Кровь и кровеносная система

Слайд 1.Лекция 2. Биологические основы физической культуры

 

План лекции:

1. Общие закономерности строения человеческого тела.

2. Кровь и кровеносная система.

3. Нервная система.

4. Дыхательная система.

5. Костная система.

6. Мышечная система.

 

1. Общие закономерности строения человеческого тела.

Человеческий организм устроен природой чрезвычайно сложно. Его развитие, само существование происходит под влиянием наследственности и изменяющейся окружающей внешней среды, оказывающей как полезное, так и вредное воздействие.

Жизнедеятельность человеческого организма регулируется автоматически, посредством приспособительных реакций (адаптация), обеспечивающих поддержание постоянства внутренней среды (гомеостаз)- температуры тела, состава крови, кровяного давления и др.

Медико-биологические науки (анатомия, физиологи, гигиена и др.), на достижениях которых основывается физическое воспитание, рассматривают человека как сложную саморегулирующуюся биологическую систему.

Для понимания того, как физические упражнения, спортивная тренировка влияют на организм человека, его работоспособность, самочувствие, необходимо иметь представление о строении человеческого тела, закономерностях деятельности отдельных органов и функциональных систем.

Основной структурной единицей живого является клетка. Клетки вместе с межклеточным веществом формируют ткани - соединительную, нервную, мышечную, кровь (жидкая ткань) и др. Совокупность нескольких тканей составляет орган. В состав органов входят различные ткани; одна из них образует большую часть органа и с ней обычно связана специфичность функции данного органа. Например, основную массу мышцы составляет мышечная ткань, от которой зависит свойство мышцы сокращаться.

Организм человека - единство многочисленных органов - мышцы, кости, сердце, головной и спинной мозг, желудок и др.

В каждом органе имеются кровеносные сосуды, в большинстве органов, кроме того, - лимфатические сосуды; ко всем органам подходят и разветвляются в них нервы. Каждый орган имеет сложное строение и выполняет определенные функции. Совокупность органов, выполняющих общую для них функцию, называется функциональной системой. Например, костная система состоит из костей, соединенных между собой различными способами и образующих скелет, выполняющий функцию опоры и движения, функцию защиты внутренних органов. Скелет вместе с мышцами образуют опорно-двигательный аппарат. Мышечная система, являясь активной частью двигательного аппарата, обеспечивает функцию движения. Все системы органов связаны между собой. Регуляция деятельности органов, всех систем организма и его взаимосвязь с внешней средой осуществляется нервной системой (головной и спинной мозг, нервы).

Между организмом и окружающей средой происходят постоянно газообмен и обмен веществ.

В рамках этой темы мы рассмотрим функции тех систем организма, которые в первую очередь реагируют на физические действия, упражнения и эта реакция наглядна для самого занимающегося. Это мышечная, костная, кровеносная, дыхательная, нервная системы.

Кровь и кровеносная система

Слайд 2. Кровь - жидкая ткань, циркулирующая в кровеносной системе, обеспечивающая жизнедеятельность клеток, тканей организма. Состав и свойства крови у взрослого человека постоянны (но изменяются в период заболеваний). Постоянство состава крови поддерживается физико-химическими механизмами самой крови и регуляторными механизмами нервной системы. Кровь состоит из жидкой части - плазмы (55-60%) и взвешенных в ней клеточных элементов (40-45 %) - эритроцитов, лейкоцитов, тромбоцитов.

Эритроциты - красные кровяные тельца, заполненные особым белком - гемоглобином, который и обуславливает красный цвет крови. Важнейшая функция эритроцитов состоит в том, что они являются переносчиками кислорода. Кислород участвует в процессах расщепления (окисление) органических веществ в тканях, при этом выделяется энергия, за счет которой совершается работа всех органов. Когда кровь протекает через легкие, гемоглобин эритроцитов поглощает кислород; затем насыщенная кислородом (артериальная) кровь разносится по всему организму. В органах кислород отделяется от гемоглобина и поступает в ткани. Гемоглобин участвует также и в переносе углекислоты из тканей в легкие, где она переходит из крови в воздух. Большая часть углекислоты переносится плазмой. Гемоглобин способен присоединять и другие газы, например, угарный газ, если он находится в составе вдыхаемого воздуха. Часть гемоглобина, связанная с угарным газом не присоединяет кислород. Поэтому вдыхание воздуха, содержащего угарный газ (угарный газ содержится, например, в автомобильных выхлопах, сигаретном дыме), приводит к нарушению тканевого дыхания - происходит отравление организма. Гемоглобин освобождается от угарного газа лишь при вдыхании свежего воздуха.

В организме эритроцит живет 100-120 дней. Вырабатывает эритроциты красный костный мозг.

Лейкоциты - белые кровяные тельца выполняют защитную функцию: они обладают свойством фагоцитоза, т.е. захватывают и уничтожают болезнетворные микробы и инородные для организма белки.

Тромбоциты (кровяные пластинки) - клеточные элементы, играющие важную роль в процессе свертывания крови. В нормальных условиях кровь, движущаяся по сосудам, не свертывается. Только при некоторых заболеваниях внутри сосудов образуются закупоривающие их сгустки крови - тромбы. Свертывание крови происходит обычно при повреждении тела и кровеносных сосудов.

Плазма - межклеточное вещество крови. В состав плазмы входит 90% воды и 10% других веществ. Кроме клеточных элементов, в плазме содержаться белки крови, различные питательные вещества (аминокислоты, глюкоза и др.), гормоны, ферменты, углекислый газ и кислород, продукты обмена, удаленные из тканей.

В плазме находятся антитела, обеспечивающие иммунитет организма.

Количество крови составляет 7-8 % от веса тела (при весе тела 70 кг в организме содержится 5-6 литров крови). При этом 3,5-4 л обычно циркулирует в сосудистом русле и в полостях сердца, а 1,5-2 л депонировано в селезенке, печени и в других органах. Запасной объем крови включается в кровообращение в случае необходимости (например, при мышечной работе) и рефлекторно направляется к работающему органу.

Потеря более 1/3 количества крови опасна для жизни. Различают четыре группы крови (I, II, III, IV). Каждый человек должен знать свою группу крови.

 

Слайд 3. Кровь в организме выполняет многообразные функции:

- транспортную - доставляет питательные вещества (жирные кислоты, аминокислоты и др.) к тканям всех органов и выводит от туда продукты распада (мочевая кислота, аммиак и др.). Питательные вещества поступают в кровь путем всасывания их в пищеварительной системе. Продукты распада, образовавшиеся в результате жизнедеятельности клеток, выводятся из крови через органы выделения;

- дыхательную - доставляет к тканям всех органов кислород и выводит оттуда углекислоту. Поступление кислорода в кровь и выведение углекислоты из крови происходит через легкие;

- регуляторную - разносит по всему организму различные вещества (гормоны и др.), которые усиливают или тормозят работу органов. Например, адреналин, выделяемый надпочечными железами, вызывает учащение и усиление сокращений сердца, суживает просвет сосудов (кроме сосудов сердца и головного мозга), повышая этим артериальное давление;

- защитную - препятствует действию проникающих в организм вредных веществ, бактерий, инородных частиц;

- теплообменную - обеспечивает относительно равномерное распределение тепла в организме. Проходя по органам с высоким уровнем обмена веществ (например, печени), кровь нагревается, одновременно, охлаждая их, затем, проходя по органам с невысоким уровнем обмена (например, коже), охлаждается, одновременно, согревая их.

При регулярных занятиях физическими упражнениями или спортом:

- повышается кислородная емкость крови, так как увеличивается количество эритроцитов и количество гемоглобина в них;

- повышается сопротивляемость организма различным заболеваниям, благодаря повышению активности лейкоцитов;

- ускоряются процессы восстановления после значительной потери крови.

Говоря о функциях и составе крови, следует отметить, что под влиянием мышечной деятельности в крови происходят различные изменения. Эти изменения существенно зависят от длительности и интенсивности работы. Так, при интенсивной мышечной работе в крови нарастает содержание продуктов распада (например, молочной кислоты - промежуточного продукта распада углеводов), сдвигающее реакцию крови в кислую сторону. Напомним, что рН (кислотно-щелочной баланс) крови равен 7,35-7,4, то есть ее среда имеет слабощелочную реакцию и является оптимальной для организма. Любые отклонения выше или ниже этого уровня в течение продолжительного периода могут привести к серьезным нарушениям нормального протекания физиологических процессов, в том числе, функций мозга. В крови имеются буферные системы, которые играют важную роль в поддержании кислотно-щелочного равновесия. Их действие направлено на нейтрализацию молочной и других кислот и восстановление pH крови. У тренированных людей эти механизмы хорошо развиты.

 

Слайд 4. Кровеносная система. Кровеносная система состоит из сердца и кровеносных сосудов - трубок различного диаметра последовательно соединенных между собой и образующих замкнутые большой и малый круги кровообращения. Кровеносная система содержит кровь. Кровь в организме находится в постоянном движении, которое совершается по кровеносным сосудам. Это движение называется кровообращением. Кровообращение обеспечивает беспрерывный приток питательных веществ и кислорода во все органы и выведение из них продуктов обмена. Движение крови в сосудах происходит благодаря сокращениям сердца.

Слайд 5. Сердце - функциональный центр (насос) кровеносной системы. Сердце - полый мышечный орган, обильно снабженный кровеносными сосудами, совершающий ритмичные сокращения и расслабления, благодаря которым кровь непрерывно циркулирует в организме. Стенка сердца состоит из трех оболочек. Средняя оболочка - миокард - самый толстый и мощный слой стенки сердца. Миокард построен из мышечной ткани, которая выполняет сократительную функцию, обеспечивая ритмические изменения объема сердца. Сердце человека четырехкамерное. Непроницаемой продольной перегородкой оно делится на левую и правую половину. Правая половина перекачивает венозную кровь в малый круг кровообращения, левая - артериальную кровь в большой. Каждая половина, в свою очередь, поперек разделена на две камеры: верхнюю - предсердие и нижнюю - желудочек. Эти 4 камеры (полости) попарно соединены перегородками, имеющие клапаны. Клапаны между предсердиями и желудочками и клапаны у выхода крови в большой и малый круги кровообращения обеспечивают движения крови в одном направлении - из предсердия в желудочки, из желудочков в артерии. Работа сердца состоит из ритмически повторяющихся сокращений и расслаблений предсердий и желудочков. Сокращение называется - систолой, а расслабление - диастолой.

Слайды 6. Масса сердца колеблется в пределах 200-400 граммов. По объему составляет около 750 куб. см.

Слайд 7. Сердце сокращается ритмично в течение жизни 60-70 раз в минуту; 4 тыс. 200 раз в час;108 тыс. раз за сутки; около 3 млрд. раз за жизнь.

Слайд 8. Объем крови, перекачиваемой сердцем за 1 минуту - 6 литров, в час – 360 литров.

Слайд 9. За сутки сердце перекачивает 8 тыс. 640 литров крови, за жизнь – 250 млн. литров.Размеры и масса сердца зависят от возраста, размеров тела, пола и физического развития человека. Длина сердца по его продольной оси составляет 12-13 см, наибольшая ширина 6-7 см, объем - от 250 до 350 см3, масса сердца у взрослого мужчины равна примерно 300 г, у женщин - около 220 г. Толщина стенки сердечной мышцы неодинакова и зависит от мощности выполняемой работы. Стенки предсердия имеют толщину 2-3 мм, так как они перекачивают кровь в нижележащие желудочки без особого напряжения. Самую толстую стенку имеет левый желудочек 10-15 мм, нагнетающий кровь в большой круг кровообращения.

Слайд 10. Сердце работает автоматически, под контролем ЦНС, не прерываясь, на протяжении всей жизни человека (за исключением кратчайшей паузы в сердечном цикле, имеющем 3 фазы). Вначале сокращаются предсердия (1 фаза), кровь при этом переходит из предсердий в желудочки, последние расслабляются. Затем сокращаются желудочки (2 фаза), во время которых кровь с силой выбрасывается в аорту и легочную артерию, предсердия расслабляются. После сокращения желудочков начинается их расслабление (3 фаза) предсердия в это время также расслаблены. Эта фаза сердечной деятельности называется - общая пауза. Во время паузы в предсердия поступает кровь из венозных сосудов. На паузу приходится 0,2-0,3 с., если сердце бьется с частотой 70-80 ударов в минуту.

Слайд 11. Тело человека пронизано кровеносными сосудами, причем они нигде не кончаются, а переходят друг в друга и образуют единую замкнутую систему. Кровеносные сосуды подразделяются на артерии, артериолы, вены, венулы и капилляры. Артерии - сосуды, по которым кровь течет от сердца в органы. Артерии имеют сравнительно упругие и толстые стенки. В органах артерии делятся на более мелкие (артериолы), а затем на мельчайшие кровеносные сосуды - капилляры. Капилляры самые многочисленные и самые тонкие кровеносные сосуды. Капилляры соединяются между собой, образуя капиллярные сети. Различают артериальные и венозные части капилляра. Венозные части капилляра формируют капиллярные венулы, собирающиеся в вены.

Обмен веществ между кровью и тканями осуществляется только через стенки капилляров. При движении крови по капиллярам, через их стенки постоянно просачивается в межтканевое пространство часть кровяной плазмы, которая образует межтканевую жидкость, окружающую все клетки тела. Из этой жидкости клетки поглощают питательные вещества и кислород и выделяют в нее углекислый газ и продукты распада, образовавшиеся в процессе обмена веществ. Кровь поглощает эти вещества и, уже венозная, из капилляров переходит в мелкие вены (венулы), а затем - в более крупные и по венам достигает правого предсердия. Вены - сосуды, по которым кровь течет из органов к сердцу.

Как было сказано выше, движение крови в сосудах обусловлено работой сердца. Во время сокращения сердца кровь нагнетается в артерии, во время расслабления поступает в него из вен. Благодаря работе сердца создается постоянная разность давления крови в артериях и венах. Самое большое давление в начале круга кровообращения, самое малое - в конце его. Эта разность давления в различных отделах сосудистой системы и является непосредственной причиной движения крови: от места большего давления кровь перемещается к месту меньшего давления.

Помимо работы сердца имеются дополнительные факторы, способствующие продвижению крови: наличие клапанов в венах, сокращение мышц, между которыми проходят кровеносные сосуды, присасывающее действие грудной клетки и др.

Слайд 12. Клапаны, имеющиеся во многих венах, обеспечивают движение крови в одном направлении. Особенно важным является наличие клапанов в венах нижних конечностей. Этой же цели служит «мышечный насос»- механизм принудительного продвижения крови под воздействием сокращения и расслабления скелетных мышц. Стенки вен тонкие и малоупругие, поэтому скелетные мышцы при своем сокращении легко сдавливают их и проталкивают находящуюся в сосудах кровь. Роль «мышечного насоса» ярко проявляется в явлении, называемым гравитационным шоком. Например, во время бега ритмичные сокращения и расслабления мышц ног способствуют продвижению массы крови по венам к сердцу. При внезапной остановке действие мышечного насоса прекращается, кровь под действием гравитации задерживается в крупных венозных сосудах ног. В результате, сердце получает и направляет в сосудистое русло недостаточное количество крови. Давление крови и кровоснабжение органов, в том числе и головного мозга, резко понижаются, поэтому можем наступить обморочное состояние. Для профилактики гравитационного шока нагрузку следует снижать постепенно.

Нарушение венозного оттока может возникнуть и при нахождении человека в длительном неподвижном положении (например, сидя или стоя). В данном случае, отсутствие динамической мышечной работы, сочетаемое со статическим напряжением отдельных мышечных групп, при котором сосуды стиснуты напряженными мышцами, вызывает застойные явления в органах таза и ногах.

Для сохранения здоровья и работоспособности при малоподвижном стиле жизни, при продолжительном неподвижном положении (например, сидя - типичном для работников умственного труда) в целях предупреждения застойных явлений необходимо активизировать кровообращение с помощью физических упражнений.

Способствует движению крови в венах и присасывающее действие грудной клетки («дыхательный насос»). Присасывающее действие грудной клетки обусловлено тем, что во время вдоха давление в ней понижается. Этот фактор оказывает влияние на понижение давления и в сердце во время его расслабления, и в крупных венах, находящихся в грудной клетке. Следует помнить, что максимальные усилия, проявляемые при задержке дыхания на вдохе (натуживание), например, при занятиях с отягощениями, вызывает повышение давления внутри грудной клетки. Повышение внутри грудного давления на вдохе является фактором, затрудняющим кровообращение и снижающим приток крови к сердцу. В результате уменьшается объем крови, выбрасываемой в сосудистое русло, и ухудшается кровоснабжение всех органов. Длительное или сильное натуживание резко ухудшает кровоснабжение головного мозга, что может привести к обмороку. Поэтому при выполнении физических упражнений, особенно силовых, следует следить за дыханием, выполнять упражнения на расслабление и строго дозировать нагрузку в соответствии с возможностями организма.

 

Слайд 13. Все кровеносные сосуды в теле человека составляют два круга кровообращения: большой и малый.

Сеть сосудов большого круга кровообращения пронизывает ткани всех органов и частей тела человека. Под большим кругом кровообращения понимается путь крови из левого желудочка сердца по аорте - самому крупному артериальному сосуду и ее ветвям в органы и из органов по венозным сосудам в правое предсердие, а из него в правый желудочек. В большом круге кровообращения кровь из артериальной превращается в венозную.

Сосудистая сеть малого круга проходит только через легкие. Малый круг кровообращения служит для обогащения кислородом венозной крови, оттекающей от органов, и удаления из нее углекислоты. Малый круг кровообращения - это путь крови из правого желудочка сердца по легочной артерии в легкие, где кровь отдает углекислый газ и насыщается кислородом, а оттуда по легочным венам в левое предсердие, а из него в левый желудочек, и цикл кровообращения повторяется. В малом круге кровообращения кровь из венозной превращается в артериальную.

В функциональном отношении сердце и кровеносные сосуды представляют единую систему - сердечно-сосудистую (кровеносную). Поэтому регуляция деятельности сосудов связана с регуляцией деятельности сердца и осуществляется нервной системой.

Во время физической нагрузки кровообращение перестраивается в режим максимального удовлетворения потребностей работающих мышц. Например, в покое кровь совершает полный кругооборот за 21 - 22 с, при физической работе - за 8 с и менее, при этом объем циркулирующей крови может возрастать до 40 л/мин. Также, в организме действует механизм перераспределения крови - расширение сосудов в работающем органе и, следовательно, усиление в нем кровотока, и сужение сосудов неработающих органов. В покое органа в нем функционирует лишь небольшое число капилляров, при работе количество раскрывшихся капилляров увеличивается во много раз. Такие приспособительные реакции повышают снабжение тканей кислородом и питательными веществами и ускоряют вывод продуктов обмена.

Кроме системы кровеносных сосудов, в организме человека имеется лимфатическая система. Лимфатическая система представляет собой добавочное (наряду с венозным руслом) звено оттока жидкости и растворенных в ней веществ от органов и тканей. Лимфатическая система состоит из лимфатических сосудов и лимфатических узлов. Лимфатические капилляры имеются почти во всех органах, они являются началом лимфатической системы. Некоторые вещества межтканевой жидкости (крупные белки, бактерии, чужеродные частицы и др.) просачиваются в них, и вместе с тканевой жидкостью образуют лимфу. Лимфа движется в лимфатической системе только в одном направлении - от органов к сердцу. Из капилляров по лимфатическим сосудам лимфа возвращается в венозную часть сосудистой системы. Таким образом, в организме постоянно происходит, с одной стороны, образование лимфы, с другой - ее отток.

В лимфатических узлах образуются лимфоциты (группа лейкоцитов). Лимфатические узлы, располагающиеся, как правило, группами по ходу лимфатических сосудов, выполняют защитную функцию, в них могут задерживаться болезнетворные микробы (если они попадают в лимфатические сосуды). Лимфатическая система выполняет и другие функции в организме.

Спортивный массаж проводится по ходу тока лимфы и по направлению к ближайшим лимфатическим узлам. Области расположения лимфатических узлов не массируется (например, подмышечная, паховая и др.) Под влиянием массажа ток лимфы, как и крови, ускоряется. Это способствует, как более активному снабжению тканей различными питательными веществами, так и более быстрому выходу из организма продуктов обмена.

Кровь, циркулирующая в сосудах, оказывает на их стенки определенное давление. В нормальных условиях кровяное давление постоянно. Величина кровяного давления зависит от нескольких факторов, основные из них: 1) сила, с которой кровь выбрасывается из сердца во время его сокращения; 2) упругое сопротивление стенок кровеносных сосудов, которое приходится преодолевать крови во время своего движения. Во время систолы желудочков кровяное давление более высокое, чем во время диастолы. Поэтому различают максимальное, или систолическое кровяное давление и минимальное, или диастолическое кровяное давление. Измеряют кровяное давление на плечевой артерии, поэтому его называют артериальным давлением (АД). Пульсовое давление - разница между максимальным и минимальным АД.

В норме у здорового человека в возрасте 18-40 лет в покое кровяное давление равно 120/70 мм. рт: 120 мм - систолическое, 70 мм - диастолическое. Артериальное давление изменяется при эмоциональном возбуждении, при физической работе, но изменение носит временный характер. При малоподвижном стиле жизни, напряженной умственной работе, сочетающейся с высокими нервно-эмоциональными нагрузками, курении ухудшается питание стенок сосудов (особенно артерий), теряется их эластичность, что может привести к стойкому повышению кровяного давления и в конечном итоге к заболеванию, называемому гипертонией.

Как известно, мозгу для жизнедеятельности необходимо значительно больше кислорода, чем другим органам. Поэтому качество сосудов для умственной деятельности особенно существенно.

Физические нагрузки способствуют общему расширению кровеносных сосудов, повышению эластичности их стенок, улучшению обмена веществ в них. Мышцы, окружающие сосуды, массируют их стенки. Кровеносные сосуды головного мозга, кожи, внутренних органов, не проходящие через мышцы, массируются за счет гидродинамической волны от учащения пульса и за счет ускоренного тока крови.

Наиболее благоприятное влияние на работу сердца и сосудов оказывают циклические упражнения, выполняемые в условиях чистого открытого воздуха с умеренной и большой интенсивностью, например, быстрая длительная ходьба, медленный продолжительный бег, плавание, передвижение на лыжах и т.п. Упражнения для развития силы: статические упражнения со значительным напряжением, упражнения, требующие проявления «взрывной силы», упражнения с применением предельных и околопредельных отягощений на занятиях оздоровительной направленности следует применять с осторожностью. Студентам с сердечно-сосудистыми заболеваниями такие упражнения противопоказаны.

Отрицательный эффект может возникнуть и в результате занятий с чрезмерным увеличением нагрузки.

Показатели работы сердца

В результате систематических занятий физическими упражнениями и спортом, размеры и масса сердца увеличивается в связи с утолщением стенок сердечной мышцы и увеличения его объема. Улучшается кровоснабжение самого сердца, следовательно, и его питание. Такие изменения повышают мощность и работоспособность сердца.

Частота сердечных сокращений (ЧСС), или артериальный пульс, является весьма информативным показателем работоспособности сердечно-сосудистой системы и всего организма. Пульс - волна колебаний, распространяемая по эластичным стенкам артерий в результате гидродинамического удара порции крови, выбрасываемой в аорту под большим давлением при сокращении сердца. Во время выполнения физических упражнений частота сердечных сокращений увеличивается. Усиленная работа сердца направлена на обеспечение работающих мышц кислородом и питательными веществами и на удаление углекислого газа и продуктов жизнедеятельности клеток. Если человек систематически занимается физическими упражнениями, особенно циклическими (бег, плавание и др.), частота сердечных сокращений в покое со временем становится реже за счет увеличения объема сердца и мощности каждого сердечного сокращения. Среднее значение ЧСС в покое у мужчин - 70-80, у женщин - 75-85 уд/мин. ЧСС у тренированных соответственно - 50-60 и 60-70 уд/мин.

Урежение пульса у тренированных людей обеспечивает сердцу большую паузу для отдыха.

Основные функциональные особенности кровеносной системы людей систематически занимающихся физическими упражнениями:

- высокая экономичность функций в покое (например, урежение пульса) и при выполнении нагрузок ниже максимальных;

-   высокая производительность системы кровообращения при выполнении максимальных нагрузок.

В целом, сердечно - сосудистая система у тренированного человека имеет больший запас прочности.

3. Нервная система

Слайд 14. Нервная система регулирует всю деятельность организма и осуществляет связь его с внешней средой.

Функции нервной системы:

- регулирует деятельность различных органов и всего организма: работу мышц, сердца, отделение секрета железами, обмен веществ и др.;

- осуществляет связь между разными органами и системами, согласовывает их деятельность, обуславливая целостность организма. В живом организме все органы и системы в функциональном отношении тесно связаны друг с другом и их деятельность строго согласована. Работа каждого органа или системы органов под влиянием разных условий может изменяться, становиться более или менее интенсивной. При изменении деятельности одного органа или системы согласовано происходит изменение в деятельности других органов и систем. Например, при усиленном сокращении мышц во время физической работы в них повышается обмен веществ, следовательно, увеличивается потребность в питательных веществах и кислороде. В ответ на это рефлекторно усиливается работа сердца и легких, обеспечивая увеличение притока крови к мышцам. Одновременно увеличивается теплообразование и теплоотдача, усиливается работа органов выделения и т.д.;

- осуществляет связь организма с внешней средой. Все раздражения, поступающие из внешней среды, воспринимаются органами чувств. В ответ на раздражение происходит изменение функции соответствующих органов, приспособление организма к изменениям в окружающей среде. Так, в ответ на повышение температуры окружающего воздуха усиливается приток крови к коже для повышения теплоотдачи, предотвращая перегревание тела. Подъем на большую высоту сопровождается увеличением количества эритроцитов в крови для обеспечения тканей организма кислородом и т.д.;

- процессы, протекающие в коре головного мозга, лежат в основе психических явлений - мышления, речи, памяти, внимания, восприятия окружающего мира, волевых проявлений, эмоций и др.

Главным условием нормального существования организма является его способность быстро приспосабливаться к изменениям окружающей среды. Эту способность обеспечивает нервная система. В тоже время деятельность нервной системы направлена на поддержание гомеостаза - постоянства внутренней среды.

Нервную систему условно разделяют на центральную и периферическую. Головной и спинной мозг составляют центральный отдел нервной системы - центральную нервную систему (ЦНС). От головного и спинного мозга отходят соответственно черепно-мозговые и спинномозговые нервы, ветвящиеся в органах и тканях. Все нервы и их разветвления составляют периферическую нервную систему. Периферическая нервная система обеспечивает связь головного и спинного мозга со всеми органами. Разделение нервной системы на центральную и периферическую условно, так как в функциональном отношении оба отдела составляют единое целое.

Структурно-функциональной единицей нервной системы является нервная клетка (нейрон).

Нейрон состоит из тела и отростков.

Головной и спинной мозг составляют центральную нервную систему.

Спинной мозг находится в позвоночном канале. Спинной мозг выполняет две основные функции: проводниковую (проведение возбуждения - нервных импульсов) и рефлекторную.

Спинной мозг связан при помощи нервов с различными отделами головного мозга и различными органами (мышцы, кожа, кровеносные сосуды и др.). Нервные импульсы по двигательным нервным волокнам из головного мозга поступают в спинной, а отсюда по двигательным волокнам спинномозговых нервов - на периферию, к органам. Под влиянием этих импульсов изменяется состояние органов - сокращаются мышцы, задерживается дыхание и т.д. С периферии, от органов нервные импульсы передаются в спинной мозг, а из спинного мозга в головной. Эти импульсы воспринимаются различными отделами головного мозга. Так, в частности, передается в кору головного мозга возбуждение, возникающее в рецепторах кожи при их раздражении. В результате в мозге возникают различные ощущения - тепла, холода, боли и др.

В сером веществе спинного мозга имеются центры управления деятельностью внутренних органов.

Повреждение спинного мозга - опухоль, ранение, искривление позвоночного столба, деформация межпозвоночных дисков, сопровождается изменением его функций - потеря болевой, температурной чувствительности участков тела, мышечного тонуса, нарушение координации, паралич и другие явления. Повреждение центров спинного мозга ведет к выпадению рефлексов.

Знание функций спинного мозга имеет существенное значение для понимания важности «здоровья» позвоночника, содержащего и защищающего спинной мозг.

Головной мозг находится в полости черепа. Строение головного мозга несравнимо сложнее строения любого органа человеческого тела. Мозг активен не только во время бодрствования, но и во время сна. Весит головной мозг в среднем 1300 гр. В нем различают несколько отделов, развитых неодинаково и отличающихся в функциональном отношении. В них заложены центры рефлекторных актов, например, в продолговатом мозгу находятся жизненно важные центры - центр сердечной деятельности, сосудодвигательный центр, дыхательный центр; мозжечок регулирует позу и мышечный тонус, координирует выполнение движений.

Деятельность человеческого мозга не зависит от его массы. Главный показатель - количество функциональных связей, конкретно - образование контактов между нейронами в структурах мозга. В коре содержится 10-14 млрд. нейронов, каждый из которых образует контакты с 8-10 тысячами других нейронов. Мозг не стареет, не изнашивается - колоссальный потенциал обеспечивает ему такую возможность.

Мозг не имеет запасов углеводов и кислорода, поэтому обмен веществ в нем зависит целиком от постоянной доставки энергетических веществ с кровью. Мозговая ткань потребляет в пять раз больше кислорода, чем сердце, в 20 раз больше, чем мышцы. Для нормальной деятельности мозга нужно, чтобы к нему поступали импульсы от различных органов, почти половину которых составляют мышцы. Работа мышц создает громадное число нервных импульсов, поддерживающих мозг в рабочем состоянии.

Как известно, двигательная деятельность представляет собой процесс, в котором участвуют не только мышцы, но и весь организм в целом. При выполнении двигательных действий (физических упражнений) в организме одновременно функционируют несколько анализаторов. Двигательный анализатор осуществляет обратные связи, информируя ЦНС о степени сокращения мышц, о натяжении связок и сухожилий, о положении суставов. Зрительный анализатор обеспечивает восприятие пространства и изменений, происходящих во внешней среде. Вестибулярный анализатор обеспечивает анализ информации о положении и перемещении тела в пространстве и др. Одновременно деятельность коры проявляется в связывании, объединении различных раздражений (синтез). При повторном систематическом выполнении движений в результате взаимодействия различных анализаторов между ними по механизму условного рефлекса образуются временные связи, которые лежат в основе формирования двигательных умений и навыков, а также таких субъективных ощущений, как «чувство дистанции», «чувство воды», «чувство оружия» и др.

В процессе систематической физической тренировки совершенствуется высшая нервная деятельность (коры головного мозга), функции нервной системы. Более тонко осуществляется взаимодействие процессов возбуждения и торможения различных нервных центров. Улучшаются функции анализаторов, они более дифференцированно осуществляют двигательные действия. Развивается способность к усвоению новых движений и совершенствованию уже имеющихся. Физическая тренировка оказывает разностороннее влияние и на психические процессы, обеспечивая их активность и совершенствование. Установлено, что устойчивость параметров умственной деятельности (внимание, память, восприятие, мышление, эмоции и др.) находится в прямой зависимости от уровня разносторонней физической подготовленности. Физическая тренировка способствует выработке волевых качеств личности - целеустремленности, смелости, решительности, выдержки и др.

Напротив, хронически малоподвижный образ жизни «освобождает» от нагрузки основную массу мышц. Вследствие этого ухудшается кровоснабжение мозга и уменьшается поток нервных импульсов. В результате, часты жалобы на головную боль, головокружение. Понижаются умственные способности, ухудшается память, возникает раздражительность. Ухудшается мышечная чувствительность - способность оценивать положение тела и величину мышечного напряжения. При отсутствии достаточной дозы ежедневных мышечных движений наблюдается снижение общих защитных сил организма, увеличение риска возникновения различных заболеваний.

4. Дыхательная система

Слайд 15. Между организмом и окружающей средой постоянно происходит газообмен - обмен газов между наружным воздухом и кровью. Газообмен (дыхание) - функция дыхательной системы. В дыхательной системе выделяют воздухоносные пути - носовую полость, глотку, гортань, трахею, бронхи и дыхательную часть - легкие.

Различают внешнее - легочное и внутриклеточное - тканевое дыхание.

Легочное дыхание - это обмен газов в легких. При вдохе кислород в составе вдыхаемого воздуха по воздухоносным путям поступает в легкие. При прохождении по воздухоносным путям воздух очищается, согревается и увлажняется. В легочных пузырьках, или альвеолах, окруженных густой сетью капилляров, происходит газообмен. Эластичная ткань легких содержит в зависимости от роста тела человека от 200 до 600 млн альвеол. При нормальных условиях в состоянии покоя функционирует около половины легочной ткани. При нагрузке число действующих легочных альвеол увеличивается.

Альвеолы при вдохе заполняются атмосферным воздухом. Через стенки альвеол и капилляров происходит переход кислорода из воздуха, заполняющего альвеолы, в кровь, а углекислого газа - из крови в полость альвеол. Газообмен обусловлен разностью давления: парциальное давление кислорода в альвеолярном воздухе выше, чем в крови, а давление углекислого газа, наоборот, в крови выше, чем в альвеолах. При выдохе углекислый газ выделяется в окружающую среду.

Кислород, поступивший в кровь, разносится по всему организму и переходит из крови в ткани, где участвует в окислительных процессах. В тканях в результате обмена веществ образуется углекислый газ; из тканей он поступает в кровь и вместе с кровью поступает в легкие. Переход газов в тканях также обусловлен разностью давления. Обмен газов, происходящий в тканях, называется тканевым дыханием.

Легкие расположены в герметически закрытой грудной полости (клетке). Обмен воздуха в легких происходит в результате дыхательных движений грудной клетки. Основными дыхательными мышцами являются диафрагма и межреберные мышцы. Наполнение легких воздухом при вдохе происходит за счет расширения внутреннего пространства грудной клетки. При вдохе сокращаются наружные межреберные мышцы и диафрагма (при своем сокращении диафрагма опускается), поднимаются ребра, грудная клетка расширяется, вслед за увеличением объема грудной клетки расширяются и легкие, давление воздуха внутри них понижается, и в легкие по дыхательным путям засасывается порция воздуха.

При выдохе мышцы, участвующие в акте вдоха, расслабляются, диафрагма при этом поднимается, ребра в результате сокращения внутренних межреберных и других мышц, и вследствие своей тяжести опускаются, объем грудной клетки уменьшается, давление в легких повышается, и воздух из легких по воздухоносным путям устремляется наружу.

При усиленном или напряженном дыхании наряду с основными дыхательными мышцами в работу вовлекаются дополнительные.

Систематические занятия физическими упражнениями и спортом укрепляют дыхательную мускулатуру, способствуют увеличению объема и подвижности (экскурсии) грудной клетки, росту капиллярной сети в легких и др.

Работоспособность человека (в частности, спортсмена или физкультурника) определяется во многом тем, какое количество кислорода забрано из наружного воздуха в кровь легочных капилляров и доставлено в ткани. Окисление (расщепление при участии кислорода) белков, жиров и углеводов сопровождается освобождением энергии, которая используется организмом для обеспечения процессов жизнедеятельности. Во время физических нагрузок потребность в кислороде значительно увеличивается. Это предъявляет повышенные требования к системам крови, кровообращению, дыханию, как внешнему, так и тканевому. Поэтому при мышечной работе эти системы подвержены изменениям, зависящим от объема и интенсивности нагрузки, вида физических упражнений.

Рассмотрим некоторые показатели работы системы дыхания: дыхательный объем, частота дыхания, минутный объем дыхания (МОД), жизненная емкость легких (ЖЕЛ), максимальное потребление кислорода (МПК).

Дыхательный объем - объем воздуха, поступающий в легкие за один вдох или выходящий из легких при последующем выдохе при спокойном дыхании. В норме у взрослых людей 400-500мл, у спортсменов - 800 и более.

Частота дыхания - количество дыхательных циклов в минуту. В среднем у нетренированного человека частота в покое равна 16- 18 циклам. У тренированных режим дыхания в покое становится более экономным - 8-12 циклов, благодаря увеличению дыхательного объема. При физической нагрузке частота дыхания увеличивается до 40 циклов и более в минуту.

Минутный объем дыхания (МОД), или легочная вентиляция - объем воздуха, который проходит через легкие каждую минуту. Величина легочной вентиляции определяется умножением величины дыхательного объема на частоту дыхания. Легочная вентиляция в покое у взрослого человека составляет 6-8 л/мин, при напряженной физической нагрузке может достигать 120-150 л/мин, у квалифицированных спортсменов - более 150 л/мин. У тренированных людей газообмен в легких увеличивается преимущественно за счет увеличения глубины вдоха и выдоха, у нетренированных - преимущественно за счет увеличения частоты дыхания. В последнем случае дыхательные мышцы работают с большим напряжением, что приводит к их быстрому утомлению и отказу от работы.

Жизненная емкость легких (ЖЕЛ) - максимальный объем воздуха, который может выдохнуть человек после максимального вдоха. В среднем, у нетренированных мужчин ЖЕЛ - 3500 мл, у женщин - 3000 мл; у тренированных соответственно 4700 и 3500 мл. Под влиянием занятий некоторыми видами спорта (плаванием, бегом, лыжным спортом), в которых характер работы связан с усиленным дыханием, жизненная емкость легких может значительно увеличиваться и доходить до 7000 мл и более.

Потребление кислорода (ПК) - количество кислорода, фактически использованное организмом в состоянии покоя или при выполнении какой - либо работы

Максимальное потребление кислорода (МПК)- наибольшее количество О2, которое может усвоить организм при предельно интенсивной для него работе. Показатель МПК зависит от целого ряда факторов. Один из них - степень тренированности. У не занимающихся физическими упражнениями МПК находится на уровне 2,5 - 3 л/мин. У спортсменов высокого класса, особенно занимающихся циклическими видами спорта, МПК может достигать: у женщин - 4 л/мин, у мужчин - 6 и более л/мин. МПК является показателем аэробной (кислородной) работоспособности организма. Высокий показатель МПК - залог устойчивости к воздействию неблагоприятных факторов окружающей среды.

Рассматривая показатели работы дыхательной системы, следует определиться с понятиями «кислородный запрос» и «кислородный долг».

Кислородный запрос (минутный) - количество кислорода, необходимое организму в 1 минуту для окислительных процессов. В состоянии покоя для обеспечения процессов жизнедеятельности организму требуется 250 - 300 мл кислорода в минуту, при интенсивной мышечной работе во много раз больше (в 20 и более). Общий кислородный запрос - количество кислорода, необходимое организму для выполнения всей предстоящей работы.

Кислородный долг (минутный)- разница между кислородным запросом и количеством О2, которое потребляется за 1 мин.

Если в клетки тканей поступает кислорода меньше, чем нужно для обеспечения потребности в энергии, возникает кислородное голодание или гипоксия. Гипоксия наступает по ряду причин. Внешние - загрязнение воздуха, подъем на высоту (в горы, в самолете и др.), внутренняя - зависит от состояния дыхательной и кровеносной систем, проницаемости стенок альвеол и капилляров, количества гемоглобина в крови и др.

Причиной гипоксии может быть гиподинамия - физическая детренированность. Ухудшение кровообращения при малоподвижном образе жизни расстраивает слаженную систему кислородного снабжения организма. В результате развивается кислородная недостаточность. Органы по-разному переносят гипоксию различной длительности. Наиболее чувствительна к гипоксии кора головного мозга. Она первой реагирует на недостаток кислорода.

Систематическая физическая тренировка, совершенствуя системы дыхания, кровообращения, увеличивая содержание гемоглобина, скорость отдачи кислорода кровью и др., значительно расширяет возможности организма в потреблении кислорода, благодаря чему отдаляется наступление гипоксии.

Хороший газообмен - необходимое условие здоровья. Функцию дыхания, как и функцию кровообращения, наиболее эффективно развивают занятия на чистом воздухе циклическими видами физических упражнений с включением большого количества мышечных групп.

Помимо газообмена с деятельностью дыхательной системой связаны и другие функции. Например, обоняние и звукообразование.

Как говорилось выше, дыхание может управляться человеком произвольно. Поэтому существуют следующие рекомендации:

- дышать необходимо через нос. В случаях физической работы одновременно через нос и рот; при увеличении интенсивности - с акцентом на выдохе, так как при этом из легких полнее удаляется углекислый газ;

- следует помнить, что от интенсивного и длительного применения дыхательных упражнений, когда в крови резко понижается содержание углекислого газа, являющегося стимулятором дыхательного центра, может наступить обморок;

- при сгибании тела делать выдох, при выпрямлении - вдох;

- избегать задержек дыхания, что приводит к застою венозной крови в периферических сосудах;

- при выполнении силовых упражнений необходимо четко регулировать дыхание.

Вдох и выдох должны делаться в период расслабления - до начала или после окончания движения. Максимальные усилия возможны только при задержке дыхания, околопредельные - при задержке или на выдохе, средние и малые - при непрерывном дыхании.

5. Костная система

Костная система состоит из костей, соединенных между собой различными способами и образующих скелет - твердую опору человеческого тела, обуславливающую его форму. Скелет защищает от внешних воздействий внутренние органы. Например, в полости черепа расположен головной мозг, в позвоночном канале - спинной мозг, в грудной клетке сердце и легкие.

Движение костей происходит благодаря сокращению прикрепленных к ним мышц. В этом отношении скелет является пассивной частью опорно-двигательного аппарата.

Кость - сложно устроенный орган. Каждая кость снабжена нервами, кровеносными и лимфатическими сосудами. Неотъемлемой частью кости является костный мозг, расположенный внутри кости. Физический труд, занятия спортом, способствуют выработке более совершенных механических свойств кости, т.е. сопротивляемость на излом, сдавливание, растяжение, скручивание.

Структура скелета:

- скелет туловища - позвоночный столб и грудная клетка;

- скелет головы (череп);

- скелет верхней конечности. В нем выделяют плечевой пояс (лопатка, ключица) и свободную верхнюю конечность (плечо, предплечье, кисть). Плечевой пояс соединяет свободную верхнюю конечность с туловищем;

- скелет нижней конечности. В скелете нижней конечности различают: тазовый пояс и свободную нижнюю конечность (бедро, голень, стопа). Пояс нижней конечности служит для соединения свободной нижней конечности с туловищем.

Кости, образующие отделы скелета человека, различаются по форме, размеру и функции. Все кости человеческого тела соединены друг с другом. Кости могут соединяться одна с другой при помощи непрерывного соединения, когда щели между ними нет (например, соединения костей черепа). При прерывном соединении между концами соединяющихся костей имеется щель, или суставная полость. Прерывные соединения называются суставами, например, плечевой, тазобедренный, коленный, голеностопный суставы. Прерывные соединения отличаются значительно большей подвижностью, чем непрерывные. Способы суставных (прерывных) соединений сложны и разнообразны. Связки являются укрепляющим аппаратом сустава. Они состоят из прочных соединительнотканных волокон и соединяют одну кость с другой.

Путем систематических упражнений можно увеличить степень подвижности в суставах. В условиях нормальной физиологической деятельности и двигательной активности суставы долго сохраняют амплитуду движений и медленнее подвергаются старению. Чрезмерные физические нагрузки отрицательно сказываются на строении и функции суставов, приводят ограничениям подвижности и уменьшению амплитуды движений.

Малоподвижный образ жизни, недостаточно развитые и нетренированные мышцы неблагоприятно сказываются на позвоночнике - увеличиваются физиологические изгибы, ослабляется прочность межпозвоночных связок, деформируются межпозвоночные диски, возникает риск появления боковых искривлений (сколиоз).

Деформация позвоночника чревата отрицательными последствиями для организма, особенно в связи с тем, что в позвоночном канале расположен спинной мозг, являющийся отделом центральной нервной системы (ЦНС), обеспечивающим связь внутренних органов и частей тела с головным мозгом. Искривление позвоночного столба, деформация межпозвоночных дисков, ослабление связок может привести к смещению позвонков и защемлению нервных окончаний. Это приводит к нарушению функции спинного мозга - проведение нервного импульса и, как следствие, к нарушению деятельности органов, управляемых ущемленными нервами.

Физические упражнения оказывают большое влияние на развитие позвоночного столба, предупреждая развитие сутулости, патологических боковых искривлений и являются также мощным средством исправления имеющихся дефектов.

Профилактикой сохранения здоровья позвоночника для тех, кому долго приходится сидеть в одной и той же позе (студент, кабинетный работник) служат кратковременные перерывы. Следует встать, потянуться, походить. Наиболее эффективными физическими упражнениями, при которых снижается нагрузка на межпозвоночные диски, является плавание на спине, когда создаются оптимальные условия функционирования самых подвижных отделов позвоночника - шейного и поясничного.

Наряду с механическими функциями костная система выполняет ряд биологических функций. В костях содержится основной запас минеральных веществ (кальций, фосфор и др.), которые используется организмом по необходимости.

В костях находится красный костный мозг, вырабатывающий форменные элементы крови.

Систематические занятия физическими упражнениями, особенно силовыми и скоростно-силовыми, стимулируют перестройку кости. Кости, испытывающие наибольшую нагрузку, становятся более массивными и прочными. Замедляется старение костей.

6. Мышечная система

Слайд 16. В результате сокращения мышц происходят различные движения: перемещение тела в пространстве, глотательные и дыхательные движения, продвижение пищи по желудочно-кишечному тракту, сокращение стенок мочевого пузыря, сужение и расширение сосудов и др. Значительная часть мышечных усилий затрачивается на удержание туловища в вертикальном положении.

В зависимости от строения и функциональных особенностей различают поперечнополосатые мышцы, гладкие мышцы и сердечную мышцу.

В состав поперечнополосатых мышц входит поперечно-полосатая мышечная ткань. Поперечнополосатые мышцы сокращаются по воле человека (произвольно). В эту группу входят скелетные мышцы (головы, туловища, конечностей) и мышцы некоторых внутренних органов (языка, гортани и др.). Скелетные мышцы составляют активную часть опорно-двигательного аппарата.

Гладкие мышцы состоят из гладкой мышечной ткани и находятся в стенках полых внутренних органов (желудок, кишечник, мочевой пузырь и др.) и кровеносных сосудов. От сокращения этих мышц зависит объем органов, величина их просвета, а также перемещение содержимого внутренних органов (например, пищи в пищеварительном канале). Сокращение гладких мышц не зависит от воли человека (происходят непроизвольно).

Сердечная мышца сокращается непроизвольно, но образована поперечнополосатой мышечной тканью особого строения.

У человека более 400 скелетных мышц. Мышцы составляют около 40% массы тела (у спортсменов их общая масса может достигать 50%). Мышцы на своих концах имеют сухожилия, при помощи которых прикрепляются к костям.

Слайд 17. Структурной и функциональной единицей скелетной мышцы является мышечное волокно. Мышечные волокна объединяются в пучки. Каждая мышца состоит из множества таких пучков. Отдельные мышечные пучки и вся мышца имеют тонкую оболочку.

Миофибриллы (сократительные нити), содержащиеся в мышечных волокнах, и тянущиеся от одного конца мышечного волокна к другому, обеспечивают их сокращение. Мышечные волокна расположены параллельно друг другу, поэтому сила сокращающихся мышечных волокон суммируется.

Поперечная исчерченность мышечного волокна определяется особым строением миофибрилл. Каждая миофибрилла разделена на чередующиеся темные и светлые участки. Одни из них - толстые содержат белок миозин, другие - тонкие - белок актин. Сокращение и расслабление мышечных волокон происходит в результате взаимодействия белков актина и миозина, что выражается в скольжении толстых и тонких нитей друг относительно друга. Сокращение происходит путем втягивания нитей актина между нитями миозина. Расслабление мышечного волокна происходит в результате выдвижения нитей актина из промежутков между нитями миозина.

Энергетика мышечного сокращения. Скольжение нитей актина и миозина совершается за счет энергии, выделяемой при расщеплении аденозинтрифосфорной кислоты (АТФ - богатое энергией соединение). Но содержание АТФ в клетках невелико. Для того, чтобы мышцы могли поддерживать длительное сокращение, необходимо постоянное восстановление АТФ с той же скоростью, с которой она расщепляется. Восстановление АТФ происходит за счет химических реакций с участием кислорода (аэробные реакции), либо - без кислорода (анаэробные реакции).

Аэробные реакции - это основа биологической энергетики организма. Аэробные реакции могут продолжаться часами. Энергетическим источником аэробных реакций (окисление) восстановления АТФ являются в основном углеводы и жиры, реже - белки. При окислительном (соединение с кислородом) распаде этих веществ освобождается большое количество энергии, обеспечивающей эффективный ресинтез АТФ. Продукты распада (в частности, вода и углекислый газ) при этом достаточно легко удаляются из организма.

Аэробные реакции происходят во время любой малоинтенсивной деятельности, в том числе и бытовой. В физкультурной деятельности, например, во время равномерного длительного медленного бега, плавания, езды на лыжах, когда темп движений невысок и дыхание легкое и свободное, что соответствует работе умеренной интенсивности, потребность организма в кислороде (кислородный запрос) может полностью удовлетворяться в процессе самой работы. При условии согласованной работы функциональных систем организма, обеспечивающих потребление и доставку кислорода, кислородный долг не возникает, и восстановление АТФ происходит за счет энергии, выделяемой при окислении углеводов, жиров и белков. Такие упражнения часто называют аэробными или кардиоупражнениями. Они совершенствуют деятельность кровеносной и дыхательной систем, повышают МПК (показатель аэробной работоспособности организма) и способствуют воспитанию общей выносливости.

При увеличении интенсивности, например, ускорение во время медленного бега, при выполнении кратковременных мышечных усилий взрывного характера (бег на короткие дистанции), в начале мышечной работы («период врабатывания»), кислородный запрос увеличивается. Но процессы дыхания и кровообращения не успевают усилиться до необходимого уровня, обеспечивающего нужное количество кислорода, так как время развертывания аэробного пути составляет 3-4 минуты (у тренированных - до 1 минуты). Образуется кислородный долг. Мышцам приходится работать при недостатке кислорода. В таких условиях восстановление АТФ совершается за счет энергии веществ, способных расщепляться без участия кислорода (анаэробные реакции). В первые секунды идет расщепление креатинфосфата (КрФ - энергетически богатое соединение, содержащееся в мышечных клетках), затем подключаются механизмы расщепления гликогена и глюкозы крови. Их энергообеспечивающая деятельность может продолжаться до 3-4 минут. Однако запасы КрФ и гликогена ограничены. Кроме того, при анаэробном расщеплении глюкозы образуется молочная кислота (промежуточный продукт распада углеводов), накопление которой ведет к угнетению обмена веществ и снижению работоспособности мышц. Поэтому продолжительность работы в бескислородных условиях невелика. Мышечная деятельность либо прерывается, либо продолжается, но с меньшей интенсивностью. Подобные условия возникают в организме при работе субмаксимальной и максимальной интенсивности.

Например, в беге на 400 метров кислородный запрос (количество кислорода, необходимое для полного обеспечения выполняемой работы) равен приблизительно 27 литров. Время пробегания дистанции на уровне мирового рекорда составляет 40 секунд. Исследования показали, что за это время спортсмен поглощает 3-4 литра кислорода. Следовательно, 24 литра - это общий кислородный долг (разница между кислородным запросом и количеством кислорода, потребляемым во время работы), образовавшийся в организме в результате такой работы. Он возмещается уже после забега, в период восстановления. В таких упражнениях, например, как бег на 100 и 200 метров, плавание на 25 и 50 метров и т.п. доля анаэробных источников в энергетическом обеспечении деятельности может превышать 90%. В частности, во время спринтерского бега делается лишь несколько поверхностных дыхательных движений, а иногда бег совершается при полной задержке дыхания.

Анаэробная работоспособность определяется по величине максимального кислородного долга, при котором мышцы способны эффективно сокращаться. Важно приучать мышцы переносить большой кислородный долг. Если часто принуждать мышцы работать в условиях кислородного долга (гипоксии), они приспособятся к этому: увеличится мощность механизмов синтезирующих энергетические источники, увеличатся запасы энергетических источников в мышце (КрФ, гликоген), мышцы приобретут навык сокращаться при большом количестве молочной кислоты, обезвреживать ее (см. п. 6.4). Это качество совершенствуется в процессе тренировок, связанных с анаэробной производительностью (см. п. 3.4), тренировок в среднегорье, а также путем создания искусственных условий гипоксии (например, упражнения с задержкой дыхания) и др.

Скелетные мышцы и образующие их мышечные волокна различаются по множеству параметров - скорости сокращения, утомляемости, диаметру, цвету и т.д. Например, цвет мышцы зависит от количества миоглобина (мышечного пигмента, играющего важную роль в снабжении мышц кислородом) в структуре мышечных волокон, плотностью кровеносных капилляров и др. Почти в каждой мышце содержатся красные, белые и волокна, слабо пигментированные. Красные мышечные волокна характеризуются преимущественно аэробным типом обмена веществ, белые - анаэробным. По скорости сокращения выделяют медленные и быстрые мышечные волокна. Медленные мышечные волокна приспособлены для выполнения продолжительной мышечной деятельности, например, удержание тела в выпрямленном положении или бег на длинные дистанции. Быстрые мышечные волокна - для выполнения быстрых и мощных сокращений, например, прыжки, бег на короткие дистанции. Предполагается, что красные мышечные волокна сокращаются медленно, а белые - быстро. В зависимости от преобладания в мышцах конкретного типа мышечных волокон скелетные мышцы относят к «красным» и «белым или «медленным» и «быстрым». Каждая мышца уникальна по количественному соотношению входящих в ее состав типов мышечных волокон. Это соотношение генетически обусловлено. Данный факт учитывается при спортивном отборе, например, спортсменов-бегунов - спринтеров и стайеров.

Все скелетные мышцы пронизаны кровеносными сосудами и нервами. По сосудам кровь приносит питательные вещества и кислород, и уносит из них продукты обмена и углекислый газ. Посредством нервов осуществляется связь мышц с нервной системой. Под влиянием нервных импульсов, поступающих по двигательным нервам из центральной нервной системы, мышцы приходят в деятельное состояние.

В ходе мышечной деятельности в мышцах поочередно происходят процессы сокращения и расслабления. Работа мышц в равной степени зависит от этих процессов. Сокращение и расслабление мышечных волокон представляет собой сложную систему энергетических, химических и других изменений в клетках мышечной ткани.

Любой двигательный акт представляет собой результат согласованного действия ряда отдельных мышц, так как на каждый сустав действуют несколько мышц. Причем сокращение и расслабление разных групп мышц происходит в определенном порядке и с определенной силой. Например, если мышцы - сгибатели сокращаются, то мышцы - разгибатели в это время расслабляются. Благодаря этому движения совершаются плавно. Несогласованная работа мышц может вызвать порывистые, толчкообразные движения, что часто наблюдается при разучивании движений.

Большую роль в повышении работоспособности играет систематическая физическая тренировка. В результате в мышцах происходят различные изменения, например, утолщение мышечных волокон, увеличение количества капилляров, повышение содержания гликогена, креатинфосфата, миоглобина и др. Физическая тренировка сопровождается также совершенствованием нервных механизмов регулирования мышечной деятельности. Такие изменения увеличивают силу и выносливость мышц, что благотворно влияет на весь организм, так как одновременно происходят изменения во всех других системах и органах. Все это приводит к укреплению здоровья и повышению выносливости человека. Направленное увеличение силы определенных групп мышц помогает исправить различные отклонения в строении скелета (сутулость, боковое искривление позвоночника и др.).

Важно отметить, что мышечные движения человека, как на это указывал еще И.М. Сеченов, имеют значение и для развития мозга.