Физиологическая характеристика мышечной работы

При интенсивной  мышечной работе может наступать  утомление мышц - т.е. временное понижение их работоспособности, вызываемое с накоплением в них продуктов обмена (фосфорной, молочной кислот), понижающих возбудимость мембран мышечных клеток. Кроме того, происходит истощение энергетических запасов (гликогена, АТФ) и утомление нервных центров, управляющих работой мышц. После некоторого периода отдыха мышцы восстанавливают свою работоспособность.                                                                             В зависимости от того, какую мышечную деятельность выполняет организм, в нем происходят и соответствующие изменения, направленные на обеспечение выполнения именно данного вида работы В связи с этим, одни нагрузки могут быть полезны, а другие - вредны для организма, одни - приводить к снижению жировых отложений при относительной неизменности объема мышц, а другие - к увеличению мышечной массы при относительной неизменности жировых отложений и так далее. 
Существует большое количество классификаций видов мышечной деятельности.

Практическое  значение имеет классификация интенсивности  мышечной работы в зависимости от расхода энергии, исходя из максимума  аэробных возможностей обследуемого. Максимум аэробных возможностей наиболее полно характеризуется максимумом потребления кислорода — V_O2max (аэробной мощности). Согласно классификации, данной Soula et al. (1961), в тяжести работы различают 5 ступеней:

1. очень тяжелая работа, при которой кислородный запрос превышает аэробную мощность организма и превращение энергии происходит в анаэробных условиях, максимальная продолжительность такой работы — несколько минут;
2. работа на уровне 75—100% аэробной мощности индивидуума обозначается как максимальная, продолжительность непрерывной такой работы от 30 мин до 3 ч.;
3. З) субмаксимальная работа соответствует 50—75% аэробной мощности индивидуума;
4. интенсивная работа, при которой используется 25—50% аэробной мощности, сюда относится большинство разновидностей так называемого физического труда;
5. при легкой работе расход энергии не превышает 25% аэробной мощности.

3.1 Статическая и  динамическая работа

Различают статическую  и динамическую мышечную работу.                                                               При статической работе мышечное сокращение не связано с движением частей тела. Например, мускулатура, обеспечивающая позу сидящего или стоящего человека, выполняет статическую работу.                                                                                                                        При статической работе кровообращение в мышцах затруднено, что приводит к застою крови и накоплению неокисленных продуктов в организме в целом.                                                        При статической работе наблюдается незначительное увеличение потребления кислорода, но после её прекращения потребление кислорода резко возрастает и усиливается кровоток.                                                                                                                                                         При длительном поддержании статического напряжения утомление мышц, сочетаясь с недостаточным кровоснабжением, может привести к развитию заболеваний мышечной и нервной систем.                                                                                                       Динамическая работа — это когда отдельные части тела человека перемещаются. Физическая активность человека складывается из статической и динамической работы. Следует отметить, что при статической работе переносимость нагрузки зависит от функционального состояния тех или иных мышечных групп, а при динамической — еще и от эффективности систем, поставляющих энергию (сердечно-сосудистой, дыхательной), а также от их взаимодействия с другими органами и системами.                                                                         При динамической работе внутренняя активность мышц и внешние механические силы не уравновешиваются между собой. Это и обеспечивает процесс движения. 
Статической работе свойственно равновесие мышечной силы и силы сопротивления. Поэтому ее еще называют уравновешивающей. Например, стойка по команде «смирно». 
Энергия, за счет которой совершается работа органов тела, в конечном итоге превращается в тепло. Динамическую работу характеризуют величиной того тепла, в которое превращается энергия напряжения, или произведением величины напряжения на время его поддержания.                                                                                                       Динамическая работа менее утомительна, благодаря чередованию процессов сокращения и расслабления мышц, имеются паузы, во время которых нервные центры не посылают импульсов к мышцам и отдыхают.                                                                                                              Трудность или легкость работы для человека определяется не только ее механическими или физиологическими характеристиками, но и зависит от исполнителя, его целеустремленности и понимания значения трудовой деятельности. 
Условия поддержания работы мышц. Обязательным условием поддержания работы мышц служит регулярное поступление импульсов к мышцам. Это невозможно без их связи с нервной, функциональной активностью эндокринных желез (надпочечников, щитовидной, гипофиза, поджелудочной и т. д.), которые принимают участие в поддержании тонуса центральной нервной системы и использовании углеводов, жиров, белков как энергетических продуктов. Кроме того, работающей мышце нужен приток энергии, источником которой является бескислородный распад сложных органических веществ, поступающих в мышцы. В результате в мышцах образуется молочная, фосфорная кислота и другие вещества. Некоторые из органических продуктов распада затем окисляются до углекислого газа и воды. Поэтому мышца нуждается в регулярном притоке кислорода. Такие продукты распада, как фосфорная кислота, идут на образование веществ, необходимых для работы. 

3.2 Локальна, региональная, общая мышечная  работа

Работа может  быть локальной, регионарной и общей. Если в работе задействованы до трети  общей мышечной массы тела, то ее обозначают как локальную.                            Региональная мышечная работа выполняется в мускулатурой плечевого пояса и рук. В ней участвуют от 1/3 до 2/3 массы скелетной мускулатуры.                                                                             При активации еще большего количества мышечной массы работа определяется как общая.                                                                                                                                                        В условиях современного производства выполняются в основном региональная или локальная мышечная работа, требующие точности, координированности и быстрых движений. 
 
 
 
 
 
 

4. Преобразования в органах и системах, вызванные физическими нагрузками

Физическая активность вызывает немедленные реакции различных систем органов, включая мышечную, сердечно-сосудистую и дыхательную. Эти быстрые адаптационные сдвиги отличаются от адаптации, развивающейся в течение более или менее длительного срока, например в результате тренировок. Величина быстрых реакций служит, как правило, непосредственной мерой напряжения.                                                                      Немедленные реакции обусловлены изменением большого количества параметров, в частности, изменением мышечного кровоснабжения. В покое кровоток в мышце составляет 20-40 мл •мин - ' • кг - '. При экстремальных физических нагрузках эта величина существенно возрастает, достигая максимума, равного 1,3 л-мин - 1 кг - 1 у нетренирован­ных лиц и 1,8 л-мин - ' -кг - ' у лиц, тренированных на выносливость. Кровоток усиливается не мгновенно с началом работы, а постепенно, в течение не менее 20-30 с; этого времени достаточно, чтобы обеспечить кровоток, необходимый для выполнения легкой работы. При тяжелой динамической работе, однако, потребность в кислороде не может быть полностью удовлетворена, поэтому возрастает доля энергии, получаемой за счет анаэробного метаболизма.                                                                                          Обмен веществ в мышце. При легкой работе получение энергии происходит по анаэробному пути только в течение короткого переходного периода после начала работы; в дальнейшем метаболизм осуществляется полностью за счет аэробных реакций с использованием в качестве субстратов глюкозы, а также жирных кислот и глицерола. В отличие от этого во время тяжелой работы получение энергии частично обеспечивается анаэробными процессами. Сдвиг в сторону анаэробного метаболизма (приводящего к образованию молочной кислоты) происходит в основном из-за недостаточности артериального кровотока в мышце, или артериальной гипоксии. Кроме этих «узких мест» в процессах энергообеспечения и тех, что временно возникают сразу же после начала работы, при экстремальных нагрузках образуются «узкие места», связанные с активностью ферментов на различных этапах метаболизма. При накоплении большого количества молочной кислоты наступает мышечное утомление. После начала работы требуется некоторое время для увеличения интенсивности аэробных энергетических процессов в мышце. В этот период дефицит энергии компенсируется за счет легкодоступных анаэробных энергетических резервов (АТФ и креатин-фосфата). Количество макроэргических фосфатов невелико по сравнению с запасами гликогена, однако они незаменимы как в течение указанного периода, так и для обеспечения энергией при кратковременных перегрузках во время выполнения работы.                                        Во время динамической работы происходят существенные адаптационные сдвиги в работе сердечно-сосудистой системы. Сердечный выброс и кровоток в работающей мышце возрастают, так что кровоснабжение более полно удовлетворяет повышенную потребность в кислороде, а образующееся в мышце тепло отводится в те участки организма, где происходит теплоотдача.                                                                                               Во время легкой работы с постоянной нагрузкой частота сокращений сердца возрастает в течение первых 5-10 мин и достигает постоянного уровня; это стационарное состояние сохраняется до завершения работы даже в течение нескольких часов. Во время тяжелой работы, выполняемой с постоянным усилием, такое стабильное состояние не достигается; частота сокращений сердца увеличивается по мере утомления до максимума, величина которого неодинакова у отдельных лиц (подъем, обусловленный утомлением). Даже после завершения работы частота сердечных сокращений изменяется в зависимости от имевшего место напряжения. После легкой работы она возвращается к первоначальному уровню в течение 3-5 мин; после тяжелой работы период восстановления значительно дольше – при чрезвычайно тяжелых нагрузках он достигает нескольких часов. Другим критерием может служить общее число пульсовых ударов свыше начальной частоты пульса в течение периода восстановления; этот показатель служит мерой мышечного утомления и, следовательно, отражает нагрузку, потребовавшуюся для выполнения предшествующей работы.                                                                                                                     Ударный объем сердца в начале работы возрастает лишь на 20 30%, а после этого сохраняется на постоянном уровне. Он немного падает лишь в случае максимального напряжения, когда частота сокращений сердца столь велика, что при каждом сокращении сердце не успевает целиком заполниться кровью. Как у здорового спортсмена с хорошо тренированным сердцем, так и у человека, не занимающегося спортом, сердечный выброс и частота сокращений сердца при работе изменяются приблизительно пропорционально друг другу, что обусловлено этим относительным постоянством ударного объема.                             При динамической работе артериальное кровяное давление изменяется как функция выполняемой работы. Систолическое давление увеличивается почти пропорционально выполняемой нагрузке, достигая приблизительно 220 мм рт. ст. при нагрузке 200 Вт. Диастолическое давление изменяется лишь незначительно, чаще в сторону снижения. В системе кровообращения, функционирующей под низким давлением (например, в правом предсердии) давление крови во время работы увеличивается мало; отчетливое его повышение в этом участке является патологией (например, при сердечной недостаточности).                                                                                                                      Потребление организмом кислорода возрастает пропорционально величине и эффективности затрачиваемых усилий. При легкой работе достигается стационарное состояние, когда потребление кислорода и его утилизация эквивалентны, но это происходит лишь по прошествии 3-5 мин, в течение которых кровоток и обмен веществ в мышце приспосабливаются к новым требованиям. До тех пор пока не будет достигнуто стационарное состояние, мышца зависит от небольшого кислородного резерва, который обеспечивается 02, связанным с миоглобином, и от способности извлекать больше кислорода из крови. При тяжелой мышечной работе, даже если она выполняется с постоянным усилием, стационарное состояние не наступает; как и частота сокращений сердца, потребление кислорода постоянно повышается, достигая максимума.                                     С началом работы потребность в энергии увеличивается мгновенно, однако для приспособления кровотока и аэробного обмена требуется некоторое время; таким образом, возникает кислородный долг. При легкой работе величина кислородного долга остается постоянной после достижения стационарного состояния, однако при тяжелой работе она нарастает до самого окончания работы. По окончании работы, особенно в первые несколько минут, скорость потребления кислорода остается выше уровня покоя происходит «выплата» кислородного долга. Однако этот термин не точен, так как увеличение потребления кислорода после завершения работы не отражает непосредственно процессы восполнения запасов 02 в мышце, а происходит и за счет влияния других факторов, таких, как увеличение темпера­туры тела и дыхательная работа, изменение мышечного тонуса и пополнение запасов кислорода в организме. Таким образом, долг, который будет возвращен, по величине больше, чем возникший во время самой работы. После легкой работы величина кислородного долга достигает 4 л, а после тяжелой может доходить до 20 л. Во время легкой динамической работы минутный объем дыхания, как и сердечный выброс, увеличивается пропорционально потреблению кислорода. Это увеличение возникает в результате нарастания дыхательного объема и частоты дыхания.                                                                                                                                                  Во время и после динамической работы кровь претерпевает существенные изменения. По ним лишь изредка можно действительно оценить степень физического напряжения, но особое значение их состоит в том, что они служат источниками ошибок при лабораторной диагностике.                                                                                                                                             Во время легкой физической работы у здорового человека выявляются лишь незначительные изменения в парциальном давлении СО2 и 02 в артериальной крови. Тяжелая работа вызывает более существенные изменения. Наибольшие отклонения от уровня покоя составляют 8% для артериального рО2, и 10% - для рСО2. Насыщение кислородом смешанной венозной крови падает с ростом напряжения; соответственно этому артериовенозная разница по кислороду увеличивается от значения, приблизительно равного 0,05 (уровень покоя), до 0,14 у нетренированных и 0,17 у тренированных лиц. Это увеличение обусловлено повышенным извлечением кислорода из крови в работающей мышце.                                                                                                                                                     Уровень глюкозы в артериальной крови у здорового человека мало изменяется во время работы. Только при тяжелой и длительной работе происходит падение концентрации глюкозы в артериальной крови, что указывает на приближающееся истощение. Вместе с тем концентрация лактата в крови варьирует в широких пределах в зависимости от степени напряжения и длительности работы – соответственно скорости образования лактата в мышце, функционирующей в анаэробных условиях, и скорости его элиминации. Лактат разрушается или подвергается превращениям в неработающих скелетных мышцах, жировой ткани, печени, почках и миокарде. В условиях покоя концентрация лактата в артериальной крови составляет приблизительно 1 ммоль/л; при тяжелой работе длительностью около получаса или при крайне тяжелых кратковременных нагрузках с минутными интервалами могут быть достигнуты максимальные уровни, превышающие 15 ммоль/л. При длительной тяжелой работе концентрация лактата сначала увеличивается, а затем падает.                                                                                                              Если рацион богат углеводами, концентрации свободных жирных кислот и глицерола мало изменяются под влиянием работы, так как секреция инсулина, обусловленная потреблением углеводов, тормозит липолиз. Однако при обычном рационе длительная тяжелая работа сопровождается увеличением концентраций свободных жирных кислот и глицерола в крови в 4 или более раз. 
 
 
 
 
 
 
 
 

5. Адаптивная  перестройка органов  и систем к мышечной деятельности

Адаптацию к  физическим нагрузкам следует рассматривать  как динамический процесс, в основе которого лежит формирование новой  программы реагирования, а сам  приспособительный процесс, его  динамика и физиологические механизмы  определяются состоянием и соотношением внешних и внутренних условий  деятельности⁵.    Проведенные в последние годы исследования механизмов адаптации людей к различным условиям деятельности привели нас к убеждению в том, что физиологические факторы при долговременной адаптации обязательно сопровождаются следующими процессами:

1. перестройкой регуляторных механизмов;
2. мобилизацией и использованием физиологических резервов организма;
3. формированием специальной функциональной системы адаптации к конкретной трудовой (спортивной) деятельности человека.

Механизм реализации этих физиологических процессов  представляется следующим образом. В достижении устойчивой и совершенной  адаптации большую роль играет перестройка  регуляторных приспособительных механизмов и мобилизации физиологических  резервов, а также последовательность их включения на разных функциональных уровнях. По-видимому, вначале включаются обычные физиологический реакции  и лишь затем - реакции напряжения механизмов адаптации, требующие значительных энергетических затрат с использованием резервных возможностей организма, что приводит, в конечном итоге, к  формированию специальной функциональной системы адаптации, обеспечивающей конкретную деятельность человека. Такая  функциональная система у спортсменов  представляет собой вновь сформированное взаимоотношение нервных центров, гормональных, вегетативных и исполнительных органов, необходимое для решения  задач приспособления организма  к физическим нагрузкам. Формирование функциональной системы адаптации  с вовлечением в этот процесс  различных морфофункциональных  структур организма составляет принципиальную основу долговременной адаптации к  физическим нагрузкам и реализуется  повышением эффективности деятельности различных органов и систем организма  в целом.                                                                                                                     Адаптивны перестройки - динамический процесс, поэтому в динамик адаптационных изменений у спортсменов целесообразно выделять несколько стадий. Мы предлагаем четыре стадии (физиологического напряжения организма, адаптированности, дизадаптации и реадаптации), каждой из которых присущи свои функционально-структурные изменения и регуляторно-энергетические механизмы. Естественно, основными, имеющими принципиальное значение в спорте, следует считать две первые стадии. Применительно к общей схеме адаптации такие стадии, очевидно, свойственны людям в процессе приспособления к любым условиям деятельности.                                                          У спортсменов в стадии напряжения организма преобладают процессы возбуждения в коре головного мозга, возрастают функции коры надпочечников, увеличиваются показатели вегетативных систем и уровень обмена веществ; спортивная работоспособность неустойчива. В эндокринном фоне преобладают продукция катехоламинов и глюкокортикоидов, которым принадлежит ведущая роль в адаптивных сдвигах углеводного обмена. Одновременно эти гормоны повышают активность гормоночувствительной липазы жировой ткани.                                                                                   При длительном воздействии на организм интенсивных и больших по объему тренировочных и соревновательных нагрузок может происходить нарушение нейроэндокринной регуляции, уменьшение содержания катехоламинов и глюкокортикоидов и снижение уровня энергетического обмена, в результате чего в организме спортсменов могут возникать различные расстройства, характеризующие наступление третьего периода адаптационных изменений - стадии дизадаптации. В это время наблюдаются неблагоприятно направленные изменения функций организма, существенное снижение общей и специальной работоспособности спортсмена, его адаптивных возможностей. После длительного перерыва в систематических тренировках или их прекращения совсем возникает стадия реадаптации, которая характеризуется приобретением других свойств и качеств организма. Физиологический смысл этой стадии - снижение уровня тренированности и возвращение некоторых показателей функций организма к исходным значениям.                                                                                                  Следует иметь в виду, что возникшие в процессе длительных и интенсивных физических нагрузок структурные изменения в миокарде, костях и скелетных мышцах, нарушенный уровень обмена веществ, гормональные и ферментативные перестройки, как правило, не возвращаются. За систематические чрезмерные физические нагрузки, а затем за их прекращение организм спортсменов платит определенную биологическую цену, что может проявляться развитием кардиосклероза, ожирением, снижением резистентности клеток и тканей к различным неблагоприятным воздействиям и повышением уровня общей заболеваемости⁶.                                                                                                                         Решение этих задач, которые уже сейчас являются весьма актуальной практической проблемой, во многом будет способствовать сохранению здоровья и поддержанию высокой работоспособности спортсменов в различных условиях их деятельности.                      "Нет ничего практичнее хорошей теории". 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

Заключение

Познание себя самого является необходимым условием обеспечения жизнедеятельности  специалиста в условиях современных  воздействий внешней среды. Формирование физической культуры личности будущего специалиста при этом немыслимо  без умения рационально корректировать свое состояние средствами физической культуры и двигательной деятельности.                                                                                                                                                                       Движения играют существенную роль во взаимодействии человека с внешней средой. Выполняя разнообразные и сложные движения, человек может осуществлять трудовую деятельность, общаясь с другими людьми, заниматься спортом и т.д. При этом организм получает более высокую способность к сохранению постоянства внутренней среды при изменяющихся внешних воздействиях: температура, влажность, давление, сила воздействия солнечной и космической радиации. 
Под воздействием физической тренировки происходит неспецифическая адаптация организма человека к разнообразным проявлениям факторов внешней среды. Экспериментальные данные подчеркивают стимулирующее влияние оптимально организованной двигательной активности на уровень умственной работоспособности студентов.                                                                                                                                        Таким образом, можно сделать заключение, что двигательная функция - основная функция человеческого организма, которую следует постоянно совершенствовать для повышения работоспособности в любом виде деятельности, в том числе и в умственной.                          Каждый человек имеет большие возможности для укрепления и поддержания своего здоровья, для сохранения трудоспособности, физической активности и бодрости до глубокой старости. Двигательная активность имеет ярко выраженное положительное действие на организм. 

Библиографический список

1. Борилкевич В.Е. Физическая работоспособность в экстремальных условиях мышечной деятельности /  В.Е. Борилкевич. – Л.: ЛГУ, 1982. – 97 с.
2. Дубровский В.И. Спортивная медицина. – 3-е изд., доп. / В.И. Дубровский. –        М.: Владос, 2005. – 528 с.
3. Киселев Л.В. Системный подход к оценке адаптации в спорте. Красноярск. - 1986. - 176 с.
4. Романенко В.А. Двигательные способности человека / В.А. Романенко. – Донецк, Новый мир, 1999. – 336 с.