Влияние факторов внешней среды на мускулатуру.

Обновлено: 16.05.2024

Еще К.Э. Циолковский писал ". мы, земные жители, . мечтаем о межпланетных путешествиях. " [9] и, несмотря на сложность проблемы, стоящей перед человечеством, по словам К.Э. Циолковского ". эта задача может быть решена. Решение основывается на особом приеме изучения людей" [10]. Современное развитие мировой космонавтики подтвердили надежды К.Э. Циолковского. Начало нового столетия отмечено возрастающим интересом человечества к Марсу, и это не случайно, поскольку условия на Марсе по сравнению с большинством остальных планет солнечной системы (испепеляющая жара на Венере, смертельный холод на Титане, полный вакуум на Луне) более пригодны для его освоения. Более того, полеты на Марс обеспечит волнующие и уникальные возможности расширить наши знания о происхождении, эволюции и распределении жизни во Вселенной.

Другим важным фактором, значительно повышающим интерес к освоению Марса, является подтвержденное, в частности, исследовательским зондом «Phoenix», наличие воды, как замерзшей, так и жидкой. В дополнение к этому недавно удалось выявить на Марсе зоны повышенного содержания метана, который обычно производят живые организмы. Однако главный вопрос о наличии жизни на планете до сих пор остается открытым, поскольку искусственные аппараты (типа лунохода и марсохода) не могут дать окончательного ответа, это под силу только человеку, для чего и необходима пилотируемая миссия на Марс. Но прежде, чем осуществится первый межпланетный полет человека, необходимо ответить на ряд новых вопросов, которые ставит первая межпланетная экспедиция.

Одной из основных задач такого сверх длительного полета является профилактика неблагоприятного воздействия факторов полета на организм человека.

Поверхностная электромиостимуляция (ЭМС), как метод повышения функциональных возможностей мышц, давно используется в клинической практике, как один из методов физической терапии парализованных пациентов с ограниченной моторной функцией [15, 41]. ЭМС не только замедляет процесс развития атрофии и дисфункции мышц [19, 43], но и увеличивает силу сокращения мышц во время ее реабилитации [36, 40]. Метод ЭМС успешно применяют и клинически здоровые люди при использовании, как высокочастотной стимуляции [3, 4, 7, 12, 27, 35, 42], так и относительно низкочастотной стимуляции [12, 13, 16, 17, 42] - во всех случаях отмечается увеличение силы сокращения мышц от 9 % [17] до 30-44 % [3, 4, 7, 27, 35] и более 50 % [12]. ЭМС-тренировка нашла применение и как дополнительное средство тренировки мышечного аппарата у высококвалифицированных спортсменов [7, 23, 39].

Предлагаемый в настоящем исследовании режим продолжительной ЭМС мышц используются в клинике для обеспечения локомоторной деятельности человека при моторной дисфункции [25, 33] и в качестве средств повышения функциональных возможностей скелетных мышц у пациентов с тяжелой сердечной недостаточностью [18]. Использование данного режима в клинике [18, 25, 33] позволяет рассматривать предлагаемый физиологический метод тренировки мышц у человека и в условиях сниженной двигательной активности.

Применяемый в настоящее время комплекс физических упражнений профилактики неблагоприятного воздействия микрогравитации, с одной стороны, требует относительно большого времени для его выполнения (до 2 ч), а с другой стороны - отвлекает членов экипаж от выполнения их профессиональной операторской деятельности. В связи с этим возникает необходимость разработки новых средств и методов профилактики. Одним из таких методов может быть ЭМС-тренировка скелетных мышц.

Скелетная мышца чрезвычайно гетерогенная ткань и состоит из разных типов волокон. Тип волокон входящих в состав данной мышцы и характеристики мышечного сокращения тесно связаны с импульсной активностью мотонейронов [11, 37, 38]. Ранее выполненное исследование [1] показало, что разгрузка мышечного аппарата сопровождается в первую очередь «выпадением» медленных мышечных волокон (двигательных единиц - ДЕ). В связи с этим, становится очевидной необходимость разработки таких средств и методов профилактики, которые могли бы ограничить степень изменений волокон, ответственных за постуральную (позную) функцию у человека. Таким физиологически обоснованным методом может быть ЭМС с относительно низкой частотой, «адресованной» к медленным мышечным волокнам (ДЕ).

Достоинством ЭМС-тренировки, как одного из физиологических методов, направленных на повышение функциональных возможностей мышечного аппарата, является то, что такая «электрическая» тренировка обеспечивает избирательное воздействие на наиболее важные, но чувствительные к фактору невесомости мышцы. При использовании прямого способа ЭМС можно «тренировать» практически любую мышцу или группу мышц, не изменяя координационного фактора в управлении мышечным аппаратом и кинематических характеристик произвольных движений.

Целью настоящей работы было оценить влияние продолжительной ЭМС-тренировки на сократительные свойства мышц-разгибателей и сгибателей колена при выполнении концентрических и эксцентрических произвольных сокращений, а также исследовать изменения амплитудных и временных характеристик отдельной мышцы, на примере сократительных свойств трехглавой мышцы голени (ТМГ) у человека, в условиях замкнутого ограниченного пространства и сниженной двигательной активности.

Методика

Изоляция.

В качестве воздействия, имитирующего эффект замкнутой среды, использовали специальный экспериментальный стенд для проведения физиологических экспериментов с участием человека-испытателя и обеспечивающий звукоизоляцию от внешних источников шума. Длительность воздействия составляла 28 суток. Во время экспозиции испытуемые находились под постоянным медицинским контролем.

Все экспериментальные процедуры были выполнены в соответствии с Хельсинской Декларацией и программа исследований была одобрена комиссией по биомедицинской этике при ГНЦ РФ - ИМБП РАН.

Испытуемые.

В исследовании участвовала группа из 4 добровольцев мужчин-испытателей, которые после углубленного медицинского обследования были разделенных на две группы, использующих разные вида тренировок. В первую группу (группа А) вошли испытуемые (№ 272 и 273), применявшие ЭМС-тренировку [34], вторую группу (группа Б) составили испытуемые (№ 271 и 274), использовавшие физическую тренировку [8], применяющуюся членами экипажей космических полетов на борту орбитальной станции. Физическая характеристика испытуемых представлена в табл. 1.

Двигательный аппарат как целое (развитие, структура, функция). Функции двигательного аппарата

участие в обеспечении жизненно важных процессов, такие какминеральный обмен, кровообращение, кроветворение и другие.

Двигательная функция возможна только при условии взаимодействия костей и мышц скелета, потому что мышцы приводят в движение костные рычаги. Большинство костей скелета соединено подвижно с помощью суставов. Одним концом мышца прикрепляется к одной кости, образуя сустав, другим концом - к другой кости. При сокращении мышца приводит кости в движение. Благодаря мышцам противоположного действия кости могут не только совершать те или иные движения, но и фиксироваться относительно друг друга.

Кости и мышцы принимают участие в обмене веществ, в частности в обмене кальция и фосфора.

Законы биомеханики в работе двигательного аппарата.

Влияние факторов внешней среды на мускулатуру (роль физических упражнений).

Мышца обладает весьма энергичным обменом веществ, который еще более повышается при увеличении работы мышц. При этом к мышце увеличивается приток крови по сосудам. Усиленная функция мускулатуры вызывает улучшение питания и увеличение массы мышцы (так называемую рабочую гипертрофию мышцы). Физические упражнения, связанные с различными видами труда и спорта, вызывают рабочую гипертрофию тех мышц, которые оказываются наиболее нагруженными.

Труд работника-профессионала обусловливает длительное пребывание тела в каком-либо одном положении (например, согнутом при работе у верстака) или постоянное изменение положение тела в одном направлении (например, сгибание и разгибание туловища у плотников). Поэтому специализация вызывает усиленную деятельность не всей мускулатуры, а только определенных ее отделов, в силу чего профессиональная работа является причиной сильного развития одних частей тела и некоторого отставания других. Точно так же некоторые специальные виды спорта развивают только отдельные группы мышц. Значит, гигиена труда и спорта требует универсальной гимнастики, которая способствует гармоничному развитию тела человека.

Правильные физические упражнения вызывают пропорциональное развитие мускулатувы всего тела. Поскольку усиленная работа мышц оказывает влияние на обмен веществ всего организма, постольку физическая культура является одним из мощных факторов благотворного влияния на его развитие.

Мимические мышцы.

ВведениеИнтерактивный атлас мышцМимические мышцыЖевательные мышцыМышцы шеи

Мимические мышцы - это мышцы лица. Их специфика состоит в том, что они одним концом прикрепляются к костям, а другим - к коже или другим мышцам. Каждая мышца облечена в фасцию - соединительную оболочку (тонкую капсулу), которая есть у всех мышц. Что такоефасция, может представить каждая хозяйка - при разрезании мяса мы избавляемся от белых пленок, которые из-за своей плотности ухудшают его мягкую консистенцию. В отношении мимических мышц лица в сравнении с мышцами тела эти оболочки настолько прозрачны и тонки, что с точки зрения классической анатомии считается, что у мимических мышц фасций нет. В любом случае, поверхность каждого мышечного волокна на лице имеет более плотную структуру, чем ее внутренняя часть. Эти соединительнотканные оболочки вплетаются в структуру всей фасциальной системы тела (через апоневрозы).

Разнообразные выражения нашему лицу придают именно сокращения мимических мышц, вследствие которых кожа лица смещается и наше лицо принимает то или иное выражение.

Лекция 11. Общая миология

Мышцы - активная часть двигательного аппарата. Благодаря им, возможны: все многообразие движений между звеньями скелета (туловищем, головой, конечностями), перемещение тела человека в пространстве (ходьба, бег, прыжки, вращения и т. п.), фиксация частей тела в определенных положениях, в частности сохранение вертикального положения тела.

С помощью мышц осуществляются механизмы дыхания, жева­ния, глотания, речи, мышцы влияют на положение и функцию внут­ренних органов, способствуют току крови и лимфы, участвуют в об­мене веществ, в частности теплообмене. Кроме того, мышцы - один из важнейших анализаторов, воспринимающих положение тела че­ловека в пространстве и взаиморасположение его частей.

В теле человека насчитывается около 600 мышц. Большинство из них парные и расположены симметрично по обеим сторонам тела человека. Мышцы составляют: у мужчин - 42% веса тела, у женщин - 35%, в пожилом возрасте - 30%, у спортсменов - 45-52%. Более 50% веса всех мышц расположено на нижних конеч­ностях; 25-30% - на верхних конечностях и 20-25% - в области туловища и головы. Сте­пень развития мускулатуры у разных людей неодинакова. Она зависит от особенностей конституции, пола, профессии и других фак­торов. У спортсменов степень развития мускулатуры определяется не только характером двигательной деятельности. Систематические физические нагрузки приводят к структурной перестройке мышц, увеличению ее веса и объема. Этот процесс перестройки мышц под влиянием физической нагрузки называется функциональная гипертрофия.

В зависимости от места расположения мышц их подразделяют на соответствующие топографические группы. Различают мышцы головы, шеи, спины, груди, живота; пояса верхних конечностей, плеча, предплечья, кисти; таза, бедра, голени, стопы.

Мышцы туловища развиваются из дорсальной части мезодермы, залегающей по бокам хорды и мозговой трубки.

МЫШЦА КАК ОРГАН

Мышца - это орган, являющийся целостным образованием, имеющим только ему присущее строение, функцию и расположение в организме. В состав мышцы как органа входят поперечно-полосатая скелетная мышечная ткань, составляющая ее основу, рыхлая соединительная ткань, плотная соединительная ткань, сосуды, нервы. Основные свойства мышечной ткани - возбу­димость, сократимость, эластичность - более всего выражены в мышце как органе.

Сократимость мышц регулируется нервной системой. В мышцах находятся нервные окончания - рецепторы и эффек­торы. Рецепторы - это чувствительные нервные окончания, воспринимающие степень сокращения и растяжения мыш­цы, скорость, ускорение, силу движения. От рецепторов информа­ция поступает в центральную нервную систему, сигнализируя о со­стоянии мышцы, о том, как реализована двигательная программа действия. Эффекторы - это нервные окончания, по которым поступают импульсы из центральной нервной системы к мышцам, вызывая их возбуждение. К мышцам подходят также нервы, обеспечивающие мышечный тонус и уровень обменных процессов. Кроме того, к мышце подходят симпатические нервы, благодаря которым мышца в живом организме всегда находится в состоянии некоторого сокращения, называемом тонусом. В мышцах совершается очень энергичный обмен веществ, в связи с чем, они обильно снабжены сосудами. Сосуды проникают в мышцу с ее внутренней стороны в одном или нескольких пунктах, называемых воротами мышцы. В эти ворота вместе с сосудами входят и нервы, вместе с которыми они разветвляются в толще мышцы соответственно мышечным пучкам (вдоль и поперек).

В мышце различают активно сокращающуюся часть — брюшко — и пассивную часть, при помощи которой она прикрепляется к костям,— сухожилие. Сухожилия очень прочны и крепки. Например, пяточное сухожилие выдерживает нагрузку около 400 кг, а сухожилие четырехглавой мышцы бедра - 600 кг. Сухожилие состоит из плотной соединительной ткани и имеет блестящий светло-золотистый цвет, резко отличающийся от красно-бурого цвета брюшка мышцы. В большинстве случаев сухожилие находится по обоим концам мышцы. Сухожилие, в котором обмен веществ меньше, снабжается сосудами беднее брюшка мышцы. Таким образом, скелетная мышца состоит не только из поперечнополосатой мышечной ткани, но также из различных видов соединительной ткани (perimysium, сухожилие), из нервной (нервы мышц), из эндотелия и гладких мышечных волокон (сосуды). Однако преобладающей является поперечнополосатая мышечная ткань, свойство которой (сократимость) и определяет функцию мышцы как органа сокращения.

Мышца (musсuIus) состоит из пучков исчерченных (поперечнополосатых) мышечных волокон. Эти волокна, идущие параллельно друг другу, связываются рыхлой соединительной тканью (endomysium) в пучки первого порядка. Несколько таких первичных пучков соединяются, в свою очередь, образуя пучки второго порядка, и т. д. В целом мышечные пучки всех порядков объединяются соединительнотканной оболочкой — perimysium, составляя мышечное брюшко. Соединительнотканные прослойки, имеющиеся между мышечными пучками, по концам мышечного брюшка, переходят в сухожильную часть мышцы.

РАБОТА МЫШЦ (элементы биомеханики)

Основным свойством мышечной ткани, на котором основана работа мышц, является сократимость. При сокращении мышцы происходят укорочение ее и сближение двух точек, к которым она прикреплена. Из этих двух точек подвижный пункт прикрепления (punctum mobile) притягивается к неподвижному (punctum fixum), в результате происходит движение данной части тела. Действуя таким образом, мышца производит тягу с определенной силой и, передвигая груз (например, кость), совершает определенную механическую работу. Сила мышцы зависит от количества входящих в ее состав мышечных волокон и от площади так называемого физиологического поперечника, т. е. площади разреза в том месте, через которое проходят все волокна мышцы. Величина сокращения зависит от длины мышцы. Кости, движущиеся в суставах под влиянием мышц, образуют в механическом смысле рычаги.

Чем дальше от места опоры будут прикрепляться мышцы, тем выгоднее, ибо благодаря увеличению плеча рычага лучше может быть использована их сила. С этой точки зрения, по П.Ф. Лесгафту, различают мышцы сильные, прикрепляющиеся вдали от точки опоры, и ловкие, прикрепляющиеся вблизи нее. Каждая мышца имеет начало (origo), и прикрепление (insertio).

В связи с тем, что опорой для всего тела служит позвоночный столб, расположенный по средней линии тела, начало мышцы, совпадающее обычно с неподвижной точкой, расположено ближе к средней плоскости, а на конечностях — ближе к туловищу, проксимально; прикрепление мышцы, совпадающее с подвижной точкой, находится дальше от середины, а на конечностях — дальше от туловища, дистально. Punctum fixum и punctum mobile могут меняться местами в случае укрепления подвижной точки и освобождения фиксированной. Например, при стоянии подвижной точкой прямой мышцы живота будет ее верхний конец (сгибание верхней части туловища), а при висе тела с помощью рук на перекладине — нижний конец (сгибание нижней части туловища).

Так как движение совершается в двух противоположных направлениях (сгибание — разгибание, приведение — отведение и др.), то для движения вокруг какой-либо одной оси необходимо не менее двух мышц, располагающихся на противоположных сторонах. Такие мышцы, действующие во взаимно противоположных направлениях, называются антагонистами. При каждом сгибании действует не только сгибатель, но обязательно и разгибатель, который постепенно уступает сгибателю и удерживает его от чрезмерного сокращения. Поэтому антагонизм мышц обеспечивает плавность и соразмерность движений. Каждое движение, таким образом, есть результат действия антагонистов.

В отличие от антагонистов мышцы, равнодействующая которых (т.е. прямая, соединяющая центр места начала мышцы с центром места прикрепления ее) проходит в одном направлении, называются синергистами. В зависимости от характера движения и функциональной комбинации мышц, участвующих в нем, одни и те же мышцы могут выступать то как синергисты, то как антагонисты.

Многочисленные мышцы (их насчитывается до 400) классифицируются по-разному. В основу классификации мышц положен функциональный принцип, так как величина, форма, направление мышечных волокон, положение мышцы зависят от выполняемой ею функции и совершаемой работы.

1) длинные (продольный размер превалирует над поперечным. Они всегда сокращаются целиком, имеют незначительную площадь прикрепления к костям, расположены в основном на ко­нечностях и обеспечивают значительную амплитуду их движений),

2) короткие (продольный размер лишь немного больше по­перечного. Они встречаются на тех участках тела, где размах дви­жений невелик (например, между отдельными позвонками, между затылочной костью, атлантом и осевым позвонком),

3) широкие (находятся преимущественно в области тулови­ща и поясов конечностей. Эти мышцы имеют пучки мышечных воло­кон, идущих в разных направлениях, сокращаются как целиком, так и своими отдельными частями; у них значительная площадь прикрепления к костям. В отличие от других мышц они обладают не только двигательной функцией, но также опорной и защитной. Так, мышцы живота помимо участия в движениях туловища, актах дыхания, натуживания укрепляют стенку живота, способствуя удер­жанию внутренних органов).

II. По направлению волокон:

1) мышцы с параллельными волокнами, идущими вдоль брюшка мышцы (длин­ные, веретенообразные и лентовидные мышцы),

2) с поперечными во­локнами

3) с косыми волокнами (если косые волокна присоединя­ются к сухожилию под углом к длине брюшка с одной стороны, то такие мышцы называются одноперистыми, если же с двух сторон - двуперистыми. Одноперистые и двуперистые мышцы имеют корот­кие многочисленные волокна и при своем сокращении могут разви­вать значительную силу)

4) с круговыми волокнами (располагаются вокруг от­верстий и при своем сокращении суживают их; например - круговая мышца глаза, круговая мышца рта. Эти мышцы называются сжимателями или сфинктерами),

5) с веерообразными волокнами (чаще это широкие мышцы, располагающиеся в области шаровидных суставов и обеспечивающие разнообразие движений).

III. По устройству:

1) простые мышцы (с одним брюшком и двумя сухожилиями)

2) сложные мышцы (имеют два, три или четыре брюшка, называемые головками, и несколько сухожилий)

IV. По положению в теле человека:

1) сгибатели (flexores0,

2) разгибатели (ехtensores),

3) отводящие (abductores),

4) приводящие (adductores),

5) пронаторы (pronatores),

6) супинаторы (supinatores),

7) вращатели (rotatores).

В процессе эволюции функциональные группы мышц развива­лись парами: сгибающая группа формировалась совместно с разгибающей, пронирующая - совместно с супинирующей и т. п. Это наглядно выявляется на примерах развития суставов. Каждая ось вращения в суставе, выражая его форму, имеет свою функциональную пару мышц. Такие пары состоят, как прави­ло, из противоположных по функции групп мышц. Так, одноосные суставы имеют одну пару мышц, двуосные - две пары, а трехосные - три пары или соответственно две, четыре, шесть функциональных групп мышц.

ВСПОМОГАТЕЛЬНЫЕ АППАРАТЫ МЫШЦ

Кроме главных частей мышцы — ее тела и сухожилия, существуют еще вспомогательные приспособления, так или иначе облегчающие работу мышц. К вспомогательному аппарату мышц относятся фасции, фиброзные и костно-фиброзные каналы, удерживатели, синовиальные сумки и влагалища, а также сесамовидные кости. Группа мышц (или вся мускулатура известной части тела) окружается оболочками из волокнистой соединительной ткани, называемыми фасциями (fascia — повязка, бинт; фасцией римляне называли ленту, которой окутывали младенца).

По структурным и функциональным особенностям различают фасции поверхностные, глубокие и органные.

Межмышечные перегородки отходят от фасций вглубь, отделяя друг от друга группы мышц, и прикрепляются к ко­стям, образуя для них футляры, называемые фиброзными каналами. Если мышцы лежат между фасцией и костью, то канал называется костно-фиброзным.

Удерживатели - лентообразные утолщения фасций, располагаясь поперечно над сухожилиями мышц, подобно ремням фиксируют их к костям.

Синовиальные сумки, тонкостенные соединительнотканные мешочки, заполненные жидкостью, похожей на синовию, и расположенные под мышцами, между мышцами и сухожилиями или костью, уменьшают трение. Синовиальные влагалища раз­виваются в тех местах, где сухожилия прилегают к кости (т. е. в костно-фиброзных каналах). Это замкнутые образования, в виде муф­ты или цилиндра охватывающие сухожилие. Каждое синовиальное влагалище состоит из двух листков. Один листок, внутренний, охва­тывает сухожилие, а второй, наружный, выстилает стенку фиброз­ного канала. Между листками находится небольшая щель, заполненная синовиальной жидкостью, облегчающей скольжение сухожилия.

Сесамовидные кости развиваются в толще сухожилий, ближе к месту их прикрепления. Они изменяют угол подхода мыш­цы к кости и увеличивают плечо силы мышцы. Самой крупной сесамовидной костью является надколенник.

Вспомогательные аппараты мышц образуют дополнительную опору для мышц - мягкий скелет, обусловливают направление тя­ги мышц, способствуют их изолированному сокращению, не дают смещаться при сокращении, увеличивают их силу и способствуют кровообращению и лимфотоку.

ВЛИЯНИЕ ФАКТОРОВ ВНЕШНЕЙ СРЕДЫ НА МУСКУЛАТУРУ

В мышцах энергично происходят процессы обмена веществ, интенсивность которых еще более повышается при увеличении интенсивности работы мышц. При этом приток крови к мышце увеличивается. Усиленная функция мускулатуры вызывает улучшение питания и увеличение массы мышцы (так называемая рабочая гипертрофия мышцы).

Физические упражнения, связанные с различными видами труда и спорта, вызывают рабочую гипертрофию тех мышц, которые оказываются наиболее нагруженными.

Труд работника-профессионала обусловливает длительное пребывание тела в каком-либо одном положении (например, согнутом при работе у верстака) или постоянное изменение положения тела (например, сгибание и разгибание туловища у плотников). Поэтому специализация вызывает усиленную деятельность не всей мускулатуры, а только определенных ее отделов, в силу чего профессиональная работа является причиной сильного развития одних частей тела и некоторого отставания других. Точно так же и некоторые специальные виды спорта развивают только отдельные группы мышц. Значит, гигиена труда и спорта требует универсальной гимнастики, которая способствует гармоничному развитию тела человека.

Правильные физические упражнения вызывают пропорциональное развитие мускулатуры всего тела. Поскольку усиленная работа мышц влияет на обмен веществ всего организма, постольку физическая культура является одним из мощных факторов благотворного влияния на его развитие.

Также скелетные мышцы выполняют насосную функцию. Волокна мышц при сокращении гонят кровь по внутриорганному кровеносному руслу, помогая сердцу в осуществлении кровообращения.

Патогенное действие факторов внешней среды

Многочисленные факторы внешней среды (физические, химические, биологические), с которыми постоянно сталкивается человек, могут стать болезнетворными, если сила их воздействия превосходит адаптационные возможности организма, а также в случае изменения его реактивности.

Действие механических факторов

Механическая травма — это повреждение тканей твердыми телами или распространением взрывной волны. Характер повреждения может быть различным и местно проявляется в виде разрывов, ушибов, переломов, раздавливания или их комбинации. Местные последствия зависят также от сочетания травмы с кровопотерей, разрывом кожи, повреждением нервных стволов. Еще большее значение имеют общие нарушения, которые в тяжелой степени проявления носят характер травматического шока (см. Раздел XIX "Патологическая физиология системного кровообращения").

Действие термических факторов

Действие низкой температурына организм может привести к снижению температуры тела и развитию патологического процесса — гипотермии.

В развитии гипотермии различают две стадии. Сначала, несмотря на низкую температуру окружающей среды, температура тела не снижается, а поддерживается на исходном уровне благодаря включению компенсаторных реакций, обусловливающих перестройку терморегуляции. Этот период охлаждения называется стадией компенсации. Из большого разнообразия терморегуляторных приспособлений в первую очередь включаются механизмы физической терморегуляции, направленные на ограничение теплоотдачи. Отдача тепла в окружающую среду, как известно, совершается путем излучения, конвекции, проведения и испарения. В условиях холода теплоотдача ограничивается благодаря спазму сосудов кожи и уменьшению потоотделения. У животных важную роль играет шерсть (волоски поднимаются и образуется теплоизолирующий слой воздуха). У человека эта реакция сохранилась в рудиментарном виде ("гусиная" кожа) и, естественно, не имеет значения в поддержании температуры тела, а только свидетельствует о напряжении механизмов терморегуляции. Очень характерно изменение позы животного, которое на холоде "сворачивается в клубок". Этих реакций, направленных на уменьшение отдачи тепла, может быть достаточно для сохранения температуры тела.

При более интенсивном и продолжительном действии холода включаются механизмы химической терморегуляции, направленные на увеличение теплопродукции. Появляется мышечная дрожь, усиливается обмен веществ, увеличивается распад гликогена в печени и мышцах, повышается содержание глюкозы в крови. Потребление кислорода увеличивается, усиленно функционируют системы, обеспечивающие доставку кислорода к тканям.

Обмен веществ не только повышается, но и перестраивается. Дополнительный выход энергии в виде тепла обеспечивается как за счет усиления окислительных процессов, так и за счет разобщения окисления и сопряженного с ним фосфорилирования. Этот механизм способствует экстренному согреванию, однако, как известно, связан с уменьшением количества макроэргов, необходимых для осуществления функций. Следовательно, разобщение окисления и фосфорилирования не может обеспечить длительную адаптацию к холоду и тем более активную деятельность в условиях холода. Последнее может быть достигнуто путем увеличения мощности митохондриальной системы. Экспериментально доказано, что у животных, адаптированных к холоду, повышена активность ферментов цикла трикарбоновых кислот и дыхательной цепи, а электронно-микроскопически обнаружено увеличение количества митохондрий. Биогенез этих органелл связан с активизацией генетического аппарата клетки, увеличением синтеза нуклеиновых кислот и белка (Ф. 3. Меерсон).

Сложная перестройка в организме, обеспечивающая постоянство температуры тела в условиях холода, происходит при участии нейрогуморальных регуляторных механизмов, которые схематически можно представить следующим образом.

Терморецепторы кожи воспринимают холодовое раздражение и по чувствительным путям посылают импульсы в гипоталамус, где расположен центр терморегуляции, и в высшие отделы центральной нервной системы. Отсюда в обратном направлении поступают сигналы к различным органам и системам, принимающим участие в поддержании температуры тела. По двигательным нервам импульсы поступают к мышцам, в которых развиваются терморегуляторный тонус и дрожь. По симпатическим нервам возбуждение достигает мозгового вещества надпочечников, где усиливается секреция адреналина. Адреналин способствует сужению периферических сосудов и стимулирует распад гликогена в печени и в мышцах. Важным фактором является включение в терморегуляцию гипофиза, а через его тропные гормоны — щитовидной железы и коры надпочечников. Гормон щитовидной железы повышает обмен веществ, увеличивает теплопродукцию, активизирует биогенез митохондрий. Гликокортикоиды стимулируют образование углеводов из белков.

В условиях длительного или интенсивного действия холода возможно перенапряжение и истощение механизмов терморегуляции, после чего температура тела снижается и наступает вторая стадия охлаждения — стадия декомпенсации, или собственно гипотермия.

В этом периоде, кроме снижения температуры тела, отмечается снижение обменных процессов и потребления кислорода; жизненно важные функции угнетены. Нарушение дыхания и кровообращения приводит к кислородному голоданию, угнетению функций центральной нервной системы, снижению иммунологической реактивности. В тяжелых случаях возможны необратимые изменения в тканях, приводящие к смерти.

Во второй стадии гипотермии тесно переплетены явления патологические и приспособительные. Более того, одни и те же сдвиги, являясь, с одной стороны, патологическими, с другой, могут быть оценены как приспособительные. Например, угнетение функций центральной нервной системы можно назвать охранительным, так как понижается чувствительность нервных клеток к недостатку кислорода и дальнейшему снижению температуры тела. Снижение обмена веществ в свою очередь уменьшает потребность организма в кислороде.

Чрезвычайно интересен тот факт, что в состоянии гипотермии организм становится менее чувствительным к самым разнообразным неблагоприятным воздействиям внешней среды — недостатку кислорода и пищи, интоксикации, инфекции, поражающему действию электрического тока, ионизирующей радиации.

Действие высокой температуры. В условиях повышения температуры и влажности воздуха отдача тепла из организма в окружающую среду затруднена и может совершаться только при напряжении механизмов физической терморегуляции (расширение периферических сосудов, усиление потоотделения). При повышении температуры воздуха до 33°С (что равно температуре кожи) отдача тепла путем проведения и излучения становится неэффективной и совершается только путем испарения, а при повышении влажности воздуха затрудняется и этот путь отдачи тепла. При таких обстоятельствах нарушается равновесие между образованием тепла в организме и его отдачей во внешнюю среду, что приводит к задержке тепла и перегреванию.

Тот период перегревания, который характеризуется сохранением нормальной температуры тела, называется стадией компенсации.

Перенапряжение терморегуляции приводит к ее истощению, а наступающее вслед за этим повышение температуры тела свидетельствует о наступлении второго периода перегревания — стадии декомпенсации.

Повышение температуры тела сопровождается резким возбуждением центральной нервной системы, дыхания и кровообращения, усилением обмена веществ. Дальнейшее повышение температуры тела и перевозбуждение нервных центров могут закончиться их истощением, нарушением дыхания, функции сердца и снижением артериального давления. Развивается гипоксия.

Обильное потоотделение имеет отрицательные последствия — обезвоживание, нарушение электролитного обмена (потеря хлоридов). Сгущение крови и повышение ее вязкости создают дополнительную нагрузку на аппарат кровообращения и способствуют развитию недостаточности сердца. На фоне нарастающих явлений кислородного голодания появляются судороги, наступает смерть. Острое перегревание с быстрым повышением температуры тела носит название теплового удара.

Ожог возникает при местном воздействии высокой температуры и проявляется в виде местных деструктивных и реактивных изменений, тяжесть которых разделяют на четыре степени: I — покраснение кожи (эритема), слабая воспалительная реакция без нарушения целостности кожи; II — острое экссудативное воспаление кожи, образование пузырей с отслоением эпидермиса; III — частичный некроз кожи и образование язв; IV — обугливание тканей, некроз, распространяющийся за пределы кожи.

Но было бы неправильно рассматривать ожог как исключительно местное явление. Нередко опасность общих нарушений может превышать значение местных изменений — это уже ожоговая болезнь.

В клиническом течении ожоговой болезни различают следующие стадии: ожоговый шок, ожоговая токсемия, ожоговая инфекция, ожоговое истощение, исход.

В развитии ожогового шока главную роль следует отвести болевому фактору и чрезмерной афферентной импульсации в центральную нервную систему. Перераздражение и последующее истощение нервных центров нарушают регуляцию сосудистого тонуса, дыхания и функции сердца.

Развитию шока способствует интоксикация, которая при ожогах выражена очень сильно. Ожоговые токсины появляются в организме в результате нарушения обмена веществ, но больше всего их образуется на месте повреждения. Из поврежденных тканей в общий кровоток поступают денатурированный белок и токсические продукты его ферментативного гидролиза.

Тяжелым осложнением ожоговой болезни является обезвоживание. Потеря белков и жидкости происходит главным образом на месте поражения как результат повышения проницаемости стенки сосудов. Сгущение крови и повышение ее вязкости затрудняют кровообращение и работу сердца.

Значительно нарушается водно-электролитный обмен. В первые же часы после нанесения ожога поврежденные ткани задерживают большое количество натрия, затем натрий и вода переходят в клеточное пространство, покидая плазму крови. Развивается клеточная гипергидратация. Это обстоятельство надо учитывать при назначении изотонического раствора натрия хлорида с лечебной целью при ожоговом шоке.

Перераспределение калия при ожоге заключается в выходе его из клеточного пространства в плазму. Эффект гиперкалиемии состоит в нарушении сократительной способности миокарда и сердечного автоматизма.

Наблюдается уменьшение активности тканевых дыхательных ферментов, что при ожоговой болезни наряду с нарушением дыхания и кровообращения объясняет причину развития кислородного голодания.

Серьезные нарушения претерпевает белковый обмен. Наиболее характерны огромные потери белков на месте повреждения, а также генерализованный распад их в организме. Под влиянием протеолитических ферментов, которые попадают в кровь из поврежденных клеток, могут меняться антигенные свойства тканей. Ожоговые антигены являются причиной аутоиммунизации организма.

Инфекция — постоянный спутник ожоговой болезни. Она усиливает интоксикацию организма. Источниками инфицирования являются поврежденные ткани и содержимое кишок. Это осложнение объясняется снижением барьерных свойств организма, в частности гибелью кожи, нарушением функции системы мононуклеарных фагоцитов, изменением защитных свойств слизистой оболочки пищевого канала.

При ожоговом истощении организм страдает от прогрессирующей кахексии, отеков, анемии, дистрофических изменений во внутренних органах, осложнений (пневмония, гломерулонефрит), истощения функции коркового вещества надпочечных желез.

Выздоровление характеризуется полным отторжением некротических тканей, заполнением дефекта грануляциями, рубцеванием и эпителизацией.

Научная электронная библиотека


Физическая нагрузка - самый естественный и древний фактор, воздействующий на человека. Она во все времена сопровождала человека, поскольку с одной стороны обусловлена природой земной гравитации, с другой - двигательная активность всегда являлась важным фактором выживания человека. Существо адаптации к физическим нагрузкам заключается в раскрытии механизмов, за счет которых нетренированный организм становится тренированным, то есть механизмов, лежащих в основе формирования положительных сторон адаптации, обеспечивающих тренированному организму преимущества перед нетренированным.

Адаптация к физическим нагрузкам - это системное явление, которое включает приспособление не только к величине нагрузки, но и изменению: биохимического состава внутренней среды организма; интенсивности обмена веществ; психоэмоционального фона.

То есть речь идет не об адаптации опорно-двигательного аппарата к выполняемой работе, а об адаптации организма спортсмена в его системном понимании к ситуации в условиях значительной мышечной активности. При этом в систему адаптации в каждой последующей попытке (тренировке, повторе упражнений) оказываются вовлеченными все новые и новые структурные элементы. Например, увеличение вовлекаемых в работу нервно-мышечных единиц, будет сопровождаться изменением электролитного состава и гормонального фона организма (А.С. Солодков, Е.Б. Сологуб, 2008).

В практике спорта до сих пор не разработаны объективные методы оценки адаптационных процессов к физическим нагрузкам и принято считать основным их критерием динамику уровня спортивных достижений и темп роста спортивных результатов. Однако адаптация является сложным комплексным процессом и включает в себя множество факторов.

Адаптацию к физическим нагрузкам можно охарактеризовать следующими основными чертами:

- тренированный организм может выполнять физическую нагрузку такой продолжительности и интенсивности, которая не под силу нетренированному (марафонский бег, подъем штанги весом, превышающим вес собственного тела более чем в 2 раза и т.д.);

- в состоянии покоя и при умеренной физической нагрузке тренированный организм работает более экономно (ЧСС 30-50 уд/мин, ЧД 8-15 раз/мин, вырабатывает существенно меньше лактата и т.д);

- при предельно напряженной мышечной работе наблюдается обратный эффект: уровень МПК выше, чем у нетренированного в 2 раза (5-6 л/мин); частота дыхания может достигать до 60 раз/мин, артериальное давление - до 270 мм рт. ст. То есть жизненные показатели тренированного человека при предельных нагрузках могут достигать величин, не совместимых с жизнью для обычного человека.

Для понимания адаптации к физическим нагрузкам с позиций молекулярной физиологии следует разделять два ее основных этапа - срочную и долговременную адаптацию.

Срочная адаптация может быть описана в рамках Павловского рефлекса «что такое?». Это ориентировочный врожденный рефлекс, в котором И.П. Павлов видел не только обострение чувствительности, но и торможение многих побочных реакций. В некоторых ситуациях тормозные реакции становятся ведущими (например, оцепенение при встрече с неожиданным противником вместо агрессивного поведения или панического бегства).

Реакции возбуждения активируют нейротрофические влияния и функции систем вспомогательного значения: дыхания, кровообращения. Следствием активации системы гипоталамус-гипофиз-надпочечники является резкое увеличение частоты дыхания и сердечных сокращений, повышение уровня катаболических процессов в системах жизнеобеспечения. Причем, выраженность этих изменений неадекватна силе воздействующего агента. Повышенная продукция гормонов коры надпочечников приводит не только к мобилизации систем адаптации («у страха глаза велики» - частный элемент выброса гормонов мозгового слоя надпочечников, вызывающих расширение зрачков), но и к повреждению клеточных структур. Рассмотренные механизмы несовершенны. Срочная адаптация энергетически расточительна, мобилизация физиологических функций, как правило, неадекватна силе воздействующего фактора и деятельность организма протекает на пределе его физиологических возможностей, резервы быстро исчерпываются.

В качестве примера срочной адаптации можно привести реакции организма нетренированных и тренированных людей на выполнение однократной физической нагрузки, например, пробегание с максимальной скоростью дистанции 400 м. У спортсменов и не спортсменов изменяются одни и те же показатели: ЧСС, ЧД, объем вентиляции легких, МОК, хотя сдвиги в показателях у спортсменов будут гораздо выше.

При долговременной адаптации в сформированной функциональной системе состав исполнительных элементов становится жестким, количественно ограниченным, энергетически экономным. На однократное воздействие фактора (или группы факторов) среды, например, физическую нагрузку определенного типа, организм отвечает системной реакцией, в которой интегрированы различные функции. Но только в сложившейся функциональной системе приспособительные возможности организма будут реализованы с максимальным эффектом. Именно с этим связаны физиологические различия функциональной активности различных систем организма у спортсменов различных видов спорта.

Так, например, и тяжелоатлет, и пловец испытывают на тренировках значительные нагрузки. Они оба тренированные, со сформировавшимися функциональными системами долговременной адаптации. В конечном итоге у обоих физиологические сдвиги и новый уровень метаболизма сохраняют гомеостаз, адекватный новым условиям существования. Но у каждого эта система своя и состоит она из разных элементов.

Увеличение функциональных возможностей систем органов закономерно влечет за собой активацию синтеза нуклеиновых кислот и белков в клетках. Это приводит к формированию стойких структурных изменений, увеличивающих потенциал систем, ответственных за адаптацию. Это объясняет гипертрофию органа, например, гипертрофию миокарда левого желудочка сердца у спорстменов-марафонцев и т.д.

То есть формируется системный структурный след, который и представляет собой основу адаптации к новым условиям среды. Схематично это можно представить следующим образом:

Интенсификация функций системы органов → Синтез нуклеиновых кислот и белков → Гипертрофия органов системы → Системный структурный след

Однако гиперфункция после окончания гипертрофии постепенно прекращается, поскольку функция органа постепенно распределяется в увеличенной массе клеточных структур и функционирование возвращается к прежнему уровню. В след за этим прекращается активация генетического аппарата, и синтез белков возвращается в прежнее русло.

Результаты этих исследований позволили предположить, что количество функций, выполняемых единицей массы органа (интенсивность функционирования структур) играет важную роль в активации генетического аппарата клетки. Когда интенсивности «тесно» в органе - активируется синтез белка, что ведет к гипертрофии органа. Если интенсивности слишком «просторно» - синтез белка прекращается с последующей инволюцией органа. В конечном итоге соотношение интенсивность функций - объем органа приходят к определенному равновесию, свойственному здоровому организму. Например, бодибилдеры. Пока спортсмен занимается - набирает мышечную массу. При отсутствии физической нагрузки гипертрофия мышц прекращается и начинается обратный процесс.

Таким образом, внутриклеточный механизм, осуществляющий двустороннюю связь между физиологической функцией и генетическим аппаратом клетки, обеспечивает положение, при котором интенсивность функциональной системы определяет одновременно активность генетического аппарата (определяющего физиологические изменения при адаптации) и обеспечивает гомеостаз.

Морфофункциональные перестройки при долговременной адаптации обязательно сопровождаются следующими процессами: изменением взаимоотношений регуляторных механизмов; мобилизацией и использованием физиологических резервов организма; формированием специальной функциональной системы адаптации к конкретной деятельности.

Эти три физиологические реакции являются главными и основными составляющими процесса адаптации. 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.

В конечном итоге переход от срочного, во многом несовершенного, этапа адаптации, к долговременному - узловой момент адаптационного процесса, так как является свидетельством эффективного приспособления к соответствующим факторам среды.

При подготовке спортсменов с ОФВ, также, как и у здоровых спортсменов формируются адаптационные перестройки, однако они имеют определенные отличия. Имеющиеся нарушения хотя бы в одной из функциональных систем вынуждают компенсировать это работой других систем, следовательно, изменяется функционирование всего организма.

Например, удаление доли или целого легкого влечет за собой изменение функций дыхания и кровообращения, ампутация конечности или ее сегмента - изменения в координации движений и механизмах постурального контроля, потеря зрения приводит к сложной перестройке взаимодействия сохранных анализаторов. Все эти перестройки осуществляются автоматически. Чем тяжелее дефект, тем большее количество систем организма включается в процесс компенсации.

Автоматизм включения компенсаторных функций не определяет сразу механизмы компенсации, они формируются постепенно. Это следует учитывать при построении тренировочного процесса, поскольку с помощью физических нагрузок можно управлять данным процессом. Кроме того, любая по сложности функциональная система в организме формируется на основе уже существующих «предсуществующих» физиологических механизмов, которые вовлекаются или не вовлекаются в качестве компонентов системы в зависимости от «потребностей», возникающих на данный момент под воздействием факторов, вызывающих адаптацию.

Несмотря на то, что процесс адаптации протекает по общим законам, он реализуется в рамках генотипа конкретного индивидуума и особенностей его фенотипа, сформировавшегося в условиях окружающей его среды. В случае со спортсменами с ОФВ наличие патологии может нарушать существующие в норме физиологические механизмы или их компоненты, это детерминирует необходимость формирования компенсаторных функций, образование новых связей, определяющих развитие адаптационных перестроек всей системы.

Таким образом, у спортсмена с инвалидностью в процессе многолетней подготовки формируются специфичные функциональные системы, обеспечивающие высокую спортивную результативность, но отличные от таковых у здоровых.

При этом на каждом уровне подготовки выявляются новые проблемы и свойства, изучаемых компонентов спортивной подготовки, обусловленные наличием заболевания и утратой каких-либо функций. При этом каждая группа заболеваний обуславливает наличие физиологических особенностей и ограничений, влияющих на адаптационные процессы в организме на фоне интенсивных нагрузок. Их учет при определении задач многолетней спортивной подготовки и планировании тренировочного процесса позволяет целенаправленно воздействовать на организм, способствует формированию компенсаторных механизмов и, в конечном, итоге позволяет добиться наивысших для данного индивида спортивных результатов без угрозы для его здоровья, что будет способствовать сохранению его спортивного долголетия.

Читайте также: