Научные труды – Конференция МФТИ - Модель, имитирующая адаптацию мышц и желез эндокринной системы к силовым упражнениям. Там простейшая математическая модель эндокринной и мышечной системы представлена в виде системы дифференциальных уравнений. Приводить их здесь, даже частично, не вижу смысла. Понять их могут только специалисты.
Математическое моделирование позволило сделать огромный шаг вперед по сравнению с другими биологическими науками, для понимания процессов, происходящих в мышцах. Каким образом? Приведу простой пример. Как происходит энергообеспечение мышц? Классическая схема, прописанная в учебниках, говорит, что 1-2 сек. мышца работает на внутриклеточных запасах АТФ, потом 15 сек на КрФ, потом запускается процесс анаэробного гликолиза, потом аэробный гликолиз и через 40 мин, после исчерпания запасом мышечного гликогена организм переходит на окисление жиров. Эти данные получены на пробирке и могут быть корректны для одного МВ, при определенных условиях, но никак не для всей мышцы в целом. На самом деле через 15 сек. после начала работы запас КрФ исчерпывается, и мощность снижается на 50%.
Чтобы сохранить интенсивность рекрутируются новые МВ, которые первые 15 сек. будут работать на своих запасах АТФ и КрФ. Если работа проходит на уровне выше анаэробного порога, то есть в работу вовлечены окислительные мышечные волокна (неутомляемые) и часть утомляемых гликолитических мышечных волокон (ГМВ). Гликолитические мышечные волокна могут работать эффективно не более 30-60 сек., из-за накопления ионов водорода. Поэтому для поддержания заданной мощности рекрутируются все новые ГМВ. Это процесс будет идти до полного исчерпания запаса МВ, т.е. до отказа от работы мышцы и спортсмена. И картина перед отказом, будет следующая: все ОМВ работают на аэробном гликолизе, часть ГМВ работает на анаэробном гликолизе, часть ГМВ еще работает на КрФ, часть уже закислилась и не способна продолжать работу, а часть еще не рекрутировалась и ожидает своей очереди. И это все происходит одновременно в одной мышце! Современная наука не способна сейчас экспериментально это подтвердить. Нет таких технологий, чтобы провести подобный эксперимент на живом организме в процессе мышечной работы. А метод математического моделирования описывает эти процессы именно так, и только с помощью математического моделирования можно доказать и обосновать этот процесс. Экспериментально доказывается адекватность математического моделирования с помощью получения данных о работе мышцы как целого органа. Такая математическая информация не соответствует объективной реальности, но у экспериментаторов есть данные о работе мышцы как целого органа (как в анекдоте – о средней температуре в больнице).
Предметом исследований спортивной адаптологии являются построение и функционирование математических моделей мышечных волокон, мышц, нервной системы, сердечно-сосудистой, дыхательной, иммунной систем. В основе таких моделей должны быть заложены все необходимые и достаточные знания, добытые биологами всего научного мира.
Поэтому благодаря адаптологии специалисты лаборатории информационных технологий в спорте минимум на 10 лет опережают мировую спортивную науку. Ведущие зарубежные и отечественные ученые сегодня открывают и экспериментально подтверждают то, что 10 лет назад уже было открыто и обосновано методом имитационного моделирования в проблемной лаборатории под руководством профессора.
Так же моделирование выявляет ошибки экспериментальных исследований. А такие тоже бывают. К примеру, ученые, экспериментируя с подопытными животными после нагрузки, сделали вывод, что запасы АТФ в мышцах не тратятся. В образцах ткани, которую сразу же после выполнения физических упражнений брали из мышцы, помещали в биохимический анализатор, запас АТФ был такой же, как и до начала нагрузки. Естественно, вывод был некорректен. Оказалось, что АТФ в МВ восстанавливается очень быстро. И пока делали забор ткани и несли ее к биохимическому анализатору, он восстанавливался на 100%.
Именно благодаря математическому моделированию была разработана модель тренировки ОМВ методом выполнения упражнений в статодинамическом режиме. Моделирование показало, что при кратковременных расслаблениях мышцы или даже снижения напряжения меньше 30% от максимального, открывается кровоток, что способствуют доступу кислорода к работающим мышцам. Поэтому в ОМВ не происходит закисления, и гормоны не могут проникнуть в них. И регулярно выполняя работу совместно с ГМВ, ОМВ при этом не увеличиваются в размере. Ранее считалось, да и сейчас многие считают, что, выполняя упражнение по 30-50 раз до отказа, тренируются именно ОМВ и отказ происходит из-за их утомления. Однако отказывают как раз ГМВ, а ОМВ продолжают работать не утомляясь. Длина шага марафонца около 150 см, следовательно, на дистанции он делает более 14000 шагов каждой ногой. 14000 повторений, и не утомляется! Марафонцы не падают по завершению дистанции, как это бывает у бегунов на 400 метров, которые бегут на ГМВ и закисляются. Поэтому отказ и на 50-м, и на 100-м повторении происходит от того, что выполнение упражнений с данным весом включает в работу ПМВ. Они постепенно закисляются, рекрутируются все новые и новые ДЕ, сначала ПМВ, потом ГМВ. А когда запас их исчерпан, наступает отказ, потому что вес слишком велик, чтобы с ним справились одни ОМВ, которые продолжают все так же неутомимо работать, как и в начале подхода.
Согласно полученной модели, следовало найти режим работы мышц, при котором не было бы доступа кислорода в ОМВ, и они бы были вынуждены перейти на анаэробный гликолиз с образованием ионов водорода и лактата. В результате чего путем экспериментов и был предложен статодинамический режим выполнения упражнений, который полностью решал эту задачу. Сейчас уже написаны десятки диссертаций, подтверждающих теоретические положения, начались исследования за рубежом.
Имитационное моделирование позволяет максимально оптимизировать тренировочный процесс согласно биологическим законам. Как уже упоминалось, в период работы в Проблемной НИЛ РГАФК В.Н. Селуянов разработал компьютерную математическую модель, имитирующую долговременные математические процессы. Она представляла собой систему из девяти обычных дифференциальных уравнений первого порядка, которые описывали основные параметры и закономерности функционирования мышц, эндокринной и иммунной систем. На вход компьютерной программы подавалась интенсивность и продолжительность выполнения физического упражнения, а также длительность интервалов отдыха между тренировками, а на выходе можно было наблюдать изменения массы митохондрий и миофибрилл в тренируемых мышцах, массы желез эндокринной системы, костного мозга, концентрации антигенов в крови. Рассчитывалось 630 вариантов каждый длительностью в 360 дней. Понятно, что такое количество вариантов в практическом эксперименте не может выполнить ни один из испытуемых за всю свою жизнь. Применение компьютерной техники позволило решить это за 12-18 часов работы на компьютере. Были найдены оптимальные варианты построения тренировочной программы. И определены наиболее вредные режимы работы. Как говорил сам Виктор Николаевич, главное назначение модели - 300 раз «угробить» виртуального человека с целью научиться понимать, что же происходит с организмом, чтобы потом не загубить живого спортсмена.
Чтобы сохранить интенсивность рекрутируются новые МВ, которые первые 15 сек. будут работать на своих запасах АТФ и КрФ. Если работа проходит на уровне выше анаэробного порога, то есть в работу вовлечены окислительные мышечные волокна (неутомляемые) и часть утомляемых гликолитических мышечных волокон (ГМВ). Гликолитические мышечные волокна могут работать эффективно не более 30-60 сек., из-за накопления ионов водорода. Поэтому для поддержания заданной мощности рекрутируются все новые ГМВ. Это процесс будет идти до полного исчерпания запаса МВ, т.е. до отказа от работы мышцы и спортсмена. И картина перед отказом, будет следующая: все ОМВ работают на аэробном гликолизе, часть ГМВ работает на анаэробном гликолизе, часть ГМВ еще работает на КрФ, часть уже закислилась и не способна продолжать работу, а часть еще не рекрутировалась и ожидает своей очереди. И это все происходит одновременно в одной мышце! Современная наука не способна сейчас экспериментально это подтвердить. Нет таких технологий, чтобы провести подобный эксперимент на живом организме в процессе мышечной работы. А метод математического моделирования описывает эти процессы именно так, и только с помощью математического моделирования можно доказать и обосновать этот процесс. Экспериментально доказывается адекватность математического моделирования с помощью получения данных о работе мышцы как целого органа. Такая математическая информация не соответствует объективной реальности, но у экспериментаторов есть данные о работе мышцы как целого органа (как в анекдоте – о средней температуре в больнице).
Предметом исследований спортивной адаптологии являются построение и функционирование математических моделей мышечных волокон, мышц, нервной системы, сердечно-сосудистой, дыхательной, иммунной систем. В основе таких моделей должны быть заложены все необходимые и достаточные знания, добытые биологами всего научного мира.
Поэтому благодаря адаптологии специалисты лаборатории информационных технологий в спорте минимум на 10 лет опережают мировую спортивную науку. Ведущие зарубежные и отечественные ученые сегодня открывают и экспериментально подтверждают то, что 10 лет назад уже было открыто и обосновано методом имитационного моделирования в проблемной лаборатории под руководством профессора.
Так же моделирование выявляет ошибки экспериментальных исследований. А такие тоже бывают. К примеру, ученые, экспериментируя с подопытными животными после нагрузки, сделали вывод, что запасы АТФ в мышцах не тратятся. В образцах ткани, которую сразу же после выполнения физических упражнений брали из мышцы, помещали в биохимический анализатор, запас АТФ был такой же, как и до начала нагрузки. Естественно, вывод был некорректен. Оказалось, что АТФ в МВ восстанавливается очень быстро. И пока делали забор ткани и несли ее к биохимическому анализатору, он восстанавливался на 100%.
Именно благодаря математическому моделированию была разработана модель тренировки ОМВ методом выполнения упражнений в статодинамическом режиме. Моделирование показало, что при кратковременных расслаблениях мышцы или даже снижения напряжения меньше 30% от максимального, открывается кровоток, что способствуют доступу кислорода к работающим мышцам. Поэтому в ОМВ не происходит закисления, и гормоны не могут проникнуть в них. И регулярно выполняя работу совместно с ГМВ, ОМВ при этом не увеличиваются в размере. Ранее считалось, да и сейчас многие считают, что, выполняя упражнение по 30-50 раз до отказа, тренируются именно ОМВ и отказ происходит из-за их утомления. Однако отказывают как раз ГМВ, а ОМВ продолжают работать не утомляясь. Длина шага марафонца около 150 см, следовательно, на дистанции он делает более 14000 шагов каждой ногой. 14000 повторений, и не утомляется! Марафонцы не падают по завершению дистанции, как это бывает у бегунов на 400 метров, которые бегут на ГМВ и закисляются. Поэтому отказ и на 50-м, и на 100-м повторении происходит от того, что выполнение упражнений с данным весом включает в работу ПМВ. Они постепенно закисляются, рекрутируются все новые и новые ДЕ, сначала ПМВ, потом ГМВ. А когда запас их исчерпан, наступает отказ, потому что вес слишком велик, чтобы с ним справились одни ОМВ, которые продолжают все так же неутомимо работать, как и в начале подхода.
Согласно полученной модели, следовало найти режим работы мышц, при котором не было бы доступа кислорода в ОМВ, и они бы были вынуждены перейти на анаэробный гликолиз с образованием ионов водорода и лактата. В результате чего путем экспериментов и был предложен статодинамический режим выполнения упражнений, который полностью решал эту задачу. Сейчас уже написаны десятки диссертаций, подтверждающих теоретические положения, начались исследования за рубежом.
Имитационное моделирование позволяет максимально оптимизировать тренировочный процесс согласно биологическим законам. Как уже упоминалось, в период работы в Проблемной НИЛ РГАФК В.Н. Селуянов разработал компьютерную математическую модель, имитирующую долговременные математические процессы. Она представляла собой систему из девяти обычных дифференциальных уравнений первого порядка, которые описывали основные параметры и закономерности функционирования мышц, эндокринной и иммунной систем. На вход компьютерной программы подавалась интенсивность и продолжительность выполнения физического упражнения, а также длительность интервалов отдыха между тренировками, а на выходе можно было наблюдать изменения массы митохондрий и миофибрилл в тренируемых мышцах, массы желез эндокринной системы, костного мозга, концентрации антигенов в крови. Рассчитывалось 630 вариантов каждый длительностью в 360 дней. Понятно, что такое количество вариантов в практическом эксперименте не может выполнить ни один из испытуемых за всю свою жизнь. Применение компьютерной техники позволило решить это за 12-18 часов работы на компьютере. Были найдены оптимальные варианты построения тренировочной программы. И определены наиболее вредные режимы работы. Как говорил сам Виктор Николаевич, главное назначение модели - 300 раз «угробить» виртуального человека с целью научиться понимать, что же происходит с организмом, чтобы потом не загубить живого спортсмена.
Советую посмотреть лекцию В.Н. Селуянова «Концепция биологически целесообразной физической подготовки», в которой он очень сложные вещи рассказывает простым и понятным языком даже для неподготовленного слушателя.
А также очень популярную лекцию по системе Изотон, единственной научно обоснованной системе оздоровительной тренировки, разработанной профессором на основе спортивной адаптологии.
Для чтения предлагаю монографию В.Н. Селуянова и Е.Б. Мякинченко «Развитие локальной мышечной выносливости в циклических видах спорта». Это настольная книга для всех изучающих спортивную адаптологию.