Биологические основы физической культуры

Соотношение количества энергии, поступающей с пищей и энергии, расходуемой организмом называется энергетическим балансом.

Кроме энергетического обеспечения, поступающие в организм питательные вещества, используется для восстановления изнашиваемых и построения новых клеток и тканей, образования гормонов и ферментов ( биологические катализаторы). Например, за пять лет учебы у студентов роговица глаза сменяется 250 раз, слизистая оболочка желудка - 500 раз и т.д.

Обмен веществ в организме (метаболизм) заключается в осуществлении двух взаимно противоположных, но неразрывно связанных процессов: ассимиляции и диссимиляции. Ассимиляция (анаболизм) включает так называемые пластические процессы, в результате которых происходит образование новых белковых и клеточных форм, ферментов и др. Расходуемая при этом энергия превращается в потенциальную химическую энергию сложных молекул. Совокупность процессов диссимиляции (катаболизма) связана с разрушением, расщеплением веществ, входящих в состав клеток, благодаря чему происходит освобождение потенциальной химической энергии, которая превращается в другие виды энергии. Например, химическая энергия превращается в тепловую, в механическую, электрическую и обеспечивает работу внутренних органов, мышц, поддержание оптимальной температуры тела и т.д.

Израсходованная энергия восполняется затем путем поступления в организм новых питательных веществ. Некоторые вещества при избыточном поступлении могут откладываться в организме в виде запасов. Образующиеся в процессе обмена продукты распада удаляются из организма во внешнюю среду органами выделения.

Пищеварение является начальным этапом обмена веществ, в процессе которого происходит физическая и химическая обработка пищи, в результате чего она превращается в такие вещества, которые могут всасываться в кровь и усваиваться. Переваривание пищи в желудке продолжается 6-8 часов, а жирная пища - до 10 и более часов.

Работа органов пищеварения регулируется нервными и гуморальными механизмами.

Мышечная деятельность активизирует обменные процессы, ведет к увеличению потребности организма в питательных веществах и тем самым стимулирует работу пищеварительных органов, желудочную и кишечную секреции. Однако, физическая работа, выполняемая сразу после приема пищи, не усиливает, а тормозит пищеварительные процессы. При этом возбуждение центров регуляции пищеварения и перераспределение крови от мышц к работающим органам брюшной полости снижает эффективность работы мышц. Наполненный желудок приподнимает диафрагму, затрудняя работу органов дыхания и кровообращения.

Если мышечная работа начинается через 2-2,5 часа после приема пищи, то она может даже усиливать функцию пищеварения.

Обмен веществ в живом организме происходит постоянно. Однако уровень его интенсивности может быть различным (например, во время сна, при физической работе). Минимальный уровень обмена веществ называется основным обменом.

Основной обмен имеет место в состоянии полного мышечного покоя, натощак при температуре окружающей среды 20-220. При таких условиях расход энергии взрослого человека в среднем составляет 1 ккал на 1 кг массы тела за один час. Так при весе равном 70 кг основной обмен человека в сутки составит 1680 ккал, из которых 25 % связано с обеспечением работы сердца, почек, дыхательных мышц и др., а 75 % - с функционированием клеток и тканей организма.

При мышечной работе расход энергии увеличивается по мере нарастания ее интенсивности, например, при ходьбе энергии расходуется на 10-12 % больше, чем в покое, а при беге - на 40-50 % и более.

По энерготратам трудовая деятельность людей условно подразделяется на четыре группы:

умственный труд, суточный расход энергии, который составляет 2300-3000 ккал;

механизированная работа с суточным расходом энергии 2500-3200 ккал;

частично механизированная работа с суточным расходом энергии 2600-3400 ккал;

тяжелая физическая работа с суточным расходом энергии 3500-4300 ккал и более.

У студентов в дни занятий по физическому воспитанию энерготраты увеличиваются с 2500-300 ккал до 3500-4000 ккал.

Современный человек получает с пищей в сутки 4000 ккал и более. У многих людей, особенно занимающихся умственным трудом, остается неизрасходованной 20-25 % этой энергии. Избыточные калории откладываются в организме в виде запасов. Возникает так называемый «порочный круг»: при излишнем весе пропадает желание двигаться, что в свою очередь способствует еще большему увеличению веса. Повышение двигательной активности ведет к стабилизации энергетического баланса. Для нормальной жизнедеятельности организма ежесуточный расход энергии на двигательную активность должен составлять 1200-1300 ккал.

Спортивная деятельность сопровождается значительными суточными затратами энергии до 6000-7000 ккал и более. Например, в день соревнований участник 100-киломитровой велогонки имел суточный расход энергии 10000 ккал.

На величину расхода энергии при мышечной работе влияет состояние тренированности организма. Нетренированный человек тратит на работу больше энергии, чем тренированный. Если работа несложная (например, вращение педалей велотренажера), то различие в энерготратах тренированного и нетренированного человека составят около 10 %. Если же работа требует точной координации движений и усилий (передвижение на лыжах, плавание), то при одной и той же скорости движений разница в расходе энергии тренированного и нетренированного человека может достигнуть 25-30 %.

3.6. Нервная система

Нервная система человека условно делится на соматическую, регулирующую деятельность органов чувств и скелетных мышц, и вегетативную, которая иннервирует внутренние органы. Кроме того, нервную систему подразделяют на центральную и периферическую.

Периферическая нервная система состоит из огромного числа нервных волокон, пронизывающих все органы и ткани человеческого тела. Около половины всех нервных волокон - чувствительные нервы (афферентные или приносящие), которые оканчиваются специальными разветвлениями - рецепторами, расположенными в большинстве клеток организма. От рецепторов (от лат. «ресептор» - воспринимающее образование) информация обо всем, что происходит в организме доставляется в центральную нервную систему. Другая половина нервных волокон - двигательные нервы, идущие от центральной нервной системы к тканям и органам (эфферентные или выносящие) и передающие «инструкции», «приказы», определяющие их деятельность в тех или иных ситуациях.

Центральную нервную систему (ЦНС) составляют головной и спинной мозг. Спинной мозг - это главный кабель, соединяющий периферическую нервную систему с головным мозгом. В своих верхних отделах спинной мозг переходит в головной.

Основным структурным элементом нервной системы является нервная клетка или нейрон. Через нейроны передается информация от одного участка нервной системы к другому, происходит обмен информацией между нервной системой и различными участками тела. Максимальная скорость нервных импульсов от нейрона к нейрону составляет 400 км/час. В нейронах происходят сложнейшие процессы обработки информации, формируются ответные реакции (рефлексы) на внешние и внутренние раздражения.

Деятельность нервной системы основана на двух взаимодействующих физиологических процессах - возбуждении и торможении.

Регулирующая функция нервной системы осуществляется на основе учета постоянно меняющихся внутреннего состояния и внешних условий функционирования организма. Воздействия из внешней среды и внутренней нервная система воспринимает через сложные физиологические образования - анализаторы (И. П. Павлов) или сенсорные системы (от лат. «сенсус» - чувства, ощущения). Структурно каждое образование включает воспринимающий компонент - рецептор и нервные клетки, передающие возникающие в нем возбуждение к соответствующим участкам мозга. Функции сенсорных систем строго специализированы: одни воспринимают и обрабатывают оптические раздражения, другие - звуковые, тактильные, вкусовые и др. Поступающая от анализаторов в ЦНС информация отражает состояние органов и тканей, а так же характер процессов, происходящих внутри и вне организма.

В двигательной деятельности ЦНС играет особенно важную роль.

При выполнении движений возрастает потребность мышц в энергетических веществах, кислороде. Для удовлетворения этой потребности повышается уровень активности систем дыхания, кровообращения, обменных процессов, других органов и тканей. Кроме того, по ходу того или иного движения, состав участвующих в нем мышц меняется в зависимости от изменения скорости движения, степени развиваемого усилия, утомления и ряда других факторов.

Целенаправленное выполнение движения, работу обеспечивающих его органов и систем организма координирует ЦНС.

При освоении новых движений ведущим фактором выступает также ЦНС.

У родившегося ребенка имеется небольшой двигательный багаж: сосательные движения, глотание, мигание, сгибание и разгибание конечностей. С развитием организма и совершенствованием нервной системы двигательный багаж человека увеличивается за счет овладения новыми движениями.

Постепенно социальные условия жизни человека усложняют его двигательную деятельность, благодаря чему вырабатываются сугубо человеческие формы движения: бытовые, трудовые, спортивные.

Двигательные действия - это действия произвольные, которые выполняются сознательно и в волевом режиме управляются человеком. В свою очередь двигательное действие - это система отдельных движений, процессов, объединенных смысловой задачей и направленных на достижение конкретного результата.

В механизмах управления двигательными действиями выделяется три уровня: одни компоненты действия управляются при активном участии сознания, другие - автоматизировано, третьи - не осознаются вообще. Соответственно в физиологии, психологии различаются умения, навыки и безусловно-рефлекторные реакции. Умение - это действие, основу которого составляет практическое применение полученных знаний, приводящее к успеху конкретной деятельности. Навык - то же действие, доведенное путем повторения до такой степени совершенства, при которой оно выполняется правильно, быстро и экономно (легко) с высоким количественным и качественным результатом.

Современные представления об организации и осуществлении сложных двигательный действий, целостных поведенческих актов отражены в теории функциональных систем П.К. Анохина. Суть ее в том, что полезный результат является решающим фактором (смыслом) поведения животных и человека, для достижения которого в нервной системе формируется группа взаимосвязанных нейронов, так называемая функциональная система. Сколько нервных клеток будет включено в эту систему, какой уровень их активности необходим, какие взаимоотношения должны быть между ними установлены, а какие исключены - все это определяется намечаемым результатом. С возникновением цели, вошедшие в функциональную систему элементы из самостоятельных и независимых превращаются во взаимосвязанные и подчиненные единому процессу достижения результата.

Деятельность функциональной системы можно условно разделить на четыре последовательных этапа:

обработка сигналов из внешней и внутренней среды об условиях предстоящего действия;

принятие решения о начале действия;

формирование программы действия;

анализ полученного результата, коррекция программы с учетом содержания обратных связей.

Универсальное значение теории функциональных систем состоит в том, что она помогает увидеть различные аспекты достижения организмом любой двигательной задачи: оптимальный момент начала движения, наиболее выгодную его структуру (сочетание мышц, степень и скорость их напряжения, порядок включения в работу и т.д.), целесообразный уровень функционирования вегетативных систем, постоянную и эффективную коррекцию по ходу выполнения и др.

Вопросы

1. Организм. Его функции. Взаимодействие с внешней средой. Гомеостаз.

2. Регуляция функций в организме.

3. Саморегуляция организма. Принципы неравновесности, замкнутого контура, прогнозирования.

4. Двигательная активность как биологическая потребность организма.

5. Особенности физически тренированного организма.

6. Влияние физической подготовки на долголетие, стрессовые состояния, устойчивость к гипоксии, токсичным веществам.

7. Сущность утомления и восстановления.

8. Костная система. Влияние на нее физических нагрузок.

9. Мышечная система. Скелетные мышцы, строение, функции.

10. Двигательная единица. Быстрые и медленные двигательные единицы.

11. Напряжение и сокращение мышц. Изотонический и изометрический режимы работы.

12. Сила и выносливость мышц. Мышечный тонус.

13. Сердечнососудистая система. Функция крови. Систолический и минутный объем крови. Кровообращение при физических нагрузках.

14. Работа сердца, пульс. Кровяное давление. Влияние на строение и функции ССС мышечной работы.

15. Регуляция работы сердца. Влияние эмоций на сердечную деятельность.

16. Дыхательная система. Процесс дыхания. Газообмен. Регуляция дыхания и его особенности. Дыхание при физических нагрузках.

17. Жизненная емкость легких. Кислородный запрос и кислородный долг. Кислородное голодание, гипоксия.

18. Показатель максимального потребления кислорода (МПК), его значение.

19. Обмен веществ и его сущность. Процессы ассимиляции и диссимиляции. Энергетический баланс.

20. Пищеварение. Его особенности при физической работе.

21. Основной обмен. Энерготраты на различные виды работы. Необходимый уровень энерготрат на двигательную деятельность.

22. Нервная система. Функция нервных клеток. Рецепторы. Анализаторы.

23. Механизмы управления движениями. Умения и навыки.

24. Функциональная система П.К. Анохина.