Степень перестройки различных функции организма под воздействием физической нагрузки зависит от мощности и характера двигательной деятельности.

При работе относительно постоянной мощности степень функциональных сдвигов зависит от уровня этой мощности, уровня работоспособности и уровня спортивного мастерства. Мощность работы соответствует:

· уровню потребления кислорода в единицу времени,

· минутному объему крови;

· минутному объему дыхания,

· частоте сердечных сокращений (ЧСС).

Существует прямо пропорциональная зависимость между уровнем потребления кислорода, ЧСС, минутного объема дыхания и кровообращения, с одной стороны, и мощностью работы, с другой стороны, которая позволяет использовать различные нагрузочные тесты с регистрацией данных показателей для оценки работоспособности спортсмена.

При одинаковой мощности мышечной работы функциональные сдвиги больше у менее подготовленных лиц, а так же у женщин по сравнению с мужчинами и у детей по сравнению со взрослыми.

Работа переменной мощности характерна для:

· спортивных игр;

· единоборств;

· стандартных ациклических упражнениях;

· при рывках, спуртах, финишировании в циклических упражнениях.

Каждое изменение мощности работы требует нового сдвига активности различных органов и систем организма спортсмена. При этом быстрые изменения в деятельности ЦНС и двигательного аппарата, не могут сопровождаться столь же быстрыми перестройками вегетативного обеспечения работы. На этот переходный процесс затрачивается некоторое время, в которое ткани организма испытывают недостаточность кислородного снабжения и возникает кислородный долг. Чем больше спортсмен адаптирован к работе переменной мощности, тем меньше у него время задержки, быстрее возникают сдвиги в дыхании, кровообращении, энергозатратах и накапливается меньший кислородный долг.

Вегетативные системы у адаптированных спортсменов становятся более лабильными – они легче повышают функциональную активность при повышении мощности работы и быстрее успевают восстанавливаться при каждом ее снижении, даже в процесс работы.

Отмечают несколько важнейших физиологических критериев, определяющих текущий уровень работоспособности и адаптированность организма спортсмена к физическим нагрузкам.

Первый критерий заключается в том, что скорость перестройки деятельности отдельных органов и систем организма от уровня покоя на оптимальный рабочий уровень и скорость обратного перехода к уровню покоя, характеризует хорошую приспособленность к физическим нагрузкам.

Второй критерий определяется длительностью удержания рабочих сдвигов различных функций на оптимальном рабочем уровне. Он обеспечивает адаптацию к работе постоянной мощности.

Третий критерий зависит от величины функциональных сдвигов при одинаковой работе, что определяет более высокую подготовленность спортсмена к более экономичному выполнению нагрузки

Четвертый критерий это соответствие перестроек вегетативных функций переменному характеру работы, что характеризет адаптацию к работе переменной мощности.

Адаптация – это совокупность физиологических реакций, обеспечивающие приспособление, строение и функции организма к изменению условий окружающей среды, в том числе к действию физических нагрузок. Биологический смысл адаптации состоит в установлении и поддержании гомеостаза.

Этап срочной адаптации – отличительной чертой является работа органов и систем организма на пределе возможностей при почти полной мобилизации физиологических резервов. На уровне нервной и гуморальной регуляции наблюдается интенсивное и избыточное возбуждение двигательных центров разного уровня, что приводит к недостаточно скоординированной двигательной активности. Со стороны двигательного аппарата наблюдается вовлечение лишних мышечных групп, в результате снижается скорость и сила сокращения мышц на уровне вегетативных систем наблюдается максимальная и не оптимальная мобилизация функциональных резервов, органов дыхания и кровообращения. Увеличение этих показателей происходит не экономным путем, это приводит к снижению функциональных резервов организма.

Этап долговременной адаптации – характеризуется экономичностью функционирования организма и повышением его мощности. В ответ на ту же самую нагрузку не возникает резких изменений легочной вентиляции, минутного объема крови, увеличении ферментов, гормонов и лактата. Возникает активация синтеза нуклеиновых кислот и белка, увеличивается анаэробная и аэробная мощность организма, возрастает интенсивность и длительность мышечной работы, обмен веществ перестраивается для более экономичного расходования энергии в состоянии покоя и повышения мощности при физических нагрузках. Перестраивается тип энергообмена с углеводного на жировой.

План:

1. Введение .

2. Особенности тренированного тела человека.

3. Изменения в организме человека под влиянием физических нагрузок.

4. Обмен веществ в мышце.

Введение

Красота и сила тренированного тела всегда привлекали живописцев и ваятелей. Это проявлялось уже в наскальной пещерной живописи наших предков, достигло совершенства во фресках древней Эллады, скульптурах Микеланджело. В то же время не всегда тренированность человека сопровождается повышением выносливости, а за рекорды в большом спорте организм нередко расплачивается дорогой ценой.

Тренированность организма человека - это возможность выполнять большие физические нагрузки, обычно наблюдается у людей, чей образ жизни или профессия связаны с напряженной мышечной деятельностью: у лесорубов, шахтеров, такелажников, спортсменов. Тренированный организм, приспособленный к физическим нагрузкам, способен не только осуществлять интенсивную мышечную работу, но и оказывается более устойчивым к ситуациям, вызывающим болезни, к эмоциональным нагрузкам, экологическим воздействиям.

Особенности тренированного тела человека:

Существуют две основные черты тренированного тела человека, привыкшего к большим физическим нагрузкам. Первая черта заключается в возможности выполнять мышечную работу такой продолжительности или интенсивности, которая не под силу нетренированному организму. Не приученный к физическим нагрузкам человек не в состоянии пробежать марафонскую дистанцию или поднять штангу весом, значительно превышающим его собственный. Вторая черта заключается в более экономном функционировании физиологических систем в покое и при умеренных нагрузках, а при максимальных нагрузках - способности достигать такого уровня функционирования, который невозможен для нетренированного организма.

Так, в условиях покоя у постоянно выполняющего большие физические нагрузки человека частота пульса может составлять всего 30-50 ударов в минуту, частота дыхания - 6-10 в минуту. Живущий физическим трудом человек осуществляет мышечную работу при меньшем увеличении потребления кислорода и с большей эффективностью. При предельно напряженной работе в тренированном организме происходит значительно большая мобилизация систем кровообращения, дыхания, обмена энергии по сравнению с нетренированным.

Изменения в организме человека под влиянием физических нагрузок:

В организме каждого человека под влиянием тяжелого физического труда в клетках органов и тканей, на которые падает физическая нагрузка, активируется синтез нуклеиновых кислот и белков. Эта активация приводит к избирательному росту клеточных структур, ответственных за адаптацию к физической нагрузке. В результате, во-первых, возрастают функциональные возможности такой системы, а во-вторых, временные сдвиги переходят в постоянные прочные связи.

Изменения в организме человека вследствие интенсивной мышечной деятельности во всех случаях представляют собой реакцию целого организма, направленную на решение двух задач: обеспечения мышечной деятельности и поддержания постоянства внутренней среды организма (гомеостаза). Эти процессы запускаются и регулируются центральным управляющим механизмом, имеющим два звена: нейрогенное и гуморальное.

Рассмотрим первое звено, управляющее процессом тренировки организма на физиологическом уровне, - нейрогенное звено.

Формирование двигательной реакции и мобилизация вегетативных функций в ответ на начинающуюся мышечную работу обеспечиваются у человека центральной нервной системой (ЦНС) на основе рефлекторного принципа координации функций. Этот принцип эволюционно обеспечен строением ЦНС, а именно тем, что рефлекторные дуги связаны между собой большим количеством вставочных клеток, а количество сенсорных в несколько раз превышает количество двигательных нейронов. Преобладание вставочных и сенсорных нейронов - морфологическая основа целостного и координированного реагирования организма человека на физическую нагрузку, другие воздействия внешней среды.

В реализации различных движений у человека могут принимать участие структуры продолговатого мозга, четверохолмия, подбугровой области, мозжечка, других образований головного мозга, в том числе высшего центра - моторной зоны коры больших полушарий. В ответ на мышечную нагрузку (благодаря многочисленным связям в ЦНС) происходит мобилизация функциональной системы, ответственной за двигательную реакцию организма.

Весь процесс начинается с сигнала, чаще всего условнорефлекторного, побуждающего к мышечной деятельности. Сигнал (афферентная импульсация от рецепторов) поступает в кору головного мозга в центр управления. «Управляющая система» активирует соответствующие мышцы, воздействует на центры дыхания, кровообращения, другие обеспечивающие системы. Поэтому соответственно физической нагрузке возрастает легочная вентиляция, увеличивается минутный объем сердца, происходит перераспределение регионального кровотока, тормозится функция органов пищеварения.

Совершенствование управления и периферического аппарата двигательной системы достигается в процессе многократного повторения сигнала и ответной мышечной работы (то есть во время тренировки человека). В результате этого процесса «управляющая система» закрепляется в виде динамического стереотипа и организм человека приобретает навык двигательной активности.

Расширение числа условных рефлексов в процессе тренировки человека создает условия для лучшей реализации явления экстраполяции в двигательных актах. Примером проявления экстраполяции могут служить движения хоккеиста в сложной, непрерывно меняющейся обстановке игры, поведение шофера-профессионала на незнакомой сложной трассе.

Одновременно с поступлением сигнала о физической нагрузке происходит нейрогенная активация гипоталамо-гипофизарной и симпатоадреналовой систем, что сопровождается интенсивным высвобождением в кровь соответствующих гормонов и медиаторов. Это второе звено механизма регуляции мышечной деятельности, гуморальное. Главными результатами гуморальной реакции в ответ на физическую нагрузку являются мобилизация энергетических ресурсов; перераспределение их в организме человека к органам и тканям, подвергающимся нагрузке; потенциация работы двигательной системы и обеспечивающих ее механизмов; формирование структурной основы долговременной адаптации к физической нагрузке.

При мышечной нагрузке пропорционально ее величине происходит увеличение секреции глюкагона, возрастает его концентрация в крови. В то же время происходит снижение концентрации инсулина. Закономерно увеличивается выход в кровь соматотропина (СТГ - гормона роста), что обусловлено возрастающей секрецией в гипоталамусе соматолиберина. Уровень секреции СТГ постепенно нарастает и длительное время остается повышенным. В нетренированном организме секреция гормона не может перекрыть возросший захват его тканями, поэтому уровень СТГ у нетренированного человека при тяжелой физической нагрузке существенно снижен.

Физиологическое значение перечисленных выше и других гормональных сдвигов определяется их участием в энергообеспечении мышечной работы и в мобилизации энергоресурсов. Такие сдвиги носят важный активирующий характер и подтверждают следующие положения:

1. Активация моторных центров и гормональные сдвиги, вызванные физической нагрузкой, небезразличны для центральной нервной системы. Малые и умеренные физические нагрузки активируют процессы высшей нервной деятельности, повышают умственную работоспособность. Длительные интенсивные нагрузки, особенно с истощающим последствием, вызывают противоположный эффект, резко снижают умственную работоспособность.

2. Неприспособленный к физическим нагрузкам организм человека не может справиться с интенсивными и длительными воздействиями. Для высокой производительности труда, где весомым является физический компонент, необходимо приобретение как специфических для данной специальности навыков, так и неспецифической физической тренированности.

3. Физическая разминка (гимнастика, разнообразная дозированная нагрузка, рациональные упражнения по снятию усталости сидячей позы и др. виды тренировки человека) служит важным фактором повышения работоспособности, особенно при гиподинамии и гипокинезии, монотонных видах труда.

4. Как в труде, так и в спорте достижения могут быть получены лишь с помощью построенной на основе научных медицинских фактов рациональной системы упражнений и тренировок.

5. Тяжелый физический труд для нетренированного организма, длительное время находившегося без физических нагрузок, точно так же, как резкое прекращение интенсивной физической работы (особенно у спортсменов-марафонцев, лыжников, штангистов), может вызвать грубые сдвиги в регуляции функций, переходящие во временные расстройства здоровья или стойкие заболевания.

Физическая работа делится на два вида, динамическую и статическую.

Динамическая работа выпол­няется тогда, когда в физическом смысле происхо­дит преодоление сопротивления на определенном расстоянии В этом случае (например, при езде на велосипеде, подъеме на лестницу или в гору) работа может быть выражена в физических единицах (1 Вт = 1 Дж/с = 1 Нм/с) При положительной ди­намической работе мускулатура действует как «дви­гатель», а при отрицательной динамической работе она играет роль «тормоза» (например, при спуске с горы) .

Статическая работа производится при изо­метрическом мышечной сокращении. Так как при этом не преодолевается никакое расстояние, в физи­ческом смысле это не работа; тем не менее организм реагирует на нагрузку физиологическим напряженн­ей. Проделанная работа в этом случае измеряется как произведение силы и времени.

Любой вид трудовой деятельности представляет собой сложный комплекс физиологических процессов, в которых вовлекаются все органы и системы человеческого тела.

Центральная нервная система (ЦНС)

Центральная нервная система обеспечивает координацию функциональных изменений, развивающихся в организме при выполнении работы.

Все рабочие движения и их характер зависят, с одной стороны, от импульсов, идущих из коры головного мозга, с другой стороны, от импульсов, поступающих в центр из периферии из мышц.

Еще до начала работы в организме наблюдаются условно рефлекторные функциональные сдвиги, заключающиеся в повышении обмена веществ, в учащении пульса и дыхания. При этом условными раздражителями являются производственная обстановка и среда.

Установлено, что уровень энергетических процессов, происходящих в мышце, находится в зависимости от импульсов, исходящих из коры головного мозга. Так, основной обмен в рабочий день на 15-30% выше, чем в тот же обмен в нерабочий день, что связано с сигналами, идущими от привычной обстановки предстоящего рабочего дня. Увеличение потребления кислорода начинается уже тогда, когда рабочий только вошел в цех. Следовательно, рабочая обстановка воспринята ЦНС и последней посланы импульсы, подготовившие соответствующие органы и системы к выполнению сменного задания.

В процессе производственного обучения образуется динамический производственный стереотип - система условных рефлексов, определяющая уровень физиологических процессов в организме. Динамический производственный стереотип включает длительность выполнения основных элементов, микропаузы и т.д.

В процессе выполнения работы в ЦНС усиливаются процессы возбуждения. Одновременно углубляются и процессы торможения, благодаря чему между этими основными процессами сохраняется равновесие. При относительно легкой работе подобное состояние может сохраняться в течение всего рабочего дня, при тяжелой работе - с определенного момента в коре большого мозга начинают преобладать процессы охранительного торможения.

Фазность изменения функционального состояния ЦНС определяется характером и длительностью выполняемой работы. В фазе возбуждения наблюдают повышение величины условных рефлексов, увеличение скорости сенсомоторных реакций.

В фазе торможения наблюдаются обратные процессы: снижение величины условных рефлексов, уменьшение скорости сенсомоторных реакций. Характер изменений определяется тяжестью, длительностью работы, а также тренированностью человека.

Мышечная работа различной интенсивности вызывает изменения в деятельности коры головного мозга. Тяжелая физическая нагрузка нередко обуславливает понижение корковой возбудимости, нарушение условно рефлекторной деятельности, а также повышение порога чувствительности зрительного, слухового и тактильного анализаторов.

Напротив, умеренная работа улучшает условно рефлекторную деятельность и снижает восприятия для указанных анализаторов.

Скелетно-мышечная система

Под влиянием нервных импульсов, притекающих из ЦНС, в мышцах происходят характерные для них биохимические и биофизические процессы. Источником химической энергии, превращающейся в механическую работу мышц, является аденозинтрифосфорная кислота (АТФ). Под влиянием нервных импульсов эта кислота взаимодействует с сократительной белковой структурой мышцы, причем происходит диссоциация актомиозина на его компоненты, изменение конфигурации белковых молекул, возникновение электрических зарядов, ферментативное расщепление АТФ миозином и т.д.

Именно комплекс всех явлений и ведет к сокращению мышечного волокна, в процессе которого активно участвуют ионы солей, в первую очередь калия, кальция и магния. Во время расслабления мышцы утратившая фосфор АТФ вновь фосфорилируется за счет фосфокреатинина. Затем начинаются процессы гликолиза и окислительного распада глюкозы, сопровождающегося связыванием фосфорной кислоты, отщепленной от АТФ в процессе сокращения мышцы.

С повышением интенсивности выполняемой нагрузки увеличивается количество потребляемого мышцами кислорода в единицу времени. Поскольку между скоростью потребления кислорода и мощностью работы аэробного характера существует прямая пропорциональная зависимость, поэтому интенсивность работы можно характеризовать скоростью потребления кислорода. При определенной, индивидуальной для каждого человека, нагрузке, достигается максимально возможная скорость потребления кислорода.

Для энергообеспечения мышечной работы кислородная система может использовать в качестве субстратов окисления все питательные вещества - углеводы (гликоген, глюкоза), жиры (жирные кислоты) и белки (аминокислоты).

Во время выполнения легкой работы, то есть при потреблении кислорода до 50% максимальной величины, большая часть энергии для сокращения мышц образуется за счет окисления жиров. Во время более тяжелой работы при потреблении кислорода более 60% от максимального значительную часть энергопродукции обеспечивают углеводы. При работах, близких по потреблению кислорода к максимальному - энергопродукция осуществляется только за счет углеводов.

Существует определенная последовательность включения и преобладания различных путей ресинтеза АТФ по мере выполнения физической нагрузки.

Креатинкиназный путь ресинтеза АТФ обеспечивает начальный этап физической работы. Он запускается очень быстро, протекает максимально эффективно (молекула АТФ из молекулы КФ), идет анаэробно, не дает побочных продуктов.

Затем включается гликолиз. На запуск гликолиза требуется 10-20 секунд. Гликолиз протекает анаэробно, обладает гораздо большим резервом мощности, но мало эффективен. В результате гликолиза значительно возрастает концентрация в мышцах и в крови гликолиза молочной кислоты.

В дальнейшем постепенно начинает превалировать аэробный механизм ресинтеза АТФ.

Конечные продукты - вода и углекислый газ. Избыток углекислоты удаляется через легкие с выдыхаемым воздухом.

Сердечно-сосудистая система

Увеличение потребности работающих мышц в кислороде и в питательных веществах ведет к тому, что при физическом труде заметно усиливается деятельность сердечно-сосудистой системы, где физическая нагрузка вызывает возрастание минутного объема вследствие учащения сокращений и увеличения ударного объема сердца.

Пульс с 60-70 ударов в минуту в покое учащается при некоторых видах работ до 90-150 и больше. Как правило, через 15-30 секунд после начала (а иногда рефлекторно и до работы) пульс учащается, достигает известной величины, зависящей от мощности работы, и держится на этом уровне в течение всей работы. Это дает право рекомендовать счет пульса - частоты сердечных сокращений (ЧСС) как простой и доступный метод контроля за состоянием работающего во время физической работы и за течением восстановительных процессов во время отдыха. В результате работы минутный объем крови, выбрасываемой сердцем, может возрасти с 3-5 до 30-40 л. На 5-30 мм рт.ст. может повыситься максимальное артериальное давление.

Увеличение минутного объема сердца происходит за счет учащения сокращений и увеличения ударного (систолического) объема сердца. Систолический объем сердца в покое колеблется в пределах 60-80 мл, при мышечной работе он может увеличиваться вдвое и больше. Между интенсивностью работы и частотой пульса имеется определенная зависимость. Так, при легких работах частота пульса не превышает 100-120 ударов в мин.

При тяжелых работах частота пульса может достигать 140-160 и более ударов в минуту. Во время тяжелой работы ЧСС возрастает до максимума, величина которого неодинакова у разных людей. При легкой работе и работе средней тяжести ЧСС увеличивается и стабилизируется на уровне, обеспечивающем потребности организма в кислороде.

Изменение пульса в процессе работы в значительной степени зависит от тренированности. У тренированного человека частота пульса при прочих равных условиях всегда меньше, чем у нетренированного. У нетренированных людей возрастание минутного объема сердца в процессе работы обеспечивается в основном за счет учащения числа сердечных сокращений, у тренированных - за счет увеличения систолического объема.

После прекращения работы частота пульса резко снижается. Однако время восстановления пульса до исходной величины в значительной степени определяется тяжестью выполненной работы. Восстановительный период составляет при:

Легкой работе - 2-4 мин.;

Средней тяжести - 30 мин.;

Тяжелой - 65-70 мин.

Восстановительный период обусловлен накоплением в работающих органах недоокисленных продуктов обмена.

Под влиянием импульсов из ЦНС, а также в результате сосудорасширяющего действия продуктов мышечного сокращения (молочная кислота) значительно расширяются кровоносные сосуды скелетных мышц, развивается сеть мышечных капилляров, но сами капилляры сужаются. Этим достигается лучшее кровоснабжение работающей мышцы и удаление продуктов обмена.

Дыхательная система

Дыхательная система, так же как и сердечно-сосудистая, в самом начале работы обнаруживает значительные сдвиги в сторону усиления своей деятельности. Повышение вентиляции, так же как учащение пульса, может иметь место в порядке условного рефлекса и в дорабочий период. Величина легочной вентиляции, и характер дыхания зависят как от индивидуальных особенностей, так и от степени тренированности человека.

В покое число дыханий в минуту составляет от 8 до 22, а легочная вентиляция - 4-10 л/мин. При работе потребление кислорода увеличивается в 10-15 раз. Вентиляция при выполнении тяжелой работы может достигать за счет учащения дыхания (30-40 раз в минуту) и увеличения глубины вдоха (40-60 л/мин.). У тренированных людей увеличение легочной вентиляции осуществляется главным образом за счет усиления глубины дыхания.

Количество кислорода в минуту, необходимое для полного окисления продуктов распада, носит название кислородный запрос, максимальное же количество кислорода, которое организм может получить в минуту, - кислородный потолок.

Обычно кислородный потолок при выполнении физической работы у нетренированных людей составляет около 3 л/мин., а у тренированных может достигать 4-5 л/мин.

Важно заметить, что потребление кислорода в начале работы растет и только через 2-3 мин. устанавливается на определенном уровне, т.е. наступает его устойчивое состояние.

Вначале работа производится при неполном удовлетворении кислородного запроса, вследствие чего накапливается кислородный долг. Это объясняется тем, что энергетические процессы в мышце при сокращении ее происходят мгновенно, а доставка кислорода увеличивается не сразу. И только когда доставка кислорода соответствует кислородному запросу, наступает устойчивое состояние потребления кислорода.

Кислородный долг, образовавшийся в начале работы, полностью погашается уже после прекращения работы, в период восстановления. Это касается работы легкой и средней тяжести. При тяжелой работе потребление кислорода все время растет вплоть до достижения кислородного потолка. Если кислородный запрос при работе превышает кислородный потолок, то наступает так называемое ложное устойчивое состояние; при этом потребление кислорода отражает лишь кислородный потолок, а не истинную потребность в кислороде. Восстановительный период при этом значительно удлиняется.

Восстановление потребления кислорода еще не означает восстановления всех функций организма. Напротив, другие функции, зависящие от состояния сердечно-сосудистой, дыхательной и других систем, еще значительное время не достигают своего исходного уровня.

Изменения крови

При выполнении мышечной работы в крови можно отметить некоторые характерные явления. При тяжелой физической работе отмечается увеличение числа эритроцитов, повышение количества гемоглобина и некоторое повышение вязкости крови, количество лейкоцитов может увеличиться в три раза. Возрастает в целом масса циркулирующей в организме крови за счет выхода ее из депо - селезенки, печени, кожи. Аналогично лейкоцитоз развивается главным образом за счет выхода нейтрофилов и лимфоцитов из депо. Число лейкоцитов может достигать 15-20 109/л. Через 1-2 ч после тяжелой работы возможен вторичный лейкоцитоз за счет усиления кроветворения и поступление в кровь нейтрофилов.

Из биохимических изменений крови обращает на себя внимание динамика содержания сахара (глюкозы). Обычно в состоянии покоя содержание глюкозы в крови составляет 4,4-4,95 ммоль/л. В начале работы количество глюкозы в крови увеличивается, что объясняется условно-рефлекторными влияниями. При выполнении привычной работы, особенно тренированным человеком, содержание глюкозы в крови несколько уменьшается, потом несколько повышается и держится примерно на одном уровне, вследствие того, что повышается выход сахара из печени.

Выраженное снижение содержания глюкозы в крови наступает при выполнении тяжелой и длительной работы. Уровень глюкозы ниже 3,3 ммоль/л свидетельствует о тяжелой работе и недостаточной тренированности.

Падение уровня сахара во время работы нужно расценивать как неблагоприятный факт (истощение либо недостаточная мобилизация углеводных ресурсов). Практическое значение этого может состоять в рекомендации перерыва в работе для приема пищи.

При выполнении работ различной тяжести отмечается изменение содержания в крови молочной кислоты: если в норме ее содержится 1,1-2,8 мкмоль/л, то при очень тяжелой работе - 5,6-6,7 мкмоль/л. Работа легкая или средней тяжести не вызывает накопление молочной кислоты, так как она успевает окислиться и ресинтезироваться.

Длительные физические усилия умеренной сложности вызывают только первоначальное повышение содержания молочной кислоты в крови. Резкое повышение содержания молочной кислоты наблюдается при тяжелых работах, производимых в условиях кислородной задолженности. Повышение содержания молочной кислоты сопровождается одновременным падением резервной щелочности крови. Щелочной резерв крови является показателем способности крови связывать кислые продукты. При кратковременной интенсивной работе отмечается снижение щелочного резерва. При этом, чем больше содержание молочной кислоты, тем ниже показатель щелочного резерва.

Необходимо также отметить, что в результате повышения концентрации водородных ионов может ускоряться диссоциация оксигемоглобина, увеличиваться напряжение кислорода в плазме крови и скорость его перехода в ткани. Благодаря этому при работе значительно повышается коэффициент утилизации кислорода, особенно у тренированных лиц.

Особую роль в сосудистой регуляции играют продукты обмена (гистамин, адениловая кислота, ацетилхолин), а также адреналин, суживающий сосуды внутренних органов, и антидиуретический гормон (вазопрессин), действующий на артериолы и капилляры.

При выполнении работы содержание углекислоты в крови уменьшается. Это обусловлено связыванием углекислого газа катионами и вымыванием из крови при гипервентиляции.

Температура тела

Во время работы происходит изменение температуры тела. При выполнении некоторых видов тяжелой мышечной работы она может доходить до 38,5-39,3о.

При интенсивной умственной работе может повышаться температура кожи головы.

Возрастание теплопродукции в работающих мышцах сопровождается увеличением теплоотдачи через расширяющиеся сосуды кожи и путем испарения пота.

В то же время как небольшое повышение температуры тела при работе является благоприятным фактором, стимулирующим обмен веществ, тканевое дыхание, улучшающим условия утилизации кислорода, значительное повышение ее при работе нельзя признать благоприятным. При этом происходит усиленный распад белковых соединений, ухудшаются условия работы сердечно-сосудистой системы, нервных центров, значительно увеличивается расход энергии на внешнюю работу, усиливается потоотделение, изменяется водно-солевой режим организма (особенно при работе в горячих цехах или при выполнении тяжелой физической работы). При этом значительное повышение деятельности потовых желез может снижать выделительную функцию почек. Для пополнения влагопотерь рабочие, выполняющие тяжелые физические работы, должны выпивать большее количество жидкости, чем при легких работах (до 4-5 л за смену).

Следует отметить, что при тяжелой физической нагрузке возможно торможение секреции и моторной функции желудка, а также замедление переваривания и всасываемости пищи.

Физические нагрузки вызывают перестройки различных функций организма, особенности и степень которых зависят от мощности, характера двигательной деятельности, уровня здоровья и тренированности. О влиянии физических нагрузок на человека можно судить только на основе всестороннего учета совокупности реакций целостного организма, включая реакцию со стороны центральной нервной системы (ЦНС), сердечно-сосудистой системы (ССС), дыхательной системы, обмена веществ и др. Следует подчеркнуть, что выраженность изменений функций организма в ответ на физическую нагрузку зависит, прежде всего, от индивидуальных особенностей человека и уровня его тренированности. В основе развития тренированности, в свою очередь, лежит процесс адаптации организма к физическим нагрузкам. Адаптация - совокупность физиологических реакций, лежащая в основе приспособлений организма к изменению окружающих условий и направленная на сохранение относительного постоянства его внутренней среды - гомеостаза.

В понятиях «адаптация, адаптированность», с одной стороны, и «тренировка, тренированность», с другой стороны, много общих черт, главной из которых является достижение нового уровня работоспособности. Адаптация организма к физическим нагрузкам заключается в мобилизации и использовании функциональных резервов организма, совершенствовании имеющихся физиологических механизмов регуляции. Никаких новых функциональных явлений и механизмов в процессе адаптации не наблюдается, просто имеющиеся уже механизмы начинают работать совершеннее, интенсивнее и экономичнее (урежение сердцебиения, углубление дыхания и др.).

Процесс адаптации связан с изменениями в деятельности всего комплекса функциональных систем организма (сердечно-сосудистая, дыхательная, нервная, эндокринная, пищеварительная, сенсомоторная и др. системы). Разные виды физических упражнений предъявляют различные требования к отдельным органам и системам организма. Правильно организованный процесс выполнения физических упражнений создает условия для совершенствования механизмов, поддерживающих гомеостаз. В результате этого сдвиги, происходящие во внутренней среде организма, быстрее компенсируются, клетки и ткани становятся менее чувствительными к накоплению продуктов обмена веществ.

Среди физиологических факторов, определяющих степень адаптации к физическим нагрузкам, большое значение имеют показатели состояния систем, обеспечивающих транспорт кислорода, а именно - система крови и дыхательная система.

Кровь и кровеносная система

В организме взрослого человека содержится 5–6 л крови. В состоянии покоя 40–50 % ее не циркулирует, находясь в так называемом «депо» (селезенка, кожа, печень). При мышечной работе увеличивается количество циркулирующей крови (за счет выхода из «депо»). Происходит ее перераспределение в организме: большая часть крови устремляется к активно работающим органам: скелетным мышцам, сердцу, легким. Изменения в составе крови направлены на удовлетворение возросшей потребности организма в кислороде. В результате увеличения количества эритроцитов и гемоглобина повышается кислородная емкость крови, т. е. увеличивается количество кислорода, переносимого в 100 мл крови. При занятиях спортом увеличивается масса крови, повышается количество гемоглобина (на 1–3 %), увеличивается число эритроцитов (на 0,5–1 млн. в кубическом мм), возрастает количество лейкоцитов и их активность, что повышает сопротивляемость организма к простудным и инфекционным заболеваниям. В результате мышечной деятельности активизируется система свертывания крови. Это одно из проявлений срочной адаптации организма к воздействию физических нагрузок и возможным травмам с последующим кровотечением. Программируя «с опережением» такую ситуацию, организм повышает защитную функцию системы свертывания крови.

Двигательная деятельность оказывает существенное влияние на развитие и состояние всей системы кровообращения. В первую очередь, изменяется само сердце: увеличиваются масса сердечной мышцы и размеры сердца. У тренированных масса сердца составляет в среднем 500 г, у нетренированных - 300.

Сердце человека чрезвычайно легко поддается тренировке и как ни один другой орган нуждается в ней. Активная мышечная деятельность способствует гипертрофии сердечной мышцы и увеличению его полостей. Объем сердца у спортсменов больше на 30 %, чем у не занимающихся спортом. Увеличение объема сердца, особенно его левого желудочка, сопровождается повышением его сократительной способности, увеличением систолического и минутного объемов.

Физическая нагрузка способствует изменению деятельности не только сердца, но и кровеносных сосудов. Активная двигательная деятельность вызывает расширение кровеносных сосудов, снижение тонуса их стенок, повышение их эластичности. При физических нагрузках почти полностью раскрывается микроскопическая капиллярная сеть, которая в покое задействована всего на 30–40 %. Все это позволяет существенно ускорить кровоток и, следовательно, увеличить поступление питательных веществ и кислорода во все клетки и ткани организма.

Работа сердца характеризуется непрерывной сменой сокращений и расслаблений его мышечных волокон. Сокращение сердца называется систолой, расслабление - диастолой. Количество сокращений сердца за одну минуту - частота сердечных сокращений (ЧСС). В состоянии покоя у здоровых нетренированных людей ЧСС находится в пределах 60–80 уд/мин, у спортсменов - 45–55 уд/мин и ниже. Урежение ЧСС в результате систематических занятий физическими упражнениями называется брадикардией. Брадикардия препятствует «изнашиванию миокарда и имеет важное оздоровительное значение. На протяжении суток, в течение которых не было тренировок и соревнований, сумма суточного пульса у спортсменов на 15–20 % меньше, чем у лиц того же пола и возраста, не занимающихся спортом.

Мышечная деятельность вызывает учащение сердцебиения. При напряженной мышечной работе ЧСС может достигать 180–215 уд/мин. Следует отметить, что увеличение ЧСС имеет прямо пропорциональную зависимость с мощностью мышечной работы. Чем больше мощность работы, тем выше показатели ЧСС. Тем не менее, при одинаковой мощности мышечной работы ЧСС у менее подготовленных лиц значительно выше. Кроме того, при выполнении любой двигательной деятельности ЧСС изменяется в зависимости от пола, возраста, самочувствия, условий занятий (температура, влажность воздуха, время суток и т. д.).

При каждом сокращении сердца кровь выбрасывается в артерии под большим давлением. В результате сопротивления кровеносных сосудов ее передвижение в них создается давлением, называемое кровяным давлением. Наибольшее давление в артериях называют систолическим или максимальным, наименьшее - диастолическим или минимальным. В состоянии покоя у взрослых людей систолическое давление составляет 100–130 мм рт. ст., диастолическое - 60–80 мм рт. ст. По данным Всемирной организации здравоохранения, артериальное давление до 140/90 мм рт. ст. является нормотоническим, выше этих величин - гипертоническим, а ниже 100–60 мм рт. ст. - гипотоническим. В процессе выполнения физических упражнений, а также после окончания тренировки, артериальное давление обычно повышается. Степень его повышения зависит от мощности выполненной физической нагрузки и уровня тренированности человека. Диастолическое давление изменяется менее выражено, чем систолическое. После длительной и очень напряженной деятельности (например, участие в марафоне) диастолическое давление (в некоторых случаях и систолическое) может быть меньше, чем до выполнения мышечной работы. Это обусловлено расширением сосудов в работающих мышцах.

Важными показателями производительности сердца являются систолический и минутный объем. Систолический объем крови (ударный объем) - это количество крови, выбрасываемой правым и левым желудочками при каждом сокращении сердца. Систолический объем в покое у тренированных - 70–80 мл, у нетренированных - 50–70 мл. Наибольший систолический объем наблюдается при ЧСС 130–180 уд/мин. При ЧСС свыше 180 уд/мин он сильно снижается. Поэтому наилучшие возможности для тренировки сердца имеют физические нагрузки в режиме 130–180 уд/мин. Минутный объем крови - количество крови, выбрасываемое сердцем за одну минуту, зависит от ЧСС и систолического объема крови. В состоянии покоя минутный объем крови (МОК) составляет в среднем 5–6 л, при легкой мышечной работе увеличивается до 10–15 л, при напряженной физической работе у спортсменов может достигать 42 л и более. Увеличение МОК при мышечной деятельности обеспечивает повышенную потребность органов и тканей в кровоснабжении.

Дыхательная система

Изменения показателей дыхательной системы при выполнении мышечной деятельности оцениваются по частоте дыхания, жизненной емкости легких, потреблением кислорода, кислородным долгом и другими более сложными лабораторными исследованиями. Частота дыхания (смена вдоха и выдоха и дыхательной паузы) - количество дыханий в одну минуту. Определение частоты дыхания производится по спирограмме или по движению грудной клетки. Средняя частота у здоровых лиц 16–18 в минуту, у спортсменов - 8–12. При физической нагрузке частота дыхания увеличивается в среднем в 2–4 раза и составляет 40–60 дыхательных циклов в минуту. С учащением дыхания неизбежно уменьшается его глубина. Глубина дыхания - это объем воздуха спокойного вдоха и ли выдоха при одном дыхательном цикле. Глубина дыхания зависит от роста, веса, размера грудной клетки, уровня развития дыхательных мышц, функционального состояния и степени тренированности человека. Жизненная емкость легких (ЖЕЛ) - наибольший объем воздуха, который можно выдохнуть после максимального вдоха. У женщин ЖЕЛ составляет в среднем 2,5–4 л, у мужчин - 3,5–5 л. Под влиянием тренировки ЖЕЛ возрастает, у хорошо тренированных спортсменов она достигает 8 л. Минутный объем дыхания (МОД) характеризует функцию внешнего дыхания, определяется произведением частоты дыхания на дыхательный объем. В покое МОД составляет 5–6 л, при напряженной физической нагрузке возрастает до 120–150 л/мин и более. При мышечной работе ткани, особенно скелетные мышцы, требуют значительно больше кислорода, чем в покое, и вырабатывают больше углекислого газа. Это приводит к увеличению МОД, как за счет учащения дыхания, так и вследствие увеличения дыхательного объема. Чем тяжелее работа, тем относительно больше МОД (табл. 2.2).

Таблица 2.2

Средние показатели реакции сердечно-сосудистой

и дыхательной систем на физическую нагрузку

Параметры		При интенсивной физической нагрузке
Частота сердечных сокращений	50–75 уд/мин	160–210 уд/мин
Систолическое артериальное давление	100–130 мм рт. ст.	200–250 мм рт. ст.
Систолический объем крови		150–170 мл и выше
Минутный объем крови (МОК)		30–35 л/мин и выше
Частота дыхания	14 раз/мин	60–70 раз/мин
Альвеолярная вентиляция (эффективный объем)		120 л/мин и более
Минутный объем дыхания		120–150 л/мин

Максимальное потребление кислорода (МПК) является основным показателем продуктивности как дыхательной, так и сердечно-сосудистой (в целом - кардио-респираторной) систем. МПК - это наибольшее количество кислорода, которое человек способен потребить в течение одной минуты на 1 кг веса. МПК измеряется количеством миллилитров за 1 мин на 1 кг веса (мл/мин/кг). МПК является показателем аэробной способности организма, т. е. способности совершать интенсивную мышечную работу, обеспечивая энергетические расходы за счет кислорода, поглощаемого непосредственно во время работы. Величину МПК можно определить математическим расчетом, используя специальные номограммы; можно в лабораторных условиях при работе на велоэргометре или восхождении на ступеньку. МПК зависит от возраста, состояния сердечно-сосудистой системы, массы тела. Для сохранения здоровья необходимо обладать способностью потреблять кислород как минимум на 1 кг - женщинам не менее 42 мл/мин, мужчинам - не менее 50 мл/мин. Когда в клетки тканей поступает меньше кислорода, чем нужно для полного обеспечения потребности в энергии, возникает кислородное голодание, или гипоксия.

Кислородный долг - это количество кислорода, которое требуется для окисления продуктов обмена веществ, образовавшихся при физической работе. При интенсивных физических нагрузках, как правило, наблюдается метаболический ацидоз различной степени выраженности. Его причиной является «закисление» крови, т. е. накопление в крови метаболитов обмена веществ (молочной, пировиноградной кислот и др.). Для ликвидации этих продуктов обмена нужен кислород - создается кислородный запрос. Когда кислородный запрос выше потребления кислорода в данный момент, образуется кислородный долг. Нетренированные люди способны продолжить работу при кислородном долге 6–10 л, спортсмены могут выполнять такую нагрузку, после которой возникает кислородный долг в 16–18 л и более. Кислородный долг ликвидируется после окончания работы. Время его ликвидации зависит от длительности и интенсивности предыдущей работы (от нескольких минут до 1,5 ч).

Пищеварительная система

Систематически выполняемые физические нагрузки повышают обмен веществ и энергии, увеличивают потребность организма в питательных веществах, стимулирующих выделение пищеварительных соков, активизируют перистальтику кишечника, повышают эффективность процессов пищеварения.

Однако при напряженной мышечной деятельности могут развиваться тормозные процессы в пищеварительных центрах, уменьшающие кровоснабжение различных отделов желудочно-кишечного тракта и пищеварительных желез в связи с тем, что необходимо обеспечивать кровью усиленно работающие мышцы. В то же время сам процесс активного переваривания обильной пищи в течение 2–3 ч после ее приема снижает эффективность мышечной деятельности, так как органы пищеварения в этой ситуации оказываются как бы более нуждающимися в усиленном кровообращении. Кроме того, наполненный желудок приподнимает диафрагму, тем самым, затрудняя деятельность органов дыхания и кровообращения. Вот почему физиологическая закономерность требует принимать пишу за 2,5–3,5 ч до начала тренировки, и через 30–60 минут после нее.

Выделительная система

При мышечной деятельности значительна роль органов выделения, которые выполняют функцию сохранения внутренней среды организма. Желудочно-кишечный тракт выводит остатки переваренной пищи; через легкие удаляются газообразные продукты обмена веществ; сальные железы, выделяя кожное сало, образуют защитный, смягчающий слой на поверхности тела; слезные железы обеспечивают влагу, смачивающую слизистую оболочку глазного яблока. Однако основная роль в освобождении организма от конечных продуктов обмена веществ принадлежит почкам, потовым железам и легким.

Почки поддерживают в организме необходимую концентрацию воды, солей и других веществ; выводят конечные продукты белкового обмена; вырабатывают гормон ренин, влияющий на тонус кровеносных сосудов. При больших физических нагрузках потовые железы и легкие, увеличивая активность выделительной функции, значительно помогают почкам в выводе из организма продуктов распада, образующихся при интенсивно протекающих процессах обмена веществ.

Нервная система в управлении движениями

При управлении движениями ЦНС осуществляет очень сложную деятельность. Для выполнения четких целенаправленных движений необходимо непрерывное поступление в ЦНС сигналов о функциональном состоянии мышц, о степени их сокращения и расслабления, о позе тела, о положении суставов и угла сгиба в них. Вся эта информация передается от рецепторов сенсорных систем и особенно от рецепторов двигательной сенсорной системы, расположенных в мышечной ткани, сухожилиях, суставных сумках. От этих рецепторов по принципу обратной связи и по механизму рефлекса ЦНС поступает полная информация о выполнении двигательного действия и о сравнении ее с заданной программой. При многократном повторении двигательного действия импульсы от рецепторов достигают двигательных центров ЦНС, которые соответственным образом меняют свою импульсацию, идущую к мышцам, с целью совершенствования разучиваемого движения до уровня двигательного навыка.

Двигательный навык - форма двигательной деятельности, выработанная по механизму условного рефлекса в результате систематических упражнений. Процесс формирования двигательного навыка проходит три фазы: генерализации, концентрации, автоматизации.

Фаза генерализации характеризуется расширением и усилением процессов возбуждения, в результате чего в работу вовлекаются лишние группы мышц, а напряжение работающих мышц оказывается неоправданно большим. В этой фазе движения скованы, неэкономичны, неточны и плохо координированы.

Фаза концентрации характеризуется снижением процессов возбуждения благодаря дифференцированному торможению, концентрируясь в нужных зонах головного мозга. Исчезает излишняя напряженность движений, они становятся точными, экономичными, выполняются свободно, без напряжения, стабильно.

В фазе автоматизации навык уточняется и закрепляется, выполнение отдельных движений становится как бы автоматическим и не требует контроля сознания, которое может быть переключено на окружающую обстановку, поиск решений и т. п. Автоматизированный навык отличается высокой точностью и стабильностью всех составляющих его движений.