Механизмы адаптации

1. Введение

Дыхание – это  неотъемлемый признак жизни. Мы дышим  постоянно с момента рождения и до самой смерти, дышим днем и ночью во время глубокого  сна, в состоянии здоровья и болезни.

В организме  человека и животных запасы кислорода  ограничены, поэтому организм нуждается  в непрерывном поступлении кислорода  из окружающей среды. Также постоянно  и непрерывно из организма должен удаляться углекислый газ, который  всегда образуется в процессе обмена веществ и в больших количествах  является токсичным соединением.

Дыхание – сложный  непрерывный процесс, в результате которого постоянно обновляется  газовый состав крови и происходит биологическое окисление в тканях. В этом заключается его сущность.

Нормальное функционирование организма человека возможно только при условии пополнения энергией, которая непрерывно расходуется. Организм получает энергию за счет окисления  органических веществ – белков, жиров, углеводов. При этом освобождается  скрытая химическая энергия, которая  является источником жизнедеятельности, развития и роста организма. Таким  образом, значение дыхания состоит  в поддержании в организме  оптимального уровня окислительно-восстановительных  процессов.

Состав выдыхаемого  воздуха весьма непостоянен и  зависит от интенсивности обмена веществ, а также от частоты и  глубины дыхания. Стоит задержать  дыхание или сделать несколько  глубоких дыхательных движений, как  состав выдыхаемого воздуха изменится.

Важную роль в жизнедеятельности человека играет регуляция дыхания.

Регуляция деятельности дыхательного центра, расположенного в продолговатом мозге, осуществляется гуморально, за счет рефлекторных воздействий и нервных импульсов, поступающих из отделов головного мозга.

В курсовой работе рассмотрены вопросы регуляции  деятельности дыхательного центра и  механизмы адаптации дыхания  к мышечной деятельности. 
 
 
 

2. механизмы адаптации

Принято выделять три механизма адаптаций:

1. Пассивный  путь адаптации — по типу  толерантности, выносливости;

2. Адаптивный  путь — действует на клеточно-тканевом  уровне;

3. Резистентный  путь — сохраняет относительное  постоянство внутренней среды.

    Механизмы, обеспечивающие адаптивный характер общего уровня стабилизации отдельных функциональных систем и организма в целом  таковы: увеличивается потребление  организмом кислорода, повышается интенсивность  обменных процессов. Это происходит на органном уровне: увеличивается  скорость кровотока, повышается артериальное давление, увеличивается дыхательный  объем легких, учащается дыхание, дыхание становится более глубоким. Общие адаптационные реакции  организма являются неспецифическими, то есть организм аналогично реагирует  в ответ на действия различных  по качеству и силе раздражителей (физические упражнения).

3. срочная и долговременная адаптация

    В основном большинство адаптационных  реакций человеческого организма  осуществляются в два этапа: начальный  этап срочной, но не всегда совершенной, адаптации, и последующий этап совершенной, долговременной адаптации.

    Срочный этап адаптации возникает непосредственно  после начала действия раздражителя на организм и может быть реализован лишь на основе ранее сформировавшихся физиологических механизмов. Примерами  проявления срочной адаптации являются: пассивное увеличение теплопродукции в ответ на холод, увеличение теплоотдачи  в ответ на тепло, рост легочной вентиляции и минутного объема кровообращения в ответ на недостаток кислорода. На этом этапе адаптации функционирование органов и систем протекает на пределе физиологических возможностей организма, при почти полной мобилизации  всех резервов, но не обеспечивает наиболее оптимальный адаптивный эффект. Так, бег нетренированного человека происходит при близких к максимуму величинах  минутного объема сердца и легочной вентиляции, при максимальной мобилизации  резерва глюкогена в печени. Биохимические процессы организма, их скорость, как бы лимитируют эту двигательную реакцию, она не может быть ни достаточно быстрой, ни достаточно длительной.

    Долговременная  адаптация к длительно воздействующему  стрессору возникает постепенно, в результате длительного, постоянного  или многократно повторяющегося действия на организм факторов среды. Основными условиями долговременной адаптации являются последовательность и непрерывность воздействия  экстремального фактора. По существу, она развивается на основе многократной реализации срочной адаптации и  характеризуется тем, что в результате постоянного количественного накопления изменений организм приобретает новое качество — из неадаптированного превращается в адаптированный. Такова адаптация к недостижимой ранее интенсивной физической работе (тренировка), развитие устойчивости к значительной высотной гипоксии, которая ранее была несовместима с жизнью, развитие устойчивости к холоду, теплу, большим дозам ядов. Таков же механизм и качественно более сложной адаптации к окружающей действительности. 

4. Механизм адаптации дыхания к мышечной деятельности

Интенсивность дыхания тесно связана с интенсивностью окислительных процессов: глубина  и частота дыхательных движений уменьшаются при покое и увеличиваются  при работе, притом тем сильнее, чем  напряженнее работа. Так, у тренированных  людей при напряженной мышечной работе объем легочной вентиляции возрастает до 50 и даже до 100 л в минуту.

Одновременно  с усилением дыхания во время  работы наступает усиление деятельности сердца, приводящее к увеличению минутного  объема кровотока. Вентиляция легких и  минутный объем кровотока нарастают  в соответствии с величиной выполняемой  работы и усилением окислительных  процессов.

У человека потребление  кислорода составляет в покое 250…350 мл в минуту, а во время работы может достигать 4500…5000 мл. Транспорт  такого большого количества кислорода  возможен потому, что при работе систолический объем может увеличиваться  втрое (с 70 до 200 мл), а частота сердечных  сокращений в 2 и даже 3 раза (с 70 до 150 и даже 200 сокращений в минуту).

Вычислено, что  при повышении потребления кислорода  при мышечной работе на 100 мл в минуту минутный объем кровотока возрастает примерно на 800…1000 мл. Увеличению транспорта кислорода при тяжелой мышечной работе способствует также выбрасывание эритроцитов из кровяных депо и обеднение  крови водой вследствие потения, что ведет к некоторому сгущению крови и повышению концентрации гемоглобина, а, следовательно, и к  увеличению кислородной емкости  крови.

Значительно увеличивается  при работе коэффициент утилизации кислорода. Из каждого литра крови, протекающей по большому кругу, клетки организма утилизируют в покое 60…80 мл кислорода, а во время работы – до 120 мл (кислородная емкость 1 л крови равна около 200 мл О2).

Повышенное поступление  кислорода в ткани при мышечной работе зависит от того, что понижение  напряжения кислорода в работающих мышцах, увеличение напряжения углекислого газа и концентрации Н+-ионов в крови способствуют увеличению диссоциации оксигемоглобина. Особенно значителен прирост утилизации кислорода у тренированных людей. Крог объяснял это еще и тем, что у тренированных людей во время работы происходит раскрытие большего количества капилляров, чем у нетренированных.

Одной из причин увеличения легочной вентиляции при  интенсивной мышечной работе является накопление молочной кислоты в тканях и переход ее в кровь. Содержание молочной кислоты в крови может  достигать при этом 50…100 и даже 200 мг % вместо 5…22 мг % в условиях мышечного  покоя. Молочная кислота вытесняет  угольную кислоту из ее связей с  ионами натрия и калия, что приводит к повышению напряжения углекислого  газа в крови и к возбуждению  дыхательного центра.

Накопление молочной кислоты при мышечной работе возникает  потому, что интенсивно работающие мышечные волокна испытывают недостаток в кислороде и часть молочной кислоты не может окислиться до конечных продуктов – углекислого газа и воды. Такое состояние Хилл назвал кислородной задолженностью. Оно  возникает при весьма интенсивной  мышечной работе, например у спортсменов  во время напряженных соревнований.

Окисление образовавшейся во время работы мышц молочной кислоты  завершается уже после окончания  работы – во время восстановительного периода, в течение которого сохраняется  интенсивное дыхание, достаточное  для того, чтобы излишние количества накопившейся в организме молочной кислоты были ликвидированы.

Накопление в  организме молочной кислоты –  не единственная причина усиления дыхания  и кровообращения при работе мышц. Как показали исследования М. Е. Маршака, мышечная работа ведет к усилению дыхания даже в том случае, если у человека, работающего на эргометриеском велосипеде, конечности перетянуты жгутом, препятствующим поступлению молочной кислоты и других продуктов из работающих мышц в кровь. Усиление дыхания возникает при этом рефлекторным путем. Сигналом, вызывающим усиление дыхания и кровообращения, является возникающее при сокращении раздражение проприорецепторов мышц. Этот рефлекторный компонент принимает участие в любом усилении дыхания при мышечной работе.

Таким образом, усиление вентиляции при мышечной работе обусловлено, с одной стороны, химическими  изменениями, происходящими в организме, – накоплением углекислоты и  недоокисленных продуктов обмена, а  с другой – рефлекторными влияниями.

Значительную  роль в координации функций органов  и физиологических систем при  мышечной работе играет кора головного  мозга. Так, в предстартовом состоянии  у спортсменов отмечается увеличение силы и частоты сердечных сокращений, возрастает легочная вентиляция, повышается кровяное давление. Следовательно, условнорефлекторный механизм – один из важнейших нервных механизмов адаптации организма к меняющимся условиях внешней среды.

Система дыхания  обеспечивает возросшие потребности  организма в кислороде. Системы  же кровообращения и крови, перестраиваясь на новый функциональный уровень, способствуют транспорту кислорода к тканям и  углекислого газа к легким.

5. Легочная вентиляция

Легочная вентиляция повышается параллельно увеличению потребления кислорода, причем при максимальных нагрузках у тренированных лиц она может возрастать в 20—25 раз по сравнению с состоянием покоя и достигать 150 л/мин и более. Такое увеличение вентиляции обеспечивается возрастанием частоты и объема дыхания, причем частота может увеличиться до 60—70 дыханий в минуту, а дыхательный объем — с 15 до 50% жизненной емкости легких (Н. Monod, М. Pottier, 1973). В возникновении гипервентиляции при физических нагрузках важную роль играет раздражение дыхательного центра в результате высокой концентрации углекислого газа и водородных ионов при высоком уровне молочной кислоты в крови.

Гипервентиляция, вызываемая физическими нагрузками, всегда ниже максимальной вентиляции, и увеличение диффузной способности кислорода в легких во время работы также не является предельным. Поэтому, если отсутствует легочная патология, дыхание не ограничивает мышечную работу. Важный показатель — потребление кислорода — отражает функциональное состояние кардиореспираторной системы. Существует связь между факторами циркуляции и дыхания, влияющими на объем потребляемого кислорода. Во время физических нагрузок потребление кислорода значительно увеличивается. Это предъявляет повышенные требования к функции сердечно-сосудистой и дыхательной систем. Поэтому кардиореспираторная система при мышечной работе подвержена изменениям, которые зависят от интенсивности физических нагрузок. 
Исследование функции внешнего дыхания в спорте позволяет наряду с системами кровообращения и крови оценить функциональное состояние спортсмена в целом и его резервные возможности. Исследование начинают со сбора анамнеза, затем переходят к осмотру, перкуссии и аускультации. Осмотр позволяет определить тип дыхания, установить наличие или отсутствие одышки (особенно при тестировании) и т.п. Определяют три типа дыхания: грудной, брюшной (диафрагмальный) и смешанный. При грудном типе дыхания на вдохе заметно поднимаются ключицы и происходит движение ребер. При этом типе дыхания объем легких возрастает главным образом за счет движения верхних и нижних ребер. При брюшном типе дыхания увеличение объема легких происходит в основном за счет движения диафрагмы — на вдохе она опускается вниз, несколько смещая органы брюшной полости. Поэтому стенка живота на вдохе при брюшном типе дыхания слегка выпячивается. У спортсменов, как правило, смешанный тип дыхания, где участвуют оба механизма увеличения объема грудной клетки.

Перкуссия (поколачивание) позволяет определить изменение (если оно есть) плотности легких. Изменения в легких являются обычно следствием некоторых заболеваний (воспаление легких, туберкулез и др.).

Аускультация (выслушивание) определяет состояние воздухоносных путей (бронхов, альвеол). При различных заболеваниях органов дыхания прослушиваются весьма характерные звуки — различные хрипы, усиление или ослабление дыхательного шума и т.д. Исследование внешнего дыхания проводят по показателям, характеризующим вентиляцию, газообмен, содержание и парциальное давление кислорода и углекислого газа в артериальной крови и по другим параметрам. Для исследования функции внешнего дыхания пользуются спирометрами, спирографами и специальными аппаратами открытого и закрытого типа. Наиболее удобно спирографическое исследование, при котором на движущейся бумажной ленте записывается кривая — спирограмма