Причины физиологических реакций на физическую нагрузку.

7.2.

Как физическая нагрузка влияет на организм человека?

Физическая активность (работа мышц) представляет собой повторяющееся сокращение отдельных групп скелетных мышц, которые обеспечивают движение в суставе или в нескольких суставах. Любой вид физической активности (сокращения скелетных мышц) изменяет внутреннюю среду на многих уровнях и оказывает большое влияние на гомеостаз. Например, при физической нагрузке:

потребление глюкозы может возрастать в 20 раз;

рН в скелетных мышцах значительно снижается;

с потом выделяется 2-3 л воды;

температура тела может возрастать до 41°.

Чтобы клетки организма не погибли, эти отклонения должны быть компенсированы.

Почему изменения в скелетной мышце во время физической нагрузки вызывают реакцию всего организма?

В организме человека насчитывается около 660 скелетных мышц; более 400 из них находятся под контролем сознания. Скелетные мышцы составляют более 40% веса тела; они выполняют три основные функции: обеспечивают движения и дыхание, поддерживают положение тела и вырабатывают тепло при воздействии холода. Относительная масса скелетной мышцы — показатель степени изменения гомеостаза, которое может произойти при работе этой мышцы. Многообразные потребности скелетных мышц обеспечиваются разными системами. Например, в ответ на увеличение потребления кислорода в мышце повышаются сердечный выброс и скорость кровотока.

Со стороны дыхательной системы должна увеличиваться легочная вентиляция и перенос кислорода к эритроцитам. В результате работы скелетных мышц повышается кислотность внеклеточной жидкости, что существенно влияет на кислотно-щелочное состояние. Таким образом, взаимодействие отдельных систем органов обеспечивает нормальное функционирование скелетных мышц. По существу, физиологический ответ организма на физическую нагрузку направлен на обеспечение работы скелетных мышц и поддержание гомеостаза.

Таким образом:

1) Скелетные мышцы составляют более 40% веса тела;

2) Многообразные потребности скелетных мышц обеспечиваются разными системами.

3) Физиологический ответ организма на физическую нагрузку направлен на обеспечение нормального функционирования скелетных мышц и поддержание гомеостаза организма за счет увеличения функциональной активности и взаимодействия отдельных систем органов.

Работа скелетной мускулатуры, в отличие от гладкой, находится почти полностью под контролем мозга.

В этой общей деятельности всего физиологического ансамбля при мышечной работе нервной системе принадлежит особая роль — не менее важная, чем роль самих мышц. Во-первых, ни одно сокращение мышцы не происходит без импульса из мозга. И. М. Сеченов писал: «Мышцы суть двигатели нашего тела; но сами по себе, без толчков из нервной системы, они действовать не могут, поэтому рядом с мышцами в работах участвует всегда нервная система». Непрерывным потоком бегут по нерву к мышце со скоростью 50—100 м в секунду электрические сигналы, и как только они прекращаются, прекращается и работа мышцы. Именно эти импульсы, которых каждую секунду приходит 60—80, и вызывают серию уже описанных «взрывов» АТФ в мышце. Во-вторых, именно нервная система — под влиянием обратной связи в виде импульсов, идущих из мышц, — настраивает на рабочий лад все другие системы тела. Мозг посылает сигналы к сердцу, дыхательным мышцам, печени, надпочечникам и т. д. Все они включаются в работу.
Наконец, в-третьих, именно мозг, его высший отдел — кора больших полушарий, делает мышечную работу человека целенаправленной.
Работа скелетных мышц особенно тесно связана именно с корой головного мозга. Если сердце другие внутренние органы могут продолжать работу при поражениях коры мозга (например, в случае инсульта), то мышцы при этом становятся неуправляемыми, наступает паралич. Значит, именно кора мозга, ее лобно-теменная область, является основным двигателем, управляющим мышцами при работе человека.

Каковы основные причины физиологических изменений, связанных с физической нагрузкой?

Основные изменения, происходящие во время физической нагрузки, связаны с повышенным потреблением энергии во время сокращения скелетных мышц. Для любого движения требуется сокращение (укорочение) скелетной мышцы. Сокращение скелетной мышцы обеспечивается энергией, которая выделяется при гидролизе аденозинтрифосфата (АТФ). Во время физической работы потребление энергии может увеличиваться с 1,2 кКал/мин до 18-30 кКал/мин, т. е. в 25 раз. Эти биоэнергетические потребности определяют последующие физиологические изменения.

Основные изменения, возникающие в организме во время физической нагрузки, связаны с повышенным потреблением энергии скелетными мышцами, которое может возрастать с 1,2 до 30 ккал/мин, т.е. в 25 раз.

При переходе от состояния покоя к выполнению физической нагрузки потребность в энергии возрастает. Метаболизм увеличивается прямо пропорционально увеличению интенсивности работы (рис. 2)

.Рис. 2.Взаимосвязь между физической нагрузкой (работой) и выработкой АТФ.

Существует тесная взаимосвязь между физической нагрузкой (работой) и выработкой АТФ.

Увеличение интенсивности работы возможно только при усилении синтеза АТФ. Если синтез АТФ не удовлетворяет потребностям организма, работа (в данном случае — сокращение скелетной мышцы) прекратится

Можно ли измерить потребление АТФ во время физической нагрузки?

Потребление АТФ осуществляется на субклеточном уровне, а аэробный метаболизм происходит в митохондриях и непосредственному измерению не поддается.

Как величина потребления кислорода связана с физической нагрузкой?

Поскольку наиболее эффективный синтез АТФ происходит при аэробных условиях, его, а следовательно, и потребление АТФ, косвенно отражает количество поглощаемого кислорода. Так как синтез АТФ нельзя измерить, для определения потребления АТФ обычно измеряют поглощение кислорода.

Таким образом, для косвенной оценки энергетических затрат во время физической нагрузки обычно используют измерение поглощения кислорода при дыхании.

Во всякой мышечной работе прежде всего следует различать начальную (пусковую) ее фазу и следующее за тем продолжение. Время пусковой фазы зависит от интенсивности работы: чем интенсивнее работа, тем продолжительнее пусковая фаза и тем резче выражены вызываемые ею биохимические изменения в мышцах. В первые секунды работы мышцы получают меньше кислорода, чем им необходимо. Создавшийся кислородный дефицит тем больше, чем выше интенсивность работы, чем в большей мере возрастает потребность в кислороде (кислородный запрос). Поэтому в пусковой фазе ресинтез АТФ происходит исключительно анаэробными путями (креатинкиназная реакция, гликолиз).

Если интенсивность мышечной работы максимальна (а длительность, естественно, кратковременна), то на этой пусковой фазе она и заканчивается; следовательно, кислородный запрос будет неудовлетворен.

На рис. 3 показано потребление кислорода до, во время и после лёгкой равномерной работы.Показаны дефицит кислорода и избыток потребления кислорода после физической нагрузки.

Способность нашего организма адекватно удовлетворять потребности мышц в кислороде далека от совершенства. Когда вы начинаете выполнять упражнение, система транспорта кислорода (дыхание и кровообращение) не сразу поставляет необходимое количество его активным мышцам. Лишь через несколько минут достигается стабильный уровень потребления кислорода, при котором полностью функционируют аэробные процессы, однако потребность организма в кислороде резко повышается именно в момент начала выполнения упражнения.

Рис. 3. Потребление кислорода во время легкой динамической работы постоянной интенсивности

Что такое дефицит кислорода?

Период времени между началом физической нагрузки и увеличением поглощения кислорода до достаточного уровня; то есть длительность выравнивания разницы между поглощением кислорода в первые минуты работы и потребностью в кислороде для синтеза достаточного количества АТФ. Потребность в АТФ возрастает мгновенно, однако для достижения необходимого уровня поглощения кислорода требуется некоторое время; в результате чего создается дефицит кислорода. Существуют различные точки зрения на механизмы обеспечения АТФ в этот период. Возможно, АТФ синтезируется в процессе анаэробного метаболизма или поступает из запасов клетки, возможно, просто измерение количества АТФ запаздывает по сравнению с его содержанием. При тренировках дефицит кислорода уменьшается, что свидетельствует о возможности более быстрого подключения систем, обеспечивающих быструю доставку кислорода при физической нагрузке.

Кислородный дефицит (дефицит кислорода) –

разность между кислородным запросом и кислородным приходом.

период времени между началом физической нагрузки и увеличением поглощения кислорода до достаточного уровня.

длительность выравнивания разницы между поглощением кислорода в первые минуты работы и потребностью в кислороде для синтеза достаточного количества АТФ.