Воздействие физической тренировки на обмен веществ, крови и кровяной системы

Воздействие физической тренировки на обмен веществ,  крови и кровяной системы.

 Для начала напомним некоторые сведения о строении и функции сердечно-сосудистой системы и ее резервных возможностях. Сердце - полый мышечный орган, выполняющий роль насоса, перекачивающего кровь, и обеспечивающий ткани кислородом. Артериальная кровь, насыщенная кислородом в легких, попадает в левый желудочек, мощная мышца которого при сокращении выбрасывает кровь в аорту. Последняя разветвляется на артерии, артериолы и капилляры, которыми снабжены туловище, конечности и внутренние органы. Из крови капилляров в ткани поступают питательные вещества, вода, соли и кислород, а обратно всасываются углекислота и продукты обмена веществ. Сердце имеет массу в среднем 280 г, его длина 13 см, ширина 10,5 см, толщина 7 см. Но все эти данные в значительной степени варьируют: у тренированных физически людей масса сердца может достигать 500 г и более. Сердце нетренированного человека в состоянии покоя за одно сокращение (систолу) выталкивает в аорту 50-70 мл крови, в минуту при 70-80 сокращениях 3,5-5 л. Систематическая физическая тренировка усиливает функцию сердца и доводит систолический объем до 90-110 мл в покое, а при очень больших физических нагрузках до 150 и даже 200 мл. Частота сердечных сокращений при этом увеличивается до 200 и более, минутный объем соответственно до 25, а иногда и 40 л! Словом, сердце спортсмена имеет десятикратный резерв мощности. Частота сердечных сокращений у нетренированного взрослого человека в покое обычно составляет 72-84 в минуту, для сердца же тренированного спортсмена в покое характерна брадикардия, т. е. частота сокращений ниже 60 ударов в минуту (иногда до 36-38). Такой режим работы более “выгоден” для сердца, так как увеличивается время отдыха (диастола), во время которого оно получает обогащенную кислородом артериальную кровь.

Основное же различие заключается в том, что при  легкой нагрузке сердце нетренированного человека увеличивает количество сокращений, а сердце спортсмена повышает ударный  выброс крови, т. е. работает экономичнее. Конечно, десятикратное увеличение мощности сердца в экстремальных условиях не может не сказаться на функции сосудистой системы. Но у тренированного человека она также имеет больший запас прочности. При больших физических нагрузках максимальное давление у спортсменов и физически тренированных людей может превысить 200-250 мм рт. ст., а минимальное падает до 50 мм рт. ст. Так, у спортсмена, мастера спорта по классической борьбе, после финальной схватки на соревнованиях максимальное артериальное давление, измеренное обычным способом, превышало 300 мм рт. ст., а минимальное было равно 0! Пульсовое давление, т. е. разность между максимальным и минимальным, было огромно, но в течение 15 мин показатели вернулись к исходным величинам. Такие высокие нагрузки (давление крови, максимальное и пульсовое) могут выдержать только здоровые сосуды. Для больных, например, гипертонической болезнью или артериосклерозом, они означали бы катастрофу. А между тем физиологи утверждают, что стенки здоровых артерий выдерживают давление до 20 атмосфер! При большой физической нагрузке возрастает и объем циркулирующей в организме крови в среднем на 1-1,5 л, достигая в целом 5-6 л. Пополнение поступает из кровяных депо - своеобразных резервных емкостей, находящихся главным образом в печени, селезенке и легких. Соответственно увеличивается количество циркулирующих красных кровяных телец - эритроцитов, в результате чего возрастает способность крови транспортировать кислород. Итак, объем циркулирующей крови способен возрастать благодаря работе сердца-насоса и транспортных артерий с 3-5 до 40 л в минуту. Она заполняет мельчайшие сосуды, артериолы и капилляры. Этот мощный поток крови обеспечивает кислородом и энергией возросшие потребности всего организма и в первую очередь мышечной системы. Кровоток в работающих мышцах увеличивается в десятки раз. На поперечном разрезе мышцы в 1 мм² гистологи насчитывают около 1400 капилляров, а в 1 мм их около 4000. В работающих мышцах число функционирующих капилляров возрастает многократно. Скорость кровотока в работающих мышцах увеличивается в 20 раз, а интенсивность обмена веществ с использованием кислорода может возрасти в 100 раз!

Приведенные цифры  свидетельствуют о больших анатомических  и функциональных резервах сердечно-сосудистой системы, которые раскрываются только при их систематической тренировке. Интересные расчеты приводит в своей книге “Раздумья о здоровье” академик Н. М. Амосов. Сравниваются два человека: тренированный, сердце которого имеет максимальный минутный объем кровообращения 20 л, нетренированный - с максимальным минутным объемом 6 л. Обоим в состоянии покоя и при полном здоровье для жизнеобеспечения достаточно 4 л крови в минуту. Предполагается далее, что они заболели тяжелым инфекционным заболеванием. При повышенной до 40 °С температуре потребление кислорода тканями возросло вдвое. Организм первого человека легко справляется с этим, так как его сердце способно выдержать и более значительную нагрузку, а ткани второго будут страдать от недостатка кислорода, “задыхаться”, поскольку его сердце не в состоянии справиться с удвоенным объемом крови (максимум только 6 л). В итоге больной может погибнуть от сердечной недостаточности.

ФИЗИЧЕСКИЕ  УПРАЖНЕНИЯ И СИСТЕМА  ДЫХАНИЯ

Если сердце представляет собой насос, перекачивающий кровь  и обеспечивающий ее доставку ко всем тканям, то легкие - главный орган  дыхательной системы - насыщают эту  кровь кислородом. Чтобы яснее представить себе функциональные и резервные возможности дыхательной системы, вспомним анатомо-физиологические особенности аппарата дыхания. Он состоит из воздуховодных путей и легких. Воздуховодные пути включают в себя носоглотку, гортань, трахею, бронхи и бронхиолы, доставляющие атмосферный воздух в альвеолы, огромное количество которых и составляет собственно легочную ткань. Альвеолы - это тонкостенные, наполненные воздухом пузырьки, густо оплетенные кровеносными легочными капиллярами. Подсчитано, что легкие содержат около 600-700 млн. альвеол. Площадь их поверхности при выдохе равняется 30 м², а при глубоком вдохе, т. е. при растяжении, достигает 100-120 м². Напомним, что поверхность всего тела составляет около 2 м². Оказывается, физические нагрузки увеличивают число альвеол в легких, совершенствуя тем самым дыхательный аппарат и увеличивая его резервы.

Было установлено, что у спортсменов количество альвеол и альвеолярных ходов  увеличено на 15-20% по сравнению с  таковыми у незанимающихся спортом. Это значительный анатомический и функциональный резерв. Дыхание осуществляется последовательным чередованием вдоха и выдоха. В норме здоровый взрослый человек в покое делает в среднем 15-18 вдохов и выдохов в минуту, причем за один вдох в легкие поступает примерно 500 мл воздуха. Эта величина называется дыхательным объемом, или дыхательным воздухом. Таким образом, вентиляция легких в одну минуту составляет 7,5-9 л. После обычного вдоха усилием воли можно дополнительно вдохнуть какое-то количество воздуха, он называется дополнительным. Точно так же после обычного выдоха возможно еще выдохнуть некоторое количество воздуха, его называют резервным. Сумма дыхательного, дополнительного и резервного воздуха составляет жизненную емкость легких. Физические упражнения оказывают большое влияние на формирование аппарата дыхания. У спортсменов, например, жизненная емкость легких достигает 7 л и более. Спортивные врачи сборных команд страны по баскетболу и лыжам зарегистрировали величины, равные 8100 и 8700 мл. Конечно, спортсмены - это люди, как правило, с изначально хорошими физическими данными. Но физические нагрузки развивают любой организм.

Обследование школьников одного возраста и с одинаковыми  антропометрическими данными показали, что основные параметры внешнего дыхания, кислородного пульса (количество кислорода, используемое организмом за одно сокращение сердца), объема сердца, максимального потребления кислорода, работоспособности были выше в среднем  на 20-27 % у тех из них, кто занимался  спортом. При максимальных физических нагрузках частота дыхания может возрасти до 50-70 в минуту, а минутный объем дыхания до 100-150 л, т.е. в 10-15 раз превысить этот показатель, отмечаемый в состоянии покоя. Хорошо развитый дыхательный аппарат - надежная гарантия полноценной жизнедеятельности клеток. Ведь известно, что гибель клеток организма в конечном итоге связана с недостатком в них кислорода. И напротив, многочисленными исследованиями установлено, что чем больше способность организма усваивать кислород, тем выше физическая работоспособность человека. Тренированный аппарат внешнего дыхания (легкие, бронхи, дыхательные мышцы) - это первый этап на пути к улучшению здоровья. При использовании регулярных физических нагрузок максимальное потребление кислорода, как отмечают спортивные физиологи, повышается в среднем на 20-30%. У тренированного человека система внешнего дыхания в покое работает более экономно. Так, частота дыхания снижается до 8-10 в минуту, при этом несколько возрастает его глубина. Из одного и того же объема воздуха, пропущенного через легкие, извлекается большее количество кислорода. Возрастающая при мышечной активности потребность организма в кислороде “подключает” к решению энергетических задач незадействованные до этого резервы легочных альвеол. Это сопровождается усилением кровообращения во вступившей в работу ткани и повышением аэрации (насыщенность кислородом) легких. Считают, что этот механизм повышенной вентиляции легких укрепляет их. Кроме того, хорошо “проветриваемая” при физических усилиях легочная ткань менее подвержена заболеваниям, чем те ее участки, которые аэрированы слабее и потому хуже снабжаются кровью. Известно, что при поверхностном дыхании нижние доли легких в малой степени участвуют в газообмене. Именно в местах, где легочная ткань обескровлена, чаще всего возникают воспалительные очаги. И напротив, повышенная вентиляция легких оказывает целительное действие при некоторых хронических легочных заболеваниях.

Врачи уже давно  заметили, что, например, оперные певцы, а также спортсмены не болеют туберкулезом легких. В основе этого факта в  обоих случаях лежит повышенная аэрация легких.При физических нагрузках возрастание легочной вентиляции связано с усилившейся амплитудой движений диафрагмы. Этот факт благоприятно отражается и на состоянии других внутренних органов. Так, сокращаясь при вдохе, диафрагма давит на печень и другие органы пищеварения, способствуя оттоку из них венозной крови и поступлению ее в правые отделы сердца. При выдохе диафрагма поднимается, облегчая приток артериальной крови к органам брюшной полости и улучшая их питание и работу. Таким образом, диафрагма является как бы вспомогательным аппаратом кровообращения для органов пищеварения. Именно этот механизм - своеобразный мягкий массаж - имеют в виду специалисты лечебной физкультуры, рекомендуя некоторые упражнения дыхательной гимнастики для лечения органов пищеварения. Впрочем, индийские йоги с давних пор лечат заболевания желудка, печени и кишечника дыхательной гимнастикой, эмпирически установив целебное ее действие при многих недугах брюшной полости. Периодическое повышение и понижение внутригрудного давления в акте дыхания существенно отражается и на кровоснабжении самого сердца. Во время вдоха при увеличении объема грудной клетки создается присасывающая сила отрицательного давления, которая усиливает приток крови из полых вен и легочной вены к сердцу. При этом, что особенно важно, расширяется просвет питающих сердце коронарных артерий, и сердце получает больше кислорода. Можно напомнить, что снижение кровотока именно в этих сосудах создает угрозу возникновения стенокардии и инфаркта миокарда - болезни номер один современного общества. К регулирующему эффекту глубокого дыхания многие больные прибегают интуитивно. Пациенты рассказывали, как они научились купировать начинающийся приступ пароксизмальной тахикардии (болезненно учащенное сердцебиение), используя глубокий вдох с небольшим натуживанием. Физиологи считают, что усиленный вдох оказывает влияние на сердечный кровоток, а также на блуждающий нерв, который способен регулировать работу сердца. В то же время недостаточно развитый аппарат внешнего дыхания может способствовать развитию различных болезненных нарушений в организме, ибо недостаточное поступление кислорода влечет за собой повышенную утомляемость, падение работоспособности, снижение сопротивляемости организма и рост риска заболеваний. Такие распространенные болезни, как ишемическая болезнь сердца, гипертония, атеросклероз, нарушение кровообращения головного мозга, так или иначе связаны с недостаточным поступлением кислорода. Насколько важно повысить использование кислорода, настолько же важно выработать устойчивость организма к гипоксии, т. е. к кислородному голоданию тканей. Потому что возникающие при этом неблагоприятные изменения, которые вначале являются обратимыми, затем ведут к заболеваниям. При гипоксии страдает в первую очередь центральная нервная система: нарушается тонкая координация движений, появляются головная боль, сонливость, теряется аппетит. Затем снижаются обменные процессы, угнетаются функции внутренних органов. Наступают быстрая утомляемость, слабость, падает работоспособность. Любая работа, особенно умственная, требует больших усилий. Длительное воздействие гипоксии часто приводит к необратимым изменениям в сердце, печени, ускоренному развитию атеросклероза, раннему старению.

Как выработать устойчивость организма к недостатку кислорода? Рецепт прежний - тренировкой. Отличный тренирующий эффект дает продолжительное  пребывание в горах на высоте около 2000-2500 м, где содержание кислорода (парциальное  давление) в атмосферном воздухе  снижено. Организм постепенно привыкает  к недостатку кислорода, перестраивая свои функции и мобилизуя защитные резервы. Но всех желающих потренироваться  невозможно переселить в горы. Следовательно, нужны способы создания искусственной гипоксии. Одним из таких способов является дыхательная гимнастика, в которую включаются упражнения с волевой задержкой дыхания (кстати, после неправильного использования именно таких упражнений наблюдается дыхательный дискомфорт). Наилучшим же средством являются опять-таки физические нагрузки. Активно сокращающиеся мышцы резко увеличивают кислородный “запрос”, иногда более чем в 100 раз. Сердечно-сосудистая система не в состоянии сразу обеспечить доставку такого большого его количества к тканям. Возникает кислородная задолженность (состояние гипоксии), которая исчезает в разные сроки после уменьшения нагрузки в зависимости от величины кислородного долга. Систематическое воздействие физических нагрузок определенной мощности создает в тканях гипоксию, которую организм ликвидирует, постоянно включая защитные механизмы, все более и более тренируя их. В итоге возникает состояние высокой устойчивости к недостатку кислорода. Таким образом, физические нагрузки оказывают как бы двойной тренирующий эффект: повышают устойчивость к недостатку кислорода и, увеличивая мощность дыхательной и сердечно-сосудистой системы, способствуют лучшему его усвоению. Известный специалист в области физиологии дыхания профессор М. Е. Маршак считает, что именно мышечная работа служила в процессе эволюции основным стимулом к становлению и развитию системы дыхания. 

ВОЗДЕЙСТВИЕ ФИЗИЧЕСКИХ УПРАЖНЕНИЙ НА ОПОРНО-ДВИГАТЕЛЬНЫЙ АППАРАТ

Опорно-двигательный аппарат состоит из костного скелета  и мышц. Мышцы человека делятся  на три вида: гладкая мускулатура  внутренних органов и сосудов, характеризующаяся  медленными сокращениями и большой  выносливостью; поперечнополосатая мускулатура  сердца, работа которой не зависит  от воли человека, и, наконец, основная мышечная масса - поперечнополосатая скелетная  мускулатура, находящаяся под волевым  контролем и обеспечивающая нам  функцию передвижения. Скелетная мускулатура - главный аппарат, при помощи которого совершаются физические упражнения. Она отлично поддается тренировке и быстро совершенствуется. Оздоровляющее влияние физической культуры в основном связывают почему-то с улучшением деятельности сердечно-сосудистой и дыхательной систем, забывая о ее роли в развитии мускулатуры, мышечной силы. Наставления типа: “А зачем накачивать силу? Тренируйте сердце. Это важнее для здоровья” - совсем нередки. Такое пренебрежительное отношение к мышечной системе вызвано скорее всего ошибочным представлением о мышцах только как о средстве механического передвижения. Однако их функция значительно шире. Конечно, скелетная мускулатура, являясь частью опорно-двигательного аппарата, позволяет нам перемещаться в пространстве, полностью обеспечивая жизнедеятельность человека. Одного этого уже было бы достаточно, чтобы с большим вниманием относиться к развитию мышц. Тем более что двигаемся-то мы по-разному. Мы любуемся красотой движений артистов балета, грацией и изяществом спортсменов-фигуристов, восхищаемся стройностью и воздушной легкостью походки гимнасток и танцовщиц. А разве не вызывают нашего одобрения сильные, ладные фигуры гимнастов, тяжелоатлетов, борцов? Разве не рассматриваем мы подолгу атлетические фигуры Давида и Моисея, в которых Микельанджело выразил рельефной мраморной линией непреходящую красоту силы и мощи мужского тела? И грустное сожаление испытываем мы при виде людей молодых, но сутулых, хилых, с расхлябанной, шаркающей походкой, физически неопрятных. Все это - прекрасные или безобразные движения, хорошая или плохая осанка, правильное или неправильное телосложение - обусловлено нашей природной “мышечной одеждой”, нашим мышечным корсетом. Хорошо и гармонично развитая мускулатура, способность мышц в широком диапазоне напрягаться, расслабляться и растягиваться обеспечивают человеку прекрасную внешность. А ведь красота стоит трудов! К тому же хорошее телосложение, как правило, соответствует и более крепкому здоровью, обеспечивает лучшую функцию внутренних органов. Так, при патологических искривлениях позвоночника, деформациях грудной клетки (а причиной тому бывает слабость мышц спины и плечевого пояса) затрудняется работа легких и сердца, ухудшается кровоснабжение мозга и т. д. Хорошо же развитая мускулатура является надежной опорой для скелета. Тренированные мышцы спины, например, укрепляют позвоночный столб, разгружают его, беря часть нагрузки на себя, предотвращают “выпадение” межпозвоночных дисков, соскальзывание позвонков (достаточно широко распространенная патология, являющаяся причиной упорных болей в поясничном отделе позвоночника). Слабо развитая дыхательная мускулатура не в состоянии обеспечить хорошую вентиляцию легких, и наоборот, именно активность дыхательной мускулатуры совершенствует систему дыхания в процессе роста и развития организма. Словом, укрепление мышечной системы не только формирует красивую внешность, но и несет здоровье.