Реклама на портале

Функциональные системы организма

Отправить свою хорошую работу в базу знаний просто. Используйте форму, расположенную ниже

хорошую работу на сайт">

Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.

Размещено на http://www.allbest.ru/

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

ПРОФЕССИОНАЛЬНЫЙ ИНСТИТУТ УПРАВЛЕНИЯ

Реферат на тему:

"Функциональные системы организма"

Выполнил: Потапов М.А.

Введение

Заключение

Список используемой литературы

Введение

Функциональные системы организма -- динамические, саморегулирующиеся центрально-периферические организации, обеспечивающие своей деятельностью полезные для метаболизма организма и его приспособления к окружающей среде результаты.

Для достижения полезных для организма результатов в функциональных системах избирательно объединяются элементы разных уровней. В организме это ткани различных органов, механизмы нервной и гуморальной регуляции. Регуляторные взаимоотношения, свойственные функциональным системам, обеспечивают необходимую адаптивную устойчивость результатов их деятельности и взаимосодействие отдельных элементов для достижения полезных результатов для всего организма в целом. Их роль могут выполнять результаты метаболических реакций в тканях, а также различные показатели внутренней среды организма, обеспечивающие разные стороны метаболических процессов; результаты поведенческой деятельности, удовлетворяющие ведущие биологические потребности живых существ в воде, пище, размножении, избегании опасности и т.д.; достижение животными результатов стадной групповой деятельности (популяционные функциональные системы); удовлетворение биологических потребностей, получение образования, удовлетворение духовных потребностей, защиту общества и т.д., то есть на достижение человеком социально значимых результатов (специальные функциональные системы социального уровня).

Функциональные системы поведенческого и особенно психического уровня, как правило, складываются по мере формирования у субъектов специальных потребностей и формируются в значительной степени в процессе обучения. Избирательное становление функциональных систем и их отдельных частей в процессе онтогенеза получило название системогенеза.

Общим принципом динамической организации функциональных систем является принцип саморегуляции. Отклонение результата деятельности функциональных систем от уровня, обеспечивающего оптимальную жизнедеятельность организма, стимулирует активность в рамках функциональных систем цепи процессов, направленных на возвращение этого результата к оптимальному уровню.

Любая функциональная система имеет принципиально однотипную организацию и включает общие (универсальные для разных функциональных систем), периферические и центральные узловые механизмы. К ним относятся: полезный приспособительный результат как ведущее звено функциональных систем; рецепторы результата; обратная афферентация, идущая от рецепторов результата в центральные образования функциональных систем; центральная архитектоника, представляющая собой избирательное объединение нервных элементов различных уровней; исполнительные (соматические, вегетативные, эндокринные, а также поведенческие) компоненты.

Цель работы - исследование строения, деятельности функциональных систем организма.

1. Особенности и принципы функциональных систем

Объединение всех узловых механизмов и функциональных систем определяет полезный для организма результат деятельности. Любое изменение результата, так же как и его оптимальное состояние, постоянно воспринимается соответствующими рецепторами. Сигнализация (обратная афферентация), возникающая в рецепторах, поступает в соответствующие нервные центры и избирательно вовлекает в функциональные системы элементы различных уровней для построения исполнительной деятельности, направленной на восстановление потребного для организма результата.

Исходной стадией системной архитектоники целенаправленного поведенческого акта любой степени сложности является стадия афферентного синтеза. На этой стадии в центральной нервной системе осуществляется синтез возбуждений, обусловленных внутренней метаболической потребностью, обстановочной и пусковой афферентацией с постоянным использованием генетических и индивидуально приобретенных механизмов памяти. Стадия афферентного синтеза заканчивается стадией принятия решения, которая по своей физиологической сущности означает ограничение степеней свободы поведения и выбор какой-либо единственной линии поведения, направленного на удовлетворение сформированной на стадии афферентного синтеза ведущей потребности организма.

Следующей стадией в динамике последовательного развертывания поведенческого акта, которая осуществляется одновременно с формированием целенаправленного действия, является стадия предвидения потребного результата -- акцептор результата действия; поведенческий акт заканчивается, если достигнут полноценный результат, удовлетворяющий исходную потребность организма. В противном случае, если параметры достигнутых результатов не соответствуют свойствам акцептора результата действия, возникает ориентировочно-исследовательская реакция, перестраивается стадия афферентного синтеза, принимается новое решение и поведенческий акт осуществляется в новом, необходимом для удовлетворения исходной потребности направлении.

Одним из ведущих принципов построения функциональных систем организма является так называемый голографический принцип. Каждый элемент, включенный в деятельность функциональных систем, отражает в своей активности состояние ее конечного результата. Иными словами, именно в деятельности отдельных элементов функциональных систем отражается исходная потребность организма и ее удовлетворение.

Взаимодействие отдельных функциональных систем в целом организме и в популяциях строится на основе принципов доминирования и многосвязного регулирования по конечным результатам. Доминирование отдельных функциональных систем в организме определяется механизмами доминанты и означает, что в каждый данный момент времени деятельностью организма завладевает ведущая функциональная система, обеспечивающая удовлетворение главной для выживаемости, продления рода или общественного престижа потребности.

Принцип многосвязного регулирования означает взаимодействие разных функциональных систем по их конечным результатам, что нередко определяет их обобщенную деятельность в интересах целого организма. Примером такой деятельности различных функциональных систем является гомеостаз.

В целостном организме проявляется еще один принцип динамической организации функциональных систем -- принцип последовательного квантования жизнедеятельности. Процессы гомеостаза и поведения в их континууме расчленяются деятельностью функциональных систем на дискретные элементы (кванты), каждый из которых заканчивается полезным для организма результатом.

Функциональные системы -- объективно существующие организации, определяющие интегративные целостные функции организма, взаимодействие организмов между собой и с окружающей средой. За счет саморегуляции функциональных систем обладают способностью к самоорганизации.

Целостный организм в каждый данный момент времени представляет слаженное взаимодействие -- интеграцию по горизонтали и вертикали различных функциональных систем на основе их иерархического, многосвязного одновременного и последовательного взаимодействия, что в конечном счете определяет нормальное течение физиологических процессов. Нарушение этой интеграции, если оно не компенсируется специальными механизмами, ведет к заболеванию и гибели организма.

метаболизм адаптация физический мышца

2. Функциональные системы организма

Скелет -- комплекс костей, различных по форме и величине. У человека более 200 костей (85 парных и 36 непарных), которые в зависимости от формы и функции делятся на: трубчатые (кости конечностей); губчатые (выполняют в основном защитную и опорную функции -- ребра, грудина, позвонки и др.); плоские (кости черепа, таза, поясов конечностей); смешанные (основание черепа). При систематическом выполнении значительных по объему и интенсивности статических и динамических упражнений кости становятся более массивными.

Скелет человека состоит из позвоночника, черепа, грудной клетки, поясов конечностей и скелета свободных конечностей. Все кости скелета соединены посредством суставов, связок и сухожилий. Суставы -- подвижные соединения, область соприкосновения костей в которых покрыта суставной сумкой из плотной соединительной ткани, срастающейся с надкостницей сочленяющихся костей. Опорно-двигательный аппарат состоит из костей, связок, мышц, мышечных сухожилий. Основные функции -- опора и перемещение тела и его частей в пространстве.

Мышечная система представлена двумя видами мускулатуры: гладкая (непроизвольная) и поперечно-полосатая (произвольная). Гладкие мышцы расположены в стенках кровеносных сосудов и некоторых внутренних органах. Они сужают или расширяют сосуды, продвигают пищу по желудочно-кишечному тракту, сокращают стенки мочевого пузыря. Поперечно-полосатые мышцы -- это все скелетные мышцы, которые обеспечивают многообразные движения тела.

Скелетные мышцы входят в структуру опорно-двигательного аппарата, крепятся к костям скелета и при сокращении приводят в движение отдельные звенья скелета, рычаги. Они участвуют в удержании положения тела и его частей в пространстве, обеспечивают движения при ходьбе, беге, жевании, глотании, дыхании и т.д., вырабатывая при этом тепло. Скелетные мышцы обладают способностью возбуждаться под влиянием нервных импульсов. Возбуждение проводится до сократительных структур (миофибрилл), которые, сокращаясь, выполняют определенный двигательный акт -- движение или напряжение.

В процессе мышечного сокращения потенциальная химическая энергия переходит в потенциальную механическую энергию напряжения и кинетическую энергию движения.

Сокращение и напряжение мышцы осуществляется за счет энергии, освобождающейся при химических превращениях, которые происходят при поступлении в мышцу нервного импульса или нанесении на нее непосредственного раздражения. Химические превращения в мышце протекают как при наличии кислорода (в аэробных условиях), так и при его отсутствии (в анаэробных условиях). Первичным источником энергии для сокращения мышцы служит расщепление АТФ. Из каждой грамм-молекулы АТФ освобождается 10 000 кал. Запасы АТФ в мышце незначительны и, чтобы поддерживать их деятельность, необходим непрерывный ресинтез АТФ. Он происходит за счет энергии, получаемой при распаде креатинфосфата (КрФ) на креатин (Кр) и фосфорную кислоту (анаэробная фаза). При этом на каждый моль КрФ освобождается 46 кДж.

Костная и мышечная системы составляют опорно-двигательный аппарат человека. Мышцы, обладающие сократительной способностью, являются основным активным элементом, тогда как костной системе отведена лишь пассивная роль.

Мышечной системой принято называть совокупность мышц и мышечных пучков, объединенных, как правило, соединительной тканью. Мышечная система отсутствует у одноклеточных и губок но, тем не менее, прекрасно развита у позвоночных, у которых она составляет 1/3 - 1/2 массы тела. Ее основные функции - осуществление движения организма, поддержание равновесия тела. Также она отвечает за дыхательные движения и транспортировку пищи и крови внутри организма. В тканях мышечной системы химическая энергия трансформируется в механическую и тепловую энергии. Мышечная система человека состоит из 600 скелетных мышц, объединенных в функциональные группы: сгибание/разгибание, приведение/отведение и т.д. Пучки мышечных волокон, окруженные тонкой соединительно-тканной оболочкой, обычно располагаются параллельными рядами. Длина мышцы зависит от длины мышечных волокон. Сама мышца покрыта более плотной оболочкой, называемой фасцией. В разрезе мышца напоминает многожильный кабель, где каждый "провод" надежно изолирован друг от друга. Мышцы прикрепляются к двум различным костям, как бы образуя таким образом "рычаг". Сокращение мышцы сопровождается ее укорочением, когда точки с прикрепленными к ним мышцами начинают сближаться. Особую группу составляют мимические мышцы лица. Одним концом они крепятся к костям лицевого черепа, а другим - к коже. Мышечная ткань активно сокращается под влиянием нервной системы и ряда веществ. Принято выделять два типа этой ткани, различных по строению - гладкую (неисчерченную) и поперечно-полосатую (исчерченную). Особенностью гладкой мышечной ткани является ее клеточное строение. Она образует мышечные оболочки стенок внутренних органов (кишечника, матки, мочевого пузыря и др.), кровеносных и лимфатических сосудов. Поперечно-полосатая мышечная ткань является основным структурно-функциональным элементом скелетной мышцы. Поперечная исчерченность, различимая лишь под микроскопом, объясняется строением миофибриллы - сократительного элемента мышечного волокна. Движение является одним из актуальных условий нормального развития и существования человека. Оно влияет не только на формирование структур, но и обеспечивает большинство функций организма. Сложные движения стимулируют работу головного мозга и положительно влияют на психическое и интеллектуальное развитие. Отметим, что в тесном взаимодействии с движением находятся мышление, высшие формы анализа и развитие памяти. Гиподинамия или дефицит движения вызывает болезненное состояние, которое обычно выражается в нарушениях обмена веществ, снижении регулирующей и координирующей способностей нервной системы, а также ослаблении защитных функций организма. Гиподинамия является не менее важной причиной нарушений в деятельности сердца и легких, снижения функций эндокринной системы, осуществляющей вместе с нервной системой регуляцию процессов в организме человека. Сокращение скелетных мышц делает движение возможным. Параллельно оно улучшает крово- и лимфообращение, микроциркуляцию, обменные процессы в органах и тканях. Движение значительно влияет на развитие и форму костей с прикрепленными к ним мышцами. Сокращение не только стимулирует мышечную ткань, но и оказывает серьезнейшее воздействие на ее прогресс, увеличение массы и формирование мышечной структуры. У взрослого мужчины среднего роста мышечная масса составляет 29-30 кг, у женщины - не более 16-18 кг.

Кровь -- жидкая ткань, циркулирующая в кровеносной системе и обеспечивающая жизнедеятельность клеток и тканей организма в качестве органа и физиологической системы. Она состоит из плазмы (55--60%) и взвешенных в ней форменных элементов: эритроцитов, лейкоцитов, тромбоцитов и других веществ (40--45%); имеет слабощелочную реакцию (7,36 рН).

Эритроциты -- красные кровяные клетки заполнены особым белком -- гемоглобином, который способен образовывать соединение с кислородом (оксигемоглобин) и транспортировать его из легких к тканям, а из тканей переносить углекислый газ к легким, осуществляя таким образом дыхательную функцию. Лейкоциты -- белые кровяные тельца, выполняют защитную функцию, уничтожая инородные тела и болезнетворные микробы (фагоцитоз). В 1 мл крови содержится 6--8 тыс. лейкоцитов. Тромбоциты (а их содержится в 1 мл от 100 до 300 тыс.) играют важную роль в сложном процессе свертывания крови. В плазме крови растворены гормоны, минеральные соли, питательные и другие вещества, которыми она снабжает ткани, а также содержатся продукты распада, удаленные из тканей.

Сердечно-сосудистая система состоит из сердца и кровеносных сосудов. Сердце -- главный орган кровеносной системы -- представляет собой полый мышечный орган, совершающий ритмические сокращения, благодаря которым происходит процесс кровообращения в организме. Деятельность сердца заключается в ритмичной смене сердечных циклов, состоящих из трех фаз: сокращения предсердий, сокращения желудочков и общего расслабления сердца.

Сердце -- автономное, автоматическое устройство. Однако его работа корректируется многочисленными прямыми и обратными связями, поступающими от различных органов и систем организма. Сердце связано с центральной нервной системой, которая оказывает на его работу регулирующее воздействие. Сердечно - сосудистая система состоит из большого и малого круга кровообращения. Левая половина сердца обслуживает большой круг кровообращения, правая - малый. Пульс - волна колебаний, распространяемая по эластичным стенкам артерий в результате гидродинамического удара порции крови, выбрасываемой в аорту под давлением при сокращении левого желудочка. Частота пульса соответствует частоте сокращений сердца. Частота пульса в покое (утром, лежа, натощак) оказывается ниже из-за увеличения мощности каждого сокращения. Урежение частоты пульса увеличивает абсолютное время паузы для отдыха сердца и для протекания процессов восстановления в сердечной мышце. В покое пульс здорового человека равен 60--70 удар/мин. Кровяное давление создается силой сокращения желудочков сердца и упругостью стенок сосудов. Оно измеряется в плечевой артерии. Различают максимальное (систолическое) давление, которое создается во время сокращения левого желудочка (систолы), и минимальное (диастолическое) давление, которое отмечается во время расслабления левого желудочка (диастолы). В норме у здорового человека в возрасте 18--40 лет в покое кровяное давление равно 120/70 мм ртутного ст. (120 мм систолическое давление, 70 мм - диастолическое). Наибольшая величина кровяного давления наблюдается в аорте. По мере удаления от сердца кровяное давление оказывается все ниже. Самое низкое давление наблюдается в венах при впадении их в правое предсердие. Постоянная разность давления обеспечивает непрерывный ток крови по кровеносным сосудам (в сторону пониженного давления).

Пульс -- волна колебаний, распространяемая по эластичным стенкам артерий в результате гидродинамического удара порции крови, выбрасываемой в аорту под большим давлением при сокращении левого желудочка. Частота пульса соответствует частоте сокращений сердца. В покое пульс здорового человека равен 60--70 удар/мин.

Кровяное давление создается силой сокращения желудочков сердца и упругостью стенок сосудов. Оно измеряется в плечевой артерии. Различают максимальное (или систолическое) давление, которое создается во время сокращения левого желудочка (систолы), и минимальное (или диастолическое) давление, которое отмечается во время расслабления левого желудочка (диастолы). В норме у здорового человека в возрасте 18-- 40 лет в покое кровяное давление равно 120/70 мм рт.ст. (120 мм систолическое давление, 70 мм -- диастолическое).

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. Трахея в нижней своей части делится на два бронха, каждый из которых, входя в легкие, древовидно разветвляется. Конечные мельчайшие разветвления бронхов (бронхиолы) переходят в закрытые альвеолярные ходы, в стенках которых имеется большое количество шаровидных образований -- легочных пузырьков (альвеол). Каждая альвеола окружена густой сетью капилляров. Общая поверхность всех легочных пузырьков очень велика, она в 50 раз превышает поверхность кожи человека и составляет более 100 м 2 . Процесс дыхания -- это целый комплекс физиологических и биохимических процессов, в реализации которых участвует не только дыхательный аппарат, но и система кровообращения.

Дыхательная система. Дыхательная система включает в себя носовую полость, гортань, трахею, бронхи и лёгкие. В процессе дыхания из атмосферного воздуха через альвеолы легких в организм постоянно поступает кислород, а из организма выделяется углекислый газ. Процесс дыхания - это целый комплекс физиологических и биохимических процессов, в реализации которых участвует не только дыхательный аппарат, но и система кровообращения. Углекислый газ из клеток тканей поступает в кровь, из крови - в лёгкие, из лёгких - в атмосферный воздух.

Пищеварительная система состоит из ротовой полости, слюнных желез, глотки, пищевода, желудка, тонкого и толстого кишечника, печени и поджелудочной железы. В этих органах пища механически и химически обрабатывается, перевариваются поступающие в организм пищевые вещества и всасываются продукты пищеварения.

Выделительную систему образуют почки, мочеточники и мочевой пузырь, которые обеспечивают выделение из организма с мочой вредных продуктов обмена веществ (до 75%). Кроме того, некоторые продукты обмена выделяются через кожу (с секретом потовых и сальных желез), легкие (с выдыхаемым воздухом) и через желудочно-кишечный тракт. С помощью почек в организме поддерживается кислотно-щелочное равновесие (рН), необходимый объем воды и солей, стабильное осмотическое давление (т.е. гомеостаз).

Нервная система состоит из центрального (головной и спинной мозг) и периферического отделов (нервов, отходящих от головного и спинного мозга и расположенных на периферии 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. Вегетативная нервная система - специализированный отдел нервной системы, регулируемый корой больших полушарий. Она подразделяется на симпатическую и парасимпатическую системы. Деятельность сердца, сосудов, органов пищеварения, выделения, регуляция обмена веществ, термообразования, участие в формировании эмоциональных реакций - все это находится в ведении симпатической и парасимпатической нервной системы и под контролем высшего отдела центральной нервной системы.

Железы внутренней секреции, или эндокринные железы, вырабатывают особые биологические вещества -- гормоны. Термин "гормон" происходит от греческого "hormo" -- побуждаю, возбуждаю. Гормоны обеспечивают гуморальную (через кровь, лимфу, межтканевую жидкость) регуляцию физиологических процессов в организме, попадая во все органы и ткани. Часть гормонов продуцируется только в определенные периоды, большинство же -- на протяжении всей жизни человека. Они могут тормозить или ускорять рост организма, половое созревание, физическое и психическое развитие, регулировать обмен веществ и энергии, деятельность внутренних органов. К железам внутренней секреции относят: щитовидную, околощитовидные, зобную, надпочечники, поджелудочную, гипофиз, половые железы и ряд других.

3. Влияние физических упражнений на функциональные системы организма

Под влиянием физических упражнений у человека в состоянии покоя дыхательные движения становятся более редкими (6 - 8 раз в минуту) и более глубокими, тем самым облегчается обновление воздуха в легких. Исследования показали, что у спортсменов уровень дыхания ниже, чем у нетренированных людей. Важнейшим показателем состояния дыхательного аппарата является, как известно, жизненная емкость легких. Этот показатель зависит и от врожденных данных, а не только от различных условий воспитания, одним из которых являются спортивные тренировки. Часто спортсменами становятся физически одаренные люди с жизненной емкостью легких до 7 и более литров. Жизненная емкость легких особенно велика у спортсменов, занимающихся греблей, плаванием, лыжными гонками. Жизненная емкость легких у спортсменов обычно на 25 - 30% превышает должные величины. Минутный объем дыхания у тренированных людей несколько меньше, чем у нетренированных.

Под влиянием тренировки в тесной связи с функцией дыхания меняется и функция кровообращения. Усиленная мышечная работа приводит к гипертрофии сердечной мышцы - увеличению ее массы, утолщению мышечных волокон, а также функциональным изменениям. У спортсменов увеличение размеров сердца обнаруживалось при рентгенографическом исследовании, а часто и при определении границ сердца с помощью выстукивания. Вес сердца у тренированных людей доходит до 400-500 г, а у нетренированных он составляет всего 200-300 г. Экспериментами доказано, что под влиянием упражнений возрастает интенсивность окислительных процессов в сердечной мышце и оказывается выше ее рабочий потенциал. Растет количество гемоглобина и богатых энергией фосфорных соединений. Вместе с тем, по - сравнению с сердцем нетренированного человека сердце спортсмена работает экономичнее, затрачивая меньше энергии на одну единицу объема выбрасываемой крови. Одновременно с ростом массы сердечной мышцы изменяется ее кровеносная сеть. Тренировки увеличивают количество капилляров сердца. Для суждения о функции кровообращения важно учитывать данные о работе сердца и об основных показателях гемодинамики (частота сердечных сокращений и уровень артериального давления). У спортсменов в состоянии покоя она составляет 50 - 60 ударов в минуту. Особенно это выражено у бегунов на длинные дистанции, велосипедистов, лыжников и пловцов. В процессе занятий физическими упражнениями меняется ряд электрографических показателей, что является признаком хорошего снабжения сердечной мышцы кислородом. Давление в пределах 100 - 110 мм свидетельствует о таких изменениях сосудистого русла, которые создают условия для экономной работы сердца, так как кровь поступает в сосуды при уменьшенном сопротивлении.

Под влиянием рационального двигательного напряжения возникает ряд прогрессивных изменений в костно - скелетной опоре. Отчетливый эффект тренировки выражается в в увеличении силы мышц. Мышцы тренированного человека обладают способностью к выполнению не только большего однократного усилия, но и длительной работе. Под влиянием упражнений улучшается способность мышц к расслаблению, одновременно увеличивается возможность мышц к напряжению и возрастает разница между производимым напряжением и расслаблением.

Совершенствование функций мышц тесно связано с совершенствованием нервной регуляции двигательной деятельности. Возбуждение мышц, о которых судят по их электрической активности, происходит в результате центробежных импульсов из центральной нервной системы, вызывающих сокращение и напряжение мышц. В то же время, работа мышц является раздражителем для рецепторов, от которых в центральную нервную систему проходят центростремительные импульсы, несущие текущую информацию по ходу самого движения. Важнейшим эффектом совершенствования мышечной системы под влиянием физических упражнений является повышение остроты мышечного чувства. Красиво двигается лишь тот, кто хорошо чувствует движение.

В процессе упражнений увеличивается сила, уравновешенность и подвижность основных нервных процессов. Благодаря этому быстрее и успешнее устанавливаются условные рефлексы. Большинство тренированных людей относится к сильному и подвижному типу нервной системы. Под влиянием физических упражнений совершенствуются нервные процессы, которые помогают человеку успешнее настроиться на предстоящую деятельность. Мобилизация всех сил и возможностей особенно удается квалифицированным спортсменам. Подобная настройка организма обнаруживается в отношении самых разных функций организма - дыхание, кровообращение, обмен веществ. Изменение функционального состояния мозга, двигательного аппарата и вообще всех органов при физических упражнениях связано с повышением лабильности тканей.

Большую роль играют изменения деятельности желез внутренней секреции при физических упражнениях. Особенно много данных имеется об изменении функций надпочечниковых желез в процессе тренировки. Адреналин и кортикоидные гормоны очень важны для обеспечения работоспособности человека. Деятельность желез внутренней секреции регулирует нервная система и обусловливает нормальную функцию всех органов и систем. Гормоны действуют на нервную систему, тонизируя ее, повышая ее функциональные возможности.

Учение о стрессе представляет интерес при оценке влияния физических упражнений и развития устойчивости к вредно действующим факторам. При правильной дозировке нагрузки упражнения повышают устойчивость организма к холоду, действию некоторых ядов, к некоторым инфекциям и даже проникающей радиации в меньшем количестве по - сравнению с людьми, не подвергавшимся тренировке.

Заключение

Вместе с тем, нельзя характеризовать все многообразие приспособительных реакций организма на упражнения только признаками адаптационного синдрома. При выполнении физических упражнений одной группой мышц увеличивается сила и выносливость другой группы мышц. После освоения одних способов плавания - легче обучаться другим. Физические упражнения оказывают влияние не только на дыхательную и сердечно - сосудистую систему, но и на все остальные системы организма, в частности на пищеварительную.

Они стимулируют двигательную функцию кишечника, которая часто бывает снижена у людей после сорока лет. Систематические занятия физкультурой помогают сохранить здоровье, бодрость, работоспособность очень длительное время. В процессе жизни до сорока лет функциональные возможности человека повышаются, затем они постепенно снижаются. Физические упражнения могут задержать этот процесс и способствовать деятельности всех систем организма человека на более молодом уровне.

В процессе "воспитания движением" совершенствуется деятельность центральной нервной системы, так как освоение двигательных навыков, приобретение мастерства в них связаны с развитием тончайших координационных процессов с выработкой условных рефлексов. По мере совершенствования функциональных возможностей организма улучшается течение процессов возбуждения и торможения, что и лежит в основе быстроты, ловкости и экономности затрат энергии при выполнении сложных движений.

Обучение движениям имеет своим основным содержанием физический образ, то есть системное освоение человеком в процессе специального обучения рациональным способом управления своими движениями, приобретая таким путем необходимый в жизни фонд двигательных умений и навыков.

Другая не менее существенная сторона физического воспитания - целенаправленное воздействие на комплекс естественных свойств организма, относящихся к физическим качествам человека: стимулирование и регулирование, их развитие посредством нормирования функциональных нагрузок, связанных с двигательной деятельностью - физическими упражнениями.

Список использованной литературы

1. Анохин П.К. Узловые вопросы теории функциональной системы. М.: Психология, 2006. - 216с.

2. Старушенко Л.И. Анатомия и физиология человека. К.: Высш. шк., 2003.-213с.

3. Федюкович Н.И. Анатомия и физиология. Ростов н./Д.: Феникс, 2007.-416с.

4. Физиология человека. / Под ред. Н.А. Агадженяна и др. - СПб.: Питер, 2003.-234с.

5. Функциональные системы организма. / Под ред. К.В. Судакова. - М.: Наука, 1997. - 164с.

6.Васильев А.Н. Мышечная система человека. - М., 2008.

7.Шувалова Н.В. Строение человека. - М.: Олма-пресс, 2005.

Размещено на Allbest.ru

Подобные документы

    Исследование строения, деятельности функциональных систем организма, особенности и принципы их организации. Теории изучения закономерностей развития организма ребенка и особенностей функционирования его физиологических систем на разных этапах онтогенеза.

    контрольная работа , добавлен 08.08.2009

    Функциональные системы организма. Внешние и внутренние раздражители организма человека, восприятие состояния внешней среды. Особенности организма человека, феномен синестезии, экстрасенсы-синестетики. Особенности темперамента при выборе профессии.

    реферат , добавлен 06.02.2013

    Социально-биологические основы физической культуры. Функциональные системы организма. Адаптация как процесс приспособления его строения и функций к условиям существования. Аэробная и анаэробная производительность организма. Обмен веществ (метаболизм).

    презентация , добавлен 16.03.2014

    Определение функциональной системы как единицы интеграции целого организма. Описание принципа действия рецепторного образования. Рассмотрение центрально-периферических соотношений в нервной деятельности. Условный рефлекс и его характерные свойства.

    реферат , добавлен 27.09.2014

    Анатомия и физиология как науки. Роль внутренней среды, нервной и кровеносной систем в превращении потребностей клеток в потребности целого организма. Функциональные системы организма, их регуляция и саморегуляция. Части тела человека, полости тела.

    презентация , добавлен 25.09.2015

    Деятельность гормональной и иммунной систем. Рост и развитие организма, обмен веществ. Железы внутренней секреции. Влияние гормонов надпочечников на метаболические процессы растущего организма. Критерии аэробной и анаэробной работоспособности у людей.

    реферат , добавлен 13.03.2011

    Адаптация организма к условиям среды в общебиологическом плане, ее необходимость для сохранения как индивидуума, так и вида. Способы защиты от неблагоприятных условий окружающей среды. Анабиоз, оцепенение, зимняя спячка, миграция, активация ферментов.

    реферат , добавлен 20.09.2009

    Характеристика гормонов, особенности их образования, роль в регулировании работы организма. Функциональные группы гормонов. Гипоталамо-гипофизарная система. Эффекторные гормоны ГГС. Рилизинг-факторы гипоталамуса. Описание тропных гормонов аденогипофиза.

    презентация , добавлен 21.03.2014

    Нейросекреторная функция гипоталамуса. Функциональные связи гипоталамуса с гипофизом. Влияние гормонов на жизнедеятельность тканей и органов. Роль гипоталамо-гипофизарно-надпочечниковой системы в поддержании гомеостаза организма, эндокринных регуляций.

    презентация , добавлен 03.04.2013

    Изучение органов нервной системы как целостной морфологической совокупности взаимосвязанных нервных структур, обеспечивающих деятельность всех систем организма. Строение механизмов зрительного анализатора, органов обоняния, вкуса, слуха и равновесия.

Костная система – это пассивная часть двигательного аппарата. Она состоит из костей (206 костей, 85 из них парных и 36 - непарных), которые соединены между собой и образуют скелет – твёрдую опору человеческого тела. В первую очередь эту роль играет осевой скелете туловища – позвоночный столб, состоящий из 33-34 отдельных позвонков. Каждая кость построена преимущественно из костной ткани, пронизанной кровеносными, лимфатическими сосудами и нервными волокнами. Твёрдость зависит от минеральных солей, а эластичность – от органических веществ. Поэтому у детей кости более гибкие (органических веществ больше), но менее тверды, а к старости, когда уменьшается количество органических веществ и повышается содержание солей кальция, они становятся более хрупкими. Кости взрослого человека обладают большим запасом прочности.

Благодаря соединениям (суставам) кости могут перемещаться друг относительно друга в результате сокращения мышц. Сустав полностью заключён в суставную капсулу, стенки которой выделяют синовиальную жидкость, выполняющую роль смазки сочленяющихся поверхностей. Сама капсула, связки и окружающие его мышцы ограничивают подвижность сустава. За счёт физических упражнений можно значительно увеличить пластичность связок и мышц, а значит, подвижность самого сустава. Кроме механической функции, некоторые кости скелета выполняют защитную функцию для внутренних органов, а так же ряд биологических функций. В костях содержится основной запас минеральных веществ, которые организм использует в обмене веществ при необходимости. В костях находится красный костный мозг, вырабатывающий форменные элементы крови.

Мышечная система – составляет активную часть двигательного аппарата. Благодаря своему сокращению, мышцы приводят в движение костные звенья скелета. У человека насчитывается свыше 600 мышц. Мышцы с помощью очень прочных сухожилий прикрепляются к костям. Причём, большинство из них «связывает» как минимум две кости. Поэтому при сокращении мышцы, кости приходят в движение одна относительно другой. Часто к одной кости прикрепляются сразу несколько мышц. Мышцы, окружающие сустав, работают, образуя функциональные группы совместного и противоположного действия. Согласованная тяга мышц-синергистов и мышц-антагонистов является залогом всех возможных движений в этом суставе. Зная месторасположение мышцы и в каких движениях она участвует, легко подбирать упражнения для развития её силы.



Например, важнейшие мышцы живота: прямая, наружная и внутренняя косые. Хорошо развитая прямая мышца «кубиками» выступает под кожей живота. Это самая сильная мышца, сгибающая туловище вперёд. Если верхняя часть туловища фиксирована, прямая мышца живота подтягивает переднюю часть таза вверх, тем самым способствуя подниманию бедёр в положение «угла». В этом ей помогают наружные косые мышцы живота, образующие его боковые стенки. Одностороннее сокращение этой мышцы поворачивает туловище. Такие же функции выполняют внутренние косые мышцы живота, находящиеся целиком под наружными.

Какова сила мышц? Если бы удалось все мышцы обычного человека сложить в одну, то по подсчётам, она справилась с подъёмом 9000 кг груза!

Почему же человек, обладающий такими сильными мышцами, так относительно слаб? Дело в том, что наш двигательный аппарат построен таким образом, что проигрывая в силе, мы получаем большой выигрыш в расстоянии и скорости.

Например, подняли мы руку вверх – дельтовидная мышца при этом сократилась на 4-5 см, зато кисть переместилась за это время на целых 150 см. Но чтобы поднять в прямой руке какой-нибудь груз, эта же мышца должна тянуть с силой, превышающий вес груза в несколько раз. Вот почему человек намного слабее своих мышц.

Строение мышечной ткани весьма сложно. Она имеет волокнистую структуру. Отдельно волокно – это как бы мышца в миниатюре. Оно представляет собой довольно длинный цилиндр. Одна мышца складывается из тысяч таких волокон. Причём, волокна белого цвета сокращаются быстро, а волокна красного – медленно. В зависимости от пропорции этих волокон в мышцах человека, последний может быть склонен к быстрым движениям или более выносливым. Но есть в мышечной ткани и смешанные волокна, которые в результате тренировки могут стать быстрыми и выносливыми. Мышечное волокно, в свою очередь, тоже состоит из волокон – миофибрилл толщиной около 1 микрона. Миофибриллы построены из множества нитей миозина и актина диаметром около 100 ангстрем. Нити актина расположены в промежутках между миозиновыми. При сокращении мышечного волокна нити актина начинают сближаться, скользя относительно миозиновых нитей. Вследствие этого мышца и становится короче. К мышце подходят и отходят от неё многочисленные «коммуникационные провода» – нервные волокна. Они бывают трёх видов и каждый несёт строго определённые функции. Двигательные нервные волокна передают от спинного и головного мозга «распоряжения» - импульсы, приводящие в действие.



Чувствительные нервные волокна передают импульсы в обратном направлении. Эти импульсы – своеобразный отчёт о проделываемой мышцами работе. То есть это обратная связь. Через симпатические нервные волокна регулируются обменные процессы: изменяется качественный и количественный состав мышц, что приспосабливает их к изменившимся условиям работы. Мышцу пронизывает широко разветвлённая сеть кровеносных капилляров. По ним поступают всевозможные вещества, необходимые для работы мышц, для строительства новых клеток, и удаляются продукты распада. Говоря техническим языком, мышцы – это химический двигатель. Учёные даже подсчитали коэффициент полезного действия – 25-30 %.

Это означает, что четверть всех потенциальных энергетических возможностей, имеющихся в распоряжении мышц, идёт на выполнение механической работы. Остальное на производство тепла, чем мы, например, пользуемся, когда замёрзнув, принимаемся махать руками, прыгать и постукивать ногой о ногу.

Так что мышечный мотор опережает по экономичности таких уважаемых тружеников, как паровая машина и двигатель внутреннего сгорания. Топливом для мышц служат особые органические вещества, богатые потенциальной энергией, и способные, расщепляясь, отдавать её. Это аденозинтрифосфорная кислота, креатинфосфорная кислота, гликоген, жиры и белки. Особую роль играет АТФ. Её с полным правом можно сравнить с обычным аккумулятором, питающим электромотор. Так же, как аккумулятор, она, отдавая мышцам энергию, «разряжается», и так же, как аккумулятор, может и «заряжаться», вновь обретая способность приводить мышцы в действие.

Все остальные виды мышечного топлива используются лишь для того, чтобы непрерывно «подзаряжать» АТФ. Так как количество АТФ в мышцах сравнительно невелико, то уже вскоре после начала работы возникает необходимость в её восстановлении. Для этого тоже нужна энергия. И здесь вступает в действие КрФ и гликоген. Выделяемая при их расщеплении энергия идёт на восстановление АТФ. Эти анаэробные процессы проходят в течение нескольких десятков секунд. Для дальнейшей работы мышц необходим кислород и новые источники энергии. Их приносит к мышцам кровь. Начинается «сгорание» углеводов, жиров, белков.

Сердечно-сосудистая система обеспечивает циркуляцию жидкостей в организме, которая представляет собой непременное условие его нормальной жизнедеятельности. Мы уже знаем, что на этом построен гуморальный механизм регулирования всех происходящих в нём процессов. Посредством движения крови и лимфы осуществляется, с одной стороны – доставка к органам и клеткам необходимых веществ и кислорода, а с другой – удаление из органов продуктов обмена и доставка их к другим органам, в том числе и выделительным. По характеру циркулирующей жидкости в сосудистой системе различают два отдела: кровеносный и лимфатический, которые структурно и функционально тесно связаны между собой. С сосудистой системой связаны также селезёнка и красный костный мозг, являющиеся органами кроветворения.

Ещё основоположник физиологии английский учёный Гарвей в 1628 году доказал, что кровь в организме движется по замкнутым кругам: от сердца по артериям к тканям тела и оттуда через вены к сердцу. Существует два круга кровообращения: большой и малый. Большой круг начинается от левого желудочка сердца через аорту, через артерии разного калибра, капилляры к венам и далее в правое предсердие, а оттуда в правый желудочек, легочные артерии, капилляры, легочные вены, впадающие в левое предсердие. В большом круге через стенки сосудов осуществляется обмен веществ между кровью и тканями. Артериальную кровь отдаёт кислород и, обогащаясь углекислым газом, превращается в венозную. В малом кругу, в капиллярах лёгких венозная кровь, насыщаясь кислородом, а освобождаясь от углекислого газа, превращается в артериальную. Сокращениями желудочков сердца кровь изгоняется в аорту и легочную артерию. Непрерывное движение крови обеспечивается разностью давления в сосудах, которое возникает в результате деятельности сердца, работающего как насос.

« Сердце…- источник жизни, начало всего, солнце микрокосма, от которого зависит вся жизнь, вся свежесть и сила организма: ничто не может заменить сердце и взять на себя его функции. Вот почему, может быть, горе, любовь, зависть, заботы и всё им подобное может вызвать исхудание, истощение, худосочие и различные страдания, влекущие за собой болезнь и гибель людей.

Ибо все движения души – горе, радость, надежда, волнение, возбуждающие ум человека, оказывают действие на сердце и производят в нём изменения устройства и деятельности его»,- так писал великий Гарвей. И действительно, вся жизнь организма от мельчайших структур до целых органов и систем возможна только благодаря безостановочной деятельности сердца. Этот сравнительно небольшой комочек мышц весом всего 250-300 грамм является сверхмощным двигателем, способным в течение одно часа перекачать около 300 кг жидкости. Каждые 24 часа оно перекачивает 8000-9000 литров крови и затрачивает при этом такое количество энергии, которого хватило бы, чтобы погрузить лопатой 20 тонн угля на железнодорожную платформу высотой около 1 метр!

Как же этим чудо-органом управляет организм? Сердце иннервируется ветвями блуждающего и симпатического нервов. Первый из них тормозит деятельность сердца, а второй усиливает. В регуляции огромную роль играют в многие «датчики», например, барорецепторы, расположенные в дуге аорты и в месте разветвлений сонных артерий или «чувствующие» нервы центров двигательного аппарата. К изменениям в работе сердца ведут температурные изменения окружающей среды, болевые раздражения, различные эмоции и т.д. В состоянии эмоционального напряжения, большой физической или психической нагрузки сердцу приходится «демонстрировать» свои внутренние резервы, и в максимально короткий срок перекачивать уже не 5-6, а 10-15, а то и до 42 литров крови в минуту, совершая при этом 180-200 ударов, то есть увеличивать силу и частоту своих сокращений.

Такие рекорды может показать не каждое сердце, а только сердце тренированного человека.

несколько слов о давлении и пульсе. При каждом сокращении сердца в артерии под большим давлением выбрасывается некоторое количество крови. Её свободному передвижению препятствует сопротивление стенок периферических сосудов. В итоге в кровеносных сосудах создаётся давление, называемое кровяным. Оно не одинаково в различных отделах кровеносной системы: самое большое в крупных артериях, а в полных венах становится ниже атмосферного. Давление в артериях будет тем выше, чем сильнее сокращение сердца и чем больше периферическое сопротивление сосудов. Кровяное давление не одинаково на протяжении сердечного цикла. В момент сокращения (систолы) желудочков оно максимально и называется максимальным или систолическим, а в момент паузы (диастолы) – минимальными или диастолическим. Кровяное давление в пределах 100 – 139 мм. рт. ст. считается нормотоническим, ниже 100 мм – гипотоническим, выше 139 мм – гипертоническим. У пожилых людей в связи с понижением эластичности стенок сосудов максимальное давление обычно выше, чем у молодых. У детей давление ниже, чем у взрослых. Давление изменяется при эмоциональном возбуждении, при физической работе. Артериальный пульс – это ритмичные колебания стенки артерии, обусловленные систолой желудочков.

И артериальное давление, и пульс при определённой дозированной нагрузке у тренированного человека увеличивается меньше, чем у тренированного. В покое у большинства здоровых людей пульс 60-70 ударов в минуту (у женщин больше, чем у мужчин). У физически активных людей сердечный ритм, как правило, редкий. Это явление называется брадикардией (до 40 уд/мин). Мышечная деятельность вызывает учащение сердцебиений до 150-200 уд/мин и выше. Очень высокое учащение пульса (200-220 уд/мин) не является эффективным, так как период расслабления сердца при этом укорачивается и полости желудочков не успевают заполниться, что ведёт к уменьшению кровотока. Установлено, что в большинстве случаев при пульсе 180 уд/мин происходит максимально возможное потребление кислорода.

Что же представляет из себя кровь, лимфа, и те сосуды, по которым они движутся? В организме взрослого человека 5-6 литров крови. По кровеносным сосудам движется не вся кровь. Значительная её часть (до 50%) находится в резерве в так называемых депо крови (селезёнке, печени, подкожной клетчатке). Кровь человека имеет слабощелочную реакцию. Показатель активной реакции рН= 7,4 в артериальной и 7,35 в венозной крови. Сдвиг в кислую сторону у последней вызван повышенным содержанием углекислоты. рН может колебаться в пределах 7.0 – 7.8 большое отклонение представляет опасность для жизни. Работа мышц приводит к сдвигу крови в кислую сторону.

Кровь – это своеобразное зеркало, отражающее все состояния организма. Недаром клиническую картину крови периодически подвергаются все занимающиеся физической культурой и спортом.

Кровь состоит из жидкой части (плазмы) и форменных элементов: белых кровяных телец (лейкоцитов), защищающих организм от микробов и от инородных веществ; красных кровяных телец (эритроцитов) и кровяных пластинок (тромбоцитов), играющих важную роль при свёртывании крови. В покое у человека в норме в 1 кубический миллиметре содержится 6-8 тысяч лейкоцитов; эритроцитов – 5 млн у мужчин и 4,5 у женщин. В эритроцитах содержится вещество гемоглобин, придающее крови красный цвет. Благодаря ему кровь доставляет кислород всем тканям организма через разветвлённую капиллярную сеть. Общая протяжённость мельчайших сосудов – капилляров примерно равно 10000 км, а их поверхность около 2500-3000 квадратных метров! В них и происходит обмен веществ между кровью и тканями. Число капилляров в разных тканях неодинаково. Их больше в тех тканях, где обмен веществ интенсивнее.

Например, в мышцах на 1 квадратный миллиметр поперечного сечения насчитывается в среднем 1400, а в коже на той же площади – всего 40 капилляров. При покое органа функционирует лишь небольшое число капилляров. Остальные находятся в спавшемся состоянии. Так на 1 квадратный миллиметр скелетной мышцы в покое приходятся 35-85 капилляров, а при работе – до 2500-3000.

Лимфа (от латинского – чистая вода) представляет собой прозрачную жидкость, в которой содержатся белые форменные элементы – лимфоциты, которые образуются в лифоузлах и играют важную роль в защите организма от болезнетворных микроорганизмов. По своему составу эта жидкость похожа на плазму крови, но в ней содержится меньше белков. Движение лимфы значительно медленнее, чем движение крови (примерно 1м в 10-15 мин) и направлено только в сторону сердца. Из лимфатических капилляров лимфа поступает в более крупные лимфососуды, и, наконец, попадает в венозное русло. После приёма пищи и во время физической работы лимфоток увеличивается. Сокращающиеся скелетные мышцы сдавливают проходящие в них лифатические сосуды. Это способствует перемещению лимфы по направлению к венам. Массаж также ведёт к усилению лимфообращения, что способствует активации восстановительных процессов в послерабочем состоянии.

Дыхательная система обеспечивает дыхание, то есть процесс обмена кислородом и углекислым газом между организмом и наружным воздухом. Процессы окисления, происходящие в организме в связи с обменом веществ, требуют постоянного притока кислорода и выделения углекислого газа. Ткани обмениваются этими газами с окружающей средой (лимфой и кровью). Этот процесс обмена называется тканевым дыханием. Кровь – переносчик газов между лёгкими и тканями. Как же осуществляется легочное дыхание?

Через каждые 3-4 секунды у человека под влиянием нервных импульсов, поступающих из ЦНС (из дыхательного центра, находящегося в продолговатом мозгу), происходит сокращение дыхательных мышц. В результате объём грудной клетки и заключённых в ней лёгких увеличивается, и воздух по дыхательным путям свободно проникает внутрь лёгких. Так осуществляется вдох. С началом расслабления дыхательных мышц происходит выдох. Прежде чем попасть в лёгкие, воздух проходит через носовую и ротовую полости, глотку, гортань, трахею, ветвистую систему бронхов и бронхиол. В этих путях не происходит обмен газов, здесь воздух согревается, увлажняется и очищается от пылевых частиц, микроорганизмов. Лёгкие состоят из очень нежной, легко травмируемой ткани, толщиной всего лишь 1-1,5 микрона. Они покрыты тонкой оболочкой (плеврой), играющей роль своеобразного футляра.

Если бы постоянно присутствующая в воздухе пыль бесприпятстсвенно проникала в лёгкие, их ткань неизбежно была бы разрушена. Система очистки воздуха весьма хитроумна. Носовые пути извилисты, и при быстро прохождении воздуха более тяжёлые его частицы, двигаясь по инерции прямолинейно, ударяются о стенки и прилипают к содержащейся в ней слизи, затем вместе со слизью удаляются. Однако этот механизм очистки работает только при носовом дыхании. Проскочившие первый барьер частицы пыли могут оседать на стенках воздухоносных путей, а затем выводится из организма посредством мерцания мельчайших ресничек, которыми снабжены воздухоносные пути.

При чрезмерном загрязнении мелкими частицами эти механизмы очистки не срабатывают, а вредные примеси оседают на стенках альвеол. Вот почему так важна охрана чистоты воздушного бассейна городов, воздуха рабочих помещений, физкультурных залов. Конечной целью продвижения воздушного потока является множество микроскопических тонкостенных пузырьков (альвеол). Их в лёгких миллионы, и они обвиты сетью кровеносных сосудов.

Именно здесь, в местах соприкосновения тончайших мембран альвеол и капилляров, происходит обмен газов (проникновение в кровь кислорода и выделение из неё в воздух альвеол углекислого газа).

При мышечном покое человек использует приблизительно 250 мл кислорода в минуту. Но стоит немного пробежаться или подняться по лестнице, как потребность в кислороде возрастает в несколько раз. И тотчас же перестраивается работа дыхательного аппарата (возрастает частота и глубина дыхания, увеличивается количество крови, проходящей через лёгкие, раскрывается дополнительное количество альвеол, то есть повышается легочная вентиляция). В состоянии покоя человек вдыхает и выдыхает 500 мл воздуха (до альвеол доходит около 70% этого воздуха). При частом дыхании объём вдоха – выдоха около 250 мл (до альвеол доходит 40%). Вот почему глубокое и редкое дыхание является более эффективным, нежели поверхностное частое. За одну минуту в покое человек вдыхает 5-8 литров воздуха. При работе этот показатель легочной вентиляции возрастает у здорового человека до 60-120 литров. Резервные способности лёгких для каждого индивидуальны и зависят от возраста, пола и тренированности. Возможность увеличить легочную вентиляцию во многом лимитируется так называемой жизненной емкостью лёгких (ЖЕЛ). У женщин ЖЕЛ равна 3-4 литрам, у мужчин – 4-5. Количество кислорода, необходимое на ту или иную работу, называется кислородным запасом (КЗ). Тяжесть работы характеризуется как суммарным КЗ, так и минутным. Например, при беге на 5000-10000 метров он равен 4,5-5 л/мин. В этом случае, когда дыхательная и сердечно-сосудистые системы не удовлетворяют потребностей тканей в кислороде, возникает кислородный долг (КД). У мышц человека есть способность работать «в долг» некоторое время за счёт анаэробных механизмов. Величина максимально возможного КД у здорового человека около 10 литров. Однако бескислородные ресурсы мышцы невелики. Их хватает на несколько десятков секунд интенсивной мышечной работы. Как правило, ликвидация КД происходит по окончанию работы. За счёт этого кислорода и осуществляется окисление органических соединений, в том числе молочной кислоты, образовавшихся в период работы. Производительность дыхательной и взаимосвязанной с ней сердечно-сосудистой систем характеризуется показателем максимального потребления кислорода (МПК). Этот «кислородный потолок»)максимальное количество доставленного за 1 минуту к тканям кислорода) у здорового человека равен 2-3 литра. Но производительность этих систем определяет и ещё один показатель – коэффициент использования кислорода. Из 21% кислорода, содержащегося во вдыхаемом воздухе, в организм здорового человека попадает только 3-4%

Пищеварительная система обеспечивает начальный этап обмена веществ в организме. В процессе пищеварения происходит механическая и химическая обработка пищи. В результате сложные питательные вещества расщепляются под влиянием ферментов на более простые, и в растворённом состоянии всасываются из пищеварительного аппарата в кровь, и, таким образом, усваиваются организмом. Первоначально пищевые массы подвергаются воздействию пищеварительных соков, выделяемых железами пищеварительного тракта. Эти соки содержат гидролитические ферменты, расщепляющие белки до аминокислот, жиры до глицерина и солей жирных кислот, углеводы до моносахаридов.

Лишь вода, минеральные соли, и небольшое количество органических соединений всасываются в кровь без предварительной обработки. К пищеварительным процессам относятся двигательные, секреторные и всасывательные. Процессы переваривания пищи в отдельных участках пищеварительного тракта, и деятельность различных желёз тесно связаны между собой. Например, поступление пищи в рот рефлекторно вызывает сокоотделение.

Мышечная деятельность, повышая обмен веществ и энергии, стимулирует работу пищеварительной системы. Однако, это воздействие не всегда положительно.

Так, выполнение физической работы непосредственно после приёма пищи не только не усиливает, а наоборот, задерживает пищеварительные процессы. Угнетение пищеварительных функции в этом случае связано с торможением пищевых центров возбуждёнными двигательными центрами. Необходимо также учитывать, что не только мышечная работа тормозит пищеварительные процессы, но и интенсивное переваривание пищи отрицательно влияет на двигательную деятельность, так как возбуждение пищевых центров и отток крови от мышц к органам брюшной полости снижает эффективность физической работы. Кроме того, наполненный желудок способствует высокому положению диафрагмы, что неблагоприятно влияет на работу дыхательной системы. Поэтому, между приёмом пищи и занятиями физическими упражнениями целесообразно выдерживать интервал не менее чем в 2-2,5 часа.

Выделительная система обеспечивает функцию очищения организма от постоянно образующихся продуктов распада. Это является непременным условием его существования. «Блюстителями чистоты» нашей внутренней среды являются органы выделения. Их несколько: почки, потовые железы, лёгкие, кишечник. Лёгкие выделяют с выдыхаемым воздухом углекислый газ и пары воды; кожа – с потом воду и соли; кишечник – с калом клетчатку, соли, желчные пигменты и опять таки воду; почки – с мочой воду, соли и наиболее токсичные вещества (азотсодержащие продукты обмена).

Органы выделения работают согласованно, постоянно перераспределяя обязанности между собой. Например, вода покидает организм разными путями: через почки (1,5 литра в сутки), лёгкие (400 мл), кишечник (200 мл), кожу (500 мл). Но во время мышечной работы увеличивается количество воды, выводимой лёгкими и потовыми железами, и уменьшается выводимой почками.

Или, если по каким-то причинам удалена одна из двух почек, то вторая будет справляться с увеличенной на неё нагрузкой, и нарушений в организме не наступает. Надо отметить, что моча, как и кровь, очень точный индикатор каких-либо изменений в организме. Поэтому нельзя пренебрегать её анализом после перенесённых заболеваний гриппом, ангиной или периодически в процесс физкультурно-спортивной деятельности. Особенно обязательным исследование мочи является для всех спортсменов.

Опорно-двигательный аппарат состоит из костей, связок, мышц, мышечных сухожилий. Основные функции - опора и перемещение тела и его частей в пространстве, а также защита внутренних органов.

2.1. Костная система и ее функции

Значение скелета . Скелет человека (от греческого skeletos – высохший, высушенный) является опорой тела. Он выполняет опорную и защитную функции. Так, головной мозг защищен костями черепа, спинной мозг – позвоночником, внутри которого он находится, сердце и легкие – грудной клеткой. Если бы у человека не было ребер, то даже небольшие столкновения могли бы повредить легкие и сердце. Нижняя часть грудной клетки также защищает почки и верхнюю часть пищеварительной системы. Кости туловища и конечностей являются к тому же и рычагами, с помощью которых осуществляются движения тела в пространстве. Скелет создает структурную форму тела, определяя его размеры, а также выполняет и другие функции, например, участвует в обмене веществ. В нем сосредоточена основная часть минеральных веществ (до 90% кальция, имеющегося в организме человека, фосфор и другие соединения). Содержащийся в костях красный костный мозг служит основным источником клеточных элементов крови.

В скелете человека различают: скелет головы, туловища, верхних и нижних конечностей. Всего кости взрослого человека составляют около 18% массы его тела, а их количество равно 200 (85 парных и 36 непарных). Каждая кость имеет определенную форму, величину и занимает определенное положение в скелете. Часть костей соединена между собой подвижными суставами. Они приводятся в движение прикрепленными к ним мышцами.

Строение кости . Кость имеет сложный химический состав и представлена органическими и неорганическими веществами. Основную массу составляют 65-70% неорганические вещества (соли фосфора и кальция) и 30-35% органические (из них 95 % составляет белок коллаген; 5 % - неколлагенновые белки, жиры, углеводы).

Минеральные вещества придают твердость, органические – эластичность и упругость. По твердости кость можно сравнить с чугуном или бронзой. Костная система очень динамична и в течение жизни человека претерпевает значительные изменения. Возрастные изменения костной системы столь характерны, что позволяют специалистам судить по обнаруженным в раскопках костям о возрасте людей, живших многие столетия назад. Изменчив и химический состав костей в зависимости от возраста. Так, в детском возрасте кости более эластичные и упругие, так как в них преобладают органические вещества. С возрастом же их становится меньше, и поэтому у пожилых людей костный аппарат более хрупкий и ломкий. Скелет как опора несет большой груз: в среднем 60-70 кг (это средняя масса взрослого человека).

Большинство костей состоит из наружного плотного вещества (располагается в местах, где требуется особая прочность) и внутреннего губчатого вещества (обеспечивает уменьшение массы кости). Их количественное соотношение и распределение зависит от участка скелета и выполняемых функций. Снаружи располагается надкостница – тонкая оболочка, прочно соединенная с костью, богатая нервами и сосудами, проникающими в глубь через особые отверстия. Она участвует в питании и росте костей в толщину за счет деления клеток надкостницы, тогда как в длину кости растут за счет хрящей. Развитие скелета у мужчин заканчивается к 20-25 годам, у женщин – в 18-21 год. Каждая кость скелета – это активно функционирующая и непрерывно обновляющаяся структура. Для сохранения твердости кости нуждаются в регулярной нагрузке, так как под ее влиянием кости и весь скелет развиваются правильно. В случае недостаточности по какой-либо причине нагрузки кости подвергаются патологическим изменениям, к примеру, обездвиженность приводит к тому, что кости теряют механическую прочность. Этот быстротекущий процесс можно наблюдать, например, на загипсованной в течение месяца ноге.

Общий обзор скелета человека. Скелет человека состоит из позвоночника, черепа, грудной клетки, поясов конечностей и скелета свободных конечностей.

Позвоночник, состоящий из 33-34 позвонков, имеет пять отделов: шейный (7 позвонков), грудной (12), поясничный (5), крестцовый (5), копчиковый (4-5).

Позвоночник в организме человека выполняет следующие функции: 1. Является опорой нашего тела, поэтому он должен быть крепким, чтобы выдержать нагрузки. 2. Обеспечивает двигательную активность головы и шеи, а также верхних и нижних конечностей, то есть всего тела. 3. Обеспечивает статику, что связано с нервно-мышечным аппаратом. 4. Защищает спинной мозг, от которого отходят нервы, обеспечивающие согласованную работу скелетно-мышечной системы и внутренних органов. Все автоматические и рефлекторные действия контролируются спинным мозгом, за исключением тех, которые контролирует головной мозг. Поэтому при патологии позвоночника нарушается и работа нервной системы. Защита спинного мозга – наиболее важная функция позвоночника.

Позвоночный столб позволяет совершать сгибания вперед и назад, в стороны, вращательные движения вокруг вертикальной оси. В норме он имеет два изгиба вперед (шейный и поясничный лордозы) и два изгиба назад (грудной и крестцовый кифозы). Названные изгибы имеют функциональное значение при выполнении различных движений (ходьба, бег, прыжки, кувырки и т.д.), они ослабляют толчки, удары и т.п., выполняя роль амортизатора.

Нормальная осанка человека определяется воображаемой вертикальной линией, на которой расположен центр тяжести человеческого тела. Подбородок должен находиться под прямым углом к остальному телу, плечи – прямые, грудная клетка поднята вверх, живот подтянут, но не втянут глубоко внутрь. В этом положении спина сохраняет свои естественные изгибы. Прямо необходимо не только стоять, но и сидеть, и ходить.

Череп защищает от внешних воздействий головной мозг и центры органов чувств. Он состоит из 20 парных и непарных костей, соединенных друг с другом неподвижно Череп условно подразделяют на:

1) мозговой отдел;

2) лицевой отдел.

Непосредственно вместилищем головного мозга является мозговой отдел черепа. Этот отдел образуют кости: лобная кость, две теменные кости, затылочная кость, две височные кости, клиновидная кость и решетчатая кость.

Лицевой отдел черепа образуется парными верхнечелюстными костями, скуловой и нижней челюстью. Причем следует отметить, что нижняя челюсть является непарной, а также она является единственной подвижной костью черепа.

Череп соединяется с позвоночником при помощи двух мыщелков затылочной кости с верхним шейным позвонком, имеющим соответствующие суставные поверхности.

Грудная клетка образована 12 грудными позвонками, 12 парами ребер и грудной костью (грудиной), она защищает сердце; легкие, печень и часть пищеварительного тракта; объем грудной клетки может изменяться в процессе дыхания при сокращении межреберных мышц и диафрагмы.

Скелет верхней конечности образован плечевым поясом, состоящим из двух лопаток и двух ключиц, и свободной верхней конечностью, включающей плечо, предплечье и кисть. Плечо - это одна плечевая трубчатая кость; предплечье образовано лучевой и локтевой костями; скелет кисти делится на запястье (8 костей, расположенных в два ряда), пясть (5 коротких трубчатых костей) и фаланги пальцев (14 фаланг).

Скелет нижней конечности образован тазовым поясом (2 тазовых кости и крестец) и скелетом свободной нижней конечности, который состоит из трех основных отделов - бедра (одна бедренная кость), голени (большая и малая берцовые кости) и стопы (предплюсна - 7 костей, плюсна - 5 костей и 14 фаланг).

Все кости скелета соединены связками и мышечными сухожилиями, образуя суставы конечностей, позвоночника и др.

Суставы - подвижные соединения, область соприкосновения костей в которых покрыта суставной сумкой из плотной соединительной ткани, срастающейся с надкостницей сочленяющихся костей. Полость суставов герметично закрыта, она имеет небольшой объем, зависящий от формы и размеров сустава. Суставная жидкость уменьшает трение между поверхностями при движении, эту же функцию выполняет и гладкий хрящ, покрывающий суставные поверхности. В суставах могут происходить сгибание, разгибание, приведение, отведение, вращение.

Главная функция суставов - участвовать в осуществлении движений. Они выполняют также роль демпферов, гасящих инерцию движения и позволяющих мгновенно останавливаться в процессе движения. При систематических занятиях физическими упражнениями и спортом суставы развиваются и укрепляются, повышается эластичность связок и мышечных сухожилий, увеличивается гибкость. И наоборот, при отсутствии движений разрыхляется суставный хрящ и изменяются суставные поверхности, сочленяющиеся кости, появляются болевые ощущения, возникают воспалительные процессы.

Заболевания костной системы. Можно выделить множество заболеваний костной системы человека. На основе обобщения данных об этих болезнях их можно классифицировать на множество групп:

1) болезни травматического происхождения;

2) болезни воспалительного характера;

3) дистрофические заболевания;

4) диспластические заболевания.

Дистрофические заболевания. Данные дистрофические заболевания вызываются недостатком питания, эндокринными или же токсическими причинами. Одним из самых известных и самых опасных заболеваний данной группы является рахит, речь о котором пойдет чуть ниже.

Диспластические заболевания. Заболевания данной группы обусловливаются нарушением формы отдельных костей, что приводит к нарушению строения всего скелета человека.

Рахит остается и в настоящее время одной из самых распространенных болезней у маленьких детей. Одной из главных причин возникновения рахита является недостаток витамина D. При рахите в кости ребенка не поступают (либо поступают, но в недостаточном количестве) минеральные вещества. Вследствие недостатка этих минеральных веществ кости становятся очень гибкими и не выдерживают веса тела ребенка. Поэтому у детей, которые больны рахитом, кривые ноги. Голова и живот у таких детей, как правило, несоизмеримо большие. У них очень поздно начинают прорезаться зубы, у них очень долго не зарастают роднички, а теменные и лобные бугры увеличены.

У взрослых тоже есть, если можно так выразиться, свой рахит. Взрослые могут страдать от остеомаляции и остеопороза. Остеомаляция – это такое заболевание костной системы человека, когда из-за недостатка витамина D кости становятся очень гибкими. Как правило, остеомаляция может наблюдаться у беременных женщин либо женщин, которые недавно родили ребенка. Понятно, что вследствие того, что кости стали очень гибкими, они легко искривляются.

Остеопороз – еще одно заболевание, которым могут страдать взрослые при недостатке витамина D. При остеопорозе костная ткань и сами кости становятся очень пористыми. Недостаток витамина D может быть обусловлен следующими причинами:

1) вследствие нарушения деятельности кишечника и почек человека витамин D не усваивается;

2) плохая экология;

3) недостаточное ультрафиолетовое облучение.

К заболеваниям костной системы относится также остеохондроз. Термин «остеохондроз» происходит от двух греческих слов: osteon, что значит «кость», и chondros, что означает «хрящ». Остеохондроз – это дистрофический процесс в костной и хрящевой ткани, преимущественно межпозвоночных дисков, проявляется болями, ограничением движений в пораженных суставах.

Также одной из самых распространенных болезней костной системы является искривление позвоночника. Наш позвоночник является опорой для всей костной системы, поэтому важно следить за его «прямотой».

Искривление позвоночника происходит тогда, когда:

1) недостаточно развита мускулатура и мышцы спины в частности;

2) существует длительная статическая нагрузка, т. е., когда человек долго находится в одном и том же неправильном положении.

Своевременное исправление дефекта осанки поможет предотвратить искривление позвоночника.

Вообще следует сказать, что искривление позвоночника бывает 3 видов:

1) сколиоз;2) лордоз;3) кифоз.

Сколиоз. Сколиоз является самым распространенным видом искривления позвоночника. Он наблюдается у детей и подростков в возрасте от пяти до пятнадцати лет. Как правило, выделяют врожденный и приобретенный сколиоз. Врожденный сколиоз является следствием неправильного развития позвонков, приобретенный же, как следует из его названия, приобретается в результате того, что ребенок сидит в «неправильной позе». Особо сложные и тяжелые сколиозы приводят к тому, что нарушаются функции внутренних органов.

Кифоз. Кифоз – это вид искривления позвоночника, который делится на подвиды:

1) дугообразный кифоз;

2) угловатый кифоз.

При дугообразном кифозе какой-либо отдел позвоночника, если можно так выразиться, «равномерно» изгибается к спине. А при угловатом кифозе происходит резкое искривление какого-либо одного (как правило, очень небольшого) участка позвоночника.

Лордоз. Лордоз – это, как уже говорилось выше, один из видов искривления позвоночника. Как правило, лордоз является приобретенным. Причинами его появления могут быть врожденные травмы тазобедренного сустава, а также излишний вес человека. При врожденных травмах тазобедренного сустава центр тяжести тела, как правило, смещается назад. Для того чтобы не потерять равновесие, человек должен прогибаться в обратную сторону, т. е. вперед. Характерной чертой лордоза являются боли, которые обусловлены перераспределением нагрузки. Для исправления лордоза назначается корректирующая гимнастика.

Подобно другим частям тела, кости состоят из клеток, которые непрерывно отмирают и обновляются. Части этих клеток, называемые остеобластами , являются костеобразующими клетками. Благодаря им кости регенерируются и сохраняют свою прочность, необходимую, чтобы выдерживать ежедневные нагрузки. Остеобласты стимулируются под воздействием на них мышц во время движения. То есть, чем больше нагрузка на кость во время работы с тяжестью, тем активнее остеобласты, тем больше плотность и прочность твоего скелета. Если остеобласты не стимулируются, то отсутствуют условия для обновления костной ткани.

При систематическом выполнении значительных по объему и интенсивности статических и динамических упражнений кости становятся более массивными, в местах прикрепления мышц формируются хорошо выраженные утолщения - костные выступы, бугры и гребни. Происходит внутренняя перестройка компактного костного вещества, увеличиваются количество и размеры костных клеток, кости становятся значительно прочнее.

Именно поэтому интенсивность и разнообразие движений являются важными факторами программы укрепления костной системы.

Давайте разберемся, какие упражнения лучше всего стимулируют остеобласты и укрепляют кости.

Простое упражнение для поддержания правильной осанки: встаньте спиной к стене, ноги слегка расставлены, руки свободно опущены. Затылок, плечи, икры и пятки касаются стены. А теперь постарайтесь прислониться к стене так, чтобы расстояние между стеной и поясницей было не больше толщины пальца. Подберите живот, вытяните немного шею вверх и поднимите плечи. Выполняйте это упражнение как можно чаще в течение дня.

Хорошим примером являются различные виды кардиотренировок, они увеличивают частоту сердечных сокращений:

    бег, обычный и трусцой

    подъем по лестнице

    степ-аэробика

    прыжки со скакалкой и прыжки с переменой положения рук и ног ("разножка")

    танцы (или иная хореография), требующие подскоков, прыжков, топтания или бега вприпрыжку

  • ходьба пешком и горный туризм

Такие "безударные" виды спорта, как плавание, ходьба по ровной местности и езда на велосипеде - могут быть хороши для общего физического развития, однако исследования показывают, что они имеют слабый костеобразующий эффект.

Разумеется, обычные силовые тренировки - это отличный способ увеличить плотность костей. Вес груза должен быть таким, чтобы Вам было комфортно поднять груз семь-восемь раз, держа правильное положение тела. Если Вы можете поднять груз 12 раз подряд, то вес следует увеличить.

Как и при любых физических упражнениях, для укрепления костной ткани важную роль играет разнообразие. Большинство упражнений тренируют лишь одну группу мышц и лишь одним способом. Чтобы упражнения приносили максимальную пользу для костной системы, старайся задействовать как можно больше мышц, работать под различными углами, выполнять разные типы движений. Не обязательно делать это во время каждого занятия, но хотя бы раз в две недели стоит обновлять комплекс упражнений.

      Мышечная система и ее функции

(строение, физиология и биохимия мышечных

сокращений, общий обзор скелетной мускулатуры)

Выделяют три гистологических типа мышц:

    Скелетная мышцы (их называют также поперечнополосатыми или произвольными). Это мышцы, прикрепляющиеся к костям. Они обеспечивают локомоцию (многообразные движения тела), с высокой скоростью сокращаются и быстро утомляются, иннервируются соматической нервной системой.

    Гладкие мышцы (их также называют непроизвольными). Эти мышцы находятся в стенках трубчатых внутренних органов тела и обеспечивают передвижение содержимого этих органов (сужают или расширяют сосуды, продвигают пищу по желудочно-кишечному тракту, сокращают стенки мочевого пузыря); они медленно сокращаются и иннервируются вегетативной нервной системой.

    Сердечная мышца. Имеется только в сердце, сокращается самопроизвольно и не подвержена утомлению. Иннервируется вегетативной нервной системой.

Мышечная ткань, из которой построена скелетная мышца, состоит из клеток. В связи с тем, что клетки эти вытянуты в длину, они получили название волокон. Диаметр волокна очень мал. Различить отдельные волокна в мышце можно, лишь пользуясь микроскопом; в длину же волокно достигает значительных размеров -в некоторых мышцах 10-12 см. В состав разных мышц входит различное число таких волокон -от сотен до многих тысяч.

Строение мышечного волокна . Мышечная клетка, иливолокно, имеет сложное строение. Она окружена оболочкой - сарколеммой, под которой находятся ядра. В отличие от клеток, из которых построены другие ткани, мышечное волокно содержит не одно, а множество ядер (иногда тысячи). Помимо заполняющей мышечное волокно протоплазмы, называемой саркоплазмой, и большого числа включений, таких, например, как митохондрии (в них происходят очень важные для дея­тельности мышцы энергетические процессы), в волокне имеются нити - миофибриллы, которые тянутся от одного конца волокна до другого. Миофибриллы представляют собой сократительный аппарат мышечного волокна (рис. 1).

Миофибриллы состоят из пачек еще более тонких нитей-про тофибрилл, или миофиламентов, среди которых различаются две разновидности. Миофибриллы неоднородные по всей своей длине образования: они состоят из чередующихся темных и светлых участков (см. рис. 1)

Рис1 Схематическое изображение мышцы.

Мышца (Л) состоит из мышечных волокон (Б), каждое из них - из миофибрилл (В). Миофибрилла (Г) составлена из толстых и тонких миофиламентов (Д). На рисунке показан один саркомер, ограниченный с двух сторон линиями: 1 - изотропный диск, 2 - анизотропный диск, 3 - участок с меньшей анизотропностью. Поперечный сред мнофибриллы (4), дающий представление о гексагональиом распределении толстых и тонких миофиламснтов

В связи с этим скелетные мышцы получили название поперечно-полосатых. Темные и светлые диски раз­личаются не только по способности преломлять световые лучи в поле зрения оптического микроскопа, но и по своему строению. Темные диски (они были названы анизотропными - двоякопреломляющими, или дисками «Л») состоят из относительно более толстых протофибрилл, построенных из белка миозина, а светлые (изотропные, или диски «I») состоят из тонких протофибрилл, построенных из белка актина, причем окончания тонких протофибрилл находятся в промежутках между толстыми.

Таким образом, схематически организацию скелетной мышцы можно представить себе следующим образом: мышца состоит из сотен и тысяч мышечных волокон; мышечное волокно содержит тысячи миофибрилл; миофибрилла построена из пачек протофи-брилл разной толщины, образованных из разных белковых соединений. Чередование (в поперечном направлении) толстых миозиновых и тонких актиновых протофибрилл обусловливает деление миофибриллы на диски и соответственно этому - поперечную исчерченность скелетной мышцы.

        Механизм мышечного сокращения.

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.

Сокращение мышечного волокна, а, следовательно, и мышцы в целом связано с тем, что тонкие актиновые протофибриллы втяги­ваются в глубь промежутков между миозиновыми. Эта теория по поводу механизма мышечного сокращения, основанная на современных электронно - микроскопических данных, получила название теории скольжения: актиновые нити, втягиваясь в глубь анизотропных дисков, как бы скользят между миозиновыми. Под электронным микроскопом можно рассмотреть, что при сокращении мышцы ширина анизотропных (темных) дисков не меняется, а ширина изотропных (светлых) уменьшается. При значительном сокращении эти диски совсем исчезают - полностью втягиваются внутрь анизотропных (рис.2).

Иннервация скелетной мышцы . Мышца сокращается лишь при возникновении в ней возбуждения - после того как произойдет целый ряд процессов (электрических, химических), обеспечивающих возможность выполнения ею специфической функции - укоро чения, или развития напряжения. А возбуждается мышца рефлекторным путем -под влиянием импульсов, которые передаются к ней от центральной нервной системы по эффер ентным (т. е. ценробежным нервам.) В организации двигательных актов участвуют различные отделы центральной нервной системы, но непосредственную связь со скелетными мышцами имеют низшие ее отделы. В так называемых передних рогах спинного мозга расположены тела мотонейронов, длинные отростки которых - аксоны направляются к мышцам туловища и конечностей и заканчиваются в них своими разветвлениями (рис. 3). Аксоны нервных клеток образуют те нервные волокна, посредством которых периферические органы связаны с центральной нервной системой. Через мотонейроны и их аксоны на мышцы оказывают влияние и вышележащие отделы центральной нервной системы - различные отделы головного мозга.

Помимо эфферентных (двигательных) нервов мышцу иннервируют и афферентные, или чувствительные, нервы. Их окончания связаны с чувствительными образованиям - проприорецепторами. Последние возбуждаются при изменениях состояния мышечных волокон - их сокращении и растяжении. Импульсы от них передаются афферентными нервами в центральную нервную систему и информируют, таким образом, соответствующие нервные центры о длине мышцы и развиваемом ею напряжении.

Рис.3 Схема строения нервной клетки (спиномозгового нейрона) (по Б.Кацу)

Н е р в н о -м ышечный си напс . Окончания эфферентного нервного волокна соединяются с мышечными волокнами посредством особо устроенных образований- синапсов. Каждый синапс (рис. 4) состоит из мембраны нервного окончания, мембраны мышечного волокна и находящейся между ними узкой щели. Эта шель, видимая лишь под электронным микроскопом, получила название синоптической щели; мембрана нервного окончания называется пресинаптической (она расположена впереди синапса), а мембрана мышечного волокна - постси наптической (расположена позади синапса). Возбуждение с нервного окончания на мышечное волокно передается через химическое вещество. Нервные окончания способны, как оказалось, вырабатывать некоторые вещества (наподобие того, как это делают железистые клетки), называемые медиаторами - посредниками между нервом и иннервируемым им органом. Медиатором окончаний мотонейрона в мышечных волокнах является ацетилхолин. высокой чувствительно стью к этому воздействию.

Рис.4 Схема взаимоотношений между нервным волокном, нервным окончанием и скелетным мышечным волокном (по Б.И.Ходорову)

1-нервное волокно; 2-нервное окончание (пресинаптическая мембрана) с пузырьками медиатора; 3-постсимпатическая мембрана; 4- синаптическая щель; 5-внесинаптическая мембрана мышечного волокна;

6-миофибриллы; 7-саркоплазма

Двигательная единица. Как уже указывалось выше, аксон мотонейрона, подходя к мышце, ветвится, образуя множество окончаний. Каждое из этих окончаний образует синапс на одном мышечном волокне. Таким образом, каждый мотонейрон снабжает своими окончаниями целую группу мышечных волокон. При возбуждении мотонейрона возбуждаются все мышечные волокна, которые он

иннервирует, и вся эта группа волокон работает как единое целое. В связи с этим мотонейрон и иннервируемая им группа мышечных волокон получили название двигательной единицы (рис.5). Мышечное волокно можно назвать структурной единицей мышцы, а двигательная единица является ее функциональной единицей.

Мотонейроны различаются по своей величине и дают разное число концевых веточек. В связи с этим двигательные единицы включают разное количество мышечных волокон. В некоторых мышцах, богато иннервируемых и способных выполнять очень тонко регулируемые движения, на один мотонейрон приходится от 3-6 до нескольких десятков мышечных волокон. Таковы, например, наружные мышцы глаза, мышцы пальцев кисти. В других мышцах, например в больших мышцах туловища и конечностей, один мотонейрон иннервирует очень большое число мышечных волокон - сотни и даже тысячи. Каждая мышца и ее нерв включают разное (достигающее иногда нескольких тысяч) количество двигательных единиц.

Рис.5 Схематическое изображение мотонейрона и двигательной единицы

(по Дж.Бендоллу)

Возбуждение нерва и мышцы . Из рассмотренных выше положений ясно, что мышца сокращается лишь тогда, когда в ней возникнет возбуждение, что импульсы, вызывающие в ней этот процесс, идут из центральной нервной системы, что непосредственной «станцией отправления» являются мотонейроны, по длинным отросткам которых - эфферентным двигательным нервным волокнам - эти импульсы проводятся к мышечным волокнам и передаются через нервно-мышечные синапсы. Следует выяснить более детально, в чем заключается процесс возбуждения.

Возбуждение - это очень сложный биологический процесс, который лежит в основе деятельности органов, тканей и клеток организм.а. Возбуждаясь, каждый орган выполняет свою специфическую функцию: например, железы пищеварительного тракта вырабатывают ферменты, железы внутренней секреции--гормоны, мышцы производят сократительный акт. Наряду с такими совершенно различными специфическими реакциями имеются и общие черты в возбуждении различных органов. Это относится прежде всего к электрическим явлениям - первым и основным процессам, в которых проявляется возбуждение.

Электрические свойства нервных и мышечных клеток в состоянии покоя. Мембранный потенци ал . В покое клетка имеет определенный электрический заряд. Снаружи сарколемма заряжена положительно, а изнутри - отрицательно. Возникновение этого двойного электрического заряда связано с особыми свойствами мембраны. Она обладает избирательной проницаемостью для различных ионов. Так, она относительно легко пропускает положительно заряженные ионы (катионы) калия (К+) и почти не пропускает катионы натрия (Nа+). Не могут пройти через мембрану и крупные молекулы белковых анионов. Если бы она была проницаема для всех этих веществ, то содержание их внутри и вне клетки стало бы одинаковым. В связи с избирательной и ограниченной проницаемостью мембраны поддерживается разная концентрация различных ионов внутри клетки и в окружающей ее среде - в межтканевой жидкости. Калия внутри клетки содержится в 30-40 раз больше, чем снаружи, а натрия -в 10-12 раз меньше. В силу разности концентраций катионы К + выходят из клетки наружу (мембрана для них проницаема), ионы же Nа + проникнуть внутрь не могут (мембрана в состоянии покоя для них почти непроницаема). Не могут выйти наружу через мембрану и анионы. В связи с диффузией К+ наружу и под влиянием электростатических сил притяжения между противоположно заряженными ионами анионы концентрируются у поверхности мембраны изнутри, а катионы - снаружи, образуя, таким образом, на мембране двойной электрический слой, т. е. поляризуя ее. Разность потенциалов между наружной и внутренней поверхностями мембраны, называемая потенциалом покоя (ПП), или мембранным потенциалом (МП) , равна 70-90 мв.

Изменения электрического состояния клетки при возбуждении. Потенциал действия . При раздражении клетки происходит изменение мембранного потенциала покоя. Возбужденный участок мембраны оказывается снаружи заряженным отрицательно по отношению к своей внутренней поверхности. Иными словами, происходит перезарядка мембраны, смена знаков зарядов - инверсия потенциала покоя. Этот процесс обусловлен изменениями проницаемости мембраны под влиянием раздражения. Она на какое-то короткое время становится значительно более проницаемой для ионов Na+, чем для ионов К + . Ионы Na + , которых в межтканевой жидкости, как уже указывалось, в 10-12 раз больше, чем внутри клетки, начинают проникать внутрь. Нейтрализуя отрицательный заряд внутренней поверхно-сти мембраны в раздражаемом участке, они снижают тем самым существовавшую в покое разность потенциалов, т. е. приводят к деполяризации мембраны. Интересно, что этот процесс сам себя подкрепляет: начинающаяся деполяризация повышает проницаемость мембраны для ионов Nа + ; диффузия катионов Na + углубляет депо-ляризацию; в связи с этим проницаемость для этих ионов становится еще более значительной и т. д. В результате этого процесса происходит не только деполяризация мембраны, но и ее перезарядка: внутренняя поверхность ее в раздражаемом участке становится заряженной положительно, а наружная по отношению к ней - отрицательно. При измерении разности потенциалов между наружной и внутренней поверхностями клетки оказывается, что вместо заряда - 90 мв внутри, который отмечался в состоянии покоя, там обнаруживается заряд + 30- 40 мв. Проникновение положительно заряженных ионов Na + внутрь клетки привело к развитию электрического процесса, характеризующегося напряжением 120-130 мв {от-90 до +30 мв). Этот процесс - колебание потенциала покоя - получил название потенциала действия (ПД). Он характеризует возникновение возбуждения в нервной или мышечной клетке.

В противоположность потенциалу покоя, отличающемуся постоянством, потенциал действия представляет собой быстро протекающий процесс. Он состоит из двух фаз - фазы деполяризации, которая приводит к перезарядке мембраны, и фазы реполяризации, заключающейся в восстановлении исходного электрического состояния клетки - мембранного потенциала (рис. 6). Фаза реполяризации начинается в тот момент, когда потенциал действия достигает своей вершины - пика, т. е. амплитуды 120-130 мв. Проницаемость мембраны для ионов Nа+ при этом резко снижается, и дальнейшее их поступление внутрь почти прекращается. В этот момент проницаемость мембраны для ионов К+ оказывается значительно выше. В связи с отмечавшейся выше разностью концентрации калия внутри и снаружи клетки эти катионы начинают интенсивно покидать клетку. К этому процессу присоединяется и извлечение проникших в клетку ионов Nа+ - как бы «выкачивание» их. Все это приводит к восстановлению исходного состояния клетки - положительному заряду наружной поверхности мембраны и отрицательному - внутренней. Фаза деполяризации потенциала действия (восходящая фаза - см. рис. 6) длится около 1 мсек., в некоторых клетках - 0,5 мсек.; фаза реполяризации (нисходящая фаза) значительно длительнее первой.

Рис.6Потенциал действия скелетного мышечного волокна (А) (а-фаза деполяризации, б-фаза реполяризации) и схема (Б) перемещения ионов натрия и калия в участке возбуждения

Проведение возбуждения по нервным и мышечным волокнам . С потенциалом действия связано проведение возбуждения по нервным и мышечным волокнам. При возникновении потенциала действия между возбужденным участком и соседними, находящимися в состоянии покоя, возникает разность потен­ циалов. Наружная поверхность возбужденного участка мембраны, как отмечалось выше, оказывается отрицательно заряженной, а соседнего с ним - находящегося в состоянии покоя - положительно заряженной. В связи с разностью потенциалов между этими соседними участками возникает электрический ток - так называемый местный ток действия. Этот ток является раздражителем участка волокна, находившегося до этого времени в состоянии покоя. Под влиянием раздражения в этом участке начинаются описанные выше процессы - деполяризация, повышение натриевой проницаемости и т. д., т. е. возникает потенциал действия. Затем возбуждается следующий участок волокна и т. д. Таким образом, проведение импульса заключается, по существу, в последовательном, один за другим, возбуждении участков волокна.

Передача возбуждения через синапсы происходит, как уже говорилось выше, через посредство химических веществ - медиаторов, вырабатываемых концевыми веточками аксонов. Химическим путем передается возбуждение как в синапсах центральной нервной системы, где разветвления одних аксонов образуют синапсы на теле и дендритах других, так и в нервномышечном, или мионев ральном, синапсе. Медиатором окончаний мотонейрона в мышечных волокнах является ацетилхолин. При возбуждении нервных окончаний синаптические пузырьки, в которых содержится медиатор, лопаются, ацетилхолин проникает через пресинаптическую мембрану в синаптическую. щель и вызывает возбуждение постсинаптической мембраны. Последняя обладает высокой чувствительно стью к этому воздействию. Под влиянием ацетилхолина повышается ее проницаемость для ионов Na+ и К + , происходит деполяризация и возникает постсинаптический потенциал. С постсинаптической мембраны возбуждение передается на другие (внесинаптические) участки мембраны мышечного волокна снова электрическим путем (см. рис. 4).

Значение функционального состояния нервно- мышечного аппарата для развития процесса воз буждения. Возбудимость. Способность живой ткани развивать возбуждение в ответ на раздражение называется возбудимостью. Таким образом, возбудимость является одним из основных свойств живой ткани, обеспечивающих взаимодействие организма со средой. Разные ткани обладают различной возбудимостью. Уровень возбудимости одной и той же ткани тоже изменчив. Умеренные воздействия на ткань повышают ее возбудимость, чрезмерные по силе или длительности понижают. Так, под влиянием разминки возбудимость центральной нервной, системы и нервно-мышечного аппарата повышается, при утомительной работе понижается.

Изменение возбудимости происходит закономерно во время протекания каждой волны возбуждения. Когда возникает потенциал действия (в течение фазы деполяризации), ткань становится невозбудимой: она не способна ответить на новое раздражение. Это так называемая абсолютная рефракторная фаза. Постепенно возбудимость ткани восстанавливается до исходного уровня, а затем становится на некоторое время даже выше его.

Возбудимость можно измерять. Чем выше возбудимость ткани, тем легче вызвать ее возбуждение - ответную реакцию. Минимальная сила раздражения, которая нужна, чтобы вызвать возбуждение ткани, характеризует так называемый порог возбудимости данной ткани и называется пороговой силой. Уровень возбудимости служит важным показателем функционального состояния ткани.

Функциональная подвижность (лабильность). Одним из важных факторов, от которых зависит деятельность возбудимых тканей (таких, как нервные клетки, синапсы, нервно-мышечный аппарат), является скорость протекания возбуждения, получившая название лабильности (Н. Е. Введенский). В одних образованиях волна возбуждения развивается и затухает с большой скоростью, в других значительно медленнее. От скорости возбуждения зависит частота импульсов, которую ткань может развить в единицу времени. Наиболее высока лабильность нервных волокон, значительно ниже лабильность мышечных волокон, нервных клеток и особенно синапсов.

Лабильность, как и возбудимость ткани, не постоянна. Умеренные воздействия увеличивают скорость протекания волны возбуждения, чрезмерные - ее уменьшают. Под влиянием разминки, например, лабильность центрально-нервных образований и нервно-мышечного аппарата повышается, при утомлении понижается.

Об уровне лабильности можно судить по разным показателям. Н.Е.Введенский предложил измерять ее максимальным числом волн возбуждения, которое может возникнуть в ткани в единицу времени (в 1 сек).

Биохимические процессы в мышце при возбуж дении . Электрические проявления возбуждения, т. е. потенциалы действия, возникающие на мембране мышечного волокна, приводят к целому ряду химических процессов, которые завершаются механической реакцией волокна - сокращением.

Связь между электрическими процессами, происходящими на мембране, и механической реакцией миофибрилл обеспечивается при посредстве ионов кальция (Са ++). В состоянии покоя эти ионы находятся преимущественно внутри системы трубочек и полостей, которая пронизывает волокно вдоль (между миофибриллами) и поперек (между отдельными частями -саркомерами миофибрилл). Эти трубочки и полости тоже имеют свои полупроницаемые мембраны, через которые ионы Са++ в покое почти не проникают. Когда возбуждается мембрана мышечного волокна, ее потенциалы действия вызывают деполяризацию мембран трубочек и полостей и повышают их проницаемость. Ионы Са++ выходят (в связи с тем что концентрация их внутри этой системы значительно выше, чем снаружи) и оказываются очень близко от миофибрилл.

Ионы Са++ влияют на белок миозин. При рассмотрении строения миофибрилл мышечного волокна уже отмечалось, что они состоят из протофибрилл - тонких (актиновых) и относительно более толстых (миозиновых), чередующихся между собой в поперечном направлении. Миозин, как оказалось, является не только сократительным белком мышцы, а обладает еще и свойствами фермента. Он способен расщеплять очень богатое энергией вещество - аденозинтрифосфорную кислоту (АТФ). Когда волокно находится в состоянии покоя, миозин как фермент неактивен. При воздействии ионов Са ++ ферментативные свойства миозина активизируются, и он начинает расщеплять АТФ. За счет химической энергии, которая освобождается при этом, происходит сокращение миофибрилл, т. е. втягивание (скольжение) актиновых протофибрилл в промежутки между миозиновыми. Расслабление мышечного волокна связано с удалением Са++ от сократительного аппарата. Специальные исследования показали, что ионы Са ++ после воздействия на миозин, которое привело к расщеплению АТФ и сокращению волокна, как бы «выкачиваются» из сферы сократительного аппарата в ту систему, где они находились до возбуждения мышечного волокна.

Работа мышц. 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. 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 тренированных людей этот показатель несколько выше).

        Химизм и энергетика мышечного сокращения.

Сокращение и напряжение мышцы осуществляется за счет энергии, освобождающейся при химических превращениях, которые происходят при поступлении в мышцу нервного импульса или нанесении на нее непосредственного раздражения.

Расщепление и ресинтез аденозинтрифосфорной кислоты (АТФ). Первичным источником энергии для сокращения мышцы служит расщепление АТФ (она находится в клеточной мембране, ретикулюме и миозиновых нитях) на аденозиндифосфорную кислоту (АДФ) и фосфорные кислоты.

Аденозинтрифосфат является непосредственным источником энергии для мышечного сокращения. Однако запас этого вещества в мышце весьма ограничен. Его могло бы хватить на поддержание сокращения мышцы в течение лишь 1 сек. Возможность совершать работу в течение более или менее длительных промежутков времени связана с процессами непрерывного пополнения количества АТФ в мышце. Кроме того, с наличием АТФ связано расслабление мышцы. Недостаточный ресинтез (восстановление) АТФ приводит к понижению пластичности миофибрилл и затрудняет их расслабление. Таким образом, расщепление АТФ -это лишь первое звено в цепи химических процессов, которые происходят в мышце при ее деятельности. Вслед за ним совершаются реакции, обеспечивающие ресинтез АТФ.

Ресинтез АТФ заключается в присоединении к аденозиндифосфорной кислоте (АДФ), образовавшейся при распаде АТФ, молекулы фосфорной кислоты. Эта реакция требует энергии. Хорошо известно, что если реакция в одном направлении идет с освобождением энергии, то в обратном направлении она совершается с поглощением энергии. В мышце имеются содержащие энергию вещества. Есть они и в других органах, откуда могут доставляться мышце кровью. К таким энергетическим веществам относятся углеводы, жиры, белки. Но заключенная в этих веществах энергия освобождается только при их расщеплении. Эти процессы происходят под влиянием ферментов и эффективнее всего (с освобождением больших количеств энергии) при участии кислорода. Однако доставка кислорода к работающим мышцам в необходимом объеме оказывается для организма при некоторых физических нагрузках непосильной задачей. При недостатке кислорода ресинтез АТФ может временно происходить за счет реакций, которые совершаются без него. Они менее эффективны, но выручают организм в тех случаях, когда снабжение мышц кислородом не может быть своевременным и достаточным. Таким образом, ресинтез АТФ происходит двояким путем: за счет расщепления веществ без участия кислорода (анаэробные процессы) и с участием кислорода (аэробные процессы).

Ресинтез АТФ анаэробным путем происходит в первую очередь за счет креатинфосфорной кислоты (КрФ), содержащейся в мыш-цах. Это вещество тоже богато энергией. Реагируя с АДФ, оно отдает ей фосфорную кислоту, которая вместе с энергией, заклю-ченной в ее связях, обеспечивает образование АТФ. Эта реакция идет очень быстро (в течение тысячных долей секунды), но не может поддерживать ресинтез АТФ длительно, так как запас КрФ в мышце тоже ограничен. Концентрация КрФ в мышцах в 3-4 раза больше в сравнении с АТФ. Умеренное (на 20-40%) снижение АТФ сразу компенсируется за счет КрФ.

Несколько позднее, чем КрФ, включаются анаэробные реакции расщепления углеводов - гликогена, глюкозы (реакции гликолиза). Углеводы образуют при этом соединения с молекулами фосфорной кислоты. По мере распада углеводов освобождается энергия, которую фосфатные группы переносят на АДФ, обеспечивая таким образом ресинтез АТФ. За счет углеводов, которых в организме значительно больше, чем КрФ, анаэробный ресинтез АТФ может поддерживаться гораздо дольше. Предел этим анаэробным возможностям ресинтеза АТФ наступает в связи не столько с исчерпанием углеводных запасов, сколько с происходящим при этих процессах накоплением недоокисленных продуктов обмена.

При анаэробном расщеплении углеводы распадаются не до конечных своих продуктов обмена, которыми являются углекислый газ и вода, а лишь до промежуточных - молочной и пировиноградной кислот. Эти вещества богаты еще энергией и могли бы освободить ее при дальнейшем расщеплении, но только при участии кислорода. Помимо того, что невозможность использовать энергию этих веществ делает анаэробный распад углеводов малоэффективным процессом, накопление их в мышцах и крови может резко снизить работоспособность. Концентрация лактата в крови в покое составляет 1-2 ммоль/л, а после интенсивных физических нагрузок в течение 2-3 мин эта величина может достигать 18-20 ммоль/л (в 10-20 раз). Недоокисленные продукты изменяют состояние внутренней среды организма, сдвигают ее реакцию в кислую сторону, что неблагоприятно отражается на активности ряда ферментов, затрудняя обменные процессы в различных органах.

Продукты анаэробного распада веществ создают в организме так называемый кислородный долг, который ликвидируется в основном после окончания мышечной деятельности. Подобные условия создаются при работе максимальной, субмаксимальной и большой интенсивности (мощности), например, при беге на короткие и средние дистанции.

При легкой или умеренной физической нагрузке к мышечным клеткам доставляется достаточное количество кислорода.

Время развертывания аэробного пути образования АТФ составляет 3-4 мин (у тренированных – до 1 мин), при физических нагрузках его мощность становится максимальной и при этом аэробный путь может работать часами. Он также отличается высокой экономичностью: в ходе этого процесса идет глубокий распад исходных веществ до конечных продуктов СО2 и воды.

Ресинтез АТФ аэробным путем совершается за счет окислительного распада углеводов, жиров, безазотистых продуктов белкового обмена и промежуточных продуктов расщепления всех этих веществ (молочной кислоты и др.). При этом освобождается большое количество энергии, обеспечивающее весьма эффективный процесс ресинтеза АТФ и других веществ. Образование АТФ можно рассматривать как главную цель тканевого дыхания. Например, окисление одной молекулы молочной кислоты до углекислоты и воды освобождает энергию, достаточную для обратного превращения 4-5 молекул ее в гликоген. При полном окислении глюкозы энергии для ресинтеза высвобождается в 19 раз больше, чем в анаэробном процессе.

Однако аэробный способ ресинтеза АТФ имеет и недостатки:

    он требует потребления кислорода, доставка которого в мышечную ткань обеспечивается дыхательной и сердечно-сосудистой системами, что, естественно, связано с их напряжением;

    любые факторы, влияющие на состояние и свойства мембран митохондрий, нарушают образование АТФ;

    развертывание аэробного образования АТФ продолжительно по времени и невелико по мощности.

Мышечная деятельность, осуществляемая в большинстве видов спорта, не может полностью быть обеспечена аэробным процессом ресинтеза АТФ, и организм вынужден включать анаэробные способы образования АТФ, имеющие более короткое время развертывания и большую максимальную мощность процесса (т.е. наибольшее количество АТФ, образуемое в единицу времени).

Итак, в мышце происходит сложная система химических процессов, многие из которых носят обратимый характер. Одни вещества распадаются и ресинтезируются за счет других, которые, в свою очередь, тоже подвергаются ресинтезу. АТФ, являющийся первичным источником энергии для мышечного сокращения, может при благоприятных условиях полностью ресинтезироваться. Ресинтезу подвергается и КрФ и даже, хотя и не полностью, углеводы. В конечном счете расходуются те органические вещества, которые распадаются до углекислоты и воды,- углеводы, жиры и др. Эти конечные продукты обмена в организме животных и человека не ресинтезируются, а выводятся наружу. Образование же углекислоты и воды, как уже отмечалось, происходит при участии кислорода. В связи с этим при мышечной деятельности возникает потребность в повышенном поглощении кислорода. Эта потребность тем выше, чем больше энергии должно быть потрачено на работу, т. е. чем она интенсивнее и длительнее.

Количество кислорода, необходимое для полного обеспечения выполняемой работы, называют кислородным запросом. Например, в беге на 400 м кислородный запрос, равен приблизительно 27 л. Время пробегания дистанции на уровне мирового рекорда составляет около 40 с. Исследования показали, что за это время спортсмен поглощает 3-4 л 02. Следовательно, 24 л - это общий кислородный долг (около 90% кислородного запроса), который ликвидируется после забега.

В беге на 100 м кислородный долг может доходить до 96% запроса. В беге на 800 м доля анаэробных реакций несколько снижается - до 77%, в беге на 10 000 м - до 10%, т.е. преобладающая часть энергии поставляется за счет дыхательных (аэробных) реакций.

Тепловые явления в мышце при возбуждении. Химические реакции, происходящие в мышце при возбуждении, непосредственно связаны, как уже отмечалось выше, с энергетическими процессами. Так, распад АТФ приводит к превращению потенциальной химической энергии в механическую; ресинтез АТФ и других веществ связан с переносом энергии с одних соединений на другие. Энергетические процессы всегда сопровождаются образованием тепла. В мышце химическая энергия превращается в механическую непосредственно. Тем не менее, и в ней образуется тепло. Часть его представляет неизбежную «утечку» энергии при превращении химической энергии в механическую, а также при ресинтезе веществ - переносе энергии с одних соединений на другие. Часть тепла образуется в связи с укорочением мышцы (в результате внутреннего трения перемещающихся частей мышечных волокон), часть - при расслаблении мышцы. Эта последняя часть тепла представляет собой результат вторичного процесса превращения энергии - переход механической энергии в тепловую.

Тепло, образующееся в мышцах, имеет большое значение для поддержания температуры тела на необходимом уровне.

        Краткая характеристика мышечных волокон.

Гладкая мускулатура. В гладких мышечных волокнах отсутствуют миофибриллы. Тонкие нити (актиновые) соединены с сарколеммой, толстые (миозиновые) находятся внутри мышечных клеток. В гладких мышечных волокнах отсутствуют также цистерны с ионами Са++. Под действием нервного импульса ионы Са++ медленно поступают в саркоплазму из внеклеточной жидкости и также медленно уходят после того, как прекращают поступать нервные импульсы. Поэтому гладкие мышечные волокна медленно сокращаются и медленно расслабляются. Гладкие мышцы способны к самопроизвольным ритмическим сокращениям, которые могут быть разной частоты и силы. Растяжение гладкой мускулатуры полого органа при наполнении его содержимым обычно сразу ведет к ее сокращению, и таким образом обеспечивается проталкивание содержимого дальше. Клетки иннервируются двумя видами вегетативных нервных волокон: одни из них относятся к симпатической, а другие - к парасимпатической нервной системе. Противоположное действие, которое оказывают эти волокна на иннервируемый ими орган, позволяет быстро изменять состояние органа в соответствии с возможными изменениями условий.

Скелетная мускулатура. Скелетные мышцы входят в структуру опорно-двигательного аппарата, крепятся к костям скелета и при сокращении приводят в движение отдельные звенья скелета, рычаги. Они участвуют в удержании положения тела и его частей в пространстве, обеспечивают движения при ходьбе, беге, жевании, глотании, дыхании и т.д., вырабатывая при этом тепло. Скелетные мышцы обладают способностью возбуждаться под влиянием нервных импульсов. Возбуждение проводится до сократительных структур (миофибрилл), которые, сокращаясь, выполняют определенный двигательный акт - движение или напряжение

Напомним, что вся скелетная мускулатура состоит из поперечно-полосатых мышц. У человека их насчитывается около 600 и большинство из них - парные. Их масса составляет 35-40% общей массы тела взрослого человека. Скелетные мышцы снаружи покрыты плотной соединительнотканной оболочкой. В каждой мышце различают активную часть (тело мышцы) и пассивную (сухожилие).

Мышцы, действие которых направлено противоположно, называются антагонистами, однонаправленно - синергистами. Одни и те же мышцы в различных ситуациях могут выступать в том и другом качестве. У человека чаще встречаются веретенообразные и лентовидные. Веретенообразные мышцы расположены и функционируют в районе длинных костных образований конечностей, могут иметь два брюшка (двубрюшные мышцы) и несколько головок (двуглавые, трехглавые, четырехглавые мышцы). Лентовидные мышцы имеют различную ширину и обычно участвуют в корсетном образовании стенок туловища. Мышцы с перистым строением, обладая большим физиологическим поперечником за счет большого количества коротких мышечных структур, значительно сильнее тех мышц, ход волокон в которых имеет прямолинейное (продольное) расположение. Первые называют сильными мышцами, осуществляющими малоамплитудные движения, вторые - ловкими, участвующими в движениях с большой амплитудой. По функциональному назначению и направлению движений в суставах различают мышцы сгибатели и разгибатели, приводящие и отводящие, сфинктеры (сжимающие) и расширители.

Общий обзор скелетных мышц человека . Мышцы туловища включают мышцы грудной клетки, спины и живота. Мышцы грудной клетки участвуют в движениях верхних конечностей, а также обеспечивают произвольные и непроизвольные дыхательные движения. Дыхательные мышцы грудной клетки называются наружными и внутренними межреберными мышцами. К дыхательным мышцам относится также и диафрагма. Мышцы спины состоят из поверхностных и глубоких мышц. Поверхностные обеспечивают некоторые движения верхних конечностей, головы и шеи. Глубокие («выпрямители туловища») прикрепляются к остистым отросткам позвонков и тянутся вдоль позвоночника. Мышцы спины участвуют в поддержании вертикального положения тела, при сильном напряжении (сокращении) вызывают прогибание туловища назад. Брюшные мышцы поддерживают давление внутри брюшной полости (брюшной пресс), участвуют в некоторых движениях тела (сгибание туловища вперед, наклоны и повороты в стороны), в процессе дыхания.

Мышцы головы и шеи - мимические, жевательные и приводящие в движение голову и шею. Мимические мышцы прикрепляются одним своим концом к кости, другим - к коже лица, некоторые могут начинаться и оканчиваться в коже. Мимические мышцы обеспечивают движения кожи лица, отражают различные психические состояния человека, сопутствуют речи и имеют значение в общении. Жевательные мышцы при сокращении вызывают движение нижней челюсти вперед и в стороны. Мышцы шеи участвуют в движениях головы. Задняя группа мышц, в том числе и мышцы затылка, при тоническом (от слова «тонус») сокращении удерживает голову в вертикальном положении.

Мышцы верхних конечностей обеспечивают движения плечевого пояса, плеча, предплечья и приводят в движение кисть и пальцы. Главными мышцами-антагонистами являются двуглавая (сгибатель) и трехглавая (разгибатель) мышцы плеча. Движения верхней конечности и прежде всего кисти чрезвычайно многообразны. Это связано с тем, что рука служит человеку органом труда.

Мышцы нижних конечностей обеспечивают движения бедра, голени и стопы. Мышцы бедра играют важную роль в поддержании вертикального положения тела, но у человека они развиты сильнее, чем у других позвоночных. Мышцы, осуществляющие движения голени, расположены на бедре (например, четырехглавая мышца, функцией которой является разгибание голени в коленном суставе; антагонист этой мышцы - двуглавая мышца бедра). Стопа и пальцы ног приводятся в движение мышцами, расположенными на голени и стопе. Сгибание пальцев стопы осуществляется при сокращении мышц, расположенных на подошве, а разгибание - мышцами передней поверхности голени и стопы. Многие мышцы бедра, голени и стопы принимают участие в поддержании тела человека в вертикальном положении.

Нервная система. Всю нервную систему разделяют на центральную и периферическую. К центральной нервной системе (ЦНС) относят головной и спинной мозг. Через периферическую нервную систему осуществляется связь головного и спинного мозга со всеми органами тела. В ее состав входят центростремительные нейроны, которые воспринимают и передают в ЦНС раздражения от воздействий из внешней и внутренней среды организма, и центробежные нейроны, передающие управляющие сигналы из ЦНС ко всем органам. В двигательных актах особая роль принадлежит спинному мозгу, т.к. он соединен нервными путями со всеми скелетными мышцами, за исключением мышц лица.

В периферической нервной системе условно выделяют два отдела -соматический и вегетативный. Соматический отдел периферийной нервной системы обеспечивает иннервацию кожного покрова тела, двигательного аппарата и органов чувств. Вегетативный отдел иннервирует внутренние органы, кровеносную сосуды и железы, регулируя тем самым обменные процессы в организме.

В данной лекции не представляется возможным рассмотреть нервную систему более полно. Но обязательно необходимо сказать о нервном образовании, расположенном в головном мозге, - гипоталамусе. Этот орган обеспечивает не только постоянство внутренней среды и в большей степени приспосабливает деятельность организма к внешней среде, но с его помощью еще и реализуется программа развития организма.

Костная система . Данная система является пассивной частью двигательного аппарата. Она состоит из 206 парных и непарных костей, которые соединены между собой и образуют скелет - твердую опору человеческого тела. В первую очередь эту роль выполняет позвоночный столб, состоящий из 33-34 отдельных позвонков.

Каждая кость построена преимущественно из костной ткани, пронизанной кровеносными, лимфатическими сосудами и нервными волокнами. Твердость кости зависит от содержания минеральных солей, а эластичность - от наличия органических веществ. По мере старения организма количество органических веществ в костной ткани уменьшается и повышается содержание солей кальция, поэтому кости становятся более хрупкими. Благодаря соединениям (суставам) кости могут перемещаться относительно друг другу в результате сокращения мышц. Сустав полностью заключен в суставную капсулу, которая выделяет синовиальную жидкость для смазки сочленяющихся поверхностей.

Капсула, связки и окружающие мышцы ограничивают подвижность сустава, но с помощью физических упражнений, значительно повышающих эластичность связок и мышц, можно увеличить подвижность самого сустава. Кроме механической функции отдельные кости скелета (кости черепа, таза, грудной клетки) выполняют защитную функцию для внутренних органов, а также ряд биологических функций, играющих важную роль в жизнедеятельности организма. В костях содержится основной запас минеральных веществ, который используется организмом по мере необходимости в обменных процессах, а также находится красный костный мозг, вырабатывающий эритроциты, лейкоциты и другие форменные элементы крови.



Мышечная система. Мышцы составляют активную часть двигательного аппарата и, благодаря своей способности к сокращению, приводят в движение костные звенья скелета. У человека насчитывается свыше 600 отдельных мышц, но мы сосредоточим внимание на поперечно­полосатых мышцах. Мышцы с помощью прочных сухожилий прикрепляются к костям и связывают как минимум две кости. При сокращении мышцы кости приходят в движение одна относительно другой. Мышцы, окружающие сустав, образуют функциональные группы или совместного действия (синергисты), или противоположного действия (антагонисты). Зная местоположение мышцы и в каких движениях она участвует, можно легко подобрать упражнения для развития ее силы.

Строение мышечной ткани имеет волокнистую структуру. Отдельное волокно представляет собой цилиндр длиной до 10 см и диаметром около 0,1 мм. Одна мышца складывается из тысяч подобных волокон белого и красного цветов. Причем первые - сокращаются быстро, а вторые -медленно. В зависимости от соотношения этих волокон в мышцах человек может быть склонен к быстрым движениям или быть более выносливым. Но в мышечной ткани есть и смешанные волокна, которые в результате направленной тренировки могут стать или быстрыми, или выносливыми.

К мышце подходят и отходят от нее многочисленные нервные волокна трех видов и каждый несет строго определенные функции. Так, двигательные нервные волокна передают от спинного и головного мозга импульсы, приводящие мышцы в действие. Чувствительные нервные волокна передают импульсы в обратном направлении. Эти импульсы являются своеобразным отчетом о проделанной мышцами работе, т.е. это обратная связь. Через симпатические нервные волокна регулируются обменные процессы - изменяется качественный и количественный состав мышц, что приспосабливает их к изменившимся условиям работы.

Мышцы пронизывает широко разветвленная сеть кровеносных капилляров, по которым поступают всевозможные вещества, необходимые для работы мышц, для строительства новых клеток, и по которым удаляются продукты распада. С технической точки зрения, мышцы - это своеобразный химический двигатель с КПД около 25-30 %. Это значит, что четверть всех потенциальных энергетических возможностей мышц идет на выполнение механической работы. Остальное - на производство тепла, чем мы иногда пользуемся, когда при холодной погоде проделываем быстрые, энергичные движения. Следует отметить, что часть энергетического потенциала этого мышечного мотора используется в качестве «мышечного насоса» при каких-либо циклических движениях человека, когда мышцы, ритмично сокращаясь, способствуют проталкиванию венозной крови к сердцу от удаленных от него участков тела.

Топливом для мышц служат особые органические вещества, богатые потенциальной энергией и способные, расщепляясь, отдавать ее. Это аденозинтрифосфорная кислота (АТФ), креатинфосфорная кислота (КФ), гликоген, жиры и белки. Особую роль играет АТФ, которую можно сравнить с обычным аккумулятором. Она, отдавая мышцам энергию, «разряжается» и так же, как аккумулятор может заряжаться, вновь обретая способность приводить мышцы в действие. Так как количество АТФ в мышцах сравнительно невелико, то уже вскоре после начала работы возникает необходимость в ее восстановлении. Здесь вступают в действие КФ и гликоген. Выделяемая при их расщеплении энергия идет на восстановление АТФ. Эти процессы происходят в течение нескольких десятков секунд анаэробным путем. Для дальнейшей работы мышц необходим кислород и новые источники энергии. Их приносит к мышцам кровь, где начинается процесс сгорания углеводов, жиров, белков аэробным путем. Выделенная при этом энергия трансформируется в мышечную работу, но опять же через восстановление АТФ. После окончания работы, в ходе отдыха, в мышцах происходят восстановительные процессы по восполнению до исходного уровня запасов АТФ, КФ, гликогена и удаления продуктов распада (углекислого газа, воды, аммиака).

Сердечно-сосудистая система . Она обеспечивает циркуляцию жидкостей в организме, которая является непременным условием его жизнедеятельности. Кроме того, на этом построен гуморальный механизм регуляции всех происходящих в организме процессов. С помощью движения крови и лимфы осуществляется как доставка к органам и клеткам необходимых для них веществ и кислорода, так и удаление из органов продуктов обмена и доставка их к выделительным и другим органам.

По характеру циркулирующей жидкости в сосудистой системе различают два отдела - кровеносный и лимфатический, которые структурно и функционально тесно между собой связаны. С сосудистой системой связаны также селезенка и красный костный мозг, являющиеся кроветворными органами.

Кровь в организме движется по двум кругам - большому и малому. Большой круг кровообращения начинается от левого желудочка сердца через самую крупную артерию - аорту, через артерии разного размера, капилляры к венам и далее в правое предсердие, а оттуда - в правый желудочек, легочные артерии, капилляры, легочные вены, впадающие в левое предсердие. В большом кругу через стенки сосудов осуществляется обмен веществ между тканями и кровью. Из правого предсердия кровь переходит в правый желудочек, откуда начинается малый круг кровообращения. В малом кругу, в капиллярах легких, венозная кровь, насыщаясь кислородом и освобождаясь от углекислого газа, превращается в артериальную, направляясь в левое предсердие. Из левого предсердия кровь поступает в левый желудочек и оттуда вновь в большой круг кровообращения.

Ритмичными сокращениями желудочков сердца кровь изгоняется в аорту и легочную артерию. Непрерывное движение крови обеспечивается разностью давления в сосудах, которое возникает в результате деятельности сердца, работающего как насос.

Вся жизнь организма от мельчайших структур до целых органов и систем возможна только благодаря деятельности сердца, которое при массе 250-300 г является сверхмощным мышечным двигателем, способным в течение часа перекачать около 300 кг жидкости. Сердце иннервируется ветвями блуждающего и симпатического нервов. Первый из них тормозит деятельность сердца, второй - усиливает.

К изменениям в работе сердца ведут температурные колебания окружающей среды: при ее изменении на 1 градус частота сердечных сокращений изменяется примерно на 10 ударов; болевые ощущения; различные эмоциональные проявления: гнев, страх, радость и т.п.

При каждом сокращении сердца в артерии под большим давлением выбрасывается некоторое количество крови, но ее свободному передвижению препятствует сопротивление стенок периферических сосудов. В итоге в кровеносных сосудах создается давление, называемое кровяным. Оно самое высокое в крупных артериях, а в полых венах даже ниже атмосферного. Кровяное давление неодинаковое; и на протяжении сердечного цикла, в момент сокращения (систолы) желудочков, оно максимальное, или систолическое; а в момент паузы (диастолы) – минимальное, или диастолическое. Кровяное давление измеряют в районе плечевой артерии тонометром. Максимальное давление в пределах 100-140 мм ртутного столба считается нормотоническим, ниже 100 - гипотоническим, а выше 140 -гипертоническим. У детей давление ниже, чем у взрослых. У лиц пожилого возраста в связи с понижением эластичности сосудов максимальное давление выше, чем у лиц молодого возраста.

Артериальный пульс - это ритмические колебания стенки артерии, обусловленные систолой желудочков. У большинства здоровых людей пульс составляет 60-70 уд/мин. Мышечная деятельность вызывает учащенное сердцебиение до 150-200 уд/мин, однако очень высокое учащение пульса не является эффективным. Установлено, что в большинстве случаев при пульсе 170-175 уд/мин происходит максимально возможное потребление человеком кислорода.

В организме взрослого человека 5-6 литров крови, но по кровеносным сосудам движется не вся кровь. Значительная ее часть (до50 %) находится в т.н. «депо крови» - селезенке, печени, подкожной клетчатке. Кровь -своеобразное «зеркало», отражающее все состояние организма. Поэтому все занимающиеся физической культурой и спортом периодически подвергаются клиническому анализу крови.

Кровь состоит из жидкой части (плазмы) и форменных элементов: белых кровяных телец (лейкоцитов), защищающих организм от микробов и инородных веществ; красных кровяных телец (эритроцитов) и кровяных пластинок (тромбоцитов), играющих важную роль в свертывании крови.

В эритроцитах содержится вещество гемоглобин, придающее крови красный цвет. Он окисляется кислородом и, связывая последний, превращается в оксигемоглобин ярко-красного цвета, доставляя с кровью кислород всем тканям организма через разветвленную капиллярную сеть. В капиллярах и происходит обмен веществ между кровью и тканями.

Лимфа представляет собой прозрачную жидкость, в которой содержатся белые форменные элементы - лимфоциты, образующая в лимфоузлах и играющие важную роль в защите организма от болезнетворных микроорганизмов. По своему составу лимфа похожа на плазму крови, но в ней меньше белков. Движение лимфы значительно медленнее, чем движение крови и направлено только в сторону сердца. После приема пищи и во время физической работы лимфоток увеличивается. Массаж также ведет к усилению лимфообращения, что способствует активизации восстановительных процессов в послерабочем состоянии.

Дыхательная система. Она обеспечивает процесс обмена кислородом и углекислым газом между организмом и наружным воздухом. Ткани обмениваются этими газами с окружающих их лимфой и кровью. Этот процесс обмена называется тканевым дыханием. Обмен газов между наружным воздухом и кровью, совершаемый в легких, составляет сущность легочного дыхания. Также существует обмен газов через кожу (кожное дыхание), но он незначителен.

Механизм легочного дыхания функционирует следующим образом. Через 3-4 с у человека под влиянием нервных импульсов из дыхательного центра ЦНС происходит сокращение дыхательной мускулатуры, и в результате объем грудной клетки и находящихся в ней легких увеличивается. Воздух по дыхательным путям свободно проникает внутрь легких. Так осуществляется вдох. С началом расслабления дыхательных мышц происходит выдох. Но прежде чем попасть в легкие, воздух проходит через носоглотку, гортань, трахею, ветвистую систему бронхов и бронхиол. Здесь воздух согревается, увлажняется и очищается от пылевых частиц, микроорганизмов. При чрезмерном загрязнении воздуха мелкими частицами механизмы его очистки, расположенные в носовой полости и на стенках воздухоносных путей, не срабатывают и все вредные примеси оседают на стенках альвеол, в которых и происходит обмен газов. Вот почему важна охрана чистоты воздушного бассейна городов, воздуха рабочих помещений, спортивных залов.

При мышечном покое человек использует приблизительно 500 мл воздуха при вдохе-выдохе, причем до альвеол доходит около 70 % этого воздуха. При физической нагрузке потребность в кислороде резко возрастает, поэтому увеличиваются частота и глубина дыхания, т.е увеличивается легочная вентиляция. При частом дыхании объем вдоха-выдоха около 250 мл, но до альвеол доходит только 40 % вдыхаемого воздуха. Вот почему глубокое и редкое дыхание является более эффективным, нежели поверхностное и частое.

Резервные способности легких к увеличению легочной вентиляции для каждого индивидуальны и лимитируются т.н. «жизненной емкостью легких» (ЖЕЛ), под которой понимается максимальное количество воздуха, которое можно выдохнуть после максимального вдоха. У женщин ЖЕЛ равна 3-4 л, у мужчин - 4-5 л. Количество кислорода, необходимое на ту или иную работу, называется кислородным запросом (КЗ). В том случае, когда дыхательная и сердечно-сосудистая системы не удовлетворяют потребности тканей в кислороде, возникает кислородный долг (КД).

У мышц человека есть способность работать «в долг» некоторое время за счет анаэробных механизмов энергообеспечения. Так, максимальная величина КД у здорового человека равна приблизительно 10 л. Однако бескислородные ресурсы мышц весьма невелики - несколько десятков секунд интенсивной деятельности. Как правило, ликвидация КД происходит по окончанию работы путем интенсификации дыхания, и этот кислород осуществляет окисление органических соединений, в т.ч. молочной кислоты (лактата), образующихся в период работы. Производительность дыхательной и взаимосвязанной с ней сердечно-сосудистой системы характеризуется показателем максимального потребления кислорода (МПК). Этот показатель у здорового человека равен 2-3 л.

Пищеварительная система. Она обеспечивает начальный этап обмена веществ в организме. В процессе пищеварения происходит механическая и химическая обработка пищи. В результате сложные по строению питательные вещества под влиянием ферментов расщепляются на более простые и в растворимом состоянии всасываются из пищеварительного аппарата в кровь и таким образом усваиваются организмом.

К пищеварительным процессам относятся двигательные (жевание, глотание, передвижение пищевых масс), секреторные (выделение пищеварительных соков) и всасывательные (переход питательных веществ, воды и солей из кишечника в кровь и лимфу).

Мышечная деятельность, повышая обмен веществ и энергии, стимулирует работу пищеварительной системы. Однако это воздействие не всегда положительно. Так, выполнение физической работы непосредственно перед приемом пищи угнетает пищеварительные функции в силу торможения пищевых центров возбужденными двигательными центрами. Но и интенсивное переваривание пищи отрицательно влияет на двигательную активность, т.к. отток крови от мышц к органам брюшной полости в силу возбуждения пищевых центров, снижает эффективность физической работы. Поэтому между приемами пищи и занятиями физическими упражнениями необходимо выдерживать интервал не менее чем 2 часа.

Выделительная система обеспечивает функцию очищения организма от постоянно образующихся продуктов распада. К органам выделения относятся почки, потовые железы, легкие и кишечник. У них общая задача -поддерживать гомеостаз внутренней среды организма. Поэтому каждый из них частично дублирует функции других и тем самым обеспечивает возможность компенсации в случае выхода одного органа выделения из строя. Органы выделения работают согласованно, постоянно перераспределяя обязанности между собой. Так, вода покидает организм и через почки (1,5 л в сутки), и легкие (400 мл), и кишечник (200 мл), и, наконец, кожу (500 мл в сутки). Надо отметить, что моча, как и кровь, очень точный индикатор каких-либо изменений в организме. Поэтому нельзя пренебрегать ее анализом не только после перенесения простудных заболеваний, но и в процессе занятий физкультурно-спортивной деятельностью.

Сенсорные системы. Их часто называют анализаторами, которые осуществляют обратную связь через восприятие, переработку и хранение информации, поступающей как из внешней, так и внутренней среды организма. В каждом анализаторе можно выделить три отдела: периферический, промежуточный и корковый. В зависимости от характера раздражителей все анализаторы можно разделить на несколько групп:

1. Механические: тактильный, болевой, двигательный,
вестибулярный, а также барорецептивный отдел висцерального
анализатора.

2. Химические: вкусовой, обонятельный, и хеморецептивный отдел
висцерального анализатора.

3. Зрительный (световой).

4. Слуховой (звуковой).

5. Температурный.

В двигательной деятельности человека ведущим регулирующим звеном является проприоцептивный (двигательный) анализатор. Его функция - восприятие положения звеньев тела и их взаимных перемещений, включая их скорость и амплитуду, а также степень напряжения мышц. При выполнении физических упражнений функционируют и другие сенсорные системы: тактильный анализатор отвечает за восприятие прикосновений к коже и давления на нее; вестибулярный - за информацию о положении головы в пространстве, о направлении и величине. ускорении при поступательных и вращательных движениях головы, о вибрации тела. В результате систематической физкультурно-спортивной деятельности функции многих анализаторов совершенствуются. Данные о состоянии анализаторов являются одним из критериев для характеристики уровня тренированности человека.