Psychomotoryczny próg zmęczenia

Fizjologia sportu

Silne zmęczenie powoduje u gracza obniżenie szybkości postrzegania i reagowania, szybkości podejmowania decyzji, a także zwiększa trudności z utrzymaniem koncentracji uwagi.

Badania przeprowadzone z grupą piłkarzy miały na celu obserwację zmian sprawności psychomotorycznej, ocenianej na podstawie czasu reakcji różnicowej, liczby reakcji poprawnie wykonanych i koncentracji uwagi pod wpływem wytrzymałościowego obciążenia o narastającej intensywności. Badania wykazały, że znaczne pogorszenie szybkości i trafności reagowania, zaburzenia percepcji na bodźce wzrokowe i słuchowe, zdolności mobilizacji i koncentracji uwagi, czucia piłki, kontroli ruchu, następuje wskutek narastania zmęczenia, po przekroczeniu granicy, którą nazwano progiem psychomotorycznego zmęczenia.

W sporcie wyczynowym poszukiwania nowych technologii treningu – sposobów i środków, które pozwolą w większym stopniu wydobyć potencjał trenowanego zawodnika trwają nieprzerwanie od lat. Wielki w tym udział ma nauka. W związku z tym warto zwrócić uwagę na informacje pochodzące z badań z pogranicza fizjologii wysiłku fizycznego i psychofizjologii. Dotyczą one zależności pomiędzy reakcjami metabolicznymi zachodzącymi w mięśniach a procesami odbierania i przetwarzania informacji w ośrodkowym układzie nerwowym na tle narastającego zmęczenia, w czasie wysiłku fizycznego o różnym charakterze.

Dotychczas poznano tylko niektóre zmiany biochemiczne i fizjologiczne, współdziałające w rozwoju zmęczenia podczas wysiłku meczowego. Do nich należy między innymi: obniżenie glikogenu mięśniowego w komórkach mięśniowych, zmniejszenie zawartości fosfokreatyny, wzrost stężenia kwasu mlekowego i jonów wodorowych w mięśniach, znaczne podwyższenie temperatury ciała i odwodnienie organizmu.

Zmiany funkcjonalne zachodzące w czasie wysiłku, stanowiące istotę zmęczenia, rozwijają się przede wszystkim w układzie nerwowym i ruchowym. Stąd podział na zmęczenie obwodowe i zmęczenie ośrodkowe. Pierwsze obejmuje zmiany zachodzące w mięśniach, a drugie zmiany w ośrodkowym układzie nerwowym. W naturalnych warunkach zmęczenie obwodowe nigdy nie występuje jako zjawisko izolowane, podobnie jak i zmęczenie ośrodkowe. W czasie piłkarskiego wysiłku meczowego rozwija się zarówno zmęczenie obwodowe jak i ośrodkowe.

Analiza akcji ofensywnych podczas spotkań na Mistrzostwach Świata w piłce nożnej w Niemczech (2006), i Mistrzostwach Europy w Portugalii (2004) wskazuje, że najwięcej bramek strzelano w ostatnich 30 minutach gry. Zasadniczą przyczyną były błędy, popełniane nawet przez wybitnych zawodników na skutek narastającego zmęczenia. Z obserwacji meczowych wynika, jaki jest poziom tolerancji narastającego zmęczenia u poszczególnych graczy, jak wielu z nich nie jest w stanie wytrzymać narzuconego tempa gry przez przeciwnika, jak wolno wracają na pozycje po akcjach ofensywnych, jak brakuje sił do prowadzenia skutecznej gry.

U zmęczonego gracza wolniej zachodzą wszystkie procesy analityczno–decyzyjne w mózgu, zaburzeniu ulegają procesy przetwarzania informacji nieustannie płynących z gry. Stąd obniżona szybkość działania, szybkość postrzegania i reagowania, szybkość podejmowania decyzji, a także poważne zaburzenia z utrzymaniem koncentracji. Reakcje te są jeszcze bardziej jaskrawe, kiedy zawody rozgrywane są w wysokiej temperaturze otoczenia, przy dużej wilgotności powietrza i bezwietrznej pogodzie, np.: ostatnie mecze reprezentacji Polski z Azerbejdżanem (3:1) i Armenią (0:1) w ramach eliminacji do Mistrzostw Europy 2008. Przedstawione reakcje organizmu na narastające zmęczenie mają bezpośredni wpływ na skuteczność działań i widowiskowość gry. W takich warunkach często pojawiają się bolesne kurcze mięśni i dochodzi do groźnych urazów.

Wybitni piłkarze, jak np.: Thierry Henry, Steven Gerrard, Didier Drogba, Wayne Rooney, Michael Ballack, Cristiano Ronaldo charakteryzują się wysoką tolerancją narastającego zmęczenia i szybką regeneracją sił w czasie meczu. To pozwala im na prowadzenie skutecznej i dynamicznej gry aż do końca meczu.

Wśród wielu czynników, wpływających na sprawność, skuteczność i szybkość działania, wymienia się poziom pobudzenia (aktywacji) nieswoistych struktur ośrodkowego układu nerwowego, przede wszystkim układu siatkowatego, określany jako stan wzbudzenia ośrodkowego układu nerwowego. Od wielu lat podejmowane są w różnych ośrodkach naukowych badania dotyczące związków między pobudzeniem psychofizycznym a efektywnością działania człowieka. Dotychczas przedstawiono wiele różnych koncepcji wyjaśniających tę współzależność, np.: na gruncie teorii popędu, hipotezy „odwróconego U”, koncepcji lęku i innych ^{(1, 12, 14, 16, 19, 20, 22, 24)}. Jednak żadna z tych koncepcji nie wyjaśnia w pełni relacji zachodzących między pobudzeniem fizjologicznym a działaniem. Dlatego są one nadal weryfikowane w licznych badaniach z zakresu psychofizjologii, neurofizjologii i psychologii sportu, stanowiąc równocześnie podstawy dla nowych teorii wyjaśniających związki między pobudzeniem psychofizycznym a skutecznością działania w czasie wysiłku fizycznego o różnym charakterze.

Z licznych badań ^{10, 12, 23} wynika, że człowiek sprawniej i skuteczniej działa, szybciej się uczy przy optymalnym pobudzeniu układu nerwowego. Natomiast przy zbyt niskim i zbyt wysokim pobudzeniu efektywność działania wyraźnie obniża się. Badania te potwierdzają pionierskie doświadczenia przeprowadzone na początku XX wieku przez Yerkesa i Dodsona ⁽²⁶⁾.

Optymalny poziom wzbudzenia ośrodkowego układu nerwowego jest zmienny i zależy od trudności zadania, poziomu opanowania nawyków czuciowo-ruchowych, cech osobowości i tolerancji zmian zmęczeniowych danego gracza. Badania Coxa ⁽¹⁰⁾ dowodzą, że wzrasta on wraz ze stopniem opanowania nawyków czuciowo-ruchowych.

Optymalny poziom pobudzenia charakteryzuje się dużą swoistością i znacznym interpersonalnym zróżnicowaniem. Potwierdzeniem tej obserwacji jest osiągnięcie przez graczy różnego poziomu pobudzenia przy zastosowaniu tego samego bodźca treningowego. Każdy zawodnik posiada swój optymalny poziom pobudzenia, który osiąga przy różnej intensywności wysiłku w czasie meczu, treningu i rozgrzewki przedmeczowej. Dlatego należy uwzględnić tę informację w programowaniu rozgrzewki przedmeczowej i konstruowaniu założeń techniczno–taktycznych na każdy mecz. Jest to możliwe do zrealizowania poprzez indywidualizację obciążeń fizycznych.

Z psychofizjologicznego punktu widzenia zmiany jakości, sprawności i skuteczności działania można odnieść do klasycznego i katastroficznego modelu aktywacji ośrodkowego układu nerwowego ^{(11-15, 17)}. Odzwierciedleniem wpływu aktywacji (pobudzenia) ośrodkowego układu nerwowego na sprawność działania jest przebieg zmian szybkości reagowania, sprawności psychomotorycznej w czasie wysiłku wytrzymałościowego o narastającym obciążeniu ^{(2-6, 18, 21, 25, 27)}

Celem pracy było podjęcie próby wyznaczenia progu psychomotorycznego zmęczenia, czyli obciążenia wysiłkowego, po przekroczeniu którego następuje pogorszenie sprawności psychomotorycznej ocenianej na podstawie czasu reakcji różnicowej, liczby reakcji poprawnie wykonanych i koncentracji uwagi podczas wysiłku wytrzymałościowego o narastającej intensywności.

Materiał i metodyka

Badani wykonywali na bieżni ruchomej wysiłek wytrzymałościowy o narastającej intensywności do granic tolerancji. Test wysiłkowy rozpoczynano od prędkości 6 km/h (1,7 m/s), którą zwiększano co 3 minuty o 2 km/h (0,6 m/s), aż do osiągnięcia indywidualnie maksymalnego obciążenia. W każdej minucie wysiłku określono pobór tlenu (V02 l/min) przy użyciu analizatora gazów wydechowych firmy Jaeger (Niemcy) i częstość skurczów serca (HR) sport testerem PE 3000 firmy Polar Elektra (Finlandia).
Szybkość różnicowego reagowania określano na podstawie pomiaru czasu reakcji różnicowej (CRR), a trafność reagowania na podstawie liczby reakcji poprawnie wykonanych (LRPW) w spoczynku i podczas wysiłku w ostatnich dwóch minutach każdego 3-minutowego obciążenia, tj. przy prędkości 6, 8, 10, 12, 14, 16 i 18 km/h. Pomiar CRR przeprowadzono przy użyciu miernika reakcji MRK 432 firmy ZEAM (Polska), wykorzystując program, który zawierał 30 bodźców, w tym 15 pozytywnych (istotnych) i 15 negatywnych (nieistotnych) bodźców wzrokowo–słuchowych. Wymienione bodźce były emitowane arytmicznie z przerwami trwającymi od 1 do 4 sekund, co wynikało z rozwiązań konstrukcyjnych miernika reakcji. Emisja każdego bodźca trwała 1 sekundę, a całego programu 107 sekund. Sygnalizator bodźców wzrokowo–słuchowych był umieszczony na wysokości wzroku w odległości 2,5 metrów od badanego.
a kilka sekund przed rozpoczęciem każdego pomiaru CRR i LRPW podawano przyciski ręczne do rąk badanego, którego zadaniem było, w momencie pojawienia się w sygnalizatorze bodźca pozytywnego, reagowanie poprzez jak najszybsze przyciśnięcie i zwolnienie przycisku ręcznego kciukiem prawej ręki tylko na kolor czerwony, natomiast kciukiem lewej ręki tylko na sygnał dźwiękowy oraz niereagowanie na negatywne bodźce wzrokowe. Szczegółowy opis programu pomiarowego przedstawiono w jednym z opracowań Chmury⁽⁷⁾.

Poziom koncentracji uwagi określano na podstawie różnicy między najszybszym, a najwolniejszym reagowaniem na pozytywne bodźce wzrokowo–słuchowe w spoczynku i w każdym punkcie pomiarowym podczas wysiłku testowego.Uzyskane dane opracowano za pomocą standardowych metod statystycznych. Przedstawiono je w postaci średniej arytmetycznej i błędu standardowego. Istotność różnic między średnimi wartościami wewnątrz grupy obliczono testem t-Studenta dla cech powiązanych.

Wyniki

Podobny był przebieg drugiego wskaźnika psychomotorycznego – liczby reakcji poprawnie wykonanych (LRPW). Wraz ze skracaniem CRR zanotowano istotne (p≤0,01) zwiększanie (o 3,4%) LRPW w stosunku do wartości przedwysyłkowych, a wraz z wydłużaniem czasu reakcji różnicowej istotne (p≤0,05) obniżanie (o 1,2%) liczby reakcji poprawnie wykonanych (ryc. 1.). W strefie najszybszego różnicowego reagowania stwierdzono bezbłędne wykonanie testu psychomotorycznego. Oznacza to, że na 15 zaprogramowanych bodźców wzrokowo–słuchowych (bodźce pozytywne) badani zawodnicy zareagowali poprawnie 15 razy. Mając na uwadze, że szybkość reagowania zwiększyła się średnio o 35 ms na każdy pozytywny bodziec wzrokowo–słuchowy, to w przeliczeniu na 15 poprawnie wykonanych reakcji, szybkość ta zwiększyła się aż o 525 ms.

Na podstawie różnicy między najszybszym a najwolniejszym reagowaniem zarejestrowanym w czasie wysiłku testowego określono poziom koncentracji uwagi w poszczególnych punktach pomiarowych. Z danych tych wynika, że najwyższy poziom koncentracji uwagi wystąpił przy tej samej intensywności wysiłku co strefa najszybszego różnicowego reagowania, natomiast najniższy poziom w końcowej fazie maksymalnego wysiłku.

Dyskusja

Zmiany czasu reakcji różnicowej, liczby reakcji poprawnie wykonanych, koncentracji uwagi w czasie wysiłku wytrzymałościowego o narastającej intensywności wskazują na ich progowy przebieg. Dane te dowodzą, że narastające obciążenie wysiłkowe, a w konsekwencji zmęczenie, ma istotny wpływ na przebieg funkcji ośrodkowego układu nerwowego.

Punkt (strefa) najszybszego reagowania, najwyższej liczby poprawnie wykonanych reakcji, najwyższej mobilizacji koncentracji uwagi, podejmowania optymalnych decyzji stanowiący graniczne przejście pomiędzy fazą zwiększania (zakończenie pierwszej fazy przebiegu) a fazą obniżania (rozpoczęcia drugiej fazy przebiegu) sprawności ośrodkowego układu nerwowego, może stanowić podstawę do wprowadzenia do terminologii naukowej pojęcia „prógu psychomotorycznego zmęczenia”.

Koncepcja litery U

Progowy przebieg badanych wskaźników psychomotorycznych w czasie wysiłku stopniowanego związany jest zapewne ze zmianami poziomu aktywacji ośrodkowego układu nerwowego. W psychofizjologii od dawna znana jest zależność między poziomem aktywacji (pobudzenia) organizmu a sprawnością i skutecznością działania w wykonywaniu różnorodnych zadań, którą odzwierciedla odwrócone „U”. Badania Chmury, Nazar i Kaciuby – Uściłko⁽⁴⁾ pozwoliły określić przebieg zależności pomiędzy czasem reakcji różnicowej a stężeniem adrenaliny i noradrenaliny. Zależność ta ma kształt hiperboli, co potwierdza koncepcję Duffiego^{(11, 13)}, w myśl której szybkość i trafność reagowania wzrasta wraz ze wzrostem poziomu aktywacji ośrodkowego układu nerwowego aż do uzyskania optimum. Dalszy wzrost aktywacji prowadzi do pogorszenia szybkości reagowania. Można więc przypuszczać, że szybki i znaczny wzrost krążących we krwi amin katecholowych (adrenaliny i noradrenaliny) przy dużym obciążeniu fizycznym odzwierciedla, w pewnym stopniu, przekroczenie poziomu optymalnej aktywacji ośrodkowego układu nerwowego, czego wynikiem jest gwałtowne pogorszenie się szybkości i trafności reagowania.

Koncepcja odwróconej litery „U” nie wyjaśnia w pełni zależności pomiędzy szybkością i trafnością reagowania a stopniem wzbudzenia w ośrodkowym układzie nerwowym. Fazy i Hardy⁽¹⁵⁾ oraz Hardy i Parfitt⁽¹⁷⁾ zwracają uwagę, że pomimo stopniowej poprawy sprawności i skuteczności działania wraz ze wzrostem poziomu aktywacji ośrodkowego układu nerwowego, to jednak po przekroczeniu poziomu optymalnego następuje jej gwałtowne, a nie stopniowe pogarszanie się. Stąd też ramię zstępujące litery „U” jest bardziej strome niż ramię wstępujące. Wyniki naszych badań potwierdzają obserwacje wymienionych autorów.

Do niedawna uważano, że szybko narastające zmęczenie po przekroczeniu obciążeń progu beztlenowego wpływa negatywnie na sprawność działania ośrodkowego układu nerwowego, a zwłaszcza na te ośrodki korowe, które odpowiedzialne są za przetwarzanie informacji i podejmowanie decyzji w czasie gry. Okazało się, że tak nie jest. Przeprowadzone badania wykazały, że szybkość i trafność reagowania, mobilizacja i koncentracja uwagi zwiększa się nie tylko do momentu osiągnięcia progu beztlenowego, lecz także po przekroczeniu do ściśle określonej intensywności wysiłku. Oznacza to, że pomimo dużego zaburzenia równowagi kwasowo–zasadowej, nagłego wzrostu stężenia mleczanu, a także narastającego zmęczenia, sprawność ośrodkowego układu nerwowego nie pogarszała się, lecz wręcz przeciwnie nadal zwiększała, aż do momentu osiągnięcia progu psychomotorycznego zmęczenia. Dopiero po jego przekroczeniu, w wyniku dalszego narastania zmęczenia obwodowego i ośrodkowego w czasie gry, następuje znaczne pogorszenie szybkości i trafności reagowania, zaburzenie percepcji na bodźce wzrokowe i słuchowe, wyraźne zaburzenie zdolności mobilizacji i koncentracji uwagi, czucia piłki, kontroli ruchu, itp.

Z dotychczasowych badań Chmury^(2-8) wynika, że próg psychomotorycznego zmęczenia (PPZ) występuje po przekroczeniu progu przemian beztlenowych o około 20%. W praktyce sportowej oznacza to, że w czasie wysiłku fizycznego o narastającym obciążeniu po przekroczeniu intensywności odpowiadającej progowi beztlenowemu, szybkość i trafność reagowania, szybkość działania nadal zwiększają się do ściśle określonego poziomu intensywności wysiłku i narastającego zmęczenia. Badania własne (1994) wykazały, że najszybsze reagowanie, a tym samym najwyższa sprawność ośrodkowego układu nerwowego wystąpiła przy stężeniu mleczanu od 4,5 do 6,9 mmol/l. Dotychczas nie udowodniono istnienia korelacji między progiem beztlenowym i progiem psychomotorycznego zmęczenia. Wstępne badania sugerują, że zależność taka istnieje. Można zatem przypuszczać, że trening wytrzymałościowy, który powoduje przesunięcie progu beztlenowego w kierunku wyższych obciążeń może powodować również podwyższenie progu psychomotorycznego zmęczenia. Miałoby to fundamentalne znaczenie dla teorii i metodyki treningu sportowego.