Физиологические изменения в организме при различных видах мышечной деятельности

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

Физиологические изменения в организме при различных видах мышечной деятельности

Физическая культура имеет целесообразную двигательную деятельность в форме физических упражнений, позволяющих эффективно формировать необходимые умения и навыки, физические способности, оптимизировать состояние здоровья и работоспособность. Физическая работоспособность - это потенциальные возможности человека выполнять физическое усилие (мышечную деятельность) без снижения заданного уровня функционирования организма, в первую очередь его сердечно-сосудистой и дыхательных систем. Физическая работоспособность определяется значительным числом факторов: физическим развитием и физической подготовленностью, психическим статусом и индивидуально-типологическими свойствами личности, биосоциальной адаптированностью, характером выполняемой работы, морфофункциональным состоянием различных органов и систем, активностью неспецифических адаптационных механизмов, адаптационным потенциалом и функциональными резервами, особенностями вегетативной регуляции, мотивацией и др. [1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11, 12, 13, 14].Физиологические изменения, возникающие в организме при различных видах мышечной деятельности, будут зависеть от вида работы (динамическая, силовая) и выполняемых движений [15].

Динамическая работа максимальной мощности длится от 10 до 30 секунд (бег на 60, 100 и 200 м, плавание на 25 и 50 м и т.д.). Энергия, необходимая для сокращения мышц, освобождается анаэробным путем, так как поглощение кислорода за такой короткий промежуток времени не успевает существенно измениться. Восстановление аденозинтрифосфорной кислоты (АТФ) происходит за счет расщепления креатин фосфата и анаэробного расщепления глюкозы. Энерготраты в единицу времени составляют 4 ккал/с, а суммарный расход энергии - всего 80 ккал. Во время работы (например, бег на 100 м) общий кислородный запрос равен 7-8 л (в пересчете на 1 мин - 40 л), а удовлетворяется он незначительно - на 4-10%. Непосредственно во время бега спортсмен успевает поглотить 300-500 мл кислорода, поэтому величина кислородного долга составляет 6,5-7,5 л. Непродолжительное время работы недостаточно для заметных сдвигов в дыхательной и сердечно-сосудистой системах. Поэтому, отмечаемые на финише коротких дистанций частота сердечных сокращений (ЧСС) 150-200 уд/мин и систолическое артериальное давление (АД) 150-180 мм рт. ст. относят за счет высокого уровня предстартового возбуждения.

Основная нагрузка при динамической работе максимальной мощности ложится на центральную нервную систему (ЦНС) и двигательный аппарат. Работа, выполняемая с максимальной скоростью, требует максимальной частоты движений. При этом ЦНС посылает к мышцам частые и сильные импульсы. От мышц к нервным центрам также отправляется мощный поток афферентных импульсов. В результате такой напряженной работы лабильность двигательных нервных центров быстро снижается; сила и частота импульсов, поступающих к мышцам, уменьшается; понижается содержание АТФ и креатинфосфата (возникает алактатныйкислородный долг). Это ведет к снижению работоспособности, падению скорости передвижения и является основной причиной утомления при работе максимальной мощности.

При работе максимальной мощности главными энергетическими резервами являются запасы АТФ и креатинфосфата, анаэробный гликолиз, скорость ресинтезаАТФ, а функциональными резервами - способность нервных центров поддерживать высокий темп активности, мышечных волокон быстро сокращаться и расслабляться; скорость медиаторного обмена, определяющая предельную скорость правильность передачи информации в нервной системе от нерва к мышце. Гуморальные механизмы регуляции функций существенного значений при данной работе не имеют. При работе максимальной мощности мобилизуются и расширяются резервы силы и быстроты. Восстановительный период после выполнения скоростной работы длится в среднем 30-40 минут. При этом восстановление различных функций происходит гетерохронно. Например, после бега на 100 м АД возвращается к исходному уровню через 1-20 мин, а ЧСС и поглощение кислорода - лишь через 30-40 минут.

Динамическая работа субмаксимальной мощности продолжается от 20-30 секунд до 3-5 мин (бег на средние дистанции - 400, 800, 1000 и 1500 м, плавание на дистанции 100, 200 и 400 м, скоростной бег на коньках на 500, 1000, 1500 и 3000 м, велогонки на 1000 м, гребля на 500, 1000 м и др.). Источником энергии, обеспечивающей сокращение мышц при такой работе, являются как анаэробные, так и аэробные процессы. Расход энергии в единицу времени составляет 0,6-1,5 ккал/с, а суммарный расход - от 150 до 450 ккал. Во время работы субмаксимальной мощности поглощение кислорода значительно увеличивается и к концу прохождения дистанции может достигать 5-5,5 л. Суммарный кислородный запрос при этом виде работы больше, чем при работе максимальной мощности, а минутный запрос меньше, там как мощность работы ниже. Например, при беге на 800 м общий кислородный запрос может достигать 30 л. Так как значительная часть кислорода, необходимого для ресинтеза АТФ поглощается во время бега, кислородный долг в данном случае составляет 50-85% кислородного запроса (около 20 л). Увеличенное поглощение кислорода обеспечивается за счет учащения и углубления дыхания, повышения легочной вентиляции до 90-150 л/мин, минутного объема крови до 25-30 л. При такой работе резко возрастает потребление кислорода работающими мышцами. В оттекающей от них крови содержание кислорода снижается почти до нуля, тогда как в состоянии покоя венозная кровь содержит 12-13% кислорода.

Под влиянием работы субмаксимальной мощности происходят максимальные сдвиги в деятельности сердечно-сосудистой и дыхательной систем. ЧСС увеличивается до 180-200 уд/мин, систолическое АД - до 180-220 мм рт. ст. Значительным изменениям подвергаются и функции почек. В моче увеличивается содержание молочной кислоты, часто в ней появляется белок, что обусловлено временным нарушением функции почечного эпителия в результате недостаточного кровоснабжения почек, их кислородного голодания. Работа субмаксимальной мощности предъявляет очень высокие требования к ЦНС, так как большая частота нервных импульсов, обеспечивающих деятельность скелетных мышц, должна поддерживаться относительно длительное время. Торможение, развивающее в нервных центрах, является одной из причин, ограничивающих работоспособность на средних дистанциях. Кроме того, в развитии утомления при такой работе играют роль возникновение значительного кислородного долга, увеличение концентрации молочной кислоты в крови. Функциональными резервами при работе субмаксимальноймощности являются буферные системы организма и резервная щелочность крови (резервы поддержания гомеостаза); усиление работы сердечно-сосудистой, дыхательной систем и системы крови. Значимыми остаются гликолиз выносливость нервных центров к интенсивной работе в условиях гипоксии. Большое значение имеет не только нервная, но и гуморальная регуляция функций.

Восстановительный период после работы субмаксимальной мощности длится обычно 1-1,5 часа. Погашение алактатной части кислородного долга происходит достаточно быстро (в течение нескольких минут), что связано с ресинтезом АТФ и креатинфосфата. Погашение лактатной части кислородного долга обусловлено скоростью окисления молочной кислоты и ее количеством.

Динамическая работа большой мощности продолжается от 5-6 до 20-30 мин (бег на 3000, 5000 и 10000 м, плавание 800 и 1500 м, бег на коньках на 5000 и 10000 м, лыжные гонки на 5 и 10 км, гребля на 1,5 и 2 км, велогонки на 10 20 км и др.). Во время такой работы деятельность сердечно-сосудистой и дыхательной систем успевает полностью мобилизоваться для обеспечения работающих мышц кислородом. Однако величина минутного кислородного запроса превышает возможность его удовлетворения.

При работе большой мощности после окончания периода врабатывания поглощение кислорода устанавливается на постоянном уровне, близком к максимальному потреблению кислорода (МПК) спортсмена, т.е., возникает устойчивое состояние. Но это устойчивое состояние не является истинным, поскольку кислородный запрос при этом полностью не удовлетворяется, так как постепенно образуется и накапливается кислородный долг. Например, при беге на 5000 м с результатом около 13,5 мин кислородный запрос составляет 7,2 л/мин. Тренированный человек при этом может поглощать не более 5,9 л/мин кислорода. Следовательно, на каждой минуте бега образуется 1,3 л кислородного долга и к концу дистанции он может достигнуть 17-18 л. Таким образом, при динамической работе большой мощности немаловажное значение имеют и аэробная и анаэробная производительность, но последняя играет меньшую роль, чем при работе субмаксимальной мощности. Кислородный долг в данном случае не превышает 10-30% от кислородного запроса (12-15 л).

При работе большой мощности в результате гуморальной регуляции происходят следующие изменения: ЧСС увеличивается до 180 уд/мин, минутный объем крови (МОК) увеличивается до 30-35 л/мин, а систолический объем крови (СОК) до 150-200 мл, минутный объем дыхания (МОД) увеличивается до 150 л/мин. Усиливается потоотделение, а с ним - удаление тепла и молочной кислоты. Расход энергии в единицу времени составляет 0,4-0,5 ккал/с, суммарные энерготратыдостигают 750-900 ккал. Изменения состава крови и мочи аналогичны тем, которые наблюдаются при работе субмаксимальной мощности.

Основная нагрузка ложится на сердечно-сосудистую, дыхательную системы, системы крови, терморегуляции и желез внутренней секреции. Причины утомления при работе большой мощности примерно те же, что и при работе субмаксимальной мощности. Но здесь меньшую роль играет изменение внутренней среды организма и приобретает больший вес фактор длительности работы. Физиологические резервы при работе большой мощности те же, что и при субмаксимальной работе, но первостепенное значение приобретают резервы, определяющие мощность и устойчивость механизмов поддержания гомеостаза: обеспечение высокого уровня работы автономной нервной системы (АНС), оптимальное перераспределение крови, резервов воды и механизмов физической терморегуляции, а также возможность волевого преодоления нарастающего утомления за счет активирующих механизмов мозга. Ряд авторов считают энергетическими резервами такой работы не только аэробные, но и анаэробные процессы, а также метаболизм жиров.

Восстановительный период длится несколько часов. Иногда восстановление отдельных физиологических функций затягивается до суток и даже более. Период восстановления характеризуется восстановлением АТФ и креатинфосфата, нормализацией кислородной задолженности, гликогена, некоторых физиологических, биохимических и психофизиологических констант. Восстановительные процессы гетерохронны: погашение алактатной и лактатной частей кислородного долга происходит неодновременно.

Динамическая работа умеренной мощности продолжается от 30 мин до нескольких часов. Сюда относят бег на сверхдлинные дистанции - 20, 30 км, марафонскую дистанцию (42195 м), спортивную ходьбу от 10 до 50 км, шоссейные велогонки на 100 км и более, лыжные гонки на 15, 30, 50 км и более, греблю на байдарках и каноэ на 10000 м, сверхдлинные заплывы. Одним из условий выполнения длительной работы является истинное устойчивое состояние, т.е. наличие почти полного соответствия между кислородным запросом и его удовлетворением непосредственно при мышечной дельности. Кислородный запрос при этой работе не превышает 2,5-4 л/мин, что ниже максимального потребления кислорода тренированных спортсменов (70-80% от МПК). В связи с этим кислородный долг при работе умеренной мощности невелик (не более 5 л) и образуется только в начале работы (период срабатывания), при ускорениях, преодолении подъемов на дистанции и финишировании. ЧСС при длительной работе колеблется в пределах 150-180 уд/мин; систолическое АД достигает 150-180 мм рт. ст., СОК, в покое равный 60-80 мл, в начале работы увеличивается до 100-130 мл. Когда потребление кислорода достигает 40% от МПК, увеличение СОК прекращается, и МОК растет только за счет учащения сердцебиений, достигая 18-25 л. Это явление наблюдается и при работе большой мощности. Энерготраты в единицу времени невысоки - до 0,3 ккал/с, зато суммарные энерготраты огромны - до 2000-3000 ккал и более. При длительной работе умеренной мощности концентрация молочной кислоты в крови практически не превышает норму - около 4 ммоль/л. Содержание глюкозы резко уменьшается почти в 2 раза, наблюдается гипогликемия. Это резко нарушает функции ЦНС, координацию движений, ориентацию в пространстве, а в тяжелых случаях вызывает потерю сознания. Количество мочи вследствие обильного потоотделения и большой потери влаги путем испарения водяных паров с поверхности дыхательных путей уменьшается. Иногда наступает временная анурия. Нередко в моче появляется белок, а в некоторых случаях и эритроциты. При такой работе характерно значительное усиление функций желез внутренней секреции, особенно надпочечников.

Работоспособность при работе умеренной мощности огранивается, прежде всего, тем, что в ЦНС под влиянием многократного, монотонного повторения импульсов от одних и тех же мышц развивается охранительное торможение, снижающее возбудимость и лабильность нервных клеток, то предохраняет нервные клетки от разрушения и гибели. Развитию утомления способствует уменьшение в организме общих энергетических запасов (гликогена и др.). Основными физиологическими резервами при данной работе являются резервы глюкозы, воды, солей и механизмы их мобилизации; механизмы, обеспечивающие использование жиров в качестве источников энергии; механизмы поддержания гомеостаза (терморегуляции, водного, солевого и углеводного обмена); функциональная устойчивость ЦНС к монотонии, противостоящая развитию охранительного торможения.

Восстановление продолжается несколько часов и даже суток. В этот период нормализуется большинство физиологических и биохимических показателей организма, удаляются продукты обмена веществ, восстанавливаются водно-солевой баланс, гормоны и ферменты.

Силовая работа может быть собственно силовой и скоростно-силовой.

Собственно силовая работа осуществляется за счет нарастания напряжения мышц при относительно небольшой скорости их сокращения. Спортсмен должен одновременно включить в работу максимальное количество двигательных единиц. Примером такой работы может служить выжимание штанги, подъем силой на кольцах. Движение должно быть строго координировано и точно рассчитано по времени.

Скоростно-силовая работа характеризуется мгновенным нарастанием мышечного сокращения. Существенна не только сила, развиваемая в движении, но и скорость мышечного сокращения. Такая работа выполняется при толканиях и метаниях легкоатлетических снарядов, нанесении ударов в боксе и рукопашном бое, рывке и толчке штанги. Для нее характерна строгая координация в работе мышц и концентрация работы максимального количества двигательных единиц в момент броска, толчка или удара.

В связи с небольшой длительностью силовой работы при ее выполнении не происходит значительных изменений дыхания и кровообращения. Суммарные энергетические затраты невелики, так как в этих упражнениях сочетается динамическая и статическая работа анаэробного (прыжки, метания) или анаэробно-аэробного характера (вольные упражнения в гимнастике и др.), которые по длительности выполнения соответствуют зонам максимальной и субмаксимальноймощности. Кислородный запрос и кислородный долг (примерно 2 л) невелики. Выполнение упражнений требует отличной координации, пространственной и временной точности движений. Большое значение имеет деятельность ЦНС и сенсорных систем: зрительной, слуховой, двигательной и вестибулярной.

Основными физиологическими резервами при ациклической работе являются резервы проявления силы и быстроты (скорости). К ним относятся: включение дополнительных двигательных единиц, синхронизация возбуждения двигательных единиц в мышце, своевременное вытормаживание мышц-антагонистов, координация (синхронизация) сокращения мышц-антагонистов, увеличение энергетических ресурсов мышечных волокон, быстрота сокращения и расслабления мышечных фибрилл.

Среди видов движений выделяют прицельные и нестандартные.

Прицельные (точностные) движения не сопряжены с большими мышечными усилиями. Они требуют хорошей остроты зрения, хорошего глубинного зрения, высокой проприоцептивной чувствительности, четкой координации движений. Для точной стрельбы необходимы не только координация работы внешних мышц глаза, но и торможение всех мелких лишних движений конечностей и корпуса, хорошая координация движений с дыханием во избежание нарушения точности движений прицеливания и стрельбы. Прицельные движения не вызывают значительных энерготрат, сдвигов в функциях АНС и терморегуляции. Прицельные движения входят также в ряд спортивных игр.

Нестандартные (ситуационные) движения включают спортивные игры (баскетбол, волейбол, теннис, футбол, гандбол, хоккей и др.), единоборства (бокс, борьба, фехтование), горнолыжный спорт, кроссы. Нестандартность с физиологической точки зрения сводится к невозможности выработки стереотипа соревновательной ситуации. Всегда имеется выраженное эмоциональное напряжение. В этих видах спорта необходимы постоянная оценка внешней ситуации, творческая деятельность мозга, выраженные процессы экстраполяции. Движения носят скоростно-силовой характер, по структуре они преимущественно ациклические, отдельные приемы могут автоматизироваться, но навыки весьма вариативны. Характерной особенностью таких движений является постоянная смена мощности работы. Усиление функций организма непрерывно чередуется с периодами относительного, а иногда и полного отдыха. Поэтому уровень деятельности дыхательной и сердечно-сосудистой систем при такой работе все время меняется. Например, поглощение кислорода у баскетболистов во время игры колеблется от 2 до 5 л/мин, ЧСС в отдельные моменты может нарастать до 200 и более уд/мин.

Литература

физический мышца работоспособность

1. Bulatetskiy S. Reaction of nonspecific adaptation mechanisms to increase breathing resistance in groups with different levels of physical fitness / Bulatetskiy S., Byalovskiy Yu., Glushkova E. // Norwegian Journal of development of the International Science/ 2017. №3. Vol. 1. P. 54-61.

2. Булатецкий, С.В. Критериальные особенности вариабельности сердечного ритма при психоэмоциональной пробе в группах с различной степенью выраженности формируемых профессионально важных качеств / С.В. Булатецкий // Вестник Харьковского национального университета имени В.Н. Каразина. Серия Медицина. 2003. - №5 (581). С. 23-27.

3. Булатецкий, С.В. Психофизиологические механизмы системной организации биосоциальной адаптации курсантов образовательного учреждения МВД России к профессиональному обучению / С.В. Булатецкий // Российский научный журнал. 2013. №1 (32). С. 101-107.

4. Булатецкий, С.В. Системный анализ процесса адаптации к обучению курсантов образовательного учреждения МВД России: Автореф. дис. … канд. мед. наук. - Рязань, 2001. 23 с.

5. Булатецкий, С.В. Физиологические механизмы успешности профессиональной подготовки курсантов образовательных учреждений МВД России: Автореф. дис…. докт. мед. наук. Рязань, 2008. 48 с.

6. Булатецкий, С.В. Влияние типа вегетативной регуляции сердечного ритма на физическую выносливость организма / С.В. Булатецкий, Ю.Ю. Бяловский // Вестник новых медицинских технологий, 2001. Т. 8. №2. С. 58-61.

7. Булатецкий, С.В. Влияние уровня интеллекта на корреляционные взаимосвязи спектральных параметров ритма сердца / С.В. Булатецкий, Ю.Ю. Бяловский // Вестник Харьковского национального университета имени В.Н. Каразина. Серия Медицина. 2003. №5 (581). С. 27-31.

8. Булатецкий, С.В. Некоторые аспекты анализа вариабельности сердечного ритма в изучении адаптивных процессов у спортсменов / С.В. Булатецкий, Ю.Ю. Бяловский // Вестник новых медицинских технологий, 2000. Т. 7. №1. С. 129-132.

9. Булатецкий, С.В. Физическая подготовка. Курс лекций / С.В. Булатецкий, А.П. Вяткин, Н.О. Барабанов, В.А. Трепалин, С.И. Рабазанов. Рязань, 2016. 198 с.

10. Бяловский, Ю.Ю. Неспецифические адаптационные механизмы в оптимизации тренирующих и реабилитационных мероприятий / Ю.Ю. Бяловский, С.В. Булатецкий, В.Н. Абросимов. Рязань, 2006. 384 с.

11. Глушкова, Е.П. К вопросу о методах оценки и прогнозирования функциональных резервов организма по результатам математического анализа ритма сердца / Е.П. Глушкова, С.В. Булатецкий // Российский научный журнал. 2015. №3 (46). С. 299-304.

12. Трепалин, В.А. Физическая подготовка (раздел боевые приемы борьбы) для курсантов и слушателей / В.А. Трепалин, А.П. Вяткин, Н.О. Барабанов, С.И. Жуков. Рязань, 2015. 107 с.

13. Чернышов, В.И. Начальная профессиональная подготовка сотрудников органов внутренних дел (Введение в модули): учебно-методическое пособие / Н.М. Демко, Ю.В. Гаврилов, И.И. Дмитренко, В.В. Акимов, Д.И. Архипов, А.И. Попов, И.В. Хамидова, Э.Ю. Бадальянц, Г.С. Шкабин, Е.А. Сусло, Р.М. Мелтонян, А.С. Ханахмедов, С.В. Булатецкий, Д.В. Гордеев, В.М. Флоча, В.А. Трепалин, Г.В. Ищук, Д.В. Саратовский, С.А. Чернов, Д.Е. Некрасов / под общ. ред. проф. В.И. Чернышова. Москва, 2011. 364 с.

14. Трепалин, В.А. Физическая подготовка: организация самостоятельных занятий курсантов и слушателей по разделу «боевые приемы борьбы» / В.А. Трепалин, А.П. Вяткин, Н.О. Барабанов, С.И. Жуков. Рязань, 2016. 27 с.

15. Булатецкий, С.В. Психофизиология физической подготовки и спорта / С.В. Булатецкий. Рязань, 2008. 62 с.

Размещено на Allbest.ru