Физиологические основы физической культуры и спорта

Регулятором водно-солевого обмена являются гормоны коры надпочечников (альдостерон) и задней доли гипофиза (антидиуретический). В регуляции электролитного обмена участвуют и другие гормоны коры надпочечников — минералокортикоиды. При их недостатке нарушается обмен калия, вследствие чего может развиваться мышечная адинамия и ряд других серьезных нарушений. Обмен кальция и фосфора регулируется паратгормоном — секретом паращитовидных желез, который стабилизирует уровень этих элементов. Под его воздействием кальций связывается с белками и его выведение из организма резко тормозится. На водно-электролитный обмен оказывает влияние и адреналин, с которым связано уменьшение диуреза, т.е. уменьшение выведения воды из организма. Важна при этом также роль вегетативных центров, регулирующих интенсивность потоотделения.

Минеральные вещества входят в состав скелета, в структуры белков, гормонов и ферментов. Общее количество всех минеральных веществ в организме составляет приблизительно 4 — 5 % массы тела. Нормальная деятельность центральной нервной системы, .сердца и других органов протекает при условии строго определенного содержания ионов минеральных веществ, за счет которых ^Поддерживается постоянство осмотического давления, реакции крови и тканевой жидкости.

Основную часть минеральных веществ человек получает с пищей и водой. Однако не всегда в пище их содержится достаточно. Так, например, большинству людей приходится добавлять хлористый натрий (поваренную соль) в пищу по 10—12 г в день. Хронический недостаток в пище минеральных веществ может привести к расстройству функций организма. Особенно чувствительны к недостатку тех или иных солей дети и беременные женщины. Соли кальция и фосфора необходимы для построения костей и зубов, в которых находится 70 % всего фосфора и 99 % кальция, имеющихся в организме.

Нормальный рост и развитие организма зависят от поступления достаточного количества натрия. Ионы хлора идут на образование соляной кислоты в желудке, играющей большую роль в пищеварении. Ионы  Na и Cl  участвуют в механизмах возникновения и распространения возбуждения.                   

В состав гемоглобина - переносчика О₂ и СО₂ - входит двухвалентное железо. Недостаток железа ведет к тяжелому заболеванию — малокровию. Иод является важной составной частью гормона щитовидной железы — тироксина, который принимает участие в регуляции обмена веществ. Калий имеет определяющее значение в механизмах возникновения и распространения возбуждения и связан с процессом костных образований. Важную физиологическую роль в организме играют также кальций (Са), магний (Мg), медь (Си), сера (S), цинк (Zn), бром (Вг), фтор (F).

Обмен энергии. Процессы обмена веществ и энергии тесно взаимосвязанны, их разделение связано лишь с удобством изучения, отдельности ни один из этих процессов не существует. При окислении энергия химических связей, содержащаяся в питательных веществах, освобождается и используется организмом. За счет перехода одних видов энергии в другие поддерживаются все жизненные функции организма, при этом общее количество энергии не изменяется. Соотношение между количеством энергии, поступающей с пищей, и величиной энергетических затрат называется энергетическим балансом.

Сказанное можно проиллюстрировать  на примере деятельности сердца. Сердце совершает огромную работу. Каждый час оно выбрасывает в аорту около 300 л крови. Эта работа совершается за  счет сокращения сердечной мышцы, в которой при этом протекают интенсивные окислительные процессы. Благодаря освобождающейся энергии обеспечивается механическое сокращение мышц, и в конечном счете вся энергия преобразуется в тепловую энергию. Аналогичные процессы происходят и в каждом органе человеческого тела. В конечном итоге химическая, электрическая, механическая и другие виды энергии трансформируются в тепловую энергию и рассеиваются во внешнюю среду.

Количество энергии, расходуемой  на выполнение физической работы, определяют как коэффициент полезного действия (КПД). Его средняя величина  - 20-25 %. У спортсменов КПД выше. Установлено, что 1 г белка при окислении выделяет 4,1 ккал, 1 г жира - 9,3 ккал, а 1 г углеводов - 4,1 ккал. Зная содержание белков, жиров и углеводов в пищевых продуктах, можно установить их калорийность, или энергетическую стоимость.

Мышечная деятельность, активный двигательный режим, физические упражнения и спорт связаны со значительным расходом энергии. В некоторых случаях он может достигать 5000 ккал, а во время интенсивных тренировок у спортсменов и того более. Такое увеличение энергозатрат необходимо учитывать при составлении пищевого рациона. Когда в пище присутствует большое количество белка, значительно удлиняется процесс ее переваривания (от двух до четырех часов). За один раз целесообразно принимать до 70 г белка, так как его излишки преобразовываются в жир. Представители некоторых видов спорта (например, гимнасты, бодибилдеры и др.) всячески избегают накопления лишнего жира и предпочитают получать энергию из растительной пищи.

Питательные вещества можно  замещать, учитывая их энергетическую ценность. Действительно, с энергетической точки зрения 1 г углевода эквивалентен (изодинамичен) 1 г белка, так как у них одинаковый калорический коэффициент (4,1 ккал), а 1 г белка или углевода эквивалентен 0,44 г жира (калорический коэффициент жира 9,3 ккал). Отсюда следует, что человек, суточный расход энергии которого 3000 ккал, может полностью удовлетворить энергетические нужды организма, потребляя в сутки 732 г углеводов. Но для организма важна не только общая калорийность пищи. Если человек довольно долго потребляет только жиры, или только белки, или только углеводы, у него происходят изменения в обмене веществ. При этом нарушаются пластические процессы в протоплазме клеток, наблюдается сдвиг азотистого равновесия, образуются и накапливаются токсические продукты обмена.

Для нормальной жизнедеятельности организм должен получать оптимальное количество полноценных белков, жиров, углеводов, минеральных солей и витаминов, которые содержатся в различных пищевых продуктах. Качество пищевых продуктов определяется их физиологической ценностью. Наиболее ценными пищевыми продуктами являются молоко, масло, творог, яйца, мясо, рыба, зерновые, фрукты, овощи, сахар.

Люди разных профессий  затрачивают при своей деятельности зное количество энергии. Например, человек, занимающийся интеллектуальным трудом, в день тратит менее 3000 калорий. Человек, занимающийся тяжелым физическим трудом, за день затрачивает в 2 раза больше энергии.

Важнейшая физиологическая  «константа» организма — то минимальное количество энергии, которое человек расходует в состоянии полного покоя. Она называется основным обменом. Нервная система, сердце, дыхательная мускулатура, почки, печень и другие органы непрерывно функционируют и потребляют определенное количество энергии. Сумма этих затрат энергии и составляет величину основного обмена.

Основной обмен человека определяют при соблюдении следующих условий: при полном физическом и психическом покое; в положении лежа; в утренние часы; натощак, т.е. через 14 ч после последнего приема пищи; при температуре комфорта (20 °С). Нарушение любого из этих условий приводит к отклонению обмена веществ в сторону повышения. За 1 ч минимальные энергетические затраты организма взрослого человека составляют в среднем 1 ккал на 1 кг массы тела.

Основной обмен является индивидуальной константой и зависит от пола, возраста, массы и роста человека. У здорового человека он может держаться на постоянном уровне в течение ряда дет. В детском возрасте величина основного обмена значительно выше, чем в пожилом. Деятельное состояние вызывает заметную интенсификацию обмена веществ. Обмен веществ при этих условиях называется рабочим обменом. Если основной обмен взрослого человека равен 1700—1800 ккал, то рабочий обмен в 2—3 раза выше. Таким образом, основной обмен является исходным фоновым уровнем потребления энергии. Резкое изменение основного обмена может свидетельствовать о переутомлении, перенапряжении, недовосстановлении или заболевании.

2.1.5. Нервная система

Нервная система в целом состоит  из центрального (головной и спинной  мозг) и периферического отделов (нервов, отходящих от головного и спинного мозга и расположенных на периферии нервных узлов). Центральная нервная система координирует деятельность различных органов и систем организма и регулирует эту деятельность в условиях изменяющейся внешней среды по механизму рефлекса. Процессы, протекающие в центральной нервной системе, лежат в основе всей психической деятельности человека - мышлении, памяти, разумном поведении в обществе, восприятии окружающего мира, познании законов природы и общества и т. д., т. е. вся деятельность человека, как биологическая, так и социальная, осуществляется благодаря реализации взаимоотношений организма и среды по принципу рефлекса.

Спинной мозг. Спинной мозг лежит в спинномозговом канале, образованном дужками позвонков. Его длина у взрослого человека в пределах 41-45 см, толщина 1 см. Первый шейный позвонок является границей спинного мозга сверху, а граница снизу - второй поясничный позвонок. Спинной мозг делится на пять отделов с определенным количеством сегментов: шейный, грудной, поясничный, крестцовый и копчиковый. В центре спинномозгового канала расположен спинной мозг, а вокруг него находится спинномозговая жидкость. На поперечном разрезе лабораторного препарата легко различают серое и белое вещество мозга. Серое вещество мозга состоит из скопления тел нервных клеток (нейронов), периферические отростки которых в составе спинномозговых нервов достигают различных рецепторов кожи, мышц, сухожилий, слизистых оболочек. Белое вещество, окружающее серое, состоит из отростков, связывающих между собой нервные клетки спинного мозга; восходящих чувствительных (эфферентных), связывающих все органы и ткани человеческого тела (кроме головы) с головным мозгом, нисходящих двигательных (афферентных) путей, идущих от головного мозга к двигательным клеткам спинного мозга.

Таким образом, нетрудно себе представить, что спинной мозг выполняет рефлекторную и проводниковую для нервных импульсов функции. В различных отделах спинного мозга находятся мотонейроны (двигательные нервные клетки), иннервирующие мышцы верхних конечностей, спины, груди, живота, нижних конечностей. В крестцовом отделе располагаются центры дефекации, мочеиспускания и половой деятельности. Важной функцией мотонейронов является постоянное обеспечение необходимого тонуса мышц, благодаря которому все рефлекторные двигательные акты осуществляются мягко и плавно. Тонус центров спинного мозга регулируется высшими отделами центральной нервной системы. Поражения спинного мозга влекут за собой различные нарушения, связанные с выходом из строя проводниковой функции. Всевозможные травмы и заболевания спинного мозга могут приводить к расстройству болевой, температурной чувствительности, нарушению структуры сложных произвольных движений, мышечного тонуса и т. д.

Головной мозг. Головной мозг представляет собой скопление огромного количества нервных клеток. Он имеет два полушария и состоит из переднего, промежуточного, среднего и заднего отделов. Строение головного мозга несравнимо сложнее строения любого органа человеческого тела. Назовем некоторые особенности и жизненно важные функции. Так, например, такое образование заднего мозга, как продолговатый мозг, является местом расположения важнейших рефлекторных центров (дыхательного, пищевого, регулирующих кровообращение, потоотделение). Поэтому поражение этого отдела головного мозга вызывает мгновенную гибель. Говорить подробно о специфике строения и функциях коры головного мозга мы не будем, однако необходимо отметить, что кора больших полушарий головного мозга является наиболее молодым в филогенетическом отношении отделом мозга (филогенез - процесс развития растительных и животных организмов в течение времени существования жизни на Земле). В процессе эволюции кора больших полушарий приобретает существенные структурные и функциональные особенности и становится высшим отделом центральной нервной системы, формирующим деятельность организма как единого целого в его взаимоотношениях с окружающей средой.

Видимо, полезно будет охарактеризовать еще некоторые анатомо-физиологические  особенности головного мозга человека. К примеру, известно, что головной мозг человека весит в среднем 1400 г. Связь между весом мозга и весом тела человека, по данным различных авторов, сравнительно невелика. Многочисленными исследованиями установлено, что нормальная деятельность мозга связана с особенностями кровоснабжения.

  Как известно, основным источником энергии, необходимой для функционирования нервных элементов, является процесс окисления глюкозы. Однако в мозгу нет запасов углеводов и тем более кислорода, и поэтому нормальный обмен веществ в нем целиком зависит от постоянной доставки энергетических ресурсов с кровью.

Это первая особенность

Второй  особенностью является большой объём  потребления. Мозг активен не только во время бодрствования, но и во время сна. Мозговая ткань потребляет кислорода в 5 раз больше, чем сердце, и в 20 раз больше, чем мышцы. Составляя около 2% веса тела человека, мозг поглощает 18-25% кислорода потребляемого всем организмом. Мозг значительно превосходит другие органы и по потреблению глюкозы. Им используется 60-70% глюкозы, образуемой печенью, что составляет в сутки 115 г, и это несмотря на то, что по количеству содержащейся крови мозг стоит на одном из последних мест.

Ухудшение кровоснабжения головного мозга может быть связано с гиподинамией (малоподвижным образом жизни). При хронически малоподвижном образе жизни могут возникать различные расстройства в состоянии здоровья, наиболее часты жалобы на головную боль различной локализации, интенсивности и продолжительности, головокружение, слабость, пониженную умственную работоспособность, ухудшение памяти, раздражительность.

.

Другие отделы  нервной  системы. Нервная система условно подразделяется на два больших отдела – соматическую и вегетативную нервную системы. Вегетативная нервная система - специализированный отдел единой нервной системы регулируется, в частности, корой больших полушарий. В отличие от соматической нервной системы, иннервирующей произвольную (скелетную) мускулатуру и обеспечивающей общую чувствительность тела и других органов чувств, вегетативная нервная система регулирует деятельность внутренних органов, обеспечивающих функции систем дыхания, кровообращения, выделения, размножения, желез внутренней секреции и т. д. Вегетативная нервная система подразделяется на симпатическую и парасимпатическую системы. Деятельность сердца, сосудов, органов пищеварения, выделения, половых органов и т. д., регуляция обмена веществ, термообразования, участие в формировании эмоциональных реакций (страх, гнев, радость) - все это находится в ведении симпатической и парасимпатической нервной систем и все под тем же контролем со стороны высшего отдела центральной нервной системы. Экспериментально показано, что их влияние носит хотя и антагонистический характер, но согласованный в регуляции важнейших функций организма.