Лекция 2. Социально-биологические основы физической культуры

       Естественнонаучную основу физической культуры составляют   медико-биологические науки (анатомия, физиология, биология, биохимия, гигиена и др.). Анатомия и физиология – важнейшие биологические науки о строении и функциях человеческого организма. Человек подчиняется биологическим закономерностям, присущим всем живым существам. Однако от представителей животного мира он отличается не только строением, но и развитым мышлением, интеллектом, речью, особенностями социально-бытовых условий жизни и общественных взаимоотношений.

       Без знаний о строении человеческого организма, закономерностях функционирования отдельных органов и функциональных систем в состоянии относительного покоя и при мышечной деятельности невозможно организовать процесс формирования здорового образа жизни и физической подготовки у студентов. Достижения медико-биологических наук лежат в основе педагогических принципов и методов учебно-тренировочного процесса, теории и методики физического воспитания и спортивной тренировки.

       Организм  как единая саморазвивающаяся  и саморегулирующая биологическая система. Обязательным процессом, без которого немыслима жизнь, является обмен веществ. Он возможен только при условии затрат свободной энергии, т.е. при совершении работы. Обмен веществ (метаболизм) – это одновременные, но не всегда одинаково протекающие по своей интенсивности процессы ассимиляции (анаболизма) и диссимиляции (катаболизма). За счет ассимиляции происходит накопление пластических веществ,  идущих на формирование различных тканей организма и энергетических веществ, необходимых для осуществления всех процессов жизнедеятельности, в том числе движения. За счет диссимиляции совершается распад химических веществ, разрушение тканевых элементов тела и освобождается энергия из энергетических веществ, накопленных в процессе ассимиляции.

       Организм человека представляет собой сложноорганизованную систему многочисленных и тесно взаимосвязанных элементов, объединенных в несколько структурных уровней. Эти уровни правильнее было бы назвать уровнями организации, так как они находятся в иерархических, т. е. в соподчиненных отношениях. В организме человека принято различать клеточный, тканевой, органный и системный уровни организации.

       Самыми элементарными единицами человеческого тела являются клетки, которые, объединяясь друг с другом, образуют ткани. Ткани, в свою очередь, образуют различные органы: легкие, сердце, печень, желудок и т.д. Объединения анатомически однородных органов, обеспечивающих какие-либо сложные акты деятельности, называют физиологическими системами. В организме человека выделяют следующие физиологические системы: крови, кровообращения, пищеварения, костную и мышечную, дыхания и выделения, желез внутренней секреции и нервную.

       Организму свойственен принцип целостности, характеризующийся теснейшей взаимосвязью всех его органов и систем органов. Полноценное движение, обусловливающее приспособление организма к новым условиям среды, возможно лишь при обеспечении двигательного аппарата, в первую очередь мускулатуры, необходимыми для его деятельности продуктами питания, кислородом. Это требует координированной деятельности органов кровообращения, дыхания, пищеварения, выделения и других, регулируемых нервной системой.

       Развитие организма осуществляется во все периоды его жизни – с момента зачатия и до ухода из жизни. Этот период развития принято называть индивидуальным или развитием в онтогенезе. В онтогенезе выделяют два относительно самостоятельных этапа развития: пренатальный (внутриутробный: от момента зачатия и до рождения) и постнатальный (внеутробный: после рождения). Рост человека продолжается приблизительно до 20 лет. Увеличение массы тела происходит практически параллельно с увеличением его длины и стабилизируется к 20-25 годам. За последние 100-150 лет в ряде стран наблюдается раннее морфофункциональное развитие организма у детей и подростков. Это явление называют акселерацией, оно связано не только с ускорением роста и развития  организма вообще, но и с более ранним наступлением периода половой зрелости, ускоренным развитием сенсорных систем, двигательных и психологических функций организма. Поэтому граница между возрастными периодами достаточно условна, и это связано со значительными индивидаульными различиями, при которых «физиологический» возраст и «паспортный» не всегда совпадают. Юношеский возраст - 16-21 года, зрелый возраст - 22-60 лет, пожилой возраст - 61-74 года и старческий - 75 лет и более.

       Регуляция функций в организме. Взаимосвязь и нормальная жизнедеятельность всех составных частей организма человека возможны только при условии сохранения относительного физико-химического постоянства его внутренней среды, которая включает три компонента: кровь, лимфу и межклеточную жидкость.

       Сохранение относительного физико-химического постоянства внутренней среды организма называют гомеостазом, важную роль в сохранении этого постоянства играет гуморальная и нервная регуляция функций. 

       Гуморальный механизм осуществляется за счет химических веществ, находящихся в циркулирующих в организме жидкостях (крови, лимфе, тканевой жидкости). Химическими регуляторами функций могут  быть: вещества, поступающие извне с продуктами питания, при дыхании, через кожу; неспецифические продукты обмена веществ органов и тканей (углекислота, мочевина и др.); гормоны – физиологически активные вещества, вырабатываемые железами внутренней секреции.

       Нервный механизм. Этот механизм регуляции более молодой в эволюционном отношении. Он отличается от гуморального тем, что нервные импульсы распространяются по нервным путям с достаточно большой скоростью и идут по определенным нервным волокнам к строго определенным органам или частям организма, которые эти нервы иннервируют. Основным нервным механизмом регуляции функций является рефлекс – ответная реакция организма, осуществляемая через клетки нервной системы.

       В организме гуморальная и нервная регуляция функций тесно взаимосвязаны. С одной стороны, существует множество биологически активных веществ, способных оказывать влияние на  жизнедеятельность нервных клеток и функций нервной системы, с другой – синтез и выделение в кровь гуморальных веществ регулируются нервной системой.

       Таким образом, в организме существует единая нервно-гуморальная регуляция функций, обеспечивающая важнейшую особенность организма – способность к саморегуляции жизнедеятельности. Именно саморегуляция функций обеспечивает поддержание в организме гомеостаза. Без саморегуляции была бы невозможна стабилизация жизненных процессов, а, следовательно, и само существование организма.

       Опорно-двигательный аппарат. Строение и функции костной системы человека. Скелет выполняет три основные функции: опоры, движения и защиты. Структурной единицей скелета является кость. В состав скелета человека входит 206 костей, соединенных между собой при помощи связок и суставов (суставно-связочный аппарат). Различают следующие основные части скелета: скелет головы, скелет верхних и нижних конечностей и скелет туловища. Масса костей взрослого человека составляет у мужчины 18% от общей массы тела, у женщин – 16%. Опорная функция скелета связана с прикреплением к его костям мягких тканей. Функция движения связана с тем, что кости скелета, выполняют функции рычагов, приводимых в движение с помощью мышц. Защитная функция заключается в защите важных органов от механических повреждений. Она обеспечивается образованием частями скелета полостей, в которых расположены органы: головной и спинной мозг, легкие, сердце, печень и т. д.

       Общий обзор скелета человека. Скелет туловища включает позвоночник (позвоночный столб), грудину и ребра. Позвоночник – это ось тела. Верхним концом он соединяется с черепом, нижним – с костями таза. Позвоночник состоит из 33-34 позвонков. Различают шейный, грудной, поясничный, крестцовый и копчиковый отделы позвоночника. Ребра - это12 пар симметрично расположенных плоских костей. Соединяясь впереди с грудиной и сзади с грудными позвонками, они образуют грудную клетку. Скелет головы, или череп, состоит из лицевой и мозговой частей. Внутри черепа находится полость, в которой размещается высший орган управления и регуляции функции и поведения – головной мозг. Соединение костей черепа является в основном непрерывным с помощью швов. Имеется лишь одно прерывное подвижное соединение – височно-нижнечелюстной сустав,  который обеспечивает движение нижней челюсти.

       Скелет верхних конечностей состоит из костей плечевого пояса (лопатка и ключица) и костей свободной верхней конечности (плечевая кость, кости предплечья и кисти).

       Скелет нижних конечностей состоит из костей тазового пояса (тазовые кости) и костей свободной нижней конечности (бедренная кость, кости голени и стопы).

       Соединения костей конечности чрезвычайно многообразны и обеспечивают широкий диапазон движений, необходимый человеку практически в любой деятельности.

       Строение и функции мышечной системы. Мышцы тела человека образованы в основном мышечной тканью, состоящей из мышечных клеток. Различают гладкую и поперечно-полосатую мышечную ткань. Гладкая мышечная ткань образует гладкую мускулатуру, которая входит в состав некоторых внутренних органов, а поперечно-полосатая образует скелетные мышцы. Общими свойствами мышечной ткани является ее возбудимость, проводимость и сократимость.

       Мышечные клетки имеют протоплазму, которая называется саркоплазмой. Мембрана мышечных клеток называется сарколеммой. Внутри мышечного волокна находятся многочисленные ядра и другие составные части клеток. В состав мышечных волокон входит большое количество еще более тонких волокон – миофибрилл, которые, в свою очередь, состоят из тончайших нитей – протофибрилл. Протофибриллы – сократительный аппарат мышечной клетки, они представляют собой специальные сократительные белки – миозин и актин. Механизм мышечных сокращений представляет собой сложный процесс физических и химических превращений, протекающий в мышечном волокне при обязательном участии сократительного аппарата. Запуск этого механизма осуществляется нервным импульсом, а энергия для процесса сокращения поставляется аденозинтрифосфорной кислотой (АТФ).

       Работа мышц. В процессе мышечного сокращения потенциальная химическая энергия переходит в потенциальную механическую энергию напряжения и кинетическую энергия движения. Различают внутреннюю и внешнюю работу. Внутренняя работа связана с трением в мышечном волокне при его сокращении. Внешняя работа проявляется при перемещении собственного тела, груза или отдельных частей организма в пространстве – динамическая работа. Она характеризуются коэффициентом полезного действия (КПД) мышечной системы, т.е. отношением производимой работы к общим энергетическим  затратам. КПД мышц человека составляет 15-20%, у спортсменов этот показатель выше.

       Динамическая работа связана с мышечной работой, в процессе которой сокращения мышц всегда сочетаются с их укорочением. При  статических усилиях (без перемещения) можно говорить не о работе как таковой с точки зрения физики, а о работе, которую следует оценивать энергетическими физиологическими затратами организма.

       Статическая работа связана с напряжением мышц без их укорочения. В реальных условиях мышцы человека никогда не совершают динамическую или статическую работу в строго изолированном виде. Работа мышц всегда является смешанной. Хотя в движениях человека может преобладать либо динамический, либо статический характер двигательной деятельности.

Способность человека совершать длительное время физическую работу называют физической работоспособностью. Физическая работоспособность человека может быть определена с помощью специальных приборов — эргометров (например, велоэргометров). Ее единица измерения — кгм/мин. Чем больше способен человек произвести работы в единицу времени, тем выше его физическая работоспособность. Величина физической работоспособности человека зависит от возраста, пола, тренированности, факторов окружающей среды (температура, время суток, содержание в воздухе кислорода и т. д.), функционального состояния организма. Для сравнительной характеристики физической работоспособности различных людей рассчитывают общее количество произведенной работы за 1 мин, делят его на массу тела (кг) и получают относительную физическую работоспособность кгм/мин на 1кг массы тела, т. е. кгм  (кг/мин). В среднем уровень физической работоспособности юноши 20 лет составляет 15,5 кгм (кг/мин),  а у юноши-спортсмена того же возраста он достигает 25. В последние годы определение уровня физической работоспособности широко используют для характеристики общего физического развития и состояние здоровья.

         Общий обзор скелетных мышц человека. Мышцы туловища включают мышцы грудной клетки, спины и живота. Мышцы грудной клетки участвуют в движениях верхних конечностей, а также обеспечивают произвольные и непроизвольные дыхательные движения. Дыхательные мышцы грудной клетки называются наружными и внутренними межреберными мышцами. К дыхательным мышцам относится также и диафрагма. Мышцы спины состоят из поверхностных и глубоких мышц, они участвуют в поддержании тела в вертикальном положении, сильное напряжении этих мышц вызывает прогибание туловища назад. Брюшные мышцы поддерживают давление внутри брюшной полости, участвуют в некоторых движениях тела (сгибание туловища вперед, наклоны и повороты в стороны), в процессе дыхания.

       Мышцы головы и шеи – мимические, жевательные и приводящие в движение голову и шею. Мимические мышцы прикрепляются одним своим концом к кости, другим – к коже лица, некоторые могут начинаться и оканчиваться в коже. Мимические мышцы обеспечивают движения кожи лица, отражают различные психические состояния человека. Жевательные мышцы при сокращении вызывают движения нижней челюсти вперед и в стороны. Мышцы шеи участвуют в движениях головы и удерживают голову в вертикальном положении.

       Мышцы верхних конечностей обеспечивают движения плечевого пояса, плеча, предплечья и приводят в движение кисть и пальцы. Движения верхней конечности и, прежде всего, кисти чрезвычайно многообразны. Это связано с тем, что рука служит человеку органом труда.

       Мышцы нижних конечностей обеспечивают движения бедра, голени и стопы. Мышцы бедра играют важную роль в поддержании вертикального положения тела, но у человека они развиты сильнее, чем у других позвоночных. Многие мышцы бедра, голени и стопы принимают участие в поддержании тела человека в вертикальном положении.

       Физиологические системы организма. Кровь как физиологическая система, жидкая ткань и орган. Кровь вместе с лимфой и межтканевой жидкостью составляет внутреннюю среду, в которой протекает жизнедеятельность всех клеток и тканей. Она представляет собой форму ткани и характеризуется следующими особенностями: 1) является жидкой средой, содержащей форменные элементы; 2) находится в постоянном движении; 3) составные части крови в основном образуются и разрушаются вне ее. Благодаря циркуляции в сосудах кровь выполняет в организме следующие важнейшие функции: 1) транспортную, 2) регуляторную, 3) защитную и 4) дыхательную.

       Кровь транспортирует питательные вещества - глюкозу, аминокислоты, жиры и т. д. - к клеткам, а конечные продукты обмена веществ - аммиак, мочевину, мочевую кислоту и др. – к органам выделения.  Осуществляя перенос гормонов и других физиологически активных веществ, воздействующих на различные органы и ткани, она выполняет регуляторную функцию. С функциями крови связана регуляция постоянства температуры тела. Защитную функцию кровь выполняет благодаря способности лейкоцитов к фагоцитозу и наличию в ней иммунных тел, обезвреживающих микроорганизмы и их яды, разрушающих чужеродные белки. Доставляя кислород от легких к тканям, принося к легким углекислый газ, кровь осуществляет дыхательную функцию.

       Состав крови. У взрослого человека общее количество крови составляет 5-6 литров, что составляет 5-8% массы тела. Кровь состоит из форменных элементов (55-58%) – эритроцитов, лейкоцитов и тромбоцитов – и жидкой части плазмы (42-45%).

       Эритроциты, красные тельца образуются в костном мозгу. В 1мм куб крови их содержится в среднем 5 млн у мужчин и 4,5 млн у женщин. Эритроциты в организме выполняют транспортную функцию. Гемоглобин (Нв), содержащийся в эритроцитах, присоединяет кислород, превращается в окисигемоглобин и таким образом транспортирует кислород к тканям. Отдавая кислород в местах с малым его содержанием, он превращается в восстановленный (редуцированный) гемоглобин. Общее содержание его равно примерно 700г. В скелетной и сердечной мышцах содержится мышечный гемоглобин – миоглобин, который играет важную роль в снабжении кислородом работающих мышц.

       Лейкоциты, белые кровяные тельца, по морфологическим и функциональным признакам представляют собой обычные клетки, содержащие ядро и протоплазму. Они образуются в лимфатических узлах, селезенке и костном мозгу. В 1 мм куб. крови человека находится 5-6 тыс. лейкоцитов. Лейкоциты в организме выполняют защитную функцию. При попадании в организм чужеродных тел они обладают способностью захватывать бактерии и переваривать их. Эта способность получила название фагоцитоз.

       Тромбоциты, или кровяные пластинки -  это образования овальной или круглой формы диаметром всего 2-5 мкм. Число тромбоцитов в 1 мм куб. крови колеблется от 300 до 400 тыс. Они имеют важное значение в свертывании крови.

       Плазма крови. Жидкая часть крови, называется плазмой. В ней растворены органические и неорганические вещества; вода составляет в ней около 90%. Из органических веществ в плазме крови больше всего белков – около 8%. Функции белков плазмы очень разнообразны и исключительно важны. Белки участвуют в поддержании необходимой реакции плазмы и в обеспечении ее осмотического давления.

       Сердечно-сосудистая система. Кровеносная система состоит из сердца и кровеносных сосудов. Сердце – главный орган кровеносной системы – представляет собой полый мышечный орган, совершающий ритмические сокращения, благодаря которым происходит процесс кровообращения в организме.

       Сердечно-сосудистая система состоит из большого и малого кругов кровообращения. Кровь циркулирует по замкнутому кругу, берущему начало в левом желудочке и кончающемуся в правом предсердии. Это большой круг кровообращения. Из правого предсердия кровь попадает в правый желудочек сердца, а затем она выталкивается в легочную артерию. Далее кровь попадает по артериальным легочным сосудам в легочные капилляры, где обогащается кислородом. Из легочных капилляров кровь поступает по мелким венам в крупную легочную вену и далее в левое предсердие. Это малый круг кровообращения.

        Структурную основу сердца составляет сердечная мышца — миокард, образованная особыми поперечно-полосатыми мышечными клетками. Важнейшими свойствами сердечной мышцы являются возбудимость, сократимость и проводимость. Процессы возбуждения в сердечной мышце, как и в любой ткани, сопровождаются изменением биоэлектрических процессов в мышечных клетках.

В покое в течение 1 мин сердце успевает сократиться около 60-80 раз, при этом каждый желудочек во время одного сокращения выталкивает 60-80 мл крови. Это количество крови называют систолическим, или ударным объемом крови. Количество крови, выталкиваемое каждым желудочком за 1 мин, называют минутным объемом крови. При систоле желудочков в них остается часть крови. Это количество крови называют резервным объемом. Количество сердечных сокращений за 1 мин называют частотой сердечных сокращений (ЧСС). ЧСС (пульс), систолический, минутный и резервный объемы крови являются важнейшими функциональными показателями деятельности сердца. Величина этих показателей зависит от половых, возрастных и индивидуальных особенностей человека. Например, у физически тренированного человека в покое систолический, минутный и резервный объем больше, чем у нетренированного, а ЧСС значительно меньше. У спортсменов ЧСС не превышает 50 ударов/мин. При физической нагрузке у спортсменов увеличение минутного объема происходит за счет увеличения систолического объема крови, а у нетренированного человека — менее экономичным путем: за счет учащения сердцебиений.

Кровяное давление. Давление крови в сосудах определяется в основном двумя факторами: интенсивностью сердечных сокращений и сопротивлением периферических сосудов. В различных отделах системы кровообращения кровяное давление имеет различную величину. Наибольшая величина кровяного давления отмечается в аорте, наименьшая — в капиллярах. Кровяное давление зависит также от фаз сердечной деятельности. При систоле сердца оно максимально, при диастоле — минимально. Систолическое давление в левой плечевой артерии составляет 110-125 мм рт. ст., диастолическое - 60-80 мм рт. ст. У мужчин кровяное давление обычно выше, чем у женщин. Имеются также существенные возрастные особенности величины кровяного давления.

         Дыхательная система. Органы дыхания имеют большое физиологическое значение. С их помощью в организм поступает кислород, необходимый для процессов окисления, и выделяется диоксид углерода, являющийся конечным продуктом обменных процессов организма. Потребность в кислороде для человека является более важной, чем потребность в пище или воде. 

Органы дыхания объединяются в единую систему органов. Принято выделять дыхательные пути, по которым вдыхаемый и выдыхаемый воздух циркулирует в легкие и из легких, и дыхательную часть (легкие), где происходит газообмен между кровью и воздухом. Дыхательные пути образуются носовой полостью, глоткой, гортанью, трахеей и бронхами. 

Дыхательная часть органов дыхания — легкие. Это парный орган, образованный мельчайшими разветвлениями бронхов — альвеолами и эластической соединительной тканью. Альвеолы, или легочные пузырьки, видны только под микроскопом. Они имеют очень тонкие стенки, окруженные многочисленными микроскопическими кровеносными сосудами — легочными капиллярами. Общая площадь легочных пузырьков составляет около 200 м², что способствует быстрому обмену газами между кровью и воздухом, находящимся в альвеолах (альвеолярный воздух).

Механизм вдоха и выдоха. Обмен газов между организмом и внешней средой осуществляется благодаря постоянной циркуляции воздуха через дыхательные пути и легкие. В основе этой циркуляции лежат ритмические дыхательные движения, обеспечиваемые сокращением и расслаблением межреберных дыхательных мышц и диафрагмы и состоящие из двух фаз: вдоха и выдоха.

Осуществлению дыхательных движений способствуют также и особенности строения легких. Они находятся в полости грудной клетки в своеобразной оболочке — легочной плевре. Между внутренней стенкой грудной клетки, также покрытой оболочкой (простеночная плевра), и легочной плеврой находится герметически замкнутое пространство — плевральная полость.

При вдохе происходит сокращение дыхательных мышц и диафрагмы, увеличение объема грудной полости и соответственно увеличение объема легких. В результате давление в легких становится меньше атмосферного, и воздух устремляется в легкие. В механизме вдоха важную роль играют еще два фактора: во-первых, присутствие в плевральной полости жидкости, уменьшающей трение легких о стенку грудной клетки, и, во-вторых, наличие в плевральной полости отрицательного давления. Механизм выдоха, осуществляемый в покое, протекает пассивно. При расслаблении дыхательных мышц происходит уменьшение объема грудной клетки и легких, и воздух выходит наружу.

Жизненная емкость легких. Обычно в состоянии относительного покоя при каждом вдохе в легкие поступает около 500 мл воздуха и столько же выходит наружу. Этот объем воздуха называют дыхательным объемом и используют для характеристики глубины дыхания. Однако после спокойного вдоха и выдоха в легких еще остается значительное количество воздуха, которое называется резервным объемом вдоха и выдоха. Количественно эти объемы равны 1500 мл воздуха. Сумма дыхательного объема и резервного объема вдоха и выдоха составляет - жизненную емкость легких (ЖЕЛ), которая зависит от возрастных, половых и морфологических особенностей человека и является одним из функциональных важнейших показателей внешнего дыхания, широко используемого в антропометрических исследованиях для оценки физического развития человека. У взрослого человека ЖЕЛ в среднем равна: 500 мл + 1500 мл + 1500 мл = 3500 мл. У мужчин ЖЕЛ колеблется от 3200 до 7200 мл, у женщин - от 2500 до 5000 мл. ЖЕЛ определяют с помощью специальных приборов — спирометров.

Даже при максимальном выдохе в легких всегда остается еще около 1500 мл воздуха. Этот объем воздуха называют остаточным. ЖЕЛ и остаточный объем легких в сумме составляют общую емкость легких.

       Частота дыхания и минутный объем дыхания. Частота дыхательных движений в покое у взрослого человека колеблется от 14 до 20 в минуту. Количество воздуха, вдыхаемого и выдыхаемого в течение 1 мин, называют минутным объемом дыхания (МОД). В покое МОД колеблется от 7 до 10 л. При физической работе МОД увеличивается до 150-180 л. Величина МОД также является важным функциональным показателем внешнего дыхания человека и зависит от возраста, пола и состояния тренированности. У спортсменов МОД значительно выше, чем у людей, не занимающихся спортом, у мужчин выше, чем у женщин.

 Газообмен в легких. Воздух, поступающий в легкие, содержит около 21% кислорода, примерно 0,03 диоксида углерода и 79% азота. При поступлении воздуха в альвеолы его состав значительно меняется, количество кислорода падает до 14%, а диоксида углерода возрастает до 5%, азота — до 81%. Изменение состава альвеолярного воздуха обусловлено смешиванием вдыхаемого воздуха с воздухом, находящимся в дыхательных путях. Поступление кислорода из альвеол в кровь, а диоксида углерода — из крови в альвеолы связано с разностью, так называемых, парциальных давлений каждого из газов в крови и альвеолярном воздухе. Парциальное давление кислорода в альвеолярном воздухе более чем в два раза выше, чем в венозной крови, а диоксида углерода — несколько меньше. Вследствие этой разницы кислород диффундирует из альвеолярного пространства в кровь, а диоксид углерода — из крови в альвеолярное пространство. В результате в выдыхаемом воздухе уменьшается количество кислорода (до 16%) и увеличивается содержание диоксида углерода (до 4%). В тканях в сравнении с легкими между парциальным давлением кислорода и диоксида углерода существуют обратные зависимости, что обеспечивает обмен газами между кровью и межтканевой жидкостью.

         Система пищеварения. Нормальная жизнедеятельность организма человека возможна только при условии постоянного поступления в организм органических и неорганических веществ, необходимых для осуществления его основной функции — обмена веществ и энергии. Эти вещества поступают в организм с пищей, основными химическими компонентами которой являются белки, жиры, углеводы, витамины, вода и минеральные соли. Однако органические вещества, поступающие в организм, являются для него чужеродными. Для того чтобы они могли использоваться в обменных процессах организма, необходима длительная физическая и химическая переработка. Процесс физических и химических превращений пищи, представляющий собой ее расщепление до простых составляющих веществ, удобных для всасывания и усвоения организмом, называют пищеварением.    

Обмен веществ. Отличительным признаком живых организмов являются энергетические траты и постоянный обмен веществ с окружающей их внешней средой. Его сущность состоит в том, что из внешней среды в организм поступают разнообразные, богатые потенциальной химической энергией вещества; в организме они расщепляются на более простые; освобождающаяся при этом энергия обеспечивает протекание физиологических процессов и выполнение внешней работы. Кроме того, поступающие в организм вещества используются для восстановления изнашиваемых и построение новых клеток и тканей и для образования гормонов и ферментов. Некоторые органические вещества при избыточном поступлении могут депонироваться, т.е. откладываться в организме в виде запасов. Образующиеся в процессе обмена продукты распада удаляются из организма во внешнюю среду органами выделения.

       Питательными веществами, снабжающими организм энергией и строительным (пластическим) материалом являются белки, жиры и углеводы. Кроме того, для нормального протекания обмена веществ в организме необходимо поступление витаминов, воды и минеральных солей.

       Процессы обмена веществ разделяются на две группы: ассимиляцию и диссимиляцию. Ассимиляция – это совокупность процессов создания живой материи, диссимиляция – распад живой материи. Диссимиляция позволяет устранить элементы, чтобы заменить их новыми, а также освободить энергию для выполнения актов жизнедеятельности. Обмен веществ и, вместе с тем жизнь поддерживаются только тогда, когда процессы диссимиляции уравновешены с процессами ассимиляции. Это равновесие динамически изменчиво. В периоде роста ребенка доминируют процессы ассимиляции. При старении они отстают по интенсивности от процессов диссимиляции. Напряженная мышечная нагрузка требует освобождения энергии в больших количествах. Поэтому в это время доминируют процессы диссимиляции. После окончания физической нагрузки необходимо восстановление затраченных ресурсов. Для этого обмен веществ смещается в пользу процессов ассимиляции.

       Обмен белков.  Белки состоят из аминокислот. Они являются основным пластическим материалом, из которого построены клетки ткани организма. Например, в составе скелетных мышц находится около 20% белка. Наличием белка обусловлена сократительная функция мышечной ткани. Из белков состоят многие ферменты и гормоны. Белок крови гемоглобин участвует в транспорте кислорода. Белок фибриноген необходим для свертывания крови. Некоторые сложные белки – нуклеопротеиды имеют значение для передачи наследственных свойств.

       Белки могут использоваться и как источник энергии. При расщеплении белка из безазотистой части его молекулы образуется углевод, дальнейшее превращение которого обеспечивает освобождение энергии. Окисление 1г белка освобождает 5,3 ккал. Но азотистые продукты расщепления белка (мочевина, аммиак и др.) не подвергаются дальнейшему окислению. Поэтому при окислении 1г белка в организме освобождается столько же энергии, сколько  и при окислении 1г углевода, т. е. 4,1 ккал.

       Белковый обмен во время мышечной работы и в период восстановления. Белковому обмену принадлежит важная роль в пластическом обеспечении мышечной деятельности. Наряду с этим белки участвуют также в энергетическом обеспечение мышечной деятельности. Однако роль белка как источника энергии незначительна по сравнению со значением углеводов и жиров. Основная роль белков заключается в том, что ферментные белки регулируют интенсивность энергетических процессов. Безазотистые продукты распада белков (безазотистый остаток аминокислот) могут служить субстратом окислительных процессов или быть использованы в печени для синтеза гликогена и жирных кислот.

       Обмен углеводов.  Углеводы поступают в организм с растительной и в меньшем количестве с животной пищей. Кроме того, они синтезируются в нем из продуктов расщепления аминокислот и жиров.

       Углеводы – важная составная часть живого организма, хотя количество их в организме значительно меньше, чем белков и жиров, - всего около 2% сухого вещества тела.

       Углеводы служат в организме основным источником энергии. При окислении   1г углевода освобождается 4,1 ккал энергии. Для окисления углеводов требуется значительно меньше кислорода, чем для окисления жиров. Это особенно повышает их роль, как источника энергии, что подтверждается тем, что при уменьшении концентрации глюкозы в крови резко снижается физическая работоспособность. Большое значение углеводы имеют для нормальной деятельности нервной системы.

       Углеводный обмен при мышечной работе. Расщепление  углеводов в мышцах осуществляется по типу анаэробных и аэробных реакций. Анаэробное расщепление гликогена или глюкозы заканчивается образованием молочной кислоты, большинство которой превращается в лактат и выходит в кровь. Лактат крови может быть использован в сердечной мышце как непосредственный субстрат окисления, а в покоящихся мышцах и печени – для ресинтеза гликогена.  Продуктами аэробного расщепления углеводов является вода и углекислый газ, который выводится из организма по своим каналам.

       Обмен жиров (липидов).  К липидам относятся нейтральные жиры, фосфатиды и стерины. Нейтральные жиры расщепляются в кишечнике до глицерина и жирных кислот. Эти вещества, проходя через стенки кишки, вновь превращаются в жир, который всасывается в лимфу и в небольшом количестве в кровь. Кровь транспортирует жиры в ткани, где они используются для пластического синтеза и в качестве энергетического материала. Содержание жиров в организме весьма значительно и доходит до 10-30% от всей массы тела. Оно варьирует у людей в значительных пределах в зависимости от характера питания, двигательной активности, возраста, пола и конституционных особенностей и может доходить до 40-50%.

         Жиры как источник энергии при мышечной работе. При окислении  жиров освобождается больше энергии, чем при окислении равного количества углеводов. Поскольку в составе молекулы жира меньше кислорода, чем в молекуле углевода, то окисление жиров требует более значительных затрат кислорода по сравнению с окислением углеводов. Таким образом, применение жиров в качестве субстрата окисления целесообразно в условиях, при которых можно  легко обеспечить достаточное снабжение тканей кислородом (например, при длительной работе умеренной мощности, во время восстановительного периода).

Выделительную систему образуют почки, мочеточники и мочевой пузырь, которые обеспечивают выделение из организма с мочой вредных продуктов обмена веществ (75%). Кроме того, некоторые продукты обмена выделяются через кожу (с секретом потовых и сальных желез), легкие (с выдыхаемым воздухом) и через желудочно-кишечный тракт. С помощью почек в организме поддерживается кислотно-щелочное равновесие (рН), необходимый объем воды и солей, стабильное осмотическое давление.  

Нервная система является ведущей физиологической системой организма, без нее было бы невозможно соединение бесчисленного множества клеток, тканей и органов в единое гармонично работающее целое.

Нервная система человека состоит из двух основных отделов: центральной и периферической нервной системы. К центральной нервной системе (ЦНС) относятся головной и спинной мозг, к периферической — все нервные волокна и скопления нервных кле­ток, расположенные вне ЦНС.

Различают также вегетативную нервную систему и соматиче­скую нервную систему. Первая осуществляет регуляцию деятель­ности внутренних органов и обмена веществ. Вторая регулирует сокращения поперечно-полосатой мускулатуры и обеспечивает чувствительность нашего тела. Выделение вышеназванных отделов в нервной системе ус­ловно. В действительности она представляет собой анатомически и функционально единое целое, элементарной основой которого являются нервные клетки - нейроны.   

       Рефлекторная дуга. В основе всей деятельности нервной системы лежат рефлек­торные реакции. Рефлекс - это ответная реакция организма на раздражение, происходящая при участии центральной нервной системы. Путь, по которо­му проходит возбуждение при рефлексе, называется рефлекторной дугой.

            Нервные центры. В осуществлении рефлекторной реакции, как правило, при­нимают участие многие нейроны спинного и головного мозга. Такую совокупность нейронов, находящихся на различных "эта­жах" ЦНС, от спинного мозга до коры больших полушарий, на­зывают нервным центром. Существуют нервные центры, раздра­жение которых вызывает разнообразные рефлексы, например, центр дыхания, глотания, слюноотделения и т. д.

   Центральная нервная система состоит из спинного и голов­ного мозга и выполняет роль регулирующего и управляющего ор­гана нашего организма. 

Спинной мозг. Спинной мозг взрослого человека раз­мещается в позвоночном канале и представляет собой цилиндри­ческий тяж длиной 40-45 см и общей массой 34-38 г.

В спинном мозге выделяют: шейный, грудной, поясничный и копчиковый сегменты, от которых отходит 31 пара спинномозговых нервов, иннервирующих скелетную мускулатуру и кожу. Спинномозговые нервы являются смешанными и содержат чув­ствительные и двигательные волокна.

Спинной мозг человека содержит два утолщения: шейное и поясничное, которые начинают формироваться в первые годы развития ребенка. Шейное утолщение связано с регуляцией дви­жения верхних конечностей, поясничное – нижних.

Спинной мозг - необходимая часть нервной системы, без не­го невозможна стройная координация нервных процессов и регу­ляция различных сторон деятельности организма. Прежде всего, это связано с проводящей функцией спинного мозга: по нервным путям спинного мозга нервные импульсы от всех участков наше­го тела достигают структур головного мозга, где осуществляются сложные процессы их анализа и синтеза. А навстречу этой инфор­мации, идущей от различных рецепторов, из головного мозга по эфферентным путям, движется поток управляющих импульсов, приводящих в движение многочисленные скелетные мышцы.

Велико значение спинного мозга и как центра простых реф­лекторных реакций человека, так как в его нейронах замыкаются их рефлекторные дуги.  Нервная импульсация из двигательных центров спинного мозга обеспечивает также постоянное чуть замедленное напря­жение всей скелетной мускулатуры, называемое мышечным тону­сом, что имеет чрезвычайно важное значение для нормальной двигательной деятельности человека.

Итак, спинной мозг имеет важное функциональное значе­ние. Выполняя проводящие и рефлекторные функции, он явля­ется необходимым звеном нервной системы в осуществлении стройной координации сложных движений (передвижение чело­века и его трудовая деятельность) и вегетативных функций.

 Голов­ной мозг. Головной мозг является важнейшим отделом ЦНС и со­стоит из стволовой части и конечного мозга, включающего под­корковые, или базальные, ганглии и большие полушария.

От основания головного мозга отходят 12 пар черепно-моз­говых нервов, которые связывают головной мозг со многими внутренними органами, мышцами лица, шеи, языка, глаз, а так же обеспечивают поступление в головной мозг сенсорной информации от зрительных, вкусовых, слуховых и обонятельных рецепторов, вестибулярного аппарата, тактильных рецепторов кожи лица.

В процессе эволюции кора больших полушарий стала высшим отделом ЦНС, формирующим деятельность организма как единого целого в его взаимоотношениях со средой. Мозг активен не только во время бодрствования, но и во время сна. Мозговая ткань потребляет в 5 раз больше кислорода, чем сердце, и в 20 раз больше, чем мышцы. Составляя всего около лишь 2% от массы тела человека, мозг поглощает 18-25% потребляемого всем организмом кислорода. Мозг значительно превосходит другие органы и по потреблению глюкозы. Он использует 60-70% глюкозы, образуемой печенью, и это несмотря на то, что мозг содержит меньше крови, чем другие органы. Ухудшение кровоснабжения головного мозга может быть связано с гиподинамией. В этом случае возникает головная боль различной локализации, интенсивности и продолжительности, головокружение, слабость, понижается умственная работоспособность, ухудшается память, появляется раздражительность.

 Вегетативная нервная система (ВНС) состоит из двух отделов: симпатической и парасимпатической нервной системы.

Нервные центры симпатической  нервной системы располо­жены в грудных и поясничных сегментах спинного мозга. Пара­симпатическая нервная система включает крестцовый сегмент спинного мозга и некоторые нервные структуры продолговатого и среднего мозга.  ВНС регулирует в организме обмен веществ и энергии, деятельность всех внутренних органов, эндокринных желез, сердца,  легких, почек, кровеносных сосудов и т д. Как правило, влияние симпатической и парасимпатической нервной системы носит антагонистический характер. Так, например, симпатическая нервная система усиливает и учащает сердечные сокращения, а парасимпатическая — ослабляет и замедляет. Однако этот антагонизм имеет относительный характер, и в некоторых ситуациях оба отдела ВНС могут действовать однонаправлено.

Важное значение имеет симпатическая нервная система в регуляции возбудимости всех органов и тканей организма, обеспечивая их адаптацию к мозаике внешних воздействий. Причем, симпатическая нервная система в ситуациях, требующих мобилизации всех защитных сил организма (стресс), способствует интенсификации вегетативных процессов, а парасимпатическая — восстановлению жизненных ресурсов. Отмечено повышение активности (тонус) симпатической нервной системы в дневное время и увеличение тонуса парасимпатической нервной системы в ночное время в период сна.

         Сенсорные системы  (анализаторы). Организм животных и человека функционирует, постоянно получая информацию как об особенностях внешней среды, в которой он находится, так и о состоянии всех частей тела: внутренних органов, мышц, кожи и т. д. Физиологические аппараты, воспринимающие эту информацию, получили название органов чувств (анализаторов) или сенсорных систем.

Специальные образования, трансформирующие (преобразующие) энергию внешнего раздражения в специфическую энергию нервного импульса, называются рецепторами. Эти образования служат для восприятия внешних сигналов и кодирования их в виде нервных импульсов для передачи информации в нервные центры.  В зависимости от характера раздражителей можно условно разделить все сенсорные системы на несколько групп, реагирующих на следующие виды раздражений: 1) механические (тактильный, болевой, проприоцептивный или двигательный, вестибулярный анализаторы, барорецептивный сосудистый отдел висцерального, или интерорецептивного, анализатора); 2) химические (вкусовой, обонятельный анализаторы, хеморецептивный отдел висцерального анализатора в сосудах, в пищеварительном тракте и других органах); 3) световые (зрительный анализатор); 4) звуковые (слуховой) и 5) температурные (температурный анализатор).

В составе каждого анализатора различают 3 отдела 1) периферический, состоящий из рецепторов, воспринимающих определенные сигналы, и специальных образований, способствующих работе рецепторов (эта часть анализатора представляет собой органы чувств – глаз, ухо и др.); 2) проводниковый, включающий проводящие пути и подкорковые нервные центры; 3) корковый – области коры больших полушарий, которым адресуется данная информация.

 Эндокринная система человеческого организма оказывает значительное влияние на все стороны его жизнедеятельности: от самых примитивных физиологических функций до многогран­ных и сложнейших психических процессов и явлений. В органах эндокринной системы — железах внутренней секреции — образу­ются различные химические физиологически активные вещества, называемые гормонами. Гормоны выделяются железами непосредственно в кровь, поэто­му эти железы и называют железами внутренней секреции. В от­личие от них железы внешней секреции (экзокринные) выделяют образующиеся в них вещества через специальные протоки в раз­личные полости тела или на его поверхность (например, слюн­ные или потовые железы).

Гормоны принимают участие в регуляции процессов роста и развития организма, процессов обмена веществ и энергии, в про­цессах координации всех физиологических функций организма. В последние годы доказано также участие гормонов в молекуляр­ных механизмах передачи наследственной информации и в опре­делении периодичности некоторых функциональных процессов организма — биологических ритмов (например, половые циклы у женщин). Таким образом, гормоны - составная часть гуморальной си­стемы регуляции функций, обеспечивающей совместно с нервной системой единую нервно-гуморальную регуляцию функций организма.

К железам внутренней секреции относят: щитовидную, околощитовидные, зобную, надпочечники, гипофиз и эпифиз. Существуют также смешанные железы, являющиеся одновременно железами внешней и внутренней секреции: поджелудочная железа и половые железы — семенники и яичники. В настоящее время известно более 40 гормонов. Свое влияние гормоны оказывают, либо непосредственно действуя на ткани или органы, стимулируя или тормозя их работу, либо опосредованно, через нервную систему.

Практически все расстройства деятельности желез внутренней секреции вызывает понижение общей работоспособности человека. Функция эндокринных желез регулируется ЦНС, нервное и гуморальное воздействие на различные органы, ткани и их функции представляет собой проявление единой системы нейрогуморальной регуляции функций организма.