Физиологическое обоснование физических нагрузок

Физические упражнения оказывают разностороннее воздействие на все органы и системы организма.

Норвежский ученый Е. Асмуссен (1939 г.), изучая обмен веществ в скелетных мышцах в состоянии покоя и при физических нагрузках, установил, что при максимальных физических нагрузках обмен веществ активизируется в 50 раз по сравнению с состоянием покоя.

Мышечные волокна во время движений при усиленном притоке крови получают питательные вещества и кислород и усваивают их более полно, чем в состоянии покоя, а продукты обмена веществ быстрее выводятся из организма. Во время физической работы изменяется и химический состав мышц: в них накапливаются крайне необходимые для их активной деятельности вещества (белки, гликоген, ферменты), лучше используется кислород, приносимый кровью, ускоряются восстановительные процессы.

Постоянное упражнение мышц и повышенный обмен веществ в них делают мышцы эластичными, упругими, сильными, увеличивается их толщина и общая масса. Каждому известно, что хорошо развитая мускулатура придает телу человека стройность, красоту. Если же мышцы находятся в длительном покое, когда человек не выполняет физической работы или физических упражнений, физиологические процессы протекают в них вяло, возникает дефицит питания, мышцы уменьшаются в объеме, становятся слабыми, дряблыми. Особенно часто это можно наблюдать у людей пожилого возраста, которые не занимаются физическим трудом и лечебной гимнастикой, что создает условия для образования жировых отложений. Даже по внешнему виду можно узнать людей, которые занимаются физической культурой. У них стройная фигура, красивая осанка, ловкие движения и упругая походка.

Физические нагрузки изменяют основные показатели сердечно-сосудистой системы. Интегральным показателем функционального состояния сердечно-сосудистой системы является пульс. У здорового человека среднего возраста частота пульса составляет примерно 65 ударов в минуту, однако она зависит от многих факторов, таких как возраст, пол, положение тела в настоящий момент, состояние окружающей среды. Частота пульса, а значит, и сердцебиение, изменяется в течение суток. Во время сна пульс на 2—7 ударов реже, чем при бодрствовании; пульс учащается после приема пищи, при повышении температуры воздуха. Физическая нагрузка вызывает резкое учащение сокращений сердечной мышцы.

У человека, находящегося в состоянии покоя, в сосудах циркулирует не более 55—75% крови, вся остальная кровь не участвует в кровообращении и содержится в виде резерва в кровяных депо — селезенке, печени.

При мышечной работе почти вся депонированная кровь поступает в сосуды, а значит, доставляет и работающим мышцам больше кислорода и питательных веществ, при этом увеличивается выделение из организма вредных продуктов обмена.

Установлено также, что мышечная работа стимулирует функционирование кроветворных органов — печени, селезенки, костного мозга, улучшая качественный состав крови.

Во время физической деятельности максимальное артериальное давление повышается. При ритмичной работе в первые 1—2 мин. идет повышение давления, потом оно стабилизируется. После внезапного прекращения работы в первые 5—10 сек. давление падает и становится ниже исходного, затем поднимается до исходного и даже несколько выше. Минимальное артериальное давление изменяется мало и повышается только при большой физической нагрузке.

Другая картина наблюдается у пожилых людей. Поскольку сосуды у них гораздо менее эластичны, то максимальное артериальное давление в состоянии покоя обычно повышенное. Во время физической работы оно повышается значительно больше, чем у молодых.

При физических нагрузках резко изменяется кровоток в различных органах. Так, например, по данным Ж. Шеррера, кровоток в мышце в состоянии покоя равен 4 мл/мин на 100 г мышечной ткани, а при интенсивной динамической работе возрастает до 100—150 мл/мин на 100 г мышечной ткани. При больших физических нагрузках кровоток в мышцах увеличивается в 15—20 раз, а аэробный (кислородный) обмен возрастает в 100 раз за счет повышения усвоения кислорода с 20—25 до 80%.

Советские ученые В. В. Парин, Ф. 3. Меерсон установили, что при выполнении физической нагрузки резко увеличивается ударный объем сердца (УОС), т. е. количество крови, которое выбрасывает сердце в аорту (самый крупный сосуд, выходящий из сердца) за одно сокращение, и поднимается до стабильного уровня во время интенсивной ритмичной работы в течение 5—10 мин. Увеличение выброса крови сердцем происходит за счет более полного опорожнения желудочков, путем использования резервного объема крови.

Было установлено, что физические нагрузки увеличивают минутный объем сердца (МОС), т. е. количество крови, которое сердце выбрасывает в аорту за 1 мин. Эта величина зависит от частоты пульса и ударного объема крови. Например, за одно сокращение сердце выбрасывает в аорту 80 мл крови, частота сердечных сокращений, а значит и пульса, равна 70 в минуту, тогда минутный объем сердца будет (МОС = 70×80 = 5600 мл, или 5 л 60 мл).

На увеличение минутного объема крови оказывает влияние активное сокращение мышц при физической работе и сжатие в них вен (механизм мышечного насоса), что ведет к увеличению оттока венозной крови из мышц ног и усиленному притоку крови к правому желудочку сердца.

СтарениеПриводим таблицу распределения кровотока в покое и при физических нагрузках различной интенсивности (по данным Н. М. Амосова и Я. А. Бендета) (см. табл. 1).

При физической нагрузке более чем в 5 раз увеличивается кровоток в сосудах сердца. Известно, что потребление кислорода сердечной мышцей даже в состоянии покоя очень высокое (70—80%), а при физической работе оно возрастает за счет увеличения скорости кровотока в сосудах сердца, который регулируется уровнем обменных процессов в мышце сердца и величиной давления в аорте. Кровоток в мозговых сосудах при физических нагрузках увеличивается незначительно, а при большой физической работе даже снижается (с 13 % в покое до 3 %). В состоянии покоя кровообращение во внутренних органах (печень, почки, селезенка, желудочно-кишечный тракт) составляет около 50% минутного объема сердца, а при максимальной физической нагрузке снижается до 3 —4% минутного объема сердца. Например, кровоток в печени при тяжелой физической нагрузке снижается на 80%, в почках на 30—50%.

Такое перераспределение кровотока во внутренних органах при больших физических нагрузках необходимо, чтобы обеспечить наилучшее кровоснабжение работающих мышц, сердца, легких, а также для регуляции теплоотдачи.

При физической работе резко возрастает потребление кислорода работающими мышцами и сердцем, что обеспечивается за счет значительного увеличения легочной вентиляции. Известно, например, что у тренированных спортсменов во время максимальных нагрузок легочная вентиляция увеличивается в 20—25 раз по сравнению с покоем и достигает 150—200 мл/мин. Увеличение легочной вентиляции происходит за счет частоты дыхания. Если в состоянии покоя частота дыхания у здорового человека 16—18 в минуту, то при максимальной физической нагрузке — 60— 70 в минуту. Такую повышенную вентиляцию легких, или, как ее еще называют, гипервентиляцию, поддерживает раздражение дыхательного центра, вызванное высоким уровнем содержания углекислого газа и водородных ионов при значительной концентрации молочной кислоты в крови.

Научными исследованиями установлено, что максимальное потребление кислорода — важный физиологический показатель, который указывает на способность организма обеспечить кислородом работающие органы и ткани при предельной функциональной способности сердечно-сосудистой и дыхательной систем. У мужчин 18—20-летнего возраста оно достигает максимальных величин, а к 70 годам уменьшается вполовину по сравнению с 20 годами. У женщин максимальное потребление кислорода на 30% меньше, чем у мужчин. У тренированных спортсменов максимальное потребление кислорода составляет 4 л/мин у мужчин и 3 л/мин у женщин. У людей, ведущих малоподвижный образ жизни, с пониженной физической активностью потребление кислорода значительно меньше и составляет, по данным Г. Моно, 3,2 л/ мин у мужчин и 2,4 л/мин у женщин.

При физических нагрузках резко возрастают энергетические затраты, они выражаются в килокалориях (ккал) и относятся ко времени (ккал/мин, ккал/час, ккал/сутки).

Затраты энергии для взрослого человека в условиях основного обмена (когда человек не выполняет никакой физической нагрузки) составляют —1,25 ккал/мин, а за сутки 1700—1800 ккал. У женщин величина основного обмена на 50% ниже, чем у мужчин. Физическая нагрузка резко увеличивает потребность в энергетических затратах и колеблется от 800—900 ккал/сутки при канцелярской работе и до 4000—5000 ккал при тяжелой физической работе.