2.7. Эндокринная система
Эндокринная система в механизме общей адаптации, в частности в мобилизации энергетических и пластических ресурсов организма, играет важную роль. Гормонам принадлежит роль в развитии адаптации к мышечной деятельности. Воздействие тренировки на эндокринные железы выражается в следующем:
увеличивается вес желез, активно функционирующих во время физической нагрузки;
снижается реакция желез при выполнении умеренной мышечной работы;
достигается возможность значительной мобилизации функций желез при предельной нагрузке;
поддерживается высокая функциональная активность желез в течение длительного времени;
изменяется чувствительность тканей к гормонам, что способствует улучшению регуляции функций организма и обменных процессов.
Живой организм характеризуется постоянным обменом веществ. Сложные вещества расщепляются до простых (процесс диссимиляции), простые вновь соединяются в более сложные (ассимиляция). В состоянии покоя ассимиляция и диссимиляция протекают с одинаковой интенсивностью.
При выполнении тяжелой работы процесс расщепления преобладает над процессом восстановления. Мышечная деятельность сопровождается увеличением активности ряда ферментов, катализирующих реакции обменных веществ, интенсивнее протекает гликолиз и аэробное окисление. При утомлении возможно снижение активности ряда ферментов, но в период отдыха она не только быстро восстанавливается, но и может превосходить дорабочий уровень.
При тяжелом утомлении активность ферментов долго остается сниженной. После окончания работы процессы восстановления начинают преобладать над процессами расщепления, что позволяет пополнять энергетические запасы. Восстановление израсходованных веществ происходит с избытком (сверхвосстановление). В данный момент работоспособность становится выше исходной. Затем, если нет повторной нагрузки, энергетические запасы и работоспособность возвращаются к исходному уровню (рис 1).
Рис. 1. Схема процесса работоспособности
2.8. Биохимический механизм возникновения энергии в организме человека при физических нагрузках
Для лучшего понимания происходящих биохимических процессов в организме человека мы обратимся к аналогии живого организма с работающей машиной. Для работы двигателя требуется бензин и кислород. Топливом для человеческого организма служат питательные вещества, прежде всего углеводы и жиры. Белки являются строительным материалом для новых клеток и играют второстепенную роль как «горючий» материал. При сгорании бензина образуется химическая энергия, и ее пятая часть переходит в механическую энергию, которая, воздействуя на систему поршней и колес, обеспечивает движение автомобиля.
В организме питательные вещества, проходя через желудочно-кишечный тракт, всасываются кровью и направляются в «складские помещения». Жиры, которые можно рассматривать как низкооктановое топливо, преимущественно откладывается в подкожных тканях. Углеводы (высокооктановое топливо) в виде гликогена накапливаются в мышцах и печени. Для сгорания необходим кислород. Чтобы автомобиль не остановился, воздух должен поступать в двигатель автомобиля непрерывно. В организм человека кислород вместе с воздухом поступает через легкие при дыхании. Благодаря «системе насоса», состоящей из сердца, кровеносных сосудов и крови, кислород может поступать к нуждающимся в нем рабочим органам.
При сгорании «топлива» в организме образуется вода и углекислый газ. От воды организм освобождается благодаря работе почек. Углекислый газ уносится кровью от работающих клеток в легкие, откуда он уходит с выдыхаемым воздухом.
При сгорании вырабатывается тепло. При мышечной работе до 80 % энергии превращается в тепло. Чтобы избежать перегревания, организм так же, как и двигатель автомобиля, нуждается в системе охлаждения. Функции охлаждающей жидкости выполняет кровь, а кожа выполняет функцию радиатора. Кровь, циркулируя по кровеносным сосудам работающих мышц, отбирает у них тепло, а затем, проходя по более холодным сосудам кожи, – выделяет его.
Если теплоотдача недостаточна, то вступают в действие потовые железы кожи. При испарении пота теряется большое количество тепла, температура кожи снижается, что способствует охлаждению крови. Клетки в организме, как и автомобильный двигатель, лучше функционируют в условиях относительно постоянной температуры. Рабочая температура клетки находится в пределах 37–40 градусов, что значительно ниже, чем в автомобильном двигателе, так как сгорание происходит с помощью ферментов, которые многократно ускоряют обменные процессы.
Для нормального функционирования не только рабочая температура должна находиться в узких пределах, но и среда самой клетки должна быть постоянной. Постоянство среды регулирует нервная система. Это касается регуляции давления кислорода в крови и лимфе, концентрации в них воды, солей, сахара, гормонов и ионов металлов.
Если для начала работы автомобильного двигателя требуется искра запальной свечи, то в организме человека роль «системы зажигания» выполняет нервная система.
Мышечная работа, как и любая другая, требует энергии. Механическую энергию, затрачиваемую при напряжении, мышца берет из собственных резервов химической энергии. Главным энергетическим веществом мышц является АТФ (аденозинтрифосфорная кислота). Однако запасы АТФ в мышцах очень невелики, поэтому постоянно необходима энергия для ее восстановления, или ресинтеза. Организм эту энергию может получить за счет аэробных, или дыхательных процессов, при которых кислород, разносимый кровью, окисляет имеющиеся в организме углеводы и жиры, получаемые с пищей, и анаэробных процессов, происходящих без участия кислорода. Анаэробные процессы активизируются при недостаточности необходимого количества кислорода для продолжения мышечной работы. Организм включает свой второй механизм, при котором углеводы (гликоген), имеющиеся в мышцах, без участия кислорода расщепляются до молочной кислоты с выделением энергии. Затем часть молочной кислоты, распадаясь на углекислый газ и воду, также выделяет значительное количество энергии. В результате этого процесса образуется кислородная задолженность, или кислородный долг, который погашается после работы за счет аэробных процессов. Кислородный долг образуется при работе с максимальной интенсивностью, которая длится короткое время. Поглощение кислорода не успевает во время работы достигнуть максимальной величины. При этом потребность в кислороде так велика, что даже и максимальное потребление кислорода не могло бы удовлетворить ее. Например, во время бега на короткие дистанции спортсмен поглощает только 5–10 % нужного ему кислорода. Остальные 90–95 % поглощаются после финиша, в период отдыха, образуя кислородный долг.
Чем меньше интенсивность работы и больше ее длительность, тем лучшие условия создаются для удовлетворения организма в кислороде. Это объясняется тем, что, во-первых, чем ниже интенсивность работы, тем меньше величина потребности в кислороде. Во-вторых, чем больше длительность работы, тем больше возможности для усиления деятельности органов дыхания и кровообращения, следовательно, и для удовлетворения организма в кислороде (кислородного запроса).
Мощность аэробных процессов определяется, в первую очередь, способностью организма к потреблению кислорода. Поэтому максимальное потребление кислорода является главным показателем мощности аэробных процессов, т. е. количество кислорода, которое организм способен усвоить (потребить) в единицу времени (за 1 мин). Оно зависит в основном от двух факторов: функции кислородтранспортной системы (кислородная емкость крови) и способности работающих скелетных мышц усваивать кислород.
Необходимо еще раз остановиться на некоторых моментах, которые возникают в процессе тренировки и после. Во время усиленных нагрузок в мышцах накапливается молочная кислота, которую физиологи называют «токсином усталости». Если физическая нагрузка настолько высока, что кислорода, поступающего в организм при дыхании, недостаточно, то питательные вещества расщепляются не полностью, в результате чего образуется молочная кислота. Молочная кислота нарушает кислотно-щелочное равновесие (рН) в организме, от которого зависит протекание жизненно важных химических процессов, в том числе и в мышцах. В состоянии покоя кислотно-щелочное равновесие крови немного смещено в щелочную сторону и рН крови составляет 7,4 (при нейтральном рН = 7). Молочная кислота понижает кислотность крови до 6,9–6,8. Можно вынести безболезненно лишь небольшое снижение уровня кислотно-щелочного равновесия. При падении рН до 6,5 могут возникнуть повреждения в мышечной ткани. Общая выносливость человека при физических нагрузках зависит от возможностей кровеносной системы, ударного объема сердца, возможности легких поглощать кислород и выводить углекислый газ, запасов гликогена в мышцах и печени. Таким образом, чем выше уровень физического состояния, тем больше возможностей у организма «бороться» с молочной кислотой. Для восстановления необходим отдых, во время которого кровь уносит молочную кислоту из рабочих органов, или работа с малой интенсивностью. В процессе отдыха или работы малой интенсивности молочная кислота расщепляется до углекислого газа и воды. Иногда даже в результате отдыха усталость не устраняется. Эти болевые ощущения появляются через несколько часов после тренировки и достигают своего апогея через 1–2 дня. Боли возникают, когда в тренировку включают нагрузки, ранее не применявшиеся, или индивид на данное время «растренирован». В результате значительно повышается механическая нагрузка на мышечный аппарат. Нагрузка на соединительную ткань может возрасти настолько, что происходят небольшие разрывы в мышечных волокнах, и скапливающаяся жидкость давит на мышцы, в результате чего они становятся тугоподвижными. Обычно боли исчезают через несколько дней или раньше при условии согревания или продолжения легкой тренировки. Можно значительно уменьшить степень болей, если начинать тренировку с разогревания и постепенного увеличения интенсивности нагрузки.