Снижение физических нагрузок в условиях современной жизни, с одной стороны, и недостаточное развитие массовых форм физической культуры среди населения, с другой стороны, приводят к ухудшению различных функций и появлению негативных состояний организма человека.

2.1.1 - Понятия гипокинезия и гиподинамия

Для обеспечения нормальной жизнедеятельности организма человека необходима достаточная активность скелетных мышц. Работа мышечного аппарата способствует развитию мозга и установлению межцентральных и межсенсорных взаимосвязей. Двигательная деятельность повышает энергопродукцию и образование тепла, улучшает функционирование дыхательной, сердечно-сосудистой и других систем организма. Недостаточность движений нарушает нормальную работу всех систем и вызывает появление особых состояний - гипокинезии и гиподинамии.

Гипокинезия - это пониженная двигательная активность. Она может быть связана с физиологической незрелостью организма, с особыми условиями работы в ограниченном пространстве, с некоторыми заболеваниями и др. причинами. В некоторых случаях (гипсовая повязка, постельный режим) может быть полное отсутствие движений или акинезия, которая переносится организмом еще тяжелее.

Существует и близкое понятие - гиподинамия. Это понижение мышечных усилий, когда движения осуществляются, но при крайне малых нагрузках на мышечный аппарат. В обоих случаях скелетные мышцы нагружены совершенно недостаточно. Возникает огромный дефицит биологической потребности в движениях, что резко снижает функциональное состояние и работоспособность организма. [10]

Некоторые животные очень тяжело переносят отсутствие движений. Например, при содержании крыс в течение 1 месяца в условиях акинезии выживает 60% животных, а в условиях гипокинезии - 80%. Цыплята, выращенные в условиях обездвижения в тесных клетках и выпущенные затем на волю, погибали при малейшей пробежке по двору.

Тяжело переносится снижение двигательной активности человеком. Обследование моряков-подводников показало, что после 1,5 месяцев пребывания в море сила мышц туловища и конечностей уменьшалась на 20-40% от исходной, а после 4 месяцев плавания - на 40-50%. Наблюдались и другие нарушения.

2.2 - Гиподинамия

2.2.1 - Двигательная активность у детей и подростков

Будучи изолированными от общества людей в раннем детстве, человек никак не проявляет активности, потребности в подлинно человеческом познании окружающего мира. И наоборот, чем больше он к этому побуждается специальным педагогическим руководством, тем быстрее и охотнее приобщается к ценностям общечеловеческой культуры. В связи с этим активное приобщение детей к овладению теоретическими основами спорта, физиологическими, тактико-техническими знаниями необходимо не только для спортивного роста, но и для социализации человека, формирования его личности.

Приобщение к активной двигательной деятельности нужно начинать в малом возрасте. Так как высокие способности детей к овладеванию новыми движениями постепенно утрачиваются или одновременно с процессом взросления. С наступлением зрелости и окончанием структурной дифференцировки нервной системы овладение новыми движениями требует больше времени, умственных и физических затрат. Ребенок обладает не только большой пластичностью мозга, но и высокой податливостью (чувствительностью) к специфическим для человека способам стимулирования его развития. Это относится, в частности, к использованию внушения и самовнушения как важнейшего инструмента спортивно - физического роста и развития тренированности. [1, 9]

Физиологически оправданными являются различные средства стимулирования двигательной активности. Физические упражнения, выполняемые с использованием тренажеров и других технических приспособлений являются высокоэффективными средствами тренировки. Несомненную роль играет высокая восприимчивость человеческого мозга к упражнениям с предметами.

Главная социальная функция спорта - совершенствование физической и психической природы человека - в известной мере служит положительному изменению демографической структуры общества. Физическая культура добавляет не только годы к жизни, но и жизнь к годам: продолжительность активной творческой жизни увеличивается, общество получает дополнительный резерв трудоспособного населения.

2.2.2 - Влияние недостаточной двигательной активности на организм человека

Становление человека происходило в условиях высокой двигательной активности, которая была необходимым условием его существования, биологического и социального процесса. Тончайшая сработанность всех систем организма формировалась в процессе эволюции на фоне активной двигательной деятельности. Недостаточность движений в современном обществе - социальный, а не биологический феномен. Спорт способствует формированию популяризации людей, более устойчивых к воздействию издержек цивилизации: малоподвижного образа жизни, увеличение агрессивных агентов среды обитания. В процессе эволюции на Земле выжили только те популяции, у которых генетическая устойчивость к физическим нагрузкам оказалась более высокой. Можно сказать поэтому, что физические нагрузки в эпоху НТР являются фактором элиминируемого отбора. При этом обычные рекомендации по рационализации сводятся к использованию малоинтенсивных форм двигательной активности. Их полезность не вызывает сомнений, однако сила тренирующего воздействия на основные системы жизнеобеспечения, и в первую очередь на сердечно-сосудистую систему, у них оказывается недостаточной. Физические нагрузки, оказывающие мощное тренирующие воздействие на все системы жизнеобеспечения, являются важнейшим фактором эволюции человека на современном этапе его развития. Они способствуют формированию популяции, степень устойчивости которых к агрессивным факторам внешней среды повышается. [14]

Научно-техническая революция ведет к уменьшению доли тяжелого труда, физических нагрузок и на производстве, и в быту, а, следовательно, снижению доли активной двигательной деятельности. Каковы же причины столь неблагоприятных последствий недостаточной двигательной активности (гипокинезии)?

Снижение двигательной активности приводит к нарушению слаженности в работе мышечного аппарата и внутренних органов вследствие уменьшения интенсивности импульсации из скелетных мышц в центральный аппарат регуляции. На уровне внутриклеточного обмена гипокинезия приводит к снижению структур. При гипокинезии изменяется структура скелетных мышц и миокарда. Падает иммунологическая устойчивость, активность.

Также снижается устойчивость организма к перегреву, охлаждению, недостатку кислорода.

Уже через 7-8 суток неподвижного лежания у людей наблюдаются функциональные расстройства; появляются апатия, забывчивость, невозможность сосредоточиться на серьезных занятиях, расстраивается сон, резко падает мышечная сила, нарушается координация не только в сложных, но и в простых движениях; ухудшается сократимость скелетных мышц, изменяются физико-химические свойства мышечных белков; в костной ткани уменьшается содержание кальция.

У юных спортсменов эти расстройства развиваются медленнее, но и у них в результате гиподинамии нарушается координация движений, появляются вегетативные дисфункции. Особенно пагубна гиподинамия для детей. При недостаточной двигательной активности дети не только отстают в развитии от своих сверстников, но и чаще болеют, имеют нарушения в опорно-двигательной функции. [13, 10, 9]

Последние полмиллиона лет человек эволюционирует без изменения в своей генетической программе. Между тем условия, в которых жили наши предки, и условия, в которых живем мы, отличаются, прежде всего, требованиями к объему выполняемых движений. Мы затрачиваем несравненно меньше физических сил, чтобы обеспечить собственное существование. Нормальное функционирование сердечно - сосудистой, дыхательной, гормональной и других систем организма тысячелетиями развертывалось в условиях активной двигательной деятельности, вдруг на последнем 100-50 летнем отрезке эволюции условия жизни предлагают организму совершенно необычную при недостатке движений форму реализации сложившихся способов жизнедеятельности его органов и систем. Природа человека не прощает этого: появляются болезни гипокинезии.

Во время мышечной работы активизируются не только сам исполнительный (нервно-мышечный) аппарат, но и по механизму моторно-висцеральных рефлексов (т.е. рефлексов с мышц на внутренних органов), нервная и гуморальная регуляции. Поэтому снижение двигательной активности ухудшает состояние организма в целом. Страдают и нервно - мышечная система, и функции внутренних органов. [2]

В отличие от механической системы, изнашивающейся от работы, деятельность живого организма сопровождается не только прогрессивными функциональными, но и морфологическими сдвигами. Возрастающие адаптационные процессы и резервы приводят к экономизации функционирования скелетных мышц и внутренних органов - на единицу выполняемой работы затрачивается меньше энергии, быстрее идут восстановительные процессы.

В центральной нервной системе гипокинезия и гиподинамия вызывают потерю многих межцентральных взаимосвязей, в первую очередь, из-за нарушения проведения возбуждения в межнейронных синапсах, т.е. возникает асинапсия. При этом изменяется психическая и эмоциональная сфера, ухудшается функционирование сенсорных систем. Поражение мозговых систем управления движениями приводит к ухудшению координации двигательных актов, возникают ошибки в адресации моторных команд, неумение оценивать текущее состояние мышц и вносить коррекции в программы действий. [5]

В двигательном аппарате отмечаются некоторые дегенеративные явления, отражающие атрофию мышечных волокон - снижение веса и объема мышц, их сократительных свойств. Ухудшается кровоснабжение мышц, энергообмен. Происходит падение мышечной силы, точности, быстроты и выносливости при работе (особенно статической выносливости). При локомоциях усиливаются колебания общего центра масс, что резко снижает эффективность Движений при ходьбе и беге.

Дыхание при недостаточной двигательной активности характеризуется уменьшением ЖЕЛ, глубины дыхания, минутного объема дыхания и максимальной легочной вентиляции. Резко увеличивается кислородный запрос и кислородный долг при работе. Основной обмен понижается.

Нарушается деятельность сердечно-сосудистой системы. Возникает атрофия сердечной мышцы, ухудшается питание миокарда. В результате развивается ишемическая болезнь сердца. Уменьшение объема сердца приводит к меньшим величинам сердечного выброса (уменьшение систолического и минутного объема крови). Частота сердечных сокращений при этом повышается как в покое, так и при физических нагрузках.

Ослабленные скелетные мышцы не могут в должной мере способствовать венозному возврату крови. Недостаточность или полное отсутствие их сокращений практически ликвидирует работу "мышечного насоса", облегчающего кровоток от нижних конечностей к сердцу против силы тяжести. Выпадение помощи со стороны этих "периферических сердец" еще более затрудняет работу сердца по перекачиванию крови. Время кругооборота крови заметно возрастает. Количество циркулирующей крови уменьшается.

При низких физических нагрузках и малом увеличении глубины дыхания при работе почти не помогает кровотоку и "дыхательный насос", так как присасывающее действие пониженного давления грудной полости и работа диафрагмы ничтожны. Все эти следствия пониженной двигательной активности вызывают в современном мире огромный рост сердечно-сосудистых заболеваний. [7]

В эндокринной системе отмечается снижение функций желез внутренней секреции, уменьшается продукция их гормонов.

В случаях акинезии происходят наиболее глубокие поражения организма, и происходит сглаживание суточных биоритмов колебания частоты сердцебиения, температуры тела и других функций.

2.3 - Гипокинезия

2.3.1 - Феноменологическая картина гипокинезии

Тот факт, что двигательная активность совершенствует физические особенности, повышает работоспособность, общеизвестен. Он подтвержден неоднократно в специальных экспериментах и наблюдениях.

Не менее известно, что научно-техническая революция ведет к уменьшению доли тяжелого физического труда и на производстве, и в быту, а, следовательно, к неуклонному снижению доли активной двигательной деятельности. Каковы же причины неблагоприятных последствий гипокинезии?

Снижение двигательной активности приводит к нарушению слаженности в работе мышечного аппарата и внутренних органов вследствие уменьшения интенсивности проприоцептивной импульсации из скелетных мышц в центральный аппарат нейрогуморальной регуляции (стволовый отдел мозга, подкорковые ядра, кору полушарий большого мозга).

На уровне внутриклеточного обмена гипокинезия приводит к снижению воспроизводства белковых структур: нарушаются процессы транскрипции и трансляции (снятие генетической программы и ее реализация в биосинтезе). При гипокинезии изменяется структура скелетных мышц и миокарда. Падает иммунологическая активность, а также устойчивость организма к перегреванию, охлаждению, недостатку кислорода. [6]

Уже через 7-8 суток неподвижного лежания у людей наблюдаются функциональные расстройства; появляются апатия, забывчивость, невозможность сосредоточиться на серьезных занятиях, расстраивается сон; резко падает мышечная сила, нарушается координация не только в сложных, но и в простых движениях; ухудшается сократимость скелетных мышц, изменяются физико-химические свойства мышечных белков; в костной ткани уменьшается содержание кальция.

У юных спортсменов эти расстройства развиваются медленнее, но и у них в результате гиподинамии нарушается координация движений, появляются вегетативные дисфункции. Особенно пагубна гиподинамия для детей. При недостаточной двигательной активности дети не только отстают в развитии от своих сверстников, но и чаще болеют, имеют нарушения осанки и опорно-двигательной функции.

Последние полмиллиона лет человек эволюционирует филетически, т.е. без изменений в своей генетической программе. Между тем условия, в которых жили наши далекие предки, и условия, в которых живем мы, отличаются, прежде всего, требованиями к объему выполняемых движений. То, что было необходимо древним людям, стало ненужным современному человеку. Мы затрачиваем несравненно меньше физических сил, чтобы обеспечить собственное существование. Но закрепленная тысячелетиями в геноме человека норма двигательной активности не стала для него анахронизмом, ибо не просто при неизменном геноме освободиться от обусловленных им программ жизнедеятельности. [4]

Действительно, нормальное функционирование сердечно-сосудистой, дыхательной, гормональной и других систем организма тысячелетиями развертывалось в условиях активной двигательной деятельности, и вдруг на последнем 100-50-летнем отрезке эволюции условия жизни предлагают организму совершенно необычную при недостатке движений форму реализации сложившихся способов жизнедеятельности его органов и систем. Природа человека не прощает этого: появляются болезни гипокинезии. Их развитие связано с глубокими функциональными и структурными изменениями на уровне воспроизводства клеточных структур в цепи ДНК - РНК - белок.

2.3.2 - Гипокинезия на клеточном уровне

Какими механизмами порождаются видимые невооруженным глазом расстройства физиологических функций при гипокинезии? Ответ на этот вопрос получен при исследовании внутриклеточных механизмов роста и развития организма.

Многочисленные экспериментальные факты свидетельствуют о том, что гипокинезия для теплокровных животных и человека является стрессорным агентом. Аварийная стрессорная фаза экспериментальной гипокинезии продолжается с первых по пятые сутки. Для нее характерно резкое повышение продукции катехоламинов и глюкокортикоидов, преобладание катаболических процессов. Вес животных падает. Наиболее интенсивному разрушительному влиянию на этой стадии подвергается тимус вследствие миграции лимфоцитов, составляющих около 90% его клеточных популяций. Повышенная чувствительность лимфоцитов к стресс-гормонам может рассматриваться как главная причина их миграции и падения массы тимуса.

В последующие 10 суток разрушительному воздействию подвергаются селезенка и печень. Практически неизменными остаются полушария большого мозга. С 30-х по 60-е сутки гипокинезии вес животных стабилизируется, но, как показали исследования, останавливается нормальный физиологический рост. Содержание нуклеиновых кислот в клетках коррелирует с процессами роста животных и его остановкой при гипокинезии. [14]

Менее всего подвержен влиянию гипокинезии головной мозг. В первые 10 дней гипокинезии в нем отмечается увеличение ДНК при сохранении исходного уровня РНК. Концентрация и общее содержание РНК в сердце снижается, что приводит к нарушению биосинтеза белка в миокарде. Отношение РНК/ДНК падает, следовательно, уменьшается и скорость транскрипции (считывания программы биосинтеза) с генетических матриц ДНК. В первые 20 суток гипокинезии падает и абсолютное содержание ДНК, начинаются деструктивные процессы в сердце.

С 20-х по 30-е сутки содержание ДНК в сердце растет. Этот рост связан с ее увеличением в эндотелии и фибробластах сердца (60 % ДНК сердца находится в фибробластах и эндотелиальных клетках, 40% - в мышечных клетках - кардиомиоцитах). Известно, что количество мышечных клеток сердца с 20-х суток постнатального онтогенеза не увеличивается.

С 30-х по 60-е сутки прироста содержания ДНК в сердце не происходит. Снижается плоидность кардиомиоцитов. В нормальных условиях жизнедеятельности число кардиомиоцитов, имеющих более двух ядер, увеличивается. Следовательно, активность генетического аппарата клетки находится в тесной связи с интенсивностью ее функционирования, а гипокинезия выступает как фактор торможения биосинтеза. Особенно демонстративны эти изменения в скелетных мышцах: если при нормальном содержании животных количество РНК за 2 месяца увеличивается на 60 %, то при двухмесячной гипокинезии становится ниже нормы.

Концентрация нуклеиновых кислот в печени при гипокинезии остается на уровне нормы, но снижается их абсолютное (т.е. на массу всего органа) содержание. В печеночной ткани наблюдаются дистрофические изменения, падает количество полиплоидных и делящихся клеток, т.е. клеток с увеличивающимся количеством ДНК, угнетается синтез матричной и рибосомальной РНК. Снижение общего количества ДНК - результат гибели части клеток печени.

В тимусе и селезенке начиная с первых дней гипокинезии и до 20-х суток падает и концентрация, и общее содержание нуклеиновых кислот.

Содержание и скорость биосинтеза белковых структур клетки тесно связаны с изменениями количества ДНК и РНК. В первые 20 дней гипокинезии отмечается преобладание катаболических процессов в клетках и тканях экспериментальных животных. Вследствие деструктивных изменений в клетках тимуса и печени, скелетных мышц, концентрация катепсина Д, фермента распадающихся тканевых белков, уже к третьим суткам гипокинезии превышает уровень контроля в два раза.

С 20-х по 30-е сутки гипокинезии наблюдается стабилизация белкового состава внутренних органов. В клетках печени и кардиомиоцитах количество белка начинает расти, но в последующие дни - от 30-го до 60-го - уровень его остается стабильным. [4]

Возвращение в условия нормальной жизнедеятельности после гипокинезии приводит к активизации биосинтеза нуклеиновых кислот и белка. В тимусе уже к десятым суткам восстановительного периода их содержание достигает уровня контрольных животных. В скорости восстановительных процессов проявляется одна из закономерностей биологического развития: низкодифференцированные структуры восстанавливаются быстрее, чем высокодифференцированные. К концу 30-го дня восстановительного периода подопытные животные практически не отличались от контрольных. Этот факт убедительно свидетельствует о том, что гипокинезия не вызывает необратимых изменений в генетическом аппарате клетки.

Глава 3. Потребление кислорода как биохимический критерий гиподинамии