Общая характеристика пищеварительных процессов при физической нагрузке

аденозинтрифосфорная кислота - АТФ и вещества, позволяющие  в короткий срок обеспечить синтез израсходованной АТФ - преимущественно, креатинфосфат. После того, как в мышечных клетках иссякли запасы АТФ и креатинфосфата, интенсивность работы резко снижается, организм переходит на другие источники ее обеспечения, но такую работу уже нельзя назвать работой максимальной мощности. Таким образом, запасы АТФ и креатинфосфата в клетках в состоянии покоя являются фактором, лимитирующим  работу максимальной мощности.

Некоторым спортсменам с  целью повышения количества АТФ  в мышцах иногда назначают инъекции (уколы) этого вещества. В действительности же, искусственно повысить запас АТФ  в клетке практически невозможно, так как при его увеличении до определенного уровня клетка расщепляет АТФ и ее запас снова остается исходным. Поэтому такие мероприятия  имеют не физиологическое, а психологическое  воздействие на спортсмена. При отсутствии большого вреда от таких уколов спортсмену внушают, что он принял высокоэффективный  допинг. Это внушение зачастую позволяет  увеличить работоспособность за счет использования психических  резервов.

Хотя интенсивность работы максимальной мощности такова, что  требует увеличения силы и частоты  сердечных сокращений в несколько  раз по сравнению с уровнем  покоя, во время работы этого не происходит. Сердце просто не успевает столь существенно  повысить свою работу за такое короткое время. Увеличение деятельности сердца наблюдается уже после прекращения  работы - во время восстановления.

То же самое происходит с дыханием. Работа максимальной мощности может выполняться даже на полной задержке дыхания или не вызывать его существенного повышения. После  же прекращения работы организм восстанавливает  образовавшийся долг кислорода путем  увеличения частоты и глубины  дыхания.

Еще одной характерной  особенностью работы максимальной мощности является чрезвычайно напряженная  деятельность нервной системы по ее обеспечению. Нервная система  при этой работе с максимально  возможной для себя частотой посылает импульсы к мышцам, запуская их быстрое  и интенсивное сокращение.

Столь же огромен и поток  обратных импульсов от мышц к нервной  системе, информирующий ее о состоянии  мышц. Такой режим работы для нервной  системы чрезвычайно утомителен. Поэтому работоспособность в  зоне максимальной мощности ограничивается возможностями нервной системы (нервных  клеток) работать в столь напряженном режиме. Ограничивается она и возможностями нервных клеток передавать информацию друг другу и мышечным клеткам.

Как нервная система запускает  мышечное сокращение

Одной интенсивной деятельности нервной системы еще не достаточно для того, чтобы мышцы быстро и  эффективно сокращались. Мышцы должны быть способны воспринять исполнительные команды от нервной системы и  ответить на них сокращением.

В нормальных условиях способность  нервной системы посылать импульсы определенной частоты соответствует  способности мышц отвечать на них (ситуация может измениться во время болезни, сильного утомления или переутомления  и в других случаях). Важное значение имеет также способность мышц быстро расслабляться. Быстрое расслабление необходимо для того, чтобы мышца снова могла воспринять команду на сокращение. Как ни странно, способность мышцы быстро расслабляться является более важным фактором, лимитирующим работу в зоне максимальной мощности, чем способность мышц быстро сокращаться.

Основные физиологические  особенности работы максимальной мощности:

  -нервная система работает  в предельном режиме, посылая  исполнительные команды к мышцам  с максимальной частотой импульсации;

  -мышцы отвечают на  импульсы нервной системы максимально  возможной скоростью и силой  сокращения;

  -энергообеспечение работы  осуществляется за счет АТФ,  имеющейся в мышечной клетке, и бескислородного (анаэробного) распада химических веществ, используемых для ее синтеза (преимущественно, креатинфосфата);

  -изменения в сердечно-сосудистой и дыхательной системах во время работы незначительны, но наблюдаются в периоде восстановления;

  -процессы восстановления  во время работы незначительны  она почти полностью выполняется  «в долг»;

  -существенных изменений в пищеварительной, выделительной системах, системе терморегуляции, системе крови, иммунной системе не происходит в виду малой продолжительности работы такие изменения могут наблюдаться, если работе предшествовала относительно интенсивная и длительная разминка; изменения в деятельности желез внутренней секреции касаются только мозгового слоя надпочечников, который резко увеличивает выброс в кровь адреналина и норадреналина, а также той части гипофиза, которая управляет деятельностью надпочечников. Существенных изменений в деятельности других желез внутренней секреции не происходит.

Работу максимальной мощности лимитируют ограничивают:

  -способность нервной  системы посылать нервные импульсы  с предельной частотой;

  -способность нервной  системы быстро воспринимать  и перерабатывать огромное количество  информации, получаемой от работающих  мышц;

  -способность нервных  клеток быстро и эффективно  передавать импульсы друг другу;

  -способность мышц  отвечать сокращением на нервные  импульсы, посылаемые с предельной  частотой;

  -способность мышц  быстро расслабляться;

- запасы АТФ и креатинфосфата в мышечных клетках;

Таким образом, работа максимальной мощности, в основном, предъявляет  высокие требования к деятельности нервной системы, а также мышечного  аппарата.

Факторы, лимитирующие работу максимальной мощности, в большой  степени предопределены генетически  и очень слабо поддаются тренировке. Поэтому способность высокоэффективно работать в зоне максимальной мощности во многом зависит от врожденных особенностей организма. Иными словами, «великими  спринтерами рождаются».

Как уже говорилось, при  работе максимальной мощности необходимо быстрое освобождение энергии, а  значит химические вещества, расщепление  которых дает энергию для мышечного  сокращения, подвергаются бескислородному (анаэробному) распаду. В мышечных клетках анаэробно способны распадаться только некоторые виды углеводов и химическое вещество, называемое креатинфосфатом. Распад жиров не может происходить без участия кислорода, следовательно, работа максимальной мощности не подходит желающим сбросить лишнюю массу тела.

Физиологические изменения в организме при  работе субмаксимальной мощности

Работа субмаксимальной мощности - это работа с околопредельной для данного организма интенсивностью.

Работа такой интенсивности  может продолжаться не более 3-5 минут.

Если подходить строго, то после 3-4-ой минуты работы биохимические  изменения в организме в существенной мере характерны для работы большой  мощности. Но величина 5 минут является общепризнанной.

С биохимической точки  зрения работа субмаксимальной мощности - это работа, энергообеспечение которой осуществляется преимущественно за счет бескислородного расщепления гликогена. То есть АТФ для данного вида мышечной работы синтезируется за счет использования энергии бескислородного распада гликогена.

Гликоген, за счет которого синтезируется АТФ при работе субмаксимальной мощности, берется из самих мышечных клеток, из крови, а также в несущественной степени поступает в кровь из мест своего резервного хранения (из печени).

Классическими примерами  работы субмаксимальной мощности являются олимпийские беговые дистанции 400 м и 800 м, а также бег 1000 м, плавание 50 м, 100 м, 200 м, скоростной бег на коньках на дистанции 500 м, 1000 м, 1500 м, велогонки - гиты на 1000 м, гребля на дистанции 500 м и 1000 м и др.

Основная химическая реакция, которая дает энергию для образования  АТФ при работе субмаксимальной мощности (бескислородный распад гликогена), имеет один очень неприятный побочный эффект - гликоген без участия кислорода может распадаться только частично, с образованием недоокисленных продуктов распада - низкомолекулярных кислот (молочной, пировиноградной и других).

Накопление кислот в мышечных клетках изменяет свойства их внутреннего  содержимого, затрудняя протекание процесса мышечного сокращения. В  таких условиях клетка стремится  избавиться от кислот, отдавая их в  протекающую мимо кровь. Кислоты  проникают в кровь, потому что  в клетках их концентрация выше, чем в протекающей мимо крови. Проникновение большого количества кислот в кровь приводит к изменению  важной биологической константы - показателя кислотности-щелочности (ph) крови.

Подробнее об изменении ph при работе субмаксимальной мощности

Снижение ph крови изменяет свойства белков и является угрозой их разрушения. Именно поэтому в организме человека существуют мощные механизмы поддержания ph крови на строго определенном уровне. Эти механизмы называются буферными системами крови.

У спортсменов высокого класса (мастера спорта и выше) закисление крови, возникающее вследствие выполнения работы субмаксимальной мощности на ответственных соревнованиях, может быть несовместимо с жизнью. Организм неспортсменов или спортсменов младших и средних разрядов не способен выдержать работу, приводящую к смерти в результате закисления крови.

Причины смерти спортсменов  в результате выполнения работы субмаксимальной мощности.

Большое количество продуктов  распада, образующееся в ходе выполнения работы субмаксимальной мощности, поступая из клеток в близлежащие капилляры крови, обуславливает расширение мелких кровеносных сосудов и открытие резервных кровеносных сосудов (находившихся в закрытом состоянии в покое). Расширение сосудов в несколько раз увеличивает кровоток через работающие мышцы. В целом, за счет увеличения деятельности сердца, расширения сосудов и других механизмов кровоток через работающие мышцы может увеличиться в 20-25 раз (!).

Если бы кислород мог доставляться тканям с той же скоростью, с которой  он необходим для мышечного сокращения при работе субмаксимальной мощности, его потребление превысило бы максимально возможное потребление организмом кислорода в несколько раз. Но возможности системы дыхания насытить кровь кислородом, сердечно-сосудистой системы - доставить кислород нуждающимся тканям ограничены. Несмотря на то, что при работе субмаксимальной мощности система дыхания и сердечно-сосудистая система успевают выйти на предельную мощность своего функционирования, запрос работающих мышц в кислороде остается неудовлетворенным, именно поэтому гликоген распадется бескислородно с образованием кислот. Другая причина, по которой гликоген распадается бескислородно в том, что эта реакция протекает намного быстрее, чем кислородный распад того же гликогена. При работе же субмаксимальной мощности необходимо чрезвычайно быстрое освобождение энергии.

Несоответствие между  запросом клеток в кислороде и  реальными возможностями организма  удовлетворить этот запрос называется кислородным долгом. Во время работы субмаксимальной мощности кислородный долг достигает предельных для данного организма величин.

У высококвалифицированных  спортсменов кислородный долг может  достичь 20-22 литров! То есть 20-22 литра  кислорода (не воздуха, а кислорода !) организму необходимо потребить сверх нормы после окончания работы, чтобы ликвидировать задолженность перед организмом.

Высокий запрос сокращающихся  мышц в кислороде заставляет систему  дыхания и сердечно-сосудистую систему работать с предельной для них интенсивностью, а достаточная длительность работы позволяет этим системам успеть развернуть максимально возможную мощность своего функционирования.

Так, частота сердечных  сокращений при работе субмаксимальной мощности может достигать 180-200 ударов в минуту (в покое - 60-80 ударов в минуту), частота дыхания - 50-70 дыхательных движений в минуту (в покое - 10-16 дыхательных движений в минуту), объем воздуха, поглощаемого за один вдох - 2-3 литра (в покое около 0.5 литра), объем крови, выбрасываемой сердцем за одно сокращение - 150-200 мл (в покое - 50-70 мл), время полного кругооборота крови - 6-7 секунд (в покое - 22-24 секунды), систолическое артериальное давление - 180-240 миллиметров ртутного столба (в покое - 115-125 миллиметров ртутного столба).

Данные получены на спортсменах  мужчинах.

Физическая работа, являясь  для организма одним из необходимых  компонентов жизнедеятельности, играет в филогенезе важную роль, а на определенных его этапах —  решающую. Установлено, что двигательная активность активизирует не только деятельность опорно-двигательного  аппарата, но и воздействует на различные  функциональные системы организма  и обмен веществ.

Механизм воздействия  на внутренние органы и обменные процессы во многом объясняет теория моторно-висцеральных рефлексов, созданная М. Р. Могендовичем. Согласно ей ведущая роль в осуществлении влияний со стороны опорно-двигательного аппарата на различные функции принадлежит нервной системе. Однако в последние годы установлено участие в этих влияниях и ряда желез внутренней секреции, в особенности гипофиз-адреналовой системы, щитовидной железы.

Исследователи вели наблюдения за продолжительностью пребывания пищи или воды в желудке собак, находившихся либо в состоянии относительного покоя, либо совершавших бег. Однако из-за несовершенства методических приемов  полученные результаты были противоречивыми. Одни утверждали, что под влиянием физической нагрузки деятельность желудка  ухудшается, другие отмечали, что пищеварение  не зависит от выполнения животным мышечной работы, третьи находили усиление сокоотделения.