Долг Категорический императив - объективный принцип доброй воли. А что же является ее субъективным принципом? Говоря по другому - каким мотивом руководствуется человек, когда он подчиняется категорическому императиву? Чтобы ответить на этот вопрос, надо вспомнить, что,

В процессе мышечной работы расходуются кислородный запас организма, фосфагены (АТФ и КрФ), углеводы, (гликоген мышц и печени, глюкоза крови) и жиры. После работы происходит их восстановление. Исключение составляют жиры, восстановления которых может и не быть.

В осстановительные процессы, происходящие в организме после работы, находят свое энергетическое отражение в повышенном (п" сравнению с предрабочим состоянием) потреблении кислорода - кислородном долге (см. рис. 12). Согласно оригинальной теории А. Хйлла (1922), кислородный долг - это избыточное потребление О2 сверх предрабочего уровня покоя, которое обеспечивает энергией организм для восстановления до предрабочего состояния, включая восстановление израсходованных во время работы запасов энергии и устранение молочной кислоты. Скорость потребления О2 после работы снижается экспоненциально: на протяжении первых 2-3 мин очень быстро (быстрый, или алактатньш, компонент кислородного долга), а затем более медленно (медленный, или лактатный, компонент кислородного долга), пока не достигает (через 30-60 мин) постоянной величины, близкой к предрабочей.

Б ыстрый (алактатный) компонент О2-долга связан главным образом с использованием О2 на быстрое восстановление израсходованных за время работы высокоэнергетических фосфагенов в рабочих мышцах, а также с восстановлением нормального содержания О2 в венозной крови и с насыщением миоглобина кислородом.

М едленный (лактатный) компонент О2-долга связан со многими факторами. В большой мере он связан с после-рабочим устранением лактата из крови и тканевых жидкостей. Кислород в этом случае используется в окислительных реакциях, обеспечивающих ресинтез гликогена из лактата крови (главным образом, в печени и отчасти в почках) и окисление лактата в сердечной и скелетных мышцах. Кроме того, длительное повышение потребления О2 связано с необходимостью поддерживать усиленную деятельность дыхательной и сердечно-сосудистой систем в период восстановления, усиленный обмен веществ и другие процессы, которые обусловлены длительно сохраняющейся повышенной активностью симпатической нервной и гормональной систем, повышенной температурой тела, также медленно снижающимися на протяжении периода восстановления.

Восстановление запасов кислорода. Кислород находится в мышцах в форме химической связи с миоглобином. Эти запасы очень невелики: каждый килограмм мышечной массы содержит около 11 мл О2. Следовательно, общие запасы "мышечного" кислорода (из расчета на 40 кг мышечной массы у спортсменов) не превышают 0,5 л. В процессе мышечной работы он может быстро расходоваться, а после работы быстро восстанавливаться. Скорость восстановления запасов кислорода зависит лишь от доставки его к мышцам.

С разу после прекращения работы артериальная кровь, проходящая через мышцы, имеет высокое парциальное напряжение (содержание) О2, так что восстановление О2-миоглобина происходит, вероятно, за несколько секунд. Расходуемый при этом кислород составляет некоторую часть быстрой фракции кислородного долга, в которую входит также небольшой объем О2 (до 0,2 л), идущий, на восполнение нормального содержания его в венозной крови.

Т аким образом, уже через несколько секунд после прекращения работы кислородные "запасы" в мышцах и крови восстанавливаются. Парциальное напряжение О2 в альвеолярном воздухе и в артериальной крови не только достигает предрабочего уровня, но и превышает его. Быстро восстанавливается также содержание О2 в венозной крови, оттекающей от работавших мышц и других активных.органов и тка-"ней тела, что указывает на достаточное их обеспечение кислородом в послерабочий период. Поэтому нет никаких физиологических оснований использовать дыхание чистым кислородом или смесью с повышенным содержанием кислорода после работы для ускорения процессов восстановления.

Чем больше расход фосфагенов за. время работы, тем больше требуется О2 для их восстановления (для восстановления 1 моля АТФ необходимо 3,45 л О2). Величина быстрой (алактатной) фракции О2-долга прямо связана со степенью- снижения фосфагенов в мышцах к концу работы. Поэтому данная величина указывает на количество израсходованных в процессе работы фосфагенов.

У нетренированных мужчин максимальная величина быстрой фракции О2-долга достигает 2-3 л. Особенно большие величины этого показателя зарегистрированы у представителей скоростно-силовых видов спорта (до 7 л у высококвалифицированных спортсменов). В этих видах спорта содержание фосфагенов и скорость их расходования в мышцах прямо определяют максимальную и поддерживаемую (дистанционную) мощность упражнения.

Восстановление гликогена. По первоначальным представлениям Р. Маргария и др. (1933), израсходованный за время работы гликоген ресинтезируется из молочной кислоты на протяжении 1-2 ч после работы. Расходуемый в этот период восстановления кислород определяет вторую, медленную, или лактатную, фракцию О2-Долга. Однако в настоящее время установлено, что восстановление гликогена в мышцах может длиться до 2-3 дней

С корость восстановления гликогена и количество его восстанавливаемых запасов в мышцах и печени зависит от двух основных факторов: степени расходования гликогена в процессе работы и характера пищевого рациона в период восстановления. После очень значительного (более 3/4 исходного содержания), вплоть до полного, истощения гликогена в рабочих мышцах его восстановление в первые часы при обычном питании идет очень медленно, и для достижения предрабочего уровня требуется до 2 суток. При пищевом рационе с высоким содержанием углеводов (более 70% суточного калоража) этот процесс ускоряется - уже за первые 10 ч в рабочих мышцах восстанавливается более половины гликогена, к концу суток происходит его полное восстановление, а в печени содержание гликогена значительно превышает обычное. В дальнейшем количество гликогена в рабочих мышцах и в.печени продолжает увеличиваться и через 2-3 суток после "истощающей" нагрузки может превышать предрабочее в 1,5-3 раза - феномен суперкомпенсации (см. рис. 21, кривая 2).

С уществует четыре основных пути устранения молочной кислоты: 1) окисление до СО2 и ШО (так устраняется примерно 70% всей накопленной молочной кислоты); 2) превращение в гликоген (в мышцах и печени) и в глюкозу (в печени) -около 20%; 3) превращение в белки (менее 10%); 4) удаление с мочой и потом (1-2%). При активном восстановлении доля молочной кислоты, устраняемой аэробным путем, увеличивается. Хотя окисление молочной кислоты может происходить в самых разных органах и тканях (скелетных мышцах, мышце сердца, печени, почках и др.), наибольшая ее часть окисляется в скелетных мышцах (особенно их медленных волокнах) . Это делает понятным, почему легкая работа (в ней участвуют в основном медленные мышечные волокна) способствует более быстрому устранению лактата после тяжелых нагрузок.

З начительная часть медленной (лактатной) фракции О2-долга связана с устранением молочной кислоты. Чем интенсивнее нагрузка, тем больше эта фракция. У нетренированных людей она достигает максимально 5-10 л, у спортсменов, особенно у представителей скоростно-силовых видов спорта, - 15-20 л. Длительность ее - около часа. Величина и продолжительность лактатной фрак-ции О2-долга уменьшаются при активном восстановлении.

Государственное бюджетное образовательное учреждение

Высшего профессионального образования

«Северо-Осетинская государственная медицинская академия» Министерства здравоохранения Российской Федерации

Кафедра внутренних болезней №5

УТВЕРЖДАЮ

Зав. кафедрой, профессор

Н.М. Бурдули

«____» ____________________ 2014 г.

Материалы лекции по теме: «Общие сдвиги в организме при мышечной деятельности. Физиологические и патофизиологические основы ЛФК. Обоснование механизмов лечебного и реабилитационного действия физических упражнений и массажа на организм человека.»

Дисциплина: «Лечебная физкультура и врачебный контроль»

По специальности: 060105 «МЕДИКО-ПРОФИЛАКТИЧЕСКОЕ ДЕЛО»

Форма обучения: очная

Составитель разработки: ассистент Э.Р.Антонянц

Рассмотрено на заседании кафедры _____________ 2014, № протокола _____

Владикавказ 2014

Лекция № 2. Общие сдвиги в организме при мышечной деятельности. Физиологические и патофизиологические основы ЛФК. Обоснование механизмов лечебного и реабилитационного действия физических упражнений и массажа на организм человека.

Аннотация: В лекции дана физиологическая характеристика состояний организма при спортивной деятельности, описаны функциональные и морфологические изменения в организме человека под влиянием спортивной тренировки, поясняются понятия «врабатывания», «мертвой точки», «второго дыхания», «устойчивого состояния», «утомления». Приводится схема восстановления энергетического потенциала функциональной системы с формированием суперкомпенсации. В лекции дается физиолого-педагогическая характеристика различных движений, приводятся группы признаков, по которым оценивается данный уровень здоровья человека и его резервные возможности, кроме того обосновываются механизмы лечебного, реабилитационного и оздоровительного действия физической культуры при разных уровнях состояния здоровья человека. Отдельно выделен раздел, посвященный одному из важных методов оздоровительной физической культуры – массажу. Поясняется механизм его лечебно-профилактического действия, перечисляются основные виды и приемы воздействия.

Жизнедеятельность организма или выполнение определенной работы (тренировки) - это постоянная работа морфологических структур организма. Регулируется количество включенных в работу структур изменением условий внешней среды.

Живой материи присуще отражение внешней среды, которое начинается с восприятия информации. Информация всегда материальна, так как ведет к различным (химическим, биохимическим, электрическим) сдвигам в организме. Изменение силы потока информации, его частоты, уменьшения или увеличения - всегда приводит к ответным реакциям со стороны отдельных систем организма. Исчезающий или появляющийся поток информации (это может быть и слово) называется раздражителем.

Восприятие информации производится специальными структурами, называемыми рецепторами. Рецептор, иначе приемник, как правило, это специализированное нервное окончание, способное трансформировать раздражитель в биоэлектрический сигнал. Они могут воспринимать раздражение, как из внешней, так и из внутренней среды.

Рецепторы, несущие информацию от мышц (мышечно-суставных веретен), сухожилий, фасций, суставных сумок, надкостницы, получают название проприорецепторов. Они сигнализируют в ЦНС о состоянии натяжения и расслабления перечисленных образований и тем самым создают условия для характеристики отдельных суставов или тела в целом. Благодаря этому при мышечной работе проприоцептивные импульсы с рецепторов мышц, связок, сухожилий и т.п. поступают в ЦНС, откуда через центры вегетативной нервной системы регулируют деятельность внутренних органов и обмен веществ. Такая взаимосвязь М.Р. Могендовичем была определена как моторно-висцеральные рефлексы. Именно их следует считать физиологической основой оздоровительного влияния физических упражнений и на здоровый, и на больной организм.

Проприоцепторы т. е. моторный анализатор, обладают большим трофическим влиянием. Основным движителем организма является скелетная мускулатура. От активности скелетной мускулатуры зависит резервирование энергетических ресурсов, экономичное их расходование в условиях покоя, а также и постоянное обновление, и совершенствование морфологических структур, обеспечивающих движение. С точки зрения биологии характерной особенностью мышц является их способность избирательно преобразовывать химическую энергию в механическую. Последняя проявляется в виде движений внутри организма (перистола, перистальтика, сокращение полых органов и т.д.) или в выполнении работы, связанной с перемещением тела в силовом поле при взаимодействии организма и внешней среды. В первом случае используется энергия гладких мышц, во втором - поперечно-полосатых.

Широкий диапазон применения физических упражнений определяется значением локомоторного аппарата во всей жизнедеятельности человека. Моторная активность - необходимое условие нормального функционирования и совершенствования всех важнейших систем организма, в том числе внутренних органов. Моторный анализатор структурно связан с высшими вегетативными центрами посредством разнообразных путей и уровней нервной системы. Выключение этих связей - функциональное или морфологическое - приводит к разрегулированию моторно-висцеральньных соотношений.

Влияние физических упражнений на гемодинамику характеризуется активизацией всех основных и вспомогательных гемодинамических факторов (кардиальный, экстракардиальный сосудистого происхождения, тканевого обмена и группа вспомогательных экстракардиальных факторов). Процесс дозированной тренировки, ведущий к повышению адаптации и функциональной способности сердечно-сосудистой системы и, таким образом, к улучшению функции кровообращения, обеспечивается развитием временных связей между корой и внутренними органами, корой и мышечной системой, созданием единой интегральной функционирующей системы, характеризующейся более высоким уровнем работоспособности.

Тренировка физическими упражнениями рационализирует процессы тканевого обмена, активизирует окислительно-восстановительный процесс в мышцах, способствует более экономному расходованию питательных веществ и, таким образом, накоплению их в тканях. Все это опять-таки ведет к экономизации работы сердца и всей сердечно-сосудистой системы, так как уменьшаются запросы периферии к центральному аппарату кровообращения.

Значительной активизации венозного кровообращения способствует группа вспомогательных экстракардиальных факторов гемодинамики, включающаяся при мышечной деятельности: дыхательные движения грудной клетки и диафрагмы, изменение внутрибрюшного давления, ритмичные сокращения и расслабления скелетной мускулатуры Согласно учению известного белорусского физиолога, академика Николая Ивановича АРИНЧИНА опирающегося на новые научные данные о роли скелетных мышц в эволюции человека и кровообращении, следует, что как только человек встал на ноги, и его сердце поднялось выше над землей, кровь из сосудов головы, шеи, верхней части туловища в силу земного притяжения стала сама притекать к сердцу. Однако кровь из капилляров нижних конечностей сердце без «помощников» поднять к себе не может. Каким же образом венозная кровь у человека поднимается к сердцу? Дублеров сердца, подобно парным органам зрения, слуха, легким, почкам и т.п., не было найдено. Скелетные же мышцы более долгое время ошибочно рассматривались как потребители крови, иждивенцы сердца, а мышечная деятельность - как нагрузка на сердце. Однако в результате исследований выяснилось: скелетные мышцы -– это прежде всего присасывающе-нагнетательные микронасосы, самообеспечивающиеся кровью. Это своеобразные периферические сердца, эффективные помощники «главного» сердца. При выполнении мышцами той или иной физической работы приводятся в действие заключенные в них микронасосы, которые присасывают к себе артериальную кровь, а затем возвращают венозную кровь к сердцу, увеличивая его наполнение. Помощниками сердца являются также грудной, брюшной и диафрагмальный внутренние насосы, система венозных клапанов.

Принципиально важно, что активизация проприоцептивной афферентации обеспечивает еще одно очень важное звено совершенствования организма - повышение согласованности функций двух взаимосвязанных систем - кровообращения и дыхания. Моторная доминанта не только нормализует и повышает функциональную способность каждой отдельной системы, но и обусловливает корреляцию их деятельности на более высоком уровне.

Понятие кислородного запроса и долга

Все без исключения физические упражнения сопровождаются увеличением потребности в кислороде при ограниченной возможности его доставки к работающим мышцам. Образование энергии в клетках человеческого организма происходит за счет сложных превращений животных и растительных белков, жиров, углеводов и кислорода, поступающих в организм. В каждой клетке отдельно путем анаэробного и аэробного расщепления глюкозы и жирных кислот образуется универсальный носитель энергии - АТФ, который и обеспечивает все функции клетки.

Гликолиз – процесс распада одной молекулы глюкозы с выделением энергии, достаточной для "зарядки" двух молекул АТФ, протекает в саркоплазме под воздействием 10 специальных ферментов.

C6H12O6 + 2H3PO4 + 2АДФ = 2C3H6O3 + 2АТФ + 2H2O.

Гликолиз может протекать без потребления кислорода (такие процессы называются анаэробными) и с потреблением кислорода (аэробный гликолиз) способен быстро восстанавливать запасы АТФ в мышце.

Анаэробный гликолиз, несмотря на небольшой энергетический эффект, является основным источником энергии для скелетных мышц в начальный период интенсивной работы, т.е. в условиях, когда снабжение кислородом мышечной ткани ограничено (мощность механизма транспорта кислорода к митохондриям и мощность митохондриального аппарата синтеза АТФ оказываются недостаточными для обеспечения всей энергетической потребности). Ocoбенно большое значение анаэробный гликолиз имеет при кратковременной интенсивной работе. Так, бег в течение примерно 30 с (дистанция около 200 м) полностью обеспечивается анаэробным гликолизом. Через 4-5 мин бега (дистанция около 1,5 км) энергия поставляется поровну аэробным и анаэробным процессами, а через 30 мин (около 10 км) - почти целиком аэробным процессом.

Молочная кислота, накапливаясь в мышцах при интенсивной мышечной деятельности, воздействует на нервные окончания, тем самым, вызывая боль в мышцах. Большая часть молочной кислоты, образующейся в мышце, вымывается в кровяное русло. Изменению рН крови препятствует бикарбонатная буферная система: у спортсменов буферная емкость крови повышена по сравнению с нетренированными людьми, поэтому они могут переносить более высокое содержание молочной кислоты.

Далее молочная кислота транспортируется к печени и почкам, где она почти полностью перерабатывается в глюкозу и гликоген, участвуя в глюконеогенезе и гликогенезе. Незначительная часть молочной кислоты вновь превращается в пировиноградную кислоту, которая в аэробных условиях окисляется до конечных продуктов обмена.

Во время динамических нагрузок, таких как бег, плавание и т.п., происходит аэробный гликолиз.

Аэробный гликолиз происходит в митохондриях под воздействием специальных ферментов и требует затрат кислорода, а соответственно и времени на его доставку. Окисление происходит в несколько этапов, сначала идет гликолиз, но образовавшиеся в ходе промежуточного этапа этой реакции две молекулы пирувата не преобразуются в молекулы молочной кислоты, а проникают в митохондрии, где окисляются в цикле Кребса до углекислого газа СО2 и воды Н2О и дают энергию для производства еще 38 молекул АТФ. Суммарное уравнение реакции окисления глюкозы выглядит так:

C6H12O6 + 6O2 + 38АДФ + 38H3PO4 = 6CO2 + 44H(2)О + 38АТФ

Распад глюкозы по аэробному пути (аэробный гликолиз) дает энергию для восстановления 38 молекул АТФ. Аэробное окисление в 19 раз эффективнее анаэробного гликолиза.

Цикл Кребса - это ключевой этап дыхания всех клеток, использующих кислород, центр пересечения множества метаболических путей в организме. Кроме значительной энергетической роли циклу отводится также и существенная пластическая функция, то есть это важный источник молекул-предшественников, из которых в ходе других биохимических превращений синтезируются такие важные для жизнедеятельности клетки соединения как аминокислоты, углеводы, жирные кислоты и др.

Количество кислорода, необходимое для окислительных процессов, обеспечивающих ту или иную работу, называется кислородным запросом. Различают суммарный, или общий, кислородный запрос, т.е. количество кислорода, необходимое для выполнения всей работы, и минутный кислородный запрос, т.е. количество кислорода, потребляемое при данной работе в течение 1 мин. Кислородный запрос очень колеблется при разных видах спортивной деятельности, при разной мощности (интенсивности) мышечных усилий.

Поскольку деятельность дыхательной и сердечно-сосудистой систем, обеспечивающих доставку О2 к работающим мышцам, усиливается постепенно, в начале почти любой работы сокращение мышц осуществляется главным образом за счет энергии анаэробных механизмов, т. е. за счет расщепления АТФ, анаэробного гликолиза с образованием молочной кислоты. Имеющееся в начале работы несоответствие между потребностями организма (работающих мышц) в кислороде и их реальным удовлетворением в период врабатывания приводит к образованию кислородного дефицита, или кислородного долга.

Физиологически любая физическая мышечная деятельность происходит в несколько сменяющих друг друга этапов. Остановимся на них подробнее.

Врабатывание

Врабатывание происходит в начальный период работы, на протяжении которого быстро усиливается деятельность функциональных систем, обеспечивающих выполнение данной работы. В процессе врабатывания происходят:

1) настройка нервных и нейрогормональных механизмов управления движениями и вегетативных процессов;

2) постепенное формирование необходимого стереотипа движений (по характеру, форме, амплитуде, скорости, силе и ритму), т. е. улучшение координации движений;

3) достижение требуемого уровня вегетативных функций, обеспечивающих данную мышечную деятельность.

Первая особенность врабатывания - относительная замедленность в усилении вегетативных процессов, инертность в развертывании вегетативных функций, что в значительной мере связано с характером нервной и гуморальной регуляции этих процессов в данный период.

Вторая особенность врабатывания - гетерохроиизм, т. е. неодновременность, в усилении отдельных функций организма. Врабатывание двигательного аппарата протекает быстрее, чем вегетативных систем. С неодинаковой скоростью изменяются разные показатели деятельности вегетативных систем, концентрация метаболических веществ в мышцах и крови, например, ЧСС растет быстрее, чем сердечный выброс и АД, ЛВ усиливается быстрее, чем потребление О2.

Третьей особенностью врабатывания является наличие прямой зависимости между интенсивностью (мощностью) выполняемой работы и скоростью изменения физиологических функций: чем интенсивнее выполняемая работа, тем быстрее происходит начальное усиление функций организма, непосредственно связанных с ее выполнением. Поэтому длительность периода врабатывания находится в обратной зависимости от интенсивности (мощности) упражнения.

Четвертая особенность врабатывания состоит в том, что оно протекает при выполнении одного и того же упражнения тем быстрее, чем выше уровень тренированности человека.

Укорочение врабатывания достигается правильно организованной разминкой, которая подразделяется на общую и специальную части. Первая способствует созданию оптимальной возбудимости центральной нервной системы и двигательного аппарата, повышению обмена веществ и температуры тела, деятельности органов кровообращения и дыхания. Она одинакова для всех видов спорта. Вторая часть направлена на повышение работоспособности тех звеньев двигательного аппарата, которые будут участвовать в предстоящей деятельности.

«мертвая точка», «второе дыхание»

Через несколько минут после начала напряженной и продолжительной работы у нетренированного человека часто возникает особое состояние, называемое «мертвой точкой» (иногда оно отмечается и у тренированных спортсменов). Чрезмерно интенсивное начало работы повышает вероятность появления этого состояния. Оно характеризуется тяжелыми субъективными ощущениями, среди которых главное-ощущение одышки. Кроме того, человек испытывает чувство стеснения в груди, головокружение, ощущение пульсации сосудов головного мозга, иногда боли в мышцах, желание прекратить работу. Объективными признаками состояния «мертвой точки» служат частое и относительно поверхностное дыхание, повышенное потребление О2 и увеличенное выделение СО2 с выдыхаемым воздухом, большой вентиляционный эквивалент кислорода, высокая ЧСС, повышенное содержание СО2 в крови и альвеолярном воздухе, сниженное рН крови, значительное потоотделение.

Общая причина наступления «мертвой точки» состоит, вероятно, в возникающем в процессе врабатывания несоответствии между высокими потребностями рабочих мышц в кислороде и недостаточным уровнем функционирования кислородтранспортной системы, призванной обеспечивать организм кислородом. В результате в мышцах и крови накапливаются продукты анаэробного метаболизма, и прежде всего молочная кислота. Это касается и дыхательных мышц, которые могут испытывать состояние относительной гипоксии из-за медленного перераспределения сердечного выброса в начале работы между активными и неактивными органами и тканями тела.

Преодоление временного состояния «мертвой точки» требует больших волевых усилий. Если работа продолжается, то сменяется чувством внезапного облегчения, которое прежде и чаще всего проявляется в появлении нормального («комфортного») дыхания. Поэтому состояние, сменяющее «мертвую точку», называют «вторым дыханием». С наступлением этого состояния ЛВ обычно уменьшается, частота дыхания замедляется, а глубина увеличивается, ЧСС также может несколько снижаться. Потребление О2 и выделение СО2 с выдыхаемым воздухом уменьшаются, рН крови растет. Потоотделение становится очень заметным. Состояние «второго дыхания» показывает, что организм достаточно мобилизован для удовлетворения рабочих запросов. Чем интенсивнее работа, тем раньше наступает «второе дыхание».

При более интенсивных нагрузках - средней, субмаксимальной и околомаксимальной аэробной мощности - вслед за периодом быстрого увеличения скорости потребления О2 (врабатывания) следует период, на протяжении которого она хотя и очень мало, но постепенно повышается. Поэтому второй рабочий период в этих упражнениях можно обозначить только как условно устойчивое состояние. В аэробных упражнениях большой мощности уже нет полного равновесия между кислородным запросом и его удовлетворением во время самой работы. Поэтому после них регистрируется кислородный долг, который тем больше, чем больше мощность работы и ее продолжительность.

В процессе выполнения упражнения непрерывно растет электрическая активность мышц, что говорит об усилении пульсации их спинальных мотонейронов. Это усиление отражает процесс рекрутирования новых двигательных единиц (ДЕ) для компенсации мышечного утомления. Такое утомление заключается в постепенном снижении сократительной способности мышечных волокон активных ДЕ, на протяжении упражнения усиливается деятельность одних желез внутренней секреции и ослабляется деятельность других.

Локализация и механизмы утомления

Степень участия тех или иных физиологических систем в выполнении упражнений разного характера и мощности неодинакова. В выполнении любого упражнения можно выделить основные, ведущие, наиболее загружаемые системы, функциональные возможности которых определяют способность человека выполнить данное упражнение на требуемом уровне интенсивности и (или) качества. Степень загруженности этих систем по отношению к их максимальным возможностям определяет предельную продолжительность выполнения данного упражнения, т. е. период наступления состояния утомления. Таким образом, функциональные возможности ведущих систем не только определяют, но и лимитируют интенсивность и предельную продолжительность и (или) качество выполнения данного упражнения.

При выполнении разных упражнений причины утомления неодинаковы. Рассмотрение основных причин утомления связано с двумя основными понятиями. Первое понятие - локализация утомления, т. е. выделение той ведущей системы (или систем), функциональные изменения в которой и определяют наступление состояния утомления. Второе понятие - механизмы утомления, т.е. те конкретные изменения в деятельности ведущих функциональных систем, которые обусловливают развитие утомления.

По локализации утомления можно, по существу, рассматривать три основные группы систем, обеспечивающих выполнение любого упражнения:

1) регулирующие системы - центральная нервная система, вегетативная нервная система и гормонально-гуморальная система;

2) система вегетативного обеспечения мышечной деятельности - системы дыхания, крови и кровообращения.

3) непосредственно мышечная ткань.

Сдвиги, возникшие при работе и явившиеся причиной утомления, после окончания работы постепенно исчезают – наблюдаются восстановительные процессы. Работоспособность восстанавливается до исходного уровня, а затем она повышается, с постепенным возвращением к норме. Изучено, что после выполнения физической работы на определенном этапе восстановления, энергетика и работоспособность организма оказываются выше исходного значения - это явление называют суперкомпенсацией. И. А. Аршавский объясняет ее следующим образом: «Двигаясь, организм и восполняет израсходованное. Он старается не просто «добрать» недостающее, вернуться к исходному состоянию, а обязательно накопить больше, чем истратил. Это - процесс индукции избыточного анаболизма, то, что в экономике - «расширенное воспроизводство». Развитие суперкомпенсации означает, что максимальный объем повторной работы, выполненной в этот период, может быть выше, после выполнения работы чем предыдущий, а суперкомпенсация после повторной работы окажется на еще более высоком уровне, выше первой, - в этом, собственно, и заключается эффект тренировки системы.

Описываемая закономерность свойственна не только мышечной работе, но и деятельности любой функциональной системы, что впервые было показано на слюнной железе в лаборатории И. П. Павлова.

Физиологические сдвиги в организме при мышечной деятельности

Источник всех физиологических сдвигов в организме человека лежит в изменениях, которые происходят в работающих мышцах, а именно энергетические превращения, требующие мобилизации энергетических резервов; образуется тепло, которое необходимо удалить из организма; появление продуктов обмена, подлежащих выведению из организма. Именно продукты обмена, поступающие в кровь, являются основными раздражителями, вызывающими рефлекторным и гуморальным путем соответствующие изменения в вегетативных системах (дыхание, кровообращение, выделение) и в регуляторных системах (ЦНС, железы внутренней секреции).

Кровь, протекающая через работающие мышцы, обедневает кислородом и глюкозой, обогащается углекислотой и другими продуктами обмена и нагревается. Изменение ее состава и температуры является источником регуляторных влияний со стороны ЦНС и желез внутренней секреции на вегетативные системы.

При интенсивной работе рН крови уменьшается с 7,36 до 7,01 и даже 6,95. Способность поддерживать рН зависит от щелочного резерва крови, он больше у тренированных людей. Увеличивается вязкость крови от 10 до 80%. Снижается содержание глюкозы со 110 мг% до 40 мг%. Содержание кислорода в венозной крови падает с 11 до 8 об%. Количество молочной кислоты может возрастать с 10 до 200–250 мг%.

При интенсивной физической работе минутный объем кровообращения (МОК) возрастает с 4–5 л до 20 л у нетренированных и до 30–40 л у тренированных (резерв 4–10 раз). Увеличение МОК зависит от увеличения СО и ЧСС. СО увеличивается с 60 до 110–130 мл у нетренированных и до 150–200 мл у тренированных (резерв 2–3 раза). ЧСС с 60–70 до 160–180 уд./ мин. у нетренированных и с 40–60 до 220–240 уд./мин у тренированных (резерв 3–5 раз). Максимальное артериальное давление изменяется от 110–120 до 200 мм рт.ст. при работе (т.е. в 2 раза), а минимальное от 80 до 40 мм рт.ст. (т.е. в 2 раза) при этом пульсовое давление с 40 возрастает до 140 мм рт.ст. (т.е. в 3,5 раза).

Для обеспечения организма кислородом частота дыхания возрастает примерно в 10 раз, а дыхательный объем в 3–4 раза. Это ведет к увеличению минутного объема дыхания до 100–150 (и даже 200) л/мин. у тренированных, и до 80 л у нетренированных.

Повышение температуры крови вызывает активизацию аппаратов терморегуляции при физической работе: расширение сосудов кожи (покраснение), усиление кровотока через них (большее при менее интенсивной работе), ведущее к увеличению ее температуры, и усилению потоотделения. При интенсивной мышечной работе теплопродукция увеличивается в 10–20 раз. Потери тепла через кожную поверхность составляют 82%, при дыхании – 12%. При испарении 1 г пота теряется 0,58 ккал, а выделение пота возможно до 2,0 л в час.

Кровоснабжение почек и органов желудочно-кишечного тракта во время физической работы уменьшается (первых в 19 раз, а вторых в 24 раза), что дает возможность увеличить кровоснабжение работающих мышц. В результате резкого снижения кровообращения функции желудочно-кишечного тракта и почек угнетаются, при этом резко уменьшается не только секреторная, но и моторная функция. Функция почек по поддержанию гомеостаза частично компенсируется потовыми железами.

Наиболее существенные изменения во время физической работы наблюдаются в системе гипофиз–надпочечники. Интенсивная, в особенности длительная, работа вызывает усиление продукции адренокортикотропного гормона (АКТГ) в гипофизе и усиление продукции глюкокортикоидов, которые принимают активное участие в формировании стрессовой реакции. Но сама эта реакция развивается медленно и возможна при многосуточных тренировках. Наряду с усилением продукции глюкокортикоидов и частично минералокортикоидов наблюдается угнетение продукции гормонов щитовидной железы и половых желез.

Гормоны мозгового слоя надпочечников – адреналин и норадреналин – могут появиться в крови и при кратковременной работе, так как их выделение обеспечивается рефлекторной реакцией с участием симпатической нервной системы.

Центральная нервная система (ЦНС) активируется легкой работой и угнетается тяжелой. В оценке физиологического действия физических упражнений несомненно их влияние на эмоциональное состояние больного. Положительные эмоции, возникающие в процессе занятий физическими упражнениями, стимулируют физиологические процессы в организме больного и одновременно отвлекают его от болезненных переживаний, что имеет важное значение для успеха лечения и реабилитации.

Согласно В.К. Добровольскому, выделяют следующие основные механизмы лечебного действия физических упражнений: тонизирующее, трофическое, формирование компенсаций и нормализация функций.

Тонизирующее влияние. Основное значение в таком влиянии физических упражнений имеет мобилизация организма на борьбу с болезнью.

Тонизирующее влияние физических упражнений заключается в изменении интенсивности физиологических процессов в организме в процессе выполнения нагрузки. Такой эффект обусловлен тем, что между двигательной зоной коры больших полушарий головного мозга и центрами вегетативной нервной системы существует тесная связь, поэтому возбуждение первых во время работы ведет к повышению активности вторых, как и желез внутренней секреции. В результате активизируется деятельность большинства вегетативных функций (сердечно-сосудистой, дыхательной и других систем), улучшается обмен веществ, повышаются активность различных защитных реакций (в том числе иммунобиологические). И наоборот - при низком уровне двигательной активности происходит детренировка функциональных систем организма.

Трофическое действие физических упражнений проявляется в том, что под влиянием мышечной деятельности улучшаются обменные процессы и процессы регенерации как в организме в целом, так и в отдельных тканях. Происходит это благодаря тому, что в работающих тканях активизируются процессы синтеза новых клеточных элементов, пусковым стимулом для которых являются продукты, образовавшиеся здесь в результате самой деятельности. Возникающее же во время работы расширение просвета проходящих здесь кровеносных сосудов обеспечивает возросшую при интенсивном синтезе потребность тканей в питательных веществах и в кислороде и в своевременном освобождении активных тканей от продуктов обмена. С другой стороны, в неработающих тканях процессы синтеза новых клеточных элементов протекают медленнее, и регенерация пораженной ткани протекает замедленно.

Поскольку выполнение мышечной работы сопровождается активизацией деятельности основных систем жизнеобеспечения организма (сердечно-сосудистой, дыхательной, пищеварительной и др.), то трофическое влияние распространяется практически на весь организм, а не только на работающие мышцы.

Несомненное значение для улучшения трофических процессов под воздействием физических упражнений принадлежит и моторно-висцеральным рефлексам, когда проприоцептивные импульсы стимулируют нервные центры регуляции обмена веществ и перестраивают функциональное состояние вегетативных центров, что улучшает трофику внутренних органов и опорно-двигательного аппарата. Благодаря этому систематическое выполнение физических упражнений способствует восстановлению нарушенной в процессе болезни регуляции трофики. Исключительно важно, что ЛФК благодаря указанным механизмам обеспечивает нормализацию обменных процессов не только в больном органе, но и во всем организме, в том числе и в тех функциональных системах, в которых начавшиеся изменения еще даже не могут диагностироваться современными методами.

Таким образом, с точки зрения трофического влияния физические упражнения:

Нормализуют извращенную при заболевании (или повреждении) трофику;

Стимулируют активность обменных процессов;

Активизируют пластические процессы;

Стимулируют регенерацию;

Предупреждают или устраняют атрофии.

Формирование компенсаций. Компенсация - это временное или постоянное замещение нарушенных функций за счет повышения функции других органов или систем.

При нарушении функции жизненно важного органа компенсаторные механизмы включаются сразу. Их формирование представляет собой биологическую закономерность. Согласно П.К. Анохину, регуляция процессов компенсации происходит рефлекторным образом: сигналы о нарушении функций поступают в ЦНС, которая перестраивает работу органов и систем таким образом, чтобы компенсировать изменения.

При лечебном применении физических упражнений следует учитывать общие закономерности формирования компенсаций. К ним следует отнести:

1) принцип сигнализации дефекта, по которому возникает первый толчок к «включению» соответствующих механизмов компенсации;

2) принцип прогрессирующей мобилизации запасных компенсаторных механизмов, который позволяет понять, как устанавливается соотношение факторов, отклоняющих функцию от нормального уровня, и факторов, определяющих последовательность «включения механизмов компенсации;

3) принцип обратной афферентации от последовательных этапов восстановления нарушенных функций;

4) принцип санкционирующих афферентаций, согласно которому в головном мозге, и особенно в коре, закрепляется та последняя комбинация возбуждения, которая определила успех восстановления функций в периферическом органе;

5) принцип относительной неустойчивости скомпенсированной функции, который позволяет оценить прочность каждой конечной компенсации.

Эти принципы могут быть применены к компенсаторным процессам, развивающимся при повреждении различных органов. Так, например, повреждение нижней конечности вызывает нарушение равновесия и ходьбы. Это влечет за собой изменение сигнализации от рецепторов вестибулярного аппарата, проприоцепторов мышц, рецепторов кожи конечностей и туловища, а также зрительных рецепторов (принцип сигнализации дефекта). В результате переработки этой информация в ЦНС функция определенных моторных центров и мышечных групп меняется таким образом, чтобы восстановить в той или иной мере равновесие и сохранить возможность передвижений, хотя и в измененном виде. По мере увеличения степени повреждения сигнализация о дефекте может нарастать, и тогда в компенсаторные процессы вовлекаются новые области ЦНС и соответствующие им мышечные группы (принцип прогрессирующей мобилизации запасных компенсаторных механизмов). В дальнейшем, по мере достаточной тренировки физическими упражнениями, состав афферентного импульсного потока, поступающего в высшие отделы нервной системы, будет меняться, соответственно будут выключаться определенные отделы этой функциональной системы, ранее участвовавшие в осуществлении компенсаторной деятельности, или включаться новые компоненты (принцип обратной афферентации этапов восстановления нарушенных функций). Сохранение после систематических занятий ЛФК достаточно стабильного анатомического дефекта будет давать о себе знать определенной комбинацией афферентаций, поступающих в высшие отделы нервной системы, которые на этой основе обеспечат образование стабильной комбинации временных связей и оптимальную компенсацию, т. е. минимальную хромоту при ходьбе (принцип санкционирующей афферентации).

Компенсации подразделяются на временные и постоянные. Временные компенсации - это приспособление организма на какой-то определенный период (болезни или выздоровления). Например, при предстоящей операции на грудной клетке с помощью физических упражнений активизируют диафрагмальное дыхание.

Постоянные компенсации необходимы при безвозвратной утрате или резком нарушении функции. Например, при ампутации одной нижней конечности часть нагрузки переносят на плечевой пояс, для чего его целенаправленно тренируют.

Нормализация функций - это восстановление деятельности как отдельного поврежденного органа, так и организма в целом под влиянием физических упражнений. Для полной реабилитации недостаточно восстановить строение поврежденного органа - необходимо также нормализовать его функции и наладить регуляцию всех процессов в организме.