51

Лекции по дисциплине «Медико-биологические аспекты физической культуры и спорта»

1. Водно-солевой обмен и терморегуляция при физических нагрузках различной мощности.

Водно-солевой обмен.

Вода является составной частью всех клеток и тканей и в организме находится в виде солевых растворов. Тело взрослого человека на 50-65% состоит из воды, у детей — на 80% и более. В разных орга­нах и тканях содержание воды на единицу массы неодинаково. Оно меньше всего в костях (20%) и жировой ткани (30%). В мышцах воды содержится 70%, во внутренних органах — 75-85% их массы. Наибо­лее велико и постоянно содержание воды в крови (92%). При обычной температуре и влажности внешней среды суточный водный баланс взрослого человека составляет 2.2-2.8 л. Около 1.5 л жидкости поступает в виде выпитой воды, 600-900 мл — в составе пищевых продуктов и 300-400 мл образуется в результате окисли­тельных реакций.

Обмен минеральных солей в организме имеет большое значение для его жизнедеятельности. Они находятся во всех тканях, составляя примерно 0.9% общей массы тела человека. В состав клеток входят многие минеральные вещества (калий, кальций, натрий, фос­фор, магний, железо, йод, сера, хлор и другие). Нормальное функци­онирование тканей обеспечивается не только наличием в них тех или иных солей, но и строго определенными их количественными соот­ношениями. При избыточном поступлении минеральных солей в организм они могут откладываться в виде запасов. Натрий и хлор депонируются в подкожной клетчатке, калий — в скелетных мыш­цах, кальций и фосфор — в костях.

Физиологическое значение минеральных солей многообразно. Они составляют основную массу костной ткани, определяют уровень ос­мотического давления, участвуют в образовании буферных систем и влияют на обмен веществ. Велика роль минеральных веществ в про­цессах возбуждения нервной и мышечной тканей, в возникновении электрических потенциалов в клетках, а также в свертывании крови и переносе ею кислорода.

Все необходимые для организма минеральные элементы поступа­ют с пищей и водой. Большинство минеральных солей легко всасы­ваются в кровь; их выведение из организма происходит главным об­разом с мочой и потом. При напряженной мышечной деятельности потребность в некоторых минеральных веществах увеличивается.

В организме человека в состоянии покоя поддерживается водный баланс. Баланс зависит от характера питания, климата, возраста и интенсивности основного обмена. Физическая нагрузка вызывает значительные изменения в водно-солевом обмене в организме спортсмена. При физической нагрузке повышается интенсивность обменных процессов, увеличивается содержание воды окисления. При физической нагрузке спортсмен теряет большое количество воды за счет активизации дыхания и испарения пота. В состоянии покоя человек теряет 2-3 литра, а при физической нагрузке 6-8 литров воды.

При физической нагрузке осуществляется не только потеря воды, но и уменьшается электролитный состав в клетках. Восстановление солей частично происходит за счёт эндогенных факторов, поэтому рекомендовано принимать подсоленную воду.

Терморегуляция.

Возможность процессов жизнедеятельности ограничена узким диапазоном температуры внутренней среды, в котором могут происходить основные ферментативные реакции. Для человека снижение температуры тела ниже 25°с и её увеличение выше 43°с, как правило, смертельно. Особенно чувствительны к изменениям температуры нервные клетки. С точки зрения терморегуляции, тело человека можно представить состоящим из двух компонентов: внешнего, оболочки, и внутреннего, ядра. Ядро - это часть тела, которая имеет постоянную температуру, а оболочка - часть тела, в которой имеется температурный градиент. Через оболочку идёт теплообмен между ядром и окружающей средой. Температура разных участков ядра различна. Например, в печени - 37.8-38.0°с, в мозге - 36.9-37.8°. в целом же, температура ядра тела человека составляет 37.0°с.

При физической нагрузке по-разному изменяется температура ядра и температура оболочки тела. Ядро – сердце, головной мозг, органы брюшной полости и гладкие мышцы органов. Их температура может резко меняться при изменении условий. Оболочка – кожа, поверхностные мышцы, жировая клетчатка. Она мало зависит от внешних факторов.

Химическая терморегуляция - теплообразование - осуществляется за счёт изменения уровня обмена веществ, что приводит к изменению образования тепла в организме. Источником тепла в организме являются экзотермические реакции окисления белков, жиров, углеводов, а также гидролиз АТФ. При расщеплении питательных веществ часть освобождённой энергии аккумулируется в АТФ, часть рассеивается в виде тепла (первичная теплота - 65-70% энергии). При использовании макроэргических связей молекул АТФ часть энергии идёт на выполнение полезной работы, а часть рассеивается (вторичная теплота). Таким образом, два потока теплоты - первичной и вторичной - являются теплопродукцией. При интенсивной мышечной работе теплопродукция может возрастать в 15-20 раз.

Терморегуляция – это совокупность физиологических процессов, деятельность которых направлена на поддержание относительного постоянства температуры ядра в условиях изменения температуры среды с помощью регуляции теплопродукции и теплоотдачи. 

Поддержание постоянной температуры организма возможно благодаря наличию системы управления температурой или системы терморегуляции.

Терморегуляция может осуществляться двумя способами:

• за счет изменения скорости производства тепла (теплообразования)

• за счет изменения скорости отдачи тепла (теплоотдачи)

Процессы образования и отдачи тепла осуществляются под контролем нервной системы и системы желез внутренней секреции.

В покое основную роль в производстве тепла играют такие органы, как печень, сердце, головной мозг, железы внутренней секреции, почки, в которых велика скорость обмена веществ (и, соответственно, велика скорость распада веществ с освобождением энергии). 

Порядка 20 % тепла в покое дают неработающие мышцы. Хотя скорость обмена веществ в мышцах в покое невелика, однако мышечная масса составляет большой процент от массы тела, благодаря чему существенен вклад мышц в образование тепла. В других клетках организма также образуется тепло, но его доля в общем теплообразовании мала.

Относительно равномерное распределение тепла в организме обеспечивается кровью. Проходя по печени, сердцу, головному мозгу и другим «теплым» органам, кровь нагревается, одновременно охлаждая их, а, проходя по поверхностным мышцам, коже и другим «холодным» органам, кровь охлаждается, одновременно согревая их. Тем не менее, температура поверхности тела остается несколько ниже температуры внутри тела.

Во время мышечной деятельности к теплу, производимому клетками печени, сердца, головного мозга, желез внутренней секреции и добавляется огромное количество тепла, освобождаемое в результате мышечного сокращения.

Сокращающаяся мышца производит тепло несколькими способами, основными из которых являются:

• тепло распада химических веществ, обеспечивающих энергией процесс мышечного сокращения (основной способ теплообразования)

• тепло, образующееся в результате трения сократительных элементов мышечных клеток.

При мышечной работе существенно возрастает образование тепла в сокращающихся мышцах.

При интенсивной мышечной деятельности до 95 % всего тепла, производимого в организме, обеспечивается работающими мышцами.

Если человек лежит неподвижно, но с напряженными мышцами, количество образуемого в организме тепла увеличивается на 10 %. Легкая мышечная работа увеличивает производство тепла на 60-70 %, а при тяжелой мышечной работе образование тепла в организме увеличивается в 20 раз.

Одновременно с увеличением теплообразования во время выполнения мышечной деятельности повышается и теплоотдача. Если человек выполняет динамическую работу (двигается, а не только напрягается), увеличивается конвекция, во всех случаях повышаются теплопроведение и радиация, но главное - увеличивается скорость образования пота и, в нормальных условиях, скорость его испарения.

Таким образом, при выполнении мышечной работы основным механизмом теплообразования становится испарение пота. Пот, как любая жидкость, испаряется с поглощением энергии, что приводит к снижению температуры кожи. Проходящая по коже кровь охлаждается и охлаждает в дальнейшем другие органы.

У высококвалифицированных бегунов на длинные дистанции скорость образования пота может достигать 2-3 литров в час (!). Вследствие значительного повышения дыхания во время мышечной работы, существенно увеличивается и испарение воды с поверхности дыхательных путей.

Значительные потери воды с потом и выдыхаемым воздухом приводят к резкому снижению массы тела за короткое время. Например, марафонцы за время пробегания дистанции могут потерять в массе до 2-4 кг (!).

Если мышечная деятельность достаточно интенсивна и длительна, то, несмотря на предельную мощность работы системы терморегуляции, образование тепла в организме превышает его отдачу, и наблюдается повышение температуры организма. В редких случаях у высококвалифицированных спортсменов, натренированных преодолевать существенные изменения внутренней среды организма, повышение температуры может достигать 41⁰ C и выше (по некоторым данным температура работающих мышц может достигать 42⁰ C).

Особенно характерно повышение температуры тела для бегунов на длинные дистанции. Если соревнования проходят при жаркой погоде, да еще при относительно высокой влажности, когда испарение пота затруднено, очень часто спортсмены получают тепловые удары. Нередкие также случаи смерти спортсменов от перегревания.

Умеренное повышение температуры во время работы имеет определенные преимущества: увеличиваются эластические свойства связок, мышц, суставных элементов, повышается подвижность суставов, растяжимость мышц, уменьшается риск возникновения травм. Уменьшается вязкость крови, что облегчает работу сердца по ее продвижению. Увеличивается скорость распада веществ, что позволяет освобождаться большему количеству энергии, которая может быть использована на мышечное сокращение.

В результате регулярных многолетних занятий физическими упражнениями в системе терморегуляции происходят такие изменения, которые позволяют поддерживать постоянство температуры тела при существенном увеличении скорости производства тепла, характерном для мышечной деятельности.

У профессиональных спортсменов существенно увеличена способность отдавать тепло. При одинаковой нагрузке потоотделение у спортсмена начнется раньше и будет более эффективным, чем у неспортсмена.

Механизмы теплопродукции спортсменов меняются иным образом. Коэффициент полезного действия тренированных мышц выше, чем нетренированных, поэтому во время мышечного сокращения меньшее количество энергии переходит в тепло. Однако мышцы спортсменов способны развивать значительно большее напряжение, поэтому за одинаковое время их организм все равно способен произвести большее количество тепла.