Учебное пособие для студентов неспециализированных высших учебных заведений
 Скачать 1.01 Mb.
|
|
тканью. По мор- фологическим и физиологическим признакам различают четыре вида ткани: - эпителиальную (выполняет покровную, защитную, всасывательную, выде- лительную и секреторную функции); - соединительную (рыхлая, плотная, хрящевая, костная и кровь); - мышечную (поперечно-полосатая, гладкая и сердечная); - нервную (состоит из нервных клеток, или нейронов, важнейшей функцией которых является генерирование и проведение нервных импульсов). Орган – это часть целостного организма, обусловленная в виде комплек- са тканей, сложившегося в процессе эволюционного развития и выполняю- щего определенные специфические функции. В создании каждого органа участвуют все четыре вида тканей, но лишь одна из них является рабочей. Так, для мышцы основная рабочая ткань – мышечная, для печени – эпители- альная, для нервных образований – нервная. Совокупность органов, выпол- няющих общую для них функцию, называют системой органов (пищевари- тельная, дыхательная, сердечно-сосудистая, половая, выделительная и др.) и аппаратом органов (опорно-двигательный, эндокринный, вестибулярный). Рассмотрим некоторые морфофункциональные системы, непосред- ственно участвующие и влияющие на двигательные возможности организма. 3.2.1. Костная система и ее функции У человека более 200 костей (85 парных и 36 непарных), которые в за- висимости от формы и функций делятся на трубчатые (кости конечностей); губчатые (ребра, грудина, позвонки); плоские (кости черепа, таза, поясов ко- нечностей); смешанные (основание черепа). Эластичность, упругость костей зависит от наличия в них органических веществ, а твердость обеспечивается минеральными солями. Кости детей бо- лее эластичны и упруги – в них преобладают органические вещества, кости же пожилых людей более хрупки – они содержат большое количество неор- ганических веществ. На рост и формирование костей существенное влияние оказывают соци- ально-экономические факторы: питание, окружающая среда и т.д. Дефицит питательных веществ, солей или нарушение обменных процессов, связанных с синтезом белка, незамедлительно отражается на росте костей. Недостаток витаминов С, D, кальция или фосфора нарушает естественный процесс обыз- вествления и синтеза белка в костях, делает их более хрупкими. На измене- ние костей влияют и физические нагрузки. При систематическом выполне- нии значительных по объему и интенсивности статических и динамических упражнений кости становятся более массивными, в местах прикрепления мышц формируются хорошо выраженные утолщения – костные выступы, бугры и гребни. Происходит внутренняя перестройка компактного костного вещества, увеличиваются количество и размеры костных клеток, кости ста- новятся значительно прочнее. Правильно организованная физическая нагруз- ка при выполнении силовых и скоростно-силовых упражнений способствует замедлению процесса старения костей. Кости человека соединены посредством суставов, связок и сухожилий. Движение осуществляется с помощью сустава, в котором соединяются две кости. Суставы – подвижные соединения, область соприкосновения ко- стей в которых покрыта суставной сумкой из плотной соединительной ткани. Суставная жидкость уменьшает трение между поверхностями при движении, эту же функцию выполняет и гладкий хрящ, покрывающий суставные по- верхности. Главная функция суставов – участвуя в осуществлении движений, они выполняют роль демпферов, гасящих инерцию движения и позволяющих мгновенно останавливаться в процессе движения. При систематических занятиях физическими упражнениями и спортом суставы развиваются и укрепляются, повышается эластичность связок и мы- шечных сухожилий, увеличивается гибкость. И наоборот, при отсутствии движений разрыхляется суставной хрящ и изменяются суставные поверхно- сти, сочленяющие кости, появляются болевые ощущения, возникают воспа- лительные процессы. Сухожилия соединяют скелетные (произвольно сокращающиеся) мыш- цы с костями. Суставная капсула прочно соединяется со связками – плотными волок- нистыми структурами, соединяющими две кости. Они помогают стабилизи- ровать сустав и предотвращают неестественные движения, позволяя в то же время совершать движения в нормальных условиях. 3.2.2. Общее представление о мышечной системе человека и ее функциях В теле человека насчитывается более 600 мышц. Мышцы составляют: у мужчин 42% веса тела; у женщин – 35%; в пожилом возрасте – 30%; у спортсменов – 45–52%. Мышечная система обеспечивает многообразные движения человека, вертикальное положение тела и различные позы в пространстве, фиксацию внутренних органов в определенном положении, дыхательные движения, усиление тока крови, лимфы и других жидкостей («мышечный насос»), теп- лорегуляцию и совместно с другими функциональными системами целый ряд других физиологических процессов. Существует три вида мускулатуры: - гладкие мышцы расположены в стенках кровеносных сосудов и неко- торых внутренних органах. Они сужают или расширяют сосуды, продвигают пищу по желудочно-кишечному тракту, сокращают стенки мочевого пузыря. Их работа не зависит от воли человека; - поперечно-полосатые мышцы – это все скелетные мышцы, которые обеспечивают многообразные движения тела. Их работа находится под воле- вым контролем человека (рис.1 и 2); - сердечная мышца состоит из поперечно-полосатых мышечных воло- кон. Они сокращаются быстро. Но сердечная мышца работает как гладкие мышцы, т.е. без участия воли человека. Рис.1. Скелетные мышцы передней половины тела Основа мышц – белки, составляющие 80–85% мышечной ткани. Главное свойство мышечной ткани – сократимость. Она обеспечивается благодаря мышечным белкам – актину и миозину. Различают красные мышечные волокна и белые мышечные волокна. Они содержатся в мышцах в разных пропорциях. Рис.2. Скелетные мышцы задней половины тела Красные мышечные волокна имеют большой запас гликогена и липи- дов, обладают способностью к длительному напряжению и выполнению про- должительной динамической работы. Белые мышечные волокна сокращаются быстрее красных волокон, но не способны к длительному напряжению. К мышце подходят и от нее отходят (принцип рефлекторной дуги) мно- гочисленные нервные волокна. Двигательные нервные волокна передают им- пульсы от головного и спинного мозга, приводящие мышцы в рабочее состо- яние; чувствительные волокна передают импульсы в обратном направлении, информируя центральную нервную систему о деятельности мышц. Каждую мышцу пронизывает разветвленная сеть капилляров, по кото- рым поступают необходимые для жизнедеятельности мышц вещества и вы- водятся продукты обмена. Сокращение и напряжение мышцы осуществляется за счет энергии, освобождающейся при химических превращениях, которые происходят при поступлении в мышцу нервного импульса или нанесении на нее непосред- ственного раздражения. В качестве основного поставщика энергии выступает АТФ (аденозинтрифосфорная кислота). АТФ в организме играет роль «универсальной валюты», идущей на оплату всех энергетических потребностей живых клеток. Запасы АТФ в мышцах неве- лики, поэтому, чтобы поддерживать их деятельность, необходим непрерывный ресинтез АТФ. Его восполнение и образование энергии происходит двумя спо- собами (в зависимости от того, присутствует при этом кислород или нет). Реакции, совершающиеся в бескислородной среде, получили название анаэробных. Освобождение энергии в этом случае происходит за счет мгно- венного расщепления богатых энергией веществ на менее богатые. Послед- нее звено в этом расщеплении – превращение гликогена в молочную кислоту. Гликоген – сложный вид сахара, родственный крахмалу. Сахар и другие виды углеводов, которые мы потребляем, накапливается в организме в виде гликогена. Следовательно, для простоты можно записать: гликоген → молочная кислота + энергия Этот механизм расщепления может давать большой эффект и использу- ется при кратковременной максимальной работе (спринтерский бег, плавание на короткие дистанции), когда необходимо внезапно проявить силу, а крово- снабжение мышц при этом недостаточно. Однако при этом в работающих мышцах накапливается молочная кислота и им становится трудно справлять- ся с ее воздействием (болевыми ощущениями). Молочная кислота для мыш- цы является веществом утомления, и поэтому мышца может работать только незначительное время. Реакции, происходящие с участием кислорода (при интенсивном его по- ступлении), получили название аэробных. Образование энергии и восстанов- ление запасов АТФ в этом случае происходит за счет окисления углеводов и жиров. При этом образуются углекислый газ и вода. Часть энергии расходу- ется на восстановление молочной кислоты в глюкозу и гликоген. углеводы + жиры → углекислый газ + вода + энергия При этом обеспечивается ресинтез АТФ. Аэробный ресинтез АТФ отли- чается высокой экономичностью, а также универсальностью в использовании субстратов: окисляются все органические вещества организма (аминокисло- ты, белки, углеводы, жирные кислоты и др.). Однако он требует потребления кислорода, доставка которого в мышечную ткань обеспечивается дыхатель- ной и сердечно-сосудистой системами, что естественно связано с их напря- жением. Кроме того, развертывание аэробного образования АТФ продолжи- тельно по времени и невелико по мощности. 3.2.3. Кровь как физиологическая система, жидкая ткань и орган Кровь в совокупности с лимфой и тканевой жидкостью представляет внутреннюю среду организма. Кровь – жидкая ткань, циркулирующая в кровеносной системе, реали- зующая транспортную функцию и обеспечивающая жизнедеятельность кле- ток и тканей организма в качестве органа и физиологической системы. Время кругооборота крови – это тот промежуток времени, за который кровь проходит через большой и малый круги кровообращения. В покое вре- мя полного кругооборота крови у человека составляет 20–23 сек. При физи- ческих нагрузках различной мощности, объема и интенсивности оно может снижаться в 2–2,5 раза, достигая при интенсивных нагрузках 8–10 сек. Кровь состоит из плазмы (54–58%) и взвешенных в ней форменных эле- ментов: эритроцитов, лейкоцитов, тромбоцитов (42–46%) и ряда других ве- ществ. Образование форменных элементов крови осуществляется в крове- творных органах: в костном мозге образуются эритроциты, тромбоциты, нейтрофилы, эозинофилы и базофилы; в селезенке и лимфатических узлах – лимфоциты; моноциты (самые крупные клетки белой крови, обезвреживаю- щие токсины в очагах воспаления) – в костном мозге, селезенке и лимфати- ческих узлах. Эритроциты – красные кровяные клетки, заполнены особым белком гемоглобином, который способен образовывать соединения с кислородом и транспортировать его из легких к тканям, а из тканей переносить углекислый газ к легким, осуществляя таким образом дыхательную функцию. В норме количество эритроцитов, содержащееся в одном кубическом мм крови, составляет у мужчин около 5 млн., а у женщин – около 4,5 млн. При физических нагрузках выделяют три типа реакций красной крови: 1. Повышение количества эритроцитов (миогенный эритроцитоз) до 5–6 млн. в 1 мл крови и как следствие незначительное повышение гемоглобина. К исходному уровню эти показатели приходят спустя несколько часов. 2. Существенно усиливается функция кроветворения, приводящая к уве- личению в крови незрелых форм эритроцитов, снижению количества зрелых и концентрации гемоглобина. Восстановление исходного уровня в этом слу- чае происходит в течение 2–3 суток. 3. Имеет место при многодневной напряженной физической нагрузке и характеризуется угнетением кроветворной функции, при этом значительно снижается количество эритроцитов и гемоглобина в крови. В этой ситуации период восстановления картины красной крови может достигать 5–7 дней, что может сигнализировать о развитии хронического утомления и даже пере- утомления организма. Лейкоциты – белые кровяные тельца, выполняют защитную функцию, уничтожая инородные тела и болезнетворные микробы, непосредственно в пораженных местах. Принимают активное участие в иммунологических ре- акциях и формировании иммунитета – способности организма защищаться от генетически чужеродных тел и веществ. Процентное соотношение различных форм лейкоцитов в крови называют лейкоцитарной формулой, которая в определенной степени может служить лакмусовой бумажкой при оценке функционального состояния человека. Общее количество лейкоцитов в крови и лейкоцитарная формула не являются постоянными. Лейкоцитоз – это уве- личение числа лейкоцитов в периферической крови, а лейкопения – его уменьшение. Продолжительность жизни лейкоцитов – 7–10 дней. Количество лейкоцитов в крови здорового человека варьируется и составляет в покое около 6–8 тыс. в одном кубическом мм крови. Тромбоциты – маленькие кровяные пластинки, обладают активным ме- таболизмом, играют ведущую роль в сложном процессе свертывания крови (защитная функция). Количество тромбоцитов в кубическом мм крови со- ставляет 200–300 тыс. При физических нагрузках отмечается увеличение ко- личества тромбоцитов (миогенный тромбоцитоз) в 1,5–2 раза. Это связано с укорочением периода свертываемости крови и обусловлено рефлекторной защитной реакцией организма на возможные ситуации вынужденных травм и кровотечений. Плазма крови, представляющая собою бесцветную жидкость, на 90– 92% состоит из воды и на 8–10% из взвешенных твердых и растворенных веществ (глюкоза, белки, жиры, различные соли, гормоны, витамины, пита- тельные и другие продукты обмена веществ). Физико-химические свойства плазмы определяются наличием в ней органических и минеральных веществ. В плазме крови находятся и антитела, создающие иммунитет организма к ядовитым веществам инфекционного или какого-либо иного происхождения, микроорганизмам и вирусам. Плазма крови принимает активное участие в транспортировке углекислого газа к легким. Для характеристики активной реакции крови (кислая она или щелочная) пользуются водородным показателем (рН), который является отрицательным десятичным логарифмом концентрации водородных ионов. При показателе рН, равном 7,0, реакция является нейтральной. Кислая среда (ацидоз) имеет рН ниже 7,0; щелочная (алкалоз) – выше 7,0. В норме кровь имеет слабоще- лочную реакцию: рН артериальной крови равен 7,4, венозной – 7,35. От ве- личины этой реакции зависят процессы окисления и восстановления в клет- ках, процессы расщепления и синтеза белков, гликолиза, окисления углево- дов и жиров, способность гемоглобина отдавать тканям кислород. Постоян- ство рН крови поддерживается ее буферными системами, создающими в кро- ви относительно постоянный щелочной резерв. Общее количество крови составляет 7–8% массы тела человека. В покое 40–50% крови выключено из кровообращения и находится в «кровяных де- по»: печени, селезенке, сосудах кожи, мышц, легких. В случае необходимо- сти (например, при мышечной работе) запасной объем крови включается в кровообращение и рефлекторно направляется к работающему органу. Выход крови из «депо» и ее перераспределение по организму регулируется ЦНС. Мышечная деятельность приводит к существенным изменениям в си- стеме крови: накапливаются в результате повышенного образования недо- окисленные продукты обмена веществ, вследствие развивающейся гипоксии происходит сдвиг кислотно-щелочного равновесия в сторону метаболическо- го ацидоза (закисление крови). Буферные системы в этой ситуации оказыва- ются неспособными нейтрализовать накопившиеся в крови продукты непол- ного окисления. Снижение щелочного резерва крови при значительной мы- шечной работе на 95% обусловлено повышением концентрации, в первую очередь, молочной кислоты и других кислых продуктов, и на 5% – увеличе- нием содержания свободных жирных кислот в плазме крови. При длительной работе вязкость крови может повыситься с 4–5 до 7–8 единиц, что суще- ственно затрудняет работу сердечно-сосудистой системы. 3.2.4. Сердечно-сосудистая система Система кровообращения – одна из важнейших физиологических си- стем – включает в себя сердце, выполняющее функцию насоса, и кровенос- ные сосуды (артерии, артериолы, капилляры, вены, венулы). Транспортная функция сердечно-сосудистой системы состоит в том, что сердце обеспечи- вает продвижение крови по замкнутой цепи эластичных кровеносных сосу- дов. Основными физическими показателями гемодинамики (движения крови в системе) являются: давление крови в сосудах, создаваемое насосной функ- цией сердца; разница давлений между различными отделами сосудистой си- стемы, которая «вынуждает» кровь продвигается в сторону низкого давле- ния. Систолическое, или максимальное артериальное давление (АД) – это максимальный уровень давления, развивающийся во время систолы (сокра- щения сердца). У взрослых относительно здоровых людей в покое обычно составляет 110–125 мм рт. ст. С возрастом оно увеличивается и к 50–60 годам находится в пределах 130–150 мм рт. ст. Диастолическое, или минимальное АД – это минимальный уровень дав- ления крови при диастоле. У взрослых составляет обычно 60–80 мм рт. ст. Пульсовое давление – это разница между систолическим и диастоличе- ским АД (в норме у человека 30–35 мм рт. ст.). Повышение уровня систолического давления при сокращении скелетных мышц – одно из необходимых условий адаптивных (приспособительных) ре- акций системы кровообращения и организма в целом к выполнению мышеч- ной работы. Увеличение АД обеспечивает адекватное кровоснабжение рабо- тающих мышц, повышая уровень их работоспособности. При этом изменения показателей АД обуславливаются характером выполняемой работы: динами- ческая она или циклическая, интенсивная или объемная, глобальная или ло- кальная. Сердце – полый четырехкамерный (два желудочка и два предсердия) мышечный орган весом от 220 до 350 г у мужчин и от 180 до 280 г у женщин, совершающий ритмические сокращения с последующим расслаблением, бла- годаря которым происходит кровообращение в организме. Сердце – автономное автоматическое устройство. Работа сердца заклю- чается в ритмичной смене сердечных циклов, состоящих из трех фаз: сокра- щения предсердий, сокращения желудочков и общего расслабления сердца. Сокращения сердца происходят вследствие периодически возникающих в самой сердечной мышце электрических импульсов. Однако в целом деятель- ность сердца корректируется многочисленными прямыми и обратными свя- зями, поступающими от различных органов и систем организма. Одним из важнейших показателей работы сердца является минутный объем кровообращения (МОК), или по-иному – «сердечный выброс» (СВ) – количество крови, выбрасываемое желудочком сердца в течение минуты. МОК – это интегративный показатель работы сердца, зависящий от ЧСС и величины систолического объема (СО) – количества крови, выбрасываемого сердцем в сосудистое русло при одном сокращении. Естественно, что эти по- казатели имеют одно значение в условиях относительного покоя и существен- но меняются в зависимости от функционального состояния сердца, объема, интенсивности и вида мышечной деятельности, уровня тренированности и т.д. Частота сердечных сокращений (ЧСС) – один из самых информатив- ных и интегративных показателей функционального состояния не только сердечно-сосудистой системы, но и всего организма в целом. ЧСС существенно разнится в зависимости от того, когда и при каких условиях этот показатель регистрируется: в условиях относительного покоя (утром, натощак, лежа или сидя, в комфортной обстановке); при выполнении какой-либо физической нагрузки, непосредственно после нее или на различ- ных этапах периода восстановления. В покое пульс практически здорового, не адаптированного к систематическим физическим нагрузкам (нетрениро- ванного) молодого мужчины в возрасте 20–30 лет колеблется в диапазоне 60– 70 ударов в минуту (уд./мин.) и 70–75 – у женщин. С возрастом ЧСС в покое несколько возрастает (у 60–75-летних на 5–8 уд./мин.). Чтобы удовлетворить повышение доставки кислорода к мышцам в про- цессе выполнения работы, должен увеличиться объем поступающей к ним в единицу времени крови. Увеличение показателя ЧСС непосредственно свя- зано с увеличением МОК. Если, например, мощность работы циклического характера выразить через величину потребляемого кислорода (в процентах от величины максимального потребления – МПК), то ЧСС возрастает в линей- ной зависимости от мощности работы и потребления кислорода. |