Адаптация отдельных систем организма человека к физкультурно-спортивной

1. Опорно-двигательный аппарат;

2. Нервная систем;

3. Мышечная система;

4. Сердечно-сосудистая система;

5. Дыхательная система;

6. Изменения в системе пищеварения и выделения.
Суставы обеспечивают 1. У человека движения происходят благодаря костям, хрящам, сухожилиям, вязкам, суставам и мышцам. Двигательный аппарат человека состоит, более чем 200 костей, которые образуют между собой подвижные сочленения (суставы), благодаря чему при мышечных сокращениях человек может выполнять движения. Скелет еще служит опорой для тела и, кроме того, защищает важные органы, например, головной и спиной мозг. Костная ткань не инертная, не безжизненная субстанция, а постоянная фабрика по производству белых и красных кровяных телец. С возрастом общая масса скелета снижается, особенно у тех, кто не занимается физическим трудом или физическими упражнениями.

Соединение костей происходит с помощью суставов (головка одной кости соответствует суставной впадине другой) без непосредственного контакта сочленяющихся поверхностей. Суставные поверхности покрыты тонким слоем хряща. Эти хрящевые пластины благодаря своей ровной и гладкой поверхности обеспечивают скольжение с очень малым трением. В некоторых случаях, например, в коленном суставе, сочленяющие поверхности недостаточно плотно контактируют друг с другом. Контактированию сочленяющихся поверхностей способствуют хрящевые прокладки (мениски). Хрящевые прокладки в суставах наиболее устойчивы в юные годы, а с возрастом становятся менее стойкими. Потеря ими воды, утончения и расслоения их, приводят к потере эластичности и сопровождаются значительными болями. Лучшая профилактика хрящевых прокладок в суставах, это регулярные занятия физическим упражнениями и спортом.

Суставы заключены в суставную капсулу, стенки которой выделяют синовиальную жидкость, которая выполняет роль смазки. Связки и суставная капсула укрепляют в целом суставную сумку и стабилизируют сустав. Такую же функцию выполняют и мышцы, окружающие суставы.

Подвижность в суставах величина изменчива. При специальной физической тренировке она повышается, а при неподвижности, например, в суставе, зафиксированном гипсом, подвижность значительно снижается. Подвижность суставов уменьшается и с возрастом. Однако благодаря специальной и регулярной физической тренировки подвижность в суставах можно значительно повысить в любом возрасте, но особенно легко это сделать в детском, подростковом и молодежном возрасте.

Позвоночник и забота о нем. Позвоночник, как известно, состоит из позвонков, которые подвижно и эластично соединены друг с другом посредством суставных отростков и межпозвоночных дисков. Каждый позвонок обладает круговой подвижностью, но вместе они ограничивают его подвижность. Отверстия позвонков находятся прямо, против друг друга и образуют тем самым канал для спинного мозга. Связки, межпозвоночные диски и связочно-мышечный аппарат позвоночника служат амортизаторами, которые позволяют нам ходить и прыгать по твердой опоре, не боясь, что сильные толчки могут оказать давление на спиной мозг. При равномерном распределении нагрузи на позвоночник, наибольшая ее часть приходится на нижепоясничный и поясничо-кресцовый его отделы.

Большое количество людей подвержены заболеваниям позвоночника. Одна из причин заболеваний позвоночника состоит в том, что межпозвоночные диски с возрастом изменяются, их края становятся хрупкими и менее прочными. Когда такой межпозвоночный диск подвергается нагрузке, прежде всего сгибательной или разгибательной, может произойти разрыв фиброзного кольца с формированием грыжевого выпячивания. Содержимое грыжевого выпячивания давит на нервные корешки или спиной мозг, что может сопровождаться длительными болями.

Межпозвоночные диски подвергаются большому давлению при поднятии и ношении тяжестей. Когда человек весом 75 кг наклоняется до горизонтального положения, нагрузка на позвонки нижней части позвоночника составляет примерно 300 кг. Если в этом положении поднять вес 50 кг, или удерживать вес в 30 кг, то нагрузка возрастает до 800 кг. Подобная нагрузка является почти предельной, которую может выдержать позвоночник. Чтобы максимально щадить позвоночник от перегрузок, нужно следовать следующим рекомендациям, касающихся допустимого поднимаемого веса (Табл. 1).

2. Нервная система – одна из наиболее сложных систем организма человека. Многие из ее функций еще недостаточно изучены. Нервная система связывает все функции в один целостный организм. Основным свойством нервной системы является ее способность к адекватной реакции на изменяющиеся условия внешней среды, то есть приспособления к ним. Занятия физическими упражнениями исключительно большое влияние оказывают на вегетативную нервную систему, управляющую функцией внутренних органов, которая, как известно, состоит из двух отделов: симпатического и парасимпатического. Не вдаваясь в подробности, можно сказать, что симпатическая нервная система возбуждает, стимулирует и усиливает работу внутренних органов, а парасимпатическая оказывает как бы сдерживающее, тормозящее влияние. Составляя диалектическое единство, они управляют всеми жизненно важными процессами в организме.

Таблица 1. Рекомендуемый все (кг) при ношении груза

Поднятие груза	Взрослые		Молодежь (13-16 лет)
	мужчины	женщины	мужчины	женщины
От случая к случаю	50	30	30	15
Часто	18	12	15	10

Симпатический отдел нервной системы тесно связан с надпочечниками, выделяющими биологически активные вещества (гормоны) - адреналин и норадреналин. В комплексе эта так называемая симпатико-адреналовая система, поддерживает постоянство внутренней среды организма (гомеостаз), обеспечивает нормальную регуляцию всех жизненно важных процессов, а также приспособляемость организма к различным внешним неблагоприятным условиям. Симпатико-адреналовая система играет основную роль в механизме адаптации к стрессовым ситуациям. В процессе регулярных занятий физкультурой симпатико-адреналовая система перестраивается, совершенствуется, мобилизует большое количество гормонов к адаптации. К ним относятся названные уже адреналин и норадреналин, а также гормоны (кортикостероиды), вырабатываемые корковым веществом надпочечников. Это главные гормоны, управляющие всей энергетикой организма и обеспечивающие его адаптацию в основных фазах стресса.

Таким образом, физические упражнения развивают и укрепляют симпатико-адреналовую систему, увеличивая в итоге способность организма человека противостоять любым экстремальным воздействиям (переохлаждению, болезни или нервно-психическому перенапряжению).

Регулярная активность тренирует и парасимпатический отдел нервной системы, приучает организм экономно расходовать и распределять физиологические резервы. Это время относительного физического покоя, а так же ночного сна. В этот период дыхание и сердцебиение становятся реже, снижаются артериальное давление, температура тела. В организме происходит восстановление энергии и белков - строительного материала тканей.

В процессе систематических физических тренировок изменяется и нервная регуляция мышц. Как известно, для сокращения мышцы необходим импульс из нервной системы. Поэтому к каждому мышечному волокну подходят веточки двигательного нерва. Сами же нервные клетки, называемые мотонейронами, регулирующие различные мышечные сокращения находятся в спинном, или головном мозге. От каждого двигательного нейрона идут ответвления к различному числу мышечных волокон. Нервная клетка и все мышечные волокна, которые управляются ее, получило название двигательной единицы. Одна нервная клетка может управлять различным количеством мышечных волокон. Те мышцы человека, которые выполняют очень тонкие дифференцированные мышечные движения, их двигательные единицы состоят из небольшого количества мышечных волокон, например, в мышцах глаз это всего 3–5 волокон, а там где не требуется точная координация движений, двигательные единицы насчитывают до нескольких тысяч мышечных волокон. Например, в мышцах туловища в одной двигательной единицы насчитывается до 2000 мышечных волокон, в мышцах голени до 3–5 тысяч.

Если в какой то момент в работу включается небольшое количество двигательных единиц, то напряжение мышцы невелико. Увеличению количества включенных в работу двигательных единиц ведет к нарастанию напряжения (силы), развиваемой мышцей. Одиночное мышечное волокно способно развивать усилие приблизительно в 200–300 мг. Мышечная же система человека состоит из мышечных волокон (15-30)10³ , следовательно, они вместе могут реализовать напряжение в 20–30 т.

Центральная нервная система управляет силой сокращения мышцы путем изменения количество одновременно участвующих в сокращении двигательных единиц, а также от частоты поступления к ним импульсов. Учащение импульсов приводит к нарастанию величины напряжения мышцы. Важную роль в увеличении силы играет одновременное и синхронизированное по времени число активированных двигательных единиц, т.е. повышается координация управления мышечными волокнами со стороны нервной системы. В процессе тренировочных занятий, особенно направленных на развитие мышечной силы, нервная система с одной стороны, увеличивает число одновременно сокращающих двигательных единиц в отдельной мышце, обеспечивая их синхронность сокращения, а с другой стороны, способствует наиболее полному расслаблению мышц (антагонистов), т.е. активно не участвующих в данном движении.

Нетренированные люди обычно не могут использовать свои максимальные силовые возможности, так как не могут мобилизовать к одновременному сокращению не более 15–25%, имеющих у них двигательных единиц.

В процессе систематических физических тренировок происходит увеличение силы мышц, как за счет одновременного вовлечения в сокращение большего количества двигательных единиц, так и за счет оптимизации поступающих нервных импульсов от нервной системы. Так хорошо тренированные к силовым нагрузкам атлеты могут одновременно вовлекать в работу уже более 50% двигательных единиц, находящиеся в мышце, при этом, с одной стороны, обеспечивая их синхронность сокращения, а с другой - наиболее полного расслабления мышц не участвующих в движении.
3. Мышцы человека являются исключительно разнородной тканью, состоящей преимущественно из мышечных волокон, соединительнотканных, нервных и сосудистых элементов, которые в комплексе обеспечивают ее главную функцию – активное сокращение. По своим свойствам все мышечные волокна делятся на несколько типов. Первоначально их назвали красными и белами, что было связано с окраской мышечной ткани, т.е. внешним видом. Впоследствии было показано, что эти волокна имеют различные механические и физиологические свойства. Отличие красных волокон состоит в том, что они снабжаются богато разветвленной сетью капилляров, в них находится большее количество митоходрий (энергетических образований), гликогена (углевода, при окислении которого кислородом, выделяется большое количество энергии), что делает их более выносливыми. Величина и скорость сокращения этих волокон «невелико», что дало им еще название «медленными» (МС- мышечное волокно).

Второй тип волокон, называют «белыми» по их цвету, или «быстрыми» (БС – мышечные волокна) по скорости их сокращения. Они могут развивать значительно большую силу и достигать своего максимального напряжения значительно быстрее, чем красные волокна. Энергия их сокращения черпается преимущественно за счет анаэробных (бескислородных) источников энергии. Например, чтобы достичь пика напряжения при стимулировании медленно сокращающимся волокнам требуется около 110 мс, в то время как быстро сокращающимся – около 50 мс.

В среднем мышцы состоят на 52–55% из МС мышечных волокон, на 45–48% из БС- мышечных волокон. По мере старения соотношение волокон изменяется: уменьшается количество БС – мышечных волокон, что приводит к увеличению процента МС – мышечных волокон.

В результате регулярных физических тренировок в мышечной системе происходят значительные изменения. Прежде всего, увеличиваются размеры и объем самих мышечных волокон и в целом всей мышцы (гипертрофия). При этом утолщение мышечных волокон происходит как за счет увеличения объема саркоплазмы (т.е. несократительной части мышечных волокон), так и за счет увеличения объема миофибрилл (т.е. сократительного аппарата мышечных волокон). В первом случае, гипертрофия ведет к повышению метаболических резервов мышц (гликогена, креатинфосфата, миоглобина и др.), что способствует, в первую очередь, повышению их выносливости. Во втором случае, увеличение толщины мышечного волокна ведет к значительному росту силы (напряжения) мышцы.

У женщин редко наблюдается преобладание какого-либо типа волокон, в то время как у мужчин, преобладание отдельных мышечных волокон можно встретить довольно часто.

Соотношение между красными и белыми мышечными волокнами у каждого человека индивидуально и наследственно обусловлено.

Человек, имеющий большое число красных мышечных волокон, уже в юные годы имеет склонность к видам спорта на выносливость и имеет большие возможности добиться успеха в этих видах спорта в дальнейшем. Это вызвано тем, что скелетная мускулатура у большинства выдающихся спортсменов - представителей видов спорта на выносливость /например, бегуны на длинные дистанции и лыжников/ - состоит преимущественно из красных волокон (табл. 2).

Спортсмены, специализирующие в спринтерских дистанциях, напротив, имеют больший процент белых волокон. Отмечались случаи, когда количество БС – волокон в икроножной мышце бегунов-спринтеров достигала 92%, а у бегунов – стайеров эта мышца состояла на 93–99% из МС – мышечных волокон. ²³

Установлено, что мозг регулирует деятельность мышц в зависимости от того, какую силу должна, развить мышца, а не от скорости её сокращения. Первыми в работу вовлекаются двигательные единицы медленного сокращения – самые мелкие из типов двигательных единиц. Если они не способны развить необходимую силу, мозг активирует двигательные единицы быстрого сокращения. Установлено, что при физических нагрузках относительно невысокой интенсивности (40–50%) наиболее активными являются МС – мышечные волокна. При работе с высокой интенсивностью (90%) основную нагрузку несут уже БС – мышечные волокна типа. При предельных или около предельных напряжениях мышцы, двигательные единицы активируются практически одновременно.

При продолжительной работе, когда напряжение мышц относительно небольшое, нервная система вовлекает в работу именно те мышечные волокна, которые наиболее пригодны для этой деятельности, т.е. МС- мышечные волокна и некоторые БС – мышечные волокна типа. В процессе нагрузки в этих волокнах истощается запас основного «горючего» (гликогена) и нервной системе приходиться вовлекать все больше БС- мышечных волокон для поддержания мышечного напряжения. Это объясняет, почему утомление во время продолжительной работы происходит как бы поэтапно. Или почему требуется значительное сознательное усилие для поддержания данного темпа на финише. Результатом сознательного усилия является активизация мышечных волокон, которые труднее вовлекаются в работу.

Таблица 2. Состав и площадь поперечного сечения МС– и БС– мышечных волокон мышц спортсменов (М) и спортсменок (Ж) (по Уилмор Д., Костилл Д., 1997). ²⁴

Спортсмены	Пол	Мышцы	Состав, %		Площадь поперечного сечения, мкм
			МС	БС
					МС	БС
Спринтеры (бегуны)	М Ж	Икроножная Икроножная	24 27	76 73	5,87 3,75	6,03 3,93
Бегуны на длинные дистанции	М Ж	Икроножная Икроножная	79 69	21 31	8,34 4,44	6,48 4,12
Велосипедисты	М Ж	Латеральная широкая мышца бедра	57 51	43 49	6,33 5,48	6,11 5,21
Пловцы	М	Задняя дельтовидная	67	33	-	-
Тяжелоатлеты	М	Икроножная Дельтовидная Задняя дельтовидная	44 53 60	56 47 40	5,06 5,01 -	8,91 8,45 -
Гребцы	М	Задняя дельтовидная	71	29	4,92	7,04
Толкатели ядра	М	Икроножная	38	62	6,37	6,44
Не спортсмены	М Ж	Четырехглавая мышца бедра Икроножная	47 52	53 48	4,72 3,50	4,70 3,14

Хотя длительная и напряженная физическая тренировка может привести к преобразованию одних мышечных волокон в другие, но этот процесс очень длителен и мало эффективен.

МС- мышечные волокна очень слабо подвержены скоростной тренировке. Так, спортсмены, в мышцах которых содержатся малое количество БС- мышечных волокон, слабо приспосабливаются к скоростной работе даже после напряженной тренировки скоростного характера. В результате интенсивной и продолжительной работы, направленной на развитие выносливости, также наблюдаются существенные и функциональные изменения БС- мышечных волокон. Вместе с тем никакой специальной тренировкой, связанной с развитием выносливости, невозможно добиться в БС – мышечных волокнах таких изменений, которые характерны для хорошо тренированных МС- мышечных волокон, и при прочих равных условиях спортсмены с большим количеством МС- мышечных волокон будут иметь преимущество на длинных дистанциях над спортсменами, у которых таких волокон меньше.

Таким образом, количество мышечных волокон определенного типа в значительной мере обусловливает достижения спортсменов в различных видах соревнований. Однако было бы неправильно считать, что лишь на основании доминирующего типа мышечного волокна можно легко отобрать чемпионов на длинные и короткие дистанции. Успешное выступление на этих дистанциях, требующих проявление выносливости, скорости и силы, зависит и от других факторов, например, функции сердечно-сосудистой системы.

В результате регулярных физических тренировок в мышечной системе происходят значительные изменения. Прежде всего, увеличиваются размеры и объем самих мышечных волокон и в целом всей мышцы (гипертрофия). При этом утолщение мышечных волокон происходит как за счет увеличения объемы саркоплазмы (т.е. не сократительной части мышечных волокон), так и за счет увеличения объема миофибрилл (т.е. сократительного аппарата мышечных волокон). В первом случае, гипертрофия ведет к повышению метаболических резервов мышц (гликогена, креатинфосфата, миоглобина и др.), что способствует, в первую очередь повышению их выносливости. Во - втором случае, увеличение толщины мышечного волокна ведет к значительному росту силы (напряжения) мышцы.

Различают два типа мышечной гипертрофии: кратковременная и долговременная. Первая представляет собой увеличение объема мышцы во время единичной физической нагрузки. Это происходит, главным образом, вследствие накопления жидкости (отека), поступающей из плазмы крови в межклеточное пространство мышцы. Кратковременная гипертрофия длится недолго. Жидкость возвращается в кровь в течение нескольких часов после физической нагрузки. Долговременная гипертрофия представляет собой увеличение мышечного объема вследствие длительных физических тренировок. Длительное время считалось, что количество мышечных волокон в каждой мышце детерминировано генетически и остается неизменным в течение всей жизни. Вместе с тем, в последние годы появились доказательства то факта, что напряженная и длительная физическая тренировка приводит не только к гипертрофии мышечных волокон, но к увеличению их количества. ²⁶

Увеличение количества мышечных волокон (гиперплазия). Длительное время считалось, что количество мышечных волокон в каждой мышце детерминировано генетически и остается неизменным в течение всей жизни. Вместе с тем, в последние годы появляется все больше доказательств тому, что напряженная и длительная физическая тренировка приводит не только к гипертрофии мышечных волокон, но и к увеличению их количества (гиперплазии). Например, силовая тренировка с большими отягощениями и небольшим количеством повторений в течение двух лет не только приводит к увеличению мышечной массы и гипертрофии мышечных волокон, но и к достоверному увеличению (на 9%) общего количества мышечных волокон.²⁷ Подобные данные были получены при исследовании бегунов на длинные дистанции.

Увеличение размеров отдельных мышечных волокон. Утолщение мышечных волокон происходит как за счет увеличения объема саркоплазмы (т.е. несократительной части мышечных волокон), так и за счет увеличения объема миофибрилл (т.е. сократительного аппарата мышечных волокон). В первом случае гипертрофия ведет к повышению метаболических резервов мышц (гликогена, креатин фосфата, миоглобин и др.), что способствует, повышению их выносливости.

Гипертрофия отдельных мышечных волокон происходит в основном в результате увеличения белкового синтеза в мышцах. Белок в мышцах подвергается постоянным процессам синтеза и расщепления. Интенсивность их изменяется в зависимости от потребностей. При выполнении силовых физических нагрузок синтез белка уменьшается, а расщепление увеличивается. Для периода восстановления после физических нагрузок характерно увеличение синтеза белка. Продукты расщепления белков стимулируют белковый синтез в восстановительном периоде с последующей суперкомпенсацией сократительных белков и соответствующем приростом их массы. Увеличение толщины мышечного волокна всегда ведет к значительному росту силы (напряжения) мышцы. В результате суммарной перестройки морфологических, биохимических и физиологических ме -ханизмов, обеспечивающих приспособление организма человека к работе силового характера, сила мышц может возрастать в 2–4 раза.²⁸

Гипертрофия мышечных волокон определяется методикой тренировки. Быстрые мышечные волокна гипертрофируются, прежде всего, под влиянием упражнений, требующих проявления скоростной силы. При статической работе их гипертрофия происходит лишь в случае предельных по интенсивности и продолжительности напряжений. Например, у культуристов, которые в тренировках использовали небольшие отягощения при большом количестве повторений и небольшой скорости движений, наблюдалось гипертрофия медленных мышечных волокон, в то время как быстрые мышечные волокна не увеличили своего объема. Напротив, применение больших отягощений при небольшом количестве повторений и высокой скорости движений приводит к избирательной гипертрофии быстрых мышечных волокон, а объем медленных мышечных волокон остается без существенных изменений.

В процессе длительных физических тренировок происходят изменения в отдельных функциональных свойствах скелетных мышц. Это связано с преобразованием одних мышечных волокон в другие.

О преобразовании одних волокон в другие в процессе спортивной тренировки свидетельствуют результаты многочисленных исследований композиции мышечной ткани, несущей основную нагрузку в тренировочной и соревновательной деятельности. Так, у гребцов на байдарках и пловцов-стайеров в дельтовидной мышце регистрировалось до 60–70% МС-волокон, а в широкой мышце бедра таких волокон было не более 45–60%. У велосипедистов-шоссейников, лыжников, бегунов-стайеров картина противоположная: в икроножной мышце плеча количество МС-волокон у этих же спортсменов не превышало 50–60%.²⁹ Исследования на животных подтвердили, что иннервация БС-волокон путем переноса в нерв (при помощи специальных электродов) электроимпульсов с частотной характеристикой, соответствующей иннервации МС-волокон, приводит к изменению структурных и функциональных свойств волокон.³⁰

Одной из наиболее важных положительных адаптационных реакций организма человека на физические нагрузки является увеличение кровотока в мышцах. Три фактора обусловливают повышение кровоснабжение мышц в результате физических тренировок:

1) повышение количества капилляров как в целом в мышце, так и увеличение их вокруг каждого мышечного волокна. Например, среднее количество капилляров, например, вокруг мышечного волокна в среднем находится 3–4 капилляра. У спортсменов высокого класса, выступающих на длинных дистанциях, каждое медленное мышечное волокно снабжено 5–6 капиллярами³¹. Большее число капилляров доставляют больший объем крови к работающим мышцам и тем самым обеспечивают более быстрый обмен газов между кровью и межтканевой жидкостью. Улучшается газо - и теплообмен, ускоряется выведение продуктов распада и обмен питательных веществ между кровью и работающими мышечными волокнами.

2) В тренированных мышцах больше активных капилляров, что увеличивает количество крови, проходящей по ним к мышцам.

3) Увеличение кровотока в активных мышцах обеспечивается и за счет более эффективного перераспределения крови. Кровоток направляется к активным мышцам и отводится от участков, не нуждающихся в повышенном кровоснабжении. Физическая тренировка приводит также к снижению растяжимости вен в результате повышения венозного тонуса. Это означает, что кровь в меньшей степени расширяет вены, следовательно, меньше ее количество скапливается в венозной системе, в тоже время увеличивается объем артериальной крови, необходимой работающим мышцам.

В процессе спортивной тренировки происходит увеличение запасов в мышце энергетических веществ – креатинфосфата, гликогена и миоглобина. Как известно, кислород, попадающий в мышечное волокно, связывается с миоглобином — соединением, подобным гемоглобину. Это содержащее железо соединение обеспечивает челночнообразные движения молекул кислорода из клеточной оболочки в митохондрии. Миоглобин в большом количестве содержится в МС-волокнах, обеспечивая их красноватую окраску (миоглобин — пигмент, окрашивающийся в красный цвет при связывании с кислородом). Миоглобин выделяет кислород в митохондрии, когда его запасы при выполнении мышечных сокращений истощаются. Этот резерв кислорода используется при переходе от состояния покоя к состоянию выполнения физической нагрузки. Кислород поступает в митохондрии в промежуточный период между началом выполнения физической нагрузки и повышенной доставкой кислорода сердечно-сосудистой системой. Тренировочные нагрузки, направленные на развитие выносливости, увеличивают содержание миоглобина в мышцах на 75–80%.

Систематическая мышечная деятельность вызывает и увеличение объема митохондрий (внутриклеточных образований, где происходит окисление глюкозы при участии кислорода), а также увеличивается и их количество, тем самым, повышается способность мышечных волокон образовывать АТФ. Как известно, способность использовать кислород и образовывать АТФ путем окисления зависит от количества, размера и производительности митохондрии мышц. Тренировка, направленная на развитие выносливости, положительно влияет на все три переменные. Тренировка приводит к увеличению размеров и количества митохондрий скелетной мышцы, что повышает эффективность ее окислительного метаболизма.

4. Основная задача кровообращения – это обеспечение непрерывного поступательного движения крови в системе замкнутых сосудов. Сердечно-сосудистая система обеспечивает доставку кислорода и питательных веществ каждой клетке организма и выведение из нее углекислого газа и конечных продуктов обмена веществ. Она транспортирует гормоны из эндокринных желез к их целевым рецепторам. Эта система поддерживает температуру тела, а буферные способности крови помогают контролировать кислотно-щелочные свойства крови. Сердечно-сосудистая система поддерживает соответствующие уровни жидкости, предотвращая обезвоживание, а также помогает предотвратить инфекционные заболевания, вызванные проникающими в кровь микроорганизмами. Сердечно-сосудистая система впечатляет своей способностью немедленно реагировать на многочисленные и постоянно изменяющиеся потребности нашего организма. Все функции организма и практически каждая клетка в той или иной степени зависят от системы кровообращения.

Кровь движется по сосудам в результате разности давлений крови в разных участках сосудистой системы. Давление крови в сосудах обеспечивает сердце. Даже когда человек отдыхает, сердечно - сосудистая система не прекращает работу, удовлетворяя потребности тканей тела. Во время мышечной деятельности количество требований, предъявляемых к ней, возрастает, как и увеличивается потребность в их скорейшем удовлетворении.

Систематическая физическая тренировка приводит к значительным повышениям функциональных возможностей сердечно - сосудистой системы. Эти изменения проявляются, прежде всего, в экономизации работы сердца в состоянии покоя и повышении резервных возможностей аппарата кровообращения при мышечной деятельности.

По время физической нагрузки происходят многочисленные изменения в сердечно-сосудистой системе. Все они направлены на выполнение одного задания, позволить системе кровообращения удовлетворить возросшие потребности, обеспечив максимальную эффективность ее функционирования. Чтобы лучше понять происходящие изменения, необходимо более внимательно рассмотреть определенные функции сердечно-сосудистой системы.

Частота сердечных сокращений. Частота сердечных сокращений (ЧСС) — наиболее простой и наиболее информативный параметр сердечно-сосудистой системы. ЧСС отражает количество работы, которую должно выполнить сердце, чтобы удовлетворить повышенные требования организма при его вовлечении в физическую деятельность. Измерение его включает определение пульса, обычно в области запястья или сонной артерии. Подсчет ведется за 10 или 15 с, а затем пересчитывается в 1 мин. ЧСС зависит от многих факторов, включая возраст, пол, положение тела, условия окружающей среды. Так, у взрослого, здорового человека ЧСС покоя составляет в среднем 60–80 уд/мин.

Один из важнейших эффектов физической тренировки — урежение частоты сердечных сокращений в покое (брадикардия). Уменьшение частоты сердцебиений, прежде всего, связано с увеличением продолжительности фазы диастолы (расслабления), что способствует лучшему кровоснабжению сердечной мышцы кислородом. Замедление ЧСС в состоянии покоя вследствие физической тренировки свидетельствует о повышении общей производительности сердца. У лиц с брадикардией случаи заболевания ишемической болезни сердца /ИБС/ выявлены значительно реже, чем у людей с частым пульсом.

У отлично подготовленных спортсменов, занимающихся видами спорта, требующими проявления выносливости, ЧСС в покое может составлять 28–40 уд/мин. Установлено, что в начальный период физических нагрузок у нетренированных людей она обычно уменьшается на 1 удар/мин еженедельно. Таким образом, спустя 10 недель нагрузок средней интенсивности, направленных на развитие выносливости, частота сердечных сокращений в покое может снизиться с 80 до 70 уд/мин. Хорошее состояние человека характеризуется показателями пульса равными 60–69 уд/мин. у мужчин и 71–77 уд/мин. – у женщин. Удовлетворительно – мужчины 70–85 уд/мин., женщины – 78–95 уд/мин. Плохое состояние сердечно сосудистой системы, характеризуется пульсом свыше 86 уд/мин. у мужчин и 96 уд/мин. и более у женщин. У людей среднего возраста, у малоподвижных и у тех, кто не занимается мышечной деятельностью, ЧСС в покое может превышать 100 уд/мин.

При переходе из положения лежа, в положение сидя ЧСС увеличивается на 10%, а в положение стоя на 20–30%. У женщин пульс чаще на 7–10 уд/мин., чем у мужчин того же возраста. У новорожденных пульс – 140 уд/мин., у детей до 1 года –120 уд/мин., в 2 года – 110 уд/мин., а в 5 лет – 100 уд/мин.

На частоту сердечных сокращений влияют также факторы окружающей среды, например, она, увеличивается в условиях высокой температуры и высокогорья. Частота сердцебиений подвержена сточным колебаниям. Во время сна она снижается на 2–7 уд/мин, а в течение 3-х часов после приема пищи возрастает, особенно, если пища богата белками, что связано с увеличением поступления крови к органам брюшной полости.

Изменения ЧСС при мышечной деятельности. Физическая нагрузка приводит к увеличению ЧСС. При легкой работе, ЧСС повышается мгновенно и достигает в течение минуты определенного уровня, а затем держится практически постоянной, даже если эта работа продолжается несколько часов. Если интенсивность или мощность работы повышается, то и увеличивается ЧСС. В пределах 50–90% максимальной переносимости физических нагрузок отмечается линейная зависимость между частотой сердечных сокращений и интенсивностью работы. Приблизительно ЧСС увеличивается на 1 уд/мин при возрастании мощности физической работы на 10 кгм/мин. При легкой работе, ЧСС повышается мгновенно и достигает в течение минуты определенного уровня, а затем держится практически постоянной, даже если эта работа продолжается несколько часов. При каждом последующем увеличении интенсивности ЧСС достигает нового устойчивого показателя в течение 1–2 мин. Вместе с тем, чем выше интенсивность нагрузки, тем больше времени требуется для достижения этого показателя. Поскольку в большинстве видов деятельности (рабочей и спортивной) бывает невозможно определить интенсивность работы, то путем подсчета частоты сердцебиений или пульса можно получить объективное представление об интенсивности (мощности) выполняемой работы. С ростом тренированности и физической подготовленности человека ЧСС снижается не только в состоянии покоя, но и при выполнении стандартной по мощности работы. Подобное изменение ЧСС легло в основу ряда тестов, разработанных для оценки физической подготовленности. Люди лучшей физической подготовленности, имеют более низкие показатели устойчивой ЧСС при заданной интенсивности работы по сравнению с менее физически, подготовленными лицами.

Таким образом, ЧСС — эффективный индикатор производительности сердца: более низкая ЧСС при дозированных физических нагрузках свидетельствует о более производительном их сердце.

Максимальная частота сердечных сокращений — максимальный показатель, достигаемый при максимальном усилии перед моментом крайней усталости. Это очень надежный показатель, который остается постоянным изо дня в день и изменяется незначительно только с возрастом из года в год. Максимальную ЧСС можно определять, учитывая возраст, поскольку она снижается примерно на один удар в год, начиная с возраста 10–15 лет. Вычтя возраст из 220 мы получим приближенный средний показатель максимальной ЧСС. Например, у 40-летнего человека средний показатель максимальной ЧСС будет 180 уд/мин. (ЧСС (макс) = 220 - 40). Такое изменение максимальной ЧСС обеспечивает наиболее оптимальный систолический объем для достижения максимального сердечного выброса. Например, если ЧСС равна 180 уд/мин, сердце сокращается три раза в течение 1 с. Продолжительность каждого сердечного цикла составляет всего 0,33 с. Продолжительность диастолы не превышает 0,15 с. Это слишком короткий период для заполнения желудочков кровью. Вместе с тем, если ЧСС снижается, продолжительность времени заполнения желудочков кровью увеличивается.

Частота сердечных сокращений в период восстановления после выполнения физических нагрузок. После завершения физического упражнения ЧСС не сразу возвращается к исходному уровню. Некоторое время она остается повышенной. Время, необходимое для того, чтобы ЧСС вернулась к исходному уровню, называется периодом восстановления частоты сердечных сокращений. Регулярная физическая тренировка приводит к уменьшению периода восстановления ЧСС, что позволяет использовать этот показатель также для контроля тренированности спортсмена. Более тренированный человек быстрее восстанавливается после стандартной физической нагрузки, чем менее тренированный.

Размер сердца. В результате тренировки, в ответ на повышенные физические нагрузки происходит увеличение массы и объема сердца, а также размера камер и мощности миокарда левого желудочка. Объем сердца у квалифицированных спортсменов больше и составляет – 800–1300 мл, в то время как нормальный объем сердца у мужчины весом в 70 кг составляет всего 600–750 мл. Сердечная мышца подобно скелетной гипертрофируется вследствие тренировок, направленных на развитие выносливости. Наибольшим изменениям вследствие тренировки, направленной на развитие выносливости, подвергается левый желудочек. Вследствие увеличения наполнения левого желудочка его внутренние размеры увеличиваются. Также увеличивается толщина миокарда левого желудочка, повышая силу сокращений камеры.

Систолический и минутный объем крови. При выполнении физических нагрузок систолический объем крови увеличивается. У физически активных, но нетренированных людей, он увеличивается от 50–60 мл в состоянии покоя до 100–120 мл при максимальной нагрузке. У отлично подготовленных спортсменов, занимающихся видами спорта, требующими проявления выносливости, показатель систолического объема может повышаться от 80–110 мл в состоянии покоя до 160–200 мл при максимальной нагрузке. При этом большинство ученых считают, что систолический объем крови увеличивается с повышением интенсивности работы, но только до 40–60% от максимально - возможной мощности работы. При дальнейшем повышении мощности работы показатель систолического объема крови демонстрирует плато и не изменяется, а при предельно тяжелых физических нагрузках он может даже понижаться.³²

Такая динамика изменений систолического объема крови объясняется тем, что с увеличением интенсивности работы увеличивается ЧСС, что приводит к сокращению времени диастолического наполнения кровью желудочков сердца, что в свою очередь и ограничивает увеличение систолического выброса крови при больших и максимальных нагрузках.

Величина минутного объема кровообращения в состоянии покоя составляет приблизительно 4–5 л/мин. Если сердце нетренированного человека при больших физических нагрузках за 1 минуту в состоянии перекачать 18–20 литров крови, то сердце квалифицированного спортсмена, например, лыжника – гонщика, может за этот же промежуток времени перекачать уже 32–35 литров крови. Этот прирост минутного объема кровообращения у тренированных людей в основном осуществляется за счет увеличения систолического выброса крови при каждом сердечном сокращении. Например, если предложить новичку и спортсмену высокого класса выполнить работу такой мощности, во время которой аппарат кровообращения функционирует с предельной интенсивностью и зарегистрировать минутный объем кровообращения и его составляющие – частоту сердцебиений и величину систолического объема крови, то обнаружиться следующее: частота сердцебиений у обоих лиц будет примерно одинаковой (190–195 уд/мин), а систолический объем крови у спортсмена будет большим, чем у новичка (соответственно 100–110 мл и 170–200 мл). Больший систолический объем крови при равной частоте сердечных сокращений и обеспечивает большую величину минутного объема кровообращения.

Таким образом, повышение величин систолического объема крови, выталкивающем сердцем в сосуды – является единственным путем, при помощи которого можно увеличить производительность кровообращения и, следовательно, повысить количество кислорода, доставляемого кровью к различным клеткам организма. Работа сердца при очень большой частоте сокращений становится менее эффективной, так как значительно сокращается время наполнения желудочков и уменьшается ударный объем. По рекомендации ВОЗ, считаются допустимыми физические нагрузки, при которых частота сердечных сокращений достигает 170 уд/мин, и этот предел обычно используется при определении переносимости физических нагрузок и функционального состояния сердечно-сосудистой и дыхательной систем.

Артериальное давление. Необходимым условием для того, чтобы кровь могла циркулировать и достигать всех участков организма, является определенное кровяное давление.

Давление крови во время сокращения желудочков (систолы) в крупных артериях называется систолическим или максимальным давлением. Давление же крови во время расслабления желудочков (диастолы), называется диастолическим или минимальным давлением.

Таким образом, давление в артериях заметно колеблется на протяжении сердечного цикла между максимальным (систолическим) и минимальным (диастолическим). У здоровых молодых людей в условиях покоя систолическое артериальное давление в плечевой артерии составляет около 120 мм. рт.ст., а диастолическое – около 80 мм. рт.ст., что обычно записывается как 120/80. С возрастом систолическое и диастолическое давление изменяются: у новорожденных оно равно около 90/55 мм.рт.ст., у пожилых людей в среднем 150/90 мм.рт.ст.

Согласно последним (1999 г) рекомендациям Всемирной Организации Здравоохранения (ВОЗ) нормальным считается уровень артериального давления ниже 130/85 мм рт.ст., уровень артериального давления между 130/85 и 140/90 мм.рт.ст. относится к высокому нормальному давлению, а давление 140/90 мм.рт.ст. и выше считается артериальной гипертонией.

Различные виды артериального давления крови во время физической нагрузки изменяются по-разному. При физических нагрузках, требующих проявления выносливости, систолическое давление крови повышается пропорционально увеличению интенсивности нагрузки. Систолическое давление, равное в покое 120 мм рт.ст., может превысить 200 мм рт.ст. в состоянии крайней усталости. У физически здоровых, отлично подготовленных спортсменов при максимальных нагрузках систолическое давление может подниматься до 240–250 мм рт. ст. Диастолоическое давление при этом, может, как незначительно повышаться, так и понижаться.

Более выражены реакции давления крови на силовые упражнения, например, в тяжелой атлетике. Во время силовой тренировки высокой интенсивности давление крови может превышать 480/350 мм рт.ст.. При таких нагрузках, когда человек пытается сделать выдох при закрытых рте, носе и голосовой щели, приводит к значительному увеличению внутригрудного давления.

Повышенное систолическое давление крови — результат увеличенного сердечного выброса, который сопровождает увеличение интенсивности работы. Оно обеспечивает быстрое перемещение крови по сосудам. Кроме того, артериальное давление крови обусловливает количество жидкости, выходящей из капилляров в ткани, транспортируя необходимые питательные вещества.

Кровь. Поскольку во время нагрузки обмен веществ усиливается, значение функций крови также возрастает. Кровь, циркулируя по замкнутой системе кровеносных сосудов, переносит кислород от легких к мышцам и всем другим органам и системам. Существуют два основных фактора, обусловливающих выполнение транспортной функции крови. Первый фактор – общее количество крови. Чем больше её объем, тем большее количество кислорода может перенести кровь. Второй фактор – кислородная емкость крови. Чем больше количество кислорода может связать единица объема крови, тем успешней будет транспорт кислорода.

Оба указанных фактора изменяются под влиянием спортивных тренировок. Так, у людей, не занимающихся регулярно физическими упражнениями или спортом, при весе 70 кг объем крови не превышает 5 литров. У спортсменов же высокого класса (мастера спорта) общий объем крови доходит до 5,7–5,8 литра. Если у нетренированных людей каждый литр крови способен связать не более 170–180 мл кислорода, то у опытных спортсменов эта величина достигает 230–250 мл. В этих случаях кислородная емкость крови составляет 17–25 объемных процентов.

Кислородная емкость крови у тренированных спортсменов возрастает за счет увеличения числа кровяных шариков (эритроцитов) и объема, содержащегося в них гемоглобина. Кислород, переходя из альвеол в кровь, растворяется в жидкой части – плазме. Растворимость кислорода в плазме относительно мала. Поэтому только очень небольшое его количество может транспортироваться кровью в виде растворенного кислорода. Основное количество поступившего в кровь кислорода переходит из плазмы в эритроциты, где вступает в химическую связь с гемоглобином. Благодаря такой связи кровь способна переносить в 60–70 раз больше кислорода, чем, если бы он находился в ней только в растворенном состоянии.

Гемоглобин представляет собой сложную молекулу, состоящую из белковой части – глобина, и четырех частиц гема, каждая из которых содержит по одному атому окисленного железа. Установлено, что 1 гр. насыщенного кислородом гемоглобина содержит 1,34 мл кислорода. Зная общее количество гемоглобина в крови, можно рассчитать максимальное количество кислорода, которое может содержаться в 100 мл крови. Так, например, при средней концентрации гемоглобина 15 гр.% у мужчин, количество кислорода в 100 мл крови будет составлять около 20 мл, у женщин количество гемоглобина в крови меньше (в среднем около 13,5 гр.%), следовательно, в ней будет и меньше кислорода (около 18 мл кислорода на 100 мл крови).

Физические тренировки (особенно длительные физические нагрузки) действенное средство для повышения кислородной емкости крови. Особенно благотворны для повышения кислородной емкости крови, тренировки в условиях среднегорья.

Установлено, например, что трехнедельная тренировка в горах может способствовать увеличению числа эритроцитов до 25%, а гемоглобина в них до 20%. При этом увеличивается и общий объем крови.

Перераспределение крови во время физической нагрузки. Во время физической нагрузки в работающих мышцах открываются тысячи капилляров, и кровь устремляется к ним. Мышечный поток крови достигает в этих случаях 70–80% минутного объема. Одновременно происходит сужение капилляров и отток крови из желудочно-кишечного тракта, почек, кожи и т.д. (табл. 3).

Таблица 3. Распределение сердечного выброса в различные сосудистые области организма в состоянии покоя и при прогрессирующей нагрузке до уровня максимальной аэробной мощности

В результате этих сосудистых реакций обеспечивается такой объем крови, который позволяет наполнить капилляры мышц и сохранить на определенном уровне кровяное давление

Перераспределение крови во время мышечной деятельности в сторону увеличения кровоснабжения мышц, не сказывается на уменьшении кровоснабжения мозга. Как видно из таблицы 3 с повышением мощности работы уменьшается лишь процент потребления крови от общего возросшего кровотока, абсолютная же величина мозгового кровотока практически не меняется при любых физических нагрузках.

По мере повышения температуры тела вследствие выполнения упражнения либо высокой температуры воздуха значительно большее количество крови направляется к коже, чтобы перенести тепло из глубины тела к периферии, откуда тепло выделяется во внешнюю среду. Увеличение кожного кровотока означает, что кровоснабжение мышц снижено. Этим, кстати, объясняются более низкие результаты в большинстве видов спорта, требующих проявления выносливости в жаркую погоду.

Нежелательность применения физических нагрузок сразу после приема пищи, также объясняется процессом перераспределения крови. Для процессов пищеварения также необходимо усиление кровообращения. В этом случае происходит противоборство: кровь нужна и работающим мышцам и пищеварительным органам. Если выполнять физическую работу после еды, недостаток кислорода будут испытывать мышцы и органы пищеварения. Могут возникнуть боли в предреберье во время выполнения физических упражнений. Они появляются в том случае, когда диафрагма и печень испытывают недостаток в кислороде. Боли исчезают обычно через несколько минут после прекращения выполнения физических упражнений. Пищи рекомендуется принимать не менее чем за 1–2 часа до занятий физическими упражнениями.
5. Регулярные занятия физической культурой являются лучшим средством развития всей системы внешнего дыхания. Физические упражнения способствуют повышению силы дыхательных мышц, увеличивают подвижность грудной клетки, тем самым, увеличивают жизненную емкость легких и величину легочной вентиляции во время интенсивной мышечной деятельности.

В покое организм потребляет 200–300 мл/мин, а максимальное потребление кислорода со­ставляет 4–5 л/мин, т.е. резерв потребления кислорода при усиленном кровообращении и дыхании составляет 4–5 л/мин (усиление в 20–25 раз), у нетренированных меньше (в 10 раз). Для обеспечения организма кислородом частота дыхания у нетренированных возрастает с 15–20 циклов/мин, а у тре­нированных с 6–8 циклов/мин до 100 и более циклов, а отдельный цикл воз­растает с 0,5 до 1,5–2,0 л, т.е. частота дыхания возрастает примерно в 10 раз, а дыхательный объем в 3–4 раза. Это ведет к увеличению минутного объема дыхания до 100–150 (и даже 200) л/мин. у тренированных, и до 80 л у нетре­нированных. Однако при мышечной работе минутный объем дыхания не дос­тигает максимальных величин, доступных данному лицу при кратковременной (15–30 с) работе и при произвольной вентиляции в покое. Хотя при работе дыхательный объем и увеличивается, он обычно не превышает 1/3–1/4 жизненной емкости легких. При работе обычно вместо 3–4% потребления кислорода происходит усиление потребления кислорода из вдыхаемого воздуха до 4–5%. Для организма при спортивной деятельности выгоднее более редкое и глубокое дыхание, т.к. в этих условиях лучше обеспечивается газообмен. При работе он возрастает в 20–30 раз.

1. 
   Кровоснабжение почек и органов желудочно-кишечного тракта во время физической работы уменьшается (первых в 19 раз, а вторых в 24 раза), что дает возможность увеличить кровоснабжение работающих мышц. В результа­те резкого снижения кровообращения функции желудочно-кишечного тракта и почек угнетаются, при этом резко уменьшается не только секреторная, но и моторная функция. Функция почек по поддержанию гомеостаза частично компенсируется потовыми железами, но полностью они компенсировать эту функцию не могут, в связи, с чем наблюдается некоторый сдвиг гомеостаза, особенно при предельной работе, когда кровоснабжение кожи также умень­шается. После бега на 400–800 м количество молочной кислоты в моче со­ставляет 220–240 мг%, после бега на 3–5 км — 80–190 мг%, а при марафонском беге - 40–80 мг%. В моче возрастает содержание фосфора, уменьшается со­держание натрия и появляются эритроциты и белок в связи с резким увеличением проницаемости капилляров в почках.
   

(методические материалы для студентов по освоению данной темы)

Конспект к теоретическому занятию 1.

Образ жизни и здоровье человека

Содержание:

Основные понятия

1. Роль личности и государства в формировании и сохранении здоровья

2. Состояние здоровья населения России

3. Здоровье в системе человеческих ценностей. Понятия «Здоровье», «Болезнь»

4. Основные факторы и виды здоровья

5. Здоровый образ жизни

6. Оценка состояния здоровья населения. Оценка и самооценка собственного здоровья