Длина мышцы

Физиологический поперечник

Рис. 3 Компоненты определения физиологической силы мышцы.

Все мышцы человека содержат около 300 млн. волокон, а многие скелетные мышцы обладают силой, превышающей вес тела. Сила, которую может применить человек, зависит от положения его тела.

Какие мышцы имеют большее значение, и какие мышечные группы следует развивать в первую очередь? У разных людей сила отдельных мышц различна. У людей, не занимающихся спортом, обычно лучше всего развиты мышцы, противодействующие силе тяжести; разгибатели спины, ног и сгибатели рук. У спортсменов увеличение силы отдельных мышц зависит от вида спорта. Так: у штангистов, развиты разгибатели рук, туловища, ног; у гимнастов - приводящие мышцы плечевого сустава; у боксеров - мышцы плечевого пояса, шеи, груди, передней поверхности бедра и т.д.

Работоспособность мышц зависит от уровня кровоснабжения. Количество действующих капилляров в усиленно работающей мышце возрастает в 60-70 раз по сравнению с мышцей, находящейся в покое. При динамической работе мышца в кровообращении выполняет роль “насоса”. Во время расслабления мышца наполняется кровью и получает кислород и питательные вещества. При сокращении мышцы кровь и продукты обмена вытаскиваются. При статической работе мышца постоянно напряжена и непрерывно давит на кровеносные сосуды. Таким образом она не получает ни кислорода, ни питательных веществ, а использует составные запасы гликогена, чтобы получить энергию для работы. В статически работающих мышцах продукты распада не удаляются, в них накапливается молочная кислота, которая способствует быстрому развитию утомления.

Изменения в мышцах под воздействием физических нагрузок статического характера отличаются от нагрузок динамического характера.

При статических нагрузках наряду с возрастанием объема мышц, увеличивается поверхность их прикрепления к костям, удлиняется сухожильная часть.

Интенсивные метаболические процессы в мышцах способствуют увеличению количества капилляров, образующих густую сеть, что ведет к утолщению мышечного волокна.

Нагрузки динамического характера меньше, чем статические способствуют увеличению веса и объема мышц. В мышцах происходит удлинение мышечной части и укорочение сухожилий. Количество нервных волокон в мышцах, влияющих преимущественно на выполнение динамической функции в 4-5 раз больше, чем в мышцах, выполняющих статическую функцию. С увеличением количества нервных элементов возрастает количество нервных импульсов, поступающих в работающую мышцу, что повышает эффективность управления.

Часть молодых людей увлекающаяся так называемым культуризмом, который ставит своей целью развитие мышечной силы и рельефной мускулатуры, используя, главным образом, статические упражнения. Действительно такие упражнения помогают увеличению мышц, которые отстают в развитии, но они не развивают точности, ловкости, быстроты движений, не помогают ориентировать и приспосабливаться к изменяющимся условиям. Кроме того, выполнение изометрических упражнений требует больших нервных усилий, затрудняет дыхание, ограничивает возможности развития выносливости. Статические упражнения могут быть лишь дополнением к динамическим и эффективны тогда, когда не превышают 1/3 от общего числа упражнений.

Сердечно-сосудистая система (ССС) обеспечивает циркуляцию крови в организме. Кровь транспортирует питательные вещества, кислород к клеткам, а конечные продукты обмена от них, выполняет регуляторную функцию, осуществляет перенос гормонов и других физиологически активных веществ, воздействующих на различные органы и ткани.

Кровь течет по сосудам и нигде не соприкасается непосредственно с клетками тканей. Некоторая часть плазмы, постоянно просачиваясь через полупроницаемые стенки капилляров, образует межтканевую жидкость, которая окружает все клетки тела. Из этой жидкости клетки поглощают питательные вещества, кислород и отдают в нее углекислый газ и другие конечные продукты распада.

Объем крови в организме 4-6 литров, 7-8% от веса тела, лимфы до 2 литров. В покое 40-50% крови выключается из кровообращения и находится в “кровяных депо”: печени, селезенки, в сосудах кожи, мышц, легких. В случае необходимости (например, при мышечной работе) запасный объем крови включается в кровообращение. Наибольший объем крови рефлекторно направляется к работающему органу. Выход крови из “депо” и ее перераспределение регулируется центральной нервной системой. Существует четкая связь между видом спорта, которым занимается человек и объемом его сердца. У здоровых мужчин, не занимающихся спортом, объем сердца, в среднем равен 760 куб.см., у лыжников, бегунов на средние и длинные дистанции, плавцов, велосипедистов, баскетболистов он увеличивается до 1203 куб.см. У женщин спортсменок он ниже на 200-300 куб.см.

Движение крови по сосудам происходит по замкнутым кругам (большой и малый круг кровообращения) под воздействием разности давления в артериях и венах. В артериях кровь, насыщенная кислородом, движется от сердца, в венах, кровь насыщенная углекислым газом, движется к сердцу. Большой круг кровообращения начинается от левого желудочка и заканчивается, возвращая венозную кровь, в правом предсердии. Весь путь по большому кругу кровь проходит за 23 секунды. От правого желудочка начинается малый круг, который заканчивается в левом предсердии. Кровь малого круга в легких насыщается кислородом и отдает углекислоту. Крупные артерии (аорта, легочная артерия), по мере удаления от сердца, ветвятся на более мелкие, оканчивающиеся капиллярами, пронизывающими весь организм. Число капилляров очень велико, ими можно опоясать по экватору земной шар 2,5 раза. Если диаметр аорты равен 25-30 мм, то толщина капилляров в 10-15 раз тоньше человеческого волоса и через просвет капилляра может пройти только один эритроцит. Из капилляров кровь переходит в вены-сосуды, по которым кровь движется к сердцу.

Сердце - главный орган кровеносной системы, является полым органом, состоящим из двух предсердий и двух желудочков. Стенки сердца имеют 3 слоя: внутренний - эндокард, средний (мышечный) - миокард, наружный - эпикард. Сердце заключено в сумку - перикард, предохраняющую его от чрезмерного растяжения. Ритмически сокращаясь, сердце обеспечивает кровообращение в организме. Каждое сердечное сокращение имеет 3 фазы: 1 - сокращение (систола) предсердий - кровь выталкивается в желудочки; 2 - систола желудочков - кровь выталкивается в аорту (предсердия расслаблены - диастола); 3 - пауза, когда предсердия и желудочки отдыхают одновременно (общая диастола). Общая продолжительность цикла в покое 0,8 сек.; систола - 0,3 е., диастола - 0,5 е. Такой режим работы дает возможность сердечной мышце восстанавливать затраченную на сокращение энергию. Ритмическое выталкивание левым желудочком крови в аорту вызывает пульсацию артерии (пульс). В норме у взрослого мужчины ЧСС в покое равна примерно 70 ударов в минуту. У женщин в среднем на 2-3 удара больше. Сердце тренированного человека сокращается 50-69 раз в минуту, а у пловцов, бегунов, лыжников может доходить до 35-40 ударов в минуту.

За одно сокращение сердце выталкивает в аорту около 60 мл. крови (систолический объем), а за одну минуту в покое около 5л. крови (минутный объем). Для тренированного сердца систолический объем составляет около 120 мл., а минутный, по мере интенсивности нагрузок, может достигать 30-40 литров. При умеренной физической работе, у тренированного человека возрастает потребность работающих органов в крови. Обеспечение главным образом идет за счет увеличения ЧСС, а у тренированных - благодаря увеличению систолического и минутного объема крови, т.е. более эффективной работы миокарда. Наибольший систолический объем наблюдается при ЧСС 130-180 ударов. При ЧСС более 180 систолический объем начинает падать. Поэтому наилучший тренировочный эффект при физических нагрузках с ЧСС в диапазоне 130-180 ударов в минуту.

Для нормального кровообращения большое значение имеет артериальное давление крови, которое является результатом давления движущейся крови на внутренние стенки артерий и на имеющийся впереди столб крови. Различают максимальное (систолическое) давление, возникающее при сокращении левого желудочка и минимальное (диастолическое), возникающее при его расслаблении. У взрослого человека в покое максимальное давление в норме составляет 110-140 мм рт.ст., минимальное - 60-80 мм. Самое низкое давление возникает в венах, а при впадении в правое предсердие может быть даже отрицательным, ниже атмосферного. Мышечная деятельность способствует увеличению максимального давления до 200 мм., а минимальное давление при этом практически не изменяется или незначительно увеличивается. У тренированных людей, после физической нагрузки, кровяное давление возвращается к норме значительно быстрее, чем у нетренированных.

Нервно-гуморальная регуляция органов кровообращения происходит независимо от нашей воли.

Деятельность ССС тесно связана с состоянием ЦНС, определяющей наше поведение, эмоции и т.д.

Дыхательная система включает в себя органы дыхания, в которых происходит обмен газов между кровью и наружной средой. Это сложный комплекс физиологических процессов, обеспечивающих потребление кислорода и выделение углекислого газа тканями живого организма.

В процессе дыхания воздух через нос (или рот) проходит в носоглотку, отсюда через гортань - в дыхательное горло (трахею) и бронхи.

В нижней части трахея делится на два бронха, каждый из которых входит в легкое, древовидно разветвляется на все более мелкие ветви, доходя до тончайших веточек бронхиол. Заканчиваются бронхиолы группами мельчайших пузырьков - альвеол, тончайшие стенки которых оплетены сетью кровеносных капилляров. Поверхность альвеол равна при выдохе 30 кв.м., а при глубоком вдохе - 100 кв.м., что в 50 раз превышает поверхность кожи человека. Это способствует эффективному обмену газов между кровью и воздухом.

Выдыхаемый нами атмосферный воздух содержит 21% кислорода, 78% азота, 0,03% углекислого газа. При выдохе кислорода остается 16%, углекислый газ увеличивается до 4%.

Поглощая в спокойном состоянии за один раз не более 500 куб.см., человек дышит не всеми легкими, а их шестой и даже седьмой частью.

Газообмен в легких происходит благодаря дыхательным движениям грудной клетки. Во время вдоха полость грудной клетки расширяется, в ней понижается давление, что способствует засасыванию воздуха в легкие. При выдохе полость грудной клетки уменьшается и воздух выталкивается их легких. Движение грудной клетки обеспечивается работой грудных мышц.

Регуляция дыхания осуществляется посредством сложной системы нервно-гуморальных воздействий на дыхательный центр, который располагается в продолговатом мозгу. Так независимо от воли человека, недостаток кислорода в крови вызывает учащение дыхательных движений, а избыток углекислого газа ведет к заметному углублению дыхания. Периодически возбуждаясь дыхательный центр посылает через спинной мозг импульсы к дыхательным мышцам, вызывая такое же периодическое их сокращение. Важным фактором является возможность человека произвольно регулировать глубину и частоту дыхания.

В состоянии покоя человек в минуту производит 16-20 дыханий. По сравнению с мужчинами женщины делают на 1-2 цикла в минуту больше. В результате спортивной тренировки частота дыхания снижается до 12-14 в минуту за счет увеличения их глубины. За один дыхательный цикл (вдох-выдох-пауза) через легкие проходит 350-800 мл. воздуха.

Увеличение частоты и глубины дыхания повышает легочную вентиляцию. В покое легочная вентиляция людей, занимающихся спортом равна 6-8 л., а при возрастании нагрузок (бег, ходьба на лыжах, плавание, езда на велосипеде) увеличивается до 120-130 л. в минуту, т.е. увеличивается в 20-25 раз.

Важной характеристикой дыхательной системы является показатель жизненной емкости легких (ЖЕЛ), который определяется с помощью спирометра. В среднем ЖЕЛ составляет 3500 куб.см. Она зависит от возраста, пола, роста, состояния здоровья, тренированности человека и других факторов. У спортсменов показатель находится в пределах 4500-6000 куб.см. (л). наибольшими показателями отличаются гребцы, плавцы, лыжники, бегуны и боксеры.

Наибольшее количество кислорода за 1 мин., которое может усвоить организм при предельно тяжелой для него работе, называется максимальное потребление кислорода (МПК).

У не занимающихся спортом МПК составляет в среднем 3,1 л., у женщин 2,2 л., у спортсменов лыжников мужчин - 5,6 л., женщин - 3,8 л., пловцов - 5 л. и т.д. МПК является показателем аэробной производительности организма, т.е. его способности обеспечивать энергией организм при выполнении тяжелой работы за счет кислорода, поглощаемого непосредственно в процессе работы. Спортивный результат в беге на длинные дистанции, в лыжных гонках, плавании, велоспорте на 60-80% зависит от уровня аэробной производительности организма спортсмена. Развитию аэробной производительности организма способствуют тренировочные нагрузки с частотой пульса 130-180 уд/мин.

Количество кислорода, необходимое для окислительных процессов, обеспечивающих ту или иную работу энергией, называется кислородным запросом. Различают суммарный запрос (объем кислорода, необходимый для выполнения всей работы) и минутный запрос (объем кислорода, необходимый для выполнения работы на каждой минуте) Например в беге на 800 метров минутный запрос составляет 12-15 л., суммарный - 25-30 л., в марафонском беге 3-4 л, и 450-500 л.

Если кислородный запрос достигает 15-20 л. в минуту, а МПК не превышает 6-7 л. в минуту, образуется кислородный долг, который ликвидируется во время отдыха.

Если в ткани поступает меньшее количество кислорода, чем нужно для полного обеспечения потребности в энергии, наступает кислородное голодание или гипоксия.

В основе выносливости лежит функциональная устойчивость организма к недостатку кислорода. Чтобы полнее обеспечить себя кислородом в условиях гипоксии, организм реализует мощные компенсаторные механизмы. Известно, что мышцы при напряженной работе увеличивают скорость утилизации кислорода в 100 и более раз. Под влиянием тренировки улучшается способность различных групп мышц усваивать кислород.

Можно самостоятельно определить устойчивость своего организма к гипоксии. Для этого показатель пульса за минуту разделить на время задержки дыхания на вдохе. Чем меньше будет полученный результат, тем выше устойчивость организма к гипоксии.

При выполнении физических упражнений согласование дыхания с движениями происходит благодаря сложной системе приспособительных изменений в организме. Чем прочнее взаимосвязь дыхания и движения, тем легче при прочих равных условиях выполняются движения.

В процессе обучения постепенно дыхательные движения становятся как бы компонентом выученных движений.

Пищеварительная система объединяет органы, при помощи которых организм воспринимает пищевые вещества извне и осуществляет функцию пищеварения. Главная функция пищеварительной системы – обеспечение обмена веществ, одного из главных звеньев обеспечения энергией.

Обмен веществ состоит в том, что из внешней среды в организм поступают разнообразные, богатые потенциальной химической энергией вещества. В организме они расщепляются на более простые. Освобождающаяся при этом энергия обеспечивает протекание физиологических процессов и выполнение внешней работы. Кроме того, поступающие в организм вещества используются для восстановления изношенных и построения новых клеток и тканей, для образования гормонов и ферментов. Образующиеся в процессе обмена продукты распада удаляются из организма во внешнюю среду органами выделения. Питательными и строительными веществами являются белки, жиры и углеводы. Нормальному протеканию обменных процессов способствует поступление в организм воды, минеральных солей, витаминов. Биологическими катализаторами процессов расщепления и синтеза органических веществ являются ферменты.

Пищеварение является начальным этапом обмена веществ. Оно происходит в полости рта, желудка, кишечника при активной деятельности желез внутренней секреции. В процессе пищеварения происходит физическая и химическая обработка пищи, в результате чего она превращается в такие вещества, которые могут всасываться в кровь и усваиваться. Переваривание пищи в желудке продолжается 6-8 часов, а жирная пища - 10 и более часов.

Мышечная деятельность, повышая обмен веществ, увеличивает потребность организма в питательных веществах и тем самым стимулирует желудочную и кишечную секрецию, что благоприятно влияет на пищеварительные процессы. Однако, физическая работа, выполняемая сразу после приема пищи, не усиливает, а задерживает пищеварительные процессы, тормозит рефлекторное выделение пищеварительных соков и его восстановление через 30-60 минут после окончания работы. В свою очередь после приема пищи возбуждение пищевых центров и перераспределение крови от мышц к рабочим органам брюшной полости снижает эффективность мышечной деятельности. Наполненный желудок приподнимает купол диафрагмы, что затрудняет работу органов дыхания и кровообращения. Поэтому занятия физическими упражнениями следует начинать спустя 2,5-3 часа после еды.

Нормальное состояние количества энергии, поступающей с пищей и энергии, расходуемой организмом, называется энергетическим балансом. Избыточное питание ведет к накоплению в организме энергетических запасов, недостаточное питание - к их истощению.

Основным источником энергии в организме являются углеводы. Окисление 1 г. углеводов освобождает 4,1 ккал. энергии. Основным потребителем углеводов являются мышцы и клетки головного мозга. В организме постоянно содержится запас углеводов в виде гликогена в печени и мышцах. Средняя величина этого запаса составляет 350 г., у спортсменов может достигать 500 г. Поступившие с пищей углеводы расщепляются до глюкозы, которая поступает в кровь и разносится по всем тканям. Концентрация глюкозы в крови колеблется от 0,08 до 0,12%. При уменьшении концентрации глюкозы в крови происходит интенсивное расщепление гликогена печени до глюкозы и поступления ее в кровь.

Продолжительная физическая и умственная работа сопровождаются интенсивным расходом запасов углеводов, снижением ее концентрации в крови до 0,05-0,06%. Продолжать работу дальше без восполнения углеводов становится невозможным. Некоторые спортсмены способны продолжать работу до концентрации глюкозы в крови до 0,04% благодаря высоким резервным возможностям организма. Одним их распространенных поставщиков углеводов в организме является сахар, который расщепляется ферментами пищеварительного тракта на глюкозу и фруктозу. За счет глюкозы покрывается большая часть энергетических затрат организма. Она совершенно необходима для нормального функционирования головного мозга.

Жиры так же используются в организме как источник энергии. При окислении 1 г. жира освобождается 9,3 ккал. энергии. В покое жир служит основным источником энергии для работы сердечной мышцы. Скелетные мышцы начинают использовать жиры как источник энергии только после продолжительной интенсивной работы, когда уменьшается запас углеводов. Общее количество жира у человека составляет в среднем 10-12% веса тела, при ожирении оно может достигать 40-50%. Жировая ткань предохраняет внутренние органы от механического воздействия, обеспечивает фиксацию органов брюшной полости, защищает тело от излишних тепло потерь, жир, выделяемый сальными железами, предохраняет кожу от высыхания.

Белки являются основным строительным материалом. И если жиры и углеводы могут откладываться в запас, то запасы белков в организме отсутствуют. В экстремальных условиях (голод) в первую очередь расходуются белки крови, скелетных мышц, печени. Поэтому вес этих органов при голодании снижается. Вес сердца и мозга остаются неизменными.

Вода и минеральные соли, поступающие с пищей, не являются источником энергии, однако обмен воды и солей необходим для поддержания постоянства внутренней среды организма. Известно, что без пищи при условии приема воды человек может прожить до 60 дней, а без воды он погибнет в течение нескольких суток.

В течение суток человек расходует энергию на дыхание, пищеварение, сердцебиение, выделение, это основной обмен.

Основным обменом называется расход энергии в состоянии полного покоя, натощак, при температуре окружающей среды 20-22^О С. В этих условиях расход энергии взрослого человека в среднем составляет 1 ккал. на 1 кг. веса в час. При весе равном 70 кг. основной обмен в сутки равен 1680 ккал.

Количество энергии, расходуемое на мышечную работу, зависит от активности человека, от характера его трудовой деятельности. Так при ходьбе энергия расходуется на 8-10% больше, чем в покое, при беге на 40% и более.

По энергозатратам трудовая деятельность делится на 4 группы:

1. Умственный труд (суточный расход энергии 2300-3000 ккал.).

2. Механизированная работа (2500-3000 ккал.).

3. Частично механизированная работа (2600-3500 ккал.).

4. Тяжелый физический труд (3000-4000 ккал.).

Спортивная деятельность сопровождается значительными суточными затратами энергии до 4500-5000 ккал.

Мышечная работа необходима для нормальной жизнедеятельности организма. Расход энергии на нее в сутки должен составлять 1200-1300 ккал. Физическая инертность ведет к расстройству обмена веществ, развитию патологических изменений (атеросклероз, тучность и др.). Бытует мнение, что при низкой двигательной активности можно потреблять пищу равную ее расходу. Но при этом необходимо понять, что невозможно сбалансировать суточный рацион по необходимому количеству жиров, белков, и углеводов, а самое главное по минеральным веществам и незаменимым аминокислотам. Поэтому достаточная двигательная активность необходимый фактор в жизнедеятельности человека. Чем выше двигательная активность, тем в большей степени появляется возможно потребить сбалансированную пищу.

Современный человек получает в сутки с пищей 4000 и более ккал. Избыточные калории откладываются в организме в виде запасов.

Мышечная деятельность, физические упражнения повышают активность обменных процессов, тренирует и поддерживает на высоком уровне механизмы, осуществляющие в организме обмен веществ и энергии, что положительно сказывается на умственной и физической работоспособности.

В данном разделе лекции рассмотрены основные функциональные системы организма, механизмы их взаимодействия, влияние занятий физическими упражнениями на формирование и совершенствование данных систем. Следует подчеркнуть, что пути по которым осуществляется взаимосвязь всех систем в единое целое, достаточно сложны. Из этого следует, что организм человека необходимо рассматривать как единое целое, где изменения в одной из систем неизбежно вызывают ответные действия по всему организму. Чем выше степень воздействия (раздражения) тем более заметны изменения в других системах.

Дата добавления: 2014-01-04