Учебное пособие Физическая культура. Учебнометодический комплекс (для студентов экономических специальностей)
 Скачать 2.23 Mb.
|
|
2.3. Дыхательная система Между организмом и окружающей средой постоянно происходит газообмен – обмен газов между наружным возду- хом и кровью. Газообмен (дыхание) – функция дыхательной системы. В дыхательной системе выделяют воздухоносные пу- ти – носовую полость, глотку, гортань, трахею, бронхи и ды- хательную часть – легкие. Различают внешнее – легочное и внутриклеточное – тканевое дыхание. Легочное дыхание – это обмен газов в легких. При вдохе кислород в составе вдыхаемого воздуха по воздухоносным пу- тям поступает в легкие. При прохождении по воздухоносным путям воздух очищается, согревается и увлажняется. В легоч- ных пузырьках, или альвеолах, окруженных густой сетью ка- пилляров, происходит газообмен. Эластичная ткань легких содержит в зависимости от роста тела человека от 200 до 600 млн альвеол. При нормальных условиях в состоянии покоя функционирует около половины легочной ткани. При на- грузке число действующих легочных альвеол увеличивается. Тема 2. Биологические основы физической культуры 83 Альвеолы при вдохе заполняются атмосферным воздухом. Через стенки альвеол и капилляров происходит переход ки- слорода из воздуха, заполняющего альвеолы, в кровь, а угле- кислого газа – из крови в полость альвеол. Газообмен обуслов- лен разностью давления: парциальное давление кислорода в альвеолярном воздухе выше, чем в крови, а давление углеки- слого газа, наоборот, в крови выше, чем в альвеолах. При вы- дохе углекислый газ выделяется в окружающую среду. Кислород, поступивший в кровь, разносится по всему организму и переходит из крови в ткани, где участвует в окислительных процессах. В тканях в результате обмена ве- ществ образуется углекислый газ; из тканей он поступает в кровь и вместе с кровью поступает в легкие. Переход газов в тканях также обусловлен разностью давления. Обмен газов, происходящий в тканях, называется тканевым дыханием. Дыхание совершается автоматически, но подчинено ко- ре головного мозга, поэтому может управляться человеком произвольно. Дыхательный центр расположен в продолгова- том мозгу (отдел головного мозга). При возбуждении дыха- тельного центра происходит вдох, при торможении – выдох. Изменения состояния дыхательного центра, возбуждение и торможение, происходят рефлекторно через нервную систему и под влиянием некоторых веществ, находящихся в крови (гуморальное влияние). В регуляции кислородного обмена важна роль углекисло- ты. Повышение концентрации углекислоты в крови, омываю- щей дыхательный центр, сопровождается его возбуждением. При этом увеличивается глубина и частота дыхания. В результа- те концентрация углекислоты в крови уменьшается. Понижение концентрации углекислоты в крови сопровождается торможе- нием дыхательного центра. При этом уменьшается частота и глубина дыхания, что приводит снова к накоплению углекисло- ты в крови. Так происходит постоянное чередование этих про- цессов. Возбуждение дыхательного центра возникает также в ре- зультате раздражения углекислотой чувствительных нервных окончаний, имеющихся в стенках кровеносных сосудов. Физическая культура 84 На состояние дыхательного центра могут оказывать влияние химические вещества, поступающие в кровь (напри- мер, лекарства). Легкие расположены в герметически закрытой грудной полости (клетке). Обмен воздуха в легких происходит в ре- зультате дыхательных движений грудной клетки. Основными дыхательными мышцами являются диафрагма и межребер- ные мышцы. Наполнение легких воздухом при вдохе проис- ходит за счет расширения внутреннего пространства грудной клетки. При вдохе сокращаются наружные межреберные мышцы и диафрагма (при своем сокращении диафрагма опускается), поднимаются ребра, грудная клетка расширяет- ся, вслед за увеличением объема грудной клетки расширяются и легкие, давление воздуха внутри них понижается, и в легкие по дыхательным путям засасывается порция воздуха. При выдохе мышцы, участвующие в акте вдоха, расслаб- ляются, диафрагма при этом поднимается, ребра в результате сокращения внутренних межреберных и других мышц, и вследствие своей тяжести опускаются, объем грудной клетки уменьшается, давление в легких повышается, и воздух из лег- ких по воздухоносным путям устремляется наружу. При усиленном или напряженном дыхании наряду с ос- новными дыхательными мышцами в работу вовлекаются до- полнительные. Систематические занятия физическими упражнениями и спортом укрепляют дыхательную мускулатуру, способству- ют увеличению объема и подвижности (экскурсии) грудной клетки, росту капиллярной сети в легких и др. Работоспособность человека (в частности, спортсмена или физкультурника) определяется во многом тем, какое ко- личество кислорода забрано из наружного воздуха в кровь ле- гочных капилляров и доставлено в ткани. Окисление (расще- пление при участии кислорода) белков, жиров и углеводов сопровождается освобождением энергии, которая использует- ся организмом для обеспечения процессов жизнедеятельности (см. п. 2.6.). Во время физических нагрузок потребность в ки- Тема 2. Биологические основы физической культуры 85 слороде значительно увеличивается. Это предъявляет повы- шенные требования к системам крови, кровообращению, ды- ханию, как внешнему, так и тканевому. Поэтому при мышеч- ной работе эти системы подвержены изменениям, зависящим от объема и интенсивности нагрузки, вида физических уп- ражнений. Рассмотрим некоторые показатели работы системы дыха- ния: дыхательный объем, частота дыхания, минутный объем дыхания (МОД), жизненная емкость легких (ЖЕЛ), макси- мальное потребление кислорода (МПК). Дыхательный объем – объем воздуха, поступающий в лег- кие за один вдох или выходящий из легких при последующем выдохе при спокойном дыхании. В норме у взрослых людей 400-500мл, у спортсменов – 800 и более. Частота дыхания – количество дыхательных циклов в ми- нуту. В среднем у нетренированного человека частота в покое равна 16- 18 циклам. У тренированных режим дыхания в покое становится более экономным – 8-12 циклов, благодаря увели- чению дыхательного объема. При физической нагрузке частота дыхания увеличивается до 40 циклов и более в минуту. Минутный объем дыхания (МОД), или легочная вентиляция – объем воздуха, который проходит через легкие каждую ми- нуту. Величина легочной вентиляции определяется умноже- нием величины дыхательного объема на частоту дыхания. Легочная вентиляция в покое у взрослого человека составляет 6-8 л/мин, при напряженной физической нагрузке может дос- тигать 120–150 л/мин, у квалифицированных спортсменов – более 150 л/мин. У тренированных людей газообмен в легких увеличивается преимущественно за счет увеличения глубины вдоха и выдоха, у нетренированных – преимущественно за счет увеличения частоты дыхания. В последнем случае дыха- тельные мышцы работают с большим напряжением, что при- водит к их быстрому утомлению и отказу от работы. Жизненная емкость легких (ЖЕЛ) – максимальный объем воздуха, который может выдохнуть человек после максималь- ного вдоха. В среднем, у нетренированных мужчин ЖЕЛ – Физическая культура 86 3500 мл, у женщин – 3000 мл; у тренированных соответственно 4700 и 3500 мл. Под влиянием занятий некоторыми видами спорта (плаванием, бегом, лыжным спортом), в которых ха- рактер работы связан с усиленным дыханием, жизненная ем- кость легких может значительно увеличиваться и доходить до 7000 мл и более. Потребление кислорода (ПК) – количество кислорода, фак- тически использованное организмом в состоянии покоя или при выполнении какой – либо работы Максимальное потребление кислорода (МПК)- наибольшее количество О 2 , которое может усвоить организм при предель- но интенсивной для него работе. Показатель МПК зависит от целого ряда факторов. Один из них – степень тренированно- сти. У не занимающихся физическими упражнениями МПК находится на уровне 2,5 – 3 л/мин. У спортсменов высокого класса, особенно занимающихся циклическими видами спор- та, МПК может достигать: у женщин – 4 л/мин, у мужчин – 6 и более л/мин. МПК является показателем аэробной (кисло- родной) работоспособности организма. Высокий показатель МПК – залог устойчивости к воздействию неблагоприятных факторов окружающей среды. Рассматривая показатели работы дыхательной системы, следует определиться с понятиями «кислородный запрос» и «кислородный долг». Кислородный запрос (минутный) – количество кислорода, необходимое организму в 1 минуту для окислительных про- цессов. В состоянии покоя для обеспечения процессов жизне- деятельности организму требуется 250 – 300 мл кислорода в минуту, при интенсивной мышечной работе во много раз больше (в 20 и более). Общий кислородный запрос – количе- ство кислорода, необходимое организму для выполнения всей предстоящей работы. Кислородный долг (минутный)- разница между кислородным запросом и количеством О 2 , которое потребляется за 1 мин. Если в клетки тканей поступает кислорода меньше, чем нужно для обеспечения потребности в энергии, возникает ки- Тема 2. Биологические основы физической культуры 87 слородное голодание или гипоксия. Гипоксия наступает по ряду причин. Внешние – загрязнение воздуха, подъем на высоту (в горы, в самолете и др.), внутренняя – зависит от состояния ды- хательной и кровеносной систем, проницаемости стенок аль- веол и капилляров, количества гемоглобина в крови и др. Причиной гипоксии может быть гиподинамия – физи- ческая детренированность. Ухудшение кровообращения при малоподвижном образе жизни расстраивает слаженную сис- тему кислородного снабжения организма. В результате разви- вается кислородная недостаточность. Органы по-разному пе- реносят гипоксию различной длительности. Наиболее чувст- вительна к гипоксии кора головного мозга. Она первой реагирует на недостаток кислорода. Систематическая физическая тренировка, совершенствуя системы дыхания, кровообращения, увеличивая содержание ге- моглобина, скорость отдачи кислорода кровью и др., значитель- но расширяет возможности организма в потреблении кислоро- да, благодаря чему отдаляется наступление гипоксии. Хороший газообмен – необходимое условие здоровья. Функцию дыхания, как и функцию кровообращения, наибо- лее эффективно развивают занятия на чистом воздухе цикли- ческими видами физических упражнений с включением большого количества мышечных групп. Помимо газообмена с деятельностью дыхательной сис- темой связаны и другие функции. Например, обоняние и зву- кообразование. Как говорилось выше, дыхание может управляться чело- веком произвольно. Поэтому существуют следующие реко- мендации: − дышать необходимо через нос. В случаях физической работы одновременно через нос и рот; при увеличении ин- тенсивности – с акцентом на выдохе, так как при этом из лег- ких полнее удаляется углекислый газ; − следует помнить, что от интенсивного и длительного применения дыхательных упражнений, когда в крови резко понижается содержание углекислого газа, являющегося сти- мулятором дыхательного центра, может наступить обморок; Физическая культура 88 − при сгибании тела делать выдох, при выпрямлении – вдох; − избегать задержек дыхания, что приводит к застою ве- нозной крови в периферических сосудах; − при выполнении силовых упражнений необходимо чет- ко регулировать дыхание. Вдох и выдох должны делаться в период расслабления – до начала или после окончания движения. Максимальные усилия возможны только при задержке дыхания, околопре- дельные – при задержке или на выдохе, средние и малые – при непрерывном дыхании. 2.4. Костная система Костная система состоит из костей, соединенных между собой различными способами и образующих скелет – твердую опору человеческого тела, обуславливающую его форму. Скелет защищает от внешних воздействий внутренние органы. Напри- мер, в полости черепа расположен головной мозг, в позвоночном канале – спинной мозг, в грудной клетке сердце и легкие. Движение костей происходит благодаря сокращению прикрепленных к ним мышц. В этом отношении скелет явля- ется пассивной частью опорно-двигательного аппарата. Кость – сложно устроенный орган. Каждая кость снаб- жена нервами, кровеносными и лимфатическими сосудами. Неотъемлемой частью кости является костный мозг, располо- женный внутри кости. Снаружи кость окружена надкостни- цей, пластинкой плотно сращенной с костью. Надкостница участвует в кровоснабжении кости, так как богата кровенос- ными сосудами и нервами, продолжающимися в толщу кости и является источником роста кости за счет имеющихся в ней клеток, участвующих в образовании костной ткани. За счет надкостницы кость восстанавливается после переломов. В со- став кости входят органические (коллагеновые волокна, белки, жиры и углеводы) и неорганические вещества (главным обра- Тема 2. Биологические основы физической культуры 89 зом соли кальция, фосфора и магния). Упругость (гибкость) кости зависит от наличия органических соединений, а твер- дость – от неорганических соединений. Соотношение органи- ческих и неорганических веществ в костной ткани у разных людей неодинаково, и даже у одного человека может меняться в зависимости от возраста, условий питания, проживания, функциональных нагрузок и пр. Кости детей обладают меньшей твердостью и большей упругостью. С возрастом уве- личивается хрупкость костей. Физический труд, занятия спортом, способствуют выра- ботке более совершенных механических свойств кости, т.е. со- противляемость на излом, сдавливание, растяжение, скручи- вание. Структура скелета: − скелет туловища – позвоночный столб и грудная клетка; − скелет головы (череп); − скелет верхней конечности. В нем выделяют плечевой пояс (лопатка, ключица) и свободную верхнюю конечность (плечо, предплечье, кисть). Плечевой пояс соединяет свобод- ную верхнюю конечность с туловищем; − скелет нижней конечности. В скелете нижней конечно- сти различают: тазовый пояс и свободную нижнюю конеч- ность (бедро, голень, стопа). Пояс нижней конечности служит для соединения свободной нижней конечности с туловищем. Кости, образующие отделы скелета человека, различа- ются по форме, размеру и функции. Все кости человеческого тела соединены друг с другом. Кости могут соединяться одна с другой при помощи непрерывного соединения, когда щели между ними нет (например, соединения костей черепа). При прерывном соединении между концами соединяющихся кос- тей имеется щель, или суставная полость. Прерывные соеди- нения называются суставами, например, плечевой, тазобед- ренный, коленный, голеностопный суставы. Прерывные со- единения отличаются значительно большей подвижностью, чем непрерывные. Способы суставных (прерывных) соедине- ний сложны и разнообразны. Связки являются укрепляющим Физическая культура 90 аппаратом сустава. Они состоят из прочных соединительнот- канных волокон и соединяют одну кость с другой. Путем систематических упражнений можно увеличить степень подвижности в суставах. В условиях нормальной фи- зиологической деятельности и двигательной активности сус- тавы долго сохраняют амплитуду движений и медленнее под- вергаются старению. Чрезмерные физические нагрузки отри- цательно сказываются на строении и функции суставов, приводят ограничениям подвижности и уменьшению ампли- туды движений. Основа скелета – позвоночный столб, являющийся опо- рой туловища. Он защищает находящийся внутри позвоноч- ного канала спинной мозг и участвует в движениях туловища и головы. Позвоночник состоит из отдельных элементов – по- звонков, подвижно соединенных сухожильными связками. Между позвонками имеются упругие межпозвоночные диски. В позвоночнике, благодаря взаимодействию мышц туловища (мышцы живота, спины, поясницы и др.), возможны наклоны вперед и назад, вправо и влево, повороты, круговое движение. В норме позвоночный столб имеет два изгиба вперед (шейный и поясничный лордозы) и два изгиба назад (грудной и крестцовый кифозы). Функциональные назначения изгибов и межпозвоночных дисков – ослаблять удары при ходьбе, беге, прыжках и т.д., то есть амортизировать неблагоприятные со- трясения тела, обусловленные прямохождением человека. Малоподвижный образ жизни, недостаточно развитые и нетренированные мышцы неблагоприятно сказываются на позвоночнике – увеличиваются физиологические изгибы, ос- лабляется прочность межпозвоночных связок, деформируют- ся межпозвоночные диски, возникает риск появления боковых искривлений (сколиоз). Деформация позвоночника чревата отрицательными последствиями для организма, особенно в связи с тем, что в позвоночном канале расположен спинной мозг, являющийся отделом центральной нервной системы (ЦНС), обеспечиваю- щим связь внутренних органов и частей тела с головным моз- гом. Искривление позвоночного столба, деформация межпо- Тема 2. Биологические основы физической культуры 91 звоночных дисков, ослабление связок может привести к сме- щению позвонков и защемлению нервных окончаний. Это приводит к нарушению функции спинного мозга – проведе- ние нервного импульса и, как следствие, к нарушению дея- тельности органов, управляемых ущемленными нервами. Физические упражнения оказывают большое влияние на развитие позвоночного столба, предупреждая развитие суту- лости, патологических боковых искривлений и являются так- же мощным средством исправления имеющихся дефектов. Профилактикой сохранения здоровья позвоночника для тех, кому долго приходится сидеть в одной и той же позе (сту- дент, кабинетный работник) служат кратковременные пере- рывы. Следует встать, потянуться, походить. Наиболее эф- фективными физическими упражнениями, при которых сни- жается нагрузка на межпозвоночные диски, является плавание на спине, когда создаются оптимальные условия функциони- рования самых подвижных отделов позвоночника – шейного и поясничного (см. п. 4.3). Наряду с механическими функциями костная система выполняет ряд биологических функций. В костях содержится основной запас минеральных веществ (кальций, фосфор и др.), которые используется организмом по необходимости. В костях находится красный костный мозг, вырабаты- вающий форменные элементы крови. Систематические занятия физическими упражнениями, особенно силовыми и скоростно-силовыми, стимулируют пе- рестройку кости. Кости, испытывающие наибольшую нагруз- ку, становятся более массивными и прочными. Замедляется старение костей. 2.5. Мышечная система В результате сокращения мышц происходят различные движения: перемещение тела в пространстве, глотательные и дыхательные движения, продвижение пищи по желудочно- кишечному тракту, сокращение стенок мочевого пузыря, су- Физическая культура 92 жение и расширение сосудов и др. Значительная часть мы- шечных усилий затрачивается на удержание туловища в вер- тикальном положении. В зависимости от строения и функциональных особен- ностей различают поперечнополосатые мышцы, гладкие мышцы и сердечную мышцу. В состав поперечнополосатых мышц входит поперечно- полосатая мышечная ткань. Поперечнополосатые мышцы со- кращаются по воле человека (произвольно). В эту группу вхо- дят скелетные мышцы (головы, туловища, конечностей) и мышцы некоторых внутренних органов (языка, гортани и др.). Скелетные мышцы составляют активную часть опорно- двигательного аппарата. Гладкие мышцы состоят из гладкой мышечной ткани и на- ходятся в стенках полых внутренних органов (желудок, кишеч- ник, мочевой пузырь и др.) и кровеносных сосудов. От сокраще- ния этих мышц зависит объем органов, величина их просвета, а также перемещение содержимого внутренних органов (напри- мер, пищи в пищеварительном канале). Сокращение гладких мышц не зависит от воли человека (происходят непроизвольно). Сердечная мышца сокращается непроизвольно, но обра- зована поперечнополосатой мышечной тканью особого строения. У человека более 400 скелетных мышц. Мышцы состав- ляют около 40% массы тела (у спортсменов их общая масса может достигать 50%). Мышцы на своих концах имеют сухо- жилия, при помощи которых прикрепляются к костям. Структурной и функциональной единицей скелетной мышцы является мышечное волокно. Мышечные волокна объединяются в пучки. Каждая мышца состоит из множества таких пучков. Отдельные мышечные пучки и вся мышца имеют тонкую оболочку. Миофибриллы (сократительные нити), содержащиеся в мышечных волокнах, и тянущиеся от одного конца мышечно- го волокна к другому, обеспечивают их сокращение. Мышеч- ные волокна расположены параллельно друг другу, поэтому сила сокращающихся мышечных волокон суммируется. Тема 2. Биологические основы физической культуры 93 Рис. 2. Мышечное волокно 1 – мышечное брюшко; 2, 3 – сухожилия; 4 – поперечно- полосатое мышечное волокно Поперечная исчерченность мышечного волокна опреде- ляется особым строением миофибрилл. Каждая миофибрилла разделена на чередующиеся темные и светлые участки. Одни из них – толстые содержат белок миозин, другие – тонкие – белок актин. Сокращение и расслабление мышечных волокон происходит в результате взаимодействия белков актина и миозина, что выражается в скольжении толстых и тонких ни- тей друг относительно друга. Сокращение происходит путем втягивания нитей актина между нитями миозина. Расслабле- Физическая культура 94 ние мышечного волокна происходит в результате выдвижения нитей актина из промежутков между нитями миозина. Энергетика мышечного сокращения. Скольжениенитей ак- тина и миозинасовершается за счет энергии, выделяемой при расщеплении аденозинтрифосфорной кислоты (АТФ – бога- тое энергией соединение). Но содержание АТФ в клетках не- велико. Для того, чтобы мышцы могли поддерживать дли- тельное сокращение, необходимо постоянное восстановление АТФ с той же скоростью, с которой она расщепляется. Восста- новление АТФ происходит за счет химических реакций с уча- стием кислорода (аэробные реакции), либо – без кислорода (анаэробные реакции). Аэробные реакции – это основа биологической энерге- тики организма. Аэробные реакции могут продолжаться ча- сами. Энергетическим источником аэробных реакций (окис- ление) восстановления АТФ являются в основном углеводы и жиры, реже – белки. При окислительном (соединение с ки- слородом) распаде этих веществ освобождается большое ко- личество энергии, обеспечивающей эффективный ресинтез АТФ. Продукты распада (в частности, вода и углекислый газ) при этом достаточно легко удаляются из организма. Аэробные реакции происходят во время любой малоин- тенсивной деятельности, в том числе и бытовой. В физкультур- ной деятельности, например, во время равномерного длитель- ного медленного бега, плавания, езды на лыжах, когда темп движений невысок и дыхание легкое и свободное, что соответст- вует работе умеренной интенсивности (см. п. 6.4), потребность организма в кислороде (кислородный запрос) может полностью удовлетворяться в процессе самой работы. При условии согласо- ванной работы функциональных систем организма, обеспечи- вающих потребление и доставку кислорода, кислородный долг не возникает, и восстановление АТФ происходит за счет энер- гии, выделяемой при окислении углеводов, жиров и белков. Та- кие упражнения часто называют аэробными или кардиоупраж- нениями. Они совершенствуют деятельность кровеносной и ды- хательной систем, повышают МПК (показатель аэробной Тема 2. Биологические основы физической культуры 95 работоспособности организма см. п. 2.3) и способствуют воспи- танию общей выносливости (см. п. 3.4.). При увеличении интенсивности, например, ускорение во время медленного бега, при выполнении кратковременных мышечных усилий взрывного характера (бег на короткие дис- танции), в начале мышечной работы («период врабатывания» см.гл.6.3), кислородный запрос увеличивается. Но процессы дыхания и кровообращения не успевают усилиться до необ- ходимого уровня, обеспечивающего нужное количество ки- слорода, так как время развертывания аэробного пути состав- ляет 3-4 минуты (у тренированных – до 1 минуты). Образуется кислородный долг. Мышцам приходится работать при недос- татке кислорода. В таких условиях восстановление АТФ со- вершается за счет энергии веществ, способных расщепляться без участия кислорода (анаэробные реакции). В первые се- кунды идет расщепление креатинфосфата (КрФ – энергети- чески богатое соединение, содержащееся в мышечных клет- ках), затем подключаются механизмы расщепления гликогена и глюкозы крови (см. п. 2.6.). Их энергообеспечивающая дея- тельность может продолжаться до 3–4 минут. Однако запасы КрФ и гликогена ограничены. Кроме того, при анаэробном расщеплении глюкозы образуется молочная кислота (проме- жуточный продукт распада углеводов), накопление которой ведет к угнетению обмена веществ и снижению работоспо- собности мышц. Поэтому продолжительность работы в бески- слородных условиях невелика. Мышечная деятельность либо прерывается, либо продолжается, но с меньшей интенсивно- стью. Подобные условия возникают в организме при работе субмаксимальной и максимальной интенсивности. Например, в беге на 400 метров кислородный запрос (количество кислорода, необходимое для полного обеспече- ния выполняемой работы) равен приблизительно 27 литров. Время пробегания дистанции на уровне мирового рекорда составляет 40 секунд. Исследования показали, что за это время спортсмен поглощает 3-4 литра кислорода.Следовательно, 24 литра – это общий кислородный долг (разница между ки- Физическая культура 96 слородным запросом и количеством кислорода, потребляемым во время работы), образовавшийся в организме в результате та- кой работы. Он возмещается уже после забега, в период восста- новления. В таких упражнениях, например, как бег на 100 и 200 метров, плавание на 25 и 50 метров и т.п. доля анаэробных ис- точников в энергетическом обеспечении деятельности может превышать 90%. В частности, во время спринтерского бега дела- ется лишь несколько поверхностных дыхательных движений, а иногда бег совершается при полной задержке дыхания. Анаэробная работоспособность определяется по величине максимального кислородного долга, при котором мышцы спо- собны эффективно сокращаться. Важно приучать мышцы пере- носить большой кислородный долг. Если часто принуждать мышцы работать в условиях кислородного долга (гипоксии), они приспособятся к этому: увеличится мощность механизмов синтезирующих энергетические источники, увеличатся запасы энергетических источников в мышце (КрФ, гликоген), мышцы приобретут навык сокращаться при большом количестве мо- лочной кислоты, обезвреживать ее (см. п. 6.4).Это качество со- вершенствуется в процессе тренировок, связанных с анаэробной производительностью (см. п. 3.4), тренировок в среднегорье, а также путем создания искусственных условий гипоксии (напри- мер, упражнения с задержкой дыхания) и др. Скелетные мышцы и образующие их мышечные волокна различаются по множеству параметров – скорости сокращения, утомляемости, диаметру, цвету и т.д. Например, цвет мышцы зависит от количества миоглобина (мышечного пигмента, иг- рающего важную роль в снабжении мышц кислородом) в структуре мышечных волокон, плотностью кровеносных ка- пилляров и др. Почти в каждой мышце содержатся красные, белые и волокна, слабо пигментированные. Красные мышеч- ные волокна характеризуются преимущественно аэробным ти- пом обмена веществ, белые – анаэробным. По скорости сокра- щения выделяют медленные и быстрые мышечные волокна. Медленные мышечные волокна приспособлены для выполне- ния продолжительной мышечной деятельности, например, Тема 2. Биологические основы физической культуры 97 удержание тела в выпрямленном положении или бег на длин- ные дистанции. Быстрые мышечные волокна – для выполнения быстрых и мощных сокращений, например, прыжки, бег на короткие дистанции. Предполагается, что красные мышечные волокна сокращаются медленно, а белые – быстро. В зависимо- сти от преобладания в мышцах конкретного типа мышечных волокон скелетные мышцы относят к «красным» и «белым или «медленным» и «быстрым». Каждая мышца уникальна по ко- личественному соотношению входящих в ее состав типов мы- шечных волокон. Это соотношение генетически обусловлено. Данный факт учитывается при спортивном отборе, например, спортсменов-бегунов – спринтеров и стайеров. Все скелетные мышцы пронизаны кровеносными сосу- дами и нервами. По сосудам кровь приносит питательные ве- щества и кислород, и уносит из них продукты обмена и угле- кислый газ. Посредством нервов осуществляется связь мышц с нервной системой. Под влиянием нервных импульсов, посту- пающих по двигательным нервам из центральной нервной системы, мышцы приходят в деятельное состояние. В ходе мышечной деятельности в мышцах поочередно происходят процессы сокращения и расслабления. Работа мышц в равной степени зависит от этих процессов. Сокраще- ние и расслабление мышечных волокон представляет собой сложную систему энергетических, химических и других изме- нений в клетках мышечной ткани. Любой двигательный акт представляет собой результат согласованного действия ряда отдельных мышц, так как на каждый сустав действуют несколько мышц. Причем сокраще- ние и расслабление разных групп мышц происходит в опре- деленном порядке и с определенной силой. Например, если мышцы – сгибатели сокращаются, то мышцы – разгибатели в это время расслабляются. Благодаря этому движения совер- шаются плавно. Несогласованная работа мышц может вызвать порывистые, толчкообразные движения, что часто наблюдает- ся при разучивании движений (см. п. 2.2). Наиболее распространенные виды движений: сгибание – разгибание, отведение – приведение и вращение. Физическая культура 98 Основной функцией мышечной ткани является сокра- тимость, т.е. способность укорачиваться. Мышца обладает также свойством растяжимости, т.е. способна растягиваться. После устранения причин, вызвавших растяжение мышцы, она принимает прежнее состояние, это свойство называется эластичностью. Мышцы живого организма никогда не бывают полностью расслабленными. Даже в покое они находятся в состоянии некоторого напряжения. Это состояние называется мышечным тонусом. Мышечный тонус поддерживается им- пульсами, поступающими в ЦНС от двигательного аппарата (связки, суставы, мышцы, сухожилия и др.). Сокращение мышцы сопровождается уменьшением ее длины и увеличением толщины. Степень напряжения мышцы и степень ее укорочения при сокращении различны. В одних случаях при сокращении происходит укорочение мышцы без заметного изменения напряжения – динамическая работа (например, сгибание руки без груза). В других случаях при сокращении мышцы заметного укорочения ее не происходит, но резко увеличивается напряжение – статическая работа (на- пример, при попытке поднять непосильный груз). Чаще всего мышцы работают в смешанном режиме, одновременно напря- гаясь и укорачиваясь по длине (см. п. 3.4). Различные мышцы обладают разной силой. Сила прямо пропорциональна толщине и количеству мышечных волокон. Для проявления мышечной силы большое значение имеет степень возбуждения мышцы. Чем сильнее стимули- рующие импульсы, идущие из ЦНС, тем большую силу раз- вивает мышца. Состояние ЦНС оказывает влияние и на рабо- тоспособность мышц, в частности, от ее состояния зависит бы- строта наступления утомления. Поэтому, например, в состоянии значительного умственного утомления нецелесо- образны интенсивные физические нагрузки и участие в от- ветственных соревнованиях. Продолжительность работоспо- собности мышц зависит также от величины нагрузки и часто- ты сокращений. Чем больше величина нагрузки и чаще ритм движений, тем быстрее наступает мышечное утомление. Тема 2. Биологические основы физической культуры 99 Большую роль в повышении работоспособности играет систематическая физическая тренировка. В результате в мышцах происходят различные изменения, например, утол- щение мышечных волокон, увеличение количества капилля- ров, повышение содержания гликогена, креатинфосфата, ми- оглобина и др. Физическая тренировка сопровождается также совершенствованием нервных механизмов регулирования мышечной деятельности. Такие изменения увеличивают силу и выносливость мышц, что благотворно влияет на весь орга- низм, так как одновременно происходят изменения во всех других системах и органах. Все это приводит к укреплению здоровья и повышению выносливости человека. Направлен- ное увеличение силы определенных групп мышц помогает исправить различные отклонения в строении скелета (суту- лость, боковое искривление позвоночника и др.). Важно отметить, что мышечные движения человека, как на это указывал еще И.М.Сеченов, имеют значение и для раз- вития мозга. 2.6. Обмен веществ и энергии Живой организм и окружающая среда образуют единую систему, между ними происходит беспрерывный обмен веще- ствами и энергией. В обмене веществ принимают участие питательные ве- щества – белки, жиры и углеводы, а также вода и минеральные вещества. Кроме того, организм нуждается в особых веществах – витаминах. Все эти вещества должны регулярно поступать в организм в составе пищи (см. п. 5.1). Питательные вещества не- обходимы для построения тканей и являются источниками энергии. Белки, жиры и углеводы пищи представляют собой сложные органические вещества и в таком виде организмом не усваиваются. Пища, поступившая в организм, подвергается в пищеварительной системе механическим и химическим воз- действиям, в результате которых сложные вещества превраща- Физическая культура 100 ются в более простые. Они всасываются во внутреннюю среду, а затем используются клетками организма. Белкииспользуются в организме преимущественно в ка- честве пластического материала, т.е. идут на построение живо- го вещества. В этом отношении они не могут быть заменены другими питательными веществами. В силу того, что в состав белков входит азот, их называют азотсодержащими вещества- ми. Белки, принятые в составе пищи, в пищеварительной сис- теме расщепляются на аминокислоты и всасываются в кровь. Кровь разносит аминокислоты по всему организму. В различ- ных органах из аминокислот происходит образование свойст- венных человеку белков. Белки составляют три четверти плот- ной массы тела. Белки в организме в запас не откладываются, излишки аминокислот превращаются в жиры или углеводы. Часть белков самого организма, а также белки, посту- пившие в организм, но не использованные в качестве пласти- ческого материала, подвергаются окислению (соединение с кислородом), особенно при недостатке углеводов и жиров. Окисление белков сопровождается высвобождением энергии, которая используется организмом. Продукты распада белков, как и других питательных веществ, выводятся из организма через органы выделения. Жиры являются источником энергии и участвуют в пла- стических процессах, являясь структурной частью клеток и тканей. В процессе пищеварения жиры пищи расщепляются на глицерин и жирные кислоты. Во время всасывания глице- рин и жирные кислоты превращаются в специфический для человека жир. В тканях, поступившие из кишечника жиры, подвергаются окислению, при этом освобождается энергия. Как энергетический материал жир используется в состоянии покоя, при выполнении длительной малоинтенсивной мы- шечной работы, при которой не образуется кислородный долг, так как для окисления жиров требуется больше кисло- рода, чем при окислении углеводов. Излишек жира отклады- вается в виде запаса, например, в подкожном слое. Жир в ор- ганизме может образовываться из белков и углеводов, при их Тема 2. Биологические основы физической культуры 101 избыточном поступлении. Особенно эффективно этот про- цесс происходит при избытке углеводов. Углеводы являются главным источником энергии в орга- низме и входят в состав тканей. Для окисления углеводов тре- буется меньше кислорода, чем для окисления жиров и белков, что делает углеводы более предпочтительными источниками энергии, особенно в условиях недостаточного снабжения ор- ганизма кислородом. Углеводы в пищеварительной системе расщепляются на простые сахара, преимущественно глюкозу. Глюкоза всасывается в кровь, из крови она поступает в клетки. В клетках глюкоза используется для образования энергии. При недостаточном поступлении углеводов с пищей они мо- гут образовываться из белков и жиров. Излишки глюкозы накапливаются в виде гликогена, осо- бенно в печени и мышцах. При уменьшении концентрации глюкозы в крови гликоген превращается в глюкозу, которая по- ступает в кровь. Таким образом, в крови поддерживается посто- янная концентрация глюкозы (гомеостаз). Запасы углеводов ин- тенсивно используются при кратковременных интенсивных фи- зических нагрузках, но полностью они никогда не исчерпываются. При уменьшении запасов гликогена его даль- нейшее расщепление прекращается, что приводит к уменьше- нию содержания глюкозы в крови. Это является одним из факто- ров, способствующих развитию утомления. Через некоторое время напряженной мышечной деятельности в связи с истоще- нием запасов гликогена начинают окисляться жиры. У недоста- точно подготовленных людей при напряженной работе содер- жание сахара в крови может упасть вдвое по сравнению с нор- мой. У тренированных подобного падения не происходит, так как у них усиливается способность использовать жиры в качестве источника энергии. Работоспособность значительно снижается и во время за- нятий натощак. Поэтому для успешного выполнения длитель- ной напряженной работы необходимо пополнять углеводные запасы организма. Вода и минеральные вещества не являются питательны- ми веществами и источниками энергии, но входят в состав Физическая культура 102 тканей и принимают участие в обмене веществ и в различных физиологических процессах происходящих в организме. Витамины – особые органические вещества, жизненно необходимые организму. Они не используются на образова- ние тканей и не являются источником энергии, но участвуют в обмене веществ и в других процессах. Как говорилось выше, белки, углеводы и жиры, поступив- шие в организм, используются не только для построения тканей, но и являются источниками энергии. При расщеплении этих веществ выделяется химическая энергия, превращающаяся в ор- ганизме в другие виды энергии (биоэлектрическую, механиче- скую, тепловую и др.), за счет которой происходят все жизнен- ные процессы: сокращение мышц, деятельность нервной систе- мы, кровообращение, работа желез и др. Интенсивность обмена можно определить по количеству образовавшегося в организме тепла. При окислении питатель- ные вещества дают следующее количество теплоты: 1 г белков – 4,1, 1 г углеводов – 4,1 и 1 г жиров – 9,3 килокалорий. В процессе жизнедеятельности организм человека, полу- чая энергию с пищей, тратит ее на работу внутренних орга- нов, на поддержание гомеостаза, на умственную и физиче- скую работу. Количество энергии, которое используется организмом в условиях полного покоя, лежа, натощак, при температуре ок- ружающего воздуха 16–18 градусов называется основным об- меном. Величина основного обмена зависит от возраста, веса тела, эмоционального состояния и других факторов. У взрос- лого человека основной обмен в среднем составляет 1700 ки- локалорий в сутки Во время работы, которую производит человек, проис- ходят дополнительные затраты энергии. Дополнительный расход энергии зависит от вида и продолжительности работы. Общие затраты энергии (основной обмен плюс энергия на ра- боту) у лиц умственного труда, не занимающихся спортом, составляют в сутки 2700–3500 килокалорий. Например, по сравнению с расходом энергии в состоянии покоя, повышают- Тема 2. Биологические основы физической культуры 103 ся энергозатраты на 16% при чтении сидя «про себя», на 48% при чтении вслух, на 46% при слушании лекций, при докла- дах и чтении лекций (стоя) – на 94%. Затраты энергии резко возрастают у людей, занимаю- щихся тяжелой физической работой, и могут достигать у них 5000 килокалорий и выше. Спортивная деятельность сопро- вождается значительным увеличением суточного расхода энергии (до 4.500 – 5000 ккалл и больше). При прочих равных условиях, чем интенсивнее и продолжительнее работа, тем больше расход энергии. После окончания мышечной деятель- ности расход энергии некоторое время остается повышенным. Это обуславливается, например, химическими процессами в мышце, связанными с окислением молочной кислоты. На уровень расхода энергии влияют также эмоции и ус- ловия внешней среды: температура и влажность воздуха, сила ветра и др. Для, поддержания нормальной массы тела, обеспечения высокой умственной и физической работоспособности, про- филактики заболеваний необходимо сохранять энергетиче- ский баланс – равенство между количеством энергии, полу- чаемым организмом с пищей, и величиной энергетических затрат. Занятия физическими упражнениями или спортом по- вышают активность обменных процессов, тренируют и под- держивают на высоком уровне механизмы, осуществляющие обмен веществ и энергии. С обменом веществ тесно связаны процессы теплообра- зования и теплоотдачи. Средняя температура у здорового че- ловека колеблется в пределах 36,0–36,9 градусов. Поддержание постоянной температуры тела обеспечивается системой термо- регуляции. Терморегуляция заключается в поддержании опре- деленного равновесия между теплообразованием и теплоотда- чей. У здорового человека между теплообразованием и тепло- отдачей обычно существует равновесие: в окружающую среду выделяется столько тепла, сколько образуется в организме. Бла- годаря такому соответствию температура тела поддерживается Физическая культура 104 на одном уровне. Эти процессы регулируется нервной систе- мой. Теплообразование происходит при распаде химических веществ, потребляемых с пищей, при мышечной деятельности, холодовой дрожи. Теплоотдача во внешнюю среду осуществля- ется через кожу, органы выделения, с потом, посредством ды- хания. При высокой температуре внешней среды рефлекторно расширяются кровеносные капилляры кожи, и учащается ды- хание. В результате происходит усиление теплоотдачи. Пони- жение внешней температуры, рефлекторным путем приводит к сужению кожных капилляров, в результате чего теплоотдача уменьшается. При чрезмерно низкой или высокой температуре терморегуляция нарушается. При мышечной работе существенно увеличивается об- разование тепла в сокращающихся мышцах. Одновременно увеличивается и теплоотдача, в основном за счет испарения пота и учащения дыхания. Систематическая физическая тре- нировка повышает устойчивость к перегреванию и к переох- лаждению. Например, тренированные лыжники при охлаж- дении их тела до 35 ° С сохраняют высокую работоспособность. Также тренированные люди справляются с нагрузками даже тогда, когда температура их тела достигает 38 ° С и более. 2.7. Утомление и процессы восстановления Любая деятельность сопровождается процессами утом- ления и восстановления. Утомление – это нормальное функ- циональное состояние организма, возникающее вследствие работы при недостаточности восстановительных процессов. При утомлении наблюдается торможение в коре головного мозга, биологически необходимое для предупреждения исто- щения организма. Физическая работа приводит в первую очередь к мышечному утомлению, а усиленная или монотон- ная умственная нагрузка вызывает преимущественно утомле- ние центральной нервной системы. Обе формы утомления проявляются как при физической, так и при умственной дея- тельности, совсем отделить одну от другой нельзя. В случае Тема 2. Биологические основы физической культуры 105 сильного физического утомления ухудшается также и умст- венная деятельность, и наоборот, после напряженного умст- венного труда снижается способность к выполнению работы, требующей больших физических усилий. Состояние обеих форм утомления связано с изменени- ем активности нервных центров, нарушениями процессов передачи нервных импульсов, с истощением энергетических запасов и др. В результате, уменьшается сила и выносливость мышц, ухудшается координация движений, замедляется ско- рость переработки информации, ухудшается память, за- трудняется усвоение теоретического материала и т.д. Вели- чина этих изменений зависит от степени напряженности и продолжительности выполняемой работы – физической или умственной. Утомление зависит и от специфики труда: оно наступает быстрее при выполнении работы, протекающей в неблагоприятных условиях (вибрация, интенсивный шум и др.), в одной и той же позе, сопровождающейся нервно – эмоциональным напряжением, высокой ответственностью за результаты и т.д. Проявлениями утомления могут быть общая слабость, нежелание выполнять свою работу и даже определенные из- менения в поведении человека – раздражительность, подав- ленность или апатия. Но утомление – это еще и стимулятор, мобилизующий как резервы организма, так и восстановительные процессы. Фи- зическое или умственное напряжение приводят к увеличению возможностей организма. Это трудовая тренировка. После пре- кращения работы в организме происходят процессы восста- новления, Трудоспособность восстанавливается постепенно, доходит до уровня, предшествующего работе, поднимается за- тем несколько выше него и после этого снова понижается до исходного уровня. Такая кривая восстановления трудоспособ- ности показывает, что наиболее целесообразно вновь начинать работать в период наибольшей трудоспособности. И слишком короткое и слишком продолжительное время отдыха не спо- собствует росту производительности труда. Физическая культура 106 Утомление связано с чувством усталости. Усталость – субъективное состояние. Иногда человек может ощущать ус- талость, не будучи утомленным (например, при монотонной работе или в случае недостаточной мотивации к выполнению той или иной деятельности). И, наоборот, в состоянии утом- ления может не замечать усталости, например, если он при- бывает в веселом, радостном настроении. Недостаточный по времени отдых, выполнение работы на фоне недовосстановления, систематическое перенапряже- ние, непродуманная организация труда, непланомерная не- ритмичная работа, плохой психологический микроклимат в рабочем коллективе или в семье могут привести к переутом- лению, а значит к перенапряжению нервной системы, сердеч- но-сосудистым нарушениям, снижению защитных свойств ор- ганизма. Переутомление может развиться и на фоне какого- либо малозаметного хронического заболевания, когда обыч- ная нагрузка окажется не по силам. Переутомление, возникающее в результате умственной или физической деятельности, всегда граничит с заболевани- ем. Появляются на первый взгляд беспричинные физические недомогания: головная боль, нарушение сна и аппетита, боли в области сердца, чрезмерная потливость, дрожание рук, обо- стряются хронические заболевания. Переутомление не устра- няется обычным отдыхом. Иногда не помогает даже более продолжительный и хорошо организованный отдых. Требу- ются специальные меры восстановления. Специфика умственного труда состоит в том, что его трудно дозировать. Наступление нервного (умственного) утом- ления, в отличие от мышечного (физического), не приводит к автоматическому прекращению работы. Физическое утомле- ние проявляется, прежде всего, снижением работоспособности мышц, которое не дает возможности эффективно продолжать работу, поэтому человек вынужден делать достаточные пере- рывы, чтобы отдохнуть. Тем самым, предупреждая наступле- ния переутомления. Кроме того, после прекращения физиче- Тема 2. Биологические основы физической культуры 107 ской работы человек сразу отключается от нее. Творческую же деятельность трудно произвольно прекратить. Она продолжа- ется и в послерабочее время и даже во сне. Часто оптимальные результаты могут быть достигнуты при длительной и упорной сосредоточенности на решении какой-либо задачи. В связи со способностью ЦНС длительное время работать с перегрузкой, начальные признаки утомления легко игнорируются. Процесс торможения может быть подавлен волевым усилием, человек продолжает работу. В этом случае само утомление не ликвиди- руется, а лишь отдаляется по мере исчерпания волевого на- пряжения. Если во время не отдыхать, то такая постоянная ра- бота с перегрузкой вызовет перевозбуждение, невротические сдвиги, которые, накапливаясь и углубляясь, приведут к пере- утомлению и заболеванию человека. Умственное переутомле- ние особенно опасно для психического здоровья и имеет более длительный период восстановления. Правильно организованный режим дня, послерабочий отдых, физкультурные занятия, спортивные увлечения соз- дают положительный эмоциональный фон, увеличивают ра- ботоспособность, помогают снять усталость и предупредить переутомление. Проблема утомления и восстановления рассматривается также в п. 5.1; 6.1; 6.2; 7.4. |