Физиологические механизмы обмена веществ и энергии в покое и при мышечной работе

Филиал Российского  Государственного университета

физической культуры, спорта и туризма 

в г. Иркутске

 

 

Контрольная работа

по дисциплине «Физиология»

за 3 курс

 

На  тему: «Физиологические механизмы обмена веществ и энергии в покое и при мышечной работе»

 

 

Выполнила студентка 

заочного  отделения группы 32М

Михайлова Е.В.

Проверил 

Копылова Н.  Ю.

 

 

Дата поступления работы ____________________________ 2011 г.

Дата рецензирования ________________________________ 2011 г.

 

Иркутск, 2011 г.

ВЛИЯНИЕ ДВИГАТЕЛЬНОЙ АКТИВНОСТИ НА ФУНКЦИОНАЛЬНОЕ СОСТОЯНИЕ ЧЕЛОВЕКА

 

Общие физиологические механизмы влияния  двигательной активности на обмен веществ  

 

Двигательная активность является необходимым условием поддержания  нормального функционального состояния  человека. 

 

Во время движения происходит раздражение проприорецепторов скелетных мышц, интерорецепторов внутренних органов и рефлекторно через ЦНС стимулируются жизненные процессы в клетках, тканях, органах, составляющих различные функциональные системы организма. Повышается обмен веществ и как следствие - кислородный запрос. В зависимости от интенсивности и объема движений потребление О₂ возрастает от 250-300 мл/мин (в покое) до 5-6 и в редких случаях до 7,2-7,5 л/мин. Усиливаются катаболизм и анаболизм в субклеточных структурах, что приводит к обновлению клеток и росту их биоэнергетического потенциала. И. П. Павлов указывал, что для сохранения жизнедеятельности каждая клетка должна интенсивно функционировать, так как при этом происходит более полноценное восстановление ее исходных ресурсов. 

 

Двигательная деятельность рефлекторно активизирует гормональные механизмы регуляции. Особое значение имеет гормон передней доли гипофиза АКТГ, выделение которого стимулируется  афферентными влияниями через кору больших полушарий на гипоталамус, гипофиз. АКТГ способствует выделению в корковом веществе надпочечников глюкокортикоидов. Активация мозгового вещества надпочечников вызывает выделение катехоламинов. Те в свою очередь вызывают повышение в крови содержания субстратов энергетического обмена — глюкозы и др. Выделение инсулина поджелудочной железой обеспечивает высокий уровень углеводного обмена, усиливает процесс утилизации глюкозы в мышечной ткани. Гормоны щитовидной железы повышают уровень всех видов обмена, особенно жирового.  

 

Вегетативное  обеспечение двигательной активности  

 

Вегетативное обеспечение  двигательной деятельности осуществляется, прежде всего, системами кровообращения, дыхания, крови и регуляторными влияниями нервно-гормональных механизмов. 

 

Мощная афферентация, поступающая в процессе двигательной деятельности от проприорецепторов мышц, суставов, связок, рецепторов внутренних органов, направляется в кору больших полушарий. На этой основе кора формирует функциональную систему, объединяющую отдельные структуры головного мозга, все моторные уровни ЦНС и избирательно мобилизирующую отдельные мышечные группы. Одновременно нейрогенное звено управления воздействует на центры, регулирующие кровообращение, дыхание, другие вегетативные функции, гормональное звено. 

 

Сердечно-сосудистая система. Интенсификация деятельности сердца обеспечивает повышение работы сердца. Частота  сердечных сокращений увеличивается с 60-80 (в покое) до 120-220 в минуту, ударный объем — с 60-80 до 100-150 мл, минутный объем сердца - с 4–5 до 25-30, максимум до 40 л в зависимости от мощности и продолжительности двигательной активности. Высокие величины работы сердца обусловлены повышением АД, увеличением скорости тока крови, объема циркулирующей крови, притока крови к правым отделам сердца (В. С. Фарфель, Т. П. Конради). Работающие мышцы при этом снабжаются кислородом в 10—15 раз интенсивнее, чем в покое. Хронотропная реакция сердца определяется интенсивностью двигательной активности. Выраженная хронотропная реакция сердца приводит к преимущественному укорочению диастолы желудочков и может лимитировать кровоснабжение миокарда. 

 

Начальная вазоконстрикция  во время физических усилий сменяется вазодилататорным эффектом. Накопленные продукты обмена (СО₂, молочная кислота, АДФ) вызывают расширение сосудов. 

 

Систематические занятия  физическими упражнениями, особенно спортом, со временем приводят к экономизации деятельности сердца как в покое, так и при нагрузке. Сердце тренированного человека обладает большими резервами, чем сердце человека, не занимающегося систематическими физическими упражнениями, и охарактеризовано Г. Ф. Лангом как «спортивное» сердце. «Спортивное» сердце отличается редким ритмом (брадикардия менее 60 в минуту) в покое, небольшой гипертрофией и увеличением количества капилляров миокарда, при этом возрастают скорость и амплитуда сокращения, а также скорость и величина диастолического расслабления. За счет увеличения массы сердца общая его работа в условиях покоя на 40 % экономичнее, чем у нетренированного. На 100 г массы миокарда сердце потребляет в 2 раза меньше энергии, чем у нетренированного. В основе роста резервов миокарда лежат повышение мощности кальциевого насоса в саркоплазматической сети, увеличение количества митохондрий и активности ферментов, ответственных за транспорт субстратов окисления. Имеет значение прирост растяжимости сердечной мышцы и объема сердца. Соответственно увеличивается ударный объем сердца. 

 

При систематических  занятиях физическими упражнениями постепенно (в два этапа) наступает  приспособление деятельности сердца к  физическим нагрузкам. Функциональный этап отражает изменение основных физиологических  характеристик сердца (частота сердечных  сокращений, ударный объем) во время двигательной деятельности. Морфологический этап отражает соответствующие изменения (перестройки) в структурах самого сердца (гипертрофия, увеличение количества капилляров и др.). 

 

Оздоровительное влияние  двигательной активности на сердечно-сосудистую систему проявляется в снижении темпа склерозирования сосудов, которое обусловлено в определенной степени отложением в их стенках холестерина. Чем выше концентрация холестерина в плазме крови, тем больше опасность развития атеросклероза. Гиперхолестеринемия 6—7 ммоль/л (против 3,5-3,9 ммоль в норме) приводит к быстрому развитию атеросклероза. Склерозированные сосуды имеют узкий просвет и неадекватно реагируют на нервные и гуморальные стимулы, что обусловливает нарушение кровотока и лимитирование кровоснабжения органов. Десятиминутная двигательная активность в виде физических упражнений способствует снижению уровня холестерина в крови. Особенно выражено этот эффект проявляется при длительной двигательной активности в виде бега. Увеличенное потребление О₂ организмом приводит к извлечению из жировых депо липидов и их расщеплению в процессе обмена веществ (И. В. Муравов). Приобщение человека к организованной двигательной активности на ранних этапах онтогенеза физиологически обосновано, поскольку установлено, что у 50 % детей в возрасте 10—11 лет обнаруживается гиперхолестеринемия.  

 

Дыхание и кровь. Функциональная система, обеспечивающая реализацию двигательной деятельности, включает определенные параметры дыхания  и крови. В момент начала движений в первую очередь активизируется дыхание. Оно учащается и углубляется. Дыхательные мышцы сохраняют тесную функциональную связь со скелетными мышцами, деятельность которых рефлекторно через дыхательный центр возбуждает дыхательные мышцы. При этом увеличиваются дыхательная поверхность легких, частота, глубина, минутный объем дыхания, эффективная альвеолярная вентиляция легких, а также утилизация О₂ из альвеолярного воздуха с 3—4 до 4—5 %. Усиление дыхательных экскурсий обеспечивает повышенный приток крови к сердцу. В результате координированной деятельности сердечно-сосудистой и дыхательной систем оптимизируются процессы доставки О₂ в ткани. Дыхательная поверхность крови увеличивается за счет относительного эритроцитоза, а также за счет усиления эритропоэтической функции красного костного мозга. Кислородная емкость крови может незначительно (на 1—2 %) превышать стандартную величину (18— 20 %). Вследствие усиленной утилизации О₂ в тканях повышается артериовенозная разница по кислороду. При длительной и интенсивной двигательной активности выделяющиеся в кровь из работающих мышц и внутренних органов продукты обмена через хеморецепторы рефлексогенных зон возбуждают дыхательный центр. При предельных двигательных усилиях у тренированных спортсменов высокого класса частота дыхания достигает 60 в минуту, а глубина дыхания — 50 % от жизненной емкости легких.  

 

Функциональный  этап в тренировке дыхательной системы проявляется во время разовой ежедневно повторяющейся двигательной активности, затем фиксируется в ЦНС в виде динамического стереотипа с проявлением феномена экономизации дыхания в условиях покоя. Частота дыхания по мере выполнения физических упражнений урежается с 16—20 у не занимающихся физической культурой людей до 11—14 в минуту, становятся более выраженными различия в продолжительности вдоха и выдоха. При систематической интенсивной двигательной деятельности количество эритроцитов в крови оказывается ниже стандартной величины. При длительных двигательных упражнениях в виде бега, особенно на дальние дистанции, развивается миогенный лейкоцитоз. 

 

Согласно теории «энергетического правила скелетных  мышц» И. А. Аршавского, состояние  вегетативных функций непосредственно зависит от уровня двигательной активности.

Влияние двигательной активности на регуляторные механизмы ЦНС и гормонального  звена 

 

И. П. Павлов отмечал, что двигательная деятельность приносит человеку «мышечную радость». Во время движений ЦНС перерабатывает большой объем информации, связанный с проприоцептивной афферентацией от мышц. Функциональное состояние всех отделов ЦНС, в том числе коры больших полушарий и подкорковых центров, повышается. Активизируются и балансируются возбудительный и тормозной процессы. Укорачивается время двигательной реакции на звуковые и световые раздражители, повышается частота усвоения ритма раздражений, усиливается выраженность альфа-ритма в состоянии покоя. В клетках коры больших полушарий увеличивается содержание РНК, имеющей непосредственное отношение к механизмам памяти. Усиливаются ассоциативные процессы, возникают «озарения», составляющие физиологическую основу экстраполяции (творчества). За счет корковых посылок и рефлекторных влияний с периферии активизируется деятельность гипоталамо-гипофизарной системы. При этом в реакцию вовлекается эндокринная система и достигается оптимальная (соответственно уровню двигательной активности) регуляция гемодинамики, дыхания, кроветворения, выделительной функции почек, кишечника, дезинтоксикационной функции печени. Во время бега и других видов двигательной активности в кровь выделяются гормоны, эндорфины. Они уменьшают уровень тревожности, подавляют чувство страха, боли и голода. 

 

За счет увеличения функциональных резервов организма повышается его жизненный тонус. Возрастают устойчивость к стрессорным факторам, физическая и психическая работоспособность. 

 

 

 

 

Влияние двигательной активности на функции  нервно-мышечного аппарата 

 

В зависимости  от характера двигательной активности скелетные мышцы человека могут работать в динамическом, статическом и смешанном режимах. Во время движения в связи с повышением уровня обмена веществ в соответствии с правилом А. Крога в мышцах увеличивается число открытых капилляров. Увеличенный приток крови к мышцам способствует повышению их температуры, что обусловливает уменьшение вязкости (силы трения между отдельными волокнами), а следовательно, облегчает реализацию физико-химических свойств мышц, непосредственно влияющих на производительность совершаемой работы. При статических усилиях сосуды мышц сдавливаются находящимися в состоянии напряжения волокнами, кровообращение в мышце почти прекращается. То небольшое количество О2, которое находится в составе миоглобина, не может поддерживать аэробный режим энергообеспечения, в связи с чем преобладает анаэробный режим с использованием креатинфосфокиназной реакции и гликолитического фосфорилирования. 

 

Систематическая двигательная деятельность вызывает рабочую  гипертрофию мышечных волокон, увеличение емкости капиллярной сети в мышцах, содержания миоглобина, гликогена, АТФ, КФ, дыхательных ферментов. В волокнах повышается количество митохондрий. Последние способствуют возрастанию способности мышц утилизировать пируват. При этом ограничивается накопление молочной кислоты и обеспечивается возможность мобилизации жирных кислот, повышается способность к интенсивной и длительной мышечной работе. Параллельно наступают изменения в центральном звене двигательных единиц — в α-мотонейронах, которые гипертрофируются при одновременном увеличении содержания в них дыхательных ферментов. При статическом режиме деятельности мышц в них происходит более глубокая перестройка сосудистой системы и нервных окончаний: капилляры изменяют ход — идут не параллельно мышечным волокнам, а оплетают их, аксоны нейронов двигательных единиц делятся на большее количество терминален, подходящих к мышечным волокнам. Надежность функционирования опорно-двигательного аппарата возрастает за счет увеличения поперечника трубчатых костей и утолщения их компактного вещества. 

 

По мере повторения моторных нагрузок двигательная функциональная система приобретает все большую  надежность деятельности. Это выражается в совершенствовании координации, автоматизации и экономичности  движений. В основе этого лежат расширение межцентральных связей различных моторных уровней коры больших полушарий, стриопаллидарной системы, среднего, продолговатого мозга, а также формирование динамического стереотипа с высокой помехоустойчивостью.