Воздействие физической тренировки на обмен веществ, крови и кровяной системы

Мышцы нашего тела - добрые волшебники. Выполняя свою работу, они  одновременно совершенствуют и функции  практически всех внутренних органов. В самом деле, если при большой  физической активности обменные процессы в мышцах возрастают в десятки  раз, то это увеличение должно быть обеспечено ростом активности других органов и систем и в первую очередь сердечно-сосудистой и дыхательной. Обязательно вовлекаются в процесс центральная и вегетативная нервная система, стимулируется работа печени - основной биохимической лаборатории организма, так как многие процессы, осуществляющие деятельность мускулатуры, происходят именно там. Нервный механизм взаимосвязи скелетной мускулатуры и внутренних органов представляется особенно интересным. Установлена взаимосвязь мышц и внутренних органов, которая получила название моторно-висцеральных рефлексов. Работающие мышцы посылают по нервным волокнам информацию о собственных потребностях, состоянии и деятельности внутренним органам через вегетативные нервные центры и таким образом влияют на их работу, регулируя и активизируя ее. Может быть, именно этот механизм лежит в основе лечебного эффекта ритмического сокращения мышц во время ходьбы и бега. Человек обычно не замечает работы своего сердца, если его сокращения происходят через равные промежутки времени, но всякое изменение этого ритма (выпадение сокращения или внеочередное сокращение) ощущается болезненно. Как мы уже говорили, многие больные избавляются от этого неприятного недуга с помощью физической активности.

Не исключено, что  ритмические сокращения мышц (при  равномерной ходьбе и беге) передают свою информацию по моторно-висцеральным путям сердечной мышце и как  бы диктуют ей физиологически правильный ритм.

И. П. Павлов говорил, что в жизни человеческого  организма нет ничего более властного, чем ритм, и любая функция, в  особенности вегетативная, имеет  постоянную склонность переходить на навязанный ей ритм. А если учесть, что  нарушение ритма сердечных сокращений часто бывает связано с нарушением нервной регуляции, станет понятным эффект нормализующего воздействия  ритмичных мышечных сокращений на деятельность сердца. Кроме того, известна и прямая функциональная связь работающих скелетных мышц и сердца посредством гуморальной (т. е. через кровь) регуляции. Установлено, что на каждые 100 мл повышения потребления кислорода мышцами при нагрузке, отмечается рост минутного объема сердца на 800 мл, следовательно, можно сказать, что в определенной мере работа мышц “настраивает” работу сердца. Мышцы являются мощной биохимической лабораторией. Они содержат особое дыхательное вещество - миоглобин (сходный с гемоглобином крови), соединение которого с кислородом (оксимиоглобин) обеспечивает тканевое дыхание при экстраординарной работе организма, например при внезапной нагрузке, когда сердечно-сосудистая система еще не перестроилась и не обеспечивает доставку необходимого кислорода. Важное значение миоглобина заключается и в том, что, являясь первейшим кислородным резервом, он способствует нормальному протеканию окислительных процессов при кратковременных нарушениях кровообращения и статической работе. Количество миоглобина достаточно велико и достигает 25% от общего содержания гемоглобина. Происходящие в мышцах разнообразные биохимические процессы в конечном итоге отражаются на функции всех органов и систем. Так, в мышцах происходит активное накопление аденозинтрифосфорной кислоты (АТФ), которая служит аккумулятором энергии в организме, причем процесс накопления ее находится в прямой зависимости от деятельности мышц и поддается тренировке. Мышцы играют роль вспомогательного фактора кровообращения. Широко известно, что для стимуляции венозного кровотока у больных варикозным расширением вен (болезнь, связанная с врожденной слабостью венозной стенки) полезна дозированная ходьба. Она уменьшает отеки, так как сокращающиеся мышцы ног как бы подгоняют, выжимают и подкачивают венозную кровь к сердцу. Установлено, что каждое мышечное волокно постоянно вибрирует даже в состоянии видимого покоя. Эта вибрация, обычно не ощущаемая, не прекращается ни на минуту и способствует лучшему кровотоку. Таким образом, каждая скелетная мышца, а их в организме около 600, является как бы своеобразным микронасосом, нагнетающим кровь. Конечно, дополнительное участие такого количества периферических “сердец”, как их образно называют, значительно стимулирует кровообращение. Самое замечательное при этом состоит в том, что эта система вспомогательного кровообращения великолепно поддается тренировке с помощью физических упражнений и, будучи активно включенной в работу, многократно усиливает физическую и спортивную работоспособность. Отсутствие же регулярных физических нагрузок хотя бы в течение 2-3 дней быстро “растренировывает” систему микронасосов. Не исключено, что мышечные микронасосы наряду с другими факторами играют не последнюю роль в лечебном эффекте, который дают физические упражнения при некоторых формах сердечной недостаточности. Представим себе: сердечная мышца ослаблена, упражнения, казалось бы, усиливают нагрузку на нее, а в результате, как это ни парадоксально - признаки болезни исчезают, или уменьшаются. Мышечное волокно характеризуется следующими основными физиологическими свойствами: возбудимостью, сократимостью и растяжимостью. Эти свойства в различном сочетании обеспечивают нервно-мышечные особенности организма и наделяют человека физическими качествами, которые в повседневной жизни и спорте называют силой, быстротой, выносливостью и т. д. Они отлично развиваются под воздействием физических упражнений.

Сила лучше и  быстрее других качеств растет под  воздействием физических нагрузок. При  этом мышечные волокна увеличиваются  в поперечнике, в них в большом  количестве накапливаются энергетические вещества и белки, мышечная масса  растет. Существует физическая закономерность: сила мышцы пропорциональна физиологическому поперечному ее сечению, т. е. сумме  поперечных сечений всех ее волокон. Но силовые способности различных мышц не одинаковы. Так, абсолютная сила, выраженная в килограммах на 1 см² (максимальный груз в килограммах, который может поднять мышца с поперечным сечением 1 см), икроножной мышцы равна 5,9, бицепса 11,4, трехглавой мышцы плеча 16,8, а гладких мышц всего 1 кг/см². Регулярные физические упражнения с отягощением (занятия с гантелями, штангой, физический труд, связанный с подъемом тяжестей) достаточно быстро увеличивают динамическую силу. Иногда уже через 2-3 недели результат становится очевидным. Причем сила хорошо развивается не только в молодом возрасте. И у пожилых людей способность к ее развитию большая, чем принято думать. Так, член группы здоровья, 58 лет, сам того не ожидая, установил личный рекорд: подтянулся на перекладине 15 раз. Даже в молодости ему этого никогда не удавалось. Самые яркие примеры развития мускулатуры и связанной с ней силы дает тяжелая атлетика. Замечательный спортсмен Василий Алексеев начал заниматься штангой, когда его собственная масса была равна 88 кг при длине тела 182 см. Он выжимал штангу весом 75 кг, в рывке брал 75 кг, а в толчке 95 кг (в сумме набирал 245 кг). На Мюнхенских Олимпийских играх, имея собственную массу 152,8 кг, он выжимает уже штангу в 235 кг, в рывке показывает результат 175 кг, а в толчке 230 кг, добившись, таким образом, феноменального результата в троеборье - 640 кг! Эти результаты им же впоследствии были значительно повышены. Конечно, такие фантастические достижения потребовали исполинского труда, когда за каждую тренировку атлет поднимал по 20-30 т металла. Для понимания физиологических возможностей мышечной системы любопытно ознакомиться с экспериментом американца Брюса Рэнделла, который поставил себе задачу нарастить мышечную массу и физическую силу, используя интенсивные физические нагрузки с тяжестями и специальное усиленное питание. Имея первоначальную массу 92 кг (длина тела 184 см), он увеличил ее до 182 кг в основном за счет гипертрофии скелетной мускулатуры. Затем с такой же последовательностью и упорством стал сбрасывать лишние килограммы и за 7,5 месяцев снизил массу тела на 97 кг, доведя ее до 85 кг.  Конечно, эти опыты представляют несомненный интерес для науки, поскольку обнаруживают огромные пластические и динамические возможности скелетной мускулатуры, но никак не могут служить примером для подражания. Физическая сила скелетных мышц зависит не только от величины мышечной массы, толщины мышечных волокон и количества участвующих в работе двигательных единиц (нервная клетка и мышечное волокно, которым она управляет), но и, что очень важно, от согласованности их действий. Хорошо отлаженное, отрегулированное взаимодействие работающих мышц обусловливает правильные координированные движения. Высококоординированные движения в спорте помогают выполнять сложнейшие упражнения, а в обычной жизни позволяют мышцам работать экономно, когда в движении участвует только минимум нужных мышечных волокон, другие же отдыхают. Мышцы, работающие с высоким коэффициентом полезного действия, меньше устают и потому сохраняют большой резерв повышения производительности труда. Тренировка и совершенствование координации движений возможны потому, что существует так называемое мышечное чувство. Физиологической основой его является наличие в мышцах и соединительной ткани вокруг суставов специальных окончаний чувствительных нервов - проприорецепторов. При растяжении и сокращении мышц они раздражаются и посылают импульсы - информацию в головной мозг. Обратные импульсы из центральной нервной системы оказывают регулирующее и координирующее влияние на действия мышечных волокон, позволяя выполнять ювелирно точные движения, которые лежат в основе любого мастерства. Когда мышечное чувство развито в высшей степени, рука человека становится органом творчества и может “...как бы силой волшебства, вызвать к жизни картины Рафаэля, статуи Торвальдсена, музыку Паганини”.

Мышечная система  функционирует не изолированно. Все  мышечные группы прикрепляются к  костному аппарату скелета посредством  сухожилий и связок. Развиваясь, мускулатура укрепляет и эти  образования. Кости становятся более  прочными и массивными, сухожилия  и связки крепкими и эластичными. Толщина трубчатых костей возрастает за счет новых наслоений костной  ткани, вырабатываемой надкостницей, продукция  которой увеличивается с ростом физической нагрузки. В костях накапливается  больше солей кальция, фосфора, питательных  веществ. Чем более прочность  скелета, тем надежнее защищены внутренние органы от внешних повреждений. Интересно, что формообразующее воздействие мышц на кости скелета, их закономерное взаимовлияние было использовано выдающимся антропологом М. М. Герасимовым для воссоздания по скелетам внешнего облика давно умерших людей, в том числе первобытных жителей Земли. Увеличившаяся способность мышц к растяжению и возросшая эластичность связок совершенствуют движения, увеличивают их амплитуду, расширяют возможности адаптации человека к различной физической работе. Наконец, без мышцы невозможен был бы процесс познания, так как, согласно исследованиям И. М. Сеченова, все органы чувств так или иначе связаны с деятельностью различных мышц.

Итак, мышцы вовсе  не являются балластом в организме  человека. Это активная масса, играющая исключительно важную роль в состоянии  здоровья, работоспособности, да и во всей жизни человека.

ФИЗКУЛЬТУРА И НЕЙРОЭНДОКРИННАЯ СИСТЕМА

Влияние физической активности на нейроэндокринную систему  внешне не столь выражено, как, например, в случае роста мышечной массы. По этой причине приходится иной раз  сталкиваться с утверждением, будто  физическая активность идет в ущерб  интеллектуальному развитию, так  как работающие мышцы, усиливая потребление  крови, забирают ее у мозга, и деятельность последнего от этого якобы ухудшается.

Результаты научных  исследований говорят о другом. В связи с физической нагрузкой кровоток в мышцах действительно увеличивается многократно. Но мозг при этом совершенно не страдает, поскольку кровоток увеличивается в результате возросшего минутного объема сердца и частично вследствие перераспределения крови. Установлено, что в состоянии покоя скелетные мышцы потребляют 21% от минутного объема кровообращения, органы брюшной полости 24%, а мозг 13%. И если минутный объем сердца составит 5800 мл, то абсолютные цифры потребления крови будут соответственно для скелетных мышц 1200, органов брюшной полости 1400, а мозга 750 мл в минуту. При средней физической нагрузке (минутный объем равен примерно 17 500 мл) скелетные мышцы получат 71% (12 500 мл), органы брюшной полости 3% (600 мл), мозг 4% (750 мл). Как видим, уменьшился лишь процент потребления крови от общего возросшего кровотока, абсолютная же величина мозгового кровотока практически не меняется при любых физических нагрузках. Некоторые исследователи считают, что мозговой кровоток даже улучшается под воздействием физической деятельности и связанной с ней гипервентиляции легких, поскольку верхушки легких, ритмически заполняясь воздухом, при глубоком полном дыхании массируют крупные сосуды, отходящие от аорты и питающие мозг, что стимулирует продвижение крови к мозгу. Под влиянием регулярных физических нагрузок кровоснабжение мозга не только не страдает, но даже улучшается. Систематические занятия физкультурой и спортом улучшают общее состояние нервной системы на всех ее уровнях (кора головного мозга, подкорка, нервно-мышечный аппарат). При этом отмечаются большая сила, подвижность и уравновешенность нервных процессов, поскольку нормализуются процессы возбуждения и торможения, составляющие основу физиологической деятельности мозга. И. П. Павлов писал: “Я неоднократно убеждался в том, когда я, будучи сильно раздражен во время своих опытов, переключаюсь на физическую работу, я быстро успокаиваюсь”. В результате частых повторений определенных двигательных приемов создаются новые очаги возбуждения, между которыми устанавливается временная условно-рефлекторная связь. Появление таких стойких центров возбуждения в коре головного мозга помогает методом отрицательной индукции подавлять другие патологические очаги возбуждения, связанные, к примеру, с болезнью и поддерживающие ее. Так, при некоторых неврозах занятия физкультурой заставляют отступить болезнь. Физическая активность расширяет пластичность нервной системы, ее способность приспосабливать организм к новой обстановке, новым видам деятельности и исключительно благотворно влияет на психическую деятельность человека: повышается его эмоциональный тонус, появляются бодрость, жизнерадостность, уверенность в себе.

Исключительно большое  влияние оказывает физкультура  на вегетативную нервную систему, управляющую  функцией внутренних органов. Она состоит  из двух отделов: симпатического и парасимпатического. Не вдаваясь в подробности, можно  сказать, что симпатическая нервная  система возбуждает, стимулирует  и усиливает работу внутренних органов, а парасимпатическая оказывает  как бы сдерживающее, тормозящее влияние. Составляя диалектическое единство, они управляют всеми жизненно важными процессами в организме. Симпатический отдел нервной системы тесно связан с надпочечниками, выделяющими биологически активные вещества - адреналин и норадреналин. Симпатико-адреналовая система, поддерживая постоянство внутренней среды организма (гомеостаз), обеспечивает нормальную регуляцию всех жизненно важных процессов, а также приспособляемость организма к различным внешним неблагоприятным условиям. Без этой системы жизнь человека была бы невозможна. Симпатико-адреналовая система играет основную роль в механизме адаптации к стрессовым ситуациям. Согласно концепции канадского ученого Г. Селье, стресс - это как бы ответ организма на любые чрезвычайные к нему требования. Стресс состоит их трех фаз: тревоги, когда мобилизуются все основные защитные механизмы; повышенной сопротивляемости, когда эти защитные механизмы вступают в работу, стремясь возвратить организм к оптимальному для его жизнедеятельности состоянию; и наконец, если воздействие повреждающего фактора продолжается, а резервные силы иссякли, наступает фаза истощения, во время которой происходит разрушение приспособительных механизмов и наступление болезни. Так вот, в процессе регулярных занятий физкультурой симпатико-адреналовая система перестраивается, совершенствуется и мобилизует большее количество гормонов адаптации. К ним относятся названные уже адреналин и норадреналин (катехоламины), а также корти-костероиды, вырабатываемые корковым веществом надпочечников. Это главные гормоны, управляющие всей энергетикой организма и обеспечивающие его адаптацию в основных фазах стресса. Физическая нагрузка, сама являясь стрессором, но физиологическим, постепенно и дозировано воздействуя на механизмы защиты, тренирует их, развивает, увеличивает резервы. Установленно, что у спортсменов уровень катехоламинов в крови выше, чем у незанимающихся спортом, а у высококвалифицированных спортсменов выше, чем у спортсменов низших разрядов, и что между количеством катехоламинов и кортикостероидов в крови и спортивным результатом существует прямая связь: чем больше этих гормонов, тем лучше спортивный результат. В тренированном организме, постоянно готовом к отражению экстремальных влияний, выделяющиеся в больших количествах в ответ на стрессовые воздействия гормоны адаптации быстрее и восстанавливаются до исходного уровня. Таким образом, физические упражнения развивают и укрепляют симпатико-адреналовую систему, увеличивая в итоге способность организма противостоять любым экстремальным воздействиям, будь то переохлаждение, болезнь или нервно-психическое перенапряжение. Повышенный функциональный уровень нейроэндокринной системы при отсутствии стрессовых ситуаций повышает работоспособность человека, увеличивает заряд бодрости и оптимизма. Естественно, организм не может находиться в условиях постоянного стимулирования и активного функционирования всех основных систем. Ему необходимы и периоды восстановления. Тогда наступает черед парасимпатического отдела нервной системы и главного ее представителя во всех органах - блуждающего нерва. Это время относительного физического покоя, а также ночного сна. В этот период дыхание и сердцебиение становятся реже, снижаются артериальное давление, температура тела. В организме происходит восстановление энергии и белков - строительного материала тканей. Регулярная физическая активность тренирует и парасимпатический отдел нервной системы, приучает организм экономно расходовать и распределять резервы. У спортсменов - членов сборной по велоспорту на шоссе - утром в постели фиксировали пульс, равный 38-40 ударам в минуту, артериальное давление 100/60 мм рт. ст., дыхание 6-8 в минуту. Так работает тренированный организм на экономном режиме. Организм человека - целостная система, и целостность эта обеспечивается объединяющей функцией нервной системы. Вся она - от коры головного мозга до периферических рецепторов - вовлекается в ответные реакции на физические упражнения. И если сам орган управления функционирует активно, то, естественно, регуляция подчиненных ей систем происходит лучше и целесообразней, т. е. реакции исполнительных органов становятся совершеннее. Вот почему физическая культура часто несет выздоровление при различных болезненных состояниях.