2. Функциональные системы организма

Различные ткани, сочетаясь между собой, образуют органы. Орган имеет определенное строение, функцию и положение в теле. Органы варьируют по величине, форме и положению. Они находятся в тесном взаимодействии между собой. Кроме индивидуальных различий, возможны также половые и возрастные. Органы, объединенные единой функцией и связанные в своем развитии, составляют системы органов – функциональные системы.

Все системы органов взаимосвязаны и объединены в единое целое – организм (Рис 1 )

	Нервная система
Половая система			Костная система
		Функциональные системы организма
Выделительная система			Дыхательная система
Пищеварительная система			Сердечно-сосудистая система
Система органов чувств			Мышечная система
	Кровеносная система

Рис 1Функциональные системы организма.

С позиции физического развития и физического воспитания для нас наиболее интересны следующие системы: нервная; сердечно-сосудистая; дыхательная; опорно-двигательная; пищеварительная и др.

Под влиянием занятий физическими упражнениями, спортом в функциональных системах происходят прогрессивные морфофункциональные изменения, которые обеспечивают приспособляемость организма к тренировочным и соревновательным нагрузкам. Без знания закономерностей функционирования органов и систем организма, особенностей сложных процессов жизнедеятельности, нельзя правильно организовать процесс физического воспитания, определить объем и интенсивность физических нагрузок, обеспечить оздоровительный эффект занятий.

Нервная система человека условно делится на соматическую, регулирующую деятельность органов чувств и скелетных мышц, и вегетативную, которая иннервирует внутренние органы. Кроме того, нервную систему подразделяет на центральную и периферическую.

Периферическая нервная система состоит из огромного числа нервных волокон, пронизывающих все органы и ткани человеческого тела.

Центральную нервную систему (ЦНС) составляет головной и спинной мозг. Спинной мозг - это главный кабель, соединяющий периферийную нервную систему с головным мозгом.

В своих верхних отделах спинной мозг переходит в головной.

Двигательная деятельность человека включает процессы различных движений от простых двигательных рефлексов до сложных поведенческих актов. Организацией и осуществлением двигательных актов управляет ЦНС. Например, в простом акте дыхания участвуют более 90 мышц, целенаправленная работа которых и ее согласование с работой вегетативных систем регулируется ЦНС.

В механизмах управления двигательными действиями выделяют три уровня: одни компоненты действия управляются при активном участии сознания, другие - автоматизировано, третьи не осознаются вообще. Соответственно различают - умения, навыки и безусловно-рефлекторные реакции.

Умения - это действия, основу которых составляет практическое применение полученных знаний, приводящее к успеху в конкретной деятельности.

Навык - тоже действие, доведенное путем повторения до такой степени совершенства, при которой оно выполняется правильно, быстро и экономно (легко) с высоким количественным и качественным результатом.

Опорно-двигательная система в свою очередь делится на костную и мышечную. Которые целесообразно рассматривать отдельно.

Костная система состоит из более 200 костей, соединенных с помощью суставов в подвижные сочленения, с помощью которых могут работать мышцы, выполняться движения. Скелет служит опорой для тела, защищает важные органы, например головной и спинной мозг.

Кости на 50% состоят из воды, в состав остальной половины входят органические и неорганические вещества.

Неорганические вещества - известковые соли. За весь период роста масса костного скелета увеличивается почти в 24 раза. Но и с прекращением роста, скелет человека не перестает изменяться. Чем моложе организм, тем большей эластичностью они обладают.

По выражению И.П.Павлова костная система является “магазином” тела, так как она содержит 99% всего кальция, имеющегося в теле человека. Из костей при надобности черпаются минеральные вещества, необходимые для нормальной жизнедеятельности организма.

Основной частью твердой опоры туловища является позвоночный столб, который состоит из 24 позвонков, крестца и копчика. Позвоночный столб имеет естественные изгибы - шейный и поясничный лордоз, грудной и крестцовый кифоз, которые выполняют роль амортизаторов. К 18-20 годам изгибы позвоночника окончательно сформировываются. длина позвоночного столба относительно длины всего тела составляет приблизительно 40%.

Занятия физическими упражнениями меняют свойства костей. Под влиянием упражнений, особенно развивающих силу, кости делаются крупнее, прочнее и тяжелее, богаче кальцием, так как им необходимо приспособиться к физическим нагрузкам. Например, в результате тренировок у штангистов меняется форма лопатки и утолщается ключица, у пловцов, в связи с гипертрофией дельтовидной мышцы, увеличивается хирургическая шейка плечевой кости, у бегунов наблюдается утолщение большой берцовой кости, у гимнастов изменяются кости запястья. Все эти изменения носят адаптационный характер и протекают как благоприятные, прогрессивные, связанные с рабочей гипертрофией.

Мышечная система человека объединяет около 600 различных мышц. При помощи мышц осуществляется опорная роль скелета и движения человека. Они способствуют более полному дыханию и кровообращению, поддерживают внутренние органы в определенном положении, защищают их от воздействия внешней среды.

Мышцы делятся на 3 вида: гладкие, покрывающие стенки кровеносных сосудов и органов, сердечная мышца, мышцы скелета. Гладкие и сердечная мышцы работают независимо от воли человека. Работа скелетной мускулатуры (поперечно-полосатые мышцы) произвольно контролируемая.

К каждому мышечному волокну подходит веточка двигательного нерва, располагающегося в спинном или головном мозге. Нервная клетка и мышечное волокно образуют так называемую двигательную единицу.

Работа мышц осуществляется за счет напряжения или сокращения. При возбуждении мышцы, не изменяющей длины, выполняется статическая работа; сокращение же мышцы при уменьшении ее длины обеспечивает динамическую работу. Чаще всего мышцы работают в статическом режиме.

Работоспособность мышц зависит от уровня кровоснабжения. Во время расслабления мышца наполняется кровью и получает кислород и питательные вещества. При сокращении мышцы кровь и продукты обмена выводятся. При статической работе мышца постоянно напряжена и непрерывно давит на кровеносные сосуды. Таким образом она не получает ни кислорода, ни питательных веществ. В статически работающих мышцах продукты распада не удаляются, в них накапливается молочная кислота, которая способствует быстрому развитию утомления.

Часть молодых людей увлекающаяся так называемым культуризмом, который ставит своей целью развитие мышечной силы и рельефной мускулатуры, используя, главным образом, статические упражнения. Действительно такие упражнения помогают увеличению мышц, которые отстают в развитии, но они не развивают точности, ловкости, быстроты движений, не помогают ориентировать и приспосабливаться к изменяющимся условиям. Кроме того, выполнение изометрических упражнений требует больших нервных усилий, затрудняет дыхание, ограничивает возможности развития выносливости. Статические упражнения могут быть лишь дополнением к динамическим и эффективны тогда, когда не превышают 1/3 от общего числа упражнений.

Сердечно-сосудистая система (ССС) обеспечивает циркуляцию крови в организме. Кровь транспортирует питательные вещества, кислород к клеткам, а конечные продукты обмена от них.

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. Эритроциты — красные кровяные клетки заполнены особым белком — гемоглобином, который способен образовывать соединение с кислородом, осуществляя таким образом дыхательную функцию. Лейкоциты — белые кровяные тельца, выполняют защитную функцию, уничтожая инородные тела и болезнетворные микробы (фагоцитоз). Тромбоциты 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.

Объем крови в организме 4-6 литров. В покое 40-50% крови выключается из кровообращения и находится в “кровяных депо”: печени, селезенки, в сосудах кожи, мышц, легких. В случае необходимости (например, при мышечной работе) запасный объем крови включается в кровообращение. Наибольший объем крови рефлекторно направляется к работающему органу. Выход крови из “депо” и ее перераспределение регулируется центральной нервной системой.

Существует четкая связь между видом спорта, которым занимается человек и объемом его сердца. У здоровых мужчин, не занимающихся спортом, объем сердца, в среднем равен 760 куб.см., у лыжников, бегунов на средние и длинные дистанции, пловцов, велосипедистов, баскетболистов он увеличивается до 1203 куб.см. У женщин спортсменок он ниже на 200-300 куб.см.

Движение крови по сосудам происходит по замкнутым кругам (большой и малый круг кровообращения) под воздействием разности давления в артериях и венах. В артериях кровь, насыщенная кислородом, движется от сердца, в венах, кровь насыщенная углекислым газом, движется к сердцу. Большой круг кровообращения начинается от левого желудочка и заканчивается, возвращая венозную кровь, в правом предсердии. Весь путь по большому кругу кровь проходит за 23 секунды. От правого желудочка начинается малый круг, который заканчивается в левом предсердии. Кровь малого круга в легких насыщается кислородом и отдает углекислоту. Крупные артерии (аорта, легочная артерия), по мере удаления от сердца, ветвятся на более мелкие, оканчивающиеся капиллярами, пронизывающими весь организм. Если диаметр аорты равен 25-30 мм, то толщина капилляров в 10-15 раз тоньше человеческого волоса и через просвет капилляра может пройти только один эритроцит. Сердце - главный орган кровеносной системы, является полым органом, состоящим из двух предсердий и двух желудочков. Ритмически сокращаясь, сердце обеспечивает кровообращение в организме. Ритмическое выталкивание левым желудочком крови в аорту вызывает пульсацию артерии (пульс). В норме у взрослого мужчины ЧСС в покое равна примерно 70 ударов в минуту. У женщин в среднем на 2-3 удара больше. Сердце тренированного человека сокращается 50-69 раз в минуту, а у пловцов, бегунов, лыжников может доходить до 35-40 ударов в минуту.

За одно сокращение сердце выталкивает в аорту около 60 мл. крови (систолический объем), а за одну минуту в покое около 5л. крови (минутный объем). Для тренированного сердца систолический объем составляет около 120 мл., а минутный, по мере интенсивности нагрузок, может достигать 30-40 литров.

Для нормального кровообращения большое значение имеет артериальное давление крови, которое является результатом давления движущейся крови на внутренние стенки артерий и на имеющийся впереди столб крови. Различают максимальное (систолическое) давление, возникающее при сокращении левого желудочка и минимальное (диастолическое), возникающее при его расслаблении. У взрослого человека в возрасте 18— 40 лет в покое максимальное давление в норме составляет 100-120 мм рт.ст., минимальное - 60-80 мм.

У тренированных людей, после физической нагрузки, кровяное давление возвращается к норме значительно быстрее, чем у нетренированных.

Нервно-гуморальная регуляция органов кровообращения происходит независимо от нашей воли.

Дыхательная система включает в себя органы дыхания, в которых происходит обмен газов между кровью и наружной средой. В процессе дыхания воздух через нос (или рот) проходит в носоглотку, отсюда через гортань - в дыхательное горло (трахею) и бронхи.

В нижней части трахея делится на два бронха, каждый из которых входит в легкое.

В спокойном состоянии человек дышит не всеми легкими, а их шестой и даже седьмой частью.

Движение грудной клетки обеспечивается работой грудных мышц.

Регуляция дыхания осуществляется посредством сложной системы нервно-гуморальных воздействий на дыхательный центр, который располагается в продолговатом мозгу. Так независимо от воли человека, недостаток кислорода в крови вызывает учащение дыхательных движений.

В состоянии покоя человек в минуту производит 16-20 дыханий. По сравнению с мужчинами женщины делают на 1-2 цикла в минуту больше. В результате спортивной тренировки частота дыхания снижается до 12-14 в минуту за счет увеличения их глубины.

Важной характеристикой дыхательной системы является показатель жизненной емкости легких (ЖЕЛ), который определяется с помощью спирометра. В среднем ЖЕЛ составляет 3500 куб.см. Она зависит от возраста, пола, роста, состояния здоровья, тренированности человека и других факторов. У спортсменов показатель находится в пределах 4500-6000 куб.см. (л). наибольшими показателями отличаются гребцы, пловцы, лыжники, бегуны и боксеры.

Количество кислорода, необходимое для процессов, обеспечивающих ту или иную работу энергией, называется кислородным запросом.

Если в ткани поступает меньшее количество кислорода, чем нужно для полного обеспечения потребности в энергии, наступает кислородное голодание или гипоксия.

В основе выносливости лежит функциональная устойчивость организма к недостатку кислорода. Чтобы полнее обеспечить себя кислородом в условиях гипоксии, организм реализует мощные компенсаторные механизмы. Под влиянием тренировки улучшается способность различных групп мышц усваивать кислород.

При выполнении физических упражнений согласование дыхания с движениями происходит благодаря сложной системе приспособительных изменений в организме. Чем прочнее взаимосвязь дыхания и движения, тем легче при прочих равных условиях выполняются движения.

Пищеварительная система объединяет органы, при помощи которых организм воспринимает пищевые вещества извне и осуществляет функцию пищеварения. Главная функция пищеварительной системы – обеспечение обмена веществ, одного из главных звеньев обеспечения энергией.

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.

Мышечная деятельность, повышая обмен веществ, увеличивает потребность организма в питательных веществах и тем самым стимулирует желудочную и кишечную секрецию, что благоприятно влияет на пищеварительные процессы. Однако, физическая работа, выполняемая сразу после приема пищи, не усиливает, а задерживает пищеварительные процессы, тормозит рефлекторное выделение пищеварительных соков. В свою очередь после приема пищи возбуждение пищевых центров и перераспределение крови от мышц к рабочим 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.

Нормальное состояние количества энергии, поступающей с пищей и энергии, расходуемой организмом, называется энергетическим балансом. Основным источником энергии в организме являются углеводы. Основным потребителем углеводов являются мышцы и клетки головного мозга. В организме постоянно содержится запас углеводов в виде гликогена в печени и мышцах.

Продолжительная физическая и умственная работа сопровождаются интенсивным расходом запасов углеводов. Продолжать работу дальше без восполнения углеводов становится невозможным. Одним их распространенных поставщиков углеводов в организме является сахар, который расщепляется ферментами пищеварительного тракта на глюкозу и фруктозу. Глюкоза необходима для нормального функционирования головного мозга.

Жиры так же используются в организме как источник энергии. В покое жир служит основным источником энергии для работы сердечной мышцы. Скелетные мышцы начинают использовать жиры как источник энергии только после продолжительной интенсивной работы, когда уменьшается запас углеводов. Жировая ткань предохраняет внутренние органы от механического воздействия, обеспечивает фиксацию органов брюшной полости, защищает тело от излишних тепло потерь, жир, выделяемый сальными железами, предохраняет кожу от высыхания.

Белки являются основным строительным материалом. И если жиры и углеводы могут откладываться в запас, то запасы белков в организме отсутствуют. В экстремальных условиях (голод) в первую очередь расходуются белки крови, скелетных мышц, печени. Поэтому вес этих органов при голодании снижается. Вес сердца и мозга остаются неизменными.

Вода и минеральные соли, поступающие с пищей, не являются источником энергии, однако обмен воды и солей необходим для поддержания постоянства внутренней среды организма. Известно, что без пищи при условии приема воды человек может прожить до 60 дней, а без воды он погибнет в течение нескольких суток.

В течение суток человек расходует энергию на дыхание, пищеварение, сердцебиение, выделение, это основной обмен.

Основным обменом называется расход энергии в состоянии полного покоя, натощак, при температуре окружающей среды 20-22^О С. В этих условиях расход энергии взрослого человека в среднем составляет 1 ккал. на 1 кг. веса в час. При весе равном 70 кг. основной обмен в сутки равен 1680 ккал.

Спортивная деятельность сопровождается значительными суточными затратами энергии до 4500-5000 ккал.

Мышечная работа необходима для нормальной жизнедеятельности организма. Расход энергии на нее в сутки должен составлять 1200-1300 ккал. Физическая инертность ведет к расстройству обмена веществ, развитию патологических изменений (атеросклероз, тучность и др.). Достаточная двигательная активность необходимый фактор в жизнедеятельности человека. Чем выше двигательная активность, тем в большей степени появляется возможность потребить сбалансированную пищу.

Современный человек получает в сутки с пищей 4000 и более ккал. Избыточные калории откладываются в организме в виде запасов.

Мышечная деятельность, физические упражнения повышают активность обменных процессов, тренирует и поддерживает на высоком уровне механизмы, осуществляющие в организме обмен веществ и энергии, что положительно сказывается на умственной и физической работоспособности.

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.