Анатомо-морфологическое строение и основные физиологические функции организма, обеспечивающие двигательную активность

ТЕМА 2: БИОЛОГИЧЕСКИЕ И Социально-биологические основы АДАПТАЦИИ ЧЕЛОВЕКА К физической И УМСТВЕННОЙ ДЕЯТЕЛЬНОСТИ, ФАКТОРАМ СРЕДЫ ОБИТАНИЯ Лекция 2.1. Анатомо-морфологическое строение и основные физиологические функции организма, обеспечивающие двигательную активность Физиологические системы организма 1. Кровь как физиологическая система. 2. Сердечно-сосудистая система. 3. Дыхательная система. 4. Нервная система. Кровеносная (сердечно-сосудистая) система Кровеносная система состоит из сердца и сети кровеносных сосу­дов. Ее функция — обеспечение непрерывной доставки к каждой клетке, ткани, органу питательных веществ, кислорода и гормонов, а также освобождение организма от ненужных веществ — углекислого газа и других продуктов внутреннего обмена. С сосудистой системой связаны также селезенка («депо крови») и красный костный мозг, яв­ляющийся органом кровотворения. Сердечно-сосудистая система состоит из большого и малого кругов кровообращения. Левый желудочек сердца и правое предсердие обслу­живают большой круг кровообращения, а правый желудочек и левое предсердие — малый. Большой круг кровообращения начинается от левого желудочка сердца, проходит через ткани всех органов и возвра­щается в виде венозной крови в правое предсердие. Из правого пред­сердия кровь переходит в правый желудочек, и оттуда, из правого же­лудочка, начинается малый круг кровообращения, который проходит через легкие, где венозная кровь, отдавая углекислый газ и насыщаясь кислородом, превращается в артериальную и направляется в левое предсердие. Из левого предсердия кровь переходит в левый желудочек и оттуда снова в большой круг кровообращения (рис. 3.7.). Сердце — центральный орган кровеносной системы, который соеди­нен с кровеносными сосудами различного диаметра. Функция серд­ца — прогонять кровь по сосудам, чтобы обеспечить газообмен между клетками и внешним воздухом. Вес сердца здорового человека — 300— 500 г по 5—7 г на килограмм веса в зависимости от тренированности. По существу, сердце — это четырехкамерный насос, делящийся на две половины — левую и правую, каждая из которых состоит из предсердия и желудочка, соединенных между собой клапанами, обеспечивающими свободное поступление крови из предсердия в желудочек, но препят­ствующими его обратному току. Оно ритмично сокращается и гонит кровь по сосудам ко всем органам и тканям организма. Сердце — автоматическое устройство с внутренней автономной иннервацией. Однако на его работу существенное регулирующее воз­действие оказывает и центральная нервная система: непосредственно это воздействие ветви блуждающего нерва (замедляет деятельность сердца) и симпатического (ускоряет). Ритмика сердечных циклов состоит из трех фаз: сокращения пред­сердий, сокращения желудочков и общего расслабления сердца. Вре­менные соотношения этих трех фаз во многом зависят от развития и тренированности сердечной мышцы и от аналогичного состояния кро­вяного русла (аорты, артерий, ка­пиллярной сети и венозных сосу­дов). Движение крови в сосудах обусловлено силой и частотой сокращений сердца и тонусом кро­веносных сосудов, от которых зависит давление крови в артери­альной системе. Частота сердеч­ных сокращений у здорового взрослого человека составляет 60— 80 ударов в минуту. Двигательная активность человека, занятия физическими упражнениями, спортом оказывают существенное влияние на развитие и состояние сердца. Пожалуй, ни один орган не нуждается столь сильно в тренировке и не поддается ей столь легко, как сердце. Работая с большой нагрузкой при выполнении спортивных и трудовых физичес­ких упражнений, сердце неизбежно тренируется. Оно приспосабливает­ся к переброске намного большего количества крови, чем это может сде­лать сердце нетренированного человека. В процессе регулярных занятий физическими упражнениями, как правило, происходит увеличение мас­сы сердечной мышцы и размеров сердца (табл. 3.1). Показателями работоспособности сердца являются, в первую оче­редь, частота пульса, кровяное давление, систолический объем крови, минутный объем крови (подробнее об этом см. гл. 4). Сеть кровеносных сосудов. Кровь в организме под воздействием ра­боты сердца находится в постоянном движении, которое называется кровообращением. Оно осуществляется по обширной сети кровенос­ных сосудов: отходящая от сердца аорта переходит в артерии, артериолы и заканчивается мельчайшими капиллярами, через которые кислород и питательные вещества попадают в ткани. По венам кровь возвращается в сердце под воздействием разности давлений в артери­ях и венах, которое обеспечивает непрерывный ток крови по крове­носным сосудам. Артерии — кровеносные сосуды, по которым кровь движется от сердца, имеют плотные упругие мышечные стенки. Самые мелкие ар­терии разветвляются на микроскопические сосуды — капилляры, про­низывающие весь организм. Их толщина в 10—15 раз тоньше человече­ского волоса, и они охватывают все ткани тела. Например, в 1 мм работающей скелетной мышцы действует около 3 тыс. капилляров. Ес­ли все капилляры человека уложить в одну линию, то ее длина составит 100 тыс. км. Капилляры имеют тонкие полупроницаемые стенки, через которые во всех тканях организма осуществляется обмен веществ. В состоянии покоя или малой двигательной активности значительная часть ка­пилляров не участвует в кровообращении. Из ка­пилляров кровь переходит в вены — сосуды, по ко­торым она движется к сердцу. Вены имеют тонкие и мягкие стенки и клапаны (в магистральных ве­нах конечностей туловища), которые пропускают кровь только в сторону сердца. Движению крови по сосудам способствует дея­тельность окружающих их мышц («мышечный на­сос»). Сокращаясь и расслабляясь, мышцы то сдавливают сосуды, то дают им расправиться и тем самым проталкивают кровь по направлению от сердца (в артериях) и к сердцу (ввенах), так как движению крови в противоположную от сердца сторону препятствуют клапаны, имеющиеся в ве­нозных сосудах (рис. 3.8). Чем чаще и полнее со­кращаются и расслабляются мышцы, тем большую помощь сердцу оказывает «мышечный насос». Особенно эффективно он работает при ходьбе, беге, беге на лыжах, на коньках, при плавании и т.п. «Мышечный насос» способствует более бы­строму отдыху сердца после интенсивной физической нагрузки. Постоянная физическая работа, регулярные физические упражне­ния благоприятно сказываются и на системе кровообращения, так как способствуют снижению тонуса стенок сосудов, расширению со­судов и всего кровяного русла, в том числе и за счет вовлечения в кро­вообращение резервной части капиллярной сети. Умственная работа, равно как и нервно-эмоциональное напряжение, наоборот, приводит к сужению сосудов, повышению тонуса их стенок и даже к спазмам. Такая реакция особенно свойственна сосудам сердца и мозга. Дыхательная система Дыхательная система участвует в обеспечении организма кислоро­дом и в освобождении его от углекислого газа (рис. 3.9). Воздух посту­пает сначала в носовую (ротовую) полость, затем в носоглотку, гор­тань и дальше в трахею. Трахея в нижней своей части делится на два бронха, каждый из которых, входя в легкие, древовидно разветвляется. Конечные мельчайшие развет­вления бронхов (бронхиолы) пере­ходят в закрытые альвеолярные ходы, в стенках которых имеется большое количество шаровидных образований — легочных пузырь­ков (альвеол). Каждая альвеола окружена густой сетью кровенос­ных капилляров. Именно здесь происходит газообмен между кровью и атмосферным воздухом легких. Общая поверхность всех легочных пузырьков очень велика, она в 50 раз превышает поверхность кожи человека и составляет более 100 м2. Углекислый газ, интенсивно образующийся в клетках, переходит в межтканевую жидкость и затем в кровь. С помощью крови он транспор­тируется к легким, а затем выводится из организма во время выдоха. Об­мен воздуха в легких происходит в результате дыхательных движений грудной клетки. Через каждые 3—4 с у человека под влиянием импуль­сов, поступающих из ЦНС, происходит сокращение дыхательных мышц — диафрагмы и наружных межреберных мышц. В результате объ­ем грудной клетки увеличивается. В легкие засасывается порция возду­ха, происходит вдох. Выдох в покое производится пассивно, при рас­слаблении мышц, осуществлявших вдох, так как грудная клетка под воздействием силы тяжести и атмосферного давления уменьшается, и воздух из легких выталкивается. При интенсивной физической работе в выдохе дополнительно участвуют мышцы брюшного пресса, внутрен­ние межреберные и другие скелетные мышцы. Деятельность дыхательной системы через ЦНС строго координи­руется с другими системами. Если, например, при физической работе повышается частота дыхания, то соответственно возрастает частота сердечных сокращений (ЧСС). Частота и глубина дыхания (совместно с сердечно-сосудистой си­стемой) влияют на приток крови в легких. В норме на 6—9 л воздуха, проходящих через легкие за 1 мин, приходится около 5 л крови. При нарушении акта дыхания приток крови может уменьшиться, снижает­ся насыщение ее кислородом. Систематические занятия физическими упражнениями укрепляют дыхательную мускулатуру и способствуют увеличению подвижности (экскурсии) и объема грудной клетки, вовлекают в дыхательный про­цесс дополнительное число альвеол, так как далеко не все из них задействованы в состоянии покоя. Все это существенно повышает ре­зервные возможности дыхательной системы, повышает работоспо­собность организма человека. Нервная система Нервная система состоит из центрального (головной и спинной мозг) и периферических отделов (нервов, отходящих от головного и спинного мозга и расположенных на периферии нервных узлов). ЦНС координирует деятельность различных органов и систем орга­низма. Процессы, протекающие в ЦНС, лежат в основе как двига­тельной, так и всей психической деятельности человека. Спинной мозг выполняет рефлекторную и проводниковую для нервных импульсов функцию. Главным «исполнителем» спинного мозга является сеть соматической нервной системы, инервирующей произвольную (скелетную) мускулатуру и обеспечивающей общую чувствительность тела и отдельных органов чувств. Тонус центров спинного мозга регулируется высшими отделами ЦНС, находящими­ся в головном мозге. Специализированным отделом нервной системы, регулируемым корой больших полушарий, является вегетативная нервная система. В отличие от соматической, вегетативная нервная система автономно регулирует деятельность внутренних органов — дыхания, кровообра­щения, выделения, размножения, желез внутренней секреции, регу­ляции обмена веществ, термообразования, а также участвует в форми­ровании эмоциональных реакций (страх, гнев, радость). Деятельность вегетативной нервной системы в основном непроизвольна и сознани­ем непосредственно не контролируется. Головной мозг представляет собой скопление огромного количества нервных клеток. Согласно современным представлениям, в коре голов­ного мозга насчитывается свыше 14 млрд клеток и 100 тыс. млрд межкле­точных связей. Это система высшей сложности, определяющая физичес­кую, интеллектуальную и духовную сущность человека. Мозг человека— необозримое множество нервных цепей, соединенных в невероятную схему движений, мышления, генерирующую мощность до 20 Вт, способ­ную хранить в себе до 1 000 000 000 000 000 бит информации. Кора больших полушарий головного мозга — наиболее молодой в филогенетическом отношении отдел ЦНС по сравнению со спинным мозгом и его функциями. Именно этим объясняется определенная неустойчивость функций головного мозга (например, умственная де­ятельность) по сравнению с рефлекторными действиями двигатель­ных нервных клеток спинного мозга, непосредственно обеспечиваю­щих физические нагрузки человека. Мозговая ткань потребляет в 5 раз больше кислорода, чем сердце, и в 20 раз больше, чем мышцы. Составляя всего около 2% массы тела челове­ка, мозг поглощает 18—25% потребляемого всем организмом кислорода и очень чувствителен к его недостатку. В этом случае возникает слабость, понижается умственная работоспособность, ухудшается память, появля­ется раздражительность, возможны головные боли. Причиной может оказаться и элементарный недостаток движений, физической нагрузки, которая активизирует поступление кислорода крови в головной мозг. Рецепторы и анализаторы как самостоятельная система организма Рецепторы — это такие нервные образования, которые восприни­мают раздражения и во многом определяют способность организма быстро приспособиться к изменениям в окружающей среде, транс­формируя внешние раздражения (температуру, звук, свет и т.д.), а так­же с внутренних органов и опорно-двигательного аппарата, в нервные импульсы, поступающие в ЦНС. Рецепторы человека делятся на две группы: экстеро- (внешние) и интеро- (внутренние). В свою очередь, внутренние рецепторы делятся на висцеро- (на внутренних органах) и проприо- (на органах опоры и движения) рецепторы. Каждый такой рецептор является составной ча­стью анализирующей системы — анализатора. Анализатор состоит из трех отделов: рецептора, проводниковой части и центрального образо­вания в головном мозге. К анализаторам, обеспечивающим жизнедея­тельность человека, относятся кожный, двигательный, вестибулярный, зрительный, слуховой, обонятельный, вкусовой, висцеральный (со­стояние ряда внутренних органов). При разнообразных движениях че­ловека наиболее задействованы: двигательный (рецепторы в мышцах, сухожилиях и связках — проприорецепторы возбуждаются под влияни­ем давления и растяжения), вестибулярный (воспринимает положение тела в пространстве), зрительный (восприятие пространства) и отчас­ти — кожный (тактильная, болевая, тепловая чувствительность).