Функциональные изменения организма. Функциональные изменения в организме при физических упражнениях. Что такое аэробные нагрузки

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.

Физические нагрузки вызывают перестройки функций организма, особенности и степень которых зависят от мощности и характера двигательной активности.

В состоянии покоя деятельность функций организма находится на невысоком уровне. При переходе к рабочему уровню происходит перестройка функций органов и систем на более высокий уровень активности.

В центральной нервной системе происходит повышение лабильности и возбудимости проекционных и ассоциативных нейронов. В различных отделах ЦНС создается функциональная система нервных центров, где на основе анализа внешней информации, мотивации и, хранившихся в мозге, памятных следов двигательных навыков и тактических комбинаций, обеспечивается выполнение задуманной цели действия. Возникший комплекс нервных центров становится рабочей доминантой, которая имеет повышенную возбудимость, подкрепляется афферентными раздражителями и избирательно затормаживает реакции на посторонние раздражители. В пределах доминирующих нервных центров создается цепь условных и безусловных рефлексов или двигательный динамический стереотип, облегчающий выполнение циклических движений или программы различных двигательных ациклических актов. Перед началом работы в коре больших полушарий происходит предварительное программирование и формирование преднастройки на предстоящее движение. В спинном мозге за 60 мс перед началом двигательного акта повышается возбудимость мотонейронов, что отражается в нарастании амплитуды спинальных рефлексов.

В двигательном аппарате при работе повышаются возбудимость и лабильность работающих мышц, повышается чувствительность их проприорецепторов, растет температура и снижается вязкость мышечных волокон. В мышцах дополнительно открываются капилляры, которые находятся в спавшемся состоянии в покое, улучшается кровоснабжение. При больших статических напряжениях (более 30 % максимального усилия) кровоток в мышцах резко затрудняется или прекращается из-за сдавливания кровеносных сосудов. Различные двигательные единицы в целой скелетной мышце при длительных физических нагрузках вовлекаются в работу попеременно, восстанавливаясь в периоды отдыха, а при кратковременных больших напряжениях - включаются синхронно. В зависимости от мощности работы активизируются разные двигательные единицы: при небольшой интенсивности работы активны только высоковозбудимые и менее мощные двигательные единицы, а с повышением мощности работы включаются промежуточные, маловозбудимые, но наиболее мощные и быстрые двигательные единицы.

Дыхание значительно увеличивается при мышечной работе – растет глубина дыхания (до 2-3 л) и частота дыхания (до 40-60 вдохов в минуту). Минутный объем дыхания при этом может увеличиваться до 150-200 л×мин. Однако большое потребление кислорода дыхательными мышцами (до 1 л×мин) делает нецелесообразным предельное напряжение внешнего дыхания.

Сердечнососудистая система, участвуя в доставке кислорода работающим тканям, претерпевает заметные изменения. Увеличивается систолический объем крови (при больших нагрузках у спортсменов до 150 - 200 мл), нарастает частота сердечных сокращений (ЧСС до 180 уд/мин и более), растет минутный объем крови (МОК) у тренированных спортсменов до 35 л×мин и более. Происходит перераспределение крови в пользу работающих органов – скелетных мышц, сердечной мышцы, легких, активных зон мозга – и снижение кровоснабжения внутренних органов и кожи. Чем больше мощность работы, тем более выражено распределение крови. Количество циркулирующей крови увеличивается за счет выхода ее из кровяных депо. Увеличивается скорость кровотока, а время кругооборота крови снижается в два раза.

В системе крови увеличивается количество форменных элементов. Наблюдается миогенный эритроцитоз.

При работе увеличивается отдача кислорода из крови в ткани. Становится больше артериовенозная разность по кислороду и коэффициент использования кислорода.

Рост кислородного долга при передвижениях спортсменов на средних и длинных дистанциях сопровождается увеличением в крови концентрации молочной кислоты и снижением рН крови. При циклических упражнениях различной длительности с увеличением дистанции снижаются единичные энерготраты (ккал в 1с) и растут суммарные энерготраты (до 2 – 3 тыс. ккал на всю работу), а анаэробный путь энергопродукции (за счет АТФ, КрФ и гликолиза) сменяется постепенно аэробным путем (за счет окисления углеводов, а затем и жиров).

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.

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.

Физическая активность вызывает немедленные реакции различных систем органов, включая мы­шечную, сердечно-сосудистую и дыхательную.

Эти быстрые адаптационные сдвиги отличаются от адап­тации, развивающейся в течение более или менее длительного срока, например в результате трениро­вок. Величина быстрых реакций служит, как правило, непосредственной мерой напряжения.

Немедленные реакции обусловлены изменением большого количества параметров, в частности, изменением мышечного кровоснабжения. В покое кровоток в мыш­це составляет 20 40 мл мин - " кг - ". При экст­ремальных физических нагрузках эта величина су­щественно возрастает, достигая макси­мума, равного 1,3 л-мин - 1 кг - 1 у нетренирован­ных лиц и 1,8 л-мин - " -кг - " у лиц, тренированных на выносливость. Кровоток усиливается не мгно­венно с началом работы, а постепенно, в течение не менее 20-30 с; этого времени достаточно, чтобы обеспечить кровоток, необходимый для выполнения легкой работы.

При тяжелой динамической работе, однако, потребность в кислороде не может быть полностью удовлетворена, поэтому возрастает доля энергии, получаемой за счет анаэробного метабо­лизма.

Обмен веществ в мышце.

При легкой работе получение энергии происходит по анаэробному пути только в течение короткого переходного периода после начала работы; в дальнейшем метаболизм осуществляется полностью за счет аэробных реакций с использованием в качестве субстратов глюкозы, а также жирных кислот и глицерола. В отличие от этого во время тяжелой работы получение энергии частично обеспечивается анаэробными процессами. Сдвиг в сторону анаэроб­ного метаболизма (приводящего к образованию молочной кислоты) происходит в основном из-за недостаточности артериального кровотока в мыш­це, или артериальной

Гипоксии.Кроме этих «узких мест» в процессах энергообеспечения и тех, что временно возникают сразу же после начала работы, при экстремальных нагрузках образуют­ся «узкие места», связанные с активностью фермен­тов на различных этапах метаболизма. При накоп­лении большого количества молочной кислоты на­ступает мышечное утомление.

После начала работы требуется некоторое время для увеличения интенсивности аэробных энергети­ческих процессов в мышце. В этот период дефицит энергии компенсируется за счет легкодоступных анаэробных энергетических резервов (АТФ и креатин-фосфата). Количество макроэргических фосфатов невелико по сравнению с запасами гликогена, однако они незаменимы как в течение указанного периода, так и для обеспечения энергией при кратковременных перегрузках во время выпол­нения работы.

Во время динамической работы происходят су­щественные адаптационные сдвиги в работе сердеч­но-сосудистой системы. Сердечный выброс и кровоток в работающей мышце возрастают, так что кровоснабжение более полно удовлетворяет по­вышенную потребность в кислороде, а образующее­ся в мышце тепло отводится в те участки организма, где происходит теплоотдача.

Во время легкой работы с постоянной нагрузкой частота сокращений сердца возрастает в течение первых 5-10 мин и достигает постоянного уровня; это

стационарное состояние сохраняется до завершения работы даже в течение нескольких часов. Во время тяжелой работы, выполняемой с постоянным усили­ем, такое стабильное состояние не достигается; ча­стота сокращений сердца увеличивается по мере утомления до максимума, величина которого не­одинакова у отдельных лиц (подъем, обусловленный утомлением). Даже после завершения работы частота сердеч­ных сокращений изменяется в зависимости от имев­шего место напряжения.

После легкой работы она возвращается к первоначальному уров­ню в течение 3-5 мин; после тяжелой работы период восстановления значительно дольше – при чрезвы­чайно тяжелых нагрузках он достигает нескольких часов. Другим критерием может служить общее число пульсовых ударов свыше начальной частоты пульса в течение периода вос­становления; этот показатель служит мерой мышечно­го утомления и, следовательно, отражает нагрузку, потребовавшуюся для выполнения предшествую­щей работы.

Ударный объем сердца в начале работы возрастает лишь на 20 30%, а после этого сохраняется на постоянном уровне. Он немного падает лишь в случае максимального напряжения, когда частота сокращений сердца столь велика, что при каждом сокращении сердце не успевает целиком заполниться кровью. Как у здорового спортсмена с хорошо тренированным сердцем, так и у человека, не занимающегося спортом, сердечный выброс и частота сокращений сердца при работе изменяются приблизительно пропорционально друг другу, что обусловлено этим относительным по­стоянством ударного объема.

При динамической работе артериальное кровяное давление изменяется как функция выполняемой работы. Систо­лическое давление увеличивается почти пропорци­онально выполняемой нагрузке, достигая приблизи­тельно 220 мм рт. ст. при нагрузке 200 Вт. Диастолическое давление изменяется лишь незначи­тельно, чаще в сторону снижения. В системе кровообращения, функционирующей под низким давлением (например, в правом предсердии) давление крови во время работы увеличивается мало; отчетливое его повышение в этом участке является патологией (например, при сердечной не­достаточности).

Потребление организмом кислорода возрастает пропорционально величине и эффек­тивности затрачиваемых усилий.

При легкой работе достигается стационарное состояние, когда потреб­ление кислорода и его утилизация эквивалентны, но это происходит лишь по прошествии 3-5 мин, в течение которых кровоток и обмен ве­ществ в мышце приспосабливаются к новым требо­ваниям. До тех пор пока не будет достигнуто стационарное состояние, мышца зависит от неболь­шого кислородного резерва, который обеспечивается 0 2 , связанным с миоглобином, и от способ­ности извлекать больше кислорода из крови.

При тяжелой мышечной работе, даже если она выполня­ется с постоянным усилием, стационарное состояние не наступает; как и частота сокращений сердца, потребление кислорода постоянно по­вышается, достигая максимума.

С началом работы потреб­ность в энергии увеличивается мгновенно, однако для приспособления кровотока и аэробного обмена требуется некоторое время; таким образом, возни­кает кислородный долг.

При легкой рабо­те величина кислородного долга остается постоян­ной после достижения стационарного состояния, однако при тяжелой работе она нарастает до самого окончания работы. По окончании работы, особенно в первые несколько минут, скорость по­требления кислорода остается выше уровня покоя происходит «выплата» кислородного долга. Однако этот термин не точен, так как увеличение потребления кислорода после завершения работы не отражает непосредственно процессы восполнения запасов 0 2 в мышце, а происходит и за счет влияния других факторов, таких, как увеличение темпера­туры тела и дыхательная работа, изменение мышеч­ного тонуса и пополнение запасов кислорода в ор­ганизме.

Таким образом, долг, который будет возвращен, по величине больше, чем возникший во время самой работы. После легкой работы величина кислородного долга достигает 4 л, а после тяжелой может доходить до 20 л.

Во время легкой динамической работы минутный объем дыхания, как и сердечный выброс, увеличивается пропорционально потреблению кислорода. Это увеличение возникает в результате нарастания дыхательного объема и частоты дыхания.

Во время и после динамической работы кровь претерпевает существенные изменения. По ним лишь изредка можно действительно оценить степень физического напряжения, но особое значение их состоит в том, что они служат источниками ошибок при лабораторной диагностике.

Во время легкой физиче­ской работы у здорового человека выявляются лишь незначительные изменения в парциальном давлении СО2 и 02 в артериальной крови. Тяжелая работа вызывает более существенные изменения.

Наибольшие отклонения от уровня покоя составляют 8% для артериального рО 2 , и 10% - для рСО 2 . Насыщение кислородом смешанной венозной кро­ви падает с ростом напряжения; соответственно этому артериовенозная разница по кислороду увеличивается от значения, приблизи­тельно равного 0,05 (уровень покоя), до 0,14 у не­тренированных и 0,17 у тренированных лиц.

Это увеличение обусловлено повышенным извлечением кислорода из крови в работающей мышце.

При физической работе показа­тель гематокрита увеличивается как в результате снижения объема плазмы (в связи с усиленной ка­пиллярной фильтрацией), так и за счет поступления эритроцитов из мест их образования (при этом увеличивается доля незрелых форм). Отмечено так­же нарастание числа лейкоцитов (рабочий лейкоци­тоз). Отмечено, что число лейкоцитов в крови бегунов на длинные дистан­ции увеличивается пропорционально длительности бега на 5000-15000 клеток/мкл в зависимости от работоспособно­сти (меньше у лиц с высокой работоспособностью). Увеличение происходит преимущественно за счет возрас­тания количества нейтрофильных гранулоцитов, так что при этом численное соотношение клеток разных типов меняется. Кроме того, пропорционально интенсивности работы увеличивается число тромбоцитов

Легкая фи­зическая работа не влияет на кислотно-щелочное равновесие, так как все избыточное количество об­разующейся углекислоты выделяется через легкие. Во время тяжелой работы развивается метаболический ацидоз, степень которого пропорциональна скорости образования лактата; частично он компен­сируется за счет дыхания (снижение артериального Рсо 2).

Уро­вень глюкозы в артериальной крови у здорового человека мало изменяется во время работы. Только при тяжелой и длительной работе происходит паде­ние концентрации глюкозы в артериальной крови, что указывает на приближающееся истощение. Вме­сте с тем концентрация лактата в крови варьирует в широких пределах в зависимости от степени на­пряжения и длительности работы – соответ­ственно скорости образования лактата в мышце, функционирующей в анаэробных условиях, и скорости его элиминации. Лактат разрушается или под­вергается превращениям в неработающих скелетных мышцах, жировой ткани, печени, почках и миокар­де. В условиях покоя концентрация лактата в арте­риальной крови составляет приблизительно 1 ммоль/л; при тяжелой работе длительностью око­ло получаса или при крайне тяжелых кратковремен­ных нагрузках с минутными

интервалами могут быть достигнуты максимальные уровни, превышаю­щие 15 ммоль/л При длительной тяжелой работе концентрация лактата сначала увеличивается, а за­тем падает.

Если рацион богат углеводами, концентрации свободных жирных кислот и глицерола мало изме­няются под влиянием работы, так как секреция инсулина, обусловленная потреблением углеводов, тормозит липолиз.

Однако при обычном рационе длительная тяжелая работа сопровождает­ся увеличением концентраций свободных жирных кислот и глицерола в крови в 4 или более раз

Потоотделение обычно счита­ется признаком тяжелой работы. Начало заметного потоотделения, однако, зависит не только от тя­жести работы, но и от условий окружающей среды. Секреция пота начинается тогда, когда происходит превышение нейтральной температуры по причине либо усиленной теплопродукции во время мышечной работы, либо недостаточной теплоотдачи вследствие высокой температуры или влажности окружающей среды, несоответствующей одежды, отсутствия движения воздуха (конвекции) или, наконец, по причине нагревания тела избыточ­ным тепловым излучением (например, в литейном цехе).

Во время и после физической работы концентрация многих гормонов в крови изменяется. В большинстве случаев этот эффект неспецифический, либо недостаточно понятный. Выделяется повышенное количество адреналина, норадреналина. Через 2 мин после начала работы происходит усиление секреции аденогипофизом АКТГ, который стимулирует выделение кротикостероидов из коркового везества надпочечников. Концентрация инсулина несколько снижается во время работы, уровень же глюкагона может как повышаться, так и снижаться.

Список использованной литературы:

1. Физическая культура студента: учебник для студ. вузов/ М. Я. Виленский, А. И. Зайцев, В. И. Ильинич.

2. Средства восстановления работоспособности спортсмена. А. А.Бирюков, К. А. Кафаров. Москва,Феникс 2002 .

3.Спортсменам о восстановлении; П. И. Гоговцев, В. И. Дубровский

4. Настольная книга учителя физической культуры. Под ред. Л. Б. Кофмана. М., Физкультура и спорт, 2001.

5. Петровский Б. В. Популярная медицинская энциклопедия. М., 2003.

6. Лещинский Л. А. Берегите здоровье. М., Физкультура и спорт, 2001.

7. Книга о новой физкультуре (оздоровительные возможности физической культуры) Ростов - на - Дону 2006.

8. Пономарев Н. А. Проблема системообразующего фактора физической культуры. -Теор. и практ. физ. культ., 2007, № 9, с. 14-16.

9. Сердце и физические упражнения Н. М. Амосов, И. В. Муравов; Москва 2005г.