2411

в правый желудочек, перекачивающий её в лёгочные артерии и затем в правое и левое лёгкое. Из лёгких кровь возвращается в сердце – в левое предсердие, а затем в левый желудочек, из которого она поступает в аорту и далее – ко всем тканям организма. Поскольку левый желудочек выполняет большую работу, его мышечные стенки более развиты. Осо$ бенность работы сердца в отличие от скелетной мышцы заключается в том, что ритмическое сокращение сердечной мышцы возникают автоматически, как результат собственных, «внутренних» процессов, не требующих ритмического внешнего стимула. В покое ЧСС у взрос$ лого человека составляет в среднем 60–80 ударов (сокращений) в минуту. Электрическую активность сердца можно записать для диагно$ стики его состояния. Записанные электрические импульсы называется

электрокардиограммой (ЭКГ).

Благодаря влиянию парасимпатической, симпатической нервной системы, а также гормонов (эндокринной системы), ЧСС и сила со$ кращений может меняться. Парасимпатическая нервная система оказывает на сердце подавляющее воздействие, симпатическая – противоположное действие. Эндокринная система оказывает влияние на сердце посредством гормонов норадреналина и адреналина, которые выделяют надпочечники.

Рис. 3.16. Строение сердца (продольный разрез)

71

В цепи ритмической непрерывной насосной функции сердца можно выделить отдельные повторные циклы. Каждый сердечный цикл вклю$ чает по одной систоле (сокращение) и одной диастоле (расслабление) предсердий и желудочков. Длительность большинства периодов сер$ дечного цикла зависит от частоты сердечных сокращений. Во время систолы определённое количество крови выбрасывается из левого же$ лудочка. Это систолический объём крови. Ещё одно понятие, важное для понимания деятельности сердца – сердечный выброс. Это объём крови, выбрасываемый желудочками за 1 минуту, т.е. систолический объём крови, помноженный на ЧСС. Синонимом понятия «сердечный выброс» служит термин «минутный объём тока» или «минутный объём кро вообращения» (МОК). Он колеблется в пределах 4,8–6,4 л в минуту.

ЧСС повышается в результате влияния ряда факторов:

физической нагрузки;

эмоционального стресса;

температуры тела и окружающей среды;

питания (в особенности усиленного питания мясом);

положения тела в пространстве (ЧСС в вертикальном положении выше, чем в горизонтальном);

курения и др.

Повышение ЧСС в состоянии покоя обозначается как тахикардия. Увеличение этого показателя во время мышечной работы называется рабочей тахикардией. Следует учитывать и влияние возраста на ЧСС. В покое с момента рождения до 20–25 лет ЧСС снижается; в целом у детей (и пожилых людей) она выше, чем у взрослых. Максимальная ЧСС (во время нагрузки) с возрастом постепенно уменьшается. Типичная ЧСС у мальчиков и девочек в 10 лет составляет 210 уд/мин, к 25 годам достигает 195 уд/мин, к 50 – 175 уд/мин, к 60 – 165 уд/мин.

Движение крови по сосудам

Система кровообращения представляет собой замкнутую систему кровеносных сосудов, внутри которых непрерывно циркулирует кровь, движимая насосной деятельностью сердца. Непрерывную цепь сосудов можно разделить на три основных последовательных участка:

распределяющие сосуды, к которым относятся аорта (в лёгочной циркуляции – лёгочная артерия), крупные магистральные и мелкие ветвящиеся артерии, артериолы;

обменные, или истинные капилляры, которые образуют участок микроциркуляции;

собирательные (коллекторные) сосуды, которыми служат вены.

72

Основная цель кровообращения – транспорт питательных веществ и кислорода к тканям тела и удаления от них продуктов обмена – реализуется в капиллярах. Интенсификация кровоснабжения мышц во время работы становится возможной благодаря именно капиллярной сети. Движение крови по сосудам определяется разностью давлений на двух концах сосудистой цепи. Максимальное давление в аорте (и крупных сосудах), которое достигается в процессе систолы, называется

систолическим или максимальным артериальным давлением (АД). Минимальное давление крови, до которого оно падает в фазу диастолы желудочков, называется диастолическим или минимальным.

У здоровых молодых людей АД в среднем составляет 120/60. С воз$ растом АД изменяется – у новорожденных 90/55, у пожилых – 150/90. Разность между систолическим и диалтолическим давлением назы$ вают пульсовым давлением. В крупных артериях оно составляет около 40 мл рт.ст.

Среднее артериальное давление представляет собой усреднённое давление за определённый период времени (сердечный цикл). При$ близительно среднее АД определяется по сумме диастолического дав$ ления и 1/3 пульсового давления. Как известно, сердце перекачивает всю кровь, которая к нему поступает. Поэтому сердечный выброс за$ висит от объёма крови, возвращающегося к правому предсердию через венозные сосуды, т.е. от венозного возврата. В венозном возврате крови при мышечной работе участвуют несколько механизмов (насосов):

перераспределение объёма венозной крови (венозный насос) за счёт сокращения мышечных стенок вен;

сокращение мышц (мышечный насос);

усиление дыхания (дыхательный насос).

Распределение крови

Распределение крови в различных частях тела сильно колеблется. В покое печень и почки получают почти половину всей циркулирующей крови, в скелетных мышцах находится лишь 15 %. Во время мышечной работы кровь поступает в мышцы, достигая при длительной интенсив$ ной работе 80 % от всей циркулирующей крови. После еды больший объём крови получает пищеварительная система. Увеличение темпера$ туры окружающей среды приводит к притоку крови к коже, что спо$ собствует поддержанию нормальной температуры тела. Перераспре$ деление крови осуществляется с помощью ауторегуляции, а также сим$ патической нервной системой.

73

3.2.2. Лимфатическая система

Лимфатическая система (рис. 3.17) – это вспомогательная система для тока жидкости из тканевых, межклеточных пространств в крове$ носную систему. Лимфатическая система выполняет следующие функции:

регулирует объём циркулирующей крови;

распределяет жидкость в теле;

выполняет защитную функцию (удаляет и уничтожает бактерии, токсины и др.);

транспортирует питательные вещества;

возвращает белок из тканевых пространств в кровоток. Нарушение транспортировки лимфы по каким$либо причинам ве$

дёт к отёкам, в особенности на конечностях.

Рис. 3.17. Лимфатическая система

Лимфатические узлы, входящие в лимфатическую систему, играют значительную роль в иммунологических процессах. Они одними из первых реагируют при местных воспалительных процессах.

74

3.2.3. Дыхательная система

Совокупность процессов, обеспечивающих потребление организмом кислорода и выделение углекислого газа, называется дыханием.

Дыхание включает два основных процесса:

транспорт дыхательных газов;

клеточное (внутреннее) дыхание – совокупность химических реакций, связанных с использованием кислорода тканевыми клетками

ивыделением углекислого газа и воды.

На рис. 3.18 представлено строение дыхательной системы.

Рис. 3.18. Органы дыхания

Внешнее дыхание

Внешнее дыхание, или лёгочная вентиляция, – это первый этап в транспорте дыхательных газов, который обеспечивается дыхательным аппаратом и представляет собой движение воздуха в лёгкие и из них – в окружающую среду. Оно обусловлено изменением давления внутри лёгких, которое вызывается периодическими изменениями в объёме грудной клетки: во время вдоха её размеры увеличиваются (инспирация), во время выдоха – уменьшаются (эспирация).

Лёгкие не прикреплены непосредственно к рёбрам, а «подвешены» с помощью плевральных полостей, окутывающих их. Полости содер$

75

жат тонкий слой плевральной жидкости, которая снижает трение при дыхательных движениях. Взаимосвязь между лёгкими, плевральными полостями и грудной клеткой определяют потоки вдыхаемого и выдыхаемого воздуха.

Вдох осуществляется в основном за счёт работы диафрагмы и на$ ружных межрёберных мышц. При спокойном дыхании выдох проис$ ходит без активного участия дыхательных мышц, а при мышечной работе – за счёт внутренних межрёберных мышц и мышцы передней брюшной стенки. Участие других мышц – разгибателей позвоночного столба и мышц живота при вдохе, лестничных и крестцово$остистых при выдохе – имеет лишь вспомогательное значение. Оптимальное сочетание вдоха и выдоха обеспечивается рефлекторной регуляцией деятельности дыхательного центра, имеющего многочисленные разно$ образные связи с различными отделами головного мозга. Система ре$ гуляции внешнего дыхания у человека способна автоматически нахо$ дить оптимальное соотношение частоты и глубины дыхания для обе$ спечения нужного объёма лёгочной вентиляции. Поэтому обучение «правильному» дыханию, изменяющему нормальное соотношение частоты и глубины дыхания, чаще всего нецелесообразно, так как увеличивает энергетическую стоимость работы дыхания. Исключение составляют силовые упражнения, в которых задействованы мышцы живота и верхнего плечевого пояса. Сокращение мышц сочетается с выдохом, расслабление – с вдохом. Например, в положении лёжа на спине с согнутыми ногами приподнимание туловища и головы над по$ лом (классическое упражнение для мышц брюшного пресса) при подъёме туловища выполняется выдох, при возвращении в исходное положение – вдох. В условиях покоя дыхание осуществляется через нос (носовое дыхание), что обеспечивает согревание, увлажнение воз$ духа, а также фильтрацию инородных частиц. При мышечной работе ротовое дыхание является более эффективным, чем носовое или ротоносовое.

В регуляции дыхания принимают участие многие механизмы. Дыхательный центр, расположенный в стволе головного мозга, задаёт частоту и глубину дыхания. Центральные хеморецепторы головного мозга реагируют на содержание в первую очередь углерода. Связь дыхательного центра с моторным областями коры больших полушарий головного мозга обеспечивает согласование дыхания с ритмом дви$ жений: происходит произвольная регуляция дыхания. Следует заме$ тить, что курение значительно влияет на повышение сопротивления току воздуха в воздухоносных путях. Даже после 1 с вдыхания дыма сигареты на протяжении последующих 10–30 мин сопротивление

76

кислорода (МПК), которое важно при дозировании мощности работы в процессе тренировки различной направленности. Следует отметить, что МПК обычно достигается при ЧСС 180–185 уд/мин и более.

Влияние физической нагрузки на кардиореспираторную систему

Во время мышечной деятельности обмен веществ резко возрастает по сравнению с уровнем покоя. Это необходимо для работы мышц, других органов и тканей организма. Мышечная работа тесно связана с изменениями в деятельности системы крови, кровообращения и дыхания. Остановимся подробнее на деятельности сердца в процессе мышечной работы и в первую очередь на ЧСС, которая является наи$ более легко регистрируемым и информативным показателем «нагру$ зочности» упражнений. Напомним, что ЧСС регистрируется пальпа$ торно, обычно в течение 10 с, а затем пересчитывается на одну минуту.

При многих видах мышечной деятельности ЧСС линейно возра$ стает с повышением мощности работы и уровнем потребления кисло$ рода. Лишь перед достижением максимального прироста ЧСС с увели$ чением мощности работы может несколько замедлиться, что особенно характерно для нетренированных людей. При этом при одинаковой мощности работы ЧСС у женщин выше, чем у мужчин (разница со$ ставляет 10–15 уд/мин).

Показатели ЧСС являются своеобразным справочным материалом для определения степени метаболической нагрузки. При работе отно$ сительно небольшой мощности ЧСС повышается одновременно с уве$ личением систолического объёма, который достигает максимума уже при ЧСС 110–120 уд/мин. Однако по данным исследований последних лет этот показатель у хорошо тренированных спортсменов может увеличиваться и при более напряжённой мышечной работе до 40–60 % от МПК. Рост среднего выброса происходит в основном за счёт повышения ЧСС. Во время нагрузки из сердца выталкивается больше крови, чем во время отдыха, в результате чего ускоряется кровообращение. Это обеспечивает приток к тканям кислорода и других питательных веществ и выделение продуктов распада.

Кровоток в мышцах увеличивается за счёт уменьшения кровоснаб$ жения почек, печени, желудка и кишечника. Кровоток находится также в определённой зависимости от механических факторов, связанных с сокращением и расслаблением мышцы. Во время сокращения повы$ шается внутримышечное давление, что приводит к сдавливанию мы$ шечных сосудов и уменьшению кровотока через них. Причём при дина$ мических сокращениях незначительной силы возникает лишь неболь$ шое препятствие кровотоку. При сильных динамических сокращениях

78

и особенно при статических (изометрических) сокращениях уровень кровотока значительно уменьшается. При статических сокращениях мышц с силой, превышающей 60$70 % от максимальной, ток крови через них практически отсутствует (Коц, 1986).

Средний мышечный кровоток (за минуту) при динамической рабо$ те зависит не только от силы, но и от частоты сокращений и соотно$ шения между длительностью сокращения и периодами расслабления: при одинаковой силе и частоте сокращений кровоток тем больше, чем короче длительность сокращения и продолжительней расслабление. Ритмическая активность мышц, характерная для упражнений в лёгкой атлетике, создаёт хорошие условия для мышечного насоса в венозном возврате крови к сердцу.

Тренерам по лёгкой атлетике и преподавателям по физической культуре следует также знать, как изменяется артериальное давление во время физической нагрузки: систолическое давление повышается пропорционально увеличению интенсивности нагрузки, диастоличе$ ское практически не изменяется.

При выполнении силовых упражнений более выражены реакции давления крови, в особенности при нагрузках на верхнюю часть тела. В связи с этим нужно весьма осторожно применять упражнения с отягощениями и на тренажерах людям, имеющим отклонения в деятельности сердечно$сосудистой системы, страдающим гипертонией или имеющим наследственную склонность к заболеваниям сердца. В результате физической нагрузки происходят значительные изменения в крови. Наблюдается увеличение артерио$венозной разницы по кислороду – в результате снижения венозной концентрации кислорода. Во время нагрузки уменьшается объём плазмы, так как повышенное давление крови выталкивает жидкость из капилляров в межклеточное пространство. При интенсивных нагрузках наблюдается дополнитель$ ная потеря объёма плазмы. Уменьшение объёма плазмы отрицательно сказывается на мышечной деятельности. Возможно также увеличение вязкости крови, что может препятствовать кровотоку и ограничивать транспорт кислорода.

Во время нагрузки снижается pH крови в сторону кислотности. Это обусловлено главным образом накоплением лактата крови, что может отрицательно повлиять на обмен энергии и снизить силу мышечных сокращений.

Функционирование дыхательной системы, как правило, не ограни$ чивает мышечную деятельность, однако сама дыхательная система пре$ терпевает определённые изменения. Тренировка ведёт к снижению частоты дыхания и уменьшению дыхательного коэффициента (ДК) – отношения выделяемого углерода к потребляемому кислороду.

79

Обмен веществ и энергообеспечение мышечной деятельности

Живые организмы потребляют из окружающей среды энергию, преобразуют одну форму энергии в другую, а затем возвращают в среду эквивалентное количество энергии. Энергия, затраченная на жиз$ недеятельность организма, – результат расщепления аденозинтрифос фата (АТФ). При расщеплении АТФ образуется аденозиндифосфат (АДФ) и выделяется около 10 ккал свободной энергии. Ограниченное количество АТФ в клетках организма требует его ресинтеза по мере его расходования.

Ресинтез АТФ в мышце происходит двумя основными путями: анаэробным – без участия кислорода и аэробным – при участии кислорода. Если энергетическое обеспечение работы осуществляется в основном анаэробным путём, то такая работа называется анаэробной, а если преимущественно аэробным путём – аэробной работой.

По анаэробному пути работают две системы – фосфогенная, за счёт креатинфосфата (КрФ) и гликолитическая, за счёт расщепления гликогена и глюкозы.

КрФ – это первый резерв мышцы, действующий как немедленный источник восстановления АТФ, играющий решающую роль в энергообе$ спечении работ предельной мощности продолжительностью не более 5 с.

Анаэробный гликолитический процесс (гликолиз) развёртывается практически с начала мышечной работы, достигая максимума через 30–40 с, и продолжается до 2–3 мин. Данная система ресинтеза АТФ функционирует в тех случаях, когда сокращающиеся мышцы испы$ тывают недостаток в снабжении кислородом. Такие условия возникают

вследующих случаях:

при работе большой мощности;

в начале любой работы, когда снабжение мышц кислородом отстаёт от потребности в нем;

при статическом сокращении мышц даже небольшой силы (пре$ вышающей 20 % от максимальной), когда из$за внутримышечного давления резко ограничивается кровоснабжение, а следовательно, и обеспечение мышц кислородом.

В процессе гликолиза образуется молочная кислота, которая диффундирует в кровь. При этом чем больше скорость образования (накопления) молочной кислоты, тем сильнее торможение, замедляю$ щее анаэробный гликолиз.

Энергетическими субстратами гликолитической системы служат уг$ леводы, главным образом гликоген и, в меньшей степени, глюкоза.

При непрерывном поступлении кислорода в мышцы действует кислородная система энергопродукции. Кислородная система использует

80