- •Коц Я.М. - Спортивная физиология. Учебник для институтов физической культуры.
- •Оглавление
- •Введение
- •Глава 1. Физиологическая классификация физических упражнений
- •Общая физиологическая классификация физических упражнений
- •Локальные, региональные и глобальные упражнениния
- •Статические и динамические упражнения
- •Энергетическая характеристика физических упражнений
- •Физиологическая классификация спортивных упражнений
- •Классификация циклических упражнений
- •Классификация ациклических упражнений
- •Глава 2. Динамика физиологического состояния организма при спортивной деятельности
- •Предстартовое состояние и разминка
- •Предстартовое состояние
- •Разминка
- •Устойчивое состояние
- •Утомление
- •Локализация и механизмы утомление
- •Утомленние при выполнении различных спортивных упражнений
- •Восстановление
- •Восстановление функций после прекращения работы
- •Кислородный долг и восстановление энергетических запасов организма
- •Активный отдых
- •Глава 3. Физиологические основы мышечной силы и скоростно-силовых качеств (мощности)
- •Физиологические основы мышечной силы
- •Максимальная статическая сила и максимальная произвольная статическая сила мышц
- •Связь произвольной силы и выносливости
- •Рабочая гипертрофия мышц
- •Скоростной компонент мощности
- •Энергетическая характеристика скоростно-силовых упражнений
- •Глава 4. Физиологические основы выносливости
- •Определение понятия
- •Аэробные возможности организма и выносливость
- •Кислородтранспортная система и выносливость
- •Система внешнего дыхания
- •Система крови
- •Сердечно сосудистая система (кровообращение)
- •Мышечный аппарат и выносливость
- •Глава 5. Физиологические основы формирования двигательных навыков и обучения спортивной технике
- •Условнорефлекторные механизмы как физиологическая основа формирования двигательных навыков
- •Двигательная память
- •Автоматизация движений
- •Физиологическое обоснование принципов обучения спортивной технике
- •Глава 6. Влияние температуры и влажности воздуха на спортивную работоспособность
- •Физические механизмы теплоотдачи в условиях повышения температуры и влажности воздуха
- •Физиологические механизмы усиления теплоотдачи в условиях повышенных температуры и влажности воздуха
- •ВЛАЖНОСТИ ВОЗДУХА
- •Кожный кровоток и температура кожи
- •Водно-солевой баланс
- •Система кровообращения
- •Тепловая адаптация (акклиматизация)
- •Физиологические изменения и их механизмы при тепловой адаптации
- •Тепловая адаптация у спортсменов
- •Питьевой режим
- •Потеря воды м их восполнение во время соревнования
- •Потери воды и солей в процессе тренировки в жарких условиях
- •Спортивная деятельность в условиях пониженной температуры воздуха (холода)
- •Физиологические механизмы приспособления к холоду
- •Физическая работоспособность в холодных условиях
- •Акклиматизация к холоду
- •Глава 7. Спортивная работоспособность в условиях пониженного атмосферного давления (среднегорья и при смене поясно-климатических условий
- •Острые физиологические эффекты пониженного атмосферного давления
- •Функция дыхания
- •Функция кровообращения
- •Снижение МПК
- •Горная акклиматизация (адаптация к высоте)
- •Изменения в системе кровообращения
- •Изменение МПК
- •Спортивная работоспособность в среднегорье и после возвращения на уровень моря
- •Спортивная работоспособность при выполнении скоростно-сиповых (анаэробных) упражнений
- •Спортивная работоспособность при выполнении упражнений на выносливость
- •Смена поясно-климатических условий
- •Глава 8. Физиология плавания
- •Механические факторы
- •Максимальное потребление кислорода
- •Кислород транспортная система
- •Сердечно-сосудистая система
- •Локальные (мышечные) факторы
- •Терморегуляция
- •Глава 9. Физиологические особенности спортивной тренировки женщин
- •Зависимость функциональных возможностей организма от размеров тела
- •Силовые, скоростно-силовые и анаэробные возможности женщин
- •Мышечная сила
- •Анаэробные энергетические системы у женщин
- •Аэробная работоспособность (выносливость) женщин
- •Максимальное потребление кислорода
- •Максимальные возможности кислород-транспортной системы
- •Субмаксимальная аэробная работоспособность
- •Физиологические изменения в результате тренировки выносливости
- •Менструальный цикл и физическая работоспособность
- •Глава 10. Физиологические особенности спортивной тренировки детей школьного возраста
- •Индивидуальное развитие и возрастная периодизация
- •Возрастньш особенности физиологических функций и систем
- •Высшая нервная деятельность
- •Обмен веществ и энергии
- •Система кроем
- •Кровооброшение
- •Развитие движений и формирование двигательных (физических) качеств
- •Двигательный аппарат
- •Характеристика основных движений
- •Развитие двигательных качеств
- •Физиологическая характеристика юных спортсменов
- •Возрастные особенности спортивной работоспособности
- •Спортивная ориентация и ее физиологические критерии
- •Глава 11. Общие физиологические закономерности (принципы) занятий физической культурой и спортом
- •Два основных функциональных эффекта тренировки
- •Пороговые тренирующие нагрузки
- •Интенсивность тренировочных нагрузок
- •Длительность тренировочных нагрузок
- •Частота тренировочных нагрузок
- •Объем тренировочных нагрузок
- •Специфичность тренировочных эффектов
- •Специфичность тренировочных эффектов в отношении двигательного навыка (спортивной техники)
- •Специфичность тренировочных эффектов в отношении ведущего физического (двигательного) качества
- •Специфичность тренировочных эффектов в отношении состава активных мышечных групп
- •Специфичность тренировочных эффектов, проявляемая при разных условиях внешней среды
- •Обратимость тренировочных эффектов
- •Тренируемость
Функция дыхания
В условиях покоя или при выполнении субмаксимальных нагрузок потребность организма в кислороде остается на высоте такой же, что и на равнине. Поэтому, чтобы адекватно обеспечить организм кислородом, уменьшение количества молекул О2 в единице объема разреженного воздуха на высоте должно быть компенсировано соответствующим увеличением легочной вентиляции. Это основной функциональный механизм быстрого приспособления организма к гипоксическим условиям высоты.
|
|
|
На высоте до 3000-3500 м легочная вентиляция в покое усиливается |
|
|
|
|
вначале крайне незначительно. Поэтому сразу часто наблюдается |
|
|
|
|
особенно большое снижение парциального давления О2 в |
|
|
|
|
альвеолярном воздухе. При выполнении мышечной работы на высоте |
|
|
|
|
легочная вентиляция с самого начала существенно больше, чем на |
|
|
|
|
равнине. У одного и того же человека при одинаковой абсолютной |
|
|
|
|
нагрузке (равном потреблении О2) легочная вентиляция тем сильнее, |
|
|
|
|
чем больше высота (рис. 68). |
|
|
|
|
С одной стороны, сниженная плотность воздуха на большой высоте |
|
|
Рис. 68. Легочная |
|||
|
|
облегчает внешнее дыхание, с другой - при низком барометрическом |
||
|
вентиляция, ЧСС, |
|||
|
|
давлении способность дыхательных мышц повышать внутригрудное |
||
|
содержание |
|
давление уменьшается. В целом, однако, максимальные возможности |
|
|
молочной |
|
||
|
|
дыхательного аппарата на высоте больше, чем на уровне моря. Во |
||
|
кислоты и рН |
|
||
|
|
время максимальной работы на большой высоте легочная вентиляция |
||
|
крови при работе |
|
||
|
|
может достигать 200 л/мин (табл. 21). |
|
|
|
на велоэргометре |
|
||
|
|
|
|
|
|
с разной |
|
Снижение барометрического давления ведет к |
|
|
|
|
||
|
мощностью |
|
|
|
|
|
уменьшению парциального напряжения О2 во всех |
|
|
|
нагрузки: в |
|
|
|
|
|
звеньях кислородтранспортной системы организма |
|
|
|
барокамере с |
|
|
|
|
|
(рис. 69), хотя усиленная легочная вентиляция и |
|
|
|
давлением 462 |
|
|
|
|
|
другие физиологические механизмы препятствуют |
|
|
|
мм рт. ст., |
|
|
|
|
|
снижению содержания О2 в крови и других тканях |
|
|
|
соответствующим |
|
|
|
|
|
тела. |
|
|
|
высоте 4000 м |
Рис. 69. |
||
|
|
|
||
|
над уровнем моря |
|
В результате вблизи митохондрий давление О2 |
|
|
|
Парциальное |
||
|
(черные кружки), |
|||
|
|
может быть равно 10 мм рт. ст. на уровне моря и |
давление |
|
|
в барокамере с |
|||
|
|
около 5 мм рт. ст даже на высоте 5600 м. Такое |
кислорода в |
|
|
давлением 580 |
|
||
|
|
давление все еще достаточно, чтобы обеспечить |
разных звеньях |
|
|
мм рт. ст., |
|
||
|
|
оптимальные условия для протекания |
"кислородного |
|
|
соответствующим |
|
||
|
|
окислительных ферментативных реакций в клетках |
каскада" на |
|
|
высоте 2300 м |
|||
|
|
тела. |
уровне моря (0 |
|
|
(крестлки), на |
|
||
|
|
|
м) и на высоте |
|
|
уровне моря |
|
Парциальное давление О2 в альвеолярном воздухе |
|
|
|
5500 м |
||
|
(светлые кружки) |
|
||
|
|
определяется давлением этого газа во вдыхаемом |
|
|
|
|
|
||
|
(по Л. |
|
воздухе и величиной легочной вентиляции. Чем выше последняя, т. е. |
|
|
Хермаисену и Б. |
|
||
|
|
чем больше обменивается воздух в легких, тем ближе состав |
||
|
Салтлну, 1971) |
|
||
|
|
альвеолярного воздуха к атмосферному. Однако в любом случае |
||
|
|
|
парциальное давление О2 в альвеолярном воздухе может лишь приближаться к таковому в атмосферном (вдыхаемом) воздухе, но не быть равным ему, а тем более не превышать его. Поэтому по мере увеличения высоты (снижения барометрического давления) падает
парциальное давление О2 в атмосферном и соответственно в альвеолярном воздухе (см.
табл. 20).
Пропорционально падению парциального давления О2 в атмосферном и альвеолярном воздухе снижается парциальное напряжение О2 в артериальной крови (гипоксемия). Это один из важнейших стимулов усиления легочной вентиляции в условиях покоя. Гипоксемия стимулирует хеморецепторы каротидных и аортальных телец, что рефлекторна усиливает активность дыхательного центра.
Высотная гипервентиляция вызывает усиленное выведение СО2 из крови с выдыхаемым воздухом. В результате по мере подъема на высоту напряжение СО2 в артериальной крови уменьшается, т.е. развивается гипокапния, которая может вызвать развитие мышечных спазмов и обширную вазоконстрикцию. Особенно неблагоприятны для организма последствия сужения сосудов головного мозга.
При усиленном удалении с выдыхаемым воздухом СО2 из крови содержание в ней растворенного СО2 снижается больше, чем бикарбоната. Поэтому вторичным эффектом высотной гипервентиляции является сдвиг реакции крови в щелочную сторону - повышение рН (дыхательный алкалоз). Снижение парциального напряжения СО2 и повышение рН в артериальной крови оказывает тормозящее влияние на дыхательный центр.
Рис. 70. Кривая диссоциации оксигемоглобина у жителя равнины. Стрелки показывают процент насыщения гемоглобина кислородом на разных высотах
Уровень легочной вентиляции на высоте следует рассматривать как физиологический компромисс между требованием адекватного снабжения организма кислородом в гипоксических условиях и необходимостью поддерживать кислотно-щелочное равновесие в норме.
Падение парциального напряжения О2 в артериальной крови в условиях высотной гипоксии ведет к снижению процентного насыщения гемоглобина кислородом и, следовательно, к уменьшению содержания О2в крови. На высоте 2000-3000 м парциальное давление О2 в альвеолярном воздухе равно примерно 80-60 мм рт. ст., т. е. находится еще в пределах "плоской", верхней, части кривой диссоциации оксигемоглобина (рис. 70). Это гарантирует относительно высокое насыщение кислородом крови в легочных капиллярах - более 90% гемоглобина в форме оксигемоглобина. На большей высоте альвеолярное давление О2 попадает уже на "крутую", среднюю, часть кривой диссоциации оксигемоглобина. Поэтому способность связывать и транспортировать с кровью О2 на большой высоте резко снижается.
Падение насыщения артериальной крови кислородом до 80% от нормальной величины вызывает комплекс симптомов тяжелой гипоксии, известный под названием "горная болезнь": головную боль, состояние усталости, нарушение сна, пищеварения и др.
Во время мышечной работы в условиях высотной гипоксии парциальное напряжение и содержание О2 в артериальной крови снижены, а в венозной крови примерно такие же, что и в обычных условиях. Поэтому системная артерио-венозная разность по кислороду при выполнении одинаковой работы в горных условиях меньше, чем в равнинных (см.
табл. 21).
Таблица 21. Показатели кислородтранспортной системы при максимальной аэробной работе у тренированных мужчин на уровне моря и через 2 недели пребывания на высоте
Показатели |
Уровень моря (до |
Высота |
||
2300 |
4000 |
|||
500 м) |
||||
|
м |
м |
||
|
|
|||
Барометрическое давление (мм. рт. ст.) |
735 |
580 |
460 |
|
Парциальное давление О2 (мм. рт. ст.): |
|
|
|
|
во вдыхаемом воздухе |
144 |
112 |
87 |
|
в альвеолярном воздухе |
120 |
95 |
72 |
|
в артериальной крови |
107 |
80 |
55 |
|
разность между альвеолярным воздухом и |
13 |
15 |
17 |
|
артериальной кровью |
||||
|
|
|
||
Внешнее дыхание: |
|
|
|
|
легочная вентиляция (л/мин, ВТР5) |
165 |
175 |
200 |
|
вентиляционный эквивалент |
33 |
39 |
57 |
|
диффузионная способность легких для О2 (л/мин/мм |
100 |
100 |
100 |
|
рт. ст., 5ТРО) |
||||
|
|
|
||
индекс дыхательного обмена (VСО2/VО2) |
1,20 |
1,22 |
1,30 |
|
Кровь: объем циркулирующей крови (л) |
6,42 |
6,19 |
5,77 |
|
объем циркулирующей плазмы (л) |
3,16 |
2,95 |
2,55 |
|
объем циркулирующих эритроцитов (л) |
3,26 |
3,24 |
3,22 |
|
содержание О2 в артериальной крови (об.%) |
18,5 |
16,8 |
13,5 |
|
содержание О2 в смешанной венозной крови(об.%) |
1,8 |
1,8 |
1,8 |
|
артериовенозная разность О2 (об.%) |
96 |
88 |
71 |
|
рН артериальной крови |
7,30 |
7,25 |
7,20 |
|
напряжение СО2 в артериальной крови (мм рт. ст.) |
30 |
26 |
20 |
|
бикарбонат плазмы (мМ/л) |
9,7 |
7,2 |
5,8 |
|
лактат (мМ/л) |
11,0 |
11,0 |
11,0 |
|
Кровообращение: |
|
|
|
|
макс, сердечный выброс (л/мин) |
30,0 |
30,0 |
30,0 |
|
макс. ЧСС (уд/мин) |
185 |
185 |
185 |
|
макс, систолический объем (мл) |
162 |
162 |
162 |
|
макс, кислородный пульс (млО2/уд) |
27 |
24 |
19 |
|
МПК (л/мин) |
4,81 |
3,60 |
1,51 |
Чем больше высота (сильнее степень гипоксии) и чем интенсивнее нагрузка, тем значительнее падение напряжения и насыщения О2 в артериальной крови.
При выполнении мышечной работы на высоте увеличение концентрации молочной кислоты в мышцах и крови происходит при более низких нагрузках, чем на уровне моря (снижение анаэробного порога). При одной и той же нагрузке концентрация молочной кислоты в мышцах и крови при работе на высоте больше, а рН крови ниже, чем на уровне моря (см. рис. 68). Повышенная на высоте лактацидемия при выполнении субмаксимальных аэробных нагрузок служит дополнительным стимулом для усиления легочной вентиляции.
Максимальная концентрация лактата в крови при работе в первые дни на высоте такая же, что и на уровне моря. Следовательно, максимальная анаэробная мощность, по крайней мере та ее часть, которая определяется лактацидной (гликолити-ческой) системой, на высоте не снижается. Об этом также свидетельствует тот факт, что максимальный кислородный долг в первые дни на высоте такой же, что и на уровне моря.
Функция кровообращения
Пониженное насыщение крови кислородом на высоте компенсируется при выполнении субмаксимальной аэробной работы увеличением сердечного выброса, которое обеспечивается исключительно за счет повышения ЧСС (см. рис. 68). Систолический объем при этом такой же или даже несколько меньше, чем в нормальных условиях.
Показатели артериального кровяного давления заметно не отличаются от равнинных, хотя довольно часто на высоте наблюдается небольшое снижение диастолического давления. Это связано, в частности, с уменьшением периферического сосудистого сопротивления.
Максимальные величины сердечного выброса, ЧСС и систолического объема при предельных аэробных нагрузках одинаковы на уровне моря и на высоте (см. табл. 21). Максимальная ЧСС и максимальный сердечный выброс достигаются в гипоксических условиях при более низкой интенсивности работы, чем на уровне моря.
По мере подъема на высоту коронарный кровоток, с н а б ж е ни е кислородом и потребление его миокардом в условиях покоя уменьшаются. Чтобы покрыть расходы кислорода сердечной мышцей во время напряженной работы, коронарный кровоток на высоте должен быть больше, чем на уровне моря (примерно на 10% на высоте 2500 м и на
30% на высоте 4000 м).
Важным механизмом увеличения сердечного выброса при работе на высоте служит усиленная веноконстрикация, благодаря которой увеличивается центральный объем крови, а следовательно, и венозный возврат. Она возникает в ответ на снижение напряжения СО2 в артериальной крови (гипокапнию).
Помимо увеличения сердечного выброса кислородтранспортные возможности организма при выполнении мышечной работы в условиях гипобарической гипоксии повышаются за счет усиления рабочей гемоконцентрации, что приводит к увеличению содержания, О2 в артериальной крови.
Таким образом, сниженное давление (содержание) кислорода во вдыхаемом воздухе вовремя работы на высоте вызывает дополнительное усиление легочной вентиляции, увеличение сердечного выброса и степени рабочей гемоконцентрации по сравнению с условиями на уровне моря. Эти дополнительные механизмы усиливают транспорт О2 к работающим мышцам и другим тканям тела. Однако даже в условиях среднегорья эти адаптационные реакции не могут полностью компенсировать снижение парциального давления и содержания О, з альвеолярном воздухе и артериальной крови. Поэтому в условиях гипобарической гипоксии снижается максимальная аэробная мощность (МПК) и возрастает значение анаэробного энергообразования для обеспечения напряженной мышечной работы.
Скорость потребления О2 в начале работы нарастает медленнее, чем в нормальных условиях.-В значительной мере это обусловлено замедленным врабатыванием системы