Организм как единая саморазвивающаяся и саморегулирующаяся биологическая система

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 лет. 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 быть важным диагностическим  признаком переутомления, перенапряжения  и недовосстановления или заболевания.

 Регуляция о6мена веществ. Русский физиолог И.П. Павлов (1849 – 1936) установил, что функциональное состояние нервной системы может изменять интенсивность обменных процессов. Способность нервной системы менять характер питания (трофики) тканей получила наименование трофической функции нервной системы.

 В дальнейшем было  установлено, что вегетативная  нервная система оказывает непосредственное  трофическое влияние на деятельность  всех органов. Особое значение  в регуляции обмена веществ  имеет отдел промежуточного мозга  – гипоталамус. Разрушение этого  отдела центральной нервной системы  ведет к целому ряду нарушений  жирового, углеводного и других  видов обмена. Гипоталамус регулирует  деятельность важной железы внутренней  секреции – гипофиза, который  контролирует работу всех других  желез внутренней секреции, а  те, в свою очередь, выделяя  гормоны, осуществляют тонкую  гуморальную регуляцию обмена  веществ на клеточном уровне. Различные гормоны (инсулин, адреналин,  тироксин) направляют деятельность  ферментных систем, которые регулируют  обменные процессы в организме.  Эта согласованная взаимосвязь  осуществляется в результате  взаимодействия нервной и гуморальной  (жидкостной) систем регуляции.

 Для регуляции основного  обмена имеют существенное значение  условнорефлекторные факторы. Например, у спортсменов основной обмен оказывается несколько повышенным в дни тренировочных занятий и, особенно, соревнований. Вообще же спортивная тренировка, экономизируя химические процессы в организме, ведет к снижению основного обмена. Более ярко это проявляется у лиц, тренирующихся к длительной, умеренной по интенсивности, работе. Однако в ряде  случаев основной обмен оказывается у спортсменов повышенным и в дни отдыха. Это объясняется длительным (в течение нескольких суток) повышением интенсивности обменных процессов в связи с выполненной напряженной работой.

 На основной обмен  влияют многие гормоны. Например, тироксин резко повышает основной  обмен; при гипофункции щитовидной  железы он снижается. Наряду  с другими факторами на величину  обмена веществ и энергии воздействуют  характер питания, состав и  количество принимаемой пищи. Пищеварительные  процессы повышают обмен веществ  и энергии. Это называется специфически-динамическим  действием пищи. Оно продолжается  в течение 5 – 6 ч после ее  приема. Степень увеличения обменных  процессов зависит от того, какие  вещества перевариваются и всасываются.  Наиболее сильным специфически-динамическим  действием обладают белки и  аминокислоты. Поступление с пищей  белков повышает обмен энергии  на 10%, углеводов – на 6, жиров –  на 3. При обычном смешанном питании  прием пищи увеличивает основной  обмен на 150 – 200 ккал. Повышение  основного обмена в связи с  приемом пищи обусловлено усилением  химических процессов в тканях  при ассимиляции составных частей  пищи.

 Расход энергии при различных формах деятельности. Суточный расход энергии человека включает величину основного обмена и энергию, необходимую для выполнения профессионального труда, спортивной и других форм мышечной деятельности. Умственный труд требует небольших энергетических затрат. При физической же работе расход энергии может достигать очень больших величин. Например, при ходьбе энергии расходуется на 80 – 100% больше по сравнению с покоем, при беге – на 400% и более.

По характеру выполняемой  производственной деятельности и величине энергетических затрат взрослое население  может быть разделено на 4 группы. К первой группе относят лиц, профессии  которых не связаны с физическим трудом. Суточный расход энергии у  них составляет 2000 – 3000 ккал. У занимающихся полностью механизированным трудом расход энергии повышен до 3500 ккал. При немеханизированном уде суточный расход энергии может достигать 4000 ккал. Очень тяжелый немеханизированный труд вызывает расход энергии равный, 4500 – 5000 ккал. В отдельных случаях  при выполнении длительной и тяжелой  работы суточный расход энергии может  повышаться до 7000 – 8000 ккал. С механизацией промышленности и сельского хозяйства, резко снизились энергетические траты у рабочих(например, при  косьбе вручную суточный расход энергии  достигает в среднем 7 200 ккал, при  косьбе машиной – 3600 ккал). Спортивная деятельность сопровождается значительным увеличением суточного расхода  энергии (до 4500 – 5000 ккал). В дни тренировок с повышенными нагрузками и соревнований в некоторых видах спорта (лыжные гонки, бег на длинные дистанции  и др.) эти величины могут быть еще больше. При прочих равных условиях расход энергии тем больше, чем  относительно длиннее и интенсивнее  выполняемая работа.

Мышечная работа необходима для нормальной жиэнедеятельности  организма. Количество энергии, затрачиваемое  непосредственно на физическую работу, должно составлять не менее 1200 – 1300 ккал в сутки. В связи с этим для  лиц не занимающихся физическим трудом и расходующих на мышечную деятельность меньшее количество энергии, физические упражнения особенно необходимы.

На уровень расхода  энергии влияют также эмоции, возникающие  во время какой-либо деятельности. Они  могут усиливать или, наоборот, снижать  обмен веществ и энергии в  организме. Энергетические траты зависят  не только от величины выполняемой  работы, но и от условий внешней  среды, в которой производится работа: температура и влажность воздуха, барометрическое давление, сила ветра.

Ритм рабочих движений также влияет на расход энергии. Однако ритм работы, вызывающий минимальный  расход энергии, не всегда бывает наиболее выгодным. Вообще об утомительности работы нельзя судить по величине энергетических трат. Например, весьма утомительная статическая  работа требует для своего выполнения меньше энергии, чем кажущаяся более  легкой динамическая работа.

После окончания мышечной деятельности расход энергии некоторое  время остается еще повышенным по сравнению с уровнем покоя. Это  обусловливается химическими процессами в мышце, связанными с окислением молочной кислоты и ликвидацией  кислородного долга.

При выполнении человеком  механической работы коэффициент, полезного  действия может достигать 20 – 25%. Вся  остальная освобождаемая энергия  превращается в тепло. КПД при  физической работе зависит от структуры  движений, их темпа, от количества вовлекаемых  в работу мышц, от тренированности  выполняющего работу.

Изменения в системах крови, кровообращения и дыхания при  интенсивной мышечной деятельности. При регулярных занятиях физическими упражнениями, каким-либо видом спорта в крови увеличивается количество эритроцитов и гемоглобина, обеспечивающее рост кислородной емкости крови; возрастает количество лейкоцитов и их активность, что повышает сопротивляемость организма к простудным и инфекционным заболеваниям.

Физиологические сдвиги негативного  плана (нарастание концентрации молочной кислоты, солей и т.п.) после непосредственной мышечной деятельности у тренированных  людей легче и быстрее ликвидируются  с помощью так называемых буферных систем крови благодаря более  совершенному механизму восстановления.

Кровь в организме под  воздействием работы сердца находится  в постоянном движении. Этот процесс  происходит под воздействием разности давления в артериях и венах. Артерии  – кровеносные сосуды, по которым  кровь движется от сердца. Они имеют  плотные упругие мышечные стенки. От сердца отходят крупные артерии (аорта, легочная артерия), которые, удаляясь от него, ветвятся на более мелкие. Самые мелкие артерии разветвляются на микроскопические сосуды-капилляры. Они в 10 – 15 раз тоньше человеческого волоса и густо пронизывают все ткани тела. Например, в 1 мм2 работающей скелетной мышцы действует около 3000 капилляров. Если все капилляры человека уложить в одну линию, то ее длина составит 100 000 км. Капилляры имеют тонкие полупроницаемые стенки, через которые во всех тканях организма осуществляется обмен веществ. Из капилляров кровь переходит в вены – сосуды, по которым она движется к сердцу. Вены имеют тонкие и мягкие стенки и клапаны, которые пропускают кровь только в одну сторону – к сердцу.

Двигательная активность человека, занятия физическими упражнениями, спортом оказывают существенное влияние на развитие и состояние  сердечно-сосудистой системы. Пожалуй, ни один орган не нуждается столь  сильно в тренировке и не поддается  ей столь легко, как сердце. Работая  с большой нагрузкой при выполнении спортивных упражнений, сердце неизбежно  тренируется. Расширяются границы  его возможностей, оно приспосабливается  к перекачке количества брови  намного большего, чем это может  сделать сердце нетренированного человека. В процессе регулярных занятий физическими  упражнениями и спортом, как правило, происходит увеличение массы сердечной  мышцы и размеров сердца. Так, масса  сердца у нетренированного человека составляет в среднем около 300 г, у тренированного – 500 г.

Показателями работоспособности  сердца являются частота пульса, кровяное давление, систолический и минутный объем крови. Систолический объем в покое у нетренированного – 50 – 70 мл, у тренированного 70 – 80 мл; при интенсивной мышечной работе соответственно – 100 – 130 мл и 200 мл и более.

Физическая работа способствует расширению кровеносных сосудов, снижению тонуса их стенок; умственная работа, так  же как и нервно-эмоциональное  напряжение, приводит к сужению сосудов, повышению тонуса их стенок и даже спазмам. Такая реакция особенно свойственна сосудам сердца и  мозга. Длительная напряженная умственная работа, частое нервно-эмоциональное напряжение, не сбалансированные с активными движениями и с физическими нагрузками, могут привести к ухудшению питания этих важнейших органов, к стойкому повышению кровяного давления, которое, как правило, является главным признаком гипертонической болезни. Свидетельствует о заболевании также и понижение кровяного давления в покое (гипотония), что может быть следствием ослабления деятельности сердечной мышцы. В результате специальных занятий физическими упражнениями и спортом кровяное давление претерпевает положительные изменения. За счет более густой сети кровеносных сосудов и высокой их эластичности у спортсменов, как правило, максимальное; давление в покое оказывается несколько ниже нормы. Однако предельная частота сердечных сокращений у тренированных людей при физической нагрузке может находиться на уровне 200 – 240 удар/мин, при этом систолическое давление довольно долго находится на уровне 200 мм рт. ст. Нетренированное сердце такой частоты сокращений достигнуть просто не может, а высокое систолическое и диастолическое давление даже при кратковременной напряженной деятельности,, могут явиться причиной предпатологических и даже патологических состояний.

Систолический обьем крови  – это количество крови, выбрасываемое  левым желудочком сердца при каждом его сокращении. Минутный объем крови  – количество крови, выбрасываемое  желудочком в течение одной минуты. Наибольший систолический объем  наблюдается при частоте сердечных  сокращений от 130 до 180 удар/мин. При. частоте  сердечных сокращений выше 180 удар/мин  систолический объем начинает сильно снижаться. Поэтому наилучшие возможности  для тренировки сердца имеют место  при физических нагрузках, когда  частота сердечных сокращений находится  в диапазоне от 130 до 180 удар/мин.

В покое кровь совершает  полный кругооборот за 21 – 22 с, при  физической работе – за 8 с и менее, при этом объем циркулирующей  крови способен возрастать до 40 л/мин. В результате такого увеличения объема и скорости кровотока значительно повышается снабжение тканей организма кислородом и питательными веществами. Особенно полезна тренировка для совершенствования сердечно-сосудистой системы в циклических видах спорта на открытом воздухе.

Присасывающие действия в  кровообращении и мышечный насос. Гравитационный шок. При переходе крови из капилляров в вены давление падает до 10 – 15 мм рт. ст., что значительно затрудняет возврат крови к сердцу, так как ее движению препятствует еще и сила гравитации. Венозному кровообращению способствует присасывающее действие сердца при расслаблении и присасывающее действие грудной полости при вдохе. При активной двигательной деятельности циклического характера воздействие присасывающих факторов повышается. При малоподвижном образе жизни венозная кровь может застаиваться (например в брюшной полости или в области таза при длительном сидении). Вот почему движению крови по венам способствует деятельность окружающих их мышц (мышечный насос). Сокращаясь и расслабляясь, мышцы то сдавливают вены, то прекращают этот пресс, давая им расправиться и тем самым способствуют продвижению крови по направлению к сердцу, в сторону пониженного давления, так как движению крови в противоположную от сердца сторону препятствуют клапаны, имеющиеся в венозных сосудах. Чем чаще и активнее сокращаются и расслабляются мышцы, тем большую помощь сердцу оказывает мышечный насос. Особенно эффективно он работает при локомоциях (ходьбе, гладком беге, беге на лыжах, на коньках, при плавании и т.п.). Мышечный насос способствует более быстрому отдыху сердца и после интенсивной физической нагрузки.

Следует упомянуть и о  феномене гравитационного шока, который  может наступить после резкого  прекращения длительной; достаточно интенсивной циклической работы (спортивная ходьба, бег). Прекращение  ритмичной работы мышц нижних конечностей  сразу лишает помощи систему кровообращения: кровь под действием гравитации остается в крупных венозных сосудах  ног, движение ее замедляется, резко снижается возврат крови к сердцу, а от него в артериальное сосудистое русло, давление артериальной крови падает, мозг оказывается в условиях пониженного кровоснабжения и гипоксии. Как результат этого явления – головокружение, тошнота, обморочное состояние, Об этом необходимо помнить и не прекращать резко движения циклического характера сразу после финиша, а постепенно (в течение 3 – 5 минут) снижать интенсивность.

Особенности дыхания. Затраты энергии на физическую работу обеспечиваются биохимическими процессами, происходящими в мышцах в результате окислительных реакций, для которых постоянно необходим кислород. Во время мышечной работы для увеличения газообмена усиливаются функции дыхания и кровообращения. Совместная работа систем дыхания, крови и кровообращения по газообмену оцениваются рядом показателей: частотой дыхания, дыхательным объемом, легочной вентиляцией, жизненной емкостью легких, кислородным запросом, потреблением кислорода, кислородной емкостью крови и т.д.