Физиология, анатомия, биомеханика и спортивная медицина, их методы, место и роль в физической культуре и спорте

 

Медико-биологические науки представляют совокупность наук, исследующих природное (биологическое) состояние человека как в норме, так и в патологии, К ним относятся анатомия и морфоло­гия человека — наука о строении человеческого организма; физио­логия — наука о жизнедеятельности человеческого организма; био­химия — наука о биохимическом составе организма человека и химических реакциях, происходящих в нем; биомеханика — на­ука, изучающая механические процессы происходящие в живых тканях, органах и организме человека в целом.

 

Спортивная медицина изучает проблемы здоровья и физичес­кого состояния людей, занимающихся физическими упражнени­ями и спортом; гигиена — влияние условий физкультурной и спортивной деятельности на здоровье людей; профилактическая медицина — меры профилактики заболеванию возникающих под влиянием процесса спортивной тренировки или профессиональ­ной деятельности.

 

Привлечение этих наук к исследованию физкультурно-спортив­ной деятельности обусловлено тем, что физическая культура и виды спорта, связанные с человеческой телесностью, рассматри­ваются с точки зрения формирования и поддержания двигатель­ных умений и физических качеств человека, являющихся прояв­лением его биологической природы. Знания о человеческой при­роде, получаемые этими науками, их методы и средства исследо­вания дают возможность глубоко познать те процессы в челове­ческом организме, которые происходят в ходе физкультурно-спортивной деятельности, те механизмы функционирования орга­низма человека, которые обеспечивают развитие его физических качеств и двигательных умений, сознательное воздействие на его физическое состояние.

 

В физкультурно-спортивной деятельности сложилась система медико-биологических методов исследован и я: 1) органов — сердца, легких, желудка, головного мозга и т. д.; 2) систем — костно-мускульной, пищеварения, дыхания, кровообращения, нервной деятельности, нейрогуморальной регуляции; 3) организма человека в целом.

 

По целям использования медико-биологические методы ис­следования подразделяются на:

 

диагностические — методы исследования состояния организма;

 

прогностические — методы исследования возможных результа­тов, последствий физкультурно-спортивной деятельности;

 

реабилитационные — методы функционального восстановления систем организма после предельных и запредельных физических и психологических нагрузок.

 

Они необходимы при отборе детей в тот или иной вид спорта, определении их пригодности к различным видам физической де­ятельности.

 

По характеру использования медико-биологические мето­ды исследования подразделяются на группы методов, по которым определяется уровень физического развития человека, исходя из таких показателей, как рост, масса тела, жизненная емкость легких (ЖЕЛ), частота сердечных сокращений (ЧСС), сила мышц рук, ног, становая сила. Медико-биологические методы исследо­вания используются при оценке общей физической подготовлен­ности человека к различным видам деятельности, что служит ос­новой определения его предрасположенности к тому или иному виду физкультурной деятельности, спорта.

 

Медико-биологические методы исследования позволяют опреде­лить динамику развития организма человека в процессе физкуль­турно-спортивной деятельности; выявить природные механизмы формирования и совершенствования двигательных умений и ка­честв, их приспособление к физическим, и психическим нагруз­кам; узнать о функциональных возможностях организма, меха­низмах их использования и мобилизации в процессе физкультур­но-спортивной деятельности.

 

Медико-биологические показатели служат основой определе­ния физических нагрузок, интенсивности тренировочного и со­ревновательного процессов. Они позволяют контролировать физкультурно-спортивную деятельность с тем, чтобы она не причи­няла вреда здоровью, а способствовала его укреплению, помогала разумно строить тренировочный процесс и определяла необходи­мость физического и психического отдыха человека.

 

По используемому инструментарию медико-биологичес­кие методы исследования делятся на органометрические (визу­альные, тактильные) и исследования с помощью приборов (антропометрия, спирометрия, динамометрия, пульсометрия, электрокардиограммирование, электромиограммирование, эдектроэнцефалограммирование).

 

Большое значение имеет метод биотелеметрии (измерение при­родных процессов, происходящих в организме человека, без непосредственного контакта с ним. Это дает возможность исследо­вать организм в его естественном функционировании, а также в напряженной динамической обстановке.

 

3 а п р е щ а е т с я: 1) ис­пользовать те методы исследований, которые могут нанести вред человеку: 2) проводить эксперименты на живых людях без их со­гласия; 3} использовать препараты и упражнения, которые могут нанести вред здоровью человека.

 

Использование медико-биологических методов исследований в физической культуре и спорте должно отвечать общенаучным требованиям: объективности, проверяемости, возможности по­вторения результатов. Специальными принципами их применения считается единство функционального и структурного изменений в организме человека. В физкультурно-спортивной деятельности важным является принцип упражняемости, т.е. систематическое повторение двигательных актов. Тренировка ведет к функциональ­ным и структурным изменениям в организме человека (рост мы­шечной массы, утолщение костей).

 

В современном спорте без применения медицинских препа­ратов человеческий организм не способен выдерживать интен­сивные и продолжительные физические и психологические на­грузки. Поэтому создаются новые направления в научно-техни­ческих и медицинских центрах для решения проблемы повыше­ния эффективности тренировочной деятельности спортсменов, развития и совершенствования физкультурно-оздоровительных услуг.

 

Основные понятия физиологии и биохимии физической культуры и спорта

Физиология и биохимия имеют особый смысл для физической культуры и спорта. Студенты должны знать о деятельности сердца,

о протекающих в организме биохимических процессах, о тканях и органах, которые под воздействием раздражителей переходят в дея-тельное возбудимое состояние. Внешним выражением возбуждения в мышце является ее сокращение, в железе — выделение сока, в нерве — возникновение и распространение нервных импульсов, что влияет на изменение интенсивности обмена веществ.

Основная регуляторная деятельность органов и тканей организма осуществляется за счет гуморального и нервно-рефлекторного механизмов. Регуляция гуморальным путем, связанная с жизнедеятельностью организма, происходит в результате изменения химического состава жидкостей, которые омывают те или иные органы и ткани. В этом участвует эндокринная система, т. е. железы внутренней секреции (щитовидная, надпочечные, половые), которые выделяют химические вещества — гормоны (их несколько десятков), обладающие высокой активностью. Они поступают в кровь и разносятся по всему организму.

Нервную систему человека принято подразделять на центральную и периферическую, а также соматическую и вегетативную (автономную).

К центральной нервной системе относятся головной и спинной мозг, к периферической — нервные образования, служащие для связи ЦНС с отдельными органами и тканями тела (нервы, узлы, сплетения), а также нервные окончания, которые находятся в органах (чувствительные или афферентные, двигательные или эфферентные).

Головной мозг принято разделять на пять отделов: 1) про-долговатый мозг, где расположены центры сердечной и дыхательной деятельности, сосудодвигательный центр); 2) задний мозг, состоящий из моста (образования, соединяющего мозжечок и продолговатый мозг с полушариями мозга) и мозжечка; 3) средний мозг, состоящий из верхнего (заднего) и нижнего (переднего) отделов; 4) промежуточный мозг — таламус (зрительный бугор, нпоталамус, эпиталамус, метаталамус); 5) конечный мозг, со- гоящий из правого и левого полушарий большого мозга. Нейроны — нервные клетки с отростками (длинный — аксон, "ороткий — дендрит) вступают с телами нервных клеток в соединения посредством синапсов, что обеспечивает взаимосвязь областей ЦНС друг с другом.

Чувствительные нервные пути начинаются с нервных оконча-:ий — рецепторов, которые возбуждаются при действии раздра- сителей. Ответная реакция организма на действие раздражителя, ротекающая при участии ЦНС, называется рефлексом. Путь, по L оторому движется возбуждение при осуществлении рефлекса, Называется рефлекторной дугой. Рефлексы делятся на безусловные (врожденные) и условные (приобретенные организмом в течение жизни в результате индивидуального опыта).

В основе спортивных, прикладных и других упражнений лежит [намический стереотип, т. е. система закрепленных, взаимосвязанных и последовательно действующих условных рефлексов, каж- [й из которых является условным раздражителем, подготавли- яощим организм к следующему за ним рефлекторному компоненту сложного двигательного акта.

Важную роль при выполнении физических упражнений играют щнализаторы: двигательный, обеспечивающий возможность образования условных рефлексов на чувствительные раздражения (боевые, температурные, зрительные, слуховые и др.); общей чувствительности (болевой, температурный, осязательный); слухо- ой; обонятельный; зрительный; узнавания предметов на ощупь стереогноза); вестибулярный; суставно-мышечный и др.

Например, если на организм занимающегося физическими упражнениями извне воздействуют раздражители, то у него возникают изменения в сердечно-сосудистой, дыхательной и эндокринной системах. Работа анализаторов может проявляться комплексно в виде «чувства воды» у пловцов, «чувства снега» у лыжни- ров, «чувства трассы» у горнолыжников и т.д. Следует отметить, что активная физкультурно-спортивная деятельность совершенствует функцию анализаторов.

Система кровообращения связывает все органы и системы друг С другом, а также участвует в ответных реакциях организма на различные раздражители. Одна из функций системы — перенос {транспортировка) питательных веществ (белков, жиров, углево- •в и витаминов, продуктов обмена органических веществ). В лег- IX кровь насыщается кислородом и отдает углекислый газ. В тка- х происходит обратный процесс — кровь отдает кислород и насыщается углекислым газом.

Система кровообращения обеспечивает выравнивание температуры частей тела, действие защитных веществ, которые предотвращают распространение болезнетворных микроорганизмов, вирусов и бактерий. Развитию болезней препятствуют белые кровяные тельца — лейкоциты.

Кровеносные сосуды (например: аорта, артерии, вены, капилляры) являются связующим звеном между органами, тканями и железами внутренней секреции. Движение крови по сосудам происходит по большому и малому кругам.

Главным связующим звеном в системе кровообращения является сердце. Оно расположено в левой половине грудной клетки и занимает по вертикали пространство от второго до пятого межре- берья, а по горизонтали — от правого края грудины до левого соска. Сердце состоит из четырех отделов: двух желудочков (правого и левого) и двух предсердий (правого и левого). Предсердия отделены от желудочков клапанами, которые открываются только в сторону желудочков. Выход из сердца, в устье легочной артерии и аорты, закрыт полулунными клапанами. Они обеспечивают ток крови только в направлении от сердца.

В работе сердца различают три фазы: 1) сокращение предсердий и желудочков (систола); 2) расслабление предсердий и желудочков (диастола); 3) пауза — период, в котором предсердия и желудочки находятся в состоянии покоя.

Работа сердца характеризуется автоматизмом, координированно-стью и ритмичностью. Под автоматизмом понимается способность сердца постоянно сокращаться благодаря импульсам, возникающим в нем самом, под координированностью — порядок в сокращении его частей, под ритмичностью — способность осуществлять сокращения через равные промежутки времени.

Ударный объем сердца — это количество крови, выбрасываемое сердцем за одно сокращение (систола), которое в покое составляет 60 — 70 см3, а при выполнении физических упражнений достигает до 150 см3 и более.

Деятельность сердца регулируется ЦНС по механизму безусловных и условных рефлексов. Импульсы, поступающие по симпатическим нервам, — увеличивают силу и частоту сердечных сокращений, по парасимпатическим нервам — уменьшают.

Во время занятий физическими упражнениями повышается мышечная работа, максимальное давление крови увеличивается, а минимальное — уменьшается. По этим изменениям можно судить о степени физической нагрузки занимающихся. Например, в покое частота пульса составляет 50—60 уд./мин. При увеличении нагрузки (например, при ускоренной ходьбе или беге) пульс изменяется. При выполнении весьма интенсивных упражнений у нетренированных лиц он учащается до 220 — 250 уд./мин, а у тренированных — до 180 — 200 уд./мин.

Лимфатическая система организма выполняет защитную роль, помогая бороться с болезнетворными микроорганизмами, ускоряя процесс заживления полученных травм. Кровь не соприкасается с клетками, так как они отделены от стенки кровеносного капилляра узкой щелью, наполненной межтканевой жидкостью. Межклеточные щели, соединяясь вместе, образуют лимфатические капилляры. Из них начинаются более крупные лимфатичес- кие сосуды, имеющие клапаны и пропускающие лимфу в одном направлении. Сосуды подходят к лимфатическим узлам (лимфатическим железам), расположенным на шее, в подмышечных впадинах, в паху, у локтевых и коленных сгибов. Крупные лимфатические сосуды впадают в вену, расположенную у сердца.

Дыхание — это процесс обмена газов (кислорода и углекисло-;Ты) между организмом и окружающей средой через органы дыхания, которые состоят из правого и левого легкого и дыхательных путей.

Легкие человека расположены в грудной полости и окружены эластичной тканью. Воздухоносные пути начинаются в носовой полости, затем идут в гортань, трахею, делящуюся на левый и правый бронхи, а они разветвляются на бронхиолы. Конечный пункт воздухоносных путей — альвеолы (тонкостенные пузырьки, сплетенные кровеносными капиллярами).

' Процесс дыхания состоит из внешнего дыхания, переноса газов кровью и тканевого дыхания. Внешнее дыхание заключается в обмене газов между воздухом, наполняющим альвеолы, и венозной кровью. Перенос газов кровью обеспечивает доставку кислорода из легких в ткани, а углекислого газа — из тка- гней в легкие. Кислород участвует в окислительных реакциях орга- ' низма при обмене веществ. Образующийся углекислый газ из тка-: ней поступает в кровь, переносится к легким и удаляется из орга- J низма в процессе дыхания. При тканевом дыхании осуществляется обмен газов между кровью и тканями, а тончайшая стенка кровеносного капилляра является «воротами», через которые происходит этот обмен.

Занятия физическими упражнениями приводят к значитель-

* ным изменениям в газообмене при дыхании. В покое только 30 % кислорода, приносимого кровью, поглощается тканями. При физических нагрузках этот показатель увеличивается до 60 — 80 %, что обеспечивает лучшее снабжение организма кислородом и

- удаление углекислого газа, повышает работоспособность орга- £ низма.

Одной из характеристик функционального состояния организма человека является жизненная емкость легких (ЖЕЛ) — объем ^воздуха, который человек в состоянии выдохнуть после макси- мального вдоха. Измеряется он спирометром, в норме у мужчин составляет 4000—4500 см3, женщин — 2500 — 3000 см3.

Легочная вентиляция — это объем воздуха, проходящего через легкие за одну минуту. В покое объем воздуха при выдохе в среднем составляет 500 см3, а количество дыханий — 12—16 в мин. В покое легочная вентиляция равна 6—8 л/мин, а у хорошо тренированных людей может достигать 10 л/мин.

Дыхание регулируется рефлекторным и гуморальным механизмами. Гуморальная регуляция дыхания обусловлена воздействием через кровь ряда химических веществ непосредственно на дыхательный центр, расположенный в продолговатом мозге.

При выполнении интенсивных упражнений в течение 1,5 — 2 мин и более (например: бег на 3 км, лыжная гонка на 15 км и др.) может наступить ухудшение самочувствия в виде утомления и ощущений «удушья» и «стеснения в груди». Это состояние, получившее название «мертвой точки», связано с временными расстройствами нервной системы, кровообращения, дыхания, когда функция дыхания и обмен веществ не обеспечивают в должной мере работу мышц. В организме накапливаются ядовитые продукты обмена, угнетающие деятельность ЦНС.

В дальнейшем при продолжении мышечной работы в том же темпе самочувствие человека улучшается и работоспособность восстанавливается. Это происходит в связи с тем, что организм приспосабливается к новым условиям и переходит на новый, более высокий уровень. Наступает так называемое «второе дыхание», которое сопровождается обильным потоотделением и углублением дыхания.

При длительной мышечной работе значительной интенсивности «мертвая точка» и «второе дыхание» могут повторно наступать несколько раз. Студенты должны знать о симптомах «мертвой точки» и мерах ее предупреждения. Эт<3 избавит их от растерянности и неверия в свои силы.

Пищевые вещества, поступающие в организм (белки, жиры, углеводы, соли и вода), дают энергию, участвуют в построении новых клеток и тканей. Ферменты (химические вещества) ускоряют течение связанных с пищеварением химических реакций, способствуют распаду пищевых продуктов до состояния, в котором они могут всасываться в кровь. Нормальное пищеварение способствует эффективной работе организма человека.

Ассимиляция (усвоение) и диссимиляция (распад) веществ протекают во всех клетках и тканях организма. В этом процессе участвуют белки, жиры, углеводы, витамины, минеральные соли и вода. Глюкоза как основной источник энергии для деятельности ЦНС имеет большое значение. При резком ее понижении содержания в крови могут наступить судороги, потеря сознания и даже смерть.

Обмен энергии идет непрерывно и протекает между отдельными частями и клетками организма, организмом и окружающей средой.

Единицы измерения количества тепловой энергии — калория (кал) и килокалория (ккал), которая определяется количеством тепла, необходимым для того, чтобы нагреть 1 л воды на 1 °С.

Основной обмен — это количество энергии, затрачиваемое орга-низмом в полном покое через 12 —16 ч после еды при температу-; ре окружающей среды 16 — 20 °С. У взрослого человека он составляет в среднем 1 ккал на 1 кг массы тела в 1 ч и достигает 1300 — 1800 ккал в сутки.

При физических упражнениях величина энергетических затрат I тем выше, чем интенсивнее и продолжительнее работа. Так, затраты при ходьбе на лыжах на 10 км около 900 кал, преодоление дистанции в беге на 100 м — до 20 ккал. Для полноценного пита-! ния необходимо, чтобы в суточном пищевом рационе было 50 — ' 60 г жиров, около 80—100 г белков, 500 — 600 г углеводов и достаточное количество витаминов (при оптимальном количественном соотношении).

Удаление из организма различных шлаков, образовавшихся в, результате энергетического распада, осуществляется через органы выделения: почки, потовые железы, легкие и кишечник.

Почки — орган выделения, через который выводятся из организма вода и минеральные соли (в случае их избыточного потребления). Моча образуется в почках из крови. Через почки за сутки проходит около 800 — 900 л крови, а человек выделяет до 1,5 —2 л мочи.

Потоотделение — процесс удаления из организма через пото-; вые железы продуктов обмена веществ и воды. Оно также регулирует температуру тела. При длительной физической работе (например: бег на длинные дистанции, спортивные игры и др.) интенсивность потоотделения увеличивается.

К железам внутренней секреции относятся щитовидная железа, f гипофиз, надпочечники, поджелудочная железа, половые и другие железы. Они играют важную роль в регуляции жизнедеятельности человека. В кровь, лимфу и мозговую жидкость железы выделяют секреты (гормоны).

При выполнении упражнений гормоны мобилизуют функции организма, повышают обмен веществ, участвуют в восстановительных процессах. Например, надпочечники выделяют адреналин — гормон, способствующий распаду гликогена в печени и поступлению углеводов в кровь, повышает возбудимость тканей, усиливает деятельность сердца.

На занятиях по физической культуре студентам необходимо! разъяснять как действуют и влияют биохимические процессы, ме-; ханизмы преобразования энергии при мышечной деятельности, I способы регуляции обмена веществ, специфические средства, направленные на повышение работоспособности и ускорение восстановительных процессов, на организм человека.

Биомеханика физических упражнений

Биомеханика — это наука, которая изучает особенности опорно-двигательного аппарата человека как биомеханической системы в его двигательных действиях, рассматривает состав, структуру движений тела и его частей в пространстве и во времени в физических упражнениях.

Биомеханический анализ различных положений и движений человека и его частей тела проводится для определения эффективности и целесообразности действий, двигательных актов, по которым устанавливается индивидуальный двигательный режим. По результатам биомеханического анализа выделяют элементы (например, суставные движения звеньев и систем звеньев), фазы и структуру движений (например: форма и характер движений; кинематическая структура, связанная с динамикой и механизмом движений).

На занятиях по физической культуре студенты постоянно находятся в динамике. Их движения могут быть простыми и сложными. Сложное движение можно разделить на составные части и проследить их взаимное влияние на результат двигательного акта.

Биомеханика рассматривает физические упражнения как комплекс, объединяющий множество частных движений, составляющих единство целенаправленных проявлений активности. Их называют двигательными действиями. Качество выполнения физических упражнений зависит от правильно исполняемых частных деталей и их связей.

Использованная литература:

1. Холодов Ж.К., Кузнецов В.С. Теория и методика физического твоспитания и спорта: учебное пособие для студ.высш.учеб.завед. – М.: Академия, 2004. – 480 с.

2. Хозяинов Г.И., Кузьмина Н.В., Варфоломеева Л.Е. Акмеология физической культуры и спорта: учебное пособие для студ.высш.учеб.завед. – Академия, 2007. – 208 с.

3. Барчуков И.С., Нестеров А.А. Физическая культура и спорт: методология, теория, практика: учебное пособие для студ.высш.учеб.завед. – М.: Академия, 2006. – 528 с.

4. Туревский И.М., Холодов Ж.К., Кузнецов В.С. Самостоятельная работа студентов факультетов физической культуры по дисциплинам предметной подготовки: учебное пособие для студ.высш.учеб.завед. – М.: Академия, 2003. – 320 с.

5. Матвеев Л.П. Теория и методика физической культуры: учеб. для ин-тов. физ. культуры. – М.: Физкультура и спорт, 1991. – 543 с.