3.5. Физиологические изменения в организме под влиянием физических тренировок

Хорошо известное выражение «функция строит орган», означает, что различная работа по-разному влияет на анатомическое строение и функциональное состояние органов. В этом параграфе нами изложен материал о работе внутренних органов во время нагрузок и влиянии физических упражнений различной мощности на организм человека.

Существует неразрывная связь здоровья с двигательной активностью, интенсивной физической тренировкой. Не навредить здоровью – основной принцип оздоровительной тренировки. Исходя из этого необходимы знания спортивной физиологии, которые позволяют правильно оценивать влияние физических упражнений на организм человека и на основе этих знаний овладеть определенными принципами построения тренировочного процесса. Работа мышц, особенно длительная, невозможна без достаточного снабжения их кислородом. Поэтому в физиологии спорта изучаются функции не только органов движения, но и системы организма, обеспечивающие снабжение его тканей кислородом.

Для лучшего понимания происходящих биохимических процессов в организме человека мы еще раз вернемся к аналогии живого организма с работающей машиной. Для работы двигателя требуется бензин и кислород. Топливом для человеческого организма служат питательные вещества, прежде всего углеводы и жиры. Белки являются строительным материалом для новых клеток и играют второстепенную роль как «горючий» материал. При сгорании бензина образуется химическая энергия. Пятая часть этой энергии переходит в механическую, которая, воздействуя на систему поршней и колес, обеспечивает движение автомобиля. В организме питательные вещества, проходя через желудочно-кишечный тракт, всасываются кровью и направляются в «складские помещения». Жиры, которые можно рассматривать как низкооктановое топливо, преимущественно откладывается в подкожных тканях. Углеводы (высокооктановое топливо) в виде гликогена накапливаются в мышцах и печени. Для сгорания необходим кислород. Чтобы автомобиль не остановился, воздух должен поступать в двигатель автомобиля непрерывно. В организм человека кислород вместе с воздухом поступает через легкие при дыхании. Благодаря «системе насоса», состоящей из сердца, кровеносных сосудов и крови, кислород может поступать к нуждающимся в нем рабочим органам.

При сгорании «топлива» в организме образуется вода и углекислый газ. От воды организм освобождается благодаря работе почек. Углекислый газ уносится кровью от работающих клеток в легкие, откуда он уходит с выдыхаемым воздухом.

При сгорании вырабатывается тепло. При мышечной работе до 80 % энергии превращается в тепло. Чтобы избежать перегревания, организм, так же как и двигатель автомобиля, нуждается в системе охлаждения. Функции охлаждающей жидкости выполняет кровь, а кожа выполняет функцию радиатора. Кровь, циркулируя по кровеносным сосудам работающих мышц, отбирает у них тепло, а затем, проходя по более холодным сосудам кожи – выделяет его.

Если теплоотдача недостаточна, то вступают в действие потовые железы кожи. При испарении пота теряется большое количество тепла, температура кожи снижается, что способствует охлаждению крови. Клетки в организме, также как и автомобильный двигатель, лучше функционируют в условиях относительно постоянной температуры. Рабочая температура клетки находится в пределах 37–40 градусов, что значительно ниже, чем в автомобильном двигателе, так как сгорание происходит с помощью ферментов, которые многократно ускоряют обменные процессы.

Для нормального функционирования не только рабочая температура должна находиться в узких пределах, но и среда самой клетки должна быть обычной. Постоянство среды регулирует нервная система. Это касается регуляции давления кислорода в крови и лимфе, концентрации в них воды, солей, сахара, гормонов и ионов металлов.

Если для начала работы автомобильного двигателя требуется искра запальной свечи, то в организме человека роль «системы зажигания» выполняет нервная система.

Мышечная работа, как и любая другая, требует энергии. Механическую энергию, затрачиваемую при напряжении, мышца берет из собственных резервов химической энергии. Главным энергетическим веществом мышц является АТФ (аденозинтрифосфорная кислота). Однако запасы АТФ в мышцах очень невелики, поэтому постоянно необходима энергия для ее восстановления, или ресинтеза. Организм эту энергию может получить за счет аэробных, или дыхательных процессов, при которых кислород, разносимый кровью, окисляет имеющиеся в организме углеводы и жиры, получаемые с пищей, и анаэробных процессов, происходящих без участия кислорода. Анаэробные процессы активизируются при недостаточности необходимого количества кислорода для продолжения мышечной работы. Организм включает свой второй механизм, при котором углеводы (гликоген), имеющиеся в мышцах, без участия кислорода расщепляются до молочной кислоты с выделением энергии. Затем часть молочной кислоты, распадаясь на углекислый газ и воду, также выделяет значительное количество энергии. В результате этого процесса образуется кислородная задолженность, или кислородный долг, который погашается после работы за счет аэробных процессов. Кислородный долг образуется при работе с максимальной интенсивностью, которая длится короткое время. Поглощение кислорода не успевает во время работы достигнуть максимальной величины. При этом потребность в кислороде так велика, что даже и максимальное потребление кислорода не могло бы удовлетворить ее. Например, во время бега на короткие дистанции спортсмен поглощает только 5–10 % нужного ему кислорода. Остальные 90–95 % поглощаются после финиша, в периоде отдыха, образуя кислородный долг [6].

Уровень кислородного долга и концентрация молочной кислоты в крови является главным показателем анаэробных процессов при беге в момент окончания работы. Уровень кислородного долга у лучших бегунов на средние дистанции колеблется в пределах 20 л, у нетренированных он не превышает 5–7 литров. Соответственно повышается концентрация молочной кислоты в крови до 250–300 мг % и более [6]. В этом проявляется адаптация организма к работе максимальной и субмаксимальной мощности в условиях резко измененной внутренней среды. Особенно эти показатели важны в циклических видах спорта. Чтобы достичь такого уровня анаэробных процессов, необходимо иметь хорошую «аэробную подготовку», обеспечивающую скорейшую ликвидацию кислородного долга в период отдыха. Чем меньше интенсивность работы и больше ее длительность, тем лучше условия создаются для удовлетворения организма в кислороде. Это объясняется тем, что, во-первых, чем ниже интенсивность работы, тем меньше величина потребности в кислороде. Во-вторых, чем больше длительность работы, тем больше возможности для усиления деятельности органов дыхания и кровообращения, следовательно, и для удовлетворения организма в кислороде (кислородного запроса).

Таким образом, при работе с максимальной интенсивностью наблюдается резкое несоответствие между потребностью организма в кислороде и фактической возможностью ее удовлетворения, вследствие чего активизируются анаэробные пути ресинтеза АТФ. В первые секунды работы ресинтез АТФ происходит за счет креатинфосфата. Поэтому такие упражнения, где работа выполняется несколько секунд (одноразовый подъем штанги, прыжок с места и т. д.), могут не сопровождаться заметным повышением молочной кислоты в крови. И это, несмотря на то, что потребность организма в кислороде во время их выполнения удовлетворяется всего на 5–7 %. В это время ресинтез АТФ происходит исключительно за счет креатинфосфата. При более длительной интенсивной работе (например, при беге на 100, 200, 300 м) все в большей степени используется гликолиз – основной анаэробный процесс, который набирает мощность к концу 1 мин работы. Своего максимума этот процесс достигает ко 2 мин работы и удерживается на высоком уровне до 3–4 мин, после чего его мощность значительно снижается. На смену ему приходит аэробный механизм образования. Исходя из этого в беговых дисциплинах тренировочная работа должна способствовать развитию механизмов энергообеспечения соответствующих выбранной дистанции. Интенсивная работа длительностью более 5–10 с всегда сопровождается повышением молочной кислоты в крови, образующейся в мышцах, в результате быстро протекающего процесса гликолиза. Объясняется это тем, что при упражнениях максимальной и субмаксимальной интенсивности потребность кислорода в организме при максимальном его поглощении недостаточно для удовлетворения в нем потребности организма. При выполнении упражнений средней и умеренной интенсивности ресинтез АТФ постепенно сменяется дыхательным фосфолированием. Содержание молочной кислоты в крови, повысившей в начале работы, по мере продолжения работы постепенно снижается, достигая нормального уровня, так как она подвергается аэробному окислению до углекислоты и воды. Часть молочной кислоты используется для ресинтеза углеводов (гликогена). Это наблюдается при длительной работе (марафонский бег, различные кроссы, лыжные гонки).

Мощность аэробных процессов определяется, в первую очередь, способностью организма к потреблению кислорода. Поэтому максимальное потребление кислорода (МПК) является главным показателем мощности аэробных процессов, т. е. количество кислорода, которое организм способен усвоить (потребить) в единицу времени (за 1 минуту). Оно зависит в основном от двух факторов: функции кислородтранспортной системы (кислородная емкость крови) и способности работающих скелетных мышц усваивать кислород. Для сравнения показателей МПК занимающихся с разными физическими данными они берутся в относительных единицах – в миллилитрах в минуту на 1кг веса индивида, так как с увеличением веса показатель МПК несколько увеличивается. МПК является очень точным показателем тренированности, так как оно изменятся даже при незначительных колебаниях спортивной формы. Максимальное потребление кислорода может увеличиваться только под влиянием регулярной тренировки. В нижеприведенной таблице показано как повлияла тренировка в беге на МПК у двух мужчин, ранее не занимавшихся спортом. Уже за 16 недель тренировки МПК у них возросло примерно на 20 %, через 18 месяцев – у первого возросло на 28 %, второго – на 39 % (табл. 2) [6].

Таблица 2