Обмен веществ и энергии 3 страница

Гипоксия наступает по различным причинам. Внешние причины — загрязнение воздуха, подъем на высоту (в горы, полет на самолете) и др. В этих случаях падает парциальное давление кислорода в атмосферном и альвеолярном воздухе и снижается количество кислорода, поступающего в кровь для доставки к тканям. Если на уровне моря парциальное давление кислорода в атмосферном воздухе равно 159 мм рт. ст., то на высоте 3000 м оно снижается до 110 мм, а на высоте 5 000 м — до 75—80 мм рт. ст.

Внутренние причины возникновения гипоксии зависят от состояния дыхательного аппарата и сердечно-сосудистой системы, проницаемости стенок альвеол и капилляров, количества эритроцитов в крови и процентного содержания в них гемоглобина, от степени проницаемости оболочек клеток тканей и их способности усваивать доставляемый кислород.

При интенсивной мышечной работе, как правило, наступает двигательная гипоксия. Чтобы полнее обеспечить себя кислородом в условиях гипоксии, организм мобилизует мощные компенсаторные физиологические механизмы. Например, при подъеме в горы увеличиваются частота и глубина дыхания, количество эритроцитов в крови, процент содержания в них гемоглобина, учащается работа сердца. Если при этом выполнять физические упражнения, то повышенное потребление кислорода мышцами и внутренними органами вызывает дополнительную тренировку физиологических механизмов, обеспечивающих кислородный обмен и устойчивость к недостатку кислорода.

Кислородное снабжение организма представляет собой слаженную систему. Гиподинамия расстраивает эту систему, нарушая каждую из составляющих ее частей и их взаимодействие. В результате развивается кислородная недостаточность организма, гипоксия отдельных органов и тканей, которая может привести к расстройству обмена веществ. С этого часто начинается снижение устойчивости организма, его резервных возможностей в борьбе с утомлением и влиянием неблагоприятных факторов окружающей среды. Особенно страдает от гипоксии сердечно-сосудистая система, сосуды сердца и мозга. Низкий уровень кислородного обмена в стенках сосудов не только снижает их тонус и возможность управления ими со стороны регуляторных механизмов, но меняет и обмен веществ, что в конечном счете может привести к возникновению тяжелых расстройств и заболеваний.

Кислородное питание мышц имеет свои особенности. Известно, что в ритмически работающей мышце кровообращение также ритмичное. Сокращенные мышцы сдавливают капилляры, замедляя кровоток и поступление кислорода. Однако клетки мышц продолжают снабжаться кислородом. Доставку его берет на себя миоглобин — дыхательный пигмент мышечных клеток. Роль его. важна еще и потому, что только мышечная ткань способна при переходе от покоя к интенсивной работе повышать потребление кислорода в 100 раз.

Таким образом, физическая тренировка, совершенствуя кровообращение, увеличивая содержание гемоглобина, миоглобина и скорость отдачи кислорода кровью, значительно расширяет возможности организма в потреблении кислорода.

Органы по-разному переносят гипоксию различной длительности. Кора головного мозга — один из наиболее чувствительных к гипоксии органов. Она первой реагирует на недостаток кислорода. Значительно менее чувствительна к недостаткам кислорода скелетная мускулатура. На ней не отражается даже двухчасовое полное кислородное голодание.

Большую роль в регуляции кислородного обмена как в органах и тканях, так и в организме в целом имеет углекислота, являющаяся основным раздражителем дыхательного центра, который располагается в продолговатом отделе головного мозга. Между концентрацией в крови углекислого газа и доставкой кислорода тканям существуют строго определенные соотношения. Изменение содержания углекислого газа в крови оказывает влияние на центральные и периферические регуляторные механизмы, обеспечивающие улучшение снабжения организма кислородом, и служит мощным регулятором в борьбе с гипоксией.

Систематическая тренировка средствами физической культуры и спорта не только стимулирует развитие сердечно-сосудистой и дыхательной системы, но и способствует значительному повышению уровня потребления кислорода организмом в целом. Наиболее эффективно совместную функцию взаимоотношения дыхания, крови, кровообращения развивают упражнения циклического характера, выполняемые на свежем воздухе. Однако следует помнить, насколько важно повышать возможности организма к потреблению кислорода, настолько же важно для него вырабатывать устойчивость к гипоксии. Это качество также совершенствуется в процессе тренировки, с помощью специальных процедур; путем создания искусственных условий гипоксии. Наиболее доступный способ — упражнение с задержкой дыхания. Систематически физические нагрузки определенной мощности, связанные с анаэробной производительностью, обусловливают возникновение в тканях гипоксического состояния, которое с помощью функциональных систем организма при определенных условиях ликвидируется, тем самым эти системы, защищая организм, сами тренируются и совершенствуются. В результате положительный тренировочный эффект в борьбе с гипоксией формирует устойчивость тканей организма к гипоксии.

Итак, физические нагрузки оказывают двойной тренирующий эффект: повышают устойчивость к кислородному голоданию и, увеличивая мощность дыхательной и сердечно-сосудистой систем, способствуют лучшей утилизации кислорода.

Дыхательная система может управляться человеком произвольно. Необходимо иметь в виду некоторые приемы управления. Специалисты рекомендуют в условиях относительного покоя дышать через нос и только при интенсивной физической работе дышать одновременно и через рот; во всех случаях выпрямления тела делать вдох, при сгибании — выдох; в процессе выполнения циклических движений ритм дыхания приспосабливать к ритму движения, акцентируя внимание на выдохе; избегать необоснованных задержек дыхания и натуживания.

2.11. Органы пищеварения и выделения

Пищеварение. Процесс пищеварения начинается в ротовой полости, где в течение 15—18 с осуществляется физическая и химическая обработка пищи: перемешивание, измельчение, смачивание слюной, воздействие слюнных ферментов. Затем через пищевод пища поступает в желудок и в течение 6—10 ч подвергается дальнейшей физической и химической обработке. За счет работы гладкой мускулатуры желудка пища перетирается, перемешивается, на нее воздействует желудочный сок. Дальнейшая химическая обработка отдельных порций пищевой массы продолжается в двенадцатиперстной кишке, куда поступает сок поджелудочной железы и желчь, вырабатываемая печенью. Пищеварительные соки двенадцатиперстной кишки продолжают расщеплять питательные вещества в тонком кишечнике, где в основном заканчивается переваривание пищи и всасывание питательных веществ в кровь. Дополнительное частичное расщепление невсосавшихся продуктов переваривания белка происходит в толстом кишечнике. Эффективность процесса переваривания пищи зависит от того, насколько оптимально количество выделяемых пищеварительных соков и какова активность перистальтических, продвигающих движений мышц желудка и кишечника.

Систематически выполняемые физические нагрузки повышают обмен веществ и энергии, увеличивают потребность организма в питательных веществах, стимулируют выделение пищеварительных соков, активизируют перистальтику кишечника, повышают эффективность процессов пищеварения. Однако при напряженной мышечной деятельности могут развиваться тормозные процессы в пищеварительных центрах, уменьшающие кровоснабжение различных отделов желудочно-кишечного тракта и пищеварительных желез в связи с тем, что необходимо обеспечить кровью усиленно работающие мышцы. В то же время сам процесс активного переваривания обильной пищи в течение 2—3 ч после ее приема снижает эффективность мышечной деятельности, так как органы пищеварения в этой ситуации оказываются как бы более нуждающимися в усиленном кровоснабжении. Кроме того, наполненный желудок приподнимает диафрагму, тем самым затрудняя деятельность органов дыхания и кровообращения. Вот почему физиологическая закономерность требует принимать пищу за 2,5—3,5 ч до начала тренировки и через 30—60 мин после нее.

Выделение. При мышечной деятельности значительна роль органов выделения, которые выполняют функцию сохранения внутренней среды организма. Желудочно-кишечный тракт выводит остатки непереваренной пищи, слизи, желчных пигментов, бактерий; через лег

кие удаляются газообразные продукты обмена веществ (например углекислота); сальные железы, выделяя кожное сало, образуют защитный, смягчающий слой на поверхности тела; слезные железы обеспечивают влагу, смачивающую слизистую глазного яблока. Однако основная роль в освобождении организма от конечных продуктов обмена веществ принадлежит почкам, потовым железам и легким. Почки поддерживают в организме необходимую концентрацию воды, солей и ряда других веществ; регулируют кислотно-щелочное равновесие и осмотическое давление в тканях; выводят конечные продукты белкового обмена; вырабатывают гормон реннин, влияющий на тонус кровеносных сосудов. При больших физических нагрузках потовые железы и легкие существенно помогают почкам осуществлять свои функции. В состоянии покоя через потовые железы выделяется 20—40 мл пота в час, а на марше со скоростью 5 км/ч, с грузом 10 кг выделение пота может возрастать до 1700 мл/час. В зависимости от окружающей температуры и интенсивности двигательной деятельности отделение пота может колебаться от 0,5 до 3 л/сут, а у рабочих в горячих цехах в течение дня может достигать 10 литров. При этом существенно может меняться и качественный состав пота (при напряженной мышечной работе с потом выделяется молочная кислота, конечные продукты белкового обмена). Процессы теплообмена играют большую роль при различных видах мышечной деятельности. Постоянную температуру тела человека поддерживает специальная система теплорегуляции, состоящая из физических механизмов теплопроведения, теплоизлучения и испарения. Наблюдаемый при мышечной работе подъем температуры тела на 1—1,5°С способствует более эффективному протеканию в тканях окислительно-восстановительных процессов и повышению работоспособности организма спортсмена. Однако у тренированного человека подъем температуры тела до 38—38,5°С может привести к тепловому удару.

2.12. Железы внутренней секреции

При двигательной деятельности велика роль желез внутренней секреции. У адаптированных к физическим нагрузкам лиц в процессе выполнения мышечной работы отмечается повышение активности эндокринной системы: усиливают свою секрецию гипофиз, надпочечники, щитовидная и поджелудочная железы. Выделяемые ими гормоны влияют на обмен веществ, обеспечивают высокую работоспособность, замедляют процесс утомления и ускоряют процессы восстановления функций организма.

Влияние физической активности на совместную деятельность эндокринной и нервной системы внешне не столь выражено, как, например, в случаях, связанных с приростом мышечной массы. Весьма распространено мнение о том, что активная двигательная деятельность пагубно сказывается на интеллектуальном развитии человека. Объективные исследования говорят об ином. Действительно, в связи с физическими нагрузками кровоснабжение мышц многократно увеличивается, но при этом совершенно не страдает мозг, а по мнению некоторых специалистов мозговой кровоток даже улучшается. При этом увеличиваются показатели силы, подвижности и уравновешенности нервных процессов, оптимизируются процессы возбуждения и торможения, лежащие в основе функциональной деятельности нервной системы. О роли систематических физических упражнений на деятельность вегетативной нервной системы, состоящей из симпатического и парасимпатического отдела, уже говорилось. Симпатический отдел оказывает возбуждающее действие, а парасимпатический — тормозящее. Симпатико-адреналовая система (симпатический отдел), поддерживая постоянство внутренней среды организма (гомеостаз), обеспечивает нормальную регуляцию всех жизненно важных процессов и приспособление организма к различным внешним, а также и внутренним производным ситуациям, в том числе и стрессовым. Физическая нагрузка, в оптимальном варианте сама являющаяся физиологическим стрессором-стимулятором, воздействуя на механизмы мобилизации резервов, тренирует и совершенствует их. У высококвалифицированных спортсменов уровень катехоламинов и кортикостероидов в крови выше, чем у менее квалифицированных, а тем более у не занимающихся вообще. Кроме того, выявлена прямая связь между количеством названных гормонов и улучшением спортивных результатов.

Регулярные занятия физическими упражнениями связаны с тренировкой и совершенствованием также и парасимпатического отдела вегетативной нервной системы, вынуждая организм экономно расходовать свои энергетические резервы. Но не надо забывать, что организм человека следует рассматривать как целостную систему, функционирующую в результате объединяющей и управляющей роли нервной системы начиная от коры головного мозга и рецепторов периферии.

2.13. Сенсорные системы

Роль анализаторных (сенсорных) систем при различных видах мышечной деятельности трудно переоценить. Сенсорная система (лат. sensus — чувство, восприятие) — это совокупность структур центральной нервной системы, связанных нервными путями с рецепторным аппаратом и друг с другом, функцией которых является анализ раздражителей разной физической природы, который завершается кодированием внешнего сигнала. По мере эволюционного развития основная роль у человека закрепляется за зрительной и слуховой сенсорными системами. Они имеют наиболее дифференцированное строение рецепторного аппарата, большее число кортикальных полей занято обработкой (анализом) акустической и оптической информации, развито управление функционированием отдельных структур этих сенсорных систем с помощью обратных связей.

Следует особо сказать о двигательной сенсорной системе у людей, систематически занимающихся физическими упражнениями и особенно различными видами спорта, основная часть движений в которых связана со сложнокоординационными действиями. С участием двигательного анализатора связано выполнение даже самого примитивного двигательного акта, а если эти двигательные акты или их совокупность оказываются на грани возможностей обычного человека, то нетрудно понять, что двигательная сенсорная система тренированного человека (например, гимнаста, прыгуна, штангиста, борца) должна быть готова к реализации сложнейших элементов, комбинаций и действий (например, тройного сальто, преодоление двухметрового в прыжках в высоту и шестиметрового в прыжках с шестом рубежа и т.п.).

Развитие второй сигнальной системы у человека стало возможным благодаря мощному развитию неокортикальных формации лобных и теменно-височных долей головного мозга, которые получат уже обработанную зрительную, слуховую, проприоцептивную информацию. Управление поведением человека в определенной среде с помощью второй сигнальной системы определяет максимальное развитие прогрессивных сенсорных систем, результаты функционирования которых в максимальной степени осознаются, с некоторым подавлением активности более древних: обонятельной, вкусовой и вестибулярной.

Взаимодействие сенсорных систем в процессе овладения различными двигательными действиями во многом определяет успешность процесса обучения. При многократных повторах движений, комбинаций и специальных упражнений между центрами отдельных сенсорных систем образуются временные связи, способствующие совершенствованию двигательной деятельности, доводя отдельные ее элементы до автоматизма. В этом случае.афферентная (чувствительная) импульсация от двигательных рецепторов в нервные центры обеспечивает управление конкретной двигательной деятельностью.

Зрительный анализатор обеспечивает восприятие света, цвета, пространства; форму, структуру, амплитуду эстетических параметров движения. Слуховой анализатор воспринимает звуковые раздражители (в том числе и словесные), что определенным образом способствует успешности оперативной коррекции, например ритма движения или согласованности действий в ситуационных (игровых) видах мышечной деятельности. Тактильный анализатор при выполнении физических упражнений обеспечивает восприятие ощущений прикосновения, его место, силу/продолжительность, амплитуду движения, что имеет особое значение при выполнении сложнокоординационных упражнений (например в гимнастике, акробатике, прыжках в воду, катании на, коньках, различных видах борьбы). Чувство партнера, воды, льда, лыжни, снаряда — эти ощущения невозможно получить без участия тактильного анализатора, рецепторы которого располагаются в коже. Вестибулярная сенсорная система формирует ощущения положения тела в пространстве, величину линейного и углового ускорения, связана с распределением мышечного тонуса (непроизвольного фонового напряжения мышц, помогающего, в частности, сохранять позу), обеспечивает многообразную сложнокоординационную деятельность в многих видах мышечной деятельности. Проприоцептивный анализатор, ведущий в двигательной деятельности, позволяет определять степень напряжения мышц, взаимное расположение звеньев тела, скорость и ускорение движений, их амплитуду, дает информацию о выполняемых движениях.

Таким образом, механизмы нейрогуморальной регуляции осуществляют постоянный контроль за обменом веществ. Они регулируют интенсивность обмена в органах и тканях, приспосабливая его к условиям среды и характеру деятельности человека. Функция высшего контроля над обменом веществ принадлежит коре больших полушарий. Это доказывается возможностью вырабатывать условные рефлексы, изменяющие течение обменных процессов в организме.

Например, в предстартовом состоянии, когда организм готовится к выполнению интенсивной физической нагрузки, надпочечники выделяют адреналин, который, поступая в кровь, усиливает деятельность сердечно-сосудистой системы; под действием инсулина, вырабатываемого поджелудочной железой, излишки углеводов превращаются в. гликоген и откладываются в печени и мышцах, ожидая своего часа для того, чтобы обеспечить энергией процесс интенсивной работы, под действием адреналина гликоген печени и мышц превращается в глюкозу, которая поступает в кровь для питания активно работающих мышц и других органов. Растущая концентрация СО₂ в крови при активной мышечной деятельности раздражает дыхательный центр, расположенный в продолговатом мозге, тем самым увеличивая глубину и частоту дыхания. Повышение кровяного давления вызывает расширение сосудов кровяного русла через барорецепторы. Итак, изменения в составе крови, увеличение объема ее циркуляции влекут за собой реакцию нервных структур и меняют функционирование целого ряда систем и образований организма.

2.14. Регуляция деятельности организма в различных условиях

Дата добавления: 2015-04-24