Материал: Адаптация к физическим нагрузкам и резервные возможности организма

Только в аорте и крупных артериях происходит колебание кровяного давления на протяжении сердечного цикла: оно больше в момент систолы и меньше при диастоле. Артериальное давление (АД) в момент систолы называется систолическим или максимальным, в момент диастолы - диастолическим или минимальным. Измеряется АД в миллиметрах ртутного столба. Средние показатели максимального давления 110-140 мм. рт. ст., минимального 70-90 мм. рт. ст. Разница между величинами максимального и минимального давления называется пульсовым давлением, средние показатели которого колеблются в пределах 40-50 мм. [6]

Мышечная деятельность стимулирует рост максимального кровяного давления до 170-200 мм. рт. ст., минимально давление при этом изменяется не значительно.

В момент выталкивания крови из сердца, когда давление в аорте повышается и стенки ее растягиваются, в ней возникает пульсовая волна. От аорты эта волна распространяется по артериям. По частоте таких волн (пульсу) определяется часто сердцебиений.

Сердечная мышца непрерывно снабжается кровью через коронарные (венечные) сосуды. В сутки через миокард протекает до 300 литров крови. На 1 мм² сердечной мышцы капилляров в два раза больше, чем на такой же площади скелетной мышцы. Перебои в снабжении сердечной мышцы кровью уменьшают выработку в ней энергии и немедленно отрицательно сказывается на работе сердца. Многочисленные, нередко дублирующие друг друга механизмы регуляции обеспечивают приспособление уровня коронарного кровотока к энергетическим потребностям сердечной мышцы в покое, при физических нагрузках, эмоциональных и психических напряжениях.

Во время интенсивной физической нагрузки усиливается деятельность сердечной мышцы, и чтобы удовлетворить ее потребности в кислороде и других необходимых веществах возрастает величина кровотока в сосудах миокарда. При этом возрастающее расширение коронарных сосудов ведет к значительному увеличению количества крови, протекающей через миокард. Систематические физические нагрузки постоянно тренируют механизмы, обеспечивающие усиленную доставку крови к сердечной мышце и тем самым повышают устойчивость сердца к действию на организм неприятных факторов. Под влиянием физической тренировки возрастают объем и масса сердца.

Таблица 1

Параметры изменения объема и массы сердца

Увеличение (гипертрофия) сердца - это результат нормальной физиологической приспособительной реакции организма на физические нагрузки.

Работа сердца регулируется нервной и гуморальной системами и реализуется при их взаимодействии. Предельно схематично это можно представить следующим образом.

Сердце усиливает и учащает свои сокращения при возбуждении симпатического нерва, замедляет и снижает силу сокращений при возбуждении блуждающего нерва. Взаимодействие этих нервов - антагонистов, динамическое равновесие процессов их возбуждения и торможения, главным образом, определяет нормальную работу сердца, регулирует тонус коронарных сосудов. В гуморальном механизме регулирования преобладает взаимовлияние таких гормонов, как адреналин, воздействующий аналогично симпатическому нерву и вазопрессин, действующий аналогично блуждающему нерву. Кроме того, в самом сердце имеются собственные механизмы нервной регуляции, автономное функционирование которых оказывает управляющее воздействие на миокард и мышцы коронарных сосудов. [7]

Деятельность ССС тесно связана с состоянием центральной нервной системы, определяющей поведение человека, его эмоции и др. Например, во время футбольного матча у болельщиков очень часто ЧСС бывает выше, чем у играющих футболистов. При этом в крови увеличивается содержание адреналина и близких к нему веществ, на которые сердечная мышца отвечает повышением частоты сокращений, возросшая энергоемкость работы увеличивает потребность миокарда в кислороде. Если сердечная мышца и коронарные сосуды недостаточно тренированы, они не могут в полной мере обеспечить кровоснабжение сердца. В этом случае могут возникнуть явления кислородного голодания миокарда - коронарная недостаточность.

Тренировка, предъявление повышенных требований к организму во время физических нагрузок - единственный путь к укрепления механизмов, регулирующих кровяное давление, работу сердца, коронарный кровоток.

Дыхательная система

Дыхательная система включает воздухоносные пути, легкие, и другие органы, а также комплексы физиологических процессов, обеспечивающих потребление кислорода и выведение углекислого газа из организма.

Процесс дыхания имеет три основных этапа:

внешнее или легочное дыхание;

перенос кровью кислорода и углекислого газа;

внутреннее или тканевое дыхание.

На этапе внешнего дыхания происходит газообмен между атмосферой и легкими. Во вдыхаемом воздухе содержится 21% кислорода, 0,03% углекислого газа, 78% азота, остальное - другие газы. В выдыхаемом воздухе кислорода становится 16%, углекислого газа 4%, количество остальных газов не изменяется. По воздухоносным путям (нос, гортань, трахея, бронхи) воздух, очищаясь от пыли и согреваясь поступает в легкие, где между альвеолами и капиллярами происходит газообмен: выделяясь из крови углекислый газ поступает в альвеолы, а те отдают в кровь кислород. В крови кислород соединяется с гемоглобином в эритроцитах и переносится ко всем клеткам и тканям организма. По ходу транспортирования, особенно по крупным сосудам, кислород полностью сохраняется в крови. В капиллярах кровь освобождается от кислорода, захватывает углекислый газ и устремляется обратно в легкие. В клетках и тканях кислород вступает в сложнейшие окислительно-восстановительные реакции, в результате которых освобождается энергия, необходимая для жизнедеятельности организма. Процесс перехода кислорода из крови в ткани и углекислого газа из тканей в кровь носит название обмена газов в тканях. [8]

Регулирование дыхания осуществляется посредством сложной системы нервно-гуморальных воздействий на дыхательный центр, расположенный в продолговатом мозгу. В его состав входят нервные клетки, регулирующие вдох и выдох, и координирующие работу дыхательных мышц. Кора головного мозга осуществляет тонкое приспособление дыхания к потребности организма. Одним из проявлений этого является способность человека произвольно управлять частотой и глубиной своего дыхания. В гуморальной регуляции дыхания основная роль принадлежит углекислому газу и кислороду. Недостаток кислорода в крови приводит преимущественно к учащению дыхания, а избыток углекислого газа вызывает в основном его углубление. При физической работе эти два фактора действуют одновременно, вследствие чего происходит и учащение, и углубление дыхания.

В состоянии покоя объем вдоха и выдоха равен в среднем 500 мл. Это дыхательный объем. Если после нормального вдоха сделать максимальный выдох, то из легких выйдет еще около 1500 мл воздуха (резервный объем). Количество воздуха, который можно вдохнуть сверх дыхательного объема (около 1500 мл), составляет дополнительный объем вдоха. Сумма трех объемов - дыхательного, дополнительного и резервного - составляет жизненную емкость легких (ЖЕЛ). ЖЕЛ - это количество воздуха, которое может выдохнуть человек после максимально глубокого вдоха. В приведенном примере она составит 500 мл+1500 мл +1500 мл = 3500 мл. ЖЕЛ величина непостоянная и зависит от возраста, пола, роста, состояния здоровья, физического развития, тренированности человека. Средние показатели ЖЕЛ у нетренированных мужчин - 3500-4500 мл, у женщин - 3000-3500 мл; у тренированных мужчин - от 5000 до 7000 мл и более, у женщин - 5000 мл и более.

В состоянии покоя человек в течение минуты производит 16-20 дыхания при этом дышит не всеми легкими, а только шестой или седьмой их частью. В результате занятий физическими упражнениями, спортом частота дыхания может снизиться до 12-14 в минуту за счет увеличения их глубины.

Количество воздуха, которое человек вдыхает и выдыхает за одну минуту называется легочной вентиляцией или минутным объемом дыхания. В покое легочная вентиляция равна 5-8 л/мин. При физической работе она может достигать 150-180 л/мин с увеличением частоты дыхания до 25-35 в минуту.

Поступающий из атмосферного воздуха кислород усваивается организмом в процессе согласованного взаимодействия различных его систем. Помимо дыхательного аппарата, обеспечивающего в основном вентиляцию легких, в процессе дыхания участвует ССС, которая обеспечивает процесс кислорода кровью из легких к тканям а также тканевые реакции, от которых во многом зависит степень использования кислорода в различных условиях жизнедеятельности.

Для окислительных процессов в состоянии покоя организму требуется 250-200 мл кислорода в минуту. При мышечной работе потребность в кислороде возрастает. Чем большее количество мышц участвует в ней, тем больше потребляется кислорода, но не беспредельно.

Для каждого человека существует свой кислородный «потолок», выше которого потребление кислорода увеличиваться не может, этот предел выражается в следующем: наибольшее количество кислорода, которое организм может поглотить и усвоить за одну минуту и усвоить за одну минуту при предельно тяжелой физической работе, называется максимальным потреблением кислорода (МПК), чем выше МПК, тем выше уровень физической работоспособности человека. У не занимающихся спортом МПК составляет в среднем - 2-3,5 литра, у спортсменов - 5-6 литров и более. [9]

МПК является показателем аэробной производительности организма, т.е. его способности обеспечивать энергией организм за счет кислорода, поглощаемого непосредственно во время тяжелой работы.

Общее количество кислорода, необходимое для окислительных процессов, обеспечивающих ту или иную мышечную работы, называется кислородным запросом. Различают суммарный или общий кислородный запрос, т.е. количество кислорода, необходимое для всей работы, и минутный кислородный запрос, т.е. кислорода, требуемое для выполнения конкретной работы в течение одной минуты. Например, в беге на 800 м минутный запрос составляет - 12-15 л, а суммарный - 25-30 л; в марафонском беге соответственно - 3-4 л и 450-500 л.

При работе большой мощности кислородный запрос может достигать 15-20 л/мин, а МПК не превышает 6-7 л. Разница между кислородным запросом и тем количеством кислорода, который потребляется во время работы называется кислородным долгом. Максимальный кислородный долг у людей, не занимающихся спортом, не превышает 4-7 л, у спортсменов он может достигать 20-22 л.

Если в ткани поступает меньше кислорода, чем необходимо для полного обеспечения его потребности, наступает кислородное голодание, или гипоксия. Напряженная мышечная работа всегда сопровождается возникновением дефицита кислорода в организме. Чтобы полнее обеспечить себя кислородам в условиях гипоксии, организм мобилизует свои мощные компенсаторные механизмы. Известно, что мышцы при напряженной работе увеличивают скорость утилизации кислорода в 100 и более раз. Под влиянием тренировочных воздействий повышается способность мышц усваивать кислород. В основе выносливости лежит функциональная устойчивость организма к недостатку кислорода.

При выполнении физических упражнений согласование дыхания с движениями происходит благодаря сложной системе приспособительных изменений в организме. Чем прочнее взаимосвязь дыхания и движений, тем легче при прочих равных условиях выполняются движения. В умениях и навыках дыхательные циклы становятся как бы компонентами освоенных двигательных действий.

Обмен веществ

Сущность обмена веществ состоит в том, что из внешней среды в организм поступают богатые потенциальной энергией вещества, где они распадаются на более простые, а освобождающаяся при этом энергия обеспечивает протекание физиологических процессов и выполнение физической работы. В различных сочетаниях с пищей в организм поступают белки, жиры, углеводы и обеспечивающие активность обменных процессов, витамины, минеральные соли, вода. Образование и расход энергии в организме принято выражать в единицах тепловой энергии - в калориях и килокалориях. Например, при окислении одного грамма белков освобождается 4,1 ккал, жиров - 9,3 ккал, углеводов - 4,1 ккал.

Кроме энергетического обеспечения, поступающие в организм питательные вещества, используется для восстановления изнашиваемых и построения новых клеток и тканей, образования гормонов и ферментов (биологические катализаторы). Например, за пять лет учебы у студентов роговица глаза сменяется 250 раз, слизистая оболочка желудка - 500 раз и т.д.

Обмен веществ в организме (метаболизм) заключается в осуществлении двух взаимно противоположных, но неразрывно связанных процессов: ассимиляции и диссимиляции. Ассимиляция (анаболизм) включает так называемые пластические процессы, в результате которых происходит образование новых белковых и клеточных форм, ферментов и др. Расходуемая при этом энергия превращается в потенциальную химическую энергию сложных молекул. Совокупность процессов диссимиляции (катаболизма) связана с разрушением, расщеплением веществ, входящих в состав клеток, благодаря чему происходит освобождение потенциальной химической энергии, которая превращается в другие виды энергии.

Например, химическая энергия превращается в тепловую, в механическую, электрическую и обеспечивает работу внутренних органов, мышц, поддержание оптимальной температуры тела и т.д.

Израсходованная энергия восполняется затем путем поступления в организм новых питательных веществ. Некоторые вещества при избыточном поступлении могут откладываться в организме в виде запасов. Образующиеся в процессе обмена продукты распада удаляются из организма во внешнюю среду органами выделения.

Пищеварение является начальным этапом обмена веществ, в процессе которого происходит физическая и химическая обработка пищи, в результате чего она превращается в такие вещества, которые могут всасываться в кровь и усваиваться. Переваривание пищи в желудке продолжается 6-8 часов, а жирная пища - до 10 и более часов.

Работа органов пищеварения регулируется нервными и гуморальными механизмами.

Мышечная деятельность активизирует обменные процессы, ведет к увеличению потребности организма в питательных веществах и тем самым стимулирует работу пищеварительных органов, желудочную и кишечную секреции. Однако, физическая работа, выполняемая сразу после приема пищи, не усиливает, а тормозит пищеварительные процессы. При этом возбуждение центров регуляции пищеварения и перераспределение крови от мышц к работающим органам брюшной полости снижает эффективность работы мышц. Наполненный желудок приподнимает диафрагму, затрудняя работу органов дыхания и кровообращения. Если мышечная работа начинается через 2-2,5 часа после приема пищи, то она может даже усиливать функцию пищеварения. [11]

Обмен веществ в живом организме происходит постоянно. Однако уровень его интенсивности может быть различным (например, во время сна, при физической работе). Минимальный уровень обмена веществ называется основным обменом.

Основной обмен имеет место в состоянии полного мышечного покоя, натощак при температуре окружающей среды 20-22°. При таких условиях расход энергии взрослого человека в среднем составляет 1 ккал на 1 кг массы тела за один час. Так при весе равном 70 кг основной обмен человека в сутки составит 1680 ккал, из которых 25% связано с обеспечением работы сердца, почек, дыхательных мышц и др., а 75% - с функционированием клеток и тканей организма.

При мышечной работе расход энергии увеличивается по мере нарастания ее интенсивности, например, при ходьбе энергии расходуется на 10-12% больше, чем в покое, а при беге - на 40-50% и более.

По энерготратам трудовая деятельность людей условно подразделяется на четыре группы:

умственный труд, суточный расход энергии, который составляет 2300-3000 ккал;

механизированная работа с суточным расходом энергии 2500-3200 ккал;

частично механизированная работа с суточным расходом энергии 2600-3400 ккал;

тяжелая физическая работа с суточным расходом энергии 3500-4300 ккал и более.

У студентов в дни занятий по физическому воспитанию энерготраты увеличиваются с 2500-300 ккал до 3500-4000 ккал.

Современный человек получает с пищей в сутки 4000 ккал и более. У многих людей, особенно занимающихся умственным трудом, остается неизрасходованной 20-25% этой энергии. Избыточные калории откладываются в организме в виде запасов. Возникает так называемый «порочный круг»: при излишнем весе пропадает желание двигаться, что в свою очередь способствует еще большему увеличению веса.