углеводы + жиры → углекислый газ + вода + энергия

При этом обеспечивается ресинтез АТФ. Аэробный ресинтез АТФ отличается высокой экономичностью, а также универсальностью в использовании субстратов: окисляются все органические вещества организма (аминокислоты, белки, углеводы, жирные кислоты и др.). Однако он требует потребления кислорода, доставка которого в мышечную ткань обеспечивается дыхательной и сердечно-сосудистой системами, что естественно связано с их напряжением. Кроме того, развертывание аэробного образования АТФ продолжительно по времени и невелико по мощности.

Кровь в совокупности с лимфой и тканевой жидкостью представляет внутреннюю среду организма.

Время кругооборота крови – это тот промежуток времени, за который кровь проходит через большой и малый круги кровообращения. В покое время полного кругооборота крови у человека составляет 20–23 сек. При физических нагрузках различной мощности, объема и интенсивности оно может снижаться в 2–2,5 раза, достигая при интенсивных нагрузках 8–10 сек.

Кровь состоит из плазмы (54–58%) и взвешенных в ней форменных элементов: эритроцитов, лейкоцитов, тромбоцитов (42–46%) и ряда других веществ. Образование форменных элементов крови осуществляется в кроветворных органах: в костном мозге образуются эритроциты, тромбоциты, нейтрофилы, эозинофилы и базофилы; в селезенке и лимфатических узлах – лимфоциты; моноциты (самые крупные клетки белой крови, обезвреживающие токсины в очагах воспаления) – в костном мозге, селезенке и лимфатических узлах.

Эритроциты – красные кровяные клетки, заполнены особым белком гемоглобином, который способен образовывать соединения с кислородом и транспортировать его из легких к тканям, а из тканей переносить углекислый газ к легким, осуществляя таким образом дыхательную функцию.

В норме количество эритроцитов, содержащееся в одном кубическом мм крови, составляет у мужчин около 5 млн., а у женщин – около 4,5 млн.

При физических нагрузках выделяют три типа реакций красной крови:

1. Повышение количества эритроцитов (миогенный эритроцитоз) до 5–6 млн. в 1 мл крови и как следствие незначительное повышение гемоглобина. К исходному уровню эти показатели приходят спустя несколько часов.

2. Существенно усиливается функция кроветворения, приводящая к увеличению в крови незрелых форм эритроцитов, снижению количества зрелых и концентрации гемоглобина. Восстановление исходного уровня в этом случае происходит в течение 2–3 суток.

3. Имеет место при многодневной напряженной физической нагрузке и характеризуется угнетением кроветворной функции, при этом значительно снижается количество эритроцитов и гемоглобина в крови. В этой ситуации период восстановления картины красной крови может достигать 5–7 дней, что может сигнализировать о развитии хронического утомления и даже переутомления организма.

Для характеристики активной реакции крови (кислая она или щелочная) пользуются водородным показателем (рН), который является отрицательным десятичным логарифмом концентрации водородных ионов. При показателе рН, равном 7,0, реакция является нейтральной. Кислая среда (ацидоз) имеет рН ниже 7,0; щелочная (алкалоз) – выше 7,0. В норме кровь имеет слабощелочную реакцию: рН артериальной крови равен 7,4, венозной – 7,35. От величины этой реакции зависят процессы окисления и восстановления в клетках, процессы расщепления и синтеза белков, гликолиза, окисления углеводов и жиров, способность гемоглобина отдавать тканям кислород. Постоянство рН крови поддерживается ее буферными системами, создающими в крови относительно постоянный щелочной резерв.

Общее количество крови составляет 7–8% массы тела человека. В покое 40–50% крови выключено из кровообращения и находится в «кровяных депо»: печени, селезенке, сосудах кожи, мышц, легких. В случае необходимости (например, при мышечной работе) запасной объем крови включается в кровообращение и рефлекторно направляется к работающему органу. Выход крови из «депо» и ее перераспределение по организму регулируется ЦНС.

Мышечная деятельность приводит к существенным изменениям в системе крови: накапливаются в результате повышенного образования недоокисленные продукты обмена веществ, вследствие развивающейся гипоксии происходит сдвиг кислотно-щелочного равновесия в сторону метаболического ацидоза (закисление крови). Буферные системы в этой ситуации оказываются неспособными нейтрализовать накопившиеся в крови продукты неполного окисления. Снижение щелочного резерва крови при значительной мышечной работе на 95% обусловлено повышением концентрации, в первую очередь, молочной кислоты и других кислых продуктов, и на 5% – увеличением содержания свободных жирных кислот в плазме крови. При длительной работе вязкость крови может повыситься с 4–5 до 7–8 единиц, что существенно затрудняет работу сердечно-сосудистой системы.

Основными физическими показателями гемодинамики (движения крови в системе) являются: давление крови в сосудах, создаваемое насосной функцией сердца; разница давлений между различными отделами сосудистой системы, которая «вынуждает» кровь продвигается в сторону низкого давления.

Повышение уровня систолического давления при сокращении скелетных мышц – одно из необходимых условий адаптивных (приспособительных) реакций системы кровообращения и организма в целом к выполнению мышечной работы. Увеличение АД обеспечивает адекватное кровоснабжение работающих мышц, повышая уровень их работоспособности. При этом изменения показателей АД обуславливаются характером выполняемой работы: динамическая она или циклическая, интенсивная или объемная, глобальная или локальная.

Сердце – автономное автоматическое устройство. Работа сердца заключается в ритмичной смене сердечных циклов, состоящих из трех фаз: сокращения предсердий, сокращения желудочков и общего расслабления сердца. Сокращения сердца происходят вследствие периодически возникающих в самой сердечной мышце электрических импульсов. Однако в целом деятельность сердца корректируется многочисленными прямыми и обратными связями, поступающими от различных органов и систем организма.

Одним из важнейших показателей работы сердца является минутный объем кровообращения (МОК), или по-иному – «сердечный выброс» (СВ) – количество крови, выбрасываемое желудочком сердца в течение минуты. МОК – это интегративный показатель работы сердца, зависящий от ЧСС и величины систолического объема (СО) – количества крови, выбрасываемого сердцем в сосудистое русло при одном сокращении. Естественно, что эти показатели имеют одно значение в условиях относительного покоя и существенно меняются в зависимости от функционального состояния сердца, объема, интенсивности и вида мышечной деятельности, уровня тренированности и т.д.

Частота сердечных сокращений (ЧСС) – один из самых информативных и интегративных показателей функционального состояния не только сердечно-сосудистой системы, но и всего организма в целом.

ЧСС существенно разнится в зависимости от того, когда и при каких условиях этот показатель регистрируется: в условиях относительного покоя (утром, натощак, лежа или сидя, в комфортной обстановке); при выполнении какой-либо физической нагрузки, непосредственно после нее или на различных этапах периода восстановления. В покое пульс практически здорового, не адаптированного к систематическим физическим нагрузкам (нетренированного) молодого мужчины в возрасте 20–30 лет колеблется в диапазоне 60–70 ударов в минуту (уд./мин.) и 70–75 – у женщин. С возрастом ЧСС в покое несколько возрастает (у 60–75-летних на 5–8 уд./мин.).

Чтобы удовлетворить повышение доставки кислорода к мышцам в процессе выполнения работы, должен увеличиться объем поступающей к ним в единицу времени крови. Увеличение показателя ЧСС непосредственно связано с увеличением МОК. Если, например, мощность работы циклического характера выразить через величину потребляемого кислорода (в процентах от величины максимального потребления – МПК), то ЧСС возрастает в линейной зависимости от мощности работы и потребления кислорода.

3.2.5. Дыхательная система

Дыхательная система включает в себя носоглотку, гортань, трахею, бронхи и легкие. В процессе дыхания из атмосферного воздуха, в составе которого содержится около 21% кислорода, этот кислород поглощается и через специальные образования легких – альвеолы – поступает в кровь организма, а из организма обратным путем выделяется углекислый газ. Таким образом, дыхание – это совокупность процессов, обеспечивающих потребление организмом кислорода и выделение избытка углекислого газа, направленных на поддержание газового гомеостаза организма в целом.

Этап дыхания, при котором кислород из атмосферного воздуха переходит в кровь, а углекислый газ из крови – в атмосферный воздух, называют внешним дыханием. Перенос газов кровью – следующий этап. И, наконец, тканевое дыхание (или внутреннее) дыхание – потребление клетками кислорода и выделение ими углекислоты, как результат биохимических реакций, связанных с образованием энергии, которая должна обеспечить многообразные процессы жизнедеятельности организма. Таким образом, процесс дыхания – это целый комплекс физиологических и биохимических процессов, в реализации которых участвует не только дыхательная система, но и целый ряд других, в частности, система крови и кровообращения.

Параметрами газового гомеостаза являются такие показатели, как парциальное напряжение кислорода и углекислого газа, рН артериальной крови.

Механизм дыхания имеет рефлекторный (автоматический) характер. Изменение объема полости грудной клетки осуществляется в результате деятельности дыхательной мускулатуры (в покое это диафрагма и наружные межреберные мышцы; при интенсивной мышечной работе в процесс дыхания вовлекаются дополнительно мышцы брюшного пресса, внутренние межреберные и другие скелетные мышцы). Вдох – это всегда активный двигательный акт, при осуществлении которого совершается работа, а выдох может осуществляться и пассивно.

Существуют понятия о легочных емкостях. Одна из них – жизненная емкость легких (ЖЕЛ) – количество воздуха, которое может быть выдохнуто из легких после максимального вдоха. Этот показатель широко используется при оценке уровня физического развития и физической подготовленности. Величина ЖЕЛ у практически здоровых людей, не тренирующихся специально, составляет у женщин 2,5–3,0 л, а у мужчин – 3,0–4,0 л. У спортсменов одинакового возраста и роста этот показатель зависит от специализации (например, у представителей циклических видов спорта, таких как легкая атлетика, плавание, академическая гребля, лыжные гонки и некоторые другие, ЖЕЛ может достигать 7,0–8,0 и даже 9,0 л).

В процессе текущих учебно-тренировочных занятий после выполнения больших физических нагрузок ЖЕЛ может незначительно уменьшаться (на 100–200 мл), восстанавливаясь в дни отдыха.

Систематические занятия физическими упражнениями, особенно циклического характера, укрепляют и развивают дыхательную мускулатуру, что способствует увеличению объема и подвижности (экскурсии) грудной клетки и расширению функциональных возможностей организма.

В обеспечении гомеостаза покоя и напряжения, сопровождающего мышечную деятельность, существенную роль играют и другие системы организма – нервная, пищеварительная, выделительная, эндокринная и др. Каждая из них выполнят своё функциональное предназначение.

Согласно современным представлениям, двигательную активность принято рассматривать естественным, эволюционно сложившимся фактором биопрогресса, определившим развитие организма человека и обеспечившим не только формирование наиболее совершенных механизмов его адаптации к окружающей среде в процессе длительного филогенеза, но и оптимизацию его жизнедеятельности в онтогенезе (И.П. Павлов, 1951; И.А. Сеченов, 1952; Дж. Льюис, 1964; Н.А. Бернштейн, 1966; И.А., Аршавский 1982; В.П. Куликов, В.И. Киселев, 1998; В.И. Бе­лов, 1999; В.К. Бальсевич, 2001).

Однако сегодня значительная часть населения находится под неблагоприятным влиянием социально обусловленной гипокинезии, что незамедлительно отразилось на состоянии здоровья взрослых людей и физическом развитии подрастающего поколения.

Гипокинезия (греч. hypo – понижение, уменьшение, недостаточность; kinesis – движение) – особое состояние организма, обусловленное недостаточностью двигательной активности. В ряде случаев это состояние приводит к гиподинамии.

Гиподинамия (греч. hypo – понижение; dinamis – сила) – совокупность отрицательных морфофункциональных изменений в организме вследствие длительной гипокинезии. Это атрофические изменения в мышцах, общая физическая детренированность организма, понижение ортостатической устойчивости, изменение водно-солевого баланса системы крови. В конечном счете, снижается функциональная активность органов и систем, нарушается деятельность регуляторных механизмов, обеспечивающих их взаимосвязь; нарушается координация движений, падает выносливость и силовые показатели.

Экспериментальными и клиническими исследованиями установлено, что гипокинезия вызывает неблагоприятные изменения во всех органах и системах организма. Но особенно уязвимой в этом отношении является сердечно-сосудистая система. При уменьшении физической нагрузки уменьшается масса и объем сердца, ослабляется сердечная мышца. Как следствие, уменьшается объем циркулирующей крови, снижаются ее иммунные свойства. Тонус артериальных и венозных сосудов ослабляется, падает кровяное давление, ухудшаются снабжение тканей кислородом (гипоксия) и интенсивность обменных процессов (нарушения в балансе белков, жиров, углеводов, воды и солей). Это приводит к ранней патологии и быстрому износу системы кровообращения, развитию атеросклеротических бляшек.

Уменьшается жизненная емкость легких и легочная вентиляция, интенсивность газообмена. Все это заканчивается ослаблением взаимосвязи двигательных и вегетативных функций.

Неблагоприятные изменения отмечаются и в костной ткани – уменьшаются ее масса и плотность, отмечается повышенное выделение ряда минеральных веществ, прежде всего, кальция. Снижается эластичность сухожилий и связок, объем движений в суставах. Недостаточное развитие скелетной мускулатуры приводит к нарушению осанки и деформациям опорно-двигательного аппарата, что особенно сказывается на формирующемся молодом организме.

Из-за недостатка движений страдает и нервная система. От малоработающей мышечной системы в головной мозг поступает ограниченный поток импульсов, а это приводит к ослаблению возбудительного процесса и торможению в определенных зонах коры больших по­лушарий.

При низкой двигательной активности уменьшаются гормональные резервы, что снижает общую адаптационную способность организма. Происходит преждевременное формирование «старческого» механизма регуляции жизнедеятельности органов и тканей, ухудшается устойчивость к различным неблагоприятным факторам, что влечет за собой формирование различных заболеваний. Снижается умственная и физическая работоспособность, возникает повышенная утомляемость, нарушается сон.

Эффективной профилактикой этих нарушений является оздоровительная физическая тренировка, представляющая собой наиболее мощную возможность использования двигательной активности в оздоровительных целях.

3.4. Взаимосвязь умственной и физической деятельности

Обучение в вузе сопряжено с большим объемом учебной работы и высокой умственной напряженностью. Причем интенсивность учебного процесса сегодня имеет неуклонную тенденцию к возрастанию в связи с увеличением потока научной информации и необходимостью ее усвоения студентами в сжатые сроки.

Установлено, что динамика умственной работоспособности, сохранение высокой умственной активности у студентов на протяжении всего периода обучения в вузе зависят от объема физических нагрузок в режиме дня и учебной недели. Следовательно, наблюдается тесная связь между физической и умственной работоспособностью. Повышение физической работоспособности при систематических занятиях по физическому воспитанию сопровождается улучшением функционального состояния ЦНС, что благоприятно отражается и на умственной работоспособности студентов. Для ее поддержания и повышения наиболее эффективен двигательный режим в объеме не менее 6–8 часов занятий в неделю в течение всех лет обучения.

Кроме того, многочисленные исследования по изучению параметров мышления, памяти, устойчивости внимания, динамики умственной работоспособности в процессе производственной и учебной деятельности у адаптированных (тренированных) к систематическим физическим нагрузкам лиц и у неадаптированных (нетренированных) свидетельствуют, что параметры умственной работоспособности прямо зависят от уровня общей и  специальной физической подготовленности.

Учебный день студентов насыщен значительными умственными и эмоциональными нагрузками. Вынужденная рабочая поза, когда мышцы, удерживающие туловище в определенном состоянии, долгое время напряжены, частые нарушения режима труда и отдыха, неадекватные психические нагрузки – все это может служить причиной утомления, которое накапливается и переходит в переутомление.

Вынужденное ограничение двигательной активности студентов при умственной деятельности (во время учебных занятий и в период подготовки к ним) сокращает поток импульсов от мышц к двигательным центрам коры головного мозга. Это снижает возбудимость нервных центров, а следовательно, и умственную работоспособность. При длительной работе в положении сидя наблюдается статическое напряжение мышц шеи, плечевого пояса, спины. Отсутствие динамических мышечных напряжений, а также механическое сдавливание кровеносных сосудов задней поверхности бедер в положении сидя снижает интенсивность кровообращения, ухудшает кровоснабжение головного мозга, осложняет его работу.

Чтобы этого не случилось, необходимо один вид деятельности сменять другим. Наиболее эффективная форма отдыха при умственном труде – активный отдых в виде умеренного физического труда или занятий физическими упражнениями. Физические упражнения в режиме учебного дня ускоряют врабатываемость, повышают возбудимость и функциональную подвижность нервно-мышечного аппарата и анализаторов, устраняют застойные явления в неработающих во время занятий мышцах, замедляют наступление утомления.

Таким образом, умственная работоспособность и психическое состояние студентов будут в меньшей степени подвержены влиянию неблагоприятных факторов, если целенаправленно применять в учебном процессе средства и методы физической культуры (например, физкультурные паузы, активный отдых и т.п.). Частично эту проблему у студентов решают учебные занятия по физической культуре.

Но большое профилактическое значение имеют дополнительные занятия студентов физическими упражнениями в режиме дня, и особенно самостоятельные. Ежедневные утренние зарядки, прогулки, пробежки или игры на свежем воздухе, занятия в фитнес-центрах благоприятно влияют на организм, повышают тонус мышц, улучшают кровообращение и газообмен, а это положительно влияет на повышение как умственной, так и физической работоспособности студентов. Важен активный отдых в каникулы: студенты после отдыха в спортивно-оздоровительном лагере начинают учебный год, имея более высокую работоспособность.

Дополнительными средствами поддержания высокого уровня физической и умственной работоспособности могут быть факторы гигиены, рациональное питание, массаж, использование бань и саун, биологически активные вещества, витамины.

Контрольные вопросы к главе 3

1. Что понимается под функциональными резервами организма?

2. Дайте определение гомеостаза.

3. Какие показатели внутренней среды человека служат параметрами газового гомеостаза?

4. Охарактеризуйте организм человека как систему.

5. Почему кости детей более эластичны и упруги?

6. Посредством чего кости скелета соединяются между собой и с мышцами?

7. К какому виду мускулатуры относятся скелетные мышцы, и каковы их функции в организме человека?

8. Какие волокна мышц обладают более быстрой сократительной способностью?

9. На что расщепляется гликоген при анаэробных процессах образования энергии?

10. Что образуется при окислении углеводов и жиров в аэробных процессах?

11. Какую функцию осуществляют клетки крови - эритроциты?

12. Что такое пульс, и какие его параметры считаются нормальными для здорового взрослого человека в состоянии покоя?

13. Как определяется кровяное давление и что является его нормой у здорового человека в возрасте 18–30 лет?

14. Чему равен рН артериальной крови человека в обычном состоянии?

15. Какое воздействие оказывают систематические занятия физическими упражнениями на состояние сердечно-сосудистой системы и дыхательную мускулатуру?

16. Что такое гипокинезия и каковы проявления гиподинамии?

17. Укажите наиболее эффективные формы отдыха при умственном труде.

18. Какое воздействие на организм студентов оказывает вынужденное ограничение двигательной активности во время учебной деятельности?