Лекция 2. Социально-биологические основы физической культуры

Освоение любой дисциплины, с позиций дидактики, целесообразно строить на основе формирования мотивационно-ценностного отношения к предмету, посредством главного дидактического принципа – активности и сознательности. Данная лекция дает представление о влиянии целенаправленных, систематических занятий физическими упражнения

ми на организм человека, раскрывает механизмы адаптации к физическим нагрузкам.

ОРГАНИЗМ ЧЕЛОВЕКА, КАК ЕДИНАЯ САМОРАЗВИВАЮЩАЯСЯ И САМОРЕГУЛИРУЮЩАЯ БИОЛОГИЧЕСКАЯ СИСТЕМА

Занятия физическими упражнениями, спортом вызывают в организме человека многосторонние и глубокие изменения в соответствии с общими биологическими принципами. Поэтому естественнонаучную основу физического воспитания составляют медико-биологические науки - биология, физиология, анатомия, морфология и др.

Методология этих наук лежит в основе современной теории и методики физического воспитания, спортивной тренировки.

Современная наука рассматривает организм человека как единое целое, в которой все органы и системы находятся в тесной взаимосвязи и взаимодействии и образуют сложную саморегулирующую, саморазвивающую структуру.

И.П.Павлов подчеркивал: “Человек есть....... система, в высочайшей степени саморегулирующаяся, сама себя поддерживающая, восстанавливающая, поправляющая и даже совершенствующая”.

Выработанное в процессе эволюции важнейшее свойство живого организма сохранять постоянство внутренней среды получило название гомеостаз (одинаковый, состояние). Явление гомеостаза состоит в том, что живые организмы при изменении факторов внешней и внутренней среды стремятся обеспечить оптимальное условие своего существования (температура, артериальное и осмотическое давление и т.д.).

Поэтому гомеостаз можно охарактеризовать, как способность живого организма, посредством сложных биохимических, физиологических и психических процессов, поддерживать постоянство внутренней среды и механизмы функционирования в определенном стабильном состоянии под воздействием меняющихся внешних и внутренних условий.

В процессе приспособления в животном мире сформировались нервные и гуморальные (жидкость) реакции, которые постоянно трансформировались в соответствующие механизмы регуляции функций организма.

Нервный механизм регулирования осуществляется через нервные импульсы, идущие по определенным нервным волокнам к строго определенным органам или частям организма. Основным нервным механизмом регуляции функций является рефлекс - ответная реакция организма, посредством подачи нервных импульсов, на раздражение, поступающее из внешней или внутренней среды. Он реализуется по рефлекторной дуге - путь по которому идет возбуждение от рецепторов до исполнительных органов (мышцы, железы и т.п.). В рефлекторной дуге различают 5 звеньев:

1. Рецептор, структура воспринимающая раздражение;

2. Чувствительное волокно, проводящее возбуждение от рецептора;

3. Нервный центр, где происходит переключение возбуждения с чувствительных клеток на двигательные;

4. Двигательное волокно, несущее нервный импульс на периферию;

5. Рабочий орган или железа.

Любое раздражение – механическое, световое, звуковое, химическое, термическое, воспринимаемое рецептором, трансформируется (преобразуется) в нервный импульс и в таком виде по чувствительным волокнам направляется в центральную нервную систему (ЦНС). При помощи рецепторов организм получает информацию обо всех изменениях, происходящих во внешней среде и внутри организма. В ЦНС эта информация перерабатывается, отбирается и передается на двигательные нервные клетки, которые посылают нервные импульсы к рабочим органам – мышцам, железам и вызывает тот или иной приспособительный акт, движение или секрецию.

Рефлекс как приспособительная реакция организма обеспечивает тонкое, точное и совершенное уравновешивание организма с окружающей средой, а также контроль и регуляцию функций внутри организма. В этом его биологическое значение. Рефлекс является функциональной единицей нервной деятельности

Вся нервная деятельность, как бы она не была сложна, складывается из рефлексов различной степени сложности, т.е. она является отраженной, вызванной внешним поводом.

И.М. Сеченов отмечал, что – «… если выключить все рецепторы, то человек должен заснуть мертвым сном и никогда не проснуться». В этом случае ЦНС работает по принципу отражения, по схеме «стимул – реакция».

Для осуществления любого рефлекса необходима целостность всех звеньев рефлекторной дуги. Нарушение хотя бы одного из них ведет к исчезновению рефлекса. Это широко используется при анестезии периферических нервных волокон навокаином.

Время рефлекса, прошедшее от момента нанесения раздражения до ответа на него, называется временем рефлекса. Оно слагается из времени, необходимого для возбуждения рецепторов, проведение возбуждения по чувствительным волокнам, по ЦНС, по двигательным волокнам и , наконец, латентного (скрытого) периода возбуждения рабочего органа.

Большая часть времени уходит на проведение возбуждения через нервные центры. Это объясняется тем, что в синапсах (места передачи возбуждения от одной клетки к другой) ЦНС происходит замедление проведения возбуждения, так называемая синаптическая задержка (Рис.1 ).

Рис.1 Схема синапса и механизмы лежащие в основе синаптической задержки проведения возбуждения.

Синапс состоит из синаптической бляшки, синаптической щели, постсинаптической мембраны – структур, обладающих рядом особенностей. Между синаптической бляшкой и постсинаптической мембраной соседней нервной клетки , синаптическая щель имеет ширину 100 – 200 А. Постсинаптическая мембрана отличается малой чувствительностью к электрическому току и высокой к химическому передатчику (медиатор). Поэтому распространяющийся по нервному волокну электрический импульс не может перескочить на следующую клетку в том же виде. Он затухает в синаптической бляшке, вызывает лопанье синаптических пузырьков с медиатором и последующего поступления химического вещества в синаптическую щель. Медиатор генерирует электрический импульс последующей нервной клетки. Таким образом электрическое проведение возбуждения в нервном волокне уступает место химическому в синапсах и тем самым замедляется проведение возбуждения.

Особенности проведения возбуждения по рефлекторной дуге, в отличии от проведения по нерву, заключаются в наличии нервных клеток и синапсов.

1. Одностороннее проведение возбуждения связано с присутствием химической реакции в синапсах. Возбуждение идет от рецепторов к рабочему органу.

2. Замедление возбуждения в нервных центрах. В синапсе происходит замедление примерно на 0,8 мс.

3. Суммация воздуждения. Рефлекторная реакция не может возникнуть в ответ на слабое раздражение. Но если раздражитель действует длительно, то в нервных центрах происходит суммация возбуждения и возникает рефлекторная реакция.

4. Трансформация ритма возбуждения. Частота импульсов в задних чувствительных корешках спинного мозга и передних двигательных не совпадает. Организм сам вырабатывает свою частоту.

5. Иррадиация возбуждения. Нервные волокна проводят нервные импульсы изолированно. Нервные импульсы не перескакивают с одного волокна на другое. Импульсы, пришедшие в ЦНС, при сильном раздражении могут распространяться во всех направлениях, возбуждать или подавлять близлежащие нервные клетки, или нервные центры. Данное свойство имеет большое значение при формировании моделей двигательных действий.

6. Продолжительность рефлекторной реакции всегда больше чем время раздражения. Возбуждение в нервных центрах остается и после прекращения действия раздражителя. Это объясняется тем, что вставочные нейроны (клетки) образуют замкнутые цепи, по которым продолжает циркулировать возникшее в ЦНС возбуждение. Последействие является главным механизмом кратковременной памяти.

Весьма важным фактором координации рефлексов, является наличие в ЦНС известной функциональной субординации, т.е. определенного соподчинения между ее отделами. Высшие отделы ЦНС приобретают способность изменять активность и направление деятельности нижележащих отделов. Нет функций в организме, которые не поддавались решающему регулирующему влиянию коры головного мозга.

Различают два вида рефлексов: безусловные - врожденные; условные - приобретенные. Нервная регуляция складывается из сложных взаимодействий двух видов рефлексов.

Гуморальный механизм регулирования играет не менее важную роль в регулировании функций организма, поддержания его жизнедеятельности. Он осуществляется за счет химических веществ, которые содержатся в циркулирующих жидкостях организма (кровь, лимфа, тканевая жидкость), и являются продуктами желез внутренней секреции.

Выделяемые железами внутренней секреции химические вещества, гормоны, попадают в кроваток, достигают всех органов и тканей, независимо от того, участвуют они в регуляции функций или нет. Избирательное отношение тканей к определенному веществу обуславливает включение гормона в процесс регуляции. Между различными химическими регуляторами, особенно гормонами, очень четко проявляется принцип само регуляции. Так, если становится избыточным в крови инсулин (гормон поджелудочной железы), это служит пусковым сигналом к усилению продукции адреналина (гормон мозгового слоя надпочечников). Динамическое равновесие уровня концентрации этих гормонов обеспечивает оптимальное содержание сахара в крови. Гуморальный способ регуляции, в развитии человека, предшествовал нервному способу и в современных условиях жизнедеятельности человека приобрел определенные отрицательные функции. Но при этом мы не можем говорить, что данный способ регуляции несовершенен, нет, это несовершенна, с позиции физиологии, наша жизнь с ее низким уровнем двигательной активности, высокими стрессовыми нагрузками.

Нервные и гуморальные функции тесно взаимосвязаны и образуют единую нейрогуморальную регуляцию. Так, передатчиком нервного возбуждения является гуморальный компонент (медиатор), а деятельность многих желез внутренней секреции “запускается” нервным импульсом. При двигательной деятельности сокращаются мышцы, изменяет свою работу сердце, железы выделяют в кровь гормоны, которые, в свою очередь, оказывают усиливающее или ослабляющее действие на те же мышцы, сердце и другие органы. Иначе говоря, рефлекторная реакция сопровождается гуморальными сдвигами, а гуморальный сдвиг сопровождается изменением рефлекторной регуляции.

Основным свойством организма, как биологической системы, является саморегуляция. Она направлена на оптимальное взаимодействие между элементами, составляющими организм, и процессами, обеспечивающими поддержание его целостности.

Основу саморегуляции представляет направленное на достижение конкретного результата регулирование деятельности организма по замкнутому циклу, с обратными связями.

Выделяются следующие основные принципы управления регулирования:

1. Принцип неравномерности, на основании которого живые организмы способны поддерживать динамическое неравновесие, асимметричное состояние относительно окружающей среды, то есть сохранять свой гомеостаз.

2. Принцип замкнутого контура регулирования заключается в том, что в живой системе информация о реакции на поступившие раздражения определенным образом анализируется и в случае необходимости корректируется. Информация циркулирует по замкнутому кругу, с использованием механизмов обратной связи, пока не реализуется необходимый результат.

3. Принцип прогнозирования состоит в том, что биосистема определяет свое поведение в будущем на основе оценки вероятности повторения прошлого опыта (использование уже сформированных моделей двигательных действий при освоении новых движений, накапливание энергетических и пластических ресурсов, которые могут быть затребованы в последующей работе).

Представленный в данном разделе материал позволяет уяснить сущность саморегулирования функций человеческого организма, его высочайшую способность к самосовершенствованию.

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 функции и связанные в своем развитии, составляют системы органов – функциональные системы.

Все системы органов взаимосвязаны и объединены в единое целое – организм (Рис.2 )

	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. 2 Функциональные 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. Около половины всех нервных волокон - чувствительные нервы (афферентные, приносящие), которые оканчиваются специальными разветвлениями - рецепторами, расположенными в большинстве клеток организма. Оттуда доставляется информация в центральную нервную систему. Другая половина нервных волокон - двигательные нервы, идущие от центральной нервной системы к тканям и органам (эфферентные) и передающие “инструкции”, “приказы” к деятельности.

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.

Нервная система управляет сложной и многообразной деятельностью всех органов и систем организма, регулирует все происходящие в ней процессы. Она осуществляет связь организма с внешней средой.

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 целом поведении простые рефлексы, сочетаясь, обуславливают сложные двигательные действия. Социальные условия жизни человека намного усложняют его деятельность, приводя к появлению специально человеческих форм движений: бытовых, производственных, спортивных. Это произвольные действия, посредством которых человек реализует свои запасы в конкретной деятельности. Двигательные действия - это система отдельных движений, процессов, объединенных целью и направленных на достижение конкретных результатов. Двигательные действия - действия произвольные. Это означает, что они социально в волевом режиме управляют человеком.

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.

Развитию и совершенствованию нервной системы под воздействием физических упражнений будет посвящен значительный материал в других разделах теоретического курса.

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.

Костная ткань представляет собой сложный орган, пронизанный кровеносными и лимфатическими сосудами, нервными волокнами.

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 способствуют выработке более высоких механических свойств кости. Под влиянием упражнений, особенно развивающих силу, кости делаются крупнее, прочнее и тяжелее, богаче кальцием, так как им необходимо приспособиться к физическим нагрузкам. Прочность костей можно проследить на примере бедренной и большой берцовой кости. Первая может выдержать нагрузку до 1500 кг, вторая до 1800 кг. Общие адаптационные изменения происходят во всех костях скелета, а локальные - в наиболее нагруженных его отделах.

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.

Кости соединяются с помощью суставов, главная функция которых осуществление движений. Каждый сустав заключен в суставную сумку, укрепленную связками. Полость суставных сумок заполнена синовиальной жидкостью, являющейся смазкой сочлененных костей и питательной средой для хрящей. При отсутствии систематической двигательной деятельности теряется эластичность сухожилий и связок, разрыхляются хрящи. В суставе, закрепленном гипсом, после нескольких недель покоя способность к подвижности значительно снижается.

Мышечная система человека объединяет около 600 различных мышц, которые составляют до 40% веса тела. У спортсменов этот показатель может достигать 50%.

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. Являясь самостоятельным мотор-двигателем, мышцы отличаются высокой работоспособностью и экономичностью. Высокая работоспособность мышц находится в прямой зависимости от умения человека расслаблять не работающие мышцы. Этой способностью в большей мере владеют спортсмены.

Своим тонусом мышцы в значительной мере обуславливают форму и способ держания тела. Только благодаря работе мышц возможно удержание тела в вертикальном положении при наличии небольшой площади опоры.

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.

Скелетная мышца состоит из различного количества мышечных клеток (волокон). Мышечные волокна собраны в пучок и окружены соединительной тканью, которая переходит в сухожилие, прикрепляющее мышцу с обеих концов к скелету. Волокна содержат красное вещество - миоглобин, которое подобно гемоглобину крови определяет красный цвет мышц. Миоглобин легко присоединяет кислород и отдает его мышцам.

К каждому мышечному волокну подходит веточка двигательного нерва, располагающегося в спинном или головном мозге. Нервная клетка и мышечное волокно образуют так называемую двигательную единицу. Импульсы, посылаемые нервом, активизируют все мышечные волокна, входящие в двигательную единицу. При выполнении дифференцированных движений число вовлекаемых мышечных волокон невелико, а при нарастании мышечных усилий - их число увеличивается.

Если в активную деятельность вовлекается свыше 2/3 скелетных мышц, то такую работу называют глобальной. Если во время работы функционируют от 1/3 до 2/3 мышц, то речь идет о региональной работе, а если меньше 1/3 - локальной мышечной работе. Полноценный эффект от физических упражнений можно получить только при глобальной мышечной работе, при которой 75-100% скелетной мускулатуры вовлекается в активную деятельность.

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.

Мышцы при своем напряжении и сокращении развивают определенную силу, которую можно измерить. Сила отдельной мышцы зависит от количества и толщины мышечных волокон, а также от исходной ее длины. Соотношения физиологического поперечника мышцы к ее длине является показателем физиологической силы мышцы.(Рис.3 )