Физической культуры и спорта

Организм как саморазвивающаяся

И саморегулирующая система

 

Естественно - научными основами физической культуры при организации процесса физического воспитания человека в обществе является комплекс медико-биологических наук, таких, как анатомия, физиология, биология, биохимия, гигиена и др. При изучении органов и морфофункциональных систем организма человека исходят из принципа целостности и единства организма с внешней природной и социальной средой. Все органы человеческого организма тесно связана между собой и вместе в единую слаженную биологическую систему, функциональная деятельность которой обусловливается психическими, двигательными и вегетативными реакциями на различные воздействия окружающей среды. Эти воздействия могут быть как полезными, так и пагубными для здоровья. Отличительная особенность человека как социального существа - возможность сознательно и активно влиять как на внешние природные, так и на социально-бытовые условия, во многом определяющие состояние здоровья людей, их работоспособность, продолжительность жизни и рождаемость.

Без знания строения человеческого тела, закономерностей деятельности отдельных органов и функциональных систем организма и особенностей протекания сложных процессов его жизнедеятельности невозможно должным образом организовать процесс физического воспитания и формирования здорового образа жизни людей.

Организм человека как единая саморазвивающаяся и саморегули рующаяся биологическая система - это система автоматического поддержания какого-либо жизненно важного фактора организма (например, давление крови, температура тела и др.) на должном уровне, всякое отклонение от которого ведет к немедленной мобилизации механизмов, восстанавливающих этот уровень.

В чрезвычайно сложно устроенном природой человеческом организме непрерывно происходит процесс обмена веществ и энергии, обеспечивающий способность к росту, размножению и активному

 

 

передвижению в пространстве. Все органы функционально связаны между собой и взаимодействуют благодаря деятельности физиологических систем организма. Нарушение деятельности одного из органов приводит к нарушению деятельности других органов. Таким образом, организм представляет собой неразрывное целое, существующее в определенных, постоянно изменяющихся условиях окружающей среды. Причем человек способен изменять внешнюю среду сознательно и, к сожалению, не всегда себе на пользу. Поэтому при оценке деятельности человека необходимо учитывать не только биологические, но и многообразные социальные и экологические факторы, оказывающие существенное влияние на его организм.

Огромное количество клеток, каждая из которых выполняет только свои, ей присущие функции в общей структурно-функциональной системе организма, снабжается питательными веществами и необходимым количеством кислорода для осуществления жизненных процессов энергообеспечения, выведения продуктов распада, различных биохимических реакций жизнедеятельности и т.д. посредством механизмов гуморальной и нервной регуляции. Гуморальная регуляция в животном мире филогенетически возникла и сформировалась значительно раньше нервной регуляции. В дальнейшем в процессе эволюционного развития она дополнилась специализированной нервной системой, которая стала осуществлять свои регуляторные влияния с помощью нервных проводников, способных передавать нервные сигналы-импульсы за доли секунды и осуществлять запуск быстрых приспособительных реакций при изменениях условий внешней или внутренней среды. Гуморальная регуляция – это регуляция процессов жизнедеятельности с помощью веществ, поступающих во внутреннюю среду организма (кровь, лимфу, ликвор). Она обеспечивает более длительные адаптивные реакции. К факторам гуморальной регуляции относятся гормоны, медиаторы, различные метаболиты и т.д.

Организм человека состоит из огромного (более 100 триллионов) количества клеток и клеточного вещества. Совокупность клеток (и межклеточного вещества), имеющих общее происхождение, одинаковое строение и функции, называется тканью. Существуют четыре вида ткани:

- эпителиальная (выполняет покровную, защитную, всасывательную, выделительную и секреторную функции);

- соединительная (рыхлая, плотная, хрящевая, костная ткань и кровь);

- мышечная (поперечнополосатая, гладкая и сердечная);

- нервная – состоит из нервных клеток, или нейронов, важнейшая функция которых – генерирование и проведение нервных импульсов.

 

Каждый вид ткани связан с выполнением определенных функций, обладает свойствами общего и специфического функционального характера. Так, например, общим свойством для всех видов тканей является возбудимость, а главным свойством, к примеру, мышечной ткани – сократимость, т.е. способность сокращаться в ответ на раздражение. Основное свойство нервной ткани – возбудимость и проводимость, а кровь как главная составляющая внутренней среды организма выполняет целый ряд жизненно важных функций: транспортную, дыхательную, питательную, защитную, терморегулирующую, и др.

Снаружи тело человека покрыто кожей, которая защищает организм от внешних повреждающих факторов, предохраняет от потери воды, участвует в сохранении постоянной температуры тела, содержит много чувствительных нервных окончаний – рецепторов, воспринимающих механические, температурные и другие раздражения.

Туловище человека имеет три основные полости: грудную, брюшную и тазовую.

В грудной полости находятся сердце, крупные кровеносные сосуды, легкие, пищевод. Она отделена от брюшной диафрагмой, представляющей собой мышечно-сухожильную эластичную пластину.

В брюшной полости расположены желудок, кишечник, печень поджелудочная железа, селезенка, почки и другие органы. Тазовая полость вмещает мочевой пузырь, часть прямой кишки и половые органы. Каждый отдельно взятый орган может обеспечивать определенные функции только в комплексе с другими, и этот комплекс называется системой органов. Принято выделять следующие функциональные системы организма: костную (скелет человека), мышечную, кровеносную, дыхательную, пищеварительную, нервную, систему желез внутренней секреции, анализаторов и др. Функционально объединенные системы образуют аппараты (опорно-двигательный, вестибулярный и др.).

Опорно-двигательный аппарат

Опорно – двигательный аппарат как особое морфофункциональное образование состоит из костей, связок, мышц, мышечных сухожилий и суставов.

Вскелете человека насчитывается более 200 костей, которые в зависимости от формы и функции делятся на трубчатые (кости конечностей); губчатые (выполняют в основном защитную и опорную функции - ребра, грудина, позвонки и др.); плоские (кости черепа, таза, поясов конечностей); смешанные (основание черепа).

 

 

Скелет человека состоит из позвоночника, черепа, грудной клетки, поясов конечностей и скелета свободных конечностей. Позвоночник,состоящий из 33-34 позвонков, делят на 5 отделов: шейный (7), грудной (12), поясничный (5), крестцовый (5), копчиковый (4-5). Позвоночный столб позволяет совершать сгибания вперед и назад, в стороны, вращательные движения вокруг вертикальной оси. В норме он имеет два изгиба вперед (шейный и поясничный - лордозы) и два изгиба назад (грудной и крестцовый - кифозы). Названные изгибы имеют большое функциональное значение при выполнении различных движений (ходьба, бег, прыжки, кувырки и т. д.), они ослабляют толчки, удары и т. п., амортизируя как эластичная система.

Большинство сочленяющих костей соединяются между собой связками и мышечными сухожилиями, образуя суставы конечностей, позвоночника и др. Суставы - это в основном подвижные соединения. Область соприкосновения костей в них покрыты специальной оболочкой – суставной сумкой из плотной соединительной ткани, срастающейся с надкостницей и сочленяющими костями. Полость суставов герметически закрыта и имеет небольшой объем, зависящий от формы и размеров сустава. Суставная жидкость в суставной щели уменьшает трение между суставными поверхностями при движении, как и гладкий хрящ, покрывающий эти поверхности.

Главная функция суставов - осуществление движений: сгибания, разгибания и др. Наиболее сложными суставами являются шаровидные, примером которых служит тазобедренный сустав. С его помощью можно производить сгибание, разгибание, приведение, отведение и вращение ног.

Вместе с тем суставы выполняют и роль демпферов, своеобразных тормозов, гасящих инерцию движения и позволяющие производить мгновенную остановку после быстрого движения. При систематических занятиях физическими упражнениями и спортом суставы развиваются и укрепляются, повышается эластичность их связок и мышечных сухожилий, увеличивается гибкость. Отсутствие достаточной двигательной активности приводит к разрыхлению суставного хряща и изменению суставных поверхностей и сочленяющихся костей, к появлению болевых ощущений, создания условия для образования в них воспалительных процессов.

 

Мышечная система

 

Существует два вида мускулатуры: гладкая (непроизвольная) и поперечно-полосатая (произвольная). Гладкие мышцы расположены в стенках кровеносных сосудов и некоторых внутренних органах.

 

Они обеспечивают сужение или расширение сосудов, осуществляют продвижение пищи по желудочно-кишечному тракту, сокращают стенки мочевого пузыря.

Поперечно - полосатые мышцы - это все скелетные мышцы, которые обеспечивают многообразные движения тела и отдельных его частей. К ним относится также и сердечная мышца, автоматически обеспечивающая ритмическую работу сердца на протяжении всей жизни человека. Поперечно - полосатыми мышцы называются потому, что в поле зрения под микроскопом они имеют поперечную исчерченность.

Основой мышц, как и всего живого вообще, являются белки. Они составляют 80-85% мышечной ткани. Главным свойством мышечной ткани, как уже говорилось, является сократимость, которая обеспечивается за счет сократительных мышечных белков - актина и миозина.

Мышца имеет волокнистую структуру. Каждое волокно - это мышца в миниатюре. Мышечное волокно состоит из миофибрилл, каждая из которых по длине делится на чередующиеся светлые и темные участки. Темные участки - протофибриллы состоят из длинных цепочек молекул миозина, а светлые образованы из еще более тонких тканей актина. Когда мышцы находятся в несокращенном (расслабленном) состоянии, нити актина и миозина лишь частично продвинуты относительно друг друга, причем каждые нити миозина противостоят, окружая ее, несколько нетей актина. Более глубокое продвижение относительно друг друга обуславливает ускорение (сокращение) миофибрилл отделенных мышечных волокон и всей мышцы в целом.

К мышце подходят и отходят многочисленные нервные волокна. Двигательные (эфферентные)нервные волокна передают импульсы от головного и спинного мозга, приводящие мышцы в рабочее состояние. Чувствительные волокна передают импульсы в обратном направлении, информируя центральную нервную систему о деятельности мышц. Через симпатические нервные волокна осуществляется регуляция обменных процессов в мышцах, приспосабливая их деятельность к изменившимся условиям работы, адаптируя к различным мышечным нагрузкам. Каждую мышцу пронизывает разветвленная сеть капилляров, по которым поступают необходимые для жизнедеятельности мышц вещества и выводятся конечные продукты обмена.

Скелетная мускулатура. Вся скелетная мускулатура состоит из поперечно -полосатых мышц. Скелетные мышцы снаружи покрыты плотной соединительнотканной оболочкой. В каждой мышце различают активную часть (тело мышцы) и пассивную (сухожилие). По форме мышцы делятся на длинные, короткие и широкие. Длинные мышцы находятся главным образом на конечностях,

 

 

а короткие и широкие - на туловище и суставных сочленениях. По направлению мышечных волокон различают мышцы с косым направлением волокон, с прямым (параллельным) ходом волокон и перистым, веерообразным. Мышцы, действие которых противоположно, называются антагонистами. Если же мышцы однонаправленны – их называют синергистами. Одни и те же мышцы могут выступать в различных ситуациях в том и другом качестве.

Сила мышц оценивается весом груза, который она при максимальном возбуждении способна удерживать, не изменяя своей дли­ны. Она зависит от суммы сил мышечных волокон (их сократительной способности); от количества мышечных волокон в мышце и количества функциональных единиц, одновременно возбуждающихся при развитии напряжения; от исходной длины мышцы (предварительно растянутая мышца развивает большую силу); от характера регуляторных влияний; от условий взаимодействия с костями скелета.

Сократительная способность мышцы характеризуется ее абсолютной силой (сила, приходящаяся на 1 см² поперечного сечения мышечных волокон). Для расчета этого показателя силу мышцы делят на площадь ее физиологического поперечника (т. е. на сумму площадей всех мышечных волокон, составляющих мышцу). У мышц с веерообразным (перистым) ходом волокон физиологический поперечник больше, чем у мышц с параллельным расположением волокон, и поэтому сила их существенно больше. Например, абсолютная сила икроножных мышц (в кг на 1см²) в среднем у человека составляет 6,24, разгибателей шеи - 9,0, жевательной мышцы - 10,0, трехглавой мышцы плеча- 16,8.

При тетаническом напряжении - сильном и длительном сокращении мышцы, возникающем при поступлении к ней ряда эффективных (двигательных) импульсов, разделенных малым интервалом времени, и основанным на суммировании следующих друг за другом одиночных волн сокращения, - мышца осуществляет значительное усилие. Одиночное мышечное волокно способно развивать усилие приблизительно в 200-300 мг. Мышечная же система человека состоит из 15-30-10⁶ мышечных волокон. Следовательно, они вместе могут реализовать напряжение в 20-30 т. Рекордная сила, которую может проявить, например, икроножная мышца при выполнении специальных физических упражнений при разгибании стопы, может доходить до 500 кг.

Центральная нервная система изменяет силу сокращения мышцы путем изменения количества одновременно участвующих в сокращении функциональных единиц, а также частоты поступающих к ним импульсов. Учащение импульсов приводит к возрастанию величины напряжения. Хорошо развитая сила мышцы оказывает положительное влияние на скорость ее сокращения.

 

В процессе мышечного сокращения потенциальная химическая энергия переходит в потенциальную механическую энергию напряжения и кинетическую энергию движения. Различают внутреннюю и внешнюю работу мышц. Внутренняя работа связана с трением в мышечном волокне при его сокращении, с движением катионов и анионов как при возбуждении, так и в процессе восстановления исходного состояния, с преобразованием энергии при эндотермических ресинтезах (восстановлении соединений). Внешняя работа проявляется при перемещении собственного тела, груза, отдельных частей организма (динамическая работа) в пространстве. Она характеризуется коэффициентом полезного действия (КПД) мышечной системы, т. е. отношением производимой работы к общим энергетическим затратам. Для мышц человека КПД составляет 15-20%. У физически развитых и тренированных людей этот показатель, как правило, выше.

При статических усилиях – мышечной деятельности, связанной с непрерывной сокращением скелетных мышц, - можно говорить не о работе как таковой с точки зрения физики, а о работе, которую с физиологических позиций следует оценивать энергетическими затратами организма и его функциональных систем для поддержания напряжения мышц. В отличие от динамической работы здесь имеет место незначительное увеличение потребления кислорода и минутного объема крови. Однако при этом существенно возрастают частота сердечных сокращений (ЧСС), артериальное давление (АД) и общее периферическое сопротивление сосудов, что связано с так называемым «феноменом натуживания». В процессе двигательной деятельности динамические и статистические мышечные напряжения взаимодействуют. Динамическая работа может быть эффективной лишь в том случае, если статистическое напряжение определенных мышц обеспечивает необходимую рабочую позу.

Физиологические реакции организма (увеличение частоты сердечных сокращений, артериальное давление, показателей внешнего и внутреннего дыхания, потребление кислорода, температуры тела и др.) при выполнении различных видов динамической работы зависят от частоты и силы мышечных сокращений, размера и качества работающих мышц, т.е. от объема и интенсивности нагрузки, степени тренированности организма, условий работы и факторов окружающей среды. Количественные и качественные показатели мышечной деятельности характеризуют двигательную активность, уровень которой всегда связан с особенностями труда, учебы, быта и качества отдыха, т.е. с определенным стилем жизни. Уровень двигательной активности может оцениваться по общей сумме затрат энергии, по реакциям на нагрузки отдельных физиологических и функциональных систем.

Энергообеспечение мышечного сокращения. Источниками энергии для мышечного сокращения служат особые органические вещества, богатые потенциальной энергией и способные, расщепляясь, отдавать ее. Это - аденозинтрифосфорная кислота (АТФ), креатинфосфорная кислота (КрФ), углеводы, жиры и белки. Особую роль среди них играет АТФ, именно при ее расщеплении мышцы непосредственно получают энергию. Остальные виды энергетических веществ используются в процессе биохимических реакций для восстановления АТФ. Так как количество АТФ в мышцах сравнительно невелико, запас энергии, заключенный в ней, быстро исчерпывается. Тогда вступают в действие КрФ и гликоген (его называют животным сахаром или крахмалом), выделяемая при их расщеплении энергия восстанавливает молекулу, а с ней и энергию АТФ. Когда же запасы энергии АТФ, КрФ и гликогена исчерпываются, используются новые источники энергии: углеводы, жиры и белки, которые поступают к мышцам с током крови и окисляются, выделяя энергию на восстановление АТФ.

Таким образом, становится очевидно, что многообразные функции мышечной системы обеспечивают движения человека, вертикальное положение его тела, фиксацию внутренних органов в определенном положении, дыхательные движения, усиление кровообращения и лимфообращения (мышечный насос), теплорегуляцию организма.

У человека насчитывается более 600 различных мышц. Они составляют у мужчин 35-40% веса тела (у спортсменов - 50% и более), у женщин - несколько меньше. Механическая деятельность мышц осуществляется в результате способности мышечных волокон переходить в состояние возбуждения, т.е. в деятельное состояние под влиянием биотоков (импульсов), идущих к мышцам по нервным волокнам. Возбуждение мышечных волокон представляет собой сложную систему энергетических, химических, структурных и иных изменений в клетках, обеспечивающих специфическую работу мышечной ткани. Работа мышц реализуется за счет их напряжения или сокращения. Напряжение происходит без изменений длины мышцы (статическая работа), сокращение происходит с уменьшением длины ее (динамическая работа). Чаще всего мышцы работают в смешанном (ауксотоническом) режиме, одновременно напрягаясь и сокращаясь по длине.

При работе мышцы развивают определённую силу, которую можно определенным образом измерить. Вспомним, что сила зависит от количества мышечных волокон и их поперечного сечения, а также от эластичности и исходной длины отдельной мышцы. Систематическая физическая тренировка увеличивает силу мышц в том числе и за счет увеличения их эластичности.

Как уже говорилось, все мышцы человека в целом содержат около 300 млн мышечных волокон. При одновременном и однонаправленном

 

 

сокращении они могли бы развить силу в 25-30 т. Костная и мышечная системы функционально естественным образом связаны и вместе выполняют опорно-двигательную функцию. При различных видах сокращения скелетной мускулатуры происходит перемещение тела и его звеньев в пространстве, при этом огромное значение имеет состояние связочно-суставных образований, о которых говорилось выше.