Физиологические механизмы и закономерности совершенствования отдельных систем организма

В осуществлении разнообразной двигательной деятельности участвуют многие системы организма, выполняющие разнообразные функции, однако, непосредственным исполнителем движений является опорно-двигательный аппарат, включающий в себя скелетные мышцы, кости, суставы и связки. Различные звенья двигательного аппарата играют определенную роль.

Скелет, в целом, выполняет опорную функцию. Такие его элементы, как кости черепа, грудной клетки, таза защищают важнейшие внутренние органы (мозг, сердце, легкие, почки и др.) от внешних механических воздействий (защитная функция).

Суставы обеспечивают подвижное соединение костей скелета, благодаря чему человек может передвигаться в пространстве. Кроме того, они выполняют роль демпферов, своеобразных тормозов, гасящих инерцию движения и позволяющих проводить мгновенную остановку после быстрого движения.

От подвижности суставов зависит возможность производить движение с большей или меньшей амплитудой.

Связки придают прочность суставу и повышают прочность скрепления костей. Натянутые вокруг сустава, связки крепятся на особых костных буграх на концах костей.

Сухожилия представляют собой плотные образования из соединительной ткани, посредством которых мышцы прикрепляются к костям и приводят их в движение.

Всё движения человеческого тела осуществляются посредством мышечной системы - активной части опорно-двигательного аппарата; у человека насчитывается более 600 мышц. Наиболее крупные мышцы расположены на костях скелета (скелетные мышцы). Скелетная мускулатура составляет у мужчин 35-40% веса тела, у женщин несколько меньше, а у спортсменов она может достигать, 50% и больше.

Мышцы обеспечивают активные движения и вертикальное положение человека, осуществляют дыхательные движения, усиливают кровообращение лимфообращение, принимают участие в теплорегуляции.

Клетки мышечного волокна содержат 20% белков, 0,5% углеводов, 0,5% жиров и около 80% воды. Каждая мышца пронизана кровеносными сосудами и нервными окончаниями. По кровеносным сосудам в мышцу с кровью поступают питательные вещества и кислород. По нервным волокнам к мышце из центральной нервной системы поступают нервные импульсы, дающие начало сложным химическим процессам, протекающим на молекулярном уровне. Работа мышц является результатом превращения химической энергии заключенных в них сложных энергетических веществ в механическую энергию. Основным энергетическим источником мышечного сокращения является высокомолекулярное вещество, богатое энергией, аденозинтрифосфорная кислота (АТФ).

Активная двигательная деятельность приводит к изменениям опорно- двигательного аппарата. В результате увеличения содержания белков в мышечных волокнах, их диаметр увеличивается. Это ведет за собой мышечную гипертрофию - увеличение объема мышц. Мышцы на ощупь становятся более упругими, плотными, рельефно выделяются на поверхности тела.

В мышечной ткани возрастает сеть капилляров. В результате, значительно улучшается кровоснабжение работающих мышц и доставка кислорода и энергетических веществ во время их работы.

В костной ткани изменяется химический состав, увеличивается содержание неорганических веществ. Преобладание минерального компонента ведет к повышению плотности костной ткани, в результате чего кости приобретают более высокую механическую прочность.

Занятия физическими упражнениями способствуют повышению прочности и эластичности связок и сухожилий, увеличению подвижности суставов, что позволяет выполнять упражнения с большей амплитудой.

Дыхательная система. Функция дыхания состоит в обеспечении организма кислородом и удалении из него одного из продуктов обмена - углекислого газа. Кислород используется для процесса окисления, происходящего в клетках, а углекислый газ является продуктом окисления.

Уровень функционирования системы дыхания зависит от потребности организма в кислороде и необходимости удаления из него углекислого газа.

При физической работе в связи с повышением окислительных обменных процессов в мышечной ткани потребность в кислороде возрастает в 10-15 раз.

Основными показателями, характеризующими производительность системы дыхания, является частота дыхания, дыхательный объем, легочная вентиляция.

Частота дыхания зависит от возраста, пола и условий, в которых находится человек. Частота дыхания в покое у взрослого человека составляет 16-20 циклов в минуту (каждый цикл состоит из вдоха и выдоха), у женщин на 1-2 цикла больше. При физической нагрузке (в зависимости от характера и интенсивности выполняемых упражнений) частота дыхания может увеличиваться в 2-4 раза и составить 30-70 циклов в минуту.

Легочная вентиляция, т.е. объем воздуха, который проходит через легкие за 1 мин, в покое равна 6-8 л/мин. При напряженной физической работе ее величина может достигать 150-190 л/мин, т.е. увеличиваться в 20 и более раз.

Занятия физическими упражнениями укрепляют дыхательную мускулатуру, способствуют увеличению объема и подвижности грудной клетки. При этом возрастает глубина дыхания, увеличивается экскурсия грудной клетки. У тренированного человека дыхательная система в покое работает более экономно (частота дыхания уменьшается с 16-18 до 8-10 дыханий в минуту).

Наибольшие различия у тренированного и нетренированного человека в работе системы дыхания проявляются во время работы. Так, если у спортсменов при максимальных нагрузках легочная вентиляция может возрастать в 20-25 раз по сравнению с состоянием покоя и составлять 200-240 л/мин, то у малотренированных людей величина легочной вентиляции, как правило; не превышает 35-40 л/мин, т.е. увеличивается по сравнению с покоем лишь в 6-7 раз.

Кровь состоит из жидкой части (плазмы) и взвешенных в ней форменных элементов (эритроцитов, лейкоцитов, тромбоцитов), выполняющих важнейшие для организма функции: транспортную, регуляторную, защитную.

В организме взрослого человека содержится 5-6 л крови. В состоянии покоя 40-50% ее не циркулирует, находясь в так называемом депо, которыми являются селезенка, кожа, печень. При мышечной работе увеличивается количество циркулирующей крови (за счет выхода из депо). Происходит ее перераспределение в организме: большая часть крови устремляется к активно работающим органам: скелетным мышцам, сердцу, легким. Изменения в составе крови направлены на удовлетворение возросшей потребности организма в кислороде. В результате увеличения количества эритроцитов и гемоглобина повышается кислородная емкость крови, т.е. увеличивается количество кислорода, переносимого в 100 мл крови. При занятиях спортом увеличивается масса крови, повышается количество гемоглобина (на 1-3%), увеличивается число эритроцитов (на 0,5-1 млн. в 1 кубическом мм). Это способствует увеличению кислородной емкости крови.

Под влиянием тренировки в крови повышаются щелочные резервы, т.е. увеличивается количество веществ щелочного характера, нейтрализующих кислые продукты и препятствующих сдвигу реакции крови в кислую сторону, Поэтому, в отличие от малотренированных людей, спортсмены могут выдерживать физические нагрузки, сопровождающиеся большим образованием молочной кислоты, т.е. у них более высокая резистентность способность работать в условиях неблагоприятных изменений внутренней среды организма. Увеличение кислородной емкости крови и ее щелочных резервов является одной из причин повышения физической работоспособности и улучшения функционального состояния организма и процессе повседневной деятельности.

Сердечно-сосудистая система (С-С-С) - обеспечивает постоянную циркуляцию крови в организме. С-С-С состоит из сердца и кровеносных сосудов, представляющих собой эластичные трубки различного диаметра. По мере удаления от сердца крупные артерии разветвляются на более мелкие артериолы, которые в свою очередь разветвляются и превращаются и мельчайшие сосуды, капилляры. Артериальная кровь, отдавая тканям питательные вещества и кислород и принимая продукты жизнедеятельности клеток (углекислый газ, молочную кислоту и др.), превращается из артериальной в венозную и по венам возвращается к сердцу. Газообмен происходит на уровне капилляров в легких и тканях.

Сердце - главный орган С-С-С представляет собой полый орган. Полость его разделена продольной перегородкой на изолированную правую и левую половины, каждая из которых состоит из предсердия и желудочка. Величина сердца зависит от размеров тела, возраста, образа жизни человека. Вес сердца - 250-350 г (у женщин меньше на 10-15%, чем у мужчин). Работа сердца заключается в непрекращающихся на всем протяжении жизни человека ритмических сокращениях и расслаблениях предсердий и желудочков. Сокращение сердечной мышцы называется систолой, расслабление - шастолой. При каждой систоле левого желудочка в аорту выталкивается определенное количество крови, называемое систолическим объемом. Его величина зависит от количества крови, притекающей к сердцу и от силы его сокращений. В состоянии покоя у взрослых людей систолический объем крови составляет 60-80 мл, при активной мышечной деятельности, он может увеличиться в 2-3 раза и составлять 120-150 мл и более.

Частота сердечных сокращений (ЧСС) у взрослых здоровых людей в состоянии покоя составляет около 60-70 ударов в минуту. При физической работе происходит учащение сердечного ритма. При тяжелой физической работе ЧСС достигает 170-190 ударов в минуту и более. Производительность сердца характеризуется минутным объемом крови, т.е. количеством крови, выбрасываемым желудочком в течение 1 мин. Его величина является произведением ЧСС и систолического объема крови и составляет в покое приблизительно 4,2 л (60 уд/мин х 70 мл = 4,2 л/мин). При мышечной деятельности в связи с увеличением потребности в кровоснабжении скелетных мышц производительность сердца увеличивается.

Усиление кровоснабжения работающих мышц связано не только с увеличением объема циркулирующей крови, но и с ее перераспределением в организме. Большая часть крови при этом устремляется к работающим органам. Кровоснабжение неработающих органов уменьшается. Перераспределение крови обеспечивается сосудистыми реакциями: мелкие сосуды (артериолы, капилляры) расширяются в работающих органах и суживаются в неработающих.

Для нормального кровообращения большое значение имеет] артериальное давление. Его величина зависит от силы сокращения сердца и от просвета артериальных сосудов. Различают максимальное (или систолическое давление) и минимальное (или диастолическое) давление. У здоровых людей в покое максимальное давление равно 100-130 мм рт.ст., а минимальное - 65-85 мм рт. столба. С возрастом максимальное и минимальное давление увеличивается, что зависит, главным образом, от уменьшения эластичности стенок артериальных сосудов. Во время физической работы, в результате усиления деятельности сердца, максимальное давление повышается и может возрасти до 200 мм рт.ст. В конце работы в связи с утомлением сердечной мышцы оно может понизиться. Минимальное давление изменяется меньше, чаще - снижается.

Сердце человека чрезвычайно легко поддается тренировке и как ни один другой орган нуждается в ней. Активная мышечная деятельность способствует гипертрофии сердечной мышцы и увеличению его полостей. Объем сердца у спортсменов больше на 30%, чем у не занимающихся спортом. Увеличение объема сердца, особенно его левого желудочка сопровождается повышением его сократительной способности, увеличением систолического объема.

В отличие от нетренированных людей, сердце спортсмена реагирует более низким ритмом на небольшие физические нагрузки (явление экономизации). В то же время при предельных соревновательных нагрузках сердце спортсмена способно развивать более высокий ритм, имеет более мощный систолический выброс. В результате обеспечивается более полноценная доставка кислорода и энергетических веществ к работающей мускулатуре, и спортсмен имеет возможность выполнять работу большей мощности.

Таким образом, занятия физическими упражнениями и спортом значительно повышают функциональные возможности всех систем организма, обеспечивающих мышечную деятельность.

Функциональные резервы системы дыхания и кровообращения наиболее значительно повышаются при занятиях циклическими видами спорта (бег, плавание, бег на лыжах, гребля, гонки на велосипеде). Занятия гимнастикой, штангой, борьбой, фехтованием, в меньшей степени совершенствуя эти функциональные системы, развивают силу и эластичность мышц, подвижность суставов.