Теория и практика



Автор: Андрей Антонов

Почему-то в спорте идет постоянное разделение специалистов на практиков и теоретиков, причем отношение к последним какое-то снисходительное и несерьезное, как к каким-то «ботанам» от науки, мало что соображающим в вопросах спортивной тренировки. Помню, когда в 90-х я учился в МГАФКе преподаватели шутили, вот закончите институт придете работать в ДЮСШ и там вам скажут: «Забудьте все то чему вас учили и слушайте тренеров – практиков». Юрий Власов в книге «Справедливость силы» вспоминал уникального по своим генетическим данным тяжелоатлета Трофима Ломакина, олимпийского чемпиона 1952 г. «Трофим Ломакин. Знатоки понимали и ценили его самобытную силу. Жаль, сгубил он талант и погиб рано, едва переступив за пятьдесят. Мы тренировались вместе с 1956 по 1961 год, и я неоднократно оказывался свидетелем того, как после трех-четырех месяцев вольного режима (он заходил в зал один-два раза в неделю, дабы показаться начальству), этот уже немолодой атлет за три месяца входил в форму и выигрывал чемпионаты мира или страны. А ему уже тогда хорошо было за тридцать. И какова же физическая одаренность, если он на "своем режиме" держался почти десять лет на уровне мировых результатов! Ни в одном атлете я не встречал такого звериного чутья на нагрузки. Ломакин не интересовался выкладками, графиками, но свои нагрузки определял безошибочно. Предметом его постоянных вышучиваний были мои расчеты, осмеивал он и тех, кто участвовал со мной в экспериментах. Наедине он всегда повторял одно и то же: "Гони ты их!.." И это была не обычная грубость. Он искренне считал всех, кто сам не несет нагрузки, но зарабатывает от спорта, дармоедами…». Надо сказать, что в те годы спортивная наука базировалась исключительно на эмпирике. И называть ученых того времени теоретиками было бы неправильно. Л. П. Матвеев действительно загонял Власова огромными объемами работы со средними весами в погоне за мифической «базой». Но с тех пор прошло немало времени и теоретическое мышление проникло и в область теории спортивной тренировки. Проблема еще состоит в том, что далеко не все тренеры и спортсмены правильно понимают, что представляет собой теоретическое мышление, иначе бы их снисходительность возникающая при слове «теоретик» неминуемо бы улетучилась.
Понимание того, что эмпирическая наука не может вскрыть сущность изучаемых явлений, пришло еще в конце XIX века. Достаточно ознакомиться с замечательной книгой Фридриха Энгельса «Диалектика природы» в которой автор попытался дать полную панораму естествознания на основах законов диалектики. Энгельс показывает полную беспомощность чистой эмпирики, не подкрепленной теоретически. К примеру, в главе «Естествознание в мире духов» он пишет: «Мы здесь наглядно убедились, каков самый верный путь от естествознания к мистицизму. Это самая плоская эмпирия, презирающая всякую теорию и относящаяся с недоверием ко всякому мышлению. Существование духов доказывается не на основании априорной необходимости, а на основании эмпирических наблюдений господ Уоллеса, Крукса и компании. Презрение к диалектике не остается безнаказанным. Сколько бы пренебрежения ни выказывать ко всякому теоретическому мышлению, все же без последнего невозможно связать между собой хотя бы два факта природы или уразуметь существующую между ними связь. Вопрос состоит только в том, мыслят ли при этом правильно или нет, — а пренебрежение к теории является, само собой разумеется, самым верным путем к тому, чтобы мыслить натуралистически и тем самым неправильно. Но неправильное мышление, если его последовательно проводить до конца, неизбежно приводит, по давно известному диалектическому закону, к таким результатам, которые прямо противоположны его исходному пункту. И, таким образом, эмпирическое презрение к диалектике наказывается тем, что некоторые из самых трезвых эмпириков становятся жертвой самого дикого из всех суеверий — современного спиритизма».
Действительно, голая эмпирия, без теоретического обоснования не способна покончить даже со спиритами!
В теоретической физике эмпиризм был преодолен еще в начале века, и этому способствовало проникновению в нее дифференциальных уравнений - математики, способной описывать как состояние вещества, так и его движение в среде. В теории спортивной тренировки, как и во многих других науках, о теоретическом этапе развития науки лишь догадываются. Реальная методологическая основа теоретического подхода к изучению объектов появилась в 80-90-е гг. и нашла свое ясное отражение в последнем учебнике философии для вузов. Однако биология спорта получила ускорение с развитием электроники, кибернетики в 60-70-е гг., появились методы прямого измерения состояния внутренних структур организма (метод биопсии, ядерного магнитного резонанса, ультразвукового сканирования). Для большинства специалистов стало очевидным, что неиспользование огромного фактического материала по биологии спорта является "преступлением" перед наукой. Проблема заключалась лишь в том, как воспользоваться этой возможностью.
Таким образом, с начала 80-х гг. начались поиски теоретического объяснения обнаруженных эмпирических закономерностей построения спортивной тренировки, основой этому послужил огромный фактический материал по биологии спорта, однако отсутствие четкого методологического алгоритма построения теории затормозило процесс создания развитой теории спортивной тренировки. Профессор В. Н. Селуянов стал основоположником новой спортивной науки, построенной именно на теоретическом подходе – спортивной адаптологии. В основе ее 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.
В.Н. Селуянов писал: «Укажем читателю (в частности, Л.П. Матвееву), что при построении математических моделей, имитирующих срочную и долговременную адаптацию в клетках организма человека, нами использовались большинство сведений, изложенных в учебниках и монографиях по спортивной биохимии и физиологии человека. Это и есть эмпирический базис для построения модели. Разумеется, он необозримо богаче фактического материала, на который опирается эмпирическая теория спортивной тренировки Л.П. Матвеева, поскольку используются знания не отдельного ученого или небольшой группы, а приобретенные совокупностью ученых всего мира, работающих в области математики и биологии спорта. Модели строятся в виде систем, с учетом принципа природной специфичности, поэтому только на теоретической стадии развития науки в полной мере и корректно используется системный подход, если в качестве элементов используются не слова, не фантастические объекты, а образы материальных образований, имеющих место в реальном мире - организме человека. Реализация такой логики исследования приводит в ТСТ к разработке средств и методов, которые невозможно наблюдать в практической работе тренеров. Средства и методы подготовки спортсмена рождаются чисто теоретически, а критерием истинности предложенной тренировки выступает практика, лучше в виде четко поставленного эксперимента с однозначным ответом на поставленный вопрос, либо результат проведенного тренировочного процесса. Исследователь, который начинает придерживаться такой логики, начинает создавать теорию изучаемого объекта и его преобразования при заданных условиях, создает развитую науку».
Тем не менее большинством тренеров и спортсменов просто не понимаются возможности, которые дает теоретический подход к изучению объектов. Ко мне часто обращаются с просьбой привести примеры, когда теория опережает практику и методами математического моделирования удается предсказать явления и закономерности, которые эмпирическая наука смогла подтвердить только спустя десятилетия.
И мы обратились к нашему постоянному консультанту, автору спортивной адаптологии, профессору Виктору Николаевичй Селуянову.

Железный Мир: Здравствуйте, Виктор Николаевич! Как вы пришли к математическому моделированию в спорте и составлению дифференциальных уравнений? Ведь вы же не математик по образованию…

Виктор Селуянов: Здравствуйте. Вы знаете, я в каком-то смысле математик. Перед поступлением в ГЦОЛИФК я закончил машиностроительный техникум. А когда пошел работать в лабораторию к Зациорскому, то там параллельно работал специалист с физтеха. А у меня тогда возникла необходимость изучать высшую математику уже не на уровне техникума, а на более высоком. К тому же я чувствовал в себе способности к этой науке. И стал решать и интегрировать различные уравнения в учебных задачах. К сожалению, в учебной литературе очень часто давалось плохое объяснение, и я подсаживался к этому специалисту с просьбой объяснить решение задач, и он мне показывал способ решения и объяснял его буквально на пальцах. А потом появилась литература, связанная с численным анализом решения дифференциальных уравнений.
Я начал заниматься программированием, а нормальных компьютеров тогда еще не было, они потом у нас появились. Но я уже чувствовал, что надо сделать модель человека, такого виртуального спортсмена, чтобы тренировать его, а не реального человека. Я же понимаю, что все тренеры эмпирики – не знают биологических законов. И часто гробят спортсменов. Их надо обучать. А как? Вот именно на виртуальном спортсмене. Я решал эти задачи и в конце концов вышел на понимание того, что существуют численные решения дифференциальных уравнений (ДУ). Математически образованный человек может решить любую систему ДУ численно. Это очень просто. Вся сложность заключается в том, чтобы эту систему ДУ выписать. Обратитесь к любому математику и скажите: надо решить ДУ. Да легко! Аналитически это сделать невозможно, а численно – проще пареной репы. Выдающиеся математики часто отказывались от аналитического решения системы ДУ, решали ДУ численно. Я, когда это понял и увидел, что это легко можно сделать, осознал, что мне не надо лезть в дебри высшей математики, а вполне достаточно уметь численно решать ДУ. А оказалось, что самое главное, когда выписываешь эти уравнения, они должны быть по принципу природной специфичности адекватны реальным объектам. От чего получаешь кайф при решении этих математических задач? Ты начинаешь делать простую модель. Она вроде работает, а чуть-чуть условия поменялись – и не работает. И ты начинаешь понимать, что чего-то не хватает. Начинаешь модель расширять. Первая модель, которую сделали В. Л. Уткин и я – это модель отдельного МВ, и она может быть и моделью организма человека одновременно. Начинаешь решать задачи и видишь, что что-то она решает. Но я начинаю сопоставлять и решение полученное Уткиным переносить на себя. А решение Уткина годится только для спортсменов, у которых в ногах 100% ОМВ. А когда 50% модель не работает. Чего не хватает? Физиологии! Начинаешь думать, как смоделировать мышцу из многих МВ. Потом открываешь книги и оказывается, что никто так думать и не может. Вот Скиннер и МакЛеллан придумали модель, объясняющие пороги анаэробного обмена в МВ, так их заклевали. До сих пор не вернулись к этому. Парадокс - 50 лет издеваются над истиной в эмпирической науке.

ЖМ: Приведите примеры задач, решенных вами математически, к которым исследователи эмпирики могли прийти лишь спустя десятилетий

ВС: Ну, во-первых, 30 лет назад, я построил 2 модели. Модель срочной адаптации и модель долговременной адаптации. Модель срочной адаптации - это мышца с МВ. И в каждом МВ моделируются основные метаболические процессы. В частности, как меняются запасы АТФ и КрФ. По моим расчетам при выполнении силового упражнения в течении 30 сек АТФ падал до 10-20%, и КрФ тоже до 10%. А по литературе тогда было известно, что АТФ после упражнения должен был быть 100% (то есть вообще не тратится), а КрФ падает в лучшем случае до 60 %. Получается расхождение экспериментальных данных и математического моделирования. Но как тогда проводили эксперимент? Брали у спортсмена биопсию из мышцы замораживали жидким азотом и изучали. Но за то время пока делали забор материала и замораживали АТФ успевала полностью ресинтезироваться. Понимание этого факта у ученых эмпириков пришло спустя десятилетия. А потом появился ядерно-магнитный резонанс. И при исследовании на нем работы мышц появились уже другие экспериментальные данные. АТФ снижался где-то до 40%, а КрФ до 50%. А современные исследования с использование ЯМР уже показывают, что АТФ снижается до 30% и КрФ снижается до 30%. То есть все ближе и ближе к математическому варианту исчислений. Но все равно присутствут методическая погрешность, поскольку в изучаемых мышцах активны не все мышечные волокна. Я 30 лет назад знал, что происходит в каждом типе мышечных волокон. А что делают сейчас? Берут биопсию и смотрят, что происходит в среднем по мышце. Мы и нейрофизиологи понимаем, что идет рекрутирование МВ. В работающих МВ разворачиваются метаболические процессы, а в нерекрутированных не идут. А исследователи берут некие средние данные. И в итоге до сих пор многие эмпирики уверены, что они абсолютно правы, потому что у них есть экспериментальные данные. Но такой экспериментальный факт – это средняя температура по больнице. Когда у одного пациента температура сорок градусов, а второй уже умер и остыл, а в целом по больнице 36,6. В среднем все здоровы.
Второй тип - это модель долговременного эффекта. Модель еще несовершенна, и я регулярно вношу в нее поправки, но она дала главный ключ к тому, что на сегодняшний день мы проповедуем. Что в основе повышения спортивной формы, как правило, лежит увеличение функциональных возможностей мышечного аппарата. В 90-м году я играл с моделью. Я знаю, как тренируется в сборных. Я давал такую программу тренировок модели. Виртуальный спортсмен… умирал. Тогда я стал искать варианты. Стал сначала гипертрофировать мышцы. Полгода наращиваю мышечную массу. Спортсмен увеличивает силу и скоростные качества, бежит 100 м за 11 сек. А потом даю 2 месяца аэробную подготовку. Митохондрии появляются и у меня сразу получается олимпийский чемпион. Вот оказывается, как надо тренироваться, а я так не тренировался. Но я помню, что как только начал приседать со штангой и мышцы начали расти, я сразу наращивал спортивную форму в гонках на шоссе. Из этого втекал биологически обоснованный вывод, что надо сначала мышцы подготовить, а потом заниматься аэробикой. Это в корне меняет всю программу спортивной тренировки. Все создают некую общую выносливость, какой в природе не существует, а потом начинают специализироваться. А мы говорим надо сначала мышцы создать, а потом заниматься своей специализацией. Это в корне противоречит тому, что принято во всем мире, особенно у нас, у Л. П. Матвеева.

ЖМ: Есть ли примеры решения физиологических задач?

ВС: Когда строишь более-менее сложные модели, то они начинают объяснять некоторые физиологические явления. Классическое физиологическое явление, на которое еще обратил внимание Я. М. Коц и в своей книге «Физиология мышечной деятельности». При выполнении ступенчатого теста в выдыхаемом воздухе растет концентрация углекислого газа (СО2), после достижения АнП концентрация СО2 начинает падать. А СО2 основной фактор, который определяет интенсивность дыхания. Но ученые фиксируют: интенсивность дыхания растет, а содержание СО2 падает. И этот физиологический парадокс никто не мог решить. А математически он решается очень просто. Цикл дыхания в покое – 3 сек вдох, 3 сек выдох. За это время сердце делает в 3 раза больше ударов, а то и в 4. И тогда получается, что в цикле дыхания концентрация СО2 в легких то повышается, то понижается. То есть сердечный удар хватает определенную порцию крови с данной концентрацией СО2 и несет ее в мозг, потом следующим ударом порцию с другуой концентрацией и т. д. А мозг реагирует на самую высокую концентрацию СО2. Но в среднем концентрация СО2 будет падать в мешке, в который собирается воздух для газоанализа в течение примерно 30-60с. Причем концентрация в одном из ударов (перед вдохом) будет такая же, как и в мышцах, то есть очень высокая концентрация СО2 с низким парциальным давлением О2. Вот эта-то концентрация с очередным ударом доходит до продолговатого мозга спортсмена и заставляет его дышать «излишне» интенсивно (иногда более 180 литров в мин.). А в эксперименте спортсмены выдыхают в мешок и потом по его содержимому определяется средний показатель концентрация СО2, а он действительно начинает снижаться.
Подобных парадоксов в физиологии достаточно много, но все их можно разрешить только теоретически.

ЖМ: Расскажите, о новых направлениях в спортивной науке и оздоровительной физической культуре, разработанных на основе теоретического подхода.

ВС: Использование модели, имитирующей срочные адаптационные процессы, позволило разработать теорию возникновения аэробного и анаэробного порогов, выявить основные факторы, определяющие предельную продолжительность выполнения физических упражнений различной интенсивности, сделать прогноз физиологической реакции организма спортсменов на силовые упражнения стато-динамического характера, интервальные скоростно-силовые упражнения, выполняемые мышцами пояса верхних конечностей.
Было теоретически обосновано и экспериментально подтверждено следующее:
аэробный порог при выполнении ступенчатого теста появляется в момент рекрутирования всех окислительных мышечных волокон, а анаэробный порог демонстрирует мощность функционирования митохондрий в рекрутированных мышечных волокнах (окислительных, промежуточных и части гликолитических);
предельная продолжительность упражнений субмаксимальной и большой мощности лимитируется возможностью рекрутировать новые мышечные волокна, а ведь именно в момент рекрутирования всех мышечных волокон в активных мышцах происходит резкое снижение мощности выполнения заданного физического упражнения циклического характера;
при выполнении стато-динамических упражнений низкой интенсивности (30-60% предельной мощности - ПМ) в окислительных мышечных волокнах нарушается кровоснабжение из-за окклюзии сосудов, разворачивается анаэробный гликолиз, создаются предпосылки гипертрофии окислительных мышечных волокон - МВ (закисление, стресс из-за боли в мышцах, появления свободного креатина и др.);
интервальные скоростно-силовые упражнения короткой продолжительности (10-15 околомаксимальных сокращений мышц) с интервалом отдыха 45-60 с не только позволяют увеличить силу мышц, но и являются самым эффективным средством для роста аэробных возможностей мышц, роста митохондрий в гликолитических мышечных волокнах.
В соответствии с этой методологией были разработаны инновационные спортивно-педагогические методы воспитания силы окислительных мышечных волокон, увеличения массы митохондрий в гликолитических мышечных волокнах, гипертрофии и дилятации миокардиоцитов левого желудочка, варианты подготовки эндокринной и иммунной систем в ходе тренировки.
Инновационные технологии были реализованы в практике подготовки бегунов, борцов национальных сборных самбистов и дзюдоистов, в отборе и тренировке футболистов. В основу инновационных спортивных технологий положены методы воспитания локальной мышечной выносливости, планы подготовки с практически полным исключением из тренировочных нагрузок упражнений анаэробно -гликолитической направленности. Акцент в планах физической подготовки сделан на росте наиболее важных в конкретном виде спорта мышц при учете резервов сердечно-сосудистой системы.
Исследование различных вариантов тренировочного процесса с помощью компьютерного имитационного моделирования показало, что оздоровительный эффект наблюдается только в случае использования силовых и скоростно-силовых упражнений с обязательным достижением состояния стресса. В этом случае в кровь выделяется много стрессовых гормонов (адреналин, норадреналин, анаболические гормоны, кортикостерон и др.) и при рациональном построении интервалов отдыха между тренировками и адекватном питании обеспечивается самообновление наследственного аппарата клеток, устранение повреждений в органеллах клеток всех тканей организма, особенно в активных при выполнении физических упражнений. Такое обновление клеток мы называем оздоровительным эффектом. Дальнейшие исследования показали, что ни силовые, ни скоростно-силовые упражнения не могут без вреда для здоровья выполнять лица первого и тем более второго зрелого возраста из-за высокой вероятности получения травм и инфаркта. Поэтому была разработана оздоровительная система ИЗОТОН, основу которой составляют локальные силовые упражнения со стато-динамическим режимом работы мышц. Экспериментальная проверка разработанной системы оздоровительной физической культуры показала высокую эффективность управления локальной массой жировой и мышечной тканей, снижения давления крови в сосудах, борьбы с астматическими явлениями, расстройствами эндокринной системы.
Компьютерное моделирование показало, что, кроме стрессовых кратковременных тренировочных занятий, высоким оздоровительным эффектом должны обладать длительные упражнения очень низкой эффективности. В этом случае концентрация гормонов в крови растет в процессе выполнениия упражнения и удерживается продолжительное время. Поэтому, если тренироваться каждый день по нескольку часов (4-8 ч), то происходит значительная гипертрофия желез эндокринной системы, а значит, растет адаптационный резерв. Если добавить к этим упражнениям ИЗОТОН и обливание холодной водой из ведра, уровень стрессовой реакции вырастет до необходимой степени оздоровительного эффекта. Эта инновационная технология проверялась на молодых людях в туристических походах в горной местности и привела к изменению в лучшую сторону показателей крови и физической подготовленности по сравнению с контрольными группами (Технология оздоровительного туризма).
В области спортивная биомеханики. Биомеханика движений человека развивалась по пути совершенствования методов их регистрации, определения геометрии масс тела человека, математического анализа полученных данных. Были попытки поиска биомеханических закономерностей на основе формально -логического и статистического анализов. За последнее время биомеханики изучили механизмы накопления упругой деформации в мышцах, особенности функционирования двусуставных мышц. Биомеханики совершили революцию в конькобежном спорте после изобретения коньков с отрывающейся пяткой. Однако собственно объект и предмет спортивной биомеханики не были четко определены. Например, объектом биомеханики (на самом деле - предметом) выбирают двигательные действия спортсмена как системы взаимосвязанных активных движений. Очевидно, что системы активных движений не существует, а существует объект исследования - опорно-двигательный аппарат спортсмена (как система, состоящая из блока управления - ЦНС и элементов, составляющих скелетно-мышечную модель), которая перемещается определенным образом в определенной среде.
Предметом исследования должны быть биомеханизмы, с помощью которых человек реализует цель двигательного действия. Таким образом, смысл построения теоретической биомеханики сводится к выявлению объективно существующих биомеханизмов, способов их использования в спортивной деятельности. Под биомеханизмом понимается механическая машина, или механизм, который создает из своего тела спортсмен для решения поставленной цели двигательного действия. Описание биомеханизмов и способов их использования в спортивной деятельности становится сначала гипотезой, а потом теорией изучаемого двигательного действия - спортивной техники. Пример использования нового подхода изложен в работах наших сотрудников применительно к легкоатлетическим тренировочным и соревновательным упражнениям, технике бега на коньках, педалированию на велосипеде. Анализ работ по искусственному интеллекту и применение нейронных сетей для решения проблем обучения двигательным действиям позволил М.П. Шестакову предположить возможность возникновения нового прикладного направления в науке об искусственном интеллекте, условно названного биокиберогогикой, т.е. научного направления, связанного с разработкой математической теории обучения человека двигательным действиям. Объектом биокиберогогики является модель нервной системы человека, управляющая действием исполнительной системы (опорно-двигательным аппаратом) с достижением наперед заданной цели. Предмет биокиберогогики - выявление закономерностей и законов создания или изменения системы образов в головном мозге на основе появления новых дендрит-шипиковых, шипик-шипиковых связей между нейронами. Новизна предлагаемого подхода заключается в поиске связи и зависимостей, определяющих особенности мышления человека, и способности обучаться целенаправленным двигательным действиям на основе моделирования управления нервными процессами.
Развитие наук о спорте достигло такого уровня, когда требуется переход от эмпирической стадии к теоретической. Анализ методологических оснований показал, что в науках о спорте должна присутствовать как научная, так и методическая сторона. Методология научного познания (эмпирического и теоретического) широко используется в спортивных науках, однако педагогические исследования должны проводиться на ином методологическом основании (инженерном проектировании). Методология разработки инновационных спортивно-педагогических технологий требует создания умозрительных и компьютерных математических моделей организма человека, на основе которых проектируются средства и методы физической, технической и тактической подготовки спортсменов. Практика использования методологии проектирования инновационных педагогических технологий показала ее высокую эффективность при решении задач спорта высших достижений и оздоровительной физической культуры.