Физкультура для активных студентов (стр. 3 )

Жиры обладают более высокой энергетической ценностью 9,3 ккал/г, но это отнюдь не главная роль жиров в организме, поэтому они начинают использоваться только при существенном истощении запасов углеводов. В обычных условиях жиры используются только сердечной мышцей, которая в этом отношении уникальна еще и тем, что может использовать для получения энергии даже такие вещества, как молочная кислота, образующаяся в процессе деятельности мышц при недостатке кислорода. В обычных условиях до 2/3 всего потребляемого сердечной мышцей кислорода используется для окисления жиров. При длительной мышечной работе до 80 % энергии в организме освобождается за счет расщепления жиров. Этим объясняется тот факт, что у спортсменов, тренирующихся в видах спорта, требующих проявления выносливости, не происходит накопления излишнего количества жира.

Основная функция белков − пластический материал. Поступление их с пищей значительно меньше, чем жиров и углеводов. При расщеплении 1 г белка выделяется столько же энергии, как и при расщеплении углеводов, однако в роли энергетического субстрата они используются только в экстремальных условиях голодания.

Рассматривая процесс постоянного обмена организма человека с внешней средой, следует отметить важную роль еще двух классов веществ, которые не являются источниками энергии, но без их присутствия в организме невозможно течение тех биохимических реакций, которые обеспечивают получение энергии из субстратов − это витамины и минеральные соли.

Витамины − специфические вещества, обладающие большой биологической активностью и участвующие в обеспечении различных процессов внутри организма. По своему строению и функциям они подразделяются на группы обозначаемые буквами латинского алфавита, а внутри группы могут разделяться по числовому индексу. Например А, С, Е, В1, В6 и т. д. Потребности организма в различных витаминах очень различна, но суточная норма даже самого потребляемого витамина С не превышает сотен миллиграмм. Отсутствие или избыток витаминов может приводить к заболеваниям и даже к смерти, поскольку они участвуют в биохимических реакциях нашего организма. При активной физической и умственной деятельности потребность в витаминах возрастает.

Минеральные соли и микроэлементы являются поставщиками различных ионов, обеспечивающих течение многих химических реакций. Изменение концентрации некоторых ионов вызывает в организме тяжелые функциональные нарушения.

Интенсивность обмена веществ очень высока. Каждую секунду в организме разрушается огромное количество молекул различных веществ, и одновременно образуются новые вещества, необходимые организму. Так, за три месяца обновляется около половины всех белков тела человека, за четыре месяца полностью обновляется состав красных клеток крови, переносящих газы крови.

Оптимальным для организма является сбалансированное соотношение между поступлением питательных веществ и их потреблением. Конкретная величина зависит от интенсивности жизнедеятельности организма. У спортсменов необходимая суточная калорийность питания может достигать 7000 ккал, тогда как минимальная величина, необходимая для поддержания жизни при минимальной двигательной активности, всего лишь чуть больше 1000 ккал.

Мышечная деятельность, занятия физическими упражнениями, спортом повышают активность обменных процессов, тренируют и поддерживают на высоком уровне механизмы, осуществляющие в организме обмен веществ и энергии, что положительно сказывается на умственной и физической работоспособности человека.

Активная мышечная деятельность вызывает усиление деятельности сердечно-сосудистой и дыхательной систем, которые обеспечивают транспорт дыхательных газов – доставку кислорода из внешней среды к клеткам организма для реакций биологического окисления и синтеза АТФ и удаление углекислого газа из клеток организма во внешнюю среду. При выполнении этой функции сердечно-сосудистая система и система внешнего дыхания объединяются в кардио-респираторную функциональную систему.

Животные клетки, как правило, получают энергию в результате окислительного распада питательных веществ, поэтому к ним должен постоянно поступать кислород. В то же время нормальная жизнедеятельность клеток возможна лишь при условии удаления конечного продукта метаболизма − углекислого газа. Обмен газами между клетками и окружающей средой называется дыханием.

Дыхательные газы переносятся в организме посредством конвекционного и диффузионного транспорта. Для переноса веществ на сравнительно большие расстояния служат процессы конвекционного транспорта − легочная вентиляция и транспорт газов кровью. Диффузионный транспорт (в легочных альвеолах и омываемых кровью тканях) служит для переноса газов лишь на короткие расстояния (менее 0,1 мм). Движущей силой диффузионного транспорта является разница концентраций. При этом он играет важнейшую роль в переносе О2 и СО2 в замкнутую систему кровообращения и из нее.

Четыре основные стадии газопереноса кислорода:

1)  конвекционный транспорт в альвеолы (вентиляция);

2)  диффузия из альвеол в кровь легочных капилляров;

3)  конвекционный перенос кровью к капиллярам тканей;

4) диффузия из капилляров в окружающие ткани.

Процесс удаления углекислого газа, конечного продукта клеточного окислительного метаболизма, включает те же четыре стадии в обратной последовательности.

Первая и вторая стадии вместе называются легочным (внешним) дыханием. Третья стадия носит название транспорта газов кровью, а четвертая тканевого (внутреннего) дыхания.

Легочное дыхание

Акт вдоха и выдоха осуществляется за счет изменения формы грудной клетки, которое обусловлено движениями ребер и диафрагмы.

Ребра соединены подвижными сочленениями с телами и поперечными отростками позвонков. Через эти две точки фиксации проходит ось, вокруг которой могут вращаться ребра. Когда в результате сокращения инспираторных мышц (обеспечивающих вдох) ребра поднимаются, размеры грудной клетки увеличиваются как в боковом, так и в передне-заднем направлении. Соответственно, когда ребра опускаются, объем грудной клетки уменьшается. Поднятие ребер при вдохе обусловлено в основном сокращениями наружных межреберных мышц. Их волокна ориентированы таким образом, что точка прикрепления к нижележащему ребру расположена дальше от центра вращения, чем точка прикрепления к вышележащему ребру. В связи с этим при сокращении таких мышц на нижележащее ребро действует больший момент силы, и оно подтягивается к вышележащему. В результате за счет наружных межреберных мышц грудная клетка поднимается. В нормальных условиях большая часть внутренних межреберных мышц участвует в акте выдоха. Волокна этих мышц ориентированы таким образом, что при их сокращении вышележащее ребро подтягивается к нижележащему, и вся грудная клетка опускается.

Самая важная из основных дыхательных мышц − это диафрагма. В норме диафрагма имеет форму купола, выдающегося в грудную полость. Во время выдоха она прилегает к внутренней стенке грудной клетки на протяжении приблизительно трех ребер. Во время вдоха диафрагма уплощается в результате сокращения ее мышечных волокон и отходит от внутренней поверхности грудной клетки. При этом открываются пространства, называемые реберно-диафрагмалъными синусами, благодаря чему участки легких, расположенные в области этих синусов, расширяются и особенно хорошо вентилируются. Следует отметить важную роль вспомогательных дыхательных мышц к которым относятся экспираторные (поднимающие ребра вверх) и инспираторные (опускающие ребра вниз) (рис. 4).

Существует простой способ измерения подвижности грудной клетки. Он состоит в том, что определяют окружность грудной клетки при максимальном вдохе и максимальном выдохе. Сантиметровую ленту проводят непосредственно через подмышечные впадины; при этом исследуемый должен держать руки «по швам». У здоровых молодых мужчин разница между окружностью грудной клетки в положениях вдоха и выдоха должна составлять 7–10 см, а у женщин − 5–8 см.

Когда легкие расширяются, свежий воздух поступает в их газообменные отделы по системе ветвящихся трубок. Вначале он проходит через трахею, затем через два главных бронха и далее через все более мелкие ветви бронхиального дерева. Вплоть до 16-го ветвления основная функция дыхательных путей легких состоит в проведении воздуха. После 17–19-го делений образуются дыхательные бронхиолы, в стенках которых уже имеются отдельные альвеолы. После 20-го деления начинаются альвеолярные ходы, плотно окруженные альвеолами. Эта зона легких, выполняющая главным образом функцию газообмена, называется дыхательной зоной.

Вплоть до конечных бронхиол перенос воздуха по дыхательным путям происходит исключительно путем конвекции. В переходной (после 16 ветвления) и дыхательной зонах легких суммарная площадь поперечного сечения этих путей настолько возрастает, что продольное перемещение масс воздуха становится незначительным, и все большую роль в транспорте газов начинает играть диффузия. В альвеолах, обильно оплетенных кровеносными капиллярами, осуществляется диффузионный перенос кислорода из альвеол в кровь, а углекислого газа – из крови в альвеолы.

Просвет бронхов регулируется вегетативной нервной системой. Расширение бронхов (бронходилатация) при вдохе обусловлено расслаблением гладких мышц их стенок под действием симпатических нервов. В конце выдоха бронхи сужаются (бронхоконстрикция), что связано с сокращением гладких мышц бронхов под действием парасимпатических нервов. Таким образом, механизмы вегетативной регуляции в определенной степени способствуют легочной вентиляции. При дисфункции вегетативной нервной системы, например при некоторых формах бронхиальной астмы, может возникать бронхоспазм, приводящий к уменьшению просвета и значительному увеличению аэродинамического сопротивления дыхательных путей.

Согревание и увлажнение воздуха происходит в основном в полости носоглотки. Здесь для этого существуют особо благоприятные условия: благодаря носовым раковинам имеется большая поверхность слизистой, хорошо снабжаемая кровью и содержащая высокоактивные слизистые железы. Воздух продолжает согреваться и увлажняться в нижних дыхательных путях, поэтому, доходя до альвеол, он уже нагревается до температуры °С) и полностью насыщается водяным паром. В состоянии невысокой физической активности дыхание через нос вполне может обеспечивать адекватный газообмен. Однако при превышении некоторого (индивидуального) порога интенсивности такое дыхание становиться недостаточным и ограничивает возможность выполнения движений.

Вентиляция легких зависит от глубины дыхания (дыхательного объема) и частоты дыхательных движений. Оба этих параметра могут варьировать в зависимости от потребностей организма.

В покое дыхательный объем мал по сравнению с общим объемом воздуха в легких. Таким образом, человек может как вдохнуть, так и выдохнуть большой дополнительный объем воздуха. Однако даже при самом глубоком выдохе в альвеолах и воздухоносных путях легких остается некоторое количество воздуха. Для того чтобы количественно описать все эти взаимоотношения, общий легочный объем делят на несколько компонентов; при этом под емкостью понимают совокупность двух или более компонентов.

1. Дыхательный объем − количество воздуха, которое человек вдыхает и выдыхает при спокойном дыхании.

2. Резервный объем вдоха − количество воздуха, которое человек может дополнительно вдохнуть после нормального вдоха.

3. Резервный объем выдоха − количество воздуха, которое человек может дополнительно выдохнуть после спокойного выдоха.

4. Остаточный объем − количество воздуха, остающееся в легких после максимального выдоха.

5. Жизненная емкость легких − наибольшее количество воздуха, которое можно выдохнуть после максимального вдоха. Равно сумме 1, 2 и 3.

6. Емкость вдоха − максимальное количество воздуха, которое можно вдохнуть после спокойного выдоха. Равно сумме 1 и 2.

7. Функциональная остаточная емкость − количество воздуха, остающееся в легких после спокойного выдоха. Равно сумме 3 и 4.

8. Общая емкость легких − количество воздуха, содержащееся в легких на высоте максимального вдоха. Равно сумме 4 и 5.

Из всех этих величин наибольшее значение, кроме дыхательного объема, имеют жизненная емкость легких и функциональная остаточная емкость.

Жизненная емкость легких (ЖЕЛ) является показателем подвижности легких и грудной клетки. Несмотря на название, она не отражает параметров дыхания в реальных («жизненных») условиях, так как даже при самых высоких потребностях, предъявляемых организмом к дыхательной системе, глубина дыхания никогда не достигает максимального из возможных значений.

С практической точки зрения, нецелесообразно устанавливать «единую» норму для ЖЕЛ, так как эта величина зависит от ряда факторов, в частности от возраста, пола, размеров и положения тела и степени тренированности.

Жизненная емкость легких с возрастом (особенно после 40 лет) уменьшается. Это связано со снижением эластичности легких и подвижности грудной клетки. У женщин ЖЕЛ в среднем на 25% меньше, чем у мужчин. Совершенно очевидно, что ЖЕЛ зависит от роста, так как величина грудной клетки пропорциональна остальным размерам тела. Жизненная емкость легких зависит от степени тренированности. У людей, занимающихся такими видами спорта, где необходима выносливость, ЖЕЛ значительно выше, чем у нетренированных людей. Она особенно велика у пловцов и гребцов (до 8 л), так как у этих спортсменов сильно развиты вспомогательные дыхательные мышцы (большие и малые грудные).

Транспорт газов кровью

Транспорт кислорода по системе кровообращения осуществляется специализированными клетками крови – эритроцитами, которые содержат достаточно высокую концентрацию специализированного белка – гемоглобина. При высокой концентрации кислорода в окружающей гемоглобин среде (в альвеолах) осуществляется связывание кислорода гемоглобином. При низкой окружающей концентрации кислорода (в тканях) он освобождается и поступает в ткани путем диффузии.

Содержание гемоглобина в крови человека составляет в среднем 140–160 г/л у мужчин и 130–145 г/л у женщин. Эти различия связаны с меньшим количеством эритроцитов на единицу объема крови у женщин. У мужчин эта величина составляет 4,5–5,5 млн/мкл, тогда как у женщин 4,0–5,0 млн/мкл.

Высокое содержание гемоглобина в крови наблюдается у лиц, длительное время живущих в условиях высокогорья. Повышение содержания гемоглобина необходимо в данном случае для того, чтобы обеспечить нормальное снабжение тканей кислородом при пониженном парциальном давлении этого газа в окружающей среде. В этих случаях концентрация гемоглобина в крови может достигать 200 г/л.

Уменьшение содержания гемоглобина по сравнению с нормальным уровнем называется анемией. Как правило, диагноз анемия ставят в том случае, если содержание гемоглобина в крови меньше 130 г/л у мужчин и 120 г/л у женщин.

Однако величина концентрации гемоглобина в крови определяется концентрацией гемоглобина в эритроцитах и концентрацией эритроцитов в крови. Среднее содержание гемоглобина в одном эритроците (СГЭ) (по международной классификации − mean corpuscular hemoglobin, MCH) находят путем деления количества гемоглобина в определенном объеме крови на число эритроцитов в том же объеме.

Так, когда образование гемоглобина снижается в результате недостатка в организме ионов железа, содержание гемоглобина в расчете на эритроцит падает, и возникает гипохромная анемия. При больших мышечных нагрузках эритроциты в кровеносном русле подвергаются интенсивным химическим и механическим воздействиям. Следствием этого является их ускоренное разрушение. Несбалансированность процессов разрушения и синтеза новых эритроцитов приводит к изменению их концентрации в крови и ухудшению кислородотранспортной функции крови. При регулярных занятиях синтез эритроцитов идет более интенсивно и при правильно организованных занятиях компенсирует усиленное разрушение. Однако недостаточное поступление с пищей железа и некоторых витаминов группы В (В12 В15) может приводить к понижению концентрации гемоглобина в крови.

Количество кислорода, которое клетки могут использовать для окислительных процессов, зависит от величины конвекционного переноса О2 кровью и уровня диффузии О2 из капилляров в ткани. Поскольку единственным запасом кислорода в большинстве тканей служит его физически растворенная фракция, снижение поступления О2 с кровью приводит к тому, что потребности тканей в кислороде перестают удовлетворяться, развивается кислородное голодание и замедляются обменные процессы.

Единственная ткань, в которой имеются более или менее существенные запасы кислорода, − это мышечная. Роль депо кислорода в мышечной ткани выполняет белок миоглобин (Mb), способный обратимо связывать О2. Однако содержание миоглобина в мышцах человека невелико, поэтому количество запасенного кислорода не может обеспечить их нормального функционирования в течение длительного периода кислородного голодания.

На примере миокарда особенно хорошо видно, насколько ограничены запасы О2, связанного с миоглобином. Среднее содержание миоглобина в сердце составляет 4 мг на 1 г ткани. Поскольку 1 г миоглобина может максимально связать 1,34 мл кислорода, в физиологических условиях запасы кислорода в мышце сердца составляют около 0,005 мл О2 на 1 г ткани. Этого количества в условиях полного прекращения снабжения О2 может хватить лишь для того, чтобы поддерживать окислительные процессы в течение примерно 3-4 с.

В начальном периоде интенсивной мышечной нагрузки возросшая потребность скелетных мышц в О2 частично удовлетворяется за счет кислорода, высвобождаемого миоглобином. В дальнейшем возрастает мышечный кровоток, и поступление кислорода к мышцам вновь становится адекватным. Количество кислорода, освобожденного оксимиоглобином, составляет часть кислородного долга, который должен быть восполнен в каждом мышечном волокне.

На обмен дыхательных газов в участке ткани влияет не только градиент напряжения этих газов между кровью и клетками, но также плотность самых тонких кровеносных сосудов − капилляров и распределение кровотока в микроциркуляторном русле. От числа функционирующих капилляров, их длины и расстояния между ними непосредственно зависят как площадь диффузионной поверхности, на которой происходит газообмен между кровью и тканью, так и диффузионное расстояние внутри ткани.

Плотность капилляров варьирует не только в зависимости от органа, но иногда даже в пределах одного и того же органа. В тканях, характеризующихся высоким уровнем метаболизма, имеется плотная капиллярная сеть, что способствует газообмену.

В миокарде, например, на каждое мышечное волокно приходится один капилляр; среднее расстояние между соседними капиллярами составляет около 25 мкм. В коре головного мозга это расстояние равно примерно 40 мкм, а в скелетных мышцах приблизительно 80 мкм. Диаметр капилляров колеблется от 5 до 10 мкм. Распределение кровотока в микроциркуляторном русле зависит от величины тонуса гладких мышц сосудов, предшествующих капиллярам. Изменение тонуса этих сосудов влияет на количество одновременно функционирующих капилляров. Таким образом, от площади диффузионной поверхности и величины диффузионного расстояния зависит не только поступление кислорода к какому-либо участку ткани, но также условия обмена О2. Регулярные мышечные нагрузки с умеренной интенсивностью и относительно большой продолжительностью способствуют увеличению числа перфузируемых капилляров в работающих мышцах. Интенсивные и кратковременные нагрузки приводят к увеличению диаметра функционирующих капилляров, но не увеличивают их количества.

При физической работе увеличивается показатель гематокрита (объемная доля красных клеток крови) как в результате снижения объема плазмы (в связи с усиленной капиллярной фильтрацией), так и за счет поступления эритроцитов из мест их образования (при этом увеличивается доля незрелых форм). Отмечено также нарастание числа лейкоцитов (рабочий лейкоцитоз в основном за счет нейтрофилов). Число лейкоцитов в крови бегунов на длинные дистанции увеличивается пропорционально длительности бега на клеток/мкл в зависимости от их работоспособности (меньше у лиц с высокой работоспособностью). Увеличение происходит преимущественно за счет возрастания количества нейтрофильных гранулоцитов, так что при этом численное соотношение клеток разных типов меняется. Кроме того, пропорционально интенсивности работы увеличивается число тромбоцитов.

Потребление кислорода и частота сокращений сердца при работе с увеличивающейся интенсивностью изменяется. По мере увеличения интенсивности динамической работы сердце сокращается все чаще, и скорость потребления кислорода возрастает. Чем больше нагрузка на организм, тем значительнее это увеличение по сравнению с уровнем в состоянии покоя. Таким образом, частота сокращений сердца и потребление кислорода служат мерой физического напряжения.

Когда движения осуществляются с постоянной частотой, коэффициент полезного действия почти не меняется независимо от интенсивности работы. Поэтому, когда интенсивность работы постепенно увеличивается, а частота движений остается постоянной, потребление кислорода нарастает линейно, достигая максимума, а затем стабилизируется. Частота сокращений сердца изменяется пропорционально интенсивности работы. Однако если до частоты около 170 уд./мин повышение частоты сокращений приводит к увеличению объема выбрасываемой сердцем крови за минуту, то при частотах выше 180 уд./мин количество выбрасываемой крови не увеличивается и даже может снижаться. Причиной этого является снижение объема крови поступающего в желудочки во время диастолы, поскольку времени для их заполнения недостаточно.

Еще одним показателем, характеризующим эффективность работы сердца, является ударный объем. Ударный объем сердца в начале работы возрастает на 20–30%, а после этого сохраняется на постоянном уровне. Он немного падает лишь в случае максимального напряжения, когда частота сокращений сердца столь велика, что при каждом сокращении сердце не успевает целиком заполниться кровью. Как у здорового спортсмена с хорошо тренированным сердцем, так и у человека, не занимающегося спортом, сердечный выброс и частота сокращений сердца при работе изменяются приблизительно пропорционально друг другу, что обусловлено относительным постоянством ударного объема. Однако в процессе выполнения регулярных мышечных нагрузок ударный объем увеличивается, что способствует повышению количества крови, перекачиваемой сердцем в единицу времени. Это в свою очередь приводит к увеличению работоспособности организма. В покое такие изменения приводят к снижению частоты сердечных сокращений при сохранении необходимого объема кровообращения.

При динамической работе артериальное кровяное давление изменяется как функция выполняемой работы. Систолическое давление увеличивается почти пропорционально выполняемой нагрузке. Диастолическое давление изменяется лишь незначительно, чаще в сторону снижения. Для хорошо подготовленных спортсменов с преимущественным развитием выносливости диастолическое давление может снижаться до 0 (феномен бесконечного тона). Среднее артериальное давление при нагрузке повышается. Эти изменения способствуют более быстрой доставке артериальной крови к работающим мышцам. В состоянии покоя у человека, подвергающегося регулярным мышечным нагрузкам, систолическое давление несколько ниже, чем у людей, ведущих пассивный образ жизни. Это происходит вследствие повышения эластичности артериальных сосудов.

В покое кровоток в мышце составляет 20–40 мл∙мин-1∙кг-1. При экстремальных физических нагрузках эта величина существенно возрастает, достигая максимума, равного 1,3 л∙мин-1 ∙кг-1 у нетренированных лиц и 1,8 л∙мин-1 ∙кг-1 у лиц, тренированных на выносливость. Кровоток усиливается не мгновенно с началом работы, а постепенно, в течение не менее 20–30 с. Этого времени достаточно, чтобы обеспечить кровоток, необходимый для выполнения легкой работы. При тяжелой динамической работе это время увеличивается, однако потребность в кислороде еще не может быть полностью удовлетворена, поэтому возрастает доля энергии, получаемой за счет анаэробного метаболизма. Если интенсивность нагрузки сознательно не снижается, происходит накопление кислых продуктов гликолиза, которые изменяют внутреннюю среду в мышцах и таким образом ограничивают интенсивность выполняемой работы.

Кислотно-щелочное равновесие (рН) крови

Характерная для крови человека слабощелочная реакция поддерживается в очень узких пределах, несмотря на постоянно изменяющееся поступление в кровь кислых продуктов метаболизма. рН артериальной крови человека (при 37°С) колеблется в пределах от 7,37 до 7,43, составляя в среднем 7,40. Необходимо уточнить, что эти значения характерны для плазмы крови. Такое постоянство чрезвычайно важно для правильного протекания обменных процессов в клетках, так как деятельность всех ферментов, участвующих в метаболизме, зависит от величины рН. При сдвигах рН крови активность разных ферментов изменяется в разной степени, и в результате точное взаимодействие между реакциями обмена может нарушиться. При выполнении мышечных нагрузок изменения рН крови имеют место в тех случаях, когда энергообеспечение работающих мышц только по аэробному пути оказывается недостаточным и подключается гликолиз. Это наблюдается при высокой интенсивности выполнения движений. В регуляции кислотно-щелочного равновесия (т. е. в поддержании постоянства рН крови) участвует несколько механизмов. К ним относятся буферные свойства крови, газообмен в легких и выделительная функция почек.

Из имеющихся в крови буферных систем следует отметить, прежде всего, бикарбонатную систему. Она включает относительно слабую угольную кислоту, образующуюся при гидратации СО2. Кроме того, органы дыхания вместе с бикарбонатным буфером образуют «открытую систему», в которой парциальное давление СО2 (а следовательно, и рН крови) может регулироваться путем изменения вентиляции легких.

Фосфатный буфер включает в себя фосфаты, находящиеся в плазме крови. Емкость данного буфера невелика по причине низкого содержания фосфата в крови.

Белковый буфер обусловлен наличием в крови белков, способных связывать или освобождать ионы водорода.

Одна из функций дыхательной системы состоит в удалении СО2 − конечного продукта метаболизма, образующегося в больших количествах. В состоянии покоя организм выделяет 230 мл СО2/мин. В то же время при удалении из крови «летучего» ангидрида угольной кислоты в ней исчезает примерно эквивалентное число ионов Н+. Таким образом, дыхание играет чрезвычайно важную роль в поддержании кислотно-щелочного равновесия.

Особое значение для компенсации сдвигов в кислотно-щелочном равновесии имеет регуляция дыхания. Так, если кислотность крови увеличивается, то повышение содержания Н+ приводит к возрастанию легочной вентиляции (гипервентиляции); при этом молекулы СО2 выводятся в большом количестве, и рН возвращается к нормальному уровню.

Кроме легких, в регуляции кислотно-щелочного равновесия участвуют почки. Их функция состоит в удалении нелетучих кислот, главным образом серной кислоты. Почки должны удалять в сутки 40–60 ммоль ионов Н+, накапливающихся за счет образования нелетучих кислот. Если содержание таких кислот возрастает, то при нормальном функционировании почек выделение Н+ с мочой может значительно увеличиваться. В результате рН крови возвращается к нормальному уровню.

Интенсивные мышечные нагрузки могут приводить к смещению рН в кислую сторону (понижение показателя вплоть до 7,1). Регулярные нагрузки приводят к совершенствованию механизмов поддержания постоянства рН и таким образом увеличивают объем выполняемой работы без закисления крови.

2.3. Регуляция функций организма

В целом все органы и системы нашего организма действуют согласованно. Взаимосвязь органов и систем осуществляется посредством гуморальной и нервной регуляции. Гуморальная регуляция осуществляется посредством переноса кровью биологически или химически активных веществ, которыми могут быть гормоны, вырабатываемые железами внутренней секреции и клетками органов, продукты распада или промежуточные продукты химических реакций, газовый состав крови, а также изменение концентраций веществ, находящихся в крови.

Нервная система осуществляет регуляцию посредством биоэлектрических импульсов с затратами энергии АТФ и имеет неоспоримое преимущество перед гуморальной по скорости. Гуморальная регуляция не требует прямых энергетических затрат и способна длительное время поддерживать состояние какого-то параметра. Гуморальная и нервная регуляция осуществляются в тесном единстве.

Нервная система наиболее часто действует по принципу рефлекса. Рефлекс – это стандартная ответная реакция организма на раздражение, поступающее из внутренней или внешней среды и осуществляемая посредством центральной нервной системы. Реагирование на основе рефлекса позволяет осуществлять ответную реакцию максимально быстро, поскольку нет стадии анализа поступающих в ЦНС сигналов. Значительная часть деятельности человека, в том числе и овладение двигательными навыками протекает по принципу взаимосвязи условных рефлексов и динамических стереотипов с безусловными рефлексами.

Рефлексы, передающиеся генетически и заложенные в нервной системе от рождения, называются безусловными. Объединяясь в длинные цепи, безусловные рефлексы являются основой инстинктивного поведения. Для выработки условного рефлекса необходимо, чтобы он оказался прочно связанным с соответствующим рефлекторному ответу безусловным раздражителем.

Двигательный навык − форма двигательных действий, выработанная по механизму условных рефлексов в результате соответствующих систематических упражнений. Формирование двигательного навыка последовательно проходит три фазы: генерализации, концентрации, автоматизации.

Фаза генерализации характеризуется расширенным очагом возбуждения в головном мозге. Это расширение является следствием нерациональной работы мышц, вовлечения в работу излишнего количества мышечных групп и чрезмерного их напряжения. Данная фаза характерна для начального этапа обучения. Движения скованны, плохо координированы и неэкономичны.

В процессе многократного повторения двигательного действия фаза генерализации сменяется фазой концентрации, когда излишнее возбуждение благодаря дифференцированному торможению концентрируется в необходимых зонах головного мозга как следствие уточнения необходимых параметров движения. Устраняется ненужное напряжение мышц антагонистов, уточняется степень напряжения работающих мышц. Внешне это проявляется в исчезновении излишней скованности, движения становятся точными, экономичными и стабильными. Однако выполнение движений осуществляется под контролем сознания.

В фазе автоматизации навык настолько уточняется и закрепляется, что выполнение необходимых движений не требует деятельного контроля сознания. Такой навык отличается высокой стабильностью выполнения всех составляющих его движений. Автоматизация навыка делает возможным одновременное выполнение нескольких двигательных действий. Ярким примером формирования такого навыка являются действия жонглера на скачущей лошади. Выполнение подобных двигательных актов, а также и более легких требует согласованной работы многих мышечных групп. Регуляция или координация движения осуществляется при участии физиологических механизмов, расположенных на различных уровнях жизнедеятельности организма. Эти механизмы обеспечивают изменение кровообращения в различных участках капиллярного русла, регулируют участие двигательных единиц при сокращениях мышц. Контроль сознания над выполняемыми движениями не требуется.

ГЛАВА 3. ВЛИЯНИЕ ФИЗИЧЕСКИХ УПРАЖНЕНИЙ

НА ОРГАНИЗМ

3.1. Адаптация организма к мышечным нагрузкам

В

процессе систематических выполнений физических нагрузок различные органы и системы подвергаются морфофункциональному совершенствованию, налаживается их взаимодействие. Сущность упражнения составляют физиологические, биохимические и морфологические сдвиги, возникающие под влиянием многократно повторяющейся мышечной работы. Эти изменения оцениваются как прогрессивные, если они обеспечивают сохранение или повышение работоспособности организма, при превышении мышечной нагрузки возможностей организма она может приводить к серьезным нарушениям работы органов и систем. Для каждого человека величина оптимальной мышечной нагрузки индивидуальна и подвержена значительным колебаниям во времени. Способность выполнять физические нагрузки зависит от многих причин, таких как отсутствие или наличие заболеваний, функционального состояния организма, времени суток, режима питания и множества других.

При малоподвижном образе жизни в первую очередь атрофическим изменениям подвергаются мышцы. Затем в связи со снижением функциональной нагрузки на органы эти изменения затрагивают такие системы и органы как сердечно-сосудистая, легкие, печень. От атрофии страдает нервная ткань и мозг.

Ткани работающего и утомленного организма отличаются высокой активностью обменных процессов. Однако нормальная жизнедеятельность организма возможна только в определенных условиях. При этом некоторое отклонение параметров внутренней среды не приводит к нарушению его функционирования. Диапазон изменения, не приводящий к нарушению деятельности органов или систем, считается нормой. Диапазон нормы для различных показателей может отличаться. У одних отклонения могут достигать десятков процентов, у других недопустимо изменение даже на 1%. Изменение параметров внутренней среды организма в пределах нормы, как правило, связано с изменением активности его функционирования. Поддержание постоянства жизненно важных параметров в организме осуществляется по принципу обратной связи. Так, например, снижение уровня содержания кислорода в тканях и накопление молочной кислоты в крови вызывает активацию внешнего дыхания, повышение частоты сердечных сокращений, что способствует восстановлению нормального парциального давления кислорода в тканях. Произвольное повышение активности внешнего дыхания приводит к снижению парциального давления углекислого газа в крови, который в свою очередь является активатором дыхательного центра в центральной нервной системе. Снижение содержания СО2 в крови приведет к ослаблению активности дыхательных мышц и снижению вентиляции легких.

Двигательная активность вызывает повышение функциональной активности органов и систем организма, которые участвуют в обеспечении мышечной деятельности. Механизмы регуляции противостоят изменениям, которые вызываются активной работой мышц. Однако при превышении некоторого предела организм уже не в состоянии преодолевать накапливающиеся изменения внутренней среды, и в этом случае отдельные параметры выходят за пределы нормального функционирования органов, ограничивая дальнейшее выполнение двигательных действий. Конкретные механизмы нарушений определяются характером выполняемой мышечной работы и функциональным состоянием организма в данный момент. После прекращения работы мышц механизмы, ответственные за поддержание постоянства внутренней среды, продолжают действовать, и через определенное время они компенсируют все нарушения, вызванные мышечной работой. Однако вследствие некоторой инерционности процессов восстановления остановка работы запущенных механизмов имеет колебательный характер с постепенным затуханием. При этом в определенные интервалы времени состояние параметров, связанных с выполнением мышечной нагрузки, будет превышать исходный уровень, то есть наблюдается явление суперкомпенсации. Выполнение мышечной работы в это время позволит организму превысить тот объем работы, который был выполнен при первоначальной нагрузке. Следовательно, выполнение мышечной нагрузки стимулирует повышение активности большинства систем организма и в процессе восстановления после прекращения работы позволяет этим системам и органам превысить первоначальный уровень их функциональных возможностей. Длительность и величина периодов суперкомпенсации определяется характером работы и для каждой функциональной системы имеет свои параметры изменений. Если же повторное воздействие нагрузки приходится на период недовосстановления функций организма, то его потенциальные возможности ниже, чем при первой нагрузке, и воздействие второй нагрузки суммируется с первым. Это приведет к большему снижению функциональных возможностей, чем при первой нагрузке. Однако и последующее повышение их в процессе восстановления так же будет более выраженным. Эффект сверх восстановления после мышечной нагрузки лежит в основе теории спортивной тренировки. При постоянном воздействии мышечных нагрузок, приводящих к определенной степени утомления, и достаточном времени отдыха функциональные возможности организма повышаются, и он выходит на более высокий уровень функционирования. Процесс перестройки организма под влиянием мышечных нагрузок или внешних факторов называется адаптацией.