Что такое физиологические системы. Физиологические функции организма

Различают физиологические и функциональные системы организма. Первые являются постоянными в структурном отношении образованиями и представлены известной совокупностью клеточных групп, тканей и органов, обусловливающих выполнение сложных жизненно необходимых функций. Будучи продуктом эволюции, в том или ином структурном оформлении эти системы или их аналоги обнаруживаются практически у всех многоклеточных животных независимо от уровня структурно-функциональной организации. К ним относятся: нервная, сердечно-сосудистая, выделительная системы, системы пищеварения, дыхания, репродуктивная, опорно-скелетная, внешние покровы, мышечная система, система крови, иммунная, эндокринная системы.

Функциональные системы представляют собой временные объединения клеточных групп, тканевых комплексов, органов и даже физиологических систем, обусловливающие достижение организмом необходимого ситуационного результата.

Биоэкологические, психологические, социальные, функциональные системы складываются в зависимости от конкретных жизненных обстоятельств. По этой причине их принципиальное число трудно определить. Число участников (органов, физиологических систем) той или иной функциональной системы также варьирует. Так, для восстановления нормальных цифр понизившегося артериального давления в одном случае достаточно учащения сердечных сокращений и сужения просвета соответствующих кровеносных сосудов, т. е. реакция ограничивается органами одной физиологической системы. Однако после значительных кровопотерь, при которых также наблюдается снижение артериального давления, его стабильное восстановление требует оформления более сложной функциональной системы с участием сердечно-сосудистой, кроветворной, эндокринной, выделительной, пищеварительной и даже нервной физиологических систем.

Изменения, характеризующие старение отдельных физиологических систем, рассматриваются в соответствующих главах II, III и IV томов руководства.

Эффективность функциональных систем стареющего организма в определенной степени зависит от темпов возрастной перестройки отдельных клеточных групп, органов и физиологических систем, что в свою очередь определяется соотношением деструктивных процессов и состоянием механизмов антибиостарения. И то и другое имеет заметную индивидуальную вариабельность. Возрастной процесс наряду с деструктивными явлениями сопровождается снижением эффективности интеграционных механизмов, что также вносит свой вклад в ухудшение работы функциональных систем стареющего организма.

В ходе эволюции наряду с факторами антибиостарения (молекулярная репарация повреждений ДНК, антиоксидантные внутриклеточные системы) возник ряд механизмов, направленных на повышение надежности выполнения специфических функций клеточными популяциями, органами и физиологическими системами. В одних случаях это резервирование в результате увеличения количества однотипных элементов (клеток данного цитофенотипа, структурно-функциональных единиц органа, непосредственно органов), а в других - сохранение высокого регенераторного потенциала.

И то и другое обеспечивает определенный коэффициент надежности или потенциальный ресурс функций.

В качестве примера резервирования рассмотрим кровоснабжение скелетной мышцы. В покое число действующих капилляров приблизительно 30/мм2 сечения, а при максимальных нагрузках это число возрастает до 3000/мм2. Хорошо известна компенсаторная гипертрофия сохранившейся почки после по-тери парного органа, позволяющая достаточно долго поддерживать мочевыделительную функцию на уровне, совместимом с жизнью. Однако патологам хорошо известно, что исходом такой компенсации всегда становится декомпенсация. Уменьшение в силу тех или иных обстоятельств объема резервирования приводит к сокращению сроков адекватного функционирования и продолжительности жизни. Высокий регенераторный потенциал на протяжении жизни сохраняет, в частности, печень млекопитающих. Многократное удаление 2/3 органа в эксперименте каждый раз завершается восстановлением его исходной массы.

Из приведенных примеров следует ряд заключений, имеющих отношение к закономерностям возрастной динамики физиологических и функциональных систем. Во-первых, они указывают на то, что проблема надежности активно решалась, причем с помощью разных механизмов, в процессе эволюции и, следовательно, это свойство биологических структур и их комплексов закреплено генетически. Во-вторых, расходование в процессе индивидуального развития суммарного функционального потенциала по органам и системам зависит от условий жизни, которые несут в себе факторы риска либо снижения коэффициента резервирования (гиподинамия, детренированность в общем виде), либо ускоренного «снашивания» и в итоге потери надежности вследствие неадекватных физических, психологических, экологических, пищевых нагрузок, исключающих полное и своевременное восполнение утрачиваемого. В-третьих, важная роль в поддержании, рациональном использовании в онтогенезе и восстановлении функционального потенциала принадлежит регуляторно-интегративным механизмам разного уровня, благодаря которым достигаются согласованность и минимизация затрат при решении той или иной задачи.

В связи с этим можно обратиться к механизмам, действующим на клеточном и клеточно-популяционном уровнях: индуцированному синтезу ферментов, кейлонов как тканеспецифичных ингибиторов клеточной пролиферации, апоптозу как фактору запрограммированной клеточной гибели, специализированной межклеточной системы регуляции клеточного роста с участием Т-лимфоцитов, иммунному надзору в общем виде. На более высоких уровнях организации это гомеостатические нейрогуморальные механизмы, обусловливающие поддержание постоянства внутренней среды. В затрагиваемом контексте заслуживают внимания механизмы и пути регуляции временной организации процессов жизнедеятельности, коль скоро десинхроноз представляет собой одну из характеристик старения.

Рассматривая возрастную динамику физиологических и функциональных систем под углом концепции резервирования, надежности и взаимодействия структур и функций, мы неизбежно встречаемся со всем спектром факторов, с которыми различные авторы и в разное время связывали причину или природу инициирующего звена старения. Здесь действительно находится место генетике, иммунологии, условиям и образу жизни, метаболическим, клеточным и системным механизмам жизнеобеспечения, хронобиологии и хрономедицине. Взаимозависимость, взаимовлияния и, можно сказать, взаимопроникновение биологических факторов жизнеобеспечения разных уровней, причем в связи с параметрами среды жизни, в интегрированном виде определяют адаптивный потенциал отдельных людей, величина и качественные особенности которого влияют на темпы возрастных изменений, перспективу развития тех или иных болезней, в том числе и возрастзависимых.

Действительно, в каждой популяции можно выделить людей, относящихся к типу «спринтер», «стайер» или «микст». Организм «стайера» сравнительно слабо приспособлен к мощным кратковременным нагрузкам, но после относительно короткой перестройки (или настройки) он способен переносить длительные равномерные воздействия экологических факторов даже в малоадекватных условиях. «Спринтеры» плохо переносят длительное действие неблагоприятных факторов даже относительно небольшой интенсивности, но осуществляют мощные физиологические реакции на сильные, но непродолжительные воздействия экстремальных условий среды. У «спринтеров» выше частота сердечно-сосудистых заболеваний. «Миксты», занимающие промежуточное положение, имеют средние адаптационные способности.Интересны данные обследования человеческих популяций в малокомфортных условиях жизни.

Так, среди людей, переселившихся в экстремальные условия БАМа, на протяжении первого года «спринтеров» было 32%, «стайеров» - 25%, «микстов» - 43%. В конце второго года жизни на БАМе в результате отъезда преимущественно людей, не соответствующих типу «стайер», соотношение типов резко сместилось в сторону «стайеров». Определялось уже 17,6% «спринтеров», 53% «стайеров» и 29,4% «микстов». В основе деления людей на указанные типы лежат индивидуальные генетические особенности. Эти особенности обусловливают складывающиеся в индивидуальном развитии психосоматические черты, по которым человек относится к тому или иному конституциональному типу с определенным адаптивным потенциалом и большим или меньшим соответствием конкретным условиям жизни.

Предметом физиологии, ее содержанием является изучение общих и частных механизмов деятельности целостного организма и всех его органов и систем. Конечная задача физиологии — такое глубокое познание функций организма, которое обеспечило бы возможность активного воздействия на них в желаемом направлении. По утверждению И.П. Павлова, медицина, лишь обогащаясь постоянно, изо дня в день, новыми физиологическими фактами, станет, наконец, когда-нибудь тем, чем она должна быть в идеале, т.е. умением чинить испортившийся механизм человеческого организма на основании точного его знания, быть прикладным знанием физиологии. Не случайно физиология в первую очередь начала развиваться как медицинская наука. По определению К. Бернара, физиология — это научный стержень, на котором держатся все науки; в сущности, в медицине имеется лишь одна наука: наука о жизни, или физиология. На современном этапе физиология ставит следующие задачи: изучение функции:

здорового организма в целом;
различных систем, органов, тканей, клеток; изучение механизмов:
взаимодействия различных органов и систем в целостном организме;
регуляции функционирования органов и систем;
взаимодействия организма с окружающей средой.

По утверждению И.П. Павлова, задача физиологии состоит в том, чтобы понять работу человеческого организма, определить значение каждой его части, понять, как эти части связаны, как взаимодействуют и как вследствие их взаимодействия получается валовой результат — общая работа организма.

Самыми первыми , используемыми в физиологии, были наблюдение и умозаключение, которые, однако, не утратили своего значения и на современном этапе. Но физиолог не может удовлетвориться только наблюдением, так как оно отвечает лишь на вопрос, что происходит в организме. Важно выяснить также, как и почему происходят физиологические процессы. Для этого необходимы опыты, эксперименты, т.е. воздействия, которые создаются искусственно самим исследователем.

Эксперименты бывают острыми (вивисекция, или живосечение) или хроническими; их основные достоинства и недостатки представлены в табл. 1.

Исследования, выполняемые на человеке, как правило, проводятся в грех вариантах, позволяющих оценить различные стороны функционирования организма:

в состоянии физиологического покоя — норма функционирования;
реакция на оптимальные нагрузки — норма реакции;
реакции на максимальные нагрузки — оценка резервных возможностей.

При этом физиологической нормой считается биологический оптимум процессов жизнедеятельности.

Таблица 1. Сравнение острого и хронического эксперимента

Основные этапы развития физиологии как науки, связанные с изменением применяемых методов:

доэкспериментальный период (древние и средние века), когда основными методами были наблюдения и умозаключения, что нередко приводило к ошибочным выводам (сердце — орган души, по артериям перемешается дух, а по венам — кровь);
1628 г. У. Гарвей. «Учение о движении сердца и крови в организме» — внедрение острых экспериментов в физиологические исследования;
1883 г. И.П. Павлов. «Центробежные нервы сердца» — внедрение методики хронического эксперимента;
современный этап — интеграция исследований на молекулярно- клеточном и системном (организменном) уровне, что позволяет объединить представления о клеточных процессах и их регуляции на уровне целого организма.

Основные принципы физиологии:

организм — единая система, объединяющая различные органы в их сложном взаимодействии между собой;
принцип структурности (целостности) — физиологические процессы могут осуществляться при анатомической и функциональной целостности всех элементов, обеспечивающих эти процессы;
«организм без внешней среды, поддерживающей его существование, невозможен. Поэтому в научное определение организма должна входить и среда, влияющая на него» (И.М. Сеченов, 1861);
«все физиологические механизмы, сколь бы различны они ни были, имеют только одну цель — сохранение постоянства условий жизни во внутренней фазе» (К. Бернар, 1878), или гомеостаз (по Кэннону);
принцип детерминизма — любая деятельность организма и его органов и систем причинно обусловлена;
адаптация — совокупность механизмов, обеспечивающих приспособление организма к постоянно меняющимся условиям внешней среды;
целостность организма и его связь с внешней средой, обеспечивающаяся нейро-гуморальными механизмами;
гомеостаз и адаптация — основные механизмы обеспечения жизни;
принцип надежности биологических систем: организм и его системы имеют резерв прочности, который обеспечивается следующими компонентами:
- избыточность элементов функционирования (например, 25% легочной ткани вполне достаточно для осуществления внешнего дыхания);
- резервирование функции (из 1 млн нефронов, имеющихся в почке, одновременно функционирует только часть из них, остальные остаются в резерве);
- периодичность функционирования всех элементов (например, открытие и закрытие, т.е. мерцание, капилляров); дублирование функций (сердечный насос имеет помощников в виде периферических сердец — скелетных мышц, сокращение которых проталкивает кровь по венозным сосудам).

Физиологии человека и животных

Физиология - наука о жизненных функциях организма и его структур, механизмах их осуществления и закономерностях регуляции.

В самом общем виде определение физиологии таково: это наука о природе, сущности жизненных процессов. Название физиология происходит от греческих словphysis — природа и logos - учение.

Физиология изучает проявления жизненных функций, начиная от молекулярного уровня и заканчивая жизнедеятельностью целостного организма, включая его поведенческие реакции, сознание и мышление. Она рассматривает источники получения энергии и роль различных веществ в жизнедеятельности, механизмы взаимосвязей клеток, объединения их в ткани, органы, физиологические системы и целостный организм, а также способы взаимодействия организма со средой обитания, его реакции на воздействия этой среды, механизмы приспособления к неблагоприятным условиям и сохранения здоровья.

Применяемый в широком смысле слова термин «физиология» обозначает огромный объем знаний о сущности жизненных процессов. Поскольку в растительных и животных организмах эти процессы во многом различны, то выделяют физиологию растений и физиологию человека и животных.

Физиологию и животных также подразделяют. Наряду с тем, что у позвоночных животных и человека имеется много сходства в функционировании внутренних органов, между ними есть и огромные отличия, прежде всего в характере и уровне психических функций. Это основное отличие отражено в названииhomo sapiens — человек мыслящий. Объемность предмета исследования привела к тому, что в физиологии стали выделять ее части как особые учебные дисциплины: физиологию клетки, сердца, крови, кровообращения, дыхания, нервной системы (нейрофизиологию), сенсорных систем и т.д. Некоторые разделы физиологии, изучаемые в вузах биологического и медицинского профиля как отдельные учебные дисциплины, приводятся ниже:

физиология возрастная изучает возрастные особенности жизнедеятельности человека, закономерности формирования, развития и угасания функций организма;
физиология рассматривает влияние трудовой деятельности человека на жизненные процессы, разрабатывает методы и средства обеспечения труда, способствующие поддержанию трудоспособности человека на высоком уровне;
физиология авиационная и космическая изучает реакции организма человека на воздействие факторов атмосферного и космического полета с целью разработки средств обеспечения жизнедеятельности и здоровья человека в условиях низкого атмосферного давления и космоса;
физиология экологическая выявляет особенности влияния климатогеографических условий и конкретной среды обитания на организм и способы повышения качества адаптации к неблагоприятным воздействиям среды;
физиология эволюционная и сравнительная рассматривает закономерности эволюционного развития физиологических процессов, механизмов, регуляций, а также их сходство и различия у организмов, находящихся на разных уровнях филогенеза.

В учебных заведениях медицинского профиля в едином курсе физиологии рассматриваются лишь некоторые материалы из вышеперечисленных специализированных курсов. Программы медицинских учебных заведений ориентированы на изучение курса физиологии человека (в них часто используется общее название физиология).

Из единой науки физиология человека в ряде стран (бывший СССР, постсоветские республики, некоторые европейские страны) была выделена отдельным предметом патологическая физиология - наука, изучающая общие закономерности возникновения, течения и исхода патологических процессов, болезней. В отличие от этого изучение жизненных процессов здорового организма стали называть нормальной физиологией. В высших медицинских учебных заведениях Беларуси эти предметы изучаются раздельно на кафедрах нормальной и патологической физиологии. В некоторых странах они объединены под названием медицинская физиология.

Физиология имеет тесную связь с другими фундаментальными теоретическими медицинскими науками: анатомией, гистологией, биохимией. Физиология как бы объединяет эти науки, использует их знания и создает общность — фундамент медико-биологических знаний, без которого невозможно овладение врачебным делом.

Например, сегодня важнейшей проблемой медицины является лечение и профилактика заболеваний сердечно-сосудистой системы. Какие знания дает физиология для решения этой проблемы? В разделе физиология сердца изучается основная функция сердца как насоса и регулятора движения крови; выясняются механизмы осуществления этой функции: процессы автоматической генерации возбуждения, проведения его по специализированным структурам, механизм сокращения сердца и изгнания крови в сосудистую систему. Особенно много внимания уделяется изучению механизмов регуляции работы сердца, приспособления его к изменяющимся потребностям кровотока в различных органах. Изучаются биофизические и молекулярные механизмы управления возбудимостью, проводимостью и сократимостью сердечной мышцы. На основе этих данных современная биохимия и фармакология синтезируют лекарственные вещества, обеспечивающие возможность лечения нарушений работы сердца. Предметом физиологии является также разработка и изучение методов исследования функций и состояния сердца. Из приведенных материалов становится очевидным, что без знаний физиологии невозможно не только лечение, но и диагностика заболеваний.

Очень важной задачей физиологии является также обеспечение усвоения знаний о взаимосвязях жизненных процессов, органов и систем, формировании целостной реакции организма на различные воздействия и общих принципах регуляции таких реакций. Все это должно заложить основу "функционального мышления" будущего медика, его способности на основе отдельных симптомов мысленно моделировать возможные взаимосвязи и механизмы, вызывающие появление этих симптомов, находить первопричину и способы устранения патологических процессов.

Важно также научить будущих врачей наблюдательности и исследованию показателей физиологических функций, привить навыки выполнения диагностических и врачебных манипуляций.

Перед предметом физиологии человека стоит также задача по определению резервов физиологических систем, оценке уровня здоровья человека и разработке способов повышения его устойчивости к действию неблагоприятных факторов, имеющих место в трудовой сфере, окружающей природной и бытовой среде.

Понятие и виды физиологии

Физиология (от греч.physis - природа,logos — учение) — наука о жизненных функциях организма и его структурах, механизмах осуществления этих функций и закономерностях их регуляции.

Физиология животных — биологическая наука, изучающая жизнедеятельность организма, составляющих его органов и тканей во взаимосвязи с внешней средой.

Предметом физиологии являются процессы жизнедеятельности организма и отдельных его органов в связи с индивидуальным развитием и приспособлением к условиям окружающей среды. К числу исследуемых проблем относятся: закономерности биологических процессов на разных структурных уровнях, формирование физиологических функций в разные возрастные периоды, механизмы взаимодействия отдельных систем организма с окружающей средой, особенности механизмов регуляции жизненных процессов у различных видов, методы целенаправленного воздействия на определенные физиологические системы.

Под физиологической функцией понимают проявление жизнедеятельности клетки (например, сокращение мышечной клетки), органа (например, образование мочи почкой), системы (например, образование и разрушение клеток крови кроветворной системой).

Физиология изучает проявления жизненных функций на различных уровнях организации живого: молекулярном, клеточном, органном, системном и целостного организма, включая его поведенческие реакции, сознание и мышление. Физиологическая наука дает ответы на вопросы: что является источником получения энергии, какова роль различных веществ в жизнедеятельности, как взаимодействуют клетки и объединяются в ткани, органы, физиологические системы и целостный организм. Физиология изучает способы взаимодействия организма со средой обитания, его реакции па изменения в среде существования, механизмы приспособления к неблагоприятным условиям и сохранения здоровья.

Применяемый в широком смысле слова термин физиология обозначает огромный объем знаний о сущности жизненных процессов. Поскольку в растительных и животных организмах эти процессы во многом различны, то выделяют физиологию растений и физиологию человека и животных.

Физиологию человека и животных также подразделяют. Наряду с тем, что у позвоночных животных и человека имеется много сходства в функционировании внутренних органов, между ними есть и огромные отличия, прежде всего в характере и уровне психических функций.

Огромный объем знаний в различных областях физиологической науки привел к тому, что в физиологии стали выделять ее части как особые учебные дисциплины: физиологию клетки, физиологию сердца, крови, кровообращения, дыхания, нервной системы (нейрофизиологию), физиологию сенсорных систем и т.д. В учреждениях высшего образования биологического профиля как отдельные учебные дисциплины изучают возрастную физиологию; физиологию труда, спорта; авиационную, космическую, эволюционную физиологию и др.

Нормальная фитология — наука, изучающая основные закономерности и механизмы регуляции функционирования организма в целом и отдельных его составляющих во взаимодействии с окружающей средой, организацию жизненных процессов на различных структурно-функциональных уровнях. Основная задача физиологии состоит в проникновении в логику жизни организма.

Общая физиология - раздел дисциплины, который изучает фундаментальные закономерности реагирования организма на воздействие среды, основные его процессы и механизмы.

Частная физиология - раздел, который изучает закономерности и механизмы функционирования отдельных систем, органов и тканей организма.

Физиология клетки — раздел, изучающий основные закономерности функционирования клетки.

Сравнительная и эволюционная физиология — раздел, который исследует особенности функционирования различных видов и одного и того же вида, находящихся на разных этапах индивидуального развития.

Экологическая физиология - раздел, который изучает особенности функционирования организма в различных физико- географических зонах, в разные временные периоды, физиологические основы адаптации к природным факторам.

Физиология трудовой деятельности - раздел, который изучает закономерности функционирования организма при выполнении физической и другой работы.

Спортивная физиология - раздел, который изучает закономерности функционирования организма в процессе занятий различными видами физической культуры на любительском или профессиональном уровне.

Патологическая физиология - наука об общих закономерностях возникновения, развития и течения болезнетворных процессов в организме.

Орган – это обособленная часть организма, имеющая определенную форму, строение, расположение и выполняющая определенные специфические функции. Орган образован системой тканей, в которой преобладает одна (две) из них. Группа органов, связанных друг с другом анатомически, имеющих общий план строения, единство происхождения и выполняющих определенную физиологическую функцию, образуют систему органов .

В организме человека обычно выделяют следующие системы органов: нервную, эндокринную, опорно-двигательную, кровеносную (сердечно-сосудистую), дыхательную, пищеварительную, выделительную, покровную, половую. Иногда из сердечно-сосудистой системы отдельно выделяют лимфатическую систему.

Опорно-двигательная система . Состоит из пассивной части (скелета) и активной части (мышц). Кроме опорной и двигательной, эта система выполняет защитную функцию (защищает от внешних механических воздействий ЦНС и внутренние органы) и кроветворную функцию (орган кроветворения – красный костный мозг).

Кровеносная система состоит из сердца и сосудов. Функция этой системы – обеспечение движения крови по сосудам. Это осуществляется, в первую очередь, за счет сокращений сердца.

Сосуды, по которым кровь течет от сердца, называются артериями, а по которым кровь течет к сердцу – венами. Из сердца выходят крупные артерии, они делятся на все более мелкие и переходят в капилляры, а те, в свою очередь, переходят в мелкие вены, объединяющиеся во все более крупные, которые впадают в сердце.

Кровь (жидкая соединительная ткань) выполняет транспортную и защитную функции. Транспортная функция заключается в том, что кровь, во-первых, переносит к тканям кислород, питательные вещества, биологически активные вещества, различные ионы и т.д. и, во-вторых уносит от тканей отходы обмена веществ, например углекислый газ. Защитная функция состоит, во-первых, в обеспечении иммунитета (борьбы с чужеродными веществами, попадающими в организм, а также бактериями, вирусами и т.п.) и, во-вторых, в обеспечении свертывания крови, благодаря чему прекращается кровотечение при травмах сосудов.

Лимфатическая система , состоящая из лимфатических сосудов и лимфатические узлов, обеспечивает движение лимфы. В отличие от кровеносной лимфатическая система начинается мелкими замкнутыми капиллярами, которые собираются во все более крупные. Два самых крупных лимфатических протока впадают в вены кровеносной системы. Лимфа, также как и кровь, принимает участие в создании иммунитета. Кроме того, главным образом через лимфу происходит отток тканевой жидкости.

Кровь, лимфа и тканевая жидкость образуют внутреннюю среду организма, основное свойство которой состоит в поддержании постоянства собственных физико-химических особенностей (гомеостаза). Тканевая (межклеточная) жидкость выделяется главным образом из крови, затем попадает в лимфатическую систему, а из нее снова в кровь.

Дыхательная система . Состоит из дыхательных путей (носовая полость, носоглотка, гортань, трахея, бронхи) и легких. Основная функция – доставка кислорода в кровеносную систему и удаление из организма углекислого газа. Кровью кислород переносится к тканям, где участвует в клеточном дыхании (см. выше). Таким образом, дыхательная система необходима для того, чтобы в клетках могла выделяться и запасаться энергия.

Пищеварительная система . Состоит из ротовой полости, глотки, пищевода, желудка и кишечника, а также пищеварительных желез (слюнных, кишечных, поджелудочной, печени). Основные функции – механическая и химическая переработка пищи, всасывание продуктов ее переваривания в кровь и лимфу, удаление из организма непереваренных остатков.

Питательные вещества (жиры, белки, углеводы) необходимы для синтеза органических молекул при росте и обновлении организма, а также для получения энергии в процессе клеточного дыхания. Однако эти вещества обычно представляют собой очень крупные молекулы, которые не могут проникнуть через стенки кишечника в кровь. Поэтому в процессе пищеварения при помощи ферментов крупные молекулы расщепляются на более мелкие, которые и попадают в кровь и лимфу. Далее они переносятся в ткани и используются в процессах ассимиляции и диссимиляции. Кроме жиров, белков и углеводов с пищей в организм попадают витамины и минеральные вещества. Витамины – это органические соединения различной химической природы, не синтезирующиеся в организме, но необходимые для выполнения целого ряда важнейших функций. Витамины обладают высокой биологической активностью, поэтому нужны в очень небольших количествах.

Выделительная система . В процессе метаболизма в организме образуется ряд отходов обмена веществ (уже ненужных и даже вредных соединений). Все они удаляются из организма через различные системы органов. Через дыхательную систему удаляется углекислый газ, из кишечника выделяются непереваренные остатки пищи, через потовые железы в коже вместе с водой удаляются конечные продукты белкового обмена (мочевина, мочевая кислота, аммиак).

В узком смысле под выделительной системой имеются в виду почки и связанные с ними органы (мочеточники, мочевой пузырь, мочеиспускательный канал). В почках образуется моча, представляющая собой водный раствор различных солей, конечных продуктов белкового обмена, чужеродных веществ, гормонов, витаминов. Все эти вещества почечный эпителий извлекает из крови, движущейся по кровеносным сосудам, густо пронизывающим почки.

Покровная система представлена кожным покровом. Функции кожи очень многочисленны. Она защищает организм от вредных воздействий среды, принимает участие в терморегуляции, выделяет конечные продукты обмена веществ и воду. Помимо этого в коже находится множество чувствительных образований – рецепторов, воспринимающих тактильные, температурные и болевые раздражения.

Половая система обеспечивает репродукцию организма. В половых железах созревают яйцеклетки (в яичниках) и сперматозоиды (в семенниках). Половые железы являются также железами внутренней секреции, в которых синтезируются половые гормоны.

Нервная и эндокринная системы осуществляют управляющие функции, т.е. стоят над всеми остальными системами организма. При этом нервная система обеспечивает связь с внешней средой, регуляцию и координацию деятельности внутренних органов. Высшие отделы центральной нервной системы (ЦНС) являются анатомической основой для реализации наиболее сложных психических функций. Эндокринная система осуществляет гуморальную (с помощью гормонов) регуляцию функций организма (см. следующий раздел).

Принято выделять следующие физиологические системы организма: костную (скелет человека), мышечную, кровеносную, дыхательную, пищеварительную, нервную, систему крови, желез внутренней секреции, анализаторов и др.

Кровь как физиологическая Кровь - жидкая ткань, циркулирующая в система, жидкая ткань кровеносной системе и обеспечивающая жиз- недеятельность клеток и тканей организма в качестве органа и физиологической системы. Она состоит из плазмы (55-60%) и взвешенных в ней форменных элементов: эритроцитов, лейкоцитов, тромбоцитов и других веществ (40-45%) (рис. 2.8); имеет слабощелочную реакцию (7,36 рН).

Эритроциты - красные кровяные клетки, имеющие форму круглой вогнутой пластинки диаметром 8 и толщиной 2-3 мкм, заполнены особым белком - гемоглобином, который способен образовывать соединение с кислородом (оксигемоглобин) и транспортировать его из легких к тканям, а из тканей переносить углекислый газ к легким, осуществляя таким образом дыхательную функцию. Продолжительность жизни эритроцита в организме 100-120 дней. Красный костный мозг вырабатывает до 300 млрд молодых эритроцитов, ежедневно поставляя их в кровь. В 1 мл крови человека в норме содержится 4,5-5 млн эритроцитов. У лиц, активно занимающихся двигательной деятельностью, это число может существенно возрастать (6 млн и более). Лейкоциты - белые кровяные тельца, выполняют защитную функцию, уничтожая инородные тела и болезнетворные микробы (фагоцитоз). В 1 мл крови содержится 6-8 тыс. лейкоцитов. Тромбоциты (а их содержится в 1 мл от 100 до 300 тыс.) играют важную роль в сложном процессе свертывания крови. В плазме крови растворены гормоны, минеральные соли, питательные и другие вещества, которыми она снабжает ткани, а также содержатся продукты распада, удаленные из тканей.

Рис. 2.8. Состав крови человека

Основные константы крови человека

Количество крови....................... 7% массы тела

Вода.................................... 90-91%

Плотность......................... 1,056-1,060 г/см 3

Вязкость............... 4-5 усл. ед. (по отношению к воде)

рН.................................. ... 7,35-7,45

Общий белок (альбумины, глобулины, фибриноген) . . . 65-85 г/л

Na* ................................... 1,8-2,2 г/л"

К* ................................... 1,5-2,2 г/л

Са* ................................ 0,04-0,08 г/л

Осмотическое давление........ 7,6-8,1 атм (768,2-818,7 кПа)

Онкотическое давление..... 25-30 мм рт. ст. (3,325-3,99 кПа)

Показатель депрессии........................ -0,56"С

В плазме крови находятся и антитела, создающие иммунитет (невосприимчивость) организма к ядовитым веществам инфекционного или какого-нибудь иного происхождения, микроорганизмам и вирусам. Плазма крови принимает участие в транспортировке углекислого газа к легким.

Постоянство состава крови поддерживается как химическими механизмами самой крови, так и специальными регуляторными механизмами нервной системы.

При движении крови по капиллярам, пронизывающим все ткани, через их стенки постоянно просачивается в межтканевое пространство часть кровяной плазмы, которая образует межтканевую жидкость, окружающую все клетки тела. Из этой жидкости клетки поглощают питательные вещества и кислород и выделяют в нее углекислый газ и другие продукты распада, образовавшиеся в процессе обмена веществ. Таким образом, кровь непрерывно отдает в межтканевую жидкость питательные вещества, используемые клетками, и поглощает вещества, выделяемые ими. Здесь же расположены мельчайшие лимфатические сосуды. Некоторые вещества межтканевой жидкости просачиваются в них и образуют лимфу, которая выполняет следующие функции: возвращает белки из межтканевого пространства в кровь, участвует в перераспределении жидкости в организме, доставляет жиры к клеткам тканей, поддерживает нормальное протекание процессов обмена веществ в тканях, уничтожает и удаляет из организма болезнетворные микроорганизмы. Лимфа по лимфатическим сосудам возвращается в кровь, в венозную часть сосудистой системы.

Общее количество крови составляет 7-8% массы тела человека. В покое 40-50% крови выключено из кровообращения и находится в «кровяных депо»: печени, селезенке, сосудах кожи, мышц, легких. В случае необходимости (например, при мышечной работе) запасной объем крови включается в кровообращение и рефлекторно направляется к работающему органу. Выход крови из «депо» и ее перераспределение по организму регулируется ЦНС.

Потеря человеком более 1/3 количества крови опасна для жизни. В то же время уменьшение количества крови на 200-400 мл (донорство) для здоровых людей безвредно и даже стимулирует процессы кроветворения. Различают четыре группы крови (I, II,III, IV)..При спасении жизни людей, потерявших много крови, или при некоторых заболеваниях делают переливание крови с учетом группы. Каждый человек должен знать свою группу крови.

Сердечно-сосудистаясистема. Кровеносная система состоит из сердца и кровеносных сосудов. Сердце - главный орган кровеносной системы - представляет собой полый мышечный орган, совершающий ритмические сокращения, благодаря которым происходит процесс кровообращения в организме. Сердце - автономное, автоматическое устройство. Однако его работа корректируется многочисленными прямыми и обратными связями, поступающими от различных органов и систем организма. Сердце связано с центральной нервной системой, которая оказывает на его работу регулирующее воздействие.

Сердечно-сосудистая система состоит из большого и малого кругов кровообращения (рис. 2.9). Левая половина сердца обслуживает большой круг

кровообращения, правая - малый. Большой круг кровообращения начинается от левого желудочка сердца, проходит через ткани всех органов и возвращается в правое предсердие. Из правого предсердия кровь переходит в правый желудочек, откуда начинается малый круг кровообращения, который проходит через легкие, где венозная кровь, отдавая углекислый газ и насыщаясь кислородом, превращается в артериальную и направляется в левое предсердие. Из левого предсердия кровь поступает в левый желудочек и оттуда вновь в большой круг кровообращения.

Деятельность сердца заключается в ритмичной смене сердечных циклов, состоящих из трех фаз: сокращения предсердий, сокращения желудочков и общего расслабления сердца.

Пульс - волна колебаний, распространяемая по эластичным стенкам артерий в результате гидродинамического удара порции крови, выбрасываемой в аорту под большим давлением при сокращении левого желудочка. Частота пульса соответствует частоте сокращений сердца. Частота пульса в покое (утром, лежа, натощак) оказывается ниже из-за увеличения мощности каждого сокращения. Урежение частоты пульса увеличивает абсолютное время паузы для отдыха сердца и для протекания процессов восстановления в сердечной мышце. В покoe пульс здорового человека равен 60-70 удар/мин.

Кровяное давление создается силой сокращения желудочков сердца и упругостью стенок сосудов. Оно измеряется в плечевой артерии. Различают максимальное (или систолическое) давление, которое создается во время сокращения левого желудочка (систолы), и минимальное (или диастолическое) давление, которое отмечается во время расслабления левого желудочка (диастолы). Давление поддерживается за счет упругости стенок растянутой аорты и других крупных артерий. В норме у здорового человека в возрасте 18- 40 лет в покое кровяное давление равно 120/70 мм рт. ст. (120 мм систолическое давление, 70 мм - диастолическое). Наибольшая величина кровяного давления наблюдается в аорте.

По мере удаления от сердца кровяное давление оказывается все ниже. Самое низкое давление наблюдается в венах при впадении их в правое предсердие. Постоянная разность давления обеспечивает непрерывный ток крови по кровеносньм сосудам (в сторону пониженного давления).

Дыхателная система Дыхательная система включает в себя носовую полость, гортань, трахею, бронхи и легкие. В процессе дыхания из атмосферного воздуха через альвеолы легких в организм постоянно поступает кислород, а из организма выделяется углекислый газ (рис. 2.10 и 2.11).

Трахея в нижней своей части делится на два бронха, каждый из которых, входя в легкие, древовидно разветвляется. Конечные мельчайшие разветвления бронхов (бронхиолы) переходят в закрытые альвеолярные годы, в стенках которых имеется большое количество шаровидных образований - легочных пузырьков (альвеол). Каждая альвеола окружена густой сетью капилляров. Общая поверхность всех легочных пузырьков очень велика, она в 50 раз превышает поверхность кожи человека и составляет более 100 м 2 .

Легкие располагаются в герметически закрытой полости грудной клетки. Они покрыты тонкой гладкой оболочкой - плеврой, такая же оболочка выстилает изнутри полость грудной клетки. Пространство, образованное между этими листами плевры, называется плевральной полостью. Давление в плевральной полости всегда ниже атмосферного при выдохе на 3-4 мм рт. ст., при вдохе - на 7-9.

Процесс дыхания - это целый комплекс физиологических и биохимических процессов, в реализации которых участвует не только дыхательный аппарат, но и система кровообращения.

Механизм дыхания имеет рефлекторный (автоматический) характер. В покое обмен воздуха в легких происходит в результате дыхательных ритмических движений грудной клетки. При понижении в грудной полости давления в легкие в достаточной степени пассивно за счет разности давлений засасывается порция воздуха - происходит вдох. Затем полость грудной клетки уменьшается и воздух из легких выталкивается - происходит выдох. Расширение полости грудной клетки осуществляется в результате деятельности дыхательной мускулатуры. В покое при вдохе полость грудной клетки расширяет специальная дыхательная мышца - диафрагма, а также наружные межреберные мышцы; при интенсивной физической работе включаются и другие (скелетные) мышцы. Выдох в покое производится выражение пассивно, при расслаблении мышц, осуществлявших вдох, грудная клетка под воздействием силы тяжести и атмосферного давления уменьшается. При интенсивной физической работе в выдохе участвуют мышцы брюшного пресса, внутренние межреберные и другие скелетные мышцы. Систематические занятия физическими упражнениями и спортом укрепляют дыхательную мускулатуру и способствуют увеличению объема и подвижности (экскурсии) грудной клетки.

Этап дыхания, при котором кислород из атмосферного воздуха переходит в кровь, а углекислый газ из крови - в атмосферный воздух, называют внешним дыханием; перенос газов кровью - следующий этап и, наконец, тканевое (или внутреннее) дыхание - потребление клетками кислорода и выделение ими углекислоты как результат биохимических реакций, связанных с образованием энергии, чтобы обеспечить процессы жизнедеятельности организма.

Внешнее (легочное) дыхание осуществляется в альвеолах легких. Здесь через полупроницаемые стенки альвеол и капилляров кислород переходит из альвеолярного воздуха, заполняющего полости альвеол. Молекулы кислорода и углекислого газа осуществляют этот переход за сотые доли секунды. После переноса кислорода кровью к тканям осуществляется тканевое (внутриклеточное) дыхание. Кислород переходит из крови в межтканевую жидкость и оттуда в клетки тканей, где используется для обеспечения процессов обмена веществ. Углекислый газ, интенсивно образующийся в клетках, переходит в межтканевую жидкость и затем в кровь. С помощью крови он транспортируется к легким, а затем выводится из организма. Переход кислорода и углекислого газа через полупроницаемые стенки альвеол, капилляров и оболочек эритроцитов путем диффузии (перехода) обусловлен разностью парциального давления каждого из этих газов. Так, например, при атмосферном давлении воздуха 760 мм рт. ст. парциальное давление кислорода (р0а) в нем равно 159 мм рт. ст., а в альвеолярном - 102, в артериальной крови - 100, в венозной - 40 мм рт. ст. В работающей мышечной ткани р0а может снижаться до нуля. Из-за разницы в парциальном давлении кислорода происходит его поэтапный переход в легкие, далее через стенки капилляров в кровь, а из крови в клетки тканей.

Углекислый газ из клеток тканей поступает в кровь, из крови - в легкие, из легких - в атмосферный воздух, так как градиент парциального давления углекислого газа (СО 2) направлен в обратную относительно р0а сторону (в клетках СО 2 - 50-60, в крови - 47, в альвеолярном воздухе - 40, в атмосферном воздухе - 0,2 мм рт. ст.).

Система пищеварения и выделения. Пищеварительная система состоит из ротовой полости, слюнных желез, глотки, пищевода, желудка, тонкого и толстого кишечника, печени и поджелудочной железы. В этих органах пища механически и химически обрабатывается, перевариваются поступающие в организм пищевые вещества и всасываются продукты пищеварения.

Выделительную систему образуют почки, мочеточники и мочевой пузырь, которые обеспечивают выделение из организма с мочой вредных продуктов обмена веществ (до 75%). Кроме того, некоторые продукты обмена выделяются через кожу (с секретом потовых и сальных желез), легкие (с выдыхаемым воздухом) и через желудочно-кишечный тракт. С помощью почек в организме поддерживается кислотно-щелочное равновесие (рН), необходимый объем воды и солей, стабильное осмотическое давление (т.е. гомеостаз).

Нервная система Нервная система состоит из центрального (головной и спинной мозг) w. периферического отделов (нервов, отходящих от головного и спинного мозга и расположенных на

периферии нервных узлов). Центральная нервная система координирует деятельность различных органов и систем организма и регулирует эту деятельность в условиях изменяющейся внешней среды по механизму рефлекса. Процессы, протекающие в центральной нервной системе, лежат в основе всей психической деятельности человека.

О структуре центральной нервной системы. Спинной мозг лежит в спинно-мозговом канале, образованном дужками позвонков. Первый шейный позвонок - граница спинного мозга сверху, а граница снизу - второй поясничный позвонок. Спинной мозг делится на пять отделов с определенным количеством сегментов: шейный, грудной, поясничный, крестцовый и копчиковый. В центре спинного мозга имеется канал, заполненный спинномозговой жидкостью. На поперечном разрезе лабораторного препарата легко различают серое и белое вещество мозга. Серое вещество мозга образовано скоплением тел нервных клеток (нейронов), периферические отростки которых в составе спинномозговых нервов достигают различных рецепторов кожи, мышц, сухожилий, слизистых оболочек. Белое вещество, окружающее серое, состоит из отростков, связывающих между собой нервные клетки спинного мозга; восходящих чувствительных (аферентных), связывающих все органы и ткани (кроме головы) с головным мозгом; нисходящих двигательных (эфферентных) путей, идущих от головного мозга к двигательным клеткам спинного мозга. Итак, спинной мозг выполняет рефлекторную и проводниковую для нервных импульсов функции. В различных отделах спинного мозга находятся мотонейроны (двигательные нервные клетки), иннервирующие мышцы верхних конечностей, спины, груди, живота, нижних конечностей. В крестцовом отделе располагаются центры дефекации, мочеиспускания и половой деятельности. Важная функция мотонейронов в том, что они постоянно обеспечивают необходимый тонус мышц, благодаря которому все рефлекторные двигательные акты осуществляются мягко и плавно. Тонус центров спинного мозга регулируется высшими отделами центральной нервной системы. Поражения спинного мозга влекут за собой различные нарушения, связанные с выходом из строя проводниковой функции. Всевозможные травмы и заболевания спинного мозга могут приводить к расстройству болевой, температурной чувствительности, нарушению структуры сложных произвольных движений, мышечного тонуса.

Головной мозг представляет собой скопление огромного количества нервных клеток. Он состоит из переднего, промежуточного, среднего и заднего отделов. Строение головного мозга несравнимо сложнее строения любого органа человеческого тела.

Кора больших полушарий головного мозга - наиболее молодой в филогенетическом отношении отдел головного мозга (филогенез - процесс развития растительных и животных организмов в течение времени существования жизни на Земле). В процессе эволюции кора больших полушарий стала высшим отделом центральной нервной системы, формирующим деятельность организма как единого целого в его взаимоотношениях с окружающей средой. Мозг активен не только во время бодрствования, но и во время сна. Мозговая ткань потребляет в 5 раз больше кислорода, чем сердце, и в 20 раз больше, чем мышцы. Составляя всего около 2% массы тела человека, мозг поглощает 18- 25% потребляемого всем организмом кислорода. Мозг значительно превосходит другие органы и по потреблению глюкозы. Он использует 60-70% глюкозы, образуемой печенью, и это несмотря на то, что мозг содержит меньше крови, чем другие органы. Ухудшение кровоснабжения головного мозга может быть связано с гиподинамией. В этом случае возникает головная боль различной локализации, интенсивности и продолжительности, головокружение, слабость, понижается умственная работоспособность, ухудшается память, появляется раздражительность. Чтобы охарактеризовать изменения умственной работоспособности, используется комплекс методик, оценивающих различные ее компоненты (внимание, объем памяти и восприятия, логическое мышление).

Вегетативная " нервная система - специализированный отдел нервной системы, регулируемый корой больших полушарий. В отличие от соматической нервной системы, иннервирующей произвольную (скелетную) мускулатуру и обеспечивающей общую чувствительность тела и других органов чувств, вегетативная нервная система регулирует деятельность внутренних органов - дыхания, кровообращения, выделения, размножения, желез внутренней секреции. Вегетативная нервная система подразделяется на симпатическую и парасимпатическую системы (рис. 2.12).

Рис. 2.12. Схема строения вегетативной нервной системы:

/ - средний мозг, II - продолговатый мозг, III - шейный отдел спинного мозга, IV - грудной отдел спинного мозга, V -поясничный отдел спинного мозга, VI- крестцовый отдел спинного мозга, 1 - глаз, 2 - слезная железа, 3 - слюнные железы, 4 - сердце, 5 - легкие, 6 - желудок, 7 - кишечник, 8 - мочевой пузырь, 9 - блуждающий нерв, 10 - тазовым нерв, 11 - симпатический ствол с наравертебральнымл ганглиями, 12 - солнечное сплетение, 13 - глазодвигательнын нерв, 14 - слезный нерв, 15 - барабанная струна,16 - язычный нерв

Деятельность сердца, сосудов, органов пищеварения, выделения, половых и других, регуляция обмена веществ, термообразоваиия, участие в формировании эмоциональных реакций (страх, гнев, радость) - все это находится в ведении симпатической и парасимпатической нервной системы и под контролем высшего отдела центральной нервной системы.

Рецепторы и анализаторы Способность Организма быстро приспосабливаться к изменениям окружающей среды реализуется благодаря специальным образованиям - рецепторам, которые, обладая

строгой специфичностью, трансформируют внешние раздражители (звук, температуру, свет, давление) в нервные импульсы, поступающие по нервным волокнам в центральную нервную систему. Рецепторы человека делятся на две основные группы: экстеро- (внешние) и интеро- (внутренние) рецепторы. Каждый такой рецептор является составной частью анализирующей системы, которая называется анализатором. Анализатор состоит из трех отделов - рецептора, проводниковой части и центрального образования в головном мозге.

Высшим отделом анализатора является корковый отдел. Перечислим названия анализаторов, о роли которых в жизнедеятельности человека многим известно. Это кожный анализатор (тактильная, болевая, тепловая, холодовая чувствительность); двигательный (рецепторы в мышцах, суставах, сухожилиях и связках возбуждаются под влиянием давления и растяжения); вестибулярный (расположен во внутреннем ухе и воспринимает положение тела в пространстве); зрительный (свет и цвет); слуховой (звук); обонятельный (запах); вкусовой (вкус); висцеральный (состояние ряда внутренних органов).

Эндокринная система Железы внутренней секреции, или эндокринные железы (рис. 2.13), вырабатывают особые биологические вещества - гормоны. Термин «гормон» происходит от греческого «hormo» - побуждаю, возбуждаю. Гормоны обеспечивают гуморальную (через кровь, лимфу, межтканевую жидкость) регуляцию физиологических процессов в организме, попадая во все органы и ткани. Часть гормонов продуцируется только в определенные периоды, большинство же - на протяжении всей жизни человека. Они могут тормозить или ускорять рост организма, половое созревание, физическое и психическое развитие, регулировать обмен веществ и энергии, деятельность внутренних органов. К железам внутренней секреции относят: щитовидную, околощитовидные, зобную, надпочечники, поджелудочную, гипофиз, половые железы и ряд других.

Некоторые из перечисленных желез вырабатывают кроме гормонов еще секреторные вещества (например, поджелудочная железа участвует в процессе пищеварения, выделяя секреты в двенадцатиперстную

Гормоны, как вещества высокой биологической активности, несмотря на чрезвычайно малые концентрации в крови способны вызывать значительные изменения в состоянии организма, в частности в осуществлении обмена веществ и энергии. Они обладают дистанционным действием, характеризуются специфичностью, которая выражается в двух формах: одни гормоны (например, половые) влияют только на функцию некоторых органов и тканей, другие управляют лишь определенными изменениями в цепи обменных процессов и в активности регулирующих эти процессы ферментов. Гормоны сравнительно быстро разрушаются и для поддержания их определенного количества в крови необходимо, чтобы они неустанно выделялись соответствующей железой. Практически все расстройства деятельности желез внутренней секреции вызывают понижение общей работоспособности человека. Функция эндокринных желез регулируется центральной нервной системой, нервное и гуморальное воздействие на различные органы, ткани и их функции представляют собой проявление единой системы нейрогуморальной регуляции функций организма.

2.4. Внешняя среда и ее воздействие на

организм и жизнедеятельность человека

Внешняя среда. Ha человека воздействуют различные факторы окружающей среды. При изучении многообразных видов его деятельности не

обойтись без учета влияния природных факторов (барометрическое давление, газовый состав и влажность воздуха, температура окружающей среды, солнечная радиация - так называемая физическая окружающая среда), биологических факторов растительного и животного окружения, а также факторов социальной среды с результатами бытовой, хозяйственной, производственной и творческой деятельности человека.

Из внешней среды в организм поступают вещества, необходимые для его жизнедеятельности и развития, а также раздражители (полезные и вредные), которые нарушают постоянство внутренней среды. Организм путем взаимодействия функциональных систем всячески стремится сохранить необходимое постоянство своей внутренней среды.

Деятельность всех органов и их систем в целостном организме характеризуется определенными показателями, имеющими те или иные диапазоны колебаний. Одни константы стабильны и довольно жесткие (например, рН крови 7,36-7,40, температура тела - в пределах 35- 42°С), другие и в норме отличаются значительными колебаниями (например, ударный объем сердца - количество крови, выбрасываемой за одно сокращение - 50-200 см*). Низшие позвоночные, у которых регуляция показателей, характеризующих состояние внутренней среды, несовершенна, оказываются во власти факторов окружающей среды. Например, лягушка, не обладая механизмом, регулирующим постоянство температуры тела, дублирует температуру внешней среды настолько, что зимой все жизненные процессы у нее затормаживаются, а летом, оказавшись вдалеке от воды, она высыхает и гибнет. В процессе филогенетического развития высшие животные, в том числе и человек, как бы сами себя поместили в теплицу, создав свою стабильную внутреннюю среду и обеспечив тем самым относительную независимость от внешней среды.

Природные социально-экологические факторы и ихвоздействие на организм. Природные и социально-биологические факторы, влияющие на организм человека, неразрывно связаны с вопросами экологического характера. Экология (греч. oikos - дом, жилище, родина + logos - понятие, учение) - это и область знания, и часть биологии, и учебная дисциплина, и комплексная наука. Экология рассматривает взаимоотношения организмов друг с другом и с неживыми компонентами природы Земли (ее биосферы). Экология человека изучает закономерности взаимодействия человека с природой, проблемы сохранения и укрепления здоровья. Человек зависит от условий среды обитания точно так же, как природа зависит от человека. Между тем влияние производственной деятельности на окружающую природу (загрязнение атмосферы, почвы, водоемов отходами производства, вырубка лесов, повышенная радиация в результате аварий и нарушений технологий) ставит под угрозу существование самого человека. К примеру, в крупных городах значительно ухудшается естественная среда обитания, нарушаются ритм жизни, психоэмоциональная ситуация труда, быта, отдыха, меняется климат. В городах интенсивность солнечной радиации на 15-20% ниже, чем в прилегающей местности, зато среднегодовая температура выше на 1-2"С, менее значительны суточные и сезонные колебания, ниже атмосферное давление, загрязненный воздух. Все эти изменения оказывают крайне неблагоприятное воздействие на физическое и психическое здоровье человека. Около 80% болезней современного человека - результат ухудшения экологической ситуации на планете. Экологические проблемы напрямую связаны с процессом организации и проведения систематических занятий физическими упражнениями и спортом, а также с условиями, в которых они происходят.

2.5. Функциональная активность человека и

взаимосвязь физической и умственной деятельности

Функциональная активность человека. Функциональная активность человека характеризуется различными двигательными актами: сокращением мышцы сердца, передвижением тела в пространстве, движением глазных яблок, глотанием, дыханием, а также двигательным компонентом речи, мимики.

На развитие функций мышц большое влияние оказывают силы гравитации и инерции, которые мышца вынуждена постоянно преодолевать. Важную роль играют время, в течение которого развертывается мышечное сокращение, и пространство, в котором оно.происходит.

Предполагается и целым рядом научных работ доказывается, что труд создал человека. Понятие «труд» включает различные его виды. Между тем существуют два основных вида трудовой деятельности человека - физический и умственный труд и их промежуточные сочетания.

Физический труд - это вид деятельности человека, особенности которой определяются комплексом факторов, отличающих один вид деятельности от другого, связанного с наличием каких-либо климатических, производственных, физических, информационных и тому подобных факторов. Выполнение физической работы всегда связано с определенной тяжестью труда, которая определяется степенью вовлечения в работу скелетных мышц и отражающая физиологическую стоимость преимущественно физической нагрузки. По степени тяжести различают физически легкий труд, средней тяжести, тяжелый и очень тяжелый. Критериями оценки тяжести труда служат эргометрические показатели (величины внешней работы, перемещенных грузов и др.) и физиологические (уровни энергозатрат, частота сердечных сокращении, иные функциональные изменения).

Умственный труд - это деятельность человека по преобразованию сформированной в его сознании концептуальной модели действительности путем создания новых понятий, суждений, умозаключений, а на их основе - гипотез и теории. Результат умственного труда - научные и духовные ценности или решения, которые посредством управляющих воздействий на орудия труда используются для удовлетворения общественных или личных потребностей. Умственный труд выступает в различных формах, зависящих от вида концептуальной модели и целей, которые стоят перед человеком (эти условия определяют специфику умственного труда). К неспецифическим особенностям умственного труда относятся прием и переработка информации, сравнение полученной информации с хранящейся в памяти человека, ее преобразование, определение проблемной ситуации, путей разрешения проблемы и формирование цели умственного труда в зависимости от вида и способов преобразования информации и выработки решения различают репродуктивные и продуктивные (творческие) виды умственного труда. В репродуктивных видах труда используются заранее известные преобразования с фиксированными алгоритмами действий (например, счетные операции), в творческом труде алгоритмы либо вообще неизвестны, либо даны в неясном виде. Оценка человеком себя как субъекта умственного труда, мотивов деятельности, значимости цели и самого процесса труда составляет эмоциональную составляющую умственного труда. Эффективность его определяется уровнем знаний и возможностью их осуществить, способностями человека, и его волевыми характеристиками. При высокой напряженности умственного труда, особенно если она связана с дефицитом времени, могут возникать явления умственной блокады (временное торможение процесса умственного труда), которые предохраняют функциональные системы центральной нервной системы от разобщения.

Взаимосвязь физической иумственной деятельностичеловека. Одна из важнейших характеристик личности - интеллект. Условием интеллектуальной деятельности и ее характеристикой служат умственные способности, которые формируются и развиваются в течение всей жизни. Интеллект проявляется в познавательной и творческой деятельности, включает процесс приобретения знаний, опыт и способность использовать их на практике.

Другой, не менее важной стороной личности является эмоционально-волевая сфера, темперамент и характер. Возможность регулировать формирование личности достигается тренировкой, упражнением и воспитанием. А систематические занятия физическими упражнениями, и тем более учебно-тренировочные занятия в спорте оказывают положительное воздействие на психические функции, с детского возраста формируют умственную и эмоциональную устойчивость к напряженной деятельности. Многочисленные исследования по изучению параметров мышления, памяти, устойчивости внимания, динамики умственной работоспособности в процессе производственной деятельности у адаптированных (тренированных) к систематическим физическим нагрузкам лиц и у неадаптированных (нетренированных) свидетельствуют, что параметры умственной работоспособности прямо зависят от уровня общей и специальной физической подготовленности. Умственная деятельность будет в меньшей степени подвержена влиянию неблагоприятных факторов, если целенаправленно применять средства и методы физической культуры (например, физкультурные паузы, активный отдых и т.п.).

Учебный день студентов насыщен значительными умственными и эмоциональными нагрузками. Вынужденная рабочая поза, когда мышцы, удерживающие туловище в определенном состоянии, долгое время напряжены, частые нарушения режима труда и отдыха, неадекватные физические нагрузки - все это может служить причиной утомления, которое накапливается и переходит в переутомление. Чтобы этого не случилось, необходимо один вид деятельности сменять другим. Наиболее эффективная форма отдыха при умственном труде - активный отдых в виде умеренного физического труда или занятий физическими упражнениями.

В теории и методике физического воспитания разрабатываются методы направленного воздействия на отдельные мышечные группы и на целые системы организма. Проблему представляют средства физической культуры, которые непосредственно влияли бы на сохранение активной деятельности головного мозга человека при напряженной умственной работе.

Занятия физическими упражнениями заметно влияют на изменение умственной работоспособности и сенсомоторики у студентов первого курса, в меньшей степени у студентов второго и третьего курсов. Первокурсники больше утомляются в процессе учебных занятий в условиях адаптации к вузовскому обучению. Поэтому для них занятия по физическому воспитанию - одно из важнейших средств адаптироваться к условиям жизни и обучения в вузе. Занятия физической культурой больше повышают умственную работоспособность студентов тех факультетов, где преобладают теоретические занятия, и меньше - тех, в учебном плане которых практические и теоретические занятия чередуются.

Большое профилактическое значение имеют и самостоятельные занятия студентов физическими упражнениями в режиме дня. Ежедневная утренняя зарядка, прогулка или пробежка на свежем воздухе благоприятно влияют на организм, повышают тонус мышц, улучшают кровообращение и газообмен, а это положительно влияет на повышение умственной работоспособности студентов. Важен активный отдых в каникулы: студенты после отдыха в спортивно-оздоровительном лагере начинают учебный год, имея более высокую работоспособность.

2.6. Утомление при физической и умственной работе.

Восстановление

Любая мышечная деятельность, занятия физическими упражнениями, спортом повышают активность обменных процессов, тренируют и поддерживают на высоком уровне механизмы, осуществляющие в организме обмен веществ и энергии, что положительным образом сказывается на умственной и физической работоспособности человека. Однако при увеличении физической или умственной нагрузки, объема информации, а также интенсификации многих видов деятельности в организме развивается особое состояние, называемое утомлением.

Утомление - это функциональное состояние, временно возникающее под влиянием продолжительной и интенсивной работы и приводящее к снижению ее эффективности. Утомление проявляется в том, что уменьшается сила и выносливость мышц, ухудшается координация движений, возрастают затраты энергии при выполнении работы одинакового характера, замедляется скорость переработки информации, ухудшается память, затрудняется процесс сосредоточения и переключения внимания, усвоения теоретического материала. Утомление связано с ощущением усталости, и в то же время оно служит естественным сигналом возможного истощения организма и предохранительным биологическим механизмом, защищающим его от перенапряжения. Утомление, возникающее в процессе упражнения, это еще и стимулятор, мобилизующий как резервы организма, его органов и систем, так и восстановительные процессы.

Утомление наступает при физической и умственной деятельности. Оно может быть острым, т.е. проявляться в короткий промежуток времени, и хроническим, т.е. носить длительный характер (вплоть до нескольких месяцев); общим, т.е. характеризующим изменение функций организма в целом, и локальным, затрагивающим какую-либо ограниченную группу мышц, орган, анализатор. Различают две фазы утомления: компенсированную (когда нет явно выраженного снижения работоспособности из-за того, что включаются резервные возможности организма) и некомпенсированную (когда резервные мощности организма исчерпаны и работоспособность явно снижается). Систематическое выполнение работы на фоне недовосстановления, непродуманная организация труда, чрезмерное нервно-психическое и физическое напряжение могут привести к переутомлению, а следовательно, к перенапряжению нервной системы, обострениям сердечно-сосудистых заболеваний, гипертонической и язвенным болезням, снижению защитных свойств организма. Физиологической основой всех этих явлений является нарушение баланса возбудительно-тормозных нервных процессов. Умственное переутомление особенно опасно для психического здоровья человека, оно связано со способностью центральной нервной системы долго работать с перегрузками, а это в конечном итоге может привести к развитию запредельного торможения, к нарушению слаженности взаимодействия вегетативных функций.

Устранить утомление возможно, повысив уровень общей и специализированной тренированности организма, оптимизировав его физическую, умственную и эмоциональную активность.

Профилактике и отдалению умственного утомления способствует мобилизация тех сторон психической активности и двигательной деятельности, которые не связаны с теми, что привели к утомлению. Необходимо активно отдыхать, переключаться на другие виды деятельности, использовать арсенал средств восстановления.

Восстановление - процесс, происходящий в организме после прекращения работы и заключающийся в постепенном переходе физиологических и биохимических функций к исходному состоянию. Время, в течение которого происходит восстановление физиологического статуса после выполнения определенной работы, называют восстановительным периодом. Следует помнить, что в организме как во время работы, так и в предрабочем и послерабочем покое, на всех уровнях его жизнедеятельности непрерывно происходят взаимосвязанные процессы расхода и восстановления функциональных, структурных и регуляторных резервов. Во время работы процессы диссимиляции преобладают над ассимиляцией и тем больше, чем значительнее интенсивность работы и меньше готовность организма к ее выполнению.

В восстановительном периоде преобладают процессы ассимиляции, а восстановление энергетических ресурсов происходит с превышением исходного уровня (сверхвосстановление, или суперкомпенсация). Это имеет огромное значение для повышения тренированности организма и его физиологических систем, обеспечивающих повышение работоспособности.

Схематически процесс восстановления можно представить в виде трех взаимодополняющих звеньев: 1) устранение изменений и нару-. шений в системах нейрогуморального регулирования; 2) выведение продуктов распада, образующихся в тканях и клетках работавшего органа, из мест их возникновения; 3) устранение продуктов распада из внутренней среды организма.

В течение жизни функциональное состояние организма периодически меняется. Такие периодические изменения могут происходить в короткие интервалы и в течение длительных периодов. Периодическое восстановление связано с биоритмами, которые обусловлены суточной периодикой, временем года, возрастными изменениями, половыми признаками, влиянием природных условий, окружающей среды. Так, изменение временного пояса, температурных условий, геомагнитные бури могут уменьшить активность восстановления и ограничить умственную и физическую работоспособность.

Различают раннюю и позднюю фазу восстановления. Ранняя фаза заканчивается через несколько минут после легкой работы, после тяжелой - через несколько часов; поздние фазы восстановления могут длиться до нескольких суток.

Утомление сопровождается фазой пониженной работоспособности, а спустя какое-то время может смениться фазой повышенной работоспособности. Длительность этих фаз зависит от степени тренированности организма, а также от выполняемой работы.

Функции различных систем организма восстанавливаются не одновременно. К примеру, после длительного бега первой возвращается к исходным параметрам функция внешнего дыхания (частота и глубина); через несколько часов стабилизируется частота сердечных сокращений и артериальное давление; показатели же сенсомоторных реакций возвращаются к исходному уровню спустя сутки и более; у марафонцев основной обмен восстанавливается спустя трое суток после пробега.

Рационально сочетать нагрузки и отдых необходимо для того, чтобы сохранить и развить активность восстановительных процессов. Дополнительными средствами восстановления могут быть факторы гигиены, питания, массаж, биологически активные вещества (витамины). Главный критерий положительной динамики восстановительных процессов - готовность к повторной деятельности, а наиболее объективным показателем восстановления работоспособности служит максимальный объем повторной работы. С особой тщательностью необходимо учитывать нюансы восстановительных процессов при организации занятий физическими упражнениями и планировании тренировочных нагрузок. Повторные нагрузки целесообразно выполнять в фазе повышенной работоспособности. Слишком длинные интервалы отдыха снижают эффективность тренировочного процесса. Так, после скоростного бега на 60-80 м кислородный долг ликвидируется в течение 5-8 мин. Возбудимость же центральной нервной системы в течение этого времени сохраняется на высоком уровне. Поэтому оптимальным для повторения скоростной работы будет интервал в 5-8 мин.

Чтобы ускорить процесс восстановления, в спортивной практике используется активный отдых, т.е. переключение на другой вид деятельности. Значение активного отдыха для восстановления работоспособности впервые было установлено русским физиологом И.М. Сеченовым (1829-1905). Он показал, к примеру, что утомленная конечность восстанавливается ускоренно не при пассивном отдыхе, а при работе другой конечностью.

2.7. Биологические ритмы и работоспособность

Биологические ритмы - регулярное, периодическое повторение во времени характера и интенсивности жизненных процессов, отдельных состояний или событий. В той или иной мере биоритмы присущи всем живым организмам. Они характеризуются периодом, амплитудой, фазой, средним уровнем, профилем и делятся на экзогенные (вызванные воздействием окружающей среды) и эндогенные (обусловленные процессами в самой живой системе). Существуют биоритмы клеток, органа, организма, сообщества. По выполняемой функции биологические ритмы делят на физиологические - рабочие циклы, связанные с деятельностью отдельных систем (дыхание, сердцебиение) и экологические, или адаптивные, служащие для приспособления организма к периодичности окружающей среды (например, зима - лето). Период (частота) физиологического ритма может изменяться в широких пределах в зависимости от степени функциональной нагрузки (от 60 удар/мин сердца в покое до 180-200 удар/мин при выполнении работы); период экологических ритмов сравнительно постоянен, закреплен генетически (т.е. связан с наследственностью), в естественных условиях захвачен циклами окружающей среды, выполняет функцию «биологических часов».

Известным примером действия биологических часов служат «совы» и «жаворонки». Замечено, что в течение дня работоспособность меняется, ночь же нам природа предоставила для отдыха. Установлено, что период активности, когда уровень физиологических функций высок, это время с 10 до 12 и с 16 до 18 часов. К 14 часам и в вечернее время работоспособность снижается. Между тем не все люди подчиняются такой закономерности: одни успешнее справляются с работой с утра и в первой половине дня (их называют жаворонками), другие - вечером и даже ночью (их называют совами).

В современных условиях приобрели значимость социальные ритмы, в плену которых мы находимся постоянно: начало и конец рабочего дня, укорочение отдыха и сна, несвоевременный прием пищи, ночные бдения. Социальные ритмы оказывают все возрастающее давление на ритмы биологические, ставят их в зависимость, не считаясь с естественными потребностями организма. Студенты отличаются большей социальной активностью и высоким эмоциональным тонусом, и, видимо, не случайно им присуща гипертоническая болезнь более, чем их сверстникам из других социальных групп.

Итак, ритмы жизни обусловлены физиологическими процессами в организме, природными и социальными факторами: сменой времен года, суток, состоянием солнечной активности и космического излучения, вращением Луны вокруг Земли (и расположением и влиянием планет друг на друга), сменой сна и бодрствования, трудовых процессов и отдыха, двигательной активности и пассивного отдыха. Все органы и функциональные системы организма имеют собственные ритмы, измеряемые в секундах, часах, неделях, месяцах и годах. Взаимодействуя друг с другом, биоритмы отдельных органов и систем образуют упорядоченную систему ритмических процессов, которая и организует деятельность целостного организма во времени.

Знание и рациональное использование биологических ритмов может существенно помочь в процессе подготовки и в выступлениях на соревнованиях. Если вы обратите внимание на календарь соревнований, то увидите, что наиболее интенсивная часть программы приходится на утренние (.с 10 до 12) и вечерние (с 15 до 19) часы, т.е. на то время суток, которое ближе всего к естественным подъемам работоспособности. Многие исследователи считают, что основную нагрузку спортсмены должны получать во второй половине дня. Учитывая биоритмы, можно добиваться более высоких результатов меньшей физиологической ценой. Профессиональные спортсмены тренируются по нескольку раз в день, особенно в предсоревновательный период, и многие из них показывают хорошие результаты благодаря тому, что они подготовлены к любому времени соревнований.

Наука о биологических ритмах имеет огромное практическое значение и для медицины. Появились новые понятия: хрономедицина, хронодиагностика, хронотерапия, хронопрофилактика, хронопатология, хронофармакология и др. Эти понятия связаны с использованием фактора времени, "биоритмов в практике лечения больных. Ведь физиологические показатели одного и того же человека, полученные утром, в полдень или глубокой ночью, существенно отличаются, их можно трактовать с различных позиций. Стоматологи, например, знают, что чувствительность зубов к болевым раздражителям максимальна к 18 часам и минимальна вскоре после полуночи, поэтому все наиболее болезненные процедуры они стремятся выполнить утром.

Использовать фактор времени целесообразно во многих областях деятельности человека. Если режим рабочего дня, учебных занятий, питания, отдыха, занятий физическими упражнениями составлен без учета биологических ритмов, то это может привести не только к снижению умственной или физической работоспособности, но и к развитию какого-либо заболевания.

2.8. Гипокинезия и гиподинамия

Гипокинезия (греч. hypo - понижение, уменьшение, недостаточность; kinesis - движение) - особое состояние организма, обусловленное недостаточностью двигательной активности. В ряде случаев это состояние приводит к гиподинамии. Гиподинамия (греч. hypo - понижение; dynamis - сила) - совокупность отрицательных морфо-функциональных изменений в организме вследствие длительной гипокинезии. Это атрофические изменения в мышцах, общая физическая детренированность, детренированность сердечно-сосудистой системы, понижение ортостатической устойчивости, изменение водно-солевого баланса, системы крови, деминерализация костей и т.д. В конечном счете снижается функциональная активность органов и систем, нарушается деятельность регуляторных механизмов, обеспечивающих их взаимосвязь, ухудшается устойчивость к различным неблагоприятным факторам; уменьшается интенсивность и объем афферентной информации, связанной с мышечными сокращениями, нарушается координация движений, снижается тонус мышц (тургор), падает выносливость и силовые показатели. Наиболее устойчивы к развитию гиподинамических признаков мышцы антигравитационного характера (шеи, спины). Мышцы живота атрофируются сравнительно быстро, что неблагоприятно сказывается на функции органов кровообращения, дыхания, пищеварения. В условиях гиподинамии снижается сила сердечных сокращений в связи с уменьшением венозного возврата в предсердия, сокращаются минутный объем, масса сердца и его энергетический потенциал, ослабляется сердечная мышца, снижается количество циркулирующей крови в связи с застаиванием ее в депо и капиллярах. Тонус артериальных и венозных сосудов ослабляется, падает кровяное давление, ухудшаются снабжение тканей кислородом (гипоксия) и интенсивность обменных процессов (нарушения в балансе белков, жиров, углеводов, воды и солей). Уменьшается жизненная емкость легких и легочная вентиляция, интенсивность газообмена. Все это сопровождается ослаблением взаимосвязи двигательных и вегетативных функций, неадекватностью нервно-мышечных напряжений. Таким образом, при гиподинамии в организме создается ситуация, чреватая «аварийными» последствиями для его жизнедеятельности. Если добавить, что отсутствие необходимых систематических занятий физическими упражнениями связано с негативными изменениями в деятельности высших отделов головного мозга, его подкорковых структурах ц образованиях, то становится понятно, почему снижаются общие защитные силы организма и возникает повышенная утомляемость, нарушается сон, снижается способность поддерживать высокую умственную или физическую работоспособность.

2.9. Средства физической культуры, обеспечивающие

устойчивость к умственной и физической

работоспособности

Основное средство физической культуры - физические упражнения. Существует физиологическая классификация упражнений, в которой вся многообразная мышечная деятельность объединена в отдельные группы упражнений по физиологическим признакам.

Устойчивость организма к неблагоприятным факторам зависит от врожденных и приобретенных свойств. Она весьма подвижна и поддается тренировке как средствами мышечных нагрузок, так и различными внешними воздействиями (температурными колебаниями, недостатком или избытком кислорода, углекислого газа). Отмечено, например, что физическая тренировка путем совершенствования физиологических механизмов повышает устойчивость к перегреванию, переохлаждению, гипоксии, действию некоторых токсических веществ, снижает заболеваемость и повышает работоспособность. Тренированные лыжники при охлаждении их тела до 35°С сохраняют высокую работоспособность. Если нетренированные люди не в состоянии выполнять работу при подъеме их температуры до 37-38°С, то тренированные успешно справляются с нагрузкой даже тогда, когда температура их тела достигает 39°С и более.

У людей, которые систематически и активно занимаются физическими упражнениями, повышается психическая, умственная и эмоциональная устойчивость при выполнении напряженной умственной или физической деятельности.

К числу основных физических (или двигательных) качеств, обеспечивающих высокий уровень физической работоспособности человека, относят силу, быстроту и выносливость, которые проявляются в определенных соотношениях в зависимости от условий выполнения той или иной двигательной деятельности, ее характера, специфики, продолжительности, мощности и интенсивности. К названным физическим качествам следует добавить гибкость и ловкость, которые во многом определяют успешность выполнения некоторых видов физических упражнений. Многообразие и специфичность воздействия упражнений на организм человека можно понять, ознакомившись с физиологической классификацией физических упражнений (с точки зрения спортивных физиологов). В основу ее положены определенные физиологические классификационные признаки, которые присущи всем видам мышечной деятельности, входящим в конкретную группу. Так, по характеру мышечных сокращений работа мышц может носить статический или динамический характер. Деятельность мышц в условиях сохранения неподвижного положения тела или его звеньев, а также упражнение мышц при удержании какого-либо груза без его перемещения характеризуется как статическая работа (статическое усилие). Статическими усилиями характеризуется поддержание разнообразных поз тела, а усилия мышц при динамической работе связаны с перемещениями тела или его звеньев в пространстве.

Д Значительная группа физических упражнений выполняется в строго постоянных (стандартных) условиях как на тренировках, так и на соревнованиях; двигательные акты при этом производятся в определенной последовательности. В рамках определенной стандартности движений и условий их выполнения совершенствуется выполнение конкретных движений с проявлением силы, быстроты, выносливости, высокой координации при их выполнении.

Есть также большая группа физических упражнений, особенность которых в нестандартности, непостоянстве условий их выполнения, в меняющейся ситуации, требующей мгновенной двигательной реакции (единоборства, спортивные игры). Две большие группы физических упражнений, связанные со стандартностью или нестандартностью движений, в свою очередь, делятся на упражнения (движения) циклического характера (ходьба, бег, плавание, гребля, передвижения на коньках, лыжах, велосипеде и т.п.) и упражнения ациклического характера (упражнения без обязательной слитной повторяемости определенных циклов, имеющих четко выраженные начало и завершение движения: прыжки, метания, гимнастические и акробатические элементы, поднимание тяжестей. Общее для движений циклического характера состоит в том, что все они представляют работу постоянной и переменной мощности с различной продолжительностью. Многообразный характер движений не всегда позволяет точно определить мощность выполненной, работы (т.е. количество работы в единицу времени, связанное с силой мышечных сокращений, их частотой и амплитудой), в таких случаях используется термин «интенсивность». Предельная продолжительность работы зависит от ее мощности, интенсивности и объема, а характер выполнения работы связан с процессом утомления в организме. Если мощность работы велика, то длительность ее мала вследствие быстро наступающего утомления, и наоборот. При работе циклического характера спортивные физиологи различают зону максимальной мощности (продолжительность работы не превышает 20-30 с, причем утомление и снижение работоспособности большей частью наступает уже через 10-15 с); субмаксимальной (от 20-30 до 3-5 с); большой (от 3-5 до 30-50 мин) и умеренной (продолжительность 50 мин и более).

Особенности функциональных сдвигов организма при выполнении различных видов циклической работы в различных зонах мощности определяет спортивный результат. Так, например, основной характерной чертой работы в зоне максимальной мощности является то, что деятельность мышц протекает в бескислородных (анаэробных) условиях. Мощность работы настолько велика, что организм не в состоянии обеспечить ее совершение за счет кислородных (аэробных) процессов. Если бы такая мощность достигалась за счет кислородных реакций, то органы кровообращения и дыхания должны были обеспечить доставку к мышцам свыше 40 л кислорода в 1 мин. Но даже у высококвалифицированного спортсмена при полном усилении функции дыхания и кровообращения потребление кислорода может только приближаться к указанной цифре. В течение же первых 10-20 с работы потребление кислорода в пересчете на 1 мин достигает лишь 1 -2 л. Поэтому работа максимальной мощности выполняется «в долг», который ликвидируется после окончания мышечной деятельности. Процессы дыхания и кровообращения во время работы максимальной мощности не успевают усилиться до уровня, обеспечивающего нужное количество кислорода, чтобы дать энергию работающим мышцам. Во время спринтерского бега делается лишь несколько поверхностных дыханий, а иногда такой бег совершается при полной задержке дыхания. При этом афферентные и эфферентные отделы нервной системы функционируют с максимальным напряжением, вызывая достаточно быстрое утомление клеток центральной нервной системы. Причина утомления самих мышц связана со значительным накоплением продуктов анаэробного обмена и истощением энергетических веществ в них. Главная масса энергии, освобождающаяся при работе максимальной мощности, образуется за счет энергии распада АТФ и КФ. Кислородный долг, ликвидируемый в период восстановления после выполненной работы, используется на окислительный ресинтез (восстановление) этих веществ.

Снижение мощности и увеличение продолжительности работы связано с тем, что помимо анаэробных реакций энергообеспечения мышечной деятельности разворачиваются также и процессы аэробного энергообразования. Это увеличивает (вплоть до полного удовлетворения потребности) поступление кислорода к работающим мышцам. Так, при выполнении работы в зоне относительно умеренной мощности (бег на длинные и сверхдлинные дистанции)- уровень потребления кислорода может достигать примерно 85% максимально возможного. При этом часть потребляемого кислорода используется на окислительный ресинтез АТФ, КФ и углеводов. При длительной (иногда многочасовой) работе умеренной мощности углеводные запасы организма (гликоген) значительно уменьшаются, что приводит к снижению содержания глюкозы в крови, отрицательно сказываясь на деятельности нервных центров, мышц и других работающих органов. Чтобы восполнить израсходованные углеводные запасы организма в процессе длительных забегов и проплывов, предусматривается специальное питание растворами сахара, глюкозы, соками.

Ациклические движения не обладают слитной повторяемостью циклов и представляют собою стереотипно следующие фазы движений с четким завершением. Чтобы выполнить их, необходимо проявить силу, быстроту, высокую координацию движений (движения силового и скоростно-силового характера). Успешность выполнения этих упражнений связана с проявлением либо максимальной силы, либо скорости, либо сочетания того и другого и зависит от необходимого уровня функциональной готовности систем организма в целом.

К средствам физической культуры относятся не только физические упражнения, но и оздоровительные силы природы (солнце, воздух и вода), гигиенические факторы (режим труда, сна, питания, санитарно-гигиенические условия). Использование оздоровительных сил природы способствует укреплению и активизации защитных сил организма, стимулирует обмен веществ и деятельность физиологических систем и отдельных органов. Чтобы повысить уровень физической и умственной работоспособности, необходимо бывать на свежем воздухе, отказаться от вредных привычек, проявлять двигательную активность, заниматься закаливанием. Систематические занятия физическими упражнениями в условиях напряженной учебной деятельности снимают нервно-психические напряжения, а систематическая мышечная деятельность повышает психическую, умственную и эмоциональную устойчивость организма при напряженной учебной работе.

Контрольные вопросы

1. Понятие о социально-биологических основах физической культуры.

2. Естественно-научные основы физической культуры и спорта.

3. Принцип целостности организма и его единства с окружающей средой.

4. Саморегуляция и самосовершенствование организма.

5. Общее представление о строении тела человека.

6. Перечислите виды тканей организма и их свойства общего и специфического характера.

7. Три основных полости туловища организма человека. Назовите какие органы в них расположены.

8. Понятие об органе и системе органов.

9. Форма и функции костей скелета человека.

10. Из чего состоит скелет человека.

11. Позвоночник. Его отделы и функции.

12. Понятие о грудной клетке и ее функциях.

13. Общее представление о строении черепа и его функциях.

14. Понятие о суставах, связках и сухожилиях.

15. Представление об опорно-двигательном аппарате.

16. Представление о мышечной системе (функции поперечно-полосатой и гладкой мускулатуры).

17. Представление о строении мышечной ткани,

18. Роль мышц туловища, головы, шеи, верхних и нижних конечностей.

19. Общее представление об энергообеспечении мышечного сокращения.

20. Представление о дыхательной системе.

21. Представление о пищеварительной системе.

22. Представление о выделительной системе.

23. ЦНС, ее отделы и функции.

24. Строение и функции спинного мозга.

25. Головной мозг (строение и функции).

26. Вегетативная нервная система и соматическая нервная система.

27. Симпатическая и парасимпатическая нервная система.

28.. Понятие о рецепторах.

29. Анализаторы.

30. Железы внутренней секреции.

31. Внешняя среда, ее природные, биологические и социальные факторы.

32. Гомеостаз.

33. Экологические факторы и их влияние на организм.

34. Понятие о функциональной активности человека.

35. Характеристика умственного труда.

36. Характеристика физического труда.

37. Двигательный режим, сочетание труда и отдыха. Виды отдыха.

38. Взаимосвязи физической и умственной деятельности человека.

39. Понятие об утомлении при физической и умственной деятельности.

40. Процесс восстановления.

41. Представление о биологических ритмах человека.

42. Гипокинезия и гиподинамия.

43. Средства физической культуры.

44. Физиологическая классификация физических упражнений.

Часть вторая

2.10. Физиологические механизмы и закономерности

совершенствования отдельных систем организма под

воздействием направленной физической тренировки

В организме человека существуют следующие физиологические системы (костная система, мышечная, кровеносная, дыхательная, пищеварительная, нервная, система крови и др.).

Кровь представляет собой жидкую ткань, которая циркулирует в кровеносной системе и обеспечивает жизнедеятельность клеток и тканей организма в качестве физиологической системы. Она состоит из плазмы и ферментных элементов:

эритроцитов – красные кровяные клетки, заполненные гемоглобином, который способен образовать соединение с кислородом и транспортировать его из легких к тканям, а из тканей переносить углекислый газ к легким, таким образом осуществляет дыхательную функцию. Продолжительность жизни в организме 100-120 дней. В 1 мл крови содержится 4.5 –5 млн. эритроцитов. У спортсменов достигает 6 млн. и более.

Лейкоциты белые кровяные тельца, выполняют защитную функцию, уничтожая кислородные тела. В 1 мл – 6-8 тыс.

Тромбоциты участвуют в свертывании крови, в 1 мл – от 100-300 тыс.

Постоянство крови поддерживается химическими механизмами самой крови и контролируются регуляторными механизмами ЦНС. Лимфа крови выполняет следующие функции: возвращает белки из межтканевого пространства в кровь, доставляет жиры к клеткам тканей, а также участвует в обмене веществ и удаляет болезнетворные микроорганизмы. Общее количество крови составляет 7-8% массы тела, в покое 40-50%.

Потеря 1/3 крови опасна для жизни человека. Различают 4 группы крови (I-II-III-IV).

Сердечно-сосудистая система

Сердечно-сосудистая система состоит из большого и малого круга кровообращения. Левая половина сердца обслуживает большой круг кровообращения, правая – малый. Большой круг кровообращения начинается от левого желудочка сердца, проходит через ткани всех органов и возвращается в правый желудочек. Откуда начинается малый круг кровообращения, который проходит через легкие, где венозная кровь, отдавая углекислый газ и насыщается кислородом, превращается в артериальную и направляется в левое предсердие. Из левого предсердия кровь поступает в левый желудочек и от туда вновь в большой круг кровообращения. Деятельность сердца заключается в ритмичной смене сердечных циклов, которые состоят из трех фаз: сокращение предсердия, желудочков и общего расслабления.

Пульс – это волна колебаний при выбросе крови в аорту. В среднем частота пульса 60-70 уд/мин. Существуют 2 вида кровяного давления. Оно измеряется в плечевой артерии. Максимальное (систолическое) и минимальное (дистолическое). У здорового человека в возрасте от 18 до 40 лет в покое равно 120/70 мм рт. ст.

Дыхательная система включает в себе носовую полость, гортань, трахею, бронхи и легкие. Процесс дыхания – это целый комплекс физиологических и биохимических процессов, в процессе дыхания также участвует и система кровообращения. Этап дыхания, при котором кислород из атмосферного воздуха переходит в кровь, а углекислый газ из крови – в атмосферный воздух называется внешним. Перенос газов кровью – следующий этап и, наконец, тканевое (или внутреннее) дыхание: потребление клетками кислорода и выделение ими углекислоты, как результат биохимических реакций, связанных с образованием энергии.

Пищеварительная система состоит из ротовой полости, слюнных желез, глотки, пищевода, желудочка, тонкого и толстого кишечника, печени и поджелудочной железы. В этих органах пища механически и химически обрабатывается, переваривается, и образуются продукты пищеварения.

Выделительную систему образуют почки, мочеточники и мочевой пузырь, которые обеспечивают выделение из организма с мочой вредных продуктов обмена веществ. Продукты обмена выделяются через кожу, легкие, желудочно-кишечный тракт. С помощью почек поддерживается кислотно-щелочное равновесие, т.е. процесс гомеостаза.

Нервная система состоит из центральной (головной и спинной мозг) и периферических отделов (нервов, отходящих от головного и спинного мозга и расположенных на периферии нервных узлов). ЦНС регулирует деятельность человека, а также его психическое состояние.

Спинной мозг лежит в спинно-мозговом отделе, образованном позвонками. Первый шейный позвонок – граница верхнего отдела, второй поясничный нижний отдел спинного мозга. Спинной мозг делится на 5 отделов: шейный, грудной, поясничный, крестцовый, копчиковый. В спинном мозге имеется 2 вещества. Серое вещество образовано скоплением тел нервных клеток (нейронов), которые достигают различных рецепторов кожи, сухожилий, слизистых оболочек. Белое вещество окружает серое, которое связывает между собой нервные клетки спинного мозга.

Спинной мозг выполняет рефлекторную и проводниковую для нервных импульсов функции. Поражения спинного мозга влекут за собой различные нарушения, связанные с выходом из строя проводниковой функции.

Головной мозг представляет собой огромное количество нервных клеток. Он состоит из переднего, промежуточного, среднего и заднего отдела.

Кора больших полушарий является высшим отделом ЦНС, мозговая ткань потребляет в 5 раз больше кислорода, чем мышцы. Составляет 2% массы тела человека.

Вегетативная нервная система – это специализированный отдел нервной системы, регулируемый корой больших полушарий. В отличии от соматической нервной системы, которая регулирует скелетную мускулатуру, вегетативная нервная система регулирует дыхание, кровообращение, выделение, размножение, железы внутренней секреции. Вегетативная система подразделяется на симпатическую, которая контролирует деятельность сердца, сосудов, органов пищеварения и др., участвует в формировании эмоциональных реакций(страх, гнев, радость), и парасимпатической нервной системы и под контролем высшего отдела ЦНС. Способность организма приспосабливаться к меняющимся условия внешней среды, реализуется специальными рецепторами. Рецепторы подразделяются на 2 группы: внешние и внутренние. Высшим отделом анализатора является корковый отдел. Существуют следующие анализаторы (кожный, двигательный, вестибулярный, зрительный, слуховой, вкусовой, висцеральный – внутренние органы). Железы внутренней секреции или эндокринные железы вырабатывают особые биологические вещества – гормоны. Гормоны обеспечивают гуморальную регуляцию через кровь физиологических процессов в организме. Они могут ускорять рост, физическое и психическое развитие, участвовать в обмене веществ. К железам внутренней секреции относят: щитовидную, околощитовидную, надпочечники, поджелудочную, гипофиз, половые железы и другие, функцию эндокринной системы регулирует ЦНС.

2.4 Внешняя среда и ее воздействие на организм

и жизнедеятельность человека

На человека в процессе жизни воздействует окружающая среда. В изучении многообразия ее видов деятельности не обойтись без учета влияния природных факторов (давление, влажность, солнечная радиация – т.е. физическая окружающая среда), биологические факторы растительного и животного окружения, а также факторы социальной среды. Из внешней среды поступают в организм человека необходимые вещества для его жизнедеятельности, а также раздражители (полезные и вредные). Экология – это область знания и часть биологии, и учебная дисциплина, и комплексная наука. К примеру, в крупных городах окружающая среда сильно загрязнена. Около 70-80% болезней современного человека – результат ухудшение экологии.

2.5 Функциональная активность человека и взаимосвязь физической и умственной деятельности

Функциональная активность человека связана с различными двигательными актами: сокращение мышц, сердца, перемещение дыхания, речи, мимики лица, жевание и глотание.

Существуют 2 основных вида труда: физический и умственный. Физический труд – вид деятельности человека, который определяется комплексом факторов. Выполнение работы связанной с тяжестью труда. Труд бывает легкий, средний, тяжелый и очень тяжелый. Критерием оценки труда служат показатели величины работы, перемещения грузов и др. Физиологические критерии - уровень энергозатрат, функциональное состояние.

Умственный труд – это путь создания понятий и суждений, умозаключений, а на их основе – гипотез и теорий. Умственный труд выступает в различных формах. К неспецифическим особенностям умственного труда относят: прием и переработка информации, сравнение, хранение в памяти человека, а также пути их реализации. При высокой напряженности труда могут иметь место негативные последствия, если недостаточно времени для ее осуществления, все это предохраняет ЦНС. Одним из важнейших характеристик личности является интеллект. Условием интеллектуальной деятельности является умственная способность. Интеллект включает познавательную деятельность. Учебный день студента насыщен значительными умственными и эмоциональными перегрузками.

2.6 Утомление при физической и умственной работе. Восстановление.

Любая мышечная деятельность направлена на совершение определенного вида деятельности. При увеличении физической или умственной нагрузки большого объема информации, в организме развивается состояние – утомление.

Утомление – это функциональное состояние, временно возникающее под влиянием положительной или интенсивной работы и приводящее к снижению ее эффективности. Утомление связано с усталостью. Утомление наступает при физической и умственной деятельности. Оно может быть острым, хроническим, общим, локальным, компенсированным, некомпенсированным. Систематическое недовосстановление приводит переутомлению и перенапряжению нервной системы. Восстановительный процесс происходит после прекращения работы и возвращает организм человека до исходного уровня (сверхвосстановление, суперкомпенсации). Схематически можно представить следующим образом:

1. Устранение изменений и нарушений в системе нейрогуморального регулирования.

2. Выведение продуктов распада, образующихся в тканях и клетках.

3. Устранение продуктов распада из внутренней среды организма.

Различают раннюю и позднюю фазу восстановления. Средствами восстановления служат гигиена, питание, массаж, витамины, а также положительная адекватная нагрузка.

2.7 Биологические ритмы и работоспособность

Биологические ритмы – регулярное, периодическое повторение во времени характера и интенсивности жизненных процессов отдельных состояний и событий. По своей характеристике ритмы делят на физиологические – рабочие циклы, связанные с деятельностью отдельных систем и экологические и адаптивные. Биологический ритм может изменяться в зависимости от выполняемой нагрузки (от 60 уд/мин сердца в покое до 180-200 уд/мин). Примером биологических часов служит «совы» и «жаворонки». В современных условиях приобрели большую значимость специальные ритмы и в некоторой степени преобладают над биологическими. Биологические ритмы связанны с природными и социальными факторами: сменой времени года, суток, вращением луны вокруг Земли.

2.8 Гипокинезия и гиподинамия

Гипокинезия – понижение, уменьшение, недостаточность, - движение особое состояние организма человека. В ряде случаев приводит к развитию гиподинамии – понижению функционирования систем организма человека. В большой степени это связано с профессиональной деятельностью человека (умственный труд).

2.9 Средства физической культуры, обеспечивающие устойчивость к умственной и физической работоспособности

Основное средство физической культуры – физические упражнения. Существует физиологическая классификация упражнений, в которой вся многообразная деятельность объединена в отдельные группы по физиологическим признакам.

К числу основных физических качеств, обеспечивающих высокий уровень работоспособности человека относят силу, быстроту, выносливость. Физиологическая классификация физических упражнений по характеру мышечных сокращений может носить статический и динамический характер. Статический – деятельность мышц в условиях неподвижного положения тела. Динамический связан с перемещением тела в пространстве.

Значительная группа физических упражнений выполняется в стандартных условиях (легкая атлетика). Нестандартные – единоборства, спортивные игры.

Две большие группы физических упражнений, связанным со стандартностью и нестандартностью движений делятся на циклические (ходьба, бег, плавание и т.п.) и ациклические (гимнастика, акробатика, тяжелая атлетика). Общее для движений циклического характера состоит в том, что все они представляют работу постоянной и переменной мощности с различной продолжительностью. При работе циклического характера различают следующие зоны мощности:

максимальная – 20-30 сек – 100м-200м

субмаксимальная – 20-30 до 3-5 м (400-1500м)

большая – (от 5 до 50м (1500-10000м))

умеренная – (50 и более (10000м – 42000м))

А циклические движения не повторяются активностью движений и представляют собой упражнения спортивно-силового характера (тяжелая атлетика, акробатика и т.п.). К средствам физической культуры относят не только физические упражнения, а также оздоровительные силы природы (солнце, воздух и вода), гигиенические факторы (режим труда, сна, питания), санитарно-гигиенические условия.

Часть вторая

2.10 Физиологические механизмы и закономерности совершенствования отдельных систем организма под воздействием

направленной физической тренировки