Обмен веществ и энергии

Обмен веществ и энергии является основным проявлением жизнедеятельности. Ни одна ткань, ни одна клетка организма не может нормально осуществлять свои жизненные функции без притока питательных веществ и кислорода, без непрерывного удаления продуктов распада.

В обмене веществ различают: поступление в организм питательных веществ и кислорода; усвоение питательных веществ и кислорода тканями тела и протекание реакций с поглощением и высвобождением энергии; выделение из тканей организма продуктов распада.

Питательные вещества используются как пластические и энергетические ресурсы. Пластическая функция питательных веществ заключается в том, что после ряда химических превращений синтезируются свои, специфические для каждого органа соединения, из которых строятся клеточные структуры. Энергетическая функция питательных веществ состоит в использовании энергии, выделяющейся при расщеплении и окислении их до некоторых конечных продуктов.

Поступление кислорода в ткани организма обеспечивается дыхательной и сердечно-сосудистой системами, а питательные вещества – углеводы, жиры, белки, минеральные соли, микроэлементы, витамины и вода – поступают в организм с пищей.

Углеводы используются организмом преимущественно как источник энергии. Особенно интенсивно углеводы используются мышцами и клетками головного мозга. Организм обладает свойством откладывать в запас углеводы в виде гликогена в печени и в мышцах. Величина запаса в среднем составляет 350 г, у спортсменов до 500 г, что увеличивает их потенциальные возможности проявления физической и умственной работоспособности.

Жиры обладают более высокой энергетической ценностью. Кроме этого, жировая ткань предохраняет организм от излишней потери тепла, от механических повреждений. Жиры как энергетический материал в обычных условиях используется только сердечной мышцей. Скелетные мышцы начинают использовать жиры в качестве источника энергии только после длительной интенсивной работы, когда запасы углеводов истощаются. Поэтому регулярные занятия циклическими видами упражнений активизируют в организме обмен жиров, что не дает накапливаться излишнему количеству жировой ткани.

Белки являются основным пластическим материалом, из которого строятся клетки всех тканей организма, например, в состав скелетных мышц входит 20% белков. Однако при длительном голодании, когда истощаются запасы углеводов и жиров, белки используются как источник энергии. В виде запасов белки в организме не откладываются.

Минеральные соли, микроэлементы и вода поддерживают необходимое осмотическое давление и наряду с белками, жирами и углеводами обеспечивают постоянство внутренней среды организма. Минеральные соли могут откладываться про запас, например соли железа откладываются в печени, кальция – в костях, калия – в мышцах. Для нормальной жизнедеятельности необходимо, чтобы количество поступившей воды покрывало количество выделяемой воды (водный баланс). Минимальная суточная потребность организма составляет 1700 мл воды.

Витамины – специфические органические соединения, обладающие большой биологической активностью, являются биокатализаторами обменных процессов в организме. Витамины обеспечивают высокую работоспособность организма и повышают его сопротивляемость к различным заболеваниям. В запас витамины, как правило, не откладываются, но витамины В12 и А могут накапливаться в печени. При разнообразной растительной и животной пище организм получает все необходимые ему витамины. Активные занятия физическими упражнениями и спортом повышают потребность организма в витаминах.

Процессы обмена веществ в организме идут непрерывно. Каждую секунду в организме разрушается огромное количество молекул различных веществ, и одновременно образуются новые вещества. В течение 3 месяцев половина всех белков нашего тела обновляется. За 5 лет учебы у студентов, например, ткань роговицы глаза обновляется 250 раз, а слизистая оболочка желудка – 500 раз.

Обмен веществ между организмом и внешней средой сопровождается обменом энергии. С одной стороны, человек получает энергию с пищей, с другой, он тратит энергию на работу внутренних органов, физическую и умственную работы, поддержание оптимальной температуры тела, а также на воссоздание структурных элементов клеток, обеспечение жизнедеятельности, роста и развития организма.

Существует так называемый энергетический баланс – равное отношение между количеством энергии, поступающей в организм, и величиной энергетических затрат. Появление избыточного веса у большого числа людей свидетельствует об энергетическом нарушении баланса: избыточном питании и недостатке двигательной активности.

В состоянии полного покоя человек в среднем расходует около 1700 ккал в сутки. Во время мышечной работы расход энергии повышается: затрата энергии тем выше, чем интенсивнее труд. Занимающиеся тяжелым физическим трудом и квалифицированные спортсмены затрачивают до 7 тыс. ккал и более в сутки.

Занятия физическими упражнениями и спортом повышают активность обмена веществ и энергии, что положительно сказывается на умственной и физической работоспособности человека.

Кровь и кровообращение.
Сердце и сердечно-сосудистая система

Кровь – жидкая ткань организма, циркулирующая в кровеносной системе и состоящая из плазмы и форменных элементов (эритроцитов, лейкоцитов, тромбоцитов). Кровь осуществляет транспортную, регуляторную, защитную и др. функции. Количество крови составляет 7–8% от веса тела. В покое 40–50% крови выключается из кровообращения и находится в «кровяных депо». В случае необходимости (например, при мышечной работе) запасной объем крови включается в кровообращение.

Регулярные занятия физическими упражнениями и спортом способствуют увеличению количества гемоглобина в эритроцитах и количества эритроцитов в крови, что повышает кислородную емкость крови. У человека тренированного к физическим нагрузкам, повышается сопротивляемость организма к простудным и инфекционным заболеваниям, ускоряются процессы восстановления после значительной потери крови.

Кровообращение – движение крови по замкнутой системе кровеносных сосудов, являющееся одной из основных жизненных функций организма. Кровеносная система человека делится на два круга: большой и малый, центром которых является сердце.

Большой круг начинается с левого желудочка сердца аортой и, проходя по всему телу в виде артерий, капилляров и вен, заканчивается в правом предсердии верхней и нижней полыми венами и венами сердца. Малый круг (легочный) начинается от правого желудочка сердца легочным стволом, проходит через легкие, где кровь обогащается кислородом, и заканчивается в левом предсердии четырьмя легочными венами. Сосуды, по которым течет кровь от сердца, называются артериями, а сосуды, несущие кровь к сердцу, – венами. В артериях большого круга кровообращения находится кровь, богатая кислородом (артериальная), в венах – с меньшим содержанием кислорода (венозная). В малом (легочном) круге кровообращения существует обратное явление: в артериях течет венозная кровь, в венах – артериальная.

Систематические занятия физическими упражнениями способствуют улучшению условий кровообращения и питания важнейших систем организма, в том числе и органов кровообращения. Благодаря этому дольше сохраняется хорошая эластичность кровеносных сосудов, отдаляется их старение, а, следовательно, и старение всего организма.

Кровообращение осуществляется в основном за счет нагнетательной деятельности сердца, создающей разность давления крови в артериях и венах.

Сердце – жизненно важный центральный орган кровообращения, осуществляющий движение крови по кровеносным сосудам. Сердце представляет собой полный четырехкамерный мышечный орган неправильной конической формы, совершающий ритмические сокращения. В сердце различают два предсердия (правое и левое) и два желудочка (правый и левый). Каждый цикл деятельности сердца состоит из систолы (сокращения), диастолы (расслабления) и паузы. Стенки предсердий сокращаются в то время, когда стенки желудочков расслаблены, систола же желудочков начинается после того, как заканчивается систола предсердий.

Помимо нагнетательной деятельности сердца, дополнительными факторами кровообращения являются: присасывающее действие грудной полости (давление в ней обычно ниже атмосферного), наличие клапанов в венах (см. ниже) и сама двигательная активность. Пожалуй, ни один орган не нуждается столь сильно в тренировке и не поддается ей столь легко, как сердце человека, но в то же время именно оно, в первую очередь, страдает от чрезмерной нагрузки.

При выполнении физических упражнений сердце неизбежно тренируется. Расширяются его возможности и оно приспосабливается к переброске намного большего количества крови, чем это может сделать сердце нетренированного человека. В процессе регулярных занятий физическими упражнениями и спортом, как правило, происходит увеличение массы сердечной мышцы и размеров сердца, т. е. гипертрофия сердца. Систематическая мышечная деятельность приводит к увеличениям числа капилляров, как в скелетных мышцах, так и в самой сердечной мышце. Показателями работоспособности сердца являются частота пульса, кровяное давление, систолический и минутный объем крови.

Частота пульса в покое у тренированных людей составляет 40–60, у нетренированных – 60–70 уд/мин, так происходит экономизация сердечной функции. Частота пульса у тренированных людей при физической нагрузке увеличивается до 220–240 уд/мин. Нетренированное сердце такой частоты достигнуть не может.

Артериальное давление в норме у здорового человека в возрасте от 18 до 40 лет равно: максимальное – 120, а минимальное – 70 мм рт. ст., т. е. 120/70 мм рт. ст. Физическая работа способствует расширению кровеносных сосудов, снижению тонуса их стенок. За счет более густой сети кровеносных сосудов и высокой их эластичности у спортсменов, как правило, максимальное (систолическое) давление несколько ниже нормы.

Умственная работа, нервно-эмоциональное напряжение, наоборот, способствуют сужению сосудов, повышению тонуса их стенок, что в итоге приводит к стойкому повышению кровяного давления, которое называется гипертонической болезнью.

Минутный объем крови – количество крови, выбрасываемое желудочком в течение одной минуты. При интенсивной физической работе у спортсменов он равен 35–42 л, у нетренированных – 20–25 л.

В покое полный круговорот кровь совершает за 21–22 с, при физической работе – за 8 с и меньше. В результате увеличения скорости кровообращения значительно повышается снабжение тканей кислородом и питательными веществами. Особенно полезна тренировка в циклических видах спорта на открытом воздухе.

Систолический объем крови – количество крови, выбрасываемое левым желудочком сердца при каждом его сокращении. У спортсменов он равен 200 мл, у нетренированных – 130 мл. Наибольший систолический объем наблюдается при частоте пульса 130 – 180 уд/мин., поэтому именно при этой частоте пульса отмечаются наилучшие возможности тренировки сердца. Частота сердцебиений выше 200 уд/мин обычно ведет к ухудшению кровоснабжения сердца.

При переходе крови из капилляров в вены давление падает до
10–15 мм рт. ст., что значительно затрудняет возврат крови к сердцу. При малоподвижном образе жизни венозная кровь в различных частях тела под влиянием силы тяжести может скапливаться, происходит ее застой, например в брюшной полости, в области таза при длительном сидении.

Движение крови по венам способствует деятельности окружающих мышц – мышечный насос.

Сокращаясь, мышцы проталкивают кровь по направлению к сердцу, так как по движению крови в противоположную от сердца сторону препятствуют венозные клапаны. Таким образом, односторонность направления кровообращения обусловлена, как отмечалось выше, последовательностью сокращений предсердий и желудочков сердца, а также наличием в нем и венах клапанов, открывающихся лишь в направлении кровотока.

Чем чаще сокращаются мышцы, тем большую помощь они оказывают сердцу. Особенно эффективно мышечный насос работает при ходьбе, беге, беге на лыжах и коньках, плавании и т. п.