2. Общий и локальный эффект воздействия физических упражне- ний (нагрузки) на организм человека

Организм каждого человека обладает определенными резервными воз- можностями в противостоянии воздействиям внешней среды. Способность к выполнению различных видов физической работы может возрастать много- кратно, но до определенного предела. Регулярная мышечная деятельность (тре- нировка) путем совершенствования физиологических механизмов мобилизует имеющиеся резервы, отодвигая их предельные границы.

Общий положительный эффект

Общий эффект регулярных занятий физическими упражнениями (трени-

рованность) заключается в:

• повышении устойчивости ЦНС: в состоянии покоя у тренированных лиц отмечается несколько более пониженная возбудимость нервной системы; во время работы повышаются возможности достижения повышенной

возбудимости и увеличивается лабильность периферической нервной системы;

• положительных изменениях в опорно-двигательном аппарате: увеличива- ется масса и объем скелетных мышц, улучшается их кровоснабжение, ук- репляются сухожилия и связочный аппарат суставов и др.;

• экономизации функций отдельных органов и кровообращения в целом; в улучшении состава крови и т.п.;

• уменьшении расхода энергии в состоянии покоя: из-за экономизации всех функций общий расход энергии у тренированного организма ниже, чем у нетренированного, на 10–15 %;

• существенном уменьшении периода восстановления после физической нагрузки любой интенсивности.

Как правило, повышение общей тренированности к физическим нагруз- кам имеет и неспецифический эффект – повышение устойчивости организма к действию неблагоприятных факторов внешней среды (стрессовых ситуаций, высоких и низких температур, радиации, травм, гипоксии), к простудным и ин- фекционным заболеваниям.

В то же время, длительное использование предельных тренировочных на- грузок, что особенно часто случается в «большом спорте», может привести к противоположному эффекту–угнетению иммунитета и повышению восприим- чивости к инфекционным заболеваниям.

Локальный эффект воздействия физических нагрузок

Локальный эффект повышения тренированности, который является не- отъемлемой частью общего, связан с ростом функциональных возможностей отдельных физиологических систем.

Изменения в составе крови. Регуляция состава крови зависит от целого ряда факторов, на которые может оказывать свое влияние человек: полноцен- ное питание, пребывание на свежем воздухе, регулярные физические нагрузки и др. В данном контексте мы рассматриваем влияние физических нагрузок. При регулярных занятиях физическими упражнениями в крови увеличивается коли-

чество эритроцитов (при кратковременной интенсивной работе – за счет выхода эритроцитов из «кровяных депо»; при длительной интенсивной нагрузке – за счет усиления функций кроветворных органов). Повышается содержание гемо- глобина в единице объема крови, соответственно увеличивается кислородная емкость крови, что усиливает ее кислородно-транспортную возможность.

Вместе с тем в циркулирующей крови наблюдаются увеличение содержа- ния лейкоцитов и их активность. Специальными исследованиями было уста- новлено, что регулярная физическая тренировка без перегрузок увеличивает фагоцитарную активность составляющих крови, т.е. повышает неспецифиче- скую сопротивляемость организма к различным неблагоприятным, особенно инфекционным, факторам.

Тренированность человека способствует лучшему перенесению повы- шающейся при мышечной работе концентрации молочной кислоты в артери- альной крови. У нетренированных максимально допустимая концентрация мо- лочной кислоты в крови составляет 100–150 мг %, а у тренированных она мо- жет возрастать до 250 мг %, что говорит об их больших потенциальных воз- можностях к выполнению максимальных физических нагрузок. Все эти изме- нения в крови физически тренированного человека рассматриваются как благо- приятные не только для выполнения им напряженной мышечной работы, но и для поддержания общей активной жизнедеятельности.

Изменения в работе сердечно-сосудистой системы

Сердце. Даже в покое сердце выполняет огромную работу. Под влиянием физической нагрузки расширяются границы его возможностей, и оно приспо- сабливается к переброске намного большего количества крови, чем это может сделать сердце нетренированного человека. Работая с повышенной нагрузкой при выполнении активных физических упражнений, сердце неизбежно само тренируется, так как в этом случае через коронарные сосуды улучшается пита- ние самой сердечной мышцы, увеличивается ее масса, изменяются размеры и функциональные возможности.

Показателями работоспособности сердца являются частота пульса, кро- вяное давление, систолический объем крови, минутный объем крови. Наиболее простым и информативным показателем работы сердечно-сосудистой системы является пульс.

Пульс – волна колебаний, распространяемая по эластичным стенкам арте- рий в результате гидродинамического удара порции крови, выбрасываемой в аорту под большим давлением при сокращении левого желудочка. Частота пульса соответствует частоте сокращений сердца (ЧСС) и составляет в среднем 60–80 удар / мин. Регулярные физические нагрузки вызывают урежение пульса в покое за счет увеличения фазы отдыха (расслабления) сердечной мышцы. Предельная ЧСС у тренированных людей при физической нагрузке находится на уровне 200–220 удар / мин. Нетренированное сердце такой частоты достиг- нуть не может, что ограничивает его возможности в стрессовых ситуациях.

Артериальное давление (АД) создается силой сокращения желудочков сердца и упругостью стенок сосудов. Оно измеряется в плечевой артерии. Раз- личают максимальное (систолическое) давление, которое создается во время сокращения левого желудочка (систолы), и минимальное (диастолическое) дав- ление, которое отмечается во время расслабления левого желудочка (диастолы). В норме у здорового человека в возрасте 18–40 лет в покое кровяное давление равно 120 / 80 мм рт. ст. (у женщин на 5–10 мм ниже). При физических нагруз- ках максимальное давление может повышаться до 200 мм рт. ст. и больше. По- сле прекращения нагрузки у тренированных людей оно быстро восстанавлива- ется, а у нетренированных долго остается повышенным, и если интенсивная ра- бота продолжается, то может наступить патологическое состояние.

Систолический объем в покое, который во многом определяется силой сокращения сердечной мышцы, у нетренированного человека составляет 50– 70 мл, у тренированного – 70–80 мл, причем при более редком пульсе. При ин- тенсивной мышечной работе он колеблется соответственно от 100 до 200 мл и более (в зависимости от возраста и тренированности). Наибольший систоличе- ский объем наблюдается при пульсе от 130 до 180 удар / мин, тогда как при

пульсе выше 180 удар / мин он начинает существенно снижаться. Поэтому для повышения тренированности сердца и общей выносливости человека наиболее оптимальными считаются физические нагрузки при частоте сердечных сокра- щений 130–180 удар / мин.

Кровеносные сосуды, как уже отмечалось, обеспечивают постоянное дви- жение крови в организме под воздействием не только работы сердца, но и разно- сти давлений в артериях и венах. Эта разность возрастает с ростом активности движений. Физическая работа способствует расширению кровеносных сосудов, снижению постоянного тонуса их стенок, повышению их эластичности.

Продвижению крови в сосудах содействует и чередование напряжения и расслабления активно работающих скелетных мышц («мышечный насос»). При активной двигательной деятельности оказывается положительное воздействие и на стенки крупных артерий, мышечная ткань которых с большой частотой на- прягается и расслабляется. При физических нагрузках почти полностью рас- крывается и микроскопическая капиллярная сеть, которая в покое задействова- на всего на 30–40 %. Все это позволяет существенно ускорить кровоток.

Так, если в покое кровь совершает полный кругооборот за 21–22 с, то при физических нагрузках – за 8 с и менее. При этом объем циркулирующей крови способен возрастать до 40 л / мин, что намного увеличивает кровоснабжение, а следовательно, и поступление питательных веществ и кислорода во все клет- ки и ткани организма.

В то же время установлено, что длительная и интенсивная умственная ра- бота, так же, как и состояние нервно-эмоционального напряжения, может суще- ственно повысить частоту сердечных сокращений до 100 удар / мин и более. Таким образом, длительная напряженная умственная работа, нервно- эмоциональные состояния, не сбалансированные с активными движениями, с физическими нагрузками, могут привести к ухудшению кровоснабжения сердца и мозга, других жизненно важных органов, к стойкому повышению кровяного давления, к формированию «модного» ныне среди студентов заболевания – ве- гето-сосудистой дистонии.

Изменения в дыхательной системе

Работа системы дыхания (совместно с кровообращением) по газообмену, который усиливается при мышечной деятельности, оценивается частотой дыха- ния, легочной вентиляцией, жизненной емкостью легких, потреблением кисло- рода, кислородным долгом и другими показателями. При этом следует помнить о том, что в организме имеются особые механизмы, которые автоматически управляют дыханием. Даже в бессознательном состоянии процесс дыхания не прекращается. Главным регулятором дыхания является дыхательный центр, расположенный в продолговатом мозге.

В состоянии покоя дыхание совершается ритмично, причем временное соотношение вдоха и выдоха приблизительно равно 1:2. При выполнении рабо- ты частота и ритм дыхания могут изменяться в зависимости от ритма движения. Но практически дыхание человека может быть различным в зависимости от об- становки. В то же время он может сознательно в некоторой степени управлять своим дыханием: задержка, изменение частоты и глубины, т.е. изменять его от- дельные параметры.

Частота дыхания (смена вдоха и выдоха и дыхательной паузы) в покое составляет 16–20 циклов. При физической работе частота дыхания увеличива- ется в среднем в 2–4 раза. С учащением дыхания неизбежно уменьшается его глубина, изменяются и отдельные показатели эффективности дыхания. Это особенно четко видно у подготовленных спортсменов (табл. 3).

В соревновательной практике в циклических видах спорта наблюдается частота дыхания 40–80 циклов в мин, обеспечивающая наибольшую величину потребления кислорода.

Силовые и статические упражнения широко распространены в спорте. Их продолжительность незначительна: от десятых долей секунды до 1–3 с – удар в боксе, финальное усилие в метаниях, удержание поз в спортивной гим- настике и др.; от 3 до 8 с – штанга, стойка на кистях и т.д.; от 10 до 20 с – стрельба, удержание соперника на «мосту» в борьбе и др.

Таблица 3 Показатели дыхательной системы при различной частоте дыхания у мас- тера спорта по велоспорту (в эксперименте) (по В.В. Михайлову)

Частота дыха- ния в минуту	Легочная вен- тиляция в ми- нуту (л)	Глубина ды- хания (л)	Поглощение кислорода (%)	Потребление кислорода в минуту (мл)
20	80	4,0	4,73	3784
40	131	3,27	3,80	4980
80	154	1,80	3,29	5060
120	144	1,20	2,71	3900

Таблица 4

Подъем веса испытуемыми в различные фазы дыхания

(по В.В. Михайлову)

Фазы дыхательного цикла	Величины усилий (кг)
Вдох	178
Выдох	194
Задержка дыхания	200

Эти упражнения и движения со спортивной точки зрения целесообразнее выполнять при задержке дыхания или на выдохе (табл. 4), наибольшее усилие развивается во время задержки дыхания (хотя это неблагоприятно для здоровья). Дыхательный объём – количество воздуха, проходящее через легкие при одном дыхательном цикле (вдох, дыхательная пауза, выдох). Величина дыха- тельного объема находится в прямой зависимости от степени тренированности к физическим нагрузкам. В состоянии покоя у нетренированных людей дыха- тельный объем составляет 350–500 мл, у тренированных – 800 мл и более. При

интенсивной физической работе он может увеличиваться примерно до 2500 мл.

Легочная вентиляция – объем воздуха, который проходит через легкие за 1 мин. Величина легочной вентиляции определяется путем умножения величи- ны дыхательного объема на частоту дыхания. Легочная вентиляция в покое со-

ставляет 5–9 л. Ее максимальная величина у нетренированных людей составля- ет до 150 л, а у спортсменов доходит до 250 л.

Жизненная емкость легких (ЖЁЛ) – наибольший объем воздуха, который человек может выдохнуть после самого глубокого вдоха. У разных людей ЖЁЛ неодинакова. Ее величина зависит от возраста, массы и длины тела, пола, со- стояния физической тренированности человека и от других факторов. ЖЁЛ оп- ределяют при помощи спирометра. Средняя её величина составляет у женщин 3000–3500 мл, у мужчин – 3800–4200 мл. У людей, занимающихся физической культурой, она значительно увеличивается и достигает у женщин 5000 мл, у мужчин – 7000 мл и более.

Потребление кислорода – количество кислорода, фактически использо- ванного организмом в покое или при выполнении какой-либо работы за 1 мин.

Максимальное потребление кислорода (МПК) – наибольшее количество кислорода, которое может усвоить организм при предельно тяжелой для него работе. МПК служит важным критерием функционального состояния систем дыхания и кровообращения. МПК является показателем аэробной (кислород- ной) производительности организма, т.е. его способности выполнять интенсив- ную физическую работу при достаточном количестве поступающего в организм кислорода для получения необходимой энергии. МПК имеет предел, который зависит от возраста, состояния сердечно-сосудистой и дыхательной систем, от активности протекания процессов обмена веществ и находится в прямой зави- симости от степени физической тренированности.

У тех, кто не занимается спортом, предел МПК находится на уровне

2 – 3,5 л / мин. У спортсменов высокого класса, особенно занимающихся цикли- ческими видами спорта, МПК может достигать: у женщин – 4 л / мин и более; у мужчин – 6 л / мин и более. С ориентацией на МПК дается и оценка интенсивно- сти физической нагрузки. Так, интенсивность ниже 50 % МПК расценивается как легкая, 50–75 % МПК – умеренная, свыше 75 % МПК – как тяжелая.

Кислородный долг – количество кислорода, необходимое для окисления продуктов обмена веществ, накопившихся при физической работе. При дли-

тельной интенсивной работе возникает суммарный кислородный долг, макси- мально возможная величина, которого у каждого человека имеет предел (пото- лок). Кислородный долг образуется в том случае, когда кислородный запрос организма человека выше потолка потребления кислорода в данный момент. Например, при беге на 5000 м кислородный запрос у спортсмена, преодоле- вающего эту дистанцию за 14 мин, равен 7 л в 1 мин, а потолок потребления у данного спортсмена – 5,3 л, следовательно, в организме каждую минуту возни- кает кислородный долг, равный 1,7 л.

Нетренированные люди способны продолжать работу при долге, не пре- вышающем 6–10 л. Спортсмены же высокого класса (особенно в циклических видах спорта) могут выполнять такую нагрузку, после которой возникает ки- слородный долг в 16–18 л и даже более. Кислородный долг ликвидируется по- сле окончания работы. Время его ликвидации зависит от длительности и интен- сивности работы (от нескольких минут до 1,5 ч).

Перечисленные показатели дееспособности сердечно-сосудистой системы (ССС) и дыхательной функции и её составляющих особенно значительны у пловцов, лыжников, бегунов на средние и длинные дистанции.

Кислородное голодание организма – гипоксия. Когда в клетки тканей по- ступает меньше кислорода, чем нужно для полного обеспечения потребления в энергии (т.е. кислородный долг), наступает кислородное голодание, или гипок- сия. Она может происходить не только из-за кислородного долга при физиче- ских нагрузках повышенной интенсивности. Гипоксия может наступать и по другим причинам, как внешним, так и внутренним.

Таблица 5

Различия в резервных возможностях организма у нетренированного человека и спортсмена (по И.В. Муравову)

Показатель	Нетренирован- ный человек			Соотно- шение Б – А	Спортсмен		Соотно- шение Б – А
	в по- кое А	после макси- маль- ной на- грузки Б			в по- кое А	после макси- мальной нагрузки Б
Сердечно-сосудистая система
Частота сердеч- ных сокращений в минуту	72		140	2,0	30	300		10
Систолический объем крови	120		180	0,5	100	280		2,8
Минутный объём крови (л)	6		16	2,6	4,5	40		9
Дыхательная система
Частота дыханий (в мин)	16–18	30		1,8	8	120		15
Дыхательный объем (мл)	600	1200		2,0	600	5000		8,5
Минутный объем вентиляции (л)	10	45		4,5	6	200		33,3
Потребление ки- слорода в 1 мин (мл)	250	2500		10	180	6000		33,3
Выделительная система
Потоотделение через кожу (мл)	500	2500		5		8000		40

К внешним причинам относятся и загрязнение воздуха, и подъем на вы- соту (в горы, полет на самолете), и др. В этих случаях падает парциальное дав- ление кислорода в атмосферном и альвеолярном воздухе и снижается количест- во кислорода, поступающего в кровь для доставки его к тканям.

Если на уровне моря парциальное давление кислорода в атмосферном воздухе равно 159 мм рт. ст., то на высоте 3000 м оно снижается до 110 мм, а на высоте 5000 м – до 75–80 мм рт.ст.

Внутренние причины гипоксии зависят от состояния дыхательного аппа- рата и сердечно-сосудистой системы организма человека. Гипоксия, обуслов- ленная внутренними причинами, возникает и при хроническом недостатке дви- жений (гипокинезия), и при умственном переутомлении, а также при различных болезнях.

В табл. 5 представлены резервные возможности тренированных и нетре- нированных людей по наиболее важным физиологическим показателям.

Изменения в опорно-двигательной и других системах организма при фи- зической нагрузке

Регулярные физические нагрузки увеличивают прочность костной ткани, повышают эластичность мышечных сухожилий и связок, увеличивают выра- ботку внутрисуставной (синовиальной) жидкости. Все это способствует возрас- танию амплитуды движений (гибкости). Заметные изменения происходят и в скелетных мышцах. За счет увеличения количества и утолщения мышечных волокон происходит рост силовых показателей мышц. У спортсменов и у неза- нимающихся физическими упражнениями они существенно различаются (табл. 6). Подобные различия достигаются и за счет совершенствования нервно- координационного обеспечения работы мышц – способности к одновременно- му участию в отдельном движении максимального количества мышечных во- локон и полному и одновременному их расслаблению. При регулярных физиче- ских нагрузках увеличивается способность организма откладывать в мышцах (и печени) запас углеводов в виде гликогена и тем самым улучшать так называе- мое тканевое дыхание мышц. Если в среднем величина этого запаса составляет у нетренированного человека 350 г, то у спортсмена она может достигать 500 г. Это повышает его потенциальные возможности к проявлению не только физи- ческой, но и умственной работоспособности.

Таблица 6

Средние показатели мышц – сгибателей кисти сильнейшей руки на динамометре

Пол	Спортсмены	Не занимающиеся
		спортом
Мужчины	100 кг и более	45-55 кг
Женщины	55 кг и более	30-35 кг