Курс лекций Москва Российский университет дружбы народов 2008 Утверждено рис ученого совета Российского университета

2.2.2. Мышечная система

Мышечная система человека делится на два вида мускулату­ры: гладкую (непроизвольную) и поперечно-полосатую (произ­вольную). У человека насчитывается более 600 различных мышц. Они составляют у мужчин 35–40 % массы тела (у спортсменов -50 % и более), у женщин – несколько меньше. Механическая дея­тельность мышц осуществляется в результате способности мы­шечных волокон переходить в состояние возбуждения, т.е. в дея­тельное состояние под влиянием биотоков (импульсов), идущих к мышцам по нервным волокнам. Возбуждение мышечных волокон представляет собой сложную систему энергетических, химиче­ских, структурных и иных изменений в клетках, обеспечивающих специфическую работу мышечной ткани. Работа мышц реализует­ся за счет их напряжения или сокращения. Напряжение может происходить без изменений длины мышцы (статическая работа), сокращение – с уменьшением длины ее (динамическая работа). Чаще всего мышцы работают в смешанном ре­жиме, одновременно напрягаясь и сокращаясь по длине. Сила мышц зависит от количества мышечных волокон и их поперечного сечения, а также от эластичности и исходной длины отдельной мышцы. Систематическая физическая тренировка увеличивает си­лу мышц, в том числе и за счет увеличения их эластичности.

Гладкие мышцы расположены в стенках кровеносных сосудов и некоторых внутренних органах. Они обеспечивают сужение или расширение сосудов, осуществляют продвижение пищи по желу­дочно-кишечному тракту, сокращают стенки мочевого пузыря.

Поперечно-полосатые мышцы – это все скелетные мышцы, которые обеспечивают многообразные движения тела и отдельных его частей. К поперечно-полосатым мышцам относится также и сердечная мышца, обеспечивающая ритмическую работу сердца на протяжении всей жизни человека автоматически. Поперечно-полосатыми эти мышцы называются потому, что в поле зрения под микроскопом они имеют поперечную исчерченность. Основой мышц, как и всего живого вообще, являются белки. Они составля­ют 80–85 % мышечной ткани. Главным свойством мышечной тка­ни является сократимость, которая обеспечи­вается за счет сократительных мышечных белков – актина и миозина. Строение мышечной ткани весьма сложно. Она имеет волок­нистую структуру, совокупность этих волокон образует мышцу в целом.

В свою очередь, мышечное волокно состоит из миофибрилл. Каждая миофибрилла по длине делится на чередующиеся свет­лые и темные участки. Темные участки – протофибриллы, состоя­щие из длинных цепочек молекул миозина, светлые – образованы еще более тонкими белковыми нитями актина. Когда мышца нахо­дится в несокращенном (расслабленном) состоянии, нити актина и миозина лишь частично продвинуты относительно друг друга, причем каждой нити миозина противостоят, окружая ее, несколько нитей актина. Более глубокое продвижение относительно друг друга обусловливает укорочение всей мышцы в целом.

К мышце подходят и отходят многочисленные нервные во­локна. Двигательные (эфферентные) нервные волокна передают импульсы от головного и спинного мозга, приводящие мышцы в рабочее состояние, чувствительные (афферентные) волокна пере­дают импульсы в обратном направлении, информируя централь­ную нервную систему о деятельности мышц. Каждую мышцу пронизывает разветвленная сеть кровенос­ных капилляров, по которым с кровью поступают необходимые для жизнедеятельности мышц вещества и выводятся конечные продукты обмена.

Силовые качества мышцы принято оценивать весом груза, который она при максимальном возбуждении способна удержи­вать, не изменяя своей длины (так называемая «общая сила мыш­цы»). Сила мышц зависит от суммы сил мышечных волокон (их сократительной способности); количества мышечных волокон в мышце и количества функциональных единиц, одновременно воз­буждающихся при развитии напряжения; исходной длины мышцы (предварительно растянутая мышца развивает большую силу); ха­рактера регуляторных влияний; условий взаимодействия с костями скелета.

Работа мышцы. В процессе мышечного сокращения потен­циальная химическая энергия переходит в потенциальную меха­ническую энергию напряжения и кинетическую энергию движе­ния. Различают внутреннюю и внешнюю работу. Внутренняя ра­бота связана с трением в мышечном волокне при его сокращении, движением катионов и анионов как при возбуждении, так и в про­цессе восстановления исходного состояния; превращением энер­гии при эндотермических ресинтезах (восстановлении соедине­ний). Внешняя работа проявляется при перемещении собственного тела, груза, отдельных частей организма (динамическая работа) в пространстве. Она характеризуется коэффициентом полезного действия (КПД) мышечной системы, т.е. отношением производи­мой работы к общим энергетическим затратам (для мышц челове­ка КПД составляет 15–20 %, у физически развитых и тренирован­ных людей этот показатель, как правило, выше).

2.3. Физиологические системы организма

2.3.1. Кровеносная система

Кровеносная система состоит из сердца и кровеносных сосудов. Кровь в организме находится в постоянном движении, которое осуществляется по кровеносной системе.

Кровь в организме человека выполняет следующие основные функции:

1) транспортную – в процессе обмена веществ переносит к тканям тела питательные вещества и кислород, а из тканей к органам выделения транспортирует продукты распада, образующиеся в результате жизнедеятельности клеток тканей;

2. регуляторную – осуществляет гуморальную (гумор – жидкость) регуляцию функций организма с помощью гормонов и других химических веществ и рефлекторную - вследствие гидростатического давления на нервные окончания (барорецепторы), расположенные в стенках кровеносных сосудов;

3. защитную – защищает организм от вредных веществ и инородных тел, кроме этого, при повреждении тканей тела останавливает кровотечение;

4. теплообмен – участвует в поддержании постоянной температуры тела.

Кровь состоит из жидкой части (плазмы) (55 %) и взвешенных в ней форменных элементов (эритроцитов, лейкоцитов и др.) (45 %). Кровь имеет слабую щелочную реакцию.

Эритроциты – красные кровяные тельца, носители, дыхательного пигмента - гемоглобина. Эритроциты переносят кислород из легких к тканям и частично углекислый газ из тканей к легким.

Лейкоциты – белые кровяные клетки, их имеется несколько видов. Они способны проникать через стенки кровеносных сосудов в ткани тела и уничтожать болезнетворные микробы и инородные тела, попавшие в организм. Это явление называется «фагоцитозом».

Тромбоциты – кровяные пластинки. Они защищают организм от потери крови. При повреждении тела и кровеносных сосудов тромбоциты способствуют свертыванию крови, образованию сгустка (тромба), который закупоривает сосуд и прекращает потерю крови.

При регулярных занятиях физическими упражнениями или спортом:

• увеличивается количество эритроцитов и количество гемоглобина в них, в результате чего повышается кислородная емкость крови;

• повышается сопротивляемость организма к простудным и инфекционным заболеваниям, благодаря повышению активности лейкоцитов;

• ускоряются процессы восстановления после значительной потери крови.

Одним из важных показателей является минутный объем крови, т.е. коли­чество крови, выбрасываемое одним желудочком сердца в течение минуты. В состоянии покоя минутный объем крови составляет в среднем 4–6 л. При интенсивной мышечной деятельности он повышается у нетренированных до 18–20 л, у тренированных людей – 30–40 л.

В положении лежа и при быстрой ходьбе сердце нетренированного человека для того, чтобы обеспечить необходимый минутный объем крови, вынуждено сокращаться с большей частотой, так как систолический объем у него меньше. При быстром беге сердце нетренированного человека, имея недостаточный систолический объем крови, даже при ЧСС (частота сердечных сокращений) 200 ударов в минуту (предельная возможность) не может обеспечить минутный объем в 30 л крови, который необходим человеку при быстром беге. Поэтому нетренированный человек через несколько минут, а иногда и секунд после начала интенсивного бега, чувствует большое утомление и прекращает бег. Если же человек находится в условиях, когда прекратить бег невозможно и продолжает его, – наступает обморочное состояние.

Роль мышечного насоса ярко проявляется в явлении, которое называется гравитационным шоком.

Если спортсмен, например, после финиша бега, сразу остановится, то кровь под действием силы тяжести задержится в крупных венозных сосудах мышц ног, в которых прекратится действие мышечного насоса, и венозные сосуды будут широко раскрыты. Следовательно, сердце будет получать и направлять в сосудистое русло недостаточное количество крови. Давление крови и кровоснабжение головного мозга резко понижаются, человек бледнеет, появляется головокружение, и может наступить обморочное состояние.

Чтобы избежать наступления гравитационного шока, необходимо соблюдать следующее правило: после интенсивного бега или других циклических упражнений на соревнованиях или тренировочных занятиях переходить в состояние покоя, т.е. останавливаться, следует постепенно. Сначала необходимо, снижая скорость бега, пробежать 50–100 м, а затем в течение 3–5 мин передвигаться шагом, постепенно замедляя ходьбу.

2.3.2. Сердечно-сосудистая система

Напом­ним, что кровеносная система состоит из сердца и сосудов крови. Ритмические сокра­щения сердечной мышцы обеспечивают непрерывное движение крови в замкнутой сердечно-сосудистой системе, состоящей из сердца и двух кругов кровообращения – большого и малого. Большой круг кровообращения начина­ется от левого желудочка сердца, из которого артериальная кровь поступает в аорту. Прохо­дя по артериям, артериолам и капиллярам всех органов, кроме лег­ких, она отдает им кислород и питательные вещества, а забирает углекислоту и продукты метаболизма. Затем кровь собирается в венулы и вены и через верхнюю и нижнюю полые вены поступает в правое предсердие и далее в правый желудочек. Малый круг кровообращения берет начало в правом желудочке, откуда веноз­ная кровь направляется в легочную артерию. Пройдя через легоч­ные капилляры, кровь освобождается от углекислоты, насыщается кислородом и уже в качестве артериальной поступает через легоч­ные вены в левое предсердие сердца. Таким образом, обес­печивая транспортировку кислорода от легких к тканям и углеки­слого газа от тканей к легким, кровь осуществляет дыхательную функцию. Выполняя трофическую функцию, кровь переносит пи­тательные вещества из тонкого кишечника и синтезированные в печени вещества к клеткам всего организма. Не надо забывать, что при этом в крови циркулирует большое количество биологически активных веществ, которые регулируют и объединяют функцио­нальную деятельность клеток всего организма. При этом движение крови обеспечивает выравнивание температуры различных частей тела.

2.3.3. Дыхательная система

Дыхательная система включает в себя носовую полость, гортань, трахею, бронхи и легкие. В процессе – дыхания из атмосферного воздуха через альвеолы легких в организм постоянно поступает кислород, а из организма выделяется углекислый газ. Дыхание – это целый комплекс физиологических процессов, в реа­лизации которых участвует не толь­ко дыхательный аппарат, но и сис­тема кровообращения.

Дыханием называется процесс потребления кислорода и выделения углекислого газа тканями живого организма. Его осуществляют две системы организма: дыхательная и кровеносная.

Различают внешнее (легочное) и внутриклеточное (тканевое) дыхание. Внешним дыханием называется обмен воздухом между окружающей средой и легкими, внутриклеточным – обмен кислородом и углекислым газом между кровью и клетками тела (при этом кислород переходит из крови в клетки, а углекислый газ, как один из продуктов обмена веществ, переходит из клеток в кровь).

Показателями работоспособности органов дыхания являются: дыхательный объем, частота дыхания, жизненная емкость легких, легочная вентиляция, кислородный запрос, потребление кислорода, кислородный долг и др.

Дыхательный объем – количество воздуха, проходящее через легкие при одном дыхательном цикле (вдох, выдох, дыхательная пауза). Величина дыхательного объема находится в прямой зависимости от степени тренированности к физическим нагрузкам и колеблется в состояния покоя от 350 до 800 мл. В покое у нетренированных людей дыхательный объем находятся на уровне
350–500 мл, у тренированных – 800 мл и более.

При интенсивной физической работе дыхательный объем может увеличиваться до 2500 мл.

Частота дыхания – количество дыхательных циклов в 1 мин. Средняя частота дыхания у нетренированных людей в покое – 16–20 циклов в 1мин, у тренированных за счет увеличения дыхательного объема частота дыхания сни­жается до 8–12 циклов в 1 мин. У женщин частота дыхания на 1–2 цикла больше.

При спортивной деятельности частота дыхания у лыжников и бегунов увеличивается до 20–28 циклов в 1 мин., у пловцов – 36–45; наблюдались случаи увеличения частоты дыхания до 75 циклов в 1 мин.

Жизненная емкость легких – максимальное количество воздуха, которое может выдохнуть человек после полного вдоха (измеряется методом спирометрии). Средние величины жизненной емкости легких: у нетренированных мужчин – 3500 мл, у женщин – 3000; у тренированных мужчин – 4700 мл, у женщин – 3500. При занятиях циклическими видами спорта на выносливость (гребля, плавание, лыжные гонки и т.п.) жизненная кость легких может достигать у мужчин 7000 мл и более, у женщин – 5000 мл и более.

Легочная вентиляция – объем воздуха, который проходит через легкие за 1 мин. Легочная вентиляция определяется путем умножения величины дыхательного объема на частоту дыхания. Легочная вентиляция в покое находится на уровне 5000–9000 мл (5–9 л). При физической работе этот объем достигает 50 л.

В состоянии покоя человек потребляет 250–300 мл кислорода в 1 мин. При мышечной работе эта величина возрастает.

Наибольшее количество кислорода, которое организм может потребить в минуту при определенно-интенсивной мышечной работе, называется максимальным потреблением кислорода (МПК), МПК зависит от состояния сердечно-сосудистой и дыхательной систем, кислородной емкости крови, активности протекания процессов обмена веществ и других факторов. Для каждого человека существует индивидуальный предел МПК, выше которого потребление кислорода невозможно. У людей, не занимающихся спортом, МПК равно
2,0–3,5 л/мин, у спортсменов-мужчин может достигать 6 л/мин и более, у женщин – 4 л/мин и более.

Величина МПК характеризует функциональное состояние дыхательной и сердечно-сосудистой систем, степень тренированности организма к длительным физическим нагрузкам.

2.3.4. Системы пищеварения и выделения

Пищеварением называется процесс физиче­ской и химической переработки пищи, в результате которого ста­новится возможным всасывание питательных веществ из пищева­рительного тракта, поступление их в кровь или в лимфу и усвое­ние организмом благодаря моторной, секреторной и всасывающей функциям пищеварительного аппарата. Кроме того, органы пище­варительной системы выполняют и экскреторную функцию, выво­дя из организма остатки непереваренной пищи и некоторые про­дукты обмена веществ. Процесс пищеварения начинается в рото­вой полости, где в течение 15–18 с осуществляется физическая и химическая обработка пищи: перемешивание, измельчение, сма­чивание слюной, воздействие слюнных ферментов. Затем через пищевод пища поступает в желудок и в течение 6–8 ч подвергается дальнейшей физической и химической обработке. За счет работы гладкой мускулатуры желудка пища перетирается, перемешивает­ся, на нее воздействует желудочный сок, дальнейшая химическая обработка отдельных порций пищевой массы продолжается в две­надцатиперстной кишке, куда поступает сок поджелудочной желе­зы и желчь, вырабатываемая печенью. Пищеварительные соки двенадцатиперстной кишки продолжают расщеплять питательные вещества в тонком кишечнике, где в основном заканчивается пи­щеварение пищи и всасывание питательных веществ в кровь. До­полнительное частичное расщепление невсосавщихся продуктов переваривания пищи зависит от того, насколько оптимально коли­чество выделяемых пищеварительных соков и какова активность перистальтических, продвигающих движений мышц желудка и кишечника.

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

Выделение. Основной физиологической функцией выдели­тельных процессов является освобождение организма от конечных продуктов обмена веществ, избытка воды, органических и неорга­нических соединений, т.е. сохранение постоянства внутренней среды организма. При мышечной деятельности роль органов вы­деления возрастает, так как они оперативно вынуждены выполнять все ту же функцию сохранения внутренней среды организма, свя­занную с увеличением обмена веществ и энергии. Выделительные функции у человека осуществляются многими органами и систе­мами организма. Так, желудочно-кишечный тракт выводит остатки непереваренной пищи, слизи, желчных пигментов, бактерий; через легкие удаляются газообразные продукты обмена веществ (напри­мер, углекислота); сальные железы, выделяя кожное сало, образу­ют защитный, смягчающий слой на поверхности тела; слезные же­лезы обеспечивают влагу, смачивающую слизистую глазного яблока.

Однако основная роль в освобождении организма от конеч­ных продуктов обмена веществ принадлежит почкам, потовым же­лезам и легким. За счет функции почек поддерживается в организ­ме необходимая концентрация воды, солей и ряда других веществ, регулируется кислотно-щелочное равновесие и осмотическое дав­ление в тканях; выводятся конечные продукты белкового обмена; продуцируется гормон ренин, влияющий на тонус кровеносных сосудов. При больших физических нагрузках потовые железы и легкие существенно помогают почкам осуществлять свои функ­ции, В состоянии покоя через потовые железы выделяется 20–40 мл пота в 1 ч, а в движении со скоростью 5 км/ч, с грузом 10 кг, выделение пота может возрастать до 1700 мл/ч. В зависимости от окружающей температуры и интенсивности двигательной деятельности отделение пота может колебаться от 0,5 до 3 л в сутки, а, к примеру, у рабочих в горячих цехах в течение дня объем выделяемого пота может достигать 10 л. Естественно, что при этом существенно меняется и качественный состав пота (при напря­женной мышечной работе с потом выделяется молочная кислота, конечные продукты белкового обмена). Процессы теплообмена играют большую роль при различных видах мышечной деятельно­сти. Постоянную температуру тела человека поддерживает специ­альная система теплопродукции, состоящая из физических ме­ханизмов теплопроведения, теплоизлучения и испарения. На­блюдаемый при мышечной работе подъем температуры тела на 1–1,5 °С способствует более эффективному протеканию в тканях окислительно-восстановительных процессов и повышению рабо­тоспособности организма спортсмена. Однако следует помнить, что даже у тренированного человека подъем температуры тела до 38–38,5 °С может привести к тепловому удару.

2.3.5. Нервная система

Нервная система состоит из центрального (головной и спинной мозг) и периферического отделов (нервов, отходящих от головного и спинного мозга и нервных узлов).

Центральная нервная система координирует деятельность различных органов и систем организма и регулирует эту деятельность в условиях изменяющейся внешней среды по механизму рефлекса. Процессы, протекающие в центральной нервной системе, лежат в основе всей психической деятельности человека – мышлении, памяти, разумном поведении в обществе, восприятии окружающего мира, познании законов природы и общества и т.д. Деятельность человека, как биологическая, так и социальная, осуществляется благодаря реализации взаимоотношений организма и среды по принципу рефлекса.

Центральная нервная система состоит из спинного и головного мозга.

Вегетативная нервная система – отдел нервной системы мозга – регулируется корой больших полушарий. Вегетативная нервная система регулирует деятельность внутренних органов – дыхания, кровообращения, выделения, размножения, желез внутренней секреции и т.д., находится под контролем со стороны высшего отдела центральной нервной системы.

Главным условием нормального существования организма является его способность быстро приспосабливаться к изменениям окружающей среды. Эта способность реализуется за счет периферической нервной системы.

Рецепторы, обладая строгой специфичностью, трансформируют внешние раздражения (звук, температуру, свет, давление и т.д.) в нервные импульсы, которые по нервным волокнам передаются в центральную нервную систему.

Анализатор состоит из трех отделов – рецептора, проводниковой части и центрального образования в головном мозге. Высший отдел анализатора - корковый. Назовем несколько анализаторов: кожный (тактильная, болевая, тепловая, холодовая чувствительность), двигательный (рецепторы в мышцах, суставах, сухожилиях и связках возбуждаются под влиянием давления и растяжения), вестибулярный (воспринимает положение тела в пространстве), зрительный (свет и цвет), слуховой (звук), обонятельный (запах), вкусовой (вкус), висцеральный (состояние ряда внутренних органов).