Адаптационные изменения костной системы при физических нагрузках

Костная система обладает большой пластичностью и способностью к перестройке при изменяющихся условиях как внешней, так и внутренней среды организма человека.

Ежедневно обновляется от 10% до 20% минеральных веществ костной ткани. В течение 50 дней обменивается 29% фосфора эпифизов бедренной и большеберцовой костей, почти половина минеральных солей лопатки и происходит полное обновление фосфатидов костного мозга.

Под влиянием физических нагрузок помимо программированных изменений, увеличивающих прочность и надежность скелета, могут происходить предпатологические и патологические изменения, свидетельствующие о перетренированности организма. Зная подобные изменения, можно их избежать путем корректировки тренировочного процесса.

Адаптационные изменения костной системы при действии спортивных нагрузок происходят на разных уровнях ее организации: молекулярном, субклеточном, клеточном, тканевом, органном и системном.

На молекулярном уровне в костной ткани повышается синтез белков, мукополисахаридов, ферментов и других органических веществ, а также увеличивается отложение неорганических веществ, обеспечивающих высокую степень прочности костной ткани. Уровень увеличения мукополисахаридов находится в прямой зависимости от объема нагрузки: чем она интенсивнее и длительнее, тем больше мукополисахаридов определяется в костях.

На субклеточном и клеточном уровнях претерпевают значительные изменения органоиды клетки (митохондрии, рибосомы, лизосомы, цитоплазматическая сеть), занимающиеся поставкой этих веществ, и сами клетки.

На тканевом уровне отмечается повышенная остеонизация костей. При этом происходит образование новых остеонов, более зрелых, дифференцированных, обладающих достаточным запасом прочности. Наряду с этим наблюдается разрушение старых остеонов и образование большого количества новых более упругих пластин.

На органном уровне организации костной системы происходят изменения химического состава, формы и внутреннего строения костей, а также изменение сроков роста окостенения. Химический состав костей под влиянием нагрузок сдвигается в сторону увеличения содержания неорганических веществ (кальций, фосфор). Наряду с этим в костях спортсменов содержится несколько больше оссеина, чем у людей, не занимающихся спортом. Преобладание минерального компонента сопровождается увеличением плотности костей до 1,55 гр/см3, что предотвращает их хрупкость, которая имеет место в пожилом и старческом возрасте.

Изменение формы костей происходит под влиянием мышц, которые сокращаются то с большей, то с меньшей силой и оказывают формирующее влияние на места начала и прикрепления мышц к костям, здесь образуются гребни, бугры, шероховатости. Они тем больше, чем сильнее развиты мышцы. Так, у пловцов, борцов, тяжелоатлетов расширяется диафиз плечевой кости, сглаживается хирургическая шейка за счет выраженной дельтовидной бугристости - места прикрепления хорошо развитой дельтовидной мышцы.

Изменения внутреннего строения костей сводятся к изменению надкостницы, компактного, губчатого вещества и костно-мозгового канала. Надкостница при статических нагрузках становится плотной, толстой, грубоволокнистой, теряет эластичность: имеет выраженные остеогенные свойства (увеличивается активность остеобластов камбиального слоя), поэтому случающиеся переломы носят открытый характер. При динамических нагрузках надкостница эластична, она имеет большое количество кровеносных сосудов и мало бессосудистых полей. Если случаются переломы, то они носят закрытый характер.

Зона компактного вещества костей, как правило, у спортсменов утолщается. При этом увеличение зоны компактного вещества может происходить со стороны костномозговой полости или со стороны надкостницы. В первом варианте зона компактного вещества увеличивается за счет своих внутренних слоев, при этом диаметр кости не изменяется, а костномозговая полость уменьшается, и такая кость в биомеханическом плане менее прочная. Второй вариант, когда увеличение зоны компактного вещества происходит за счет внутреннего слоя надкостницы, при этом диаметр кости становится больше, а костномозговая полость остается неизменной или незначительно увеличивается. Такая кость более прочная.

Губчатое вещество костей имеет три вида строения: мелкоячеистое, среднеячеистое и крупноячеистое. Адаптация губчатого вещества идет от мелко- к средне- и крупноячеистому. Направление силы тяги, действие силы тяжести и т.д. (в зависимости от специализации) может видоизменять структуру губчатого вещества и даже способствовать образованию новых силовых линий из перекладин губчатого вещества, не свойственных при обычных условиях (в пяточной кости у конькобежцев).

Увеличение ячеистости губчатого вещества у спортсменов ведет к увеличению количества костного мозга в плоских костях, что способствует усилению эритропоэза, увеличению количества эритроцитов, обеспечивающих перенос кислорода и углекислого газа.

О влиянии физических нагрузок на процессы роста костей в длину существуют различные мнения. Однако многочисленные исследования различных авторов показали, что физические нагрузки динамического характера стимулируют процессы роста костей в длину и ускоряют сроки синостозирования костей, а статические нагрузки замедляют сроки синостозирования костей, что и приводит к снижению интенсивности продольного роста костей.

Все описанные выше изменения происходят постепенно. Через год систематических занятий уже можно наблюдать значительные изменения костей. Они наиболее выражены в первые два года, а в дальнейшем наступает стабилизация, но на протяжении всего тренировочного процесса идет внутренняя перестройка костной ткани. После прекращения систематических тренировок остаточные изменения остаются продолжительное время.

Адаптационные изменения скелета могут иметь тотальный и локальный (в наиболее нагруженных отделах) характер. На его состояние оказывают влияние и другие факторы, связанные с занятиями спортом: характерное положение тела (велосипед, коньки, гребля); сила давления на скелет (тяжелая атлетика); сила растягивания при висах и скручивании (гимнастика, акробатика, фигурное катание). При правильно дозированных нагрузках изменение в скелете благоприятные, в противном случае наступают патологические изменения, которые выражаются в изменении формы головок трубчатых костей, появлении краевых разрастаний по краям суставных поверхностей, образовании местных разряжений костного вещества и т.д.

Таким образом, адаптационные изменения в костной системе у спортсменов отражают морфологическую перестройку, обусловленную прогрессивными сдвигами в строении опорного аппарата при действии специфических спортивных нагрузок.