Общий и локальный эффект воздействия физических упражнений (нагрузки) на организм человека

Организм каждого человека обладает определенными резервными возможностями в противостоянии воздействиям внешней среды. Способность к выполнению различных видов физической работы может возрастать многократно, но до определенного предела. Регулярная мышечная деятельность (тренировка) путем совершенствования физиологических механизмов мобилизует имеющиеся резервы, отодвигая их предельные границы.

Общий положительный эффект

Общий эффект регулярных занятий физическими упражнениями (тренированность) заключается в:

• повышении устойчивости ЦНС: в состоянии покоя у тренированных лиц отмечается несколько более пониженная возбудимость нервной системы; во время работы повышаются возможности достижения повышенной возбудимости и увеличивается лабильность периферической нервной системы;

• положительных изменениях в опорно-двигательном аппарате: увеличивается масса и объем скелетных мышц, улучшается их кровоснабжение, укрепляются сухожилия и связочный аппарат суставов и др.;

• экономизации функций отдельных органов и кровообращения в целом; в улучшении состава крови и т.п.;

• уменьшении расхода энергии в состоянии покоя: из-за экономизации всех функций общий расход энергии у тренированного организма ниже, чем у нетренированного, на 10–15%;

• существенном уменьшении периода восстановления после физической нагрузки любой интенсивности.

Как правило, повышение общей тренированности к физическим нагрузкам имеет и неспецифический эффект – повышение устойчивости организма к действию неблагоприятных факторов внешней среды (стрессовых ситуаций, высоких и низких температур, радиации, травм, гипоксии), к простудным и инфекционным заболеваниям.

В то же время, длительное использование предельных тренировочных нагрузок, что особенно часто случается в «большом спорте», может привести к противоположному эффекту – угнетению иммунитета и повышению восприимчивости к инфекционным заболеваниям.

Локальный эффект воздействия физических нагрузок

Локальный эффект повышения тренированности, который является неотъемлемой частью общего, связан с ростом функциональных возможностей отдельных физиологических систем.

Изменения в составе крови. Регуляция состава крови зависит от целого ряда факторов, на которые может оказывать свое влияние человек: полноценное питание, пребывание на свежем воздухе, регулярные физические нагрузки и др. В данном контексте мы рассматриваем влияние физических нагрузок. При регулярных занятиях физически­ми упражнениями в крови увеличивается количество эритроцитов (при кратковременной интенсивной работе – за счет выхода эритроцитов из «кровяных депо»; при длительной интенсивной нагрузке – за счет усиления функций кроветворных органов). Повышается содержание гемоглобина в единице объема крови, соответственно увеличивается кислородная емкость крови, что усиливает ее кислородно-транспортную возможность.

Вместе с тем в циркулирующей крови наблюдаются увеличение содержания лейкоцитов и их активность. Специальными исследованиями было установлено, что регулярная физическая тренировка без перегрузок увеличивает фагоцитарную активность составляющих крови, т.е. повышает неспецифическую сопротивляемость организма к различным неблагоприятным, особенно инфекционным, факторам.

Тренированность человека способствует лучшему перенесению повышающейся при мышечной работе концентрации молочной кислоты в артериальной крови. У нетренированных максимально допустимая концентрация молочной кислоты в крови составляет 100–150 мг %, а у тренированных она может возрастать

до 250 мг %, что говорит об их больших потенциальных возможностях к выполнению максимальных физических нагрузок. Все эти изменения в крови физически тренированного человека рассматриваются как благоприятные не только для выполнения им на­пряженной мышечной работы, но и для поддержания общей активной жизнедеятельности.

Изменения в работе сердечно-сосудистой системы

Сердце. Даже в покое сердце выполняет огромную работу. Под влиянием физической нагрузки расширяются границы его возможностей, и оно приспосабливается к переброске намного большего количества крови, чем это может сделать сердце нетренированного человека. Работая с повышенной нагрузкой при выполнении активных физических упражнений, сердце неизбежно само тренируется, так как в этом случае через коронарные сосуды улучшается питание самой сердечной мышцы, увеличивается ее масса, изменяются размеры и функциональные возможности.

Показателями работоспособности сердца являются частота пульса, кровяное давление, систолический объем крови, минутный объем крови. Наиболее простым и информативным показателем работы сердечно-сосудистой системы является пульс.

Пульс – волна колебаний, распространяемая по эластичным стенкам артерий в результате гидродинамического удара порции крови, выбрасываемой в аорту под большим давлением при сокращении левого желудочка. Частота пульса соответствует частоте сокращений сердца (ЧСС) и составляет в среднем

60–80 удар./мин. Регулярные физические нагрузки вызывают урежение пульса в покое за счет увеличения фазы отдыха (расслабления) сердечной мышцы. Предельная ЧСС у тренированных людей при физической нагрузке находится на уровне 200–220 удар./мин. Нетренированное сердце такой частоты достигнуть не может, что ограничивает его возможности в стрессовых ситуациях.

Артериальное давление (АД) создается силой сокращения желудочков сердца и упругостью стенок сосудов. Оно измеряется в плечевой артерии. Различают максимальное (систолическое) давление, которое создается во время сокращения левого желудочка (систолы), и минимальное (диастолическое) давление, которое отмечается во время расслабления левого желудочка (диастолы). В норме у здорового человека в возрасте 18–40 лет в покое кровяное давление равно 120/80 мм рт. ст. (у женщин на 5–10 мм ниже). При физических нагрузках максимальное давление может повышаться до 200 мм рт. ст. и больше. После прекращения нагрузки у тренированных людей оно быстро восстанавливается, а у нетренированных долго остается повышенным, и если интенсивная работа продолжается, то может наступить патологическое состояние.

Систолический объем в покое, который во многом определяется силой сокращения сердечной мышцы, у нетренированного человека составляет 50–70 мл, у тренированного – 70–80 мл, причем при более редком пульсе. При интенсивной мышечной работе он колеблется соответственно от 100 до 200 мл и более (в зависимости от возраста и тренированности). Наибольший систолический объем наблюдается при пульсе от 130 до 180 удар./мин, тогда как при пульсе выше 180 удар./мин он начинает существенно снижаться. Поэтому для повышения тренированности сердца и общей выносливости человека наиболее оптимальными считаются физические нагрузки при частоте сердечных сокращений

130–180 удар./мин.

Кровеносные сосуды, как уже отмечалось, обеспечивают постоянное движение крови в организме под воздействием не только работы сердца, но и разности давлений в артериях и венах. Эта разность возрастает с ростом активности движений. Физическая работа способствует расширению кровеносных сосудов, снижению постоянного тонуса их стенок, повышению их эластичности.

Продвижению крови в сосудах содействует и чередование напряжения и расслабления активно работающих скелетных мышц («мышечный насос»). При активной двигательной деятельности оказывается положительное воздействие и на стенки крупных артерий, мышечная ткань которых с большой частотой напрягается и расслабляется. При физических нагрузках почти полностью раскрывается и микроскопическая капиллярная сеть, которая в покое задействована всего на 30–40 %. Все это позволяет существенно ускорить кровоток.

Так, если в покое кровь совершает полный кругооборот за 21–22 с, то при физических нагрузках – за 8 с и менее. При этом объем циркулирующей крови способен возрастать до 40 л/мин, что намного увеличивает кровоснабжение, а следовательно, и поступление питательных веществ и кислорода во все клетки и ткани организма.

В то же время установлено, что длительная и интенсивная умственная работа, так же, как и состояние нервно-эмоционального напряжения, может существенно повысить частоту сердечных сокращений до 100 удар./мин и более. Таким образом, длительная напряженная умственная работа, нервно - эмоциональные состояния, не сбалансированные с активными движениями, с физическими нагрузками, могут привести к ухудшению кровоснабжения сердца и мозга, других жизненно важных органов, к стойкому повышению кровяного давления, к формированию «модного» ныне среди студентов заболевания – вегето-сосудистой дистонии.

Изменения в дыхательной системе

Работа системы дыхания (совместно с кровообращением) по газообмену, который усиливается при мышечной деятельности, оценивается частотой дыхания, легочной вентиляцией, жизненной емкостью легких, потреблением кислорода, кислородным долгом и другими показателями. При этом следует помнить о том, что в организме имеются особые механизмы, которые автоматически управляют дыханием. Даже в бессознательном состоянии процесс дыхания не прекращается. Главным регулятором дыхания является дыхательный центр, расположенный в продолговатом мозге.

В состоянии покоя дыхание совершается ритмично, причем временное соотношение вдоха и выдоха приблизительно равно 1:2. При выполнении работы частота и ритм дыхания могут изменяться в зависимости от ритма движения. Но практически дыхание человека может быть различным в зависимости от обстановки. В то же время он может сознательно в некоторой степени управлять своим дыханием: задержка, изменение частоты и глубины, т.е. изменять его отдельные параметры.

Частота дыхания (смена вдоха и выдоха и дыхательной паузы) в покое составляет 16–20 циклов. При физической работе частота дыхания увеличивается в среднем в 2–4 раза. С учащением дыхания неизбежно уменьшается его глубина, изменяются и отдельные показатели эффективности дыхания. Это особенно четко видно у подготовленных спортсменов (табл. 3).

В соревновательной практике в циклических видах спорта наблюдается частота дыхания 40–80 циклов в мин, обеспечивающая наибольшую величину потребления кислорода.

Силовые и статические упражнения широко распространены в спорте. Их продолжительность незначительна: от десятых долей секунды до 1–3 с – удар в боксе, финальное усилие в метаниях, удержание поз в спортивной гимнастике и др.; от 3 до 8 с – штанга, стойка на кистях и т.д.; от 10 до 20 с – стрельба, удержание соперника на «мосту» в борьбе и др.

Таблица 3

Показатели дыхательной системы при различной частоте дыхания у мастера спорта по велоспорту (в эксперименте) (по В.В. Михайлову)

Частота дыхания в минуту	Легочная вентиляция в минуту (л)	Глубина дыхания (л)	Поглощение кислорода (%)	Потребление кислорода в минуту (мл)
		4,0 3,27 1,80 1,20	4,73 3,80 3,29 2,71

Таблица 4

Подъем веса испытуемыми в различные фазы дыхания

(по В.В. Михайлову)

Фазы дыхательного цикла	Величины усилий (кг)
Вдох
Выдох
Задержка дыхания

Эти упражнения и движения со спортивной точки зрения целесообразнее выполнять при задержке дыхания или на выдохе (табл. 4), наибольшее усилие развивается во время задержки дыхания (хотя это неблагоприятно для здоровья).

Дыхательный объем – количество воздуха, проходящее через легкие при одном дыхательном цикле (вдох, дыхательная пауза, выдох). Величина дыхательного объема находится в прямой зависимости от степени тренированности к физическим нагрузкам. В состоянии покоя у нетренированных людей дыхательный объем составляет 350–500 мл, у тренированных–800 мл и более. При интенсивной физической работе он может увеличиваться примерно до 2500 мл.

Легочная вентиляция – объем воздуха, который проходит через легкие за 1 мин. Величина легочной вентиляции определяется путем умножения величины дыхательного объема на частоту дыхания. Легочная вентиляция в покое составляет 5–9 л. Ее максимальная величина у нетренированных людей составляет до 150 л, а у спортсменов доходит до 250 л.

Жизненная емкость легких (ЖЁЛ) – наибольший объем воздуха, который человек может выдохнуть после самого глубокого вдоха. У разных людей ЖЁЛ неодинакова. Ее величина зависит от возраста, массы и длины тела, пола, состояния физической тренированности человека и от других факторов. ЖЁЛ определяют при помощи спирометра. Средняя её величина составляет у женщин 3000 - 3500 мл, у мужчин – 3800 – 4200 мл. У людей, занимающихся физической культурой, она значительно увеличивается и достигает у женщин

5000 мл, у мужчин – 7000 мл и более.

Потребление кислорода – количество кислорода, фактически использованного организмом в покое или при выполнении какой-либо работы за 1 мин.

Максимальное потребление кислорода (МПК) – наибольшее количество кислорода, которое может усвоить организм при предельно тяжелой для него работе. МПК служит важным критерием функционального состояния систем дыхания и кровообращения.

МПК является показателем аэробной (кислородной) производительности организма, т.е. его способности выполнять интенсивную физическую работу при достаточном количестве поступающего в организм кислорода для получения необходимой энергии. МПК имеет предел, который зависит от возраста, состояния сердечно-сосудистой и дыхательной систем, от активности протекания процессов обмена веществ и находится в прямой зависимости от степени физической тренированности.

У тех, кто не занимается спортом, предел МПК находится на уровне

2 – 3,5 л/мин. У спортсменов высокого класса, особенно занимающихся циклическими видами спорта, МПК может достигать: у женщин – 4 л/мин и более; у мужчин – 6 л/мин и более. С ориентацией на МПК дается и оценка интенсивности физической нагрузки. Так, интенсивность ниже 50% МПК расценивается как легкая, 50 – 75% МПК – умеренная, свыше 75% МПК – как тяжелая.

Кислородный долг – количество кислорода, необходимое для окисления продуктов обмена веществ, накопившихся при физической работе. При длительной интенсивной работе возникает суммарный кислородный долг, максимально возможная величина которого у каждого человека имеет предел (потолок). Кислородный долг образуется в том случае, когда кислородный запрос организма человека выше потолка потребления кислорода в данный момент. Например, при беге на 5000 м кислородный запрос у спортсмена, преодолевающего эту дистанцию за 14 мин, равен 7 л в 1 мин, а потолок потребления у данного спортсмена – 5,3 л, следовательно, в организме каждую минуту возникает кислородный долг, равный 1,7 л.

Нетренированные люди способны продолжать работу при долге, не превышающем 6–10 л. Спортсмены же высокого класса (особенно в циклических видах спорта) могут выполнять такую нагрузку, после которой возникает кислородный долг в 16–18 л и даже более. Кислородный долг ликвидируется после окончания работы. Время его ликвидации зависит от длительности и интенсивности работы (от нескольких минут до 1,5 ч).

Перечисленные показатели дееспособности сердечно-сосудистой системы (ССС) и дыхательной функции и её составляющих особенно значительны у пловцов, лыжников, бегунов на средние и длинные дистанции.

Кислородное голодание организма – гипоксия. Когда в клетки тканей поступает меньше кислорода, чем нужно для полного обеспечения потребления в энергии (т.е. кислородный долг), наступает кислородное голодание, или гипоксия. Она может происходить не только из-за кислородного долга при физических нагрузках повышенной интенсивности. Гипоксия может наступать и по другим причинам, как внешним, так и внутренним.

Таблица 5

Различия в резервных возможностях организма у нетренированного человека и спортсмена (по И.В. Муравову)

Показатель

Нетренированный человек

Соотношение Б – А

Спортсмен

Соотношение Б – А

в покое А

после максимальной нагрузки Б

в покое А

после максимальной нагрузки Б

Сердечно-сосудистая система

Частота сердечных сокращений в минуту

2,0

Систолический объем крови

0,5

2,8

Минутный объём крови (л)

2,6

4,5

Дыхательная система

Частота дыханий (в мин)

16-18

1,8

Дыхательный объем (мл)

2,0

8,5

Минутный объем вентиляции (л)

4,5

33,3

Потребление кислорода в 1 мин (мл)

33,3

Выделительная система

Потоотделение через кожу (мл)

К внешним причинам относятся и загрязнение воздуха, и 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 его 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 5000 м–до 75–80 мм рт.ст.

Внутренние причины гипоксии зависят от состояния дыхательного аппарата и сердечно-сосудистой системы организма человека. Гипоксия, обусловленная внутренними причинами, возникает и при хроническом недостатке движений (гипокинезия), и при умственном переутомлении, а также при различных болезнях.

В табл. 5 представлены резервные возможности тренированных и нетренированных людей по наиболее важным физиологическим показателям.

Изменения в опорно-двигательной и других системах организма при физической нагрузке

Регулярные физические нагрузки увеличивают прочность костной ткани, повышают эластичность мышечных сухожилий и связок, увеличивают выработку внутрисуставной (синовиальной) жидкости. Все это способствует возрастанию амплитуды движений (гибкости). Заметные изменения происходят и в скелетных мышцах. За счет увеличения количества и утолщения мышечных волокон происходит рост силовых показателей мышц. У спортсменов и у незанимающихся физическими упражнениями они существенно различаются (табл. 6). Подобные различия достигаются и за счет совершенствования нервно - координационного обеспечения работы мышц – способности к одновременному участию в отдельном движении максимального количества мышечных волокон и полному и одновременному их расслаблению. При регулярных физических нагрузках увеличивается способность организма откладывать в мышцах (и печени) запас углеводов в виде гликогена и тем самым улучшать так называемое тканевое дыхание мышц. Если в среднем величина этого запаса составляет у нетренированного человека 350 г, то у спортсмена она может достигать 500 г. Это повышает его потенциальные возможности к проявлению не только физической, но и умственной работоспособности.

Таблица 6

Средние показатели мышц — сгибателей кисти сильнейшей руки

на динамометре

Пол	Спортсмены	Не занимающиеся спортом
Мужчины	100 кг и более	45-55 кг
Женщины	55 кг и более	30-35 кг

Дата добавления: 2014-01-07