При кратковременном напряжении, например, когда мы пытаемся успеть на автобус, организм способен быстро обеспечить повышенное поступление энергии в мышцы. Это возможно благодаря наличию запасов кислорода, а также за счет анаэробных реакций (выработки энергии в условиях отсутствия кислорода). Потребность в энергии значительно повышается при длительной физической нагрузке. Мышцам требуется больший приток кислорода для обеспечения аэробных реакций (выработки энергии с участием кислорода). Дневные нормы физической нагрузки: какими бывают?
Сердечная деятельность
Сердце человека в покое сокращается с частотой примерно 70-80 ударов в минуту. При физической нагрузке увеличивается частота (до 160 ударов в минуту) и сила сердечных сокращений. При этом сердечный выброс у здорового человека может увеличиваться более чем в четыре раза, а у тренированных спортсменов - едва ли не в шесть раз.
Деятельность сосудов
В покое кровь перекачивается сердцем со скоростью приблизительно 5 л в минуту. При физической нагрузке скорость повышается до 25-30 л в минуту. Усиление кровотока в основном наблюдается в работающих мышцах, которые больше всего в нем нуждаются. Это достигается снижением кровоснабжения тех областей, которые в тот момент менее активны, а также путем расширения кровеносных сосудов, что обеспечивает больший приток крови к работающим мышцам.
Дыхательная активность
Циркулирующая кровь должна быть достаточно оксигенирована (насыщена кислородом), поэтому частота дыхания также увеличивается. В этом случае легкие лучше заполняются кислородом, который затем проникает в кровь. При физической нагрузке скорость поступления воздуха в легкие возрастает до 100 л в минуту. Это намного больше, чем в покое (6 л в минуту).
• Величина сердечного выброса у спортсмена-марафонца может быть на 40% больше, чем у нетренированного человека. Регулярные тренировки способствуют увеличению размеров сердца и объема его полостей. При физической нагрузке частота сердечных сокращений (количество ударов за 1 минуту) и сердечный выброс (объем крови, выбрасываемой сердцем за 1 минуту) увеличиваются. Это происходит благодаря повышению нервной стимуляции, что заставляет сердце усиленно работать.
Повышение венозного возврата
Объем крови, возвращающейся к сердцу, повышается благодаря:
• снижению сосудистого сопротивления в толще мышц из-за расширения сосудов;
• Проводились многочисленные исследования, посвященные изучению изменений в системе кровообращения при физической нагрузке. Было доказано, что они прямо пропорциональны интенсивности физической нагрузки.
- работе мышц (их сокращению и расслаблению);
• движениям грудной клетки при учащенном дыхании, которые вызывают «присасывающий» эффект;
• сужению вен, что ускоряет движение крови обратно к сердцу. Когда желудочки сердца наполняются кровью, его стенки растягиваются и сокращаются с большей силой. Таким образом, сердце выбрасывает увеличенный объем крови.
Во время тренировки увеличивается приток крови к мышцам. Это обеспечивает своевременную доставку к ним кислорода и других необходимых питательных веществ. Еще до того, как мышцы начинают сокращаться, кровоток в них усиливается благодаря поступающим из мозга сигналам.
Расширение сосудов
Нервные импульсы симпатической нервной системы вызывают дилатацию (расширение) сосудов в толще мышцы, позволяя большему объему крови поступать к мышечным клеткам. Однако для поддержания сосудов в расширенном состоянии после первичной дилатации следуют локальные изменения в тканях - понижение уровня кислорода, повышение уровня углекислого газа и других продуктов обмена, накопившихся в результате биохимических процессов в мышечной ткани. Местное повышение температуры, вызванное дополнительной продукцией тепла при сокращении мышц, также способствует расширению сосудов.
Сужение сосудов
Кроме изменений непосредственно в мышцах, уменьшается кровенаполнение других тканей и органов, которые меньше нуждаются в повышенном поступлении энергии при физической нагрузке. В этих областях, например в кишечнике, наблюдается сужение кровеносных сосудов. Это приводит к перераспределению крови в те области, где она наиболее необходима, обеспечивая усиление кровоснабжения мышц в следующем цикле кровообращение. При физической нагрузке организм потребляет гораздо больше кислорода, чем в покое. Следовательно, дыхательная система должна реагировать на повышение потребности в кислороде усилением вентиляции легких. Частота дыхания во время тренировки быстро возрастает, однако точный механизм такой реакции неизвестен. Повышение потребления кислорода и выработки углекислого газа вызывает раздражение рецепторов, улавливающих изменения газового состава крови, что в свою очередь приводит к стимуляции дыхания. Однако реакция организма на физическую нагрузку наблюдается намного раньше, чем будут зафиксированы изменения химического состава крови. Это свидетельствует о том, что имеются налаженные механизмы обратной связи, посылающие сигнал в легкие при начале физической нагрузки, повышая тем самым частоту дыхания.
Рецепторы
Некоторые специалисты предполагают, что небольшое повышение температуры, которое наблюдается, как только мышцы начинают работать, провоцирует более частое и глубокое дыхание. Однако механизмы контроля, помогающие нам соотносить характеристики дыхания с количеством кислорода, необходимого нашим мышцам, обеспечиваются химическими рецепторами, которые находятся в головном мозге и крупных артериях. Для терморегуляции при физической нагрузке в организме используются механизмы, подобные тем, что запускаются в жаркий день для его охлаждения, а именно:
• расширение сосудов кожи - для увеличения теплоотдачи во внешнюю среду;
• повышение потоотделения - пот испаряется с поверхности кожи, что требует затрат тепловой энергии;
• повышение вентиляции легких - отдача тепла происходит посредством выдыхания теплого воздуха.
Потребление кислорода организмом у спортсменов может повышаться в 20 раз, а количество выделяющегося тепла практически прямо пропорционально потреблению кислорода. Если потоотделения в жаркий и влажный день недостаточно для охлаждения организма, при физической нагрузке может развиться опасное для жизни состояние, называемое тепловым ударом. В подобных условиях первая помощь должна заключаться в как можно более быстром искусственном снижении температуры тела. Организм использует различные механизмы самоохлаждения при физической нагрузке. Повышение потоотделения и легочной вентиляции помогает повысить теплоотдачу.