Тема 2. Часть II. Физиологические механизмы и закономерности совершенствования

систем организма под воздействием направленной физической тренировки
Основные понятия
Физиологические показатели
тренированности
Обмен

веществ и энергии

Изменения в кровообращении и
дыхании при мышечной деятельности

Органы пищеварения и выделения,
сенсорные системы, железы
внутренней секреции и влияние на
них физической нагрузки

Нервная система и формирование
двигательного навыка

Адаптация и устойчивость организма
к различным условиям среды

Контроль знаний

Литература

Тренировка оказывает мощное воздействие на
совершенствование всех систем организма

и тканях организма.
Резистентность – устойчивость организма к воздействию различных повреждающих

факторов среды, реализуемая на основе принципа гомеостаза.
Адаптация – процесс приспособления организма к меняющимся условия среды.

Максимальное потребление кислорода (МПК) – наибольшее кол-во кислорода, которое может усвоить организм при предельно тяжелой для него работе.
Жизненная емкость легких (ЖЕЛ) – максимальный объем воздуха, выдыхаемый после глубокого вдоха.
Легочная вентиляция - объем воздуха, проходящий через легкие за 1 минуту.

формирующиеся в результате двигательной деятельности.
Организм с более высокими морфофункциональными показателями

обладает:
Повышенной способностью выполнять значительные физические нагрузки;
Большими резервами, более экономно и полно может их использовать;
Высокими возможностями сохранения здоровья и работоспособности;
Возможностями достижения большего успеха в умственной, спортивной и других видах деятельности.

Изучаются в состоянии

Относительного покоя

При выполнении
стандартной нагрузки

При максимальной нагрузке

Лесгафт П.Ф. -
основоположник
учения о морфо-
функциональных
перестройках
организма под
воздействием
физических
упражнений

экономизация функций (тренированный организм в покое тратит меньше энергии).
Изменения в

ЦНС

Изменения функций
дыхания,
кровообращения и т.п.

Изменения в опорно-
двигательном аппарате

С

Н

С

Н

С

Н

Частота
пульса

Основной
обмен

Частота
дыхания

С – спортсмены,
Н – незанимающиеся спортом

У спортсменов основной обмен
ниже на 10-15%;
частота пульса в покое
у спортсменов 40уд/мин,
у незанимающихся – 70уд/мин;

тренированных (по сравнению с нетренированными на одну и ту же

нагрузку) :
В период врабатывания сдвиги физиологических функций выше;
В процессе работы сдвиги меньше (меньше расход энергии, ниже потребление О2, ниже частота дыхания и частота пульса, изменения в химизме крови и мочи слабее, меньше нагревание организма и потоотделение, ниже показатели возбудимости нервной системы, более адекватны изменения анализаторов);
Период восстановления существенно короче.

выводы:
Тренированный организм выполняет стандартную нагрузку:
1) более экономно, системы работают более согласованно;
2) относительно легко, с меньшим напряжением сил.

Выполнение на велоэргометре
стандартной нагрузки для оценки
уровня тренированности

значительную работу за счет активизации физиологических систем организма, (уровень МПК

доходит до 6,5 л/мин, легочная вентиляция до 200 л/мин, ЧСС – 180-190 уд/мин, …).
Максимальное потребление кислорода характеризует максимальные возможности
всех звеньев системы дыхания человека при физической нагрузке.

У тренированных при выполнении максимальной нагрузки уровень
физиологических сдвигов выше (т.к. сам объем работы у тренированных выше,
нетренированные такой объем работы выполнить не в состоянии).

МПК
л/мин

Мастер спорта международного класса

Мастер спорта – I разряд

II-III разряд

Низкий уровень

Уровень аэробной
тренированности по МПК

МПК – максимальное потребление О2

живого организма. В организме непрерывно идут процессы роста, параллельно идет

процесс разрушения.
Всякая деятельность связана с расходованием энергии. Источником энергии являются белки, жиры, углеводы. Большое значение для обмена имеет вода, витамины и минеральные вещества.
Обменные процессы протекают очень интенсивно. За 5 лет учебы роговица глаза у студентов сменяется 350 раз, ткань желудка 500 раз, эритроцитов вырабатывается до 300 млрд. ежедневно.

Обмен белков

Обмен углеводов

Обмен жиров

Обмен воды и
минеральных веществ

Витамины и их роль в
обмене веществ

Обмен энергии

Регуляция обмена
веществ

Половина тканей тела обновляется
в течение 3-х месяцев.

Функции белка:
Строительный материал клеток;
Удерживает воду в крови;
Поддерживает рН крови;
Транспортирует

газы в организме;
Регулирует обмен углеводов, жиров;
Участвует в функции мышц;
Источник энергии

Белок состоит из аминокислот (более 20 типов)

Аминокислоты

Заменимые

Незаменимые

Полноценные

Неполноценные

Белок не откладывается про
запас, норма потребления –
для взрослого – 80-100 г/день
(для спортсменов – до 150 г)
При его нехватке идет распад
собственных белков организма,
при избытке белок идет на
покрытие энергетических затрат,
может трансформироваться в
углеводы.

Содержание белка в 100 г продукта

мясо рыба хлеб сыр творог

углеводов:
Главный в организме источник энергии;
Поддерживает уровень глюкозы в крови (при

ее падении развивается утомление, при резком падении – судороги, потеря сознания, при избытке – диабет).
Углеводы поступают с пищей, могут синтезироваться из белков и жиров, при избытке превращаются в жиры и откладываются в организме.

Углеводы

Простые

Сложные

сахар

мед

шоколад

картофель

молоко

изюм

Содержание углеводов в
некоторых продуктах (%)

внутренние органы от механических повреждений;
Обеспечивают фиксацию внутренних органов брюшной полости;
Защищает

тело от излишних теплопотерь;
Предохраняет кожу от высыхания;
Содержит жизненно важные витамины.

Жир поступает в организм с пищей, может синтезироваться из белков и углеводов, избытки жира депонируют. Жир окисляется в состоянии покоя и при длительной малоинтенсивной работе (в начале работы окисляются углеводы). При голодании жировые запасы служат источником углеводов.

Содержание жира в 100 г продукта

масло

баранина

молоко

свинина

сметана

овощи

Функции воды:
Участвует в обменных процессах. Она хороший

растворитель (только в жидкой среде протекает обмен);
Транспорт газов;
Пищеварение (вода в составе пищеварительных соков);
Удаление продуктов обмена;
Теплорегуляция;
Структурный компонент тела.

Без воды человек может
прожить не более 7-10 дней
(без пищи 30-40 дней).
Суточная потребность
человека в воде 2,0-2,5 л
(очень полезен низко-
калорийный томатный сок)

Функции минеральных веществ:
Структурный компонент тела;
Поддерживают постоянство осмотического давления, реакции крови и тканевой жидкости;
Участвуют в процессах секреции, всасывания, выделения.

Кальций, фосфор – построение костей, зубов.
Натрий – рост и развитие организма, передача возбуждения.
Хлор – пищеварение.
Железо – (недостаток – малокровие).
Йод – регуляция обмена веществ.
Калий – передача возбуждения.

нескольких витаминов развивается гиповитаминоз, при недостатке того или иного витамина

– авитаминоз. При избытке витаминов наступает гипервитаминоз (возможен только при приеме витаминных препаратов).
Открыто более 20 витаминов.

Суточная потребность витамина С

мг

Взрослые

Дети

Спортсмены

Витамин А

Витамин D

Витамины группы В

Витамин С

энергии, поступающей с пищей, и величиной энергетических затрат называется энергетическим

балансом.
Количество энергии, расходуемое на физическую работу определяют как КПД. Его величина около 20% (у спортсменов выше).
Для сохранения энергетического баланса необходимо полноценное питание в соответствии с энергетическими затратами. При потреблении пищи менее 1200-1300 ккал в сутки могут наступить необратимые негативные последствия.

Основной обмен

Рабочий обмен

Энергетический расход (ккал/сут)
для лиц различных категорий труда

умственный

механизированный

немеханизированный

тяжелый физический

Источники энергии:

1 г белка

1 г жира

1 г углеводов

4,1 ккал

4,1 ккал

9,3 ккал

может изменять интенсивность обменных процессов.
Способность нервной системы влиять на питание

(трофику) тканей называется трофической функцией нервной системы.
Особое значение в регуляции обменных процессов имеет отдел промежуточного мозга ЦНС – гипоталамус.
Гипоталамус регулирует деятельность железы внутренней секреции – гипофиза, который контролирует деятельность всех других желез.
Железы выделяют гормоны (инсулин, адреналин, тироксин), которые гуморальным (жидкостным) путем регулируют обмен веществ.
Таким образом осуществляется взаимосвязанная нервная и гуморальная регуляция обмена веществ.

гипоталамус

гипофиз

гормоны

Обмен веществ

И.П.Павлов

емкости крови
Увеличение числа лейкоцитов
и их активность
Повышенная сопротивляемость
организма к простудным

и
инфекционным заболеваниям

Совершенствуется механизм
восстановления

Быстрее ликвидируется
нарастание молочной кислоты,
солей после мышечной работы

Расширение кровеносных сосудов,
снижение тонуса их стенок

Улучшение питания всех органов,
положительные изменения
кровяного давления (макс. давление
в покое несколько ниже нормы)

Повышенное снабжение тканей
организма кислородом и
питательными веществами

Увеличение объема и скорости
кровотока при физической
работе

Изменения в кровообращении и дыхании при мышечной деятельности

систематических занятиях физической культурой
1 – частота пульса в покое
2 –

систолический объем крови (кол-во крови, выбрасываемое одним желудочком сердца при каждом сокращении)
3 – минутный объем крови (кол-во крови, выбрасываемое сердцем в течение 1 минуты)

Занятия физической культурой
увеличивает массу сердечной
мышцы и размеры сердца

Сердце нетренированного (а)
и тренированного (б) человека.
Цифрами обозначены размеры сердечной
мышцы и самого сердца в мм

А
60-70
уд/мин

Б
40-60
уд/мин

А
130
мл

Б
200
мл

А
20-25
л

Б
35-42
л

А – нетренированный, Б - тренированный

1

2

3

обеспечивается увеличенным объемом кровотока через работающие мышцы
При работе

объем кровотока через мышцы составляет 85-87% от общего
объема, в покое – 20-23%. В результате увеличения кровотока значительно повышается снабжение тканей кислородом и питательными веществами.

Распределение кровотока
при мышечной работе и
в покое
1 – легкие,
2 – брюшная полость,
3- сердце,
4 – почки,
5- костная система,
6- головной мозг,
7- скелетные мышцы.

25-30л
100%

4-5л
100%

3-5% 4-5% 2-3% 1% 4-6% 85-87%

33% 5-6% 16% 6% 16% 20-23%

При мышечной работе

В покое

«мышечный насос»

При переходе крови из капилляров в вены давление падает до 10-15 мм рт.ст. Это, а также сила гравитации, затрудняют возврат крови к сердцу.
Венозному кровообращению способствуют:
Присасывающее действие сердца при расслаблении;
Присасывающее действие грудной полости при вдохе;
Деятельность окружающих мышц («мышечный насос»). Сокращаясь и расслабляясь мышцы проталкивают кровь по венам по направлению к сердцу (движению крови по венам от сердца препятствуют венозные клапаны).
Таким образом, чем выше двигательная активность, тем больше помощь сердцу

Работа мышечного насоса

Гравитационный шок – состояние,
которое может наступить при
резком прекращении интенсивной
циклической работы. При этом резко
уменьшается потребление крови
мышцами и значительно снижается
возврат крови к сердцу, а от него в
артериальное русло, мозг плохо
кровоснабжается. Результат –
головокружение, тошнота, обморок.
Поэтому нельзя резко прекращать
движения циклического характера.

8-10, при нагрузке – до 120 циклов/мин.
Дыхательный объем: в покое

- 350-400мл, у спортсменов – 750-850мл, при нагрузке 2500мл
Легочная вентиляция: в покое – 5-9л, при нагрузке у спортсменов до 200л.
Жизненная емкость легких: у мужчин 3800-4200мл, у женщин 3000-3500мл, у спортсменов соответственно 7000 и 5000 мл
Максимальное потребление кислорода (МПК) – рис.
Для МПК следует выполнять нагрузки с частотой пульса от 150уд/мин. и выше
МПК характеризует предельные возможности всех звеньев системы дыхания

МПК с учетом возраста, пола и уровня
тренированности.
1 – мужчины-спортсмены, 2- женщины-спортсмены,
3 – мужчины, 4 - женщины

1

2

3

4

5

6

МПК л/мин

10 20 30 40 50 60 70 возраст

мышечной работе.
При гипоксии организм мобилизует физиологические механизмы:
Увеличивает частоту и глубину

дыхания;
Увеличивает число эритроцитов в крови, процент содержания гемоглобина;
Учащает работу сердца;
Улучшает кислородный обмен (увеличивает скорость отдачи О2);
Повышает содержание миоглобина – дыхательного пигмента мышечных клеток, которые способны увеличить потребление О2 при работе в 100 раз).
Эффективные средства тренировки устойчивости к гипоксии:
Физические упражнения максимальной интенсивности;
Упражнения с задержкой дыхания;
Тренировка при пониженном атмосферном давлении (в горах).
Физическая нагрузка оказывает тренировочный эффект:
Повышает устойчивость к кислородному голоданию;
Увеличивается мощность дыхательной и сердечно-сосудистой систем, способствует лучшей утилизации кислорода.

Внешние причины

Внутренние причины

и энергии, повышает эффективность пищеварения.
Однако сама физическая работа может развивать

тормозные процессы в пищеварении, т.к. необходимо усилить кровоснабжение работающих мышц.
Вместе с тем само переваривание пищи снижает эффективность мышечной работы, а наполненный желудок приподнимает диафрагму, затрудняя дыхание и кровообращение.

При физической нагрузке значительна роль органов выделения, сохраняющих гомеостаз. Основная роль при этом принадлежит почкам, потовым железам и легким.
При физической нагрузке потовые железы и легкие помогают почкам

Работа потовых
желез

В состоянии покоя 20 мл/час

При тяжелой нагрузке до 1500 мл/час

Физиологическая закономерность
требует принимать пищу
за 2,5-3,5 ч. до тренировки и
через 30-60 мин после нее.

усиливают секрецию гипофиз, надпочечники, щитовидная и поджелудочная железы. Выделяемые ими

гормоны повышают обмен веществ, увеличивают работоспособность, замедляют процесс утомления и ускоряют восстановление организма.
Увеличение кровоснабжения мышц при физической работе не уменьшает мозговой кровоток. Увеличивается сила, подвижность и уравновешенность нервных процессов, оптимизируется возбуждение и торможение нервной системы.
Физическая нагрузка влияет на симпатический и парасимпатический отделы вегетативной нервной системы.

Симпатический
отдел

Парасимпатический
отдел

взаимодействия в процессе овладения двигательными действиями. При многократном повторении между

центрами анализаторов образуются временные связи, способствуя совершенствованию двигательной деятельности, доводя отдельные движения до автоматизма, например, в художественной гимнастике (рис.).

Зрительный

Слуховой

Кожный

Вестибулярный

Двигательный

Выполнение двигательных
действий обеспечивают анализаторы:

Видеофрагмент
Выступление
студентки СПбГПУ
по художественной
гимнастике

работу мышц и функциональных систем через процессы возбуждения и торможения

нервных клеток.
В процессе физической тренировки деятельность нервной системы совершенствуется, более тонко осуществляется взаимодействие процессов возбуждения и торможения, следовательно более дифференцированно осуществляются двигательные действия, формируется способность к усвоению новых двигательных навыков и совершенствованию уже имеющихся.
Рефлекторная природа двигательной деятельности лежит в основе любого мышечного действия, в том числе и в основе формирования двигательного навыка. Биологическая сущность рефлекса лежит в том, чтобы организм мог приспособиться к изменениям внешней и внутренней среды.

Фристайл - вид спорта,
где предъявляются
высокие требования к
координации движений

систематических упражнений. Физиологической основой формирования двигательных навыков служат временные связи,

возникающие между нервными центрами.

Выполнение движений связано с непрерывным поступлением в ЦНС сигналов о состоянии и работе мышц. Эта информация поступает от анализаторов (двигательного, зрительного…) в мозговой отдел, анализируется и по принципу обратной связи и рефлекторному механизму новая информация поступает к мышце и движение корректируется.
Каждое движение корректируется постоянно, на этой основе и происходит совершенствование двигательной деятельности в процессе тренировки.

генерализация

концентрация

автоматизация

Три фазы
формирования
навыка

При выступлении на соревнованиях
выполнение движений
(двигательный навык) находится в
стадии автоматизации

широкий круг вопросов, имеющих важное значение для жизни человека.
Двигательная

функция и
адаптация

Активность и устойчивость
психических функций,
развитие речи и мышления,
особенно на ранних этапах
онтогенеза

Нарушение биоритмов

Внимание в условиях дефицита
времени, эмоционального
напряжения, стресса, его
сосредоточение и переключение

Работа в замкнутом
пространстве

Резко меняющиеся погодные
условия, микроклимат

Вибрация, укачивание, невесомость

Проникающая радиация

функции человека.
Устойчивость организма поддается тренировке как средствами физической культуры,

так и внешними воздействиями (температурными колебаниями, недостатком О2 и др.).

Механизмы
адаптации

Специфические

Неспецифические

Факторы повышения адаптации:
Рациональное питание;
Обоснованный режим;
Адаптированные
медикаментозные средства;
Закаливание;
Физическая тренировка.

Физическая тренировка играет особую
роль в адаптации, т.к. вызывая
значительные колебания внутренней
среды, тренирует адаптационные
механизмы и расширяет тем самым
диапазон колебаний внешней среды, к
которым организм может приспособиться.

Неспецифический
механизм адаптации

на ранних этапах онтогенеза
Доказано: физическая тренировка повышает уровень психических функций

(внимание, память, способность к устному счету, мышление …).
Очень важно влияние физической тренировки в детском возрасте (рис.), особенно на ранних стадиях онтогенеза (индивидуального развития).
Медики свидетельствуют: дети по тем или иным причинам обездвиженные с раннего возраста отстают в своем умственном развитии от сверстников (диаграмма).

Уровень словарного запаса детей
(усл.ед.)

Дети, обездвиженные с детства

Дети с нормальной двигательной
активностью

отдыха, питания…) приводит к утомляемости, разбитости, болезненным изменениям в организме.
Рассогласование

биоритмов часто наблюдается у студентов в период экзаменов, а также у людей при сдвиге внешнего времени (после перелета через часовые пояса, переходе с зимнего на летнее время).
Так, по статистике с перехода на летнее время за первые 5 дней растет число вызовов «скорой помощи» на 10-12%, количество инфарктов, автомобильных аварий, почти на 50% число попыток самоубийств).
Однако устойчивость организма к нарушению биоритмов у физически тренированных происходит значительно легче и быстрее (рис.).

Адаптация к новому режиму
после перелета через часовые пояса

Физически тренированные

Физически слабо тренированные

недели

Рассогласованные
биоритмы

Согласованные
биоритмы

и переключение
С биологической и психологической сторон студент имеет возможность работать

по 10-12 час. в сутки при соблюдении:
Режима;
Питания;
Двигательной активности.
Доказано, что занятия физическими упражнениями с нагрузкой небольшой интенсивности ежедневно по 30 минут положительно воздействует на функцию внимания, его сосредоточения и переключения, обеспечивают устойчивость работоспособности в различных условиях, в том числе и в условиях дефицита времени, нервно-эмоционального напряжения, стресса.

Предлагаем оценить работоспособность
Ваших психических функций
(внимания, сосредоточения, переключения)
с помощью компьютерной программы

кп

Расслабление при стрессе

космосе, в горах, на шахтах) происходит в условиях:
Дефицита кислорода;
Однообразия, ограничения

социальных контактов.

Для работы в замкнутом пространстве необходимо:
Физические тренировки (повышают уровень работоспособности в условиях гипоксии);
Организация психологической поддержки, решающей вопросы восполнения дефицита социальных контактов, мотивационной обеспеченности деятельности и др.).

человека.
Похолодание влияет на обмен веществ и энергии. Отмечается снижение содержания

углеводов, водорастворимых витаминов С, В1, В2., повышается содержание жиров. Жир становится основным источником энергии.
Для приспособления к пониженной температуре необходимо:
Повышение калорийности пищи (при снижении t на 10оС калорийность должна повыситься на 5%);
Снижение количества углеводов в пище;
Белково-жировое питание;
Повышение содержания витаминов А, Е, К;
Физические тренировки при низкой температуре.
В жарком климате предъявляются большие требования к теплоотдаче, активизации потоотделения.
Физическая тренировка повышает устойчивость организма к меняющимся погодным условиям, микроклимату, сокращает период акклиматизации.

Тренировка в лыжных видах
спорта – эффективное средство
приспособления организма к
пониженной температуре

вестибулярной устойчивости:
Плавание кролем с вращение головы для вдоха;
Прыжки в воду,

на батуте (рис.);
Акробатические упражнения;
Упражнения на специальных тренажерах.
Физические упражнения повышают вестибулярную устойчивость

Вибротерапия

Вибрационная болезнь

+ Вибрация -

Динамика устойчивости к укачиванию
при 4-х мес. физической тренировке

Невесомость – специфика труда космонавтов. Устойчивой адаптации
к невесомости пока не найдено. Сегодня специальная физическая тренировка
– решающий фактор приспособления к жизни в невесомости.

важно увеличить стойкость организма к действию радиации.
Опыты на крысах показали,

что систематические физические нагрузки повышают устойчивость животных к смертельным дозам облечения на 25-30%, к малым дозам облучения в 2-3 раза (рис.).
Медицинские наблюдения свидетельствуют, что у физически тренированных людей (по сравнению с нетренированными) отмечаются меньшие отрицательные изменения крови (напр. у врачей-рентгенологов, работников в производстве радия…), а у физически тренированных людей после взрыва бомбы в Хиросиме и Нагасаки отмечена более низкая степень поражения.
Таким образом, при не смертельных дозах лучевое поражение физически тренированных людей будет относительно более легким, выздоровление пройдет успешнее, раньше восстановиться работоспособность.

Влияние гиподинамии на
устойчивость крыс к облучению

1 – динамика гибели
тренированных крыс

2 – динамика гибели
нетренированных крыс

– М.: ФиС, 1978.
Физическая культура студента. Учебник для студентов вузов/

Под общ. Ред. В.И.Ильинича. – М.: Гардарики, 2003.
Физическая культура (курс лекций): Учебное пособие/Под общ. Ред. Л.М.Волковой, П.В.Половникова: СПбГТУ, СПб., 1998. – 153 с.
Дополнительная:
Иваницкий М.Ф. Анатомия человека. Учебник для институтов физической культуры. – изд. 5-е. – М.: ФиС., 1985. – 544 с.
Половников П.В. Физическая культура и спорт. Социально-биологические основы: Учебное пособие. – СПб: НИИХ СПбГУ, 2000. – 178 с.
Физиологические основы физической культуры и спорта: учебное пособие/Давиденко Д.Н.. – СПб., СПбГУ, 1996. – 134 с.

закономерности совершенствования отдельных систем организма под воздействием направленной физической тренировки»

Что является главным источником энергии в организме?

Что понимается под гипервитаминозом?

В чем суть действия «мышечного насоса»?

При какой ЧСС следует выполнять нагрузки для достижения
условий максимального потребления кислорода (МПК)?

По какому механизму формируется двигательный навык?

При недостатке каких минеральных веществ развивается
малокровие?

Сколько ккал вырабатывается при окислении белков, жиров,
углеводов?

Что входит в функции белка в организме?

Как называется объем крови, выталкиваемый желудочком сердца в
сосудистое русло при одном сокращении?

Как называется основной показатель, характеризующий максимальные
возможности системы дыхания человека при физической нагрузке?