2.3. Физиологические механизмы и закономерности совершенствования отдельных систем организма

Основной функцией живого организма является обмен веществ, который зависит от согласованной деятельности систем вегетативного обеспечения – пищеварения, кровообращения и дыхания.

Система кровообращения (сердечно-сосудистая) состоит из сердца и кровеносных сосудов, образующих в целом замкнутую систему для непрерывной регуляции крови через все органы и ткани человека.

Выделяют пять основных функций сердечно-сосудистой системы: обменную, выделительную, транспортную, защитную, гомеостатическую.

Сердечно-сосудистая система (С-С-С) – обеспечивает постоянную циркуляцию крови в организме. С-С-С состоит из сердца и кровеносных сосудов, представляющих собой эластичные трубки различного диаметра. По мере удаления от сердца крупные артерии разветвляются на более мелкие артериолы, которые, в свою очередь, разветвляются и превращаются в мельчайшие сосуды, капилляры. Артериальная кровь, отдавая тканям питательные вещества и кислород и принимая продукты жизнедеятельности клеток (углекислый газ, молочную кислоту и др.), превращается из артериальной в венозную и по венам возвращается к сердцу. Газообмен происходит на уровне капилляров в легких и тканях.

Кровь состоит из жидкой части (плазмы) и взвешенных в ней форменных элементов (эритроцитов, лейкоцитов, тромбоцитов), выполняющих важнейшие для организма функции: транспортную, регуляторную, защитную.

В организме взрослого человека содержится 5–6 л крови. В состоянии покоя 40–50 % ее не циркулирует, находясь в так называемом депо, которыми являются 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 1 мм³). Это способствует увеличению кислородной емкости крови.

Под влиянием тренировки в крови повышаются щелочные резервы, т. е. увеличивается количество веществ щелочного характера, нейтрализующих кислые продукты и препятствующих сдвигу реакции крови в кислую сторону. Поэтому, в отличие от малотренированных людей, спортсмены могут выдерживать физические нагрузки, сопровождающиеся большим образованием молочной кислоты, т. е. у них более высокая резистентность – способность работать в условиях неблагоприятных изменений внутренней среды организма. Увеличение кислородной емкости крови и ее щелочных резервов является одной из причин повышения физической работоспособности и улучшения функционального состояния организма в процессе повседневной деятельности.

Сердце – главный орган С-С-С – представляет собой полый орган. Полость его разделена продольной перегородкой на изолированную правую и левую половины, каждая из которых состоит из предсердия и желудочка. Величина сердца зависит от размеров тела, возраста, образа жизни человека. Вес сердца – 250–350 г (у женщин меньше на 10–15 %, чем у мужчин). Работа сердца заключается в непрекращающихся на всем протяжении жизни человека ритмических сокращениях и расслаблениях предсердий и желудочков. Сокращение сердечной мышцы называется систолой, расслабление – диастолой. При каждой систоле левого желудочка в аорту выталкивается определенное количество крови, называемое систолическим объемом. Его величина зависит от количества крови, притекающей к сердцу и от силы его сокращений. В состоянии покоя у взрослых людей систолический объем крови составляет 60–80 мл, при активной мышечной деятельности он может увеличиться в 2–3 раза и составлять 120–150 мл и более.

Частота сердечных сокращений (ЧСС) у взрослых здоровых людей в состоянии покоя составляет около 60–70 ударов в минуту. При физической работе происходит учащение сердечного ритма. При тяжелой физической работе ЧСС достигает 170–190 ударов в минуту и более. Производительность сердца характеризуется минутным объемом крови, т. е. количеством крови, выбрасываемым желудочком в течение 1 мин. Его величина является произведением ЧСС и систолического объема крови и составляет в покое приблизительно 4,2 л (60 уд/мин х 70 мл = 4,2 л/мин). При мышечной деятельности в связи с увеличением потребности в кровоснабжении скелетных мышц производительность сердца увеличивается.

Усиление кровоснабжения работающих мышц связано не только с увеличением объема циркулирующей крови, но и с ее перераспределением в организме. Большая часть крови при этом устремляется к работающим органам. Кровоснабжение неработающих органов уменьшается. Перераспределение крови обеспечивается сосудистыми реакциями: мелкие сосуды (артериолы, капилляры) расширяются в работающих органах и суживаются в неработающих.

Для нормального кровообращения большое значение имеет артериальное давление. Его величина зависит от силы сокращения сердца и от просвета артериальных сосудов. Различают максимальное (или систолическое давление) и минимальное (или диастолическое) давление. У здоровых людей в покое максимальное давление равно 100–130 мм рт. ст., а минимальное – 65–85 мм рт. ст. С возрастом максимальное и минимальное давление увеличивается, что зависит, главным образом, от уменьшения эластичности стенок артериальных сосудов. Во время физической работы в результате усиления деятельности сердца максимальное давление повышается и может возрасти до 200 мм рт. ст. В конце работы в связи с утомлением сердечной мышцы оно может понизиться. Минимальное давление изменяется меньше, чаще – снижается.

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 объема.

В отличие от нетренированных людей, сердце спортсмена реагирует более низким ритмом на небольшие физические нагрузки (явление экономизации). В то же время при предельных соревновательных нагрузках сердце спортсмена способно развивать более высокий ритм, имеет более мощный систолический выброс. В результате обеспечивается более полноценная доставка кислорода и энергетических веществ к работающей мускулатуре, и спортсмен имеет возможность выполнять работу большей мощности.

Кровоток в мышцах. При тяжелой работе кровоток в активно работающей мышце увеличивается наряду с обменом веществ более чем в 20 раз. Усиление кровотока выявляется не сразу же с началом работы, а развивается постепенно, в течение периода длительностью не менее 20–30 с; при легкой динамической работе кровоток в дальнейшем приходит в соответствие с потребностями мышцы. При тяжелой динамической работе эту потребность удовлетворить невозможно, причем обмен веществ в мышце должен приспосабливаться к неадекватному кровотоку.

Лимфатическая система – это вспомогательная система для тока жидкости из тканевых, межклеточных пространств в кровеносную систему. Лимфатическая система выполняет следующие функции:

– регулирует объем циркулирующей крови;

– распределяет жидкость в теле;

– выполняет защитную функцию (удаляет и уничтожает бактерии, токсины и др.);

– транспортирует питательные вещества;

– возвращает белок из тканевых пространств в кровоток.

Нарушение транспортировки лимфы по каким-либо причинам ведет к отеку, в особенности на конечностях. Лимфатические узлы, входящие в лимфатическую систему, играют значительную роль в иммунологических процессах. Они одними из первых реагируют при местных воспалительных процессах.

Дыхательная система. Функция дыхания состоит в обеспечении организма кислородом и удалении из него одного из продуктов обмена – углекислого газа. Кислород используется для процесса окисления, происходящего в клетках, а углекислый газ является продуктом окисления.

Уровень функционирования системы дыхания зависит от потребности организма в кислороде и необходимости удаления из него углекислого газа. При физической работе в связи с повышением окислительных обменных процессов в мышечной ткани потребность в кислороде возрастает в 10–15 раз.

Основными показателями, характеризующими производительность системы дыхания, являются частота дыхания, дыхательный объем, легочная вентиляция.

Частота дыхания зависит от возраста, пола и условий, в которых находится человек. Частота дыхания в покое у взрослого человека составляет 16–20 циклов в минуту (каждый цикл состоит из вдоха и выдоха), у женщин на 1–2 цикла больше. При физической нагрузке (в зависимости от характера и интенсивности выполняемых упражнений) частота дыхания может увеличиваться в 2–4 раза и составить 30–70 циклов в минуту.

Легочная вентиляция, т. е. объем воздуха, который проходит через легкие за 1 мин, в покое равна 6–8 л/мин. При напряженной физической работе ее величина может достигать 150–190 л/мин, т. е. увеличиваться в 20 и более раз.

Занятия физическими упражнениями укрепляют дыхательную мускулатуру, способствуют увеличению объема и подвижности грудной клетки. При этом возрастает глубина дыхания, увеличивается экскурсия грудной клетки. У тре¬нированного человека дыхательная система в покое работает более экономно (частота дыхания уменьшается с 16–18 до 8–10 дыханий в минуту).

Обмен веществ и энергии.

Единство организма человека с внешней средой проявляется прежде всего в непрекращающемся обмене веществ и энергии. Ни одна ткань, ни одна клетка организма не могут нормально осуществлять свои жизненные функции без притока питательных веществ и кислорода, без непрерывного удаления продуктов распада.

Обмен веществ (метаболизм) – это одновременные, но не всегда одинаково протекающие по своей интенсивности процессы ассимиляции (анаболизм) и диссимиляции (катаболизм). За счет ассимиляции происходит накопление пластических веществ, идущих на формирование различных тканей организма (масса тела), и энергетических веществ, необходимых для существования всех процессов жизнедеятельности, в том числе движения. За счет диссимиляции совершается распад химических веществ, накопленных в процессе ассимиляции. Оба процесса осуществляются при условии поступления, переработки и усвоения пластических и энергетических веществ (белки, жиры и углеводы), витаминов, минеральных веществ и микроэлементов из внешней среды в виде продуктов, а также удалении из организма продуктов распада.

Обмен веществ в мышце. При легкой работе энергия получается анаэробным путем только в течение короткого периода, во время которого происходит увеличение кровотока; после этого обмен веществ осуществляется полностью аэробно при использовании глюкозы, а также жирных кислот и глицерина. В отличие от этого, во время тяжелой работы часть энергии всегда получается анаэробно. Получение энергии анаэробным путем (образование молочной кислоты) преобладает, когда кровоток недостаточен, насыщение крови кислородом снижено или имеются «узкие места» в аэробных метаболических путях (например, на уровне пируватдегидрогеназы). Когда молочная кислота вырабатывается в значительных количествах, возникает мышечное утомление. После начала работы требуется какое-то время, пока произойдет увеличение аэробного образования энергии в мышце; этот период энергетического дефицита компенсируется за счет быстро реализуемых анаэробных энергетических резервов (АТР и креатинфосфата). Количество энергоемких фосфатов невелико по сравнению с резервами гликогена, однако они незаменимы как в течение указанного периода, так и для обеспечения кратковременных перегрузок при выполнении работы.

Таким образом, занятия физическими упражнениями и спортом значительно повышают функциональные возможности всех систем организма, обеспечивающих мышечную деятельность.

Функциональные резервы системы дыхания и кровообращения наиболее значительно повышаются при занятиях циклическими видами спорта (бег, плавание, ходьба на лыжах, велоспорт).

Использование разнообразных средств физической культуры и спорта в процессе жизнедеятельности человека является одной из форм воздействия на организм с целью совершенствования как двигательных, так и вегетативных функций человека. Однако необходимо иметь в виду, что физические нагрузки способны вызывать стойкие функциональные и морфологические изменения в системах обеспечения различных органов. Нагрузки, вызывающие ЧСС меньше, чем 130 уд/мин, не оказывают тренировочного положительного эффекта на функциональные возможности организма. При регулярных физических нагрузках, вызывающих увеличение ЧСС более чем до 130 уд/мин, системы обеспечения переходят на новый уровень функционирования всех систем организма, как в покое, так и при работе.

При выполнении большой и предельной работы повышается степень мобилизации функциональных систем, возрастают резервные возможности систем обеспечения.

В процессе регулярных занятий физическими упражнениями и спортом повышается специфическая устойчивость организма, т. е. улучшается его адаптация к физической работе, способность работать в условиях измененной среды. В силу этого тренированный человек способен выполнять более интенсивную работу, быстрее включаться в эту работу, лучше мобилизовываться и быстрее восстанавливаться.

Роль физических упражнений этим не ограничивается. Систематическая физическая тренировка организма помогает адаптироваться к различным неблагоприятным воздействиям природных факторов. На ранних стадиях онтогенеза уровень двигательной активности ребенка влияет на развитие речи, мышления. Для студентов хорошая физическая подготовленность – необходимое условие для достижения успехов в учебе и будущей профессиональной деятельности. Двигательный режим отражается на активности и устойчивости психических функций во время учебной деятельности. У физически активных студентов более короткий период врабатывания, наиболее продолжительный период высокой умственной работоспособности, позднее наступает утомление. Они быстрее восстанавливаются в периоде отдыха. У студентов-спортсменов более устойчивы функции внимания, мышления в условиях дефицита времени, действия различных раздражителей. Меньше выражена и эмоциональная напряженность в период сдачи экзаменов, что создает более благоприятные условия для успешной учебной деятельности.

Данный текст является ознакомительным фрагментом.