Дыхательная система и её функции
Дыхательная система – это комплекс физиологических процессов, а также потребление кислорода и выделение углекислого газа тканями живого организма. В процессе дыхания воздух через нос или рот проходит в носоглотку, оттуда через гортань – в трахею и бронхи.
В нижней части трахея делится на два бронха, каждый из которых, входя в лёгкие, древовидно делится на всё более мелкие ветки, доходя до тончайших веточек – бронхиол. Заканчиваются бронхиолы группами мельчайших пузырьков-альвеол, тончайшие стенки которых оплетены сетью кровеносных капилляров. В обоих лёгких число альвеол составляет несколько миллионов.
Вдыхаемый нами атмосферный воздух содержит 21% кислорода, 78% азота, 0,03% углекислого газа и некоторое количество других газов. В выдыхаемом же воздухе кислорода остаётся всего 16%, углекислый газ же составляет до 4%, а остальные газы остаются в том же количестве. Поглощая в спокойном состоянии за один раз не более 500 куб. см. атмосферного воздуха, человек дышит не всеми лёгкими, а их 7-й частью. Газообмен в лёгких происходит благодаря дыхательным движениям грудной клетки. Эти движения обеспечиваются работой дыхательных мышц. При интенсивной физической работе к дыхательным мышцам подключаются и другие мышцы туловища (брюшные, грудино-ключично-сосцевидная и т.д.).
Регуляция дыхания осуществляется посредством сложной системы нервно-гуморальных воздействий на дыхательный центр, который расположен в продолговатом мозгу. Так, независимо от воли человека, недостаток кислорода в крови вызывает учащение дыхательных движений, а избыток углекислого газа ведёт к заметному углублению дыхания.
В состоянии покоя человек в минуту производит 16-20 дыханий. По сравнению с мужчинами женщины делают на 1-2 дыхания в минуту больше. В результате спортивной тренировки частота дыханий снижается до 12-14 в минуту за счёт увеличения их глубины. За один дыхательный цикл (вдох – выдох – пауза) через лёгкие проходит от 350 до 800 мл воздуха, что в сутки составляет около 11000 л. Увеличение частоты и глубины дыхания повышает лёгочную вентиляцию. В покое лёгочная вентиляция людей, занимающихся спортом, равна 6-8 л в минуту, а при возрастании нагрузок (бег, ходьба на лыжах, плавание, езда на велосипеде) увеличивается до 120-130л в минуту и более [48, 49, 51].
Важной характеристикой дыхательной системы является показатель жизненной ёмкости лёгких (ЖЕЛ), который определяется с помощью спирометра. Жизненная емкость легких – это объем воздуха, выдыхаемый после максимально глубокого вдоха. Показатель ЖЕЛ включает: объём вдыхаемого воздуха (в среднем 500 куб. см), объём форсированного вдоха (1500 куб. см), объём форсированного выдоха (1500 куб. см). Всего 3500 куб.см. Однако ЖЕЛ - величина не постоянная и зависит от возраста, пола, роста, состояния здоровья, тренированности человека и других факторов. Увеличение показателя ЖЕЛ характерно для занимающихся бегом, лыжами, греблей, плаванием. Снижение ЖЕЛ более чем на 15% может указывать на патологию лёгких. С возрастом ЖЕЛ снижается. У 20-летних людей она равняется в среднем 3,5л, а у 55-летних людей – 2,5л. У людей со средним физическим развитием ЖЕЛ равняется 3500 – 4000 куб.см., а у спортсменов она доходит до 4500 – 6000 куб.см. Наиболее высокой ЖЕЛ отличаются гребцы, пловцы, лыжники и бегуны на длинные дистанции [31,59].
После небольших по нагрузке занятий показатели ЖЕЛ могут остаться прежними или изменяются в сторону повышения или понижения. После интенсивной и утомительной тренировки ЖЕЛ может снизиться в среднем на 200-300 мл., а к вечеру - восстановиться до исходной величины. Если ЖЕЛ не достигает исходного уровня на следующий день, можно говорить о чрезмерной нагрузке.
Наибольшее количество кислорода, которое может усвоить организм за 1 мин. при предельно тяжёлой для него работе, называется максимальным потреблением кислорода (МПК).У мужчин, не занимающихся спортом, МПК составляет в среднем 3,1 л; у женщин – 2,2 л. У спортсменов: лыжников (мужчин) – 5,6 л., (женщин) - 3,8 л; пловцов (мужчин) – 5,6 л, (женщин) – 3,2 л; штангистов – 4,5 л. МПК является показателем аэробной производительности организма, т.е. его способностью обеспечивать энергией при выполнении тяжёлой работы за счёт кислорода, поглощаемого непосредственно во время работы. Спортивный результат в беге на длинные дистанции, в лыжных гонках, плавании, велоспорте на 60-80% зависит от уровня аэробной производительности организма спортсмена. Если МПК спортсмена ниже 6 л, он не может показать результат международного класса в беге на 5000 м и 10000 м. Развитию аэробной производительности организма способствуют тренировочные нагрузки с частотой пульса 130-180 ударов в минуту.
Количество кислорода, необходимое для окислительных процессов, обеспечивающих ту или иную работу энергией, называется кислородным запросом. Различают суммарный запрос (объём кислорода, необходимый для выполнения всей работы) и минутный запрос (объём кислорода, необходимый для выполнения работы в каждую минуту). Например, в беге на 800 м. минутный запрос составляет 12-15 л кислорода, а суммарный будет составлять 25-30 л, в марафонском же беге соответственно 3-4 л и 450-500 л кислорода. Если кислородный запрос достигает 15-20 л в минуту, а МПК не превышает 6-7 л, образуется кислородный долг, который ликвидируется во время отдыха, поскольку в покое организму требуется всего 200-300 мл кислорода в минуту.
Если в ткани поступает меньше кислорода, чем нужно для полного обеспечения потребностей в энергии, наступает кислородное голодание, или гипоксия[59].
Напряжённая мышечная работа всегда сопровождается возникновением гипоксии. Установлено, что физически тренированные люди более устойчивы к недостатку кислорода по сравнению с нетренированными. Дело в том, что при выполнении различных физических упражнений (бег, плавание, ходьба на лыжах) в организме создаётся выше упомянутый кислородный долг. На занятиях у человека совершенствуются механизмы регуляции деятельности организма в условиях кислородного долга. В основе выносливости лежит функциональная устойчивость организма к недостатку кислорода. Чтобы полнее обеспечить себя кислородом в условиях гипоксии, организм мобилизует мощные компенсаторные физиологические механизмы. Известно, что мышцы при напряжённой работе увеличивают скорость утилизации кислорода в 100 и более раз. Под влиянием тренировки улучшается способность различных групп мышц усваивать кислород [54, 48, 59].
Напряжённая умственная работа также вызывает в организме функциональные сдвиги и в первую очередь со стороны сердечнососудистой и дыхательной систем. По своему характеру они противоположны сдвигам, которые происходят в этих системах при мышечной работе. Так, при умственной работе увеличивается наполнение кровью сосудов мозга, внутренних органов, а периферическое кровообращение наоборот ухудшается.
Перед входом в аудиторию, где проходит экзамен, у студентов ЧСС увеличивается до 118-144 уд/мин, артериальное давление повышается до 135/80 – 155/90мм.рт.ст. Одним из важнейших условий сохранения хорошего уровня умственной работоспособности является чередование умственной деятельности с физической [55].
Обмен веществ состоит в том, что из внешней среды в организм поступают разнообразные, богатые потенциальной химической энергией, вещества. В организме они расщепляются на более простые. Освобождающаяся при этом энергия обеспечивает протекание физиологических процессов и выполнение внешней работы. Кроме того, поступающие в организм вещества используются для восстановления изношенных и построения новых клеток и тканей, для образования гормонов и ферментов. Образующиеся в процессе обмена продукты распада удаляются из организма во внешнюю среду органами выделения.
Питательными и строительными веществами являются белки, жиры и углеводы. Нормальному протеканию обменных процессов способствует поступление в организм воды, минеральных солей, витаминов. Биологическими катализаторами процессов расщепления и синтеза органических веществ являются ферменты.
Пищеварение
Пищеварение является начальным этапом обмена веществ. Оно происходит в полости рта, желудке, кишечнике при активной деятельности желёз внутренней секреции. В процессе пищеварения происходит физическая и химическая обработка пищи, в результате чего она превращается в вещества, которые могут всасываться в кровь и усваиваться организмом. Переваривание пищи в желудке продолжается 6-8 часов, а жирная пища – до 10 и более часов.
Мышечная деятельность, повышая обмен веществ, увеличивает потребность организма в питательных веществах и тем самым стимулирует желудочную и кишечную секреции, что благоприятно влияет на пищеварительные процессы. Однако физическая работа, выполняемая сразу после приёма пищи, не усиливает, а задерживает пищеварительные процессы, тормозит рефлекторное выделение пищеварительных соков и его восстановление осуществляется лишь через 30-60 минут после окончания работы. В свою очередь после приёма пищи возбуждение пищевых центров и перераспределение крови от мышц к работающим органам брюшной полости снижает эффективность мышечной деятельности. Наполненный желудок приподнимает купол диафрагмы, что затрудняет работу органов дыхания и кровообращения. Поэтому занятия физическими упражнениями следует начинать спустя 2,5-3 часа после еды. Соотношение количества энергии, поступающей с пищей, и энергии, расходуемой организмом, называется энергетическим балансом.
В условиях высокой температуры окружающей среды и при интенсивной мышечной работе энергетический баланс может временно нарушаться. По количеству расходуемой энергии судят об интенсивности обмена веществ.
Расход энергии зависит от интенсивности процессов обмена в организме,
мощности, длительности работы, а также от пола, возраста, роста, массы тела, климатических и жилищных условий, питания, одежды и др. [48, 51].
Несколько советов для тех (особенно, для студенток), кто хочет иметь нормальный вес. Не есть, когда хочется, но и не дожидаться, когда сильно проголодаешься, потому что тогда съешь всё подряд и много.