Глава 2. СОЦИАЛЬНО-БИОЛОГИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ ФИЗИЧЕСКОЙ КУЛЬТУРЫ
2.1. Воздействие природных и социально-экологических факторов на организм и жизнедеятельность человека
Жизнедеятельность человека подвержена влиянию генетических, экологических и социальных факторов.
Во-первых, человек наследует определенные генетические признаки, которые в значительной степени определяют его конституцию и биологическую организацию жизнедеятельности.
Нарушение экологического равновесия в природе (загрязнение воздуха, воды, почвы) и, как следствие, продуктов питания создает реальную угрозу для здоровья и жизни человека.
В эпоху НТР социальные условия жизнедеятельности привели к значительному снижению нагрузки на мышечную систему. В результате образ жизни большинства современных людей, особенно тех, чей профессиональный труд связан с большими умственными нагрузками, стал характеризоваться недостаточной двигательной активностью – гипокинезией.
Установлено, что гипокинезический режим вызывает в конечном итоге нарушение общебиологического баланса, приводя к состоянию, которое названо гиподинамией. Она проявляется в снижении обмена веществ, понижении уровня функционирования ряда систем организма, атрофии мышц, деминерализации костей.
При гипокинезическом режиме особенно страдает сердечнососудистая система. Объем сердца у физически не активных людей меньше, чем у спортсменов. Это обусловлено относительно тонким мышечным слоем и малыми полостями желудочков сердца. Даже при небольшой физической нагрузке такое сердце не может обеспечить необходимое увеличение кровотока, что ведет к утомлению человека и невозможности продолжать работу. Наряду с недостаточным развитием сердца, у малоактивных людей наблюдается ряд неблагоприятных изменений в сосудистой системе. У них раньше и быстрее происходят склеротические изменения в сосудах сердца и головного мозга, препятствующие усилению кровоснабжения этих жизненно важных органов при физических и эмоциональных напряжениях. Изменения функционального состояния стенок артериальных сосудов способствуют повышению кровяного давления. Это неблагоприятно отражается на жизнедеятельности организма не только при физических нагрузках, но и при мышечном покое.
Гипокинезия приводит к недостаточному развитию системы дыхания. В обычных условиях человек может это не замечать, поскольку основными потребителями кислорода являются мышцы, а их масса у нетренированных невелика. Кроме того, в состоянии покоя его много не требуется. Однако если нетренированные мышцы выполняют даже небольшую нагрузку, то потребность в кислороде резко возрастает. Органы же дыхания и кровообращения не могут ее удовлетворить. В связи с этим в организме накапливаются продукты окисления, и поэтому малоактивный человек вынужден прекратить работу.
При недостаточной двигательной активности ухудшается питание мышц. В результате уменьшается их объем, сила, растяжимость и упругость. Мышцы становятся вялыми, дряблыми. Мышцы теряют скоростные качества, выносливость, резко снижается их сила. Кости становятся более хрупкими, уменьшается подвижность в суставах. Из-за ослабления мышц, связочного и костного аппарата туловища и нижних конечностей нарушается осанка, деформируются позвоночник, грудная клетка, изменяется свод стопы. Это влечет за собой дальнейшие нарушения здоровья, снижение работоспособности.
Активная двигательная деятельность необходима человеку во все периоды жизни. В детском и юношеском возрасте занятия физическими упражнениями способствуют гармоничному развитию организма; у взрослых – совершенствуют его морфофункциональное состояние, повышают работоспособность и сохраняют здоровье; у пожилых задерживают неблагоприятные возрастные изменения.
Организм человека обладает почти безграничной способностью к саморегуляции. Механизм саморегуляции – условнорефлекторный. В его основе лежат приспособительные реакции организма в ответ на ситуации, в которых он оказывается.
Занятия физическими упражнениями и спортом являются одной из форм воздействия на организм с целью стимуляции процесса его совершенствования. Тренировочный процесс ставит организм человека в такие условия, при которых ему приходится регулярно на протяжении длительного времени проявлять силу, выносливость, быстроту и др. качества. В ответ на это в организме или в отдельных его звеньях происходят соответствующие изменения, в результате которых повышаются функциональные возможности ряда систем и организма в целом. В итоге организм более успешно справляется с конкретной физической деятельностью.
Для того чтобы в процессе физической тренировки не нанести вреда организму, помочь ему работать наиболее продуктивно, преподавателю и самому студенту необходимо понимать общие закономерности работы основных систем организма, знать их строение, те изменения, которые происходят под влиянием тренировки.
2.2. Основы анатомии. Опорно-двигательный аппарат
В осуществлении разнообразной двигательной деятельности участвуют многие системы организма, выполняющие разнообразные функции, однако непосредственным исполнителем движений является опорно-двигательный аппарат, включающий в себя скелетные мышцы, кости, суставы и связки. Различные звенья двигательного аппарата играют определенную роль. Твердую основу тела составляет его скелет, к которому относятся кости и все их соединения, в частности суставы (жесткий скелет). Они составляют пассивную часть опорно-двигательного аппарата, активным элементом которого являются мышцы. Прикрепляющиеся к костям мышцы при своих сокращениях приводят в движение как отдельные звенья скелета, так и весь скелет.
Скелет выполняет следующие функции:
– защищает жизненно важные органы;
– служит опорой для мягких тканей и органов;
– определяет внешнюю форму сегмента тела и всего организма человека;
– обеспечивает функцию движения;
– участвует в минеральном обмене, кроветворении и в иммунных процессах.
Кость состоит из двух основных компонентов: органического (белок оссеин) и неорганического – минеральных солей (в основном кальция и фосфора). Органическое вещество придает кости гибкость, эластичность, неорганическое – прочность.
«Каждая из более чем 200 костей скелета является живым, функционирующим и непрерывно обновляющимся органом. Если кость получает постоянную нагрузку в течение долгого времени, она становится более плотной, и наоборот, при малоподвижном образе жизни плотность костей уменьшается за счет потери минеральных солей. Следует также помнить, что у многих женщин в период менопаузы наблюдается склонность к остеопорозу – повышенной хрупкости костей». (Зайцева И. П., Зайцев О. Н., 2008).
Суставы обеспечивают подвижное соединение костей скелета, благодаря чему человек может передвигаться в пространстве. Кроме того, они выполняют роль демпферов, своеобразных тормозов, гасящих инерцию движения и позволяющих проводить мгновенную остановку после быстрого движения.
Степень подвижности в том или ином суставе зависит от особенностей его строения, и в первую очередь от формы суставных поверхностей костей. От подвижности суставов зависит возможность производить движение с большей или меньшей амплитудой. Связки придают прочность суставу и повышают прочность скрепления костей. Натянутые вокруг сустава, связки крепятся на особых костных буграх на концах костей.
Сухожилия представляют собой плотные образования соединительной ткани, посредством которых мышцы прикрепляются к костям и приводят их в движение.
Все движения человеческого тела осуществляются посредством мышечной системы – активной части опорно-двигательного аппарата; у человека насчитывается более 600 мышц. Наиболее крупные мышцы расположены на костях скелета (скелетные мышцы). Скелетная мускулатура составляет у мужчин 35–40 % веса тела, у женщин несколько меньше, а у спортсменов она может достигать 50 % и более.
Мышцы обеспечивают активные движения и вертикальное положение человека, осуществляют дыхательные движения, усиливают кровообращение и лимфообращение, принимают участие в теплорегуляции. Мышцы разнообразны по форме и зависят от отношения мышечных волокон к его сухожилию. Клетки мышечного волокна содержат 20 % белков, 0,5 % углеводов, 0,5 % жиров и около 80 % воды. Каждая мышца пронизана кровеносными сосудами и нервными окончаниями. По кровеносным сосудам в мышцу с кровью поступают питательные вещества и кислород. По нервным волокнам к мышце из центральной нервной системы поступают нервные импульсы, дающие начало сложным химическим процессам, протекающим на молекулярном уровне. Работа мышц является результатом превращения химической энергии заключенных в них сложных энергетических веществ в механическую энергию. Основным энергетическим источником мышечного сокращения является высокомолекулярное вещество, богатое энергией, – аденозинтрифосфорная кислота (АТФ).
Активная двигательная деятельность приводит к изменениям опорно-двигательного аппарата. В результате увеличения содержания белков в мышечных волокнах их диаметр увеличивается. Это ведет за собой мышечную гипертрофию – увеличение объема мышц. Мышцы на ощупь становятся более упругими, плотными, рельефно выделяются на поверхности тела.
В мышечной ткани возрастает сеть капилляров. В результате значительно улучшается кровоснабжение работающих мышц и доставка кислорода и энергетических веществ во время их работы.
В костной ткани изменяется химический состав, увеличивается содержание неорганических веществ. Преобладание минерального компонента ведет к повышению плотности костной ткани, в результате чего кости приобретают более высокую механическую прочность.
Занятия физическими упражнениями способствуют повышению прочности и эластичности связок и сухожилий, увеличению подвижности суставов, что позволяет выполнять упражнения с большей амплитудой.
Индивидуально анатомическая изменчивость формы тела человека описывается в трех категориях: пропорциональном соответствии, форме телосложения и типе конституции (Беков и др., 1988).
Пропорции тела – это индивидуальные, математически выраженные размеры и соответствия частей тела.
Форма телосложения – генетически детерминированная характеристика внешнего вида тела.
Тип телосложения – это анатомо-физиологическая характеристика, сложившаяся на основе наследственных и приобретенных свойств и обусловливающая такие свойства, как реактивность, способность к определенному росту, обмену веществ, предрасположенность к заболеванию и социальному поведению.
Улучшение телосложения, корректировка фигуры – важный мотивационный фактор, привлекающий людей к регулярным занятиям физической культурой.
Существуют различные классификации типов конституции. Наиболее популярной является классификация по М. В. Черноруцкому, которая включает астенический, нормостенический и гиперстенический типы телосложения.
Астенический тип отличается длинными и тонкими конечностями, коротким туловищем. Грудная клетка узкая и длинная, таз узкий. Мышцы часто развиты слабо. Часто нарушается осанка. Наблюдается сутулость, асимметрия и т. д.
Нормостенический тип характеризуется пропорциональностью длины и поперечных размеров тела. Мускулатура хорошо развита, жироотложение умеренное.
Гиперстенический тип отличается относительным преобладанием поперечных размеров над продольными. Туловище длинное и плотное. Конечности относительно короткие и толстые. Таз широкий. Мышечная система развита хорошо, костяк широкий.
В книге Т. С. Лисицкой, Л. Сидневой 2 описана классификация морфотипа по В. Г. Штейко, она включает:
– астеноидный тип, характеризующийся тонким скелетом, длинными нижними конечностями, узкой грудной клеткой, слабым развитием мускулатуры;
– таракальный тип, отличающийся длинной грудной клеткой, не-большим животом, достаточно развитой мускулатурой;
– мышечный тип, отличающийся развитым туловищем, широкими плечами, хорошо развитой мускулатурой;
– дигестивный тип (пищеварительный), отличающийся крупной головой, короткой шеей, широкой и короткой грудной клеткой, развитым животом, выраженным жироотложением.
В жизни встречаются часто промежуточные типы.
Осанка – это непринужденное, привычное положение тела при стоянии, ходьбе, сидении, отражающая особенности конфигурации тела. Правильная осанка характеризуется свободным удержанием головы и туловища в выпрямленном положении при сохранении нормальных изгибов позвоночника. Для выпрямленной осанки (плоская спина) характерна очень ровная спина, физиологические изгибы позвоночного столба сглажены, грудная клетка плоская.
При сутуловатой осанке (круглая спина) увеличена глубина шейного изгиба, но сглажен поясничный, голова наклонена вперед, живот выпячен, ягодицы плоские.
Лордоз – сильно выраженная изогнутость в поясничном отделе.
Кифоз – плечи опущены, живот выпячен.
Сколиоз – искривление позвоночника во фронтальной плоскости.
Форма ног. Различают прямые ноги, О-образные (варо) и Х-образные (вальго). Проблемы, которые возникают при О-образных и Х-образных ногах, затрагивают все три сустава (тазобедренный, коленный и голеностопный), в особенности страдают мениски (внутренние и наружные). Встречаются часто случаи переразгиба в коленном и локтевых суставах. Нельзя допускать полного выпрямления руки и коленей (а тем более переразгибания) при выполнении упражнений, особенно силовых с отягощением и на тренажерах.
Стопы выполняют опорную и рессорную функции. При ослаблении мышц и сухожилий своды стопы (продольный и поперечный) опускаются и развивается плоскостопие. При плоскостопии длительные физические нагрузки ведут к болевым ощущениям в стопах.
Косолапость – явление преимущественно врожденное, чаще бывает у мальчиков.
2.3. Физиологические механизмы и закономерности совершенствования отдельных систем организма
Основной функцией живого организма является обмен веществ, который зависит от согласованной деятельности систем вегетативного обеспечения – пищеварения, кровообращения и дыхания.
Система кровообращения (сердечно-сосудистая) состоит из сердца и кровеносных сосудов, образующих в целом замкнутую систему для непрерывной регуляции крови через все органы и ткани человека.
Выделяют пять основных функций сердечно-сосудистой системы: обменную, выделительную, транспортную, защитную, гомеостатическую.
Сердечно-сосудистая система (С-С-С) – обеспечивает постоянную циркуляцию крови в организме. С-С-С состоит из сердца и кровеносных сосудов, представляющих собой эластичные трубки различного диаметра. По мере удаления от сердца крупные артерии разветвляются на более мелкие артериолы, которые, в свою очередь, разветвляются и превращаются в мельчайшие сосуды, капилляры. Артериальная кровь, отдавая тканям питательные вещества и кислород и принимая продукты жизнедеятельности клеток (углекислый газ, молочную кислоту и др.), превращается из артериальной в венозную и по венам возвращается к сердцу. Газообмен происходит на уровне капилляров в легких и тканях.
Кровь состоит из жидкой части (плазмы) и взвешенных в ней форменных элементов (эритроцитов, лейкоцитов, тромбоцитов), выполняющих важнейшие для организма функции: транспортную, регуляторную, защитную.
В организме взрослого человека содержится 5–6 л крови. В состоянии покоя 40–50 % ее не циркулирует, находясь в так называемом депо, которыми являются селезенка, кожа, печень. При мышечной работе увеличивается количество циркулирующей крови (за счет выхода из депо). Происходит ее перераспределение в организме: большая часть крови устремляется к активно работающим органам: скелетным мышцам, сердцу, легким. Изменения в составе крови направлены на удовлетворение возросшей потребности организма в кислороде. В результате увеличения количества эритроцитов и гемоглобина повышается кислородная емкость крови, т. е. увеличивается количество кислорода, переносимого в 100 мл крови. При занятиях спортом увеличивается масса крови, повышается количество гемоглобина (на 1–3 %), увеличивается число эритроцитов (на 0,5–1 млн в 1 мм3). Это способствует увеличению кислородной емкости крови.
Под влиянием тренировки в крови повышаются щелочные резервы, т. е. увеличивается количество веществ щелочного характера, нейтрализующих кислые продукты и препятствующих сдвигу реакции крови в кислую сторону. Поэтому, в отличие от малотренированных людей, спортсмены могут выдерживать физические нагрузки, сопровождающиеся большим образованием молочной кислоты, т. е. у них более высокая резистентность – способность работать в условиях неблагоприятных изменений внутренней среды организма. Увеличение кислородной емкости крови и ее щелочных резервов является одной из причин повышения физической работоспособности и улучшения функционального состояния организма в процессе повседневной деятельности.
Сердце – главный орган С-С-С – представляет собой полый орган. Полость его разделена продольной перегородкой на изолированную правую и левую половины, каждая из которых состоит из предсердия и желудочка. Величина сердца зависит от размеров тела, возраста, образа жизни человека. Вес сердца – 250–350 г (у женщин меньше на 10–15 %, чем у мужчин). Работа сердца заключается в непрекращающихся на всем протяжении жизни человека ритмических сокращениях и расслаблениях предсердий и желудочков. Сокращение сердечной мышцы называется систолой, расслабление – диастолой. При каждой систоле левого желудочка в аорту выталкивается определенное количество крови, называемое систолическим объемом. Его величина зависит от количества крови, притекающей к сердцу и от силы его сокращений. В состоянии покоя у взрослых людей систолический объем крови составляет 60–80 мл, при активной мышечной деятельности он может увеличиться в 2–3 раза и составлять 120–150 мл и более.
Частота сердечных сокращений (ЧСС) у взрослых здоровых людей в состоянии покоя составляет около 60–70 ударов в минуту. При физической работе происходит учащение сердечного ритма. При тяжелой физической работе ЧСС достигает 170–190 ударов в минуту и более. Производительность сердца характеризуется минутным объемом крови, т. е. количеством крови, выбрасываемым желудочком в течение 1 мин. Его величина является произведением ЧСС и систолического объема крови и составляет в покое приблизительно 4,2 л (60 уд/мин х 70 мл = 4,2 л/мин). При мышечной деятельности в связи с увеличением потребности в кровоснабжении скелетных мышц производительность сердца увеличивается.
Усиление кровоснабжения работающих мышц связано не только с увеличением объема циркулирующей крови, но и с ее перераспределением в организме. Большая часть крови при этом устремляется к работающим органам. Кровоснабжение неработающих органов уменьшается. Перераспределение крови обеспечивается сосудистыми реакциями: мелкие сосуды (артериолы, капилляры) расширяются в работающих органах и суживаются в неработающих.
Для нормального кровообращения большое значение имеет артериальное давление. Его величина зависит от силы сокращения сердца и от просвета артериальных сосудов. Различают максимальное (или систолическое давление) и минимальное (или диастолическое) давление. У здоровых людей в покое максимальное давление равно 100–130 мм рт. ст., а минимальное – 65–85 мм рт. ст. С возрастом максимальное и минимальное давление увеличивается, что зависит, главным образом, от уменьшения эластичности стенок артериальных сосудов. Во время физической работы в результате усиления деятельности сердца максимальное давление повышается и может возрасти до 200 мм рт. ст. В конце работы в связи с утомлением сердечной мышцы оно может понизиться. Минимальное давление изменяется меньше, чаще – снижается.
Сердце человека чрезвычайно легко поддается тренировке и как ни один другой орган нуждается в ней. Активная мышечная деятельность способствует гипертрофии сердечной мышцы и увеличению его полостей. Объем сердца у спортсменов больше на 30 %, чем у не занимающихся спортом. Увеличение объема сердца, особенно его левого желудочка, сопровождается повышением его сократительной способности, увеличением систолического объема.
В отличие от нетренированных людей, сердце спортсмена реагирует более низким ритмом на небольшие физические нагрузки (явление экономизации). В то же время при предельных соревновательных нагрузках сердце спортсмена способно развивать более высокий ритм, имеет более мощный систолический выброс. В результате обеспечивается более полноценная доставка кислорода и энергетических веществ к работающей мускулатуре, и спортсмен имеет возможность выполнять работу большей мощности.
Кровоток в мышцах. При тяжелой работе кровоток в активно работающей мышце увеличивается наряду с обменом веществ более чем в 20 раз. Усиление кровотока выявляется не сразу же с началом работы, а развивается постепенно, в течение периода длительностью не менее 20–30 с; при легкой динамической работе кровоток в дальнейшем приходит в соответствие с потребностями мышцы. При тяжелой динамической работе эту потребность удовлетворить невозможно, причем обмен веществ в мышце должен приспосабливаться к неадекватному кровотоку.
Лимфатическая система – это вспомогательная система для тока жидкости из тканевых, межклеточных пространств в кровеносную систему. Лимфатическая система выполняет следующие функции:
– регулирует объем циркулирующей крови;
– распределяет жидкость в теле;
– выполняет защитную функцию (удаляет и уничтожает бактерии, токсины и др.);
– транспортирует питательные вещества;
– возвращает белок из тканевых пространств в кровоток.
Нарушение транспортировки лимфы по каким-либо причинам ведет к отеку, в особенности на конечностях. Лимфатические узлы, входящие в лимфатическую систему, играют значительную роль в иммунологических процессах. Они одними из первых реагируют при местных воспалительных процессах.
Дыхательная система. Функция дыхания состоит в обеспечении организма кислородом и удалении из него одного из продуктов обмена – углекислого газа. Кислород используется для процесса окисления, происходящего в клетках, а углекислый газ является продуктом окисления.
Уровень функционирования системы дыхания зависит от потребности организма в кислороде и необходимости удаления из него углекислого газа. При физической работе в связи с повышением окислительных обменных процессов в мышечной ткани потребность в кислороде возрастает в 10–15 раз.
Основными показателями, характеризующими производительность системы дыхания, являются частота дыхания, дыхательный объем, легочная вентиляция.
Частота дыхания зависит от возраста, пола и условий, в которых находится человек. Частота дыхания в покое у взрослого человека составляет 16–20 циклов в минуту (каждый цикл состоит из вдоха и выдоха), у женщин на 1–2 цикла больше. При физической нагрузке (в зависимости от характера и интенсивности выполняемых упражнений) частота дыхания может увеличиваться в 2–4 раза и составить 30–70 циклов в минуту.
Легочная вентиляция, т. е. объем воздуха, который проходит через легкие за 1 мин, в покое равна 6–8 л/мин. При напряженной физической работе ее величина может достигать 150–190 л/мин, т. е. увеличиваться в 20 и более раз.
Занятия физическими упражнениями укрепляют дыхательную мускулатуру, способствуют увеличению объема и подвижности грудной клетки. При этом возрастает глубина дыхания, увеличивается экскурсия грудной клетки. У тре¬нированного человека дыхательная система в покое работает более экономно (частота дыхания уменьшается с 16–18 до 8–10 дыханий в минуту).
Обмен веществ и энергии.
Единство организма человека с внешней средой проявляется прежде всего в непрекращающемся обмене веществ и энергии. Ни одна ткань, ни одна клетка организма не могут нормально осуществлять свои жизненные функции без притока питательных веществ и кислорода, без непрерывного удаления продуктов распада.
Обмен веществ (метаболизм) – это одновременные, но не всегда одинаково протекающие по своей интенсивности процессы ассимиляции (анаболизм) и диссимиляции (катаболизм). За счет ассимиляции происходит накопление пластических веществ, идущих на формирование различных тканей организма (масса тела), и энергетических веществ, необходимых для существования всех процессов жизнедеятельности, в том числе движения. За счет диссимиляции совершается распад химических веществ, накопленных в процессе ассимиляции. Оба процесса осуществляются при условии поступления, переработки и усвоения пластических и энергетических веществ (белки, жиры и углеводы), витаминов, минеральных веществ и микроэлементов из внешней среды в виде продуктов, а также удалении из организма продуктов распада.
Обмен веществ в мышце. При легкой работе энергия получается анаэробным путем только в течение короткого периода, во время которого происходит увеличение кровотока; после этого обмен веществ осуществляется полностью аэробно при использовании глюкозы, а также жирных кислот и глицерина. В отличие от этого, во время тяжелой работы часть энергии всегда получается анаэробно. Получение энергии анаэробным путем (образование молочной кислоты) преобладает, когда кровоток недостаточен, насыщение крови кислородом снижено или имеются «узкие места» в аэробных метаболических путях (например, на уровне пируватдегидрогеназы). Когда молочная кислота вырабатывается в значительных количествах, возникает мышечное утомление. После начала работы требуется какое-то время, пока произойдет увеличение аэробного образования энергии в мышце; этот период энергетического дефицита компенсируется за счет быстро реализуемых анаэробных энергетических резервов (АТР и креатинфосфата). Количество энергоемких фосфатов невелико по сравнению с резервами гликогена, однако они незаменимы как в течение указанного периода, так и для обеспечения кратковременных перегрузок при выполнении работы.
Таким образом, занятия физическими упражнениями и спортом значительно повышают функциональные возможности всех систем организма, обеспечивающих мышечную деятельность.
Функциональные резервы системы дыхания и кровообращения наиболее значительно повышаются при занятиях циклическими видами спорта (бег, плавание, ходьба на лыжах, велоспорт).
Использование разнообразных средств физической культуры и спорта в процессе жизнедеятельности человека является одной из форм воздействия на организм с целью совершенствования как двигательных, так и вегетативных функций человека. Однако необходимо иметь в виду, что физические нагрузки способны вызывать стойкие функциональные и морфологические изменения в системах обеспечения различных органов. Нагрузки, вызывающие ЧСС меньше, чем 130 уд/мин, не оказывают тренировочного положительного эффекта на функциональные возможности организма. При регулярных физических нагрузках, вызывающих увеличение ЧСС более чем до 130 уд/мин, системы обеспечения переходят на новый уровень функционирования всех систем организма, как в покое, так и при работе.
При выполнении большой и предельной работы повышается степень мобилизации функциональных систем, возрастают резервные возможности систем обеспечения.
В процессе регулярных занятий физическими упражнениями и спортом повышается специфическая устойчивость организма, т. е. улучшается его адаптация к физической работе, способность работать в условиях измененной среды. В силу этого тренированный человек способен выполнять более интенсивную работу, быстрее включаться в эту работу, лучше мобилизовываться и быстрее восстанавливаться.
Роль физических упражнений этим не ограничивается. Систематическая физическая тренировка организма помогает адаптироваться к различным неблагоприятным воздействиям природных факторов. На ранних стадиях онтогенеза уровень двигательной активности ребенка влияет на развитие речи, мышления. Для студентов хорошая физическая подготовленность – необходимое условие для достижения успехов в учебе и будущей профессиональной деятельности. Двигательный режим отражается на активности и устойчивости психических функций во время учебной деятельности. У физически активных студентов более короткий период врабатывания, наиболее продолжительный период высокой умственной работоспособности, позднее наступает утомление. Они быстрее восстанавливаются в периоде отдыха. У студентов-спортсменов более устойчивы функции внимания, мышления в условиях дефицита времени, действия различных раздражителей. Меньше выражена и эмоциональная напряженность в период сдачи экзаменов, что создает более благоприятные условия для успешной учебной деятельности.
2.4. Адаптация организма к мышечной деятельности
Согласно известным представлениям об общем адаптационном синдроме по Г. Селье (1960 г.), защитные реакции возникают в ответ на любое повреждающее воздействие. Любой адаптационный процесс в организме направлен на поддержание или восстановление постоянства внутренней среды организма. Длительное напряжение систем регуляции может привести к их перенапряжению, возникновению дефицита информационных и энергетических ресурсов, что приводит к снижению адаптационных возможностей организма. При этом возникают определенные структурные и функциональные изменения. Функциональные изменения могут быть количественными и качественными.
Функция становится необратимой тогда, когда она связана с качественными деструктивными преобразованиями субстрата.
Составной частью понятия функционального состояния организма является функциональный резерв. Функциональный резерв – это запас функциональных возможностей (ресурсов), который постоянно расходуется на поддержание равновесия между организмом и окружающей средой. Чем выше функциональные резервы, тем ниже степень напряжения регуляторных механизмов, необходимая для адаптации к условиям внешней среды для подержания гомеостаза. Иначе можно сказать, что функциональные резервы – это потенциальная способность тех или иных систем увеличить интенсивность работы.
В развитии большинства адаптационных реакций прослеживаются два этапа: начальный этап срочной, но несовершенной адаптации и последующий этап совершенной, долговременной, или кумулятивной, адаптации.
Срочная адаптация характеризуется непрерывно протекающими приспособительными изменениями, возникающими как ответные реакции организма на непрерывно меняющиеся условия внешней среды. Примером срочной адаптации могут служить изменение теплорегуляции, потоотделение и распределение крови в сосудах в ответ на повышение или понижение температуры окружающего воздуха. Выделяют следующие характерные свойства адаптации.
1. Срочные приспособительные изменения не закрепляются в организме. Они возникают только при непосредственном внешнем воздействии определенного характера и тотчас исчезают, как только устраняется вызвавшее их внешнее обстоятельство;
2. Характер и интенсивность срочной адаптивной реакции точно соответствуют характеру и силе внешнего воздействия;
3. Срочными изменениями организм способен отвечать только на те внешние воздействия, которые по своему характеру, силе и времени действия не превышают физиологических возможностей.
Например, при двигательном действии в условиях высокой температуры может произойти перегревание организма, а в результате – тепловой удар. В этом случае сила и продолжительность действия неблагоприятного внешнего фактора превышают пределы адаптивных возможностей человеческого организма. Подобный же эффект можно представить себе и в связи с неадекватными адаптивным способностям физическими нагрузками, которые могут привести к заболеваниям сердца и травмам мышц и суставов.
Кумулятивная адаптация характеризуется такими приспособительными изменениями, которые возникают под влиянием регулярно повторяющихся внешних воздействий. Примерами кумулятивной адаптации могут служить такие явления, как приспособление к высокогорью у альпинистов, закаливание и повышение работоспособности под воздействием тренировки.
Приобретенные в результате кумулятивной адаптации свойства носят устойчивый характер и сохраняются некоторое время после прекращения серии внешних воздействий. Это сопровождается значительными морфологическими и функциональными преобразованиями на клеточном уровне и в деятельности различных систем организма и их взаимодействии.
Если процесс кумулятивной адаптации не подкрепляется новой серией аналогичных раздражителей, то организм теряет приобретенные свойства и снова приспосабливается к условиям «спокойной жизни». Из этого следует важный для понимания сущности тренировки вывод: тренировочный процесс не должен прерываться на длительное время, интервалы отдыха между сериями нагрузок должны быть оптимальными.
В процессе кумулятивной адаптации организм не только приобретает способность отвечать более быстрыми, точными и всеобъемлющими ответными реакциями на уровне имеющихся функциональных возможностей, но и существенно повышает уровень этих возможностей и оказывается в состоянии выполнить большой объем более интенсивной и сложной работы. Одним словом, происходит переход адаптированных систем организма в качественно новое состояние, т. е. прогрессивное повышение возможностей организма, его развитие.
Способностью к адаптации наделена каждая из 10–13 клеток организма, каждый орган, система и весь организм в целом.
Адаптационные возможности организма человека огромны. Длительное пребывание космонавтов в межпланетном пространстве, спортивные рекорды, обживание океанских глубин, способность долгое время жить без пищи, выдерживать холод и зной, ориентироваться в сложнейших ситуациях свидетельствуют о том, что организм может нормально действовать в необычном и непривычном для него режиме.
Механизм адаптации действует постоянно, мы просто этого не замечаем, особенно когда нет сбоев и отклонений. Однако возможности его не беспредельны, более того, у каждого человека они вариабельны в определенных пределах. Поэтому один человек быстро и легко приспосабливается к условиям работы и распорядку дня, другой же переносит приспособление труднее. Почему? Однозначно особенности адаптации объяснить нельзя, большое значение имеют генетические характеристики человека. Но это совсем не означает, что человек с рождения жестко «запрограммирован» на определенный резерв и диапазон адаптации. Установлено, что на адаптационные возможности влияют особенности жизни человека, характер его труда и отдыха.
В целом практически у всех людей в течение многих лет жизни формируется определенный уклад жизни и работы организма, который настраивается на постоянно повторяющиеся составляющие этого уклада. Организм как бы запоминает, в какое, например, время суток ему предстоит работать, в какое – отдыхать, принимать пищу и т. д. И не только запоминает, но и готовится, настраивает соответствующие системы.
Теперь еще об одной защитно-приспособительной функции. Сравнительно недавно считалось, что главная функция иммунитета – защита организма от инфекций. Ученые обнаружили, что эта важная функция отнюдь не единственная. Оказывается, иммунитет является своеобразным контролером постоянства внутренней среды.
Эту деятельность защитных сил называют иммунологическим надзором: организм необходимо защищать не только от внешних агрессоров, но и от внутренних, можно сказать от собственных ошибок.
Итак, наш организм – необычайно чуткая саморегулирующаяся система; но надежность, диапазон действия защитноприспособительных механизмов устойчивости не безграничен. Снижаются они с ослаблением организма, в связи с начинающейся болезнью, наличием каких-либо неблагоприятных условий, например с развитием вредных привычек (употребления алкоголя и наркотиков, курения и т. д.), а также с возрастом, и наоборот, повышаются разумной тренировкой и соблюдением здорового образа жизни.
2.5. Утомление при физической и умственной деятельности и средства их восстановления
Утомление возникает при недостаточности восстановительных процессов и проявляется в снижении работоспособности, нарушениях координации регуляторных механизмов и в ощущениях усталости.
С физиологической точки зрения при мышечной деятельности возникает особое состояние организма, называемое утомлением. Оно характеризуется временным снижением работоспособности. После соответствующего отдыха работоспособность вновь повышается.
Утомление играет важную биологическую роль, оно служит предупреждающим сигналом возможного перенапряжения рабочего органа или целого организма. Наряду с этим утомление, возникшее в процессе мышечной деятельности, является фактором, который обеспечивает усиление восстановительных процессов, мобилизацию энергетических ресурсов организма. Таким образом, благодаря утомлению происходит повышение работоспособности.
Утомление возникает как при локальной, так и при общей физической нагрузке. При общей физической нагрузке оно связано в большей степени с тем, что дыхание и кровообращение не обеспечивают энергетического баланса работающих органов и тканей и поэтому нарастает недовосстановление их функций, снижаются энергетические и регуляторные резервы.
Острое утомление возникает при работе значительной интенсивности, не соответствующей уровню непосредственной готовности организма к выполнению данной физической нагрузки.
Хроническое утомление является результатом коммуляции сдвигов в нервно-мышечной и вегетативных системах, возникающих при многократной утомительной работе. Оно появляется как результат недовосстановления резервов в органах и тканях целостного организма.
При длительной и достаточно напряженной работе наступает умственное утомление, при котором деятельность внешних органов чувств или чрезмерно повышается, или до крайности ослабляется.
При умственной работе утомление имеет в своей основе изменения активности и взаимодействия процессов возбуждения и торможения в нервных центрах, а также нарушения динамики кровообращения и кислородного обмена в коре больших полушарий и в других отделах ЦНС. Это приводит к расстройству в динамике условнорефлекторных механизмов как во второй, так и в первой сигнальных системах.
Различают две фазы утомления: компенсированную и некомпенсированную. В компенсированной фазе не происходит видимого снижения работоспособности. Работа осуществляется за счет напряженной деятельности многих систем организма, значительных изменений, происходящих в нервномышечном аппарате. Нередко высокая работоспособность сохраняется благодаря изменению структуры движений. Например, при беге на длинные дистанции уменьшается длина шага вследствие снижения силы мышечных сокращений, но зато указанный процесс восполняется увеличением темпа движений. Таким образом, за счет изменения структуры движений, т. е. посредством учащения шагов, удается на некоторое время поддержать достигнутую скорость.
Некомпенсированная фаза утомления характеризуется невозможностью поддерживать достигнутую скорость, при этом уменьшается и длина, и частота шагов.
Важным фактором противодействия утомлению является развитие выносливости и совершенствование спортивной техники. Рациональная техника способствует экономному сокращению мышц и наиболее полному расслаблению. При этом снижаются энерготраты на работу, что дает возможность длительно ее выполнять.
Немаловажным фактором в борьбе с утомлением является рациональное распределение сил в процессе мышечной деятельности. При этом равномерная работа менее утомительна, чем работа с переменным режимом деятельности.
В процессе восстановления большую роль играют педагогические, психологические и медико-биологические средства. Одним из них является так называемый активный отдых, значение которого впервые было установлено И. М. Сеченовым. Утомленные работой мышцы в его опытах быстрее восстанавливались не при полном покое организма, а при работе других групп мышц.
Для ускорения восстановительных процессов большое значение имеет массаж, психотренинг, водные процедуры, парная баня и т. д. Полноценный отдых невозможен без достаточного сна, расстройство которого отрицательно влияет на восстановление работоспособности.
Таким образом, борьба с утомлением связана с оптимальной физической активностью, переключениями в работе, активным отдыхом, использованием средств питания и физиотерапии, установлением строгого гигиенического образа жизни.
2.6. Работоспособность и взаимосвязь двигательной и умственной активности
Режим жизнедеятельности включает в себя учебу, тренировочные занятия, отдых, питание. Для понимания важности хорошо продуманного и строго выполняемого режима следует шире знать некоторые биологические явления в организме, связанные с его различной деятельностью. Вся живая природа функционирует по 24-часовому ритму. Суточному ритму подчинен и организм человека (независимо, спортсмен он или нет). Для функций отдельных органов и систем характерны определенные режимы.
Основным признаком ритмических процессов в организме, играющих огромную роль в его жизнедеятельности и способствующих экономному расходованию энергии, является их повторяемость. Расстояние между одинаковыми положениями двух колебаний носит название периода или цикла. Каждый цикл состоит из двух фаз. В одной из них процессы достигают своего максимума, в другой – минимума.
Биологические ритмические процессы могут протекать как на уровне клеток, так и на уровне организма в целом.
Суточный (циркадный) ритм выявлен более чем у 40 функций организма (содержание гормонов, гликогена в печени, кровообращения и т. д.). Дважды в сутки снижается работоспособность сердечной мышцы: около 13 ч и 21 ч. Наибольших величин частота сердечных сокращений достигает в 18 ч. Установлена суточная периодика температуры тела: максимальная величина в 18 ч, а минимальная – в 1–4 ч. В течение суток изменяются сила мышц и многие другие качества. На физические нагрузки организм человека реагирует по-разному в течение суток.
Исследованиями Н. А. Агаджаняна (1983) показано, что наиболее сильным по функциональным возможностям человек бывает с 8 до 12 ч и с 14 до 17 ч, однако при необходимости у него могут в любое время суток, благодаря волевому усилию, повыситься функциональные возможности (как следствие этого – спортивные результаты).
2.7. Гипокинезия и гиподинамия.
Их неблагоприятное влияние на организм
Гипокинезия сопровождается ограничением афферентных импульсаций – выпадением естественного потока проприоцентивной сигнализации и всего комплекса рецепторов, в норме активизирующих подкорковые образования (гипоталамус и ретикулярную формацию), а также тонус коры головного мозга. Роль рецепторов, однако, не ограничивается только пусковым механизмом формирования приспособительных реакций организма.
Рецепторы осуществляют также сигналы, корригирующие (исправляющие) в случае необходимости деятельность эффекторов после соответствующего афферентного синтеза. Влияние гипокинезии проявляется в сложных объективных электрофизиологических изменениях: электроэнцефалограммах (записи работы мозга), кожно-гальванической реакции (Мотылянская Р. Е., 1980) и в субъективных данных: снижении умственной работоспособности и памяти, эмоциональной неустойчивости.
В результате снижения функциональной нагрузки на генетический аппарат ключевых организмов (мозга, миокарда, скелетной мускулатуры) прекращается стимулирующее влияние продуктов распада АТФ (аденозинтрифосфорной кислоты) на её ресинтез. В связи с этим страдает пластический обмен – снижается продукция нуклеиновых кислот и белка (по схеме ДНК, РНК, белок), а в итоге уменьшаются размеры внутриклеточных образований – митохондрий, ослабляется тканевое дыхание. Снижение газообмена приводит к ослаблению вентиляционной функции лёгких, уменьшению использования кислорода, увеличению кислородного долга даже после небольших физических нагрузок.
Ограничение влияния гормонов на ферментативную активность сопровождается ослаблением неспецифического адаптационного синдрома, а следовательно, и неспецифической работоспособности и резистентности.
В связи с гипокинезией (гиподинамией) страдает сердечно-сосудистая система. Клинические ухудшения функционального состояния сердца были выявлены у лиц, которые в силу каких-либо обстоятельств вынуждены были находиться длительное время на постельном режиме (травмы, заболевания), а также у лиц, ведущих малоподвижный образ жизни в связи с характером профессий и привычкой мало двигаться. Изменения эти выражены в снижении величины ударного объема и мощности насосной функции сердца. Специфическим последствием гипокинезии являются структурные и функциональные изменения, обусловленные ограничением нагрузки на костно-двигательный аппарат.
Установлены существенные изменения минерального (особенно фосфорного и кальциевого) и белкового обмена в костях, сопровождающиеся повышенной их ломкостью. Дизрегуляторные изменения негативно влияют на возбудимость и координационные способности, статическую и динамическую силу мышц и их выносливость.
Контрольные вопросы
1. Воздействие природных и социально-экологических факторов на организм и жизнедеятельность человека.
2. Основы анатомии. Опорно-двигательный аппарат.
3. Физиологические механизмы и закономерности совершенствования отдельных систем организма. Сердечнососудистая система. Кровь. Сердце. Лимфатическая система. Дыхательная система. Обмен веществ.
4. Средства физической культуры и спорта, используемые в целях совершенствования функциональных возможностей организма.
5. Адаптация организма к мышечной деятельности.
6. Утомление при физической и умственной деятельности и средства их восстановления.
7. Работоспособность и взаимосвязь двигательной и умственной активности.
8. Гипокинезия и гиподинамия. Их неблагоприятное влияние на организм.
Рекомендуемая литература
1. Зайцева, И. П. Физическая культура: текст лекций / И. П. Зайцева, М. И. Симаков. – Ярославль: ЯрГУ, 2002. – 92 с.
2. Муравьев, А. А. Вопросы к экзамену по физической культуре: метод. указания / А. А. Муравьев. – Ярославль: ЯрГУ, 2005. – 44 с.
3. Зайцева, И. П. Теоретические аспекты физической культуры. Опорно-двигательный аппарат: метод. указания / И. П. Зайцева, О. Н. Зайцев. – Ярославль: ЯрГУ, 2008. – 92 с.