Поддержание гомеостаза при мышечной нагрузке

Изменения внутренней среды, происходящие во время мышечной работы, требуют напряжения механизмов гомеостаза. Поскольку при нагрузке обменные процессы ускоряются во много раз, во столько же раз больше образуется разнообразных продуктов, подлежащих удалению из организма, а также метаболической воды. Одновременно резко увеличивается температура тела, поскольку вся энергия, освободившаяся в клетках и не превращенная в механическую работу, преобразуется в тепло, и это тепло нагревает организм. Учитывая, что в режиме МПК человек вырабатывает около 1200–1500 Вт энергии, и лишь 1/5 ее часть реализуется в виде механической работы, можно себе представить, как быстро нагрелся бы организм, если бы не работали системы терморегуляции. Расчет показывает, что за 4 минуты спортивного бега на дистанцию 800 м (это как раз примерно соответствует режиму МПК) температура человека должна была бы увеличиться почти на 60 градусов, то есть практически дойти то точки кипения.

Терморегуляция при мышечной работе. Самым эффективным способом теплоотдачи служит испарение влаги. Значительная часть тепла удаляется из организма при дыхании, так как выдыхаемый воздух всегда насыщен паром. Для большинства млекопитающих, покрытых шерстью, это – главный, если не единственный, способ борьбы с перегревом. У человека, однако, есть еще один, не менее эффективный способ: потоотделение. Отсутствие волосяного покрова на коже человека способствует эффективному испарению пота, что позволяет удалять около 80% избыточного тепла. Кроме того, раскрытие кожных сосудов и приток к ним горячей крови из внутренних органов (покраснение кожи) также способствует ускоренному теплообмену между организмом и окружающей средой. У животных эти процессы тоже, разумеется, происходят, но их эффективность существенно ниже. Впрочем, самые эффективные режимы теплоотдачи имеют морские млекопитающие – моржи, тюлени, киты и дельфины, поскольку вода обладает огромной теплоемкостью и забирает все избыточное тепло очень быстро и эффективно. Это, кстати, относится и к пловцам.

Как отмечалось выше, по мере увеличения мощности нагрузки увеличивается частота дыхания и дыхательный объем. Это позволяет в несколько раз увеличивать количество удаляемой из организма влаги, а вместе с ней – и тепла. Однако этого становится недостаточно, когда к энергообеспечению подключаются менее экономичные анаэробные источники. Обычно при нагрузке, соответствующей анаэробному порогу, резко активируется потоотделение. Если же и этого становится недостаточно, то происходит отказ от работы.

Скорость потоотделения зависит от количества и активности потовых желез, от нервной и гормональной регуляции их деятельности. Установлено, что с возрастом у детей количество потовых желез постепенно увеличивается. Это обеспечивает существенно большее потоотделение у старшеклассников по сравнению с младшими школьниками при сопоставимых по мощности нагрузках. Эти различия следует учитывать при оценке степени воздействия нагрузки на организм. Отсутствие обильного потоотделения у 7–8-летних детей ещё не означает, что для них заданная нагрузка не представляет больших трудностей. И напротив, обильный пот у 16–17-летних юношей может сочетаться с большой выносливостью к соответствующей нагрузке. Юноши потеют значительно сильнее, чем девушки, даже при одинаковой нагрузке.

Более низкая активность потоотделения у детей младшего возраста позволяет им при физической нагрузке избегать возникновения дегидратации, т.е. потери организмом слишком большого количества воды. Дегидратация неблагоприятно сказывается на всех сторонах жизнедеятельности, резко снижает работоспособность, уменьшает функциональные возможности центральной нервной системы, вызывает повышенную активность анаэробных механизмов энергообеспечения. Дети младшего возраста значительно чувствительней к дегидратации, чем старшеклассники и взрослые.

Особенности выделительной функции при мышечной работе. В процессе потоотделения наряду с влагой и теплом из организма удаляются и многие другие продукты обмена веществ, в частности мочевина, минеральные соли и др. В то же время, активность почек также существенно возрастает.

Кровоток через почки при мышечной работе увеличивается, скорость выведения таких веществ, как мочевина и креатинин, также возрастает. Однако, при обильном потоотделении механизмы волюморегуляции (регуляции объема крови), управляемые из нервных центров в продолговатом мозге, тормозят образование мочи. Поэтому потоотделение и мочеотделение при нагрузке взаимно влияют друг на друга, как механизмы, призванные решать одну и ту же задачу: удаление из организма ненужных веществ и поддерживание нормального баланса необходимых солей. Избыточно выделяющиеся при мышечной работе соли должны быть в кратчайший срок вновь введены в организм (с пищей, минеральной водой, соками и т.п.), в противном случае не исключаются судороги, обмороки и другие расстройства.

Функция печени. Ещё одним органом, играющим важнейшую роль в поддержании постоянства внутренней среды организма, является печень. При физической нагрузке целый ряд функций печени активируется. Во-первых, депонированная в печени кровь поступает в кровеносное русло, вовлекаясь в общий кровоток и способствуя тем самым ускорению транспорта кислорода и питательных веществ. Во-вторых, при напряженной мышечной работе печень может отчасти служить источником углеводов для работающих мышц, мозга и других органов. В-третьих, при длительной работе высокой мощности активируется функция детоксикации, то есть обезвреживания тех веществ, которые могут быть вредны или ядовиты для клеток тела. Вредных метаболитов в процессе мышечной работы образуется существенно больше, чем в покое, поэтому детоксикационная функция печени при нагрузке напряжена. Она требует значительных затрат энергии, что приводит к интенсификации обменных процессов в печени. Поскольку весь энергетический запрос печени может покрываться только за счет окислительного фосфорилирования, эта функция печени должна быть обеспечена значительным добавочным потреблением кислорода. В то же время, образование желчи в печени при мышечной работе, как и некоторые другие её функции, тормозятся. Тем не менее, суммарная метаболическая активность печени при напряженной физической работе может возрастать в 1.3–1.5 раза. При физическом утомлении иногда наблюдаются болевые ощущения в области печени. Точная их причина неизвестна, но в любом случае боль – это сигнал организму о некотором неблагополучии. Дети до 8-9 лет обычно не доходят до такой стадии утомления, тогда как после достижения этого возраста жалобы на боль в правом подреберье во время или после напряженной нагрузки у детей довольно часты.

Желудочно-кишечный тракт. Деятельность желудочно-кишечного тракта при физической нагрузке, как правило, угнетается. Это выражается в снижении активности гладкой мускулатуры кишечника, а также в снижении секреции пищеварительных желез. Влияние вегетативной нервной системы на желудочно-кишечный тракт в процессе работы и после её окончания бывает весьма велико. Нередко, особенно у подростков в период полового созревания, в восстановительном периоде после нагрузки наблюдается фаза гиперактивации парасимпатического отдела вегетативной нервной системы, который был подавлен в течение всего времени выполнения нагрузки, так как мышечная работа требует значительной активации симпатического отдела. Это может проявляться (особенно после длительной и напряженной мышечной работы, такой, как в беге на 800 и 1,500 м) в вегетативных расстройствах: побледнении, холодном поте, головокружении, тошноте. Особенно часто подобные неблагоприятные реакции наблюдаются при резкой остановке после работы. Поэтому рекомендуется не прекращать работу сразу, а в течение нескольких минут в восстановительном периоде продолжать движения произвольного характера в режиме умеренной нагрузки. Полезно также после такой работы принять раствор углевода (чай с сахаром и лимоном; кока-кола или пепси не дадут эффекта, поскольку они не содержат натуральный сахар), что препятствует развитию гипогликемии. Систематические занятия физическими упражнениями позволяют организму адаптироваться, что проявляется в снижении чувствительности желудочно-кишечного тракта и пищеварительной системы в целом к тормозящему воздействию интенсивной нагрузки. Более того, у подростков, занимающихся силовыми видами спорта, резко активируется желудочная секреция, способствующая усвоению белков (А.А.Плешаков). Это необходимо организму для построения новых мышечных волокон. Прекращение занятий спортом ведет к постепенной нормализации уровня и структуры желудочной секреции.

Нейрогуморальная регуляция при мышечной работе

Роль гормональной регуляции в вегетативном обеспечении мышечной работы состоит в тонком приспособлении уровней активности тех или иных физиологических механизмов к потребностям сократительных структур или гомеостатических систем. Эта функция осуществляется в теснейшем взаимодействии с вегетативной и центральной нервной системой.

Схема нейрогуморальной регуляции может существенно различаться в зависимости от характера, интенсивности и продолжительности мышечной работы. Так, очень интенсивные, но кратковременные нагрузки приводят к резкому повышению тонуса симпатических отделов вегетативной нервной системы, тогда как гуморальные механизмы не успевают отреагировать на такое воздействие, и их активация совпадает уже не с периодом двигательной активности, а с периодом восстановления. При малоинтенсивной длительной работе, напротив, роль гуморальных факторов очень велика. Вырабатывающийся гипофизом гормон роста при такой нагрузке способствует активации липолиза (окисления жиров) в тканях, что обеспечивает необходимый мышцам приток наиболее эффективных в данных условиях субстратов окисления. Если же нагрузка по мощности относится к зоне большой мощности, а длительность её достаточно велика (несколько минут), то наряду с мощной симпатической нервной стимуляцией органы и системы организма испытывают стимуляцию со стороны гормонов надпочечников (адреналин, норадреналин) и щитовидной железы, которые с одной стороны, активируют окислительные процессы, с другой – ускоряют углеводный обмен, снабжая работающие мышцы наиболее мобильным субстратом, пригодным как для аэробного, так и для анаэробного образования необходимой энергии.

Характерным примером нейрогуморального воздействия на все вегетативные системы организма, является предстартовое состояние, которое наблюдается у спортсменов перед соревнованиями. У школьников предстартовое состояние возникает часто очень легко даже в процессе рядового урока физкультуры вследствие высокой подвижности у них нервных процессов и неустойчивости эмоционального фона. Предстартовое состояние имеет адаптивное значение, подготавливая системы организма к предстоящей напряженной мышечной деятельности. Компонентами предстартового состояния можно считать: увеличение частоты пульса, частоты и глубины дыхания, изменение кровенаполнения кожных сосудов, сухость во рту, нервное возбуждение, двигательное беспокойство и другие признаки. Все эти проявления зависят от степени активации симпатического отдела вегетативной нервной системы, от количества выделившегося в кровь адреналина, а также других гормонов. Отрицательные эффекты предстартового состояния могут быть устранены с помощью организованной разминки, подготавливающей мышцы и вегетативные системы организма к предстоящей работе. В этом случае предстартовое состояние оказывает положительное влияние на результат мышечной деятельности, так как позволяет организму быстрее включиться в работу, быстрее настроиться на необходимый уровень функционирования всех участвующих в работе и её обеспечении физиологических систем.

Очень велика роль вегетативной нервной системы и гормональных структур в процессе адаптации организма к мышечной деятельности. При этом вегетативная нервная система выполняет роль "настройщика", подготавливая ткани организма к целенаправленным изменениям под влиянием гормональных сдвигов.

8.