Система дыхания

Система дыхания. Если сердце представляет собой насос, перекачивающий кровь и обеспечивающий ее доставку ко всем тканям, то легкие - главный орган дыхательной системы - насыщают эту кровь кислородом. Чтобы яснее представить себе функциональные и резервные возможности дыхательной системы, вспомним анатомо-физиологические особенности аппарата дыхания.

Он состоит из воздуховодных путей и легких.

Воздухо-водные пути включают в себя носоглотку, гортань, трахею, бронхи и бронхиолы, доставляющие атмосферный воздух в альвеолы, огромное количество которых и составляет собственно легочную ткань.

Альвеолы - это тонкостенные, наполненные воздухом пузырьки, густо оплетенные кровеносными легочными капиллярами. Подсчитано, что легкие содержат около 600-700 млн. альвеол. Площадь их поверхности при выдохе равняется 30 м2, а при глубоком вдохе, т.е. при растяжении, достигает 100-120 м2. Напомним, что поверхность всего тела составляет около 2 м2. Рис. 1. Система органов дыхания Оказывается, физические нагрузки увеличивают число альвеол в легких, совершенствуя тем самым дыхательный аппарат и увеличивая его резервы. Благодаря исследованиям А. Г. Эйнгорна 1956 было установлено, что у спортсменов количество альвеол и альвеолярных ходов увеличено на 15-20 по сравнению с таковыми у незанимающихся спортом.

Это значительный анатомический и функциональный резерв. Дыхание осуществляется последовательным чередованием вдоха и выдоха. В норме здоровый взрослый человек в покое делает в среднем 15-18 вдохов и выдохов в минуту, причем за один вдох в легкие поступает примерно 500 мл воздуха.

Эта величина называется дыхательным объемом, или дыхательным воздухом. Таким образом, вентиляция легких в одну минуту составляет 7.5-9 л. После обычного вдоха усилием воли можно дополнительно вдохнуть какое-то количество воздуха, он называется дополнительным. Точно так же после обычного выдоха возможно еще выдохнуть некоторое количество воздуха, его называют резервным.

Сумма дыхательного, дополнительного и резервного воздуха составляет жизненную емкость легких. Физические упражнения оказывают большое влияние на формирование аппарата дыхания. У спортсменов, например, жизненная емкость легких достигает 7 л и более. Спортивные врачи сборных команд страны по баскетболу и лыжам зарегистрировали величины, равные 8100 и 8700 мл. Конечно, спортсмены - это люди, как правило, с изначально хорошими физическими данными. Но физические нагрузки развивают любой организм.

Обследование школьников одного возраста и с одинаковыми антропометрическими данными показали, что основные параметры внешнего дыхания, кислородного пульса количество кислорода, используемое организмом за одно сокращение сердца, объема сердца, максимального потребления кислорода, работоспособности были выше в среднем на 20-27 у тех из них, кто занимался спортом. При максимальных физических нагрузках частота дыхания может возрасти до 50-70 в минуту, а минутный объем дыхания до 100-150 л, т.е. в 10-15 раз превысить этот показатель, отмечаемый в состоянии покоя.

Хорошо развитый дыхательный аппарат - надежная гарантия полноценной жизнедеятельности клеток. Ведь известно, что гибель клеток организма в конечном итоге связана с недостатком в них кислорода. И напротив, многочисленными исследованиями установлено, что чем больше способность организма усваивать кислород, тем выше физическая работоспособность человека. Тренированный аппарат внешнего дыхания легкие, бронхи, дыхательные мышцы - это первый этап на пути к улучшению здоровья.

При использовании регулярных физических нагрузок максимальное потребление кислорода, как отмечают спортивные физиологи, повышается в среднем на 20-30 . У тренированного человека система внешнего дыхания в покое работает более экономно. Так, частота дыхания снижается до 8-10 в минуту, при этом несколько возрастает его глубина. Из одного и того же объема воздуха, пропущенного через легкие, извлекается большее количество кислорода.

Возрастающая при мышечной активности потребность организма в кислороде подключает к решению энергетических задач незадействованные до этого резервы легочных альвеол. Это сопровождается усилением кровообращения во вступившей в работу ткани и повышением аэрации насыщенность кислородом легких. Считают, что этот механизм повышенной вентиляции легких укрепляет их. Кроме того, хорошо проветриваемая при физических усилиях легочная ткань менее подвержена заболеваниям, чем те ее участки, которые аэрированы слабее и потому хуже снабжаются кровью.

Известно, что при поверхностном дыхании нижние доли легких в малой степени участвуют в газообмене. Именно в местах, где легочная ткань обескровлена, чаще всего возникают воспалительные очаги. И напротив, повышенная вентиляция легких оказывает целительное действие при некоторых хронических легочных заболеваниях. При физических нагрузках возрастание легочной вентиляции связано с усилившейся амплитудой движений диафрагмы.

Этот факт благоприятно отражается и на состоянии других внутренних органов. Так, сокращаясь при вдохе, диафрагма давит на печень и другие органы пищеварения, способствуя оттоку из них венозной крови и поступлению ее в правые отделы сердца. При выдохе диафрагма поднимается, облегчая приток артериальной крови к органам брюшной полости и улучшая их питание и работу. Таким образом, диафрагма является как бы вспомогательным аппаратом кровообращения для органов пищеварения. Именно этот механизм - своеобразный мягкий массаж - имеют в виду специалисты лечебной физкультуры, рекомендуя некоторые упражнения дыхательной гимнастики для лечения органов пищеварения.

Впрочем, индийские йоги с давних пор лечат заболевания желудка, печени и кишечника дыхательной гимнастикой, эмпирически установив целебное ее действие при многих недугах брюшной полости. Периодическое повышение и понижение внутригрудного давления в акте дыхания существенно отражается и на кровоснабжении самого сердца. Во время вдоха при увеличении объема грудной клетки создается присасывающая сила отрицательного давления, которая усиливает приток крови из полых вен и легочной вены к сердцу.

При этом, что особенно важно, расширяется просвет питающих сердце коронарных артерий, и сердце получает больше кислорода. Можно напомнить, что снижение кровотока именно в этих сосудах создает угрозу возникновения стенокардии и инфаркта миокарда - болезни номер один современного общества. К регулирующему эффекту глубокого дыхания многие больные прибегают интуитивно.

Пациенты рассказывали, как они научились купировать начинающийся приступ пароксизмальной тахикардии болезненно учащенное сердцебиение, используя глубокий вдох с небольшим натуживанием. Физиологи считают, что усиленный вдох оказывает влияние на сердечный кровоток, а также на блуждающий нерв, который способен регулировать работу сердца. В то же время недостаточно развитый аппарат внешнего дыхания может способствовать развитию различных болезненных нарушений в организме, ибо недостаточное поступление кислорода влечет за собой повышенную утомляемость, падение работоспособности, снижение сопротивляемости организма и рост риска заболеваний.

Такие распространенные болезни, как ишемическая болезнь сердца, гипертония, атеросклероз, нарушение кровообращения головного мозга, так или иначе связаны с недостаточным поступлением кислорода. Насколько важно повысить использование кислорода, настолько же важно выработать устойчивость организма к гипоксии, т.е. к кислородному голоданию тканей.

Потому что возникающие при этом неблагоприятные изменения, которые вначале являются обратимыми, затем ведут к заболеваниям. При гипоксии страдает в первую очередь центральная нервная система нарушается тонкая координация движений, появляются головная боль, сонливость, теряется аппетит. Затем снижаются обменные процессы, угнетаются функции внутренних органов. Наступают быстрая утомляемость, слабость, падает работоспособность. Любая работа, особенно умственная, требует больших усилий.

Длительное воздействие гипоксии часто приводит к необратимым изменениям в сердце, печени, ускоренному развитию атеросклероза, раннему старению. Как выработать устойчивость организма к недостатку кислорода? Рецепт прежний - тренировкой. Отличный тренирующий эффект дает продолжительное пребывание в горах на высоте около 2000-2500 м, где содержание кислорода парциальное давление в атмосферном воздухе снижено. Организм постепенно привыкает к недостатку кислорода, перестраивая свои функции и мобилизуя защитные резервы.

Но всех желающих потренироваться невозможно переселить в горы. Следовательно, нужны способы создания искусственной гипоксии. Одним из таких способов является дыхательная гимнастика, в которую включаются упражнения с волевой задержкой дыхания кстати, после неправильного использования именно таких упражнений мы наблюдали дыхательный дискомфорт. Наилучшим же средством являются опять-таки физические нагрузки. Активно сокращающиеся мышцы резко увеличивают кислородный запрос, иногда более чем в 100 раз. Сердечно-сосудистая система не в состоянии сразу обеспечить доставку такого большого его количества к тканям.

Возникает кислородная задолженность состояние гипоксии, которая исчезает в разные сроки после уменьшения нагрузки в зависимости от величины кислородного долга. Систематическое воздействие физических нагрузок определенной мощности создает в тканях гипоксию, которую организм ликвидирует, постоянно включая защитные механизмы, все более и более тренируя их. В итоге возникает состояние высокой устойчивости к недостатку кислорода.

Таким образом, физические нагрузки оказывают как бы двойной тренирующий эффект повышают устойчивость к недостатку кислорода и, увеличивая мощность дыхательной и сердечно-сосудистой системы, способствуют лучшему его усвоению. Известный специалист в области физиологии дыхания профессор М. Е. Маршак считает, что именно мышечная работа служила в процессе эволюции основным стимулом к становлению и развитию системы дыхания. 1.3. Опорно-двигательный аппарат Опорно-двигательный аппарат состоит из костного скелета и мышц. Мышцы человека делятся на три вида гладкая мускулатура внутренних органов и сосудов, характеризующаяся медленными сокращениями и большой выносливостью поперечнополосатая мускулатура сердца, работа которой не зависит от воли человека, и, наконец, основная мышечная масса - поперечнополосатая скелетная мускулатура, находящаяся под волевым контролем и обеспечивающая нам функцию передвижения.

Скелетная мускулатура - главный аппарат, при помощи которого совершаются физические упражнения.

Она отлично поддается тренировке и быстро совершенствуется. Оздоровляющее влияние физической культуры в основном связывают почему-то с улучшением деятельности сердечно-сосудистой и дыхательной систем, забывая о ее роли в развитии мускулатуры, мышечной силы. Наставления типа А зачем накачивать силу? Тренируйте сердце. Это важнее для здоровья совсем не редки.

Такое пренебрежительное отношение к мышечной системе вызвано скорее всего ошибочным представлением о мышцах только как о средстве механического пере движения. Однако их функция значительно шире. Рис. 2. Мышечная система Конечно, скелетная мускулатура, являясь частью опорно-двигательного аппарата, позволяет нам перемещаться в пространстве, полностью обеспечивая жизнедеятельность человека. Одного этого уже было бы достаточно чтобы с большим вниманием относиться к развита мышц. Тем более, что двигаемся-то мы по-разному.

Мы любуемся красотой движений артистов балета грацией и изяществом спортсменов-фигуристов, восхищаемся стройностью и воздушной легкостью походки гимнасток и танцовщиц. А разве не вызывают нашего одобрения сильные, ладные фигуры гимнастов, тяжелоатлетов, борцов? И грустное сожаление испытываем мы при виде людей молодых но сутулых, хилых, с расхлябанной, шаркающей походкой, физически неопрятных. Все это - прекрасные или безобразные движения, хорошая или плохая осанка, правильное или неправильное телосложение - обусловлено нашей природной мышечной одеждой, нашим мышечным корсетом.

Хорошо и гармонично развитая мускулатура, способность мышц в широком диапазоне напрягаться, расслабляться и растягиваться обеспечивают человеку прекрасную внешность. А ведь красота стоит трудов! К тому же хорошее телосложение, как правило, соответствует и более крепкому здоровью, обеспечивает лучшую функцию внутренних органов. Так, при патологических искривлениях позвоночника, деформациях грудной клетки а причиной тому бывает слабость мышц спины и плечевого пояса затрудняется работа легких и сердца, ухудшается кровоснабжение мозга и т.д. Хорошо же развитая мускулатура является надежной опорой для скелета. Тренированные мышцы спины, например, укрепляют позвоночный столб, разгружают его, беря часть нагрузки на себя, предотвращают выпадение межпозвоночных дисков, соскальзывание позвонков достаточно широко распространенная патология, являющаяся причиной упорных болей в поясничном отделе позвоночника. Слабо развитая дыхательная мускулатура не в состоянии обеспечить хорошую вентиляцию легких, и наоборот, именно активность дыхательной мускулатуры совершенствует систему дыхания в процессе роста и развития организма.

Словом, укрепление мышечной системы не только формирует красивую внешность, но и несет здоровье.

Мышцы нашего тела - добрые волшебники. Выполняя свою работу, они одновременно совершенствуют и функции практически всех внутренних органов.

В самом деле, если при большой физической активности обменные процессы в мышцах возрастают в десятки раз, то это увеличение должно быть обеспечено ростом активности других органов и систем и в первую очередь сердечно-сосудистой и дыхательной. Обязательно вовлекаются в процесс центральная и вегетативная нервная система, стимулируется работа печени - основной биохимической лаборатории организма, так как многие процессы, осуществляющие деятельность мускулатуры, происходят именно там. Нервный механизм взаимосвязи скелетной мускулатуры и внутренних органов представляется особенно интересным.

Установлена взаимосвязь мышц и внутренних органов, которая получила название моторно-висцеральных рефлексов. Работающие мышцы посылают по нервным волокнам информацию о собственных потребностях, состоянии и деятельности внутренним органам через вегетативные нервные центры и таким образом влияют на их работу, регулируя и активизируя ее. Может быть, именно этот механизм лежит в основе лечебного эффекта ритмического сокращения мышц во время ходьбы и бега. Человек обычно не замечает работы своего сердца, если его сокращения происходят через равные промежутки времени, но всякое изменение этого ритма выпадение сокращения или внеочередное сокращение ощущается болезненно.

Как мы уже говорили, многие больные избавляются от этого неприятного недуга с помощью физической активности. Не исключено, что ритмические сокращения мышц при равномерной ходьбе и беге передают свою информацию по моторно-висцеральным путям сердечной мышце и как бы диктуют ей физиологически правильный ритм. И.П.Павлов говорил, что в жизни человеческого организма нет ничего более властного, чем ритм, и любая функция, в особенности вегетативная, имеет постоянную склонность переходить на навязанный ей ритм. А если учесть, что нарушение ритма сердечных сокращений часто бывает связано с нарушением нервной регуляции, станет понятным эффект нормализующего воздействия ритмичных мышечных сокращений на деятельность сердца.

Кроме того, известна и прямая функциональная связь работающих скелетных мышц и сердца посредством гуморальной т.е. через кровь регуляции.

Установлено, что на каждые 100 мл повышения потребления кислорода мышцами при нагрузке, отмечается рост минутного объема сердца на 800 мл, следовательно, можно сказать, что в определенной мере работа мышц настраивает работу сердца. Мышцы являются мощной биохимической лабораторией. Они содержат особое дыхательное вещество - миоглобин сходный с гемоглобином крови, соединение которого с кислородом оксимиоглобин обеспечивает тканевое дыхание при экстраординарной работе организма, например при внезапной нагрузке, когда сердечно-сосудистая система еще не перестроилась и не обеспечивает доставку необходимого кислорода.

Важное значение миоглобина заключается и в том, что, являясь первейшим кислородным резервом, он способствует нормальному протеканию окислительных процессов при кратковременных нарушениях кровообращения и статической работе.

Количество миоглобина достаточно велико и достигает 25 от общего содержания гемоглобина. Происходящие в мышцах разнообразные биохимические процессы в конечном итоге отражаются на функции всех органов и систем. Так, в мышцах происходит активное накопление аденозинтрифосфорной кислоты АТФ , которая служит аккумулятором энергии в организме, причем процесс накопления ее находится в прямой зависимости от деятельности мышц и поддается тренировке.

Мышцы играют роль вспомогательного фактора кровообращения. Широко известно, что для стимуляции венозного кровотока у больных варикозным расширением вен болезнь, связанная с врожденной слабостью венозной стенки полезна дозированная ходьба. Она уменьшает отеки, так как сокращающиеся мышцы ног как бы подгоняют, выжимают и подкачивают венозную кровь к сердцу. Учеными установлено, что каждое мышечное волокно постоянно вибрирует даже в состоянии видимого покоя. Эта вибрация, обычно не ощущаемая, не прекращается ни на минуту и способствует лучшему кровотоку.

Таким образом, каждая скелетная мышца, а их в организме около 600, является как бы своеобразным микронасосом, нагнетающим кровь. Конечно, дополнительное участие такого количества периферических сердец, как их образно называют, значительно стимулирует кровообращение. Самое замечательное при этом состоит в том, что эта система вспомогательного кровообращения великолепно поддается тренировке с помощью физических упражнений и, будучи активно включенной в работу, многократно усиливает физическую и спортивную работоспособность.

Отсутствие же регулярных физических нагрузок хотя бы в течение 2-3 дней быстро растренировывает систему микронасосов. Не исключено, что мышечные микронасосы наряду с другими факторами играют не последнюю роль в лечебном эффекте, который дают физические упражнения при некоторых формах сердечной недостаточности. Представим себе сердечная мышца ослаблена, упражнения, казалось бы, усиливают нагрузку на нее, а в результате, как это ни парадоксально признаки болезни исчезают или уменьшаются.

Мышечное волокно характеризуется следующими основными физиологическими свойствами возбудимостью, сократимостью и растяжимостью. Эти свойства в различном сочетании обеспечивают нервно-мышечные особенности организма и наделяют человека физическими качествами, которые в повседневной жизни и спорте называют силой, быстротой, выносливостью и т.д. Они отлично развиваются под воздействием физических упражнений.

Сила лучше и быстрее других качеств растет под воздействием физических нагрузок. При этом мышечные волокна увеличиваются в поперечнике, в них в большом количестве накапливаются энергетические вещества и белки, мышечная масса растет. Существует физическая закономерность сила мышцы пропорциональна физиологическому поперечному ее сечению, т.е. сумме поперечных сечений всех ее волокон. Но силовые способности различных мышц не одинаковы. Так, абсолютная сила, выраженная в килограммах на 1см 2 максимальный груз в килограммах, который может поднять мышца с поперечным сечением 1см икроножной мышцы равна 5.9 бицепса 11.4 трехглавой мышцы плеча 16.8 гладких мышц - всего 1кг см 2 . Регулярные физические упражнения с отягощением занятия с гантелями, штангой, физический труд, связанный с подъемом тяжестей достаточно быстро увеличивают динамическую силу. Иногда уже через 2-3 недели результат становится очевидным.

Причем сила хорошо развивается не только в молодом возрасте.

И у пожилых людей способность к ее развитию большая, чем принято думать. Самые яркие примеры развития мускулатуры и связанной с ней силы дает тяжелая атлетика. Выдающийся в прошлом спортсмен Василий Алексеев начал тягать штангу, когда его собственная масса была равна 88кг при длине тела 182см. Он выжимал штангу весом 75кг, в рывке брал 75кг, а в толчке 95кг в сумме набирал 245кг. На Мюнхенских Олимпийских играх, имея собственную массу 152,8кг, он выжимает уже штангу в 235кг, в рывке показывает результат 175кг, а в толчке 230кг, добившись, таким образом, феноменального результата в троеборье - 640кг! Эти результаты им же впоследствии были значительно повышены.

Конечно, такие фантастические достижения потребовали исполинского труда, когда за каждую тренировку атлет поднимал по 20-30т металла. Для понимания физиологических возможностей мышечной системы любопытно ознакомиться с экспериментом американца Брюса Рэнделла, который поставил себе задачу нарастить мышечную массу и физическую силу, используя интенсивные физические нагрузки с тяжестями и специальное усиленное питание.

Имея первоначальную массу 92кг длина тела 184см, он увеличил ее до 182кг в основном за счет гипертрофии скелетной мускулатуры. Затем с такой же последовательностью и упорством стал сбрасывать лишние килограммы и за 7.5мес. снизил массу тела на 97кг, доведя ее до 85кг. Конечно, эти опыты представляют несомненный интерес для науки, поскольку обнаруживают огромные пластические и динамические возможности скелетной мускулатуры, но никак не могут служить примером для подражания. Физическая сила скелетных мышц зависит не только от величины мышечной массы, толщины мышечных волокон и количества участвующих в работе двигательных единиц нервная клетка и мышечное волокно, которым она управляет, но и, что очень важно, от согласованности их действий.

Хорошо отлаженное, отрегулированное взаимодействие работающих мышц обусловливает правильные координированные движения.

Высококоординированные движения в спорте помогают выполнять сложнейшие упражнения, а в обычной жизни позволяют мышцам работать экономно, когда в движении участвует только минимум нужных мышечных волокон, другие же отдыхают. Это качество очень важно для производственной деятельности человека. Мышцы, работающие с высоким коэффициентом полезного действия, меньше устают и потому сохраняют большой резерв повышения производительности труда. Тренировка и совершенствование координации движений возможны потому, что существует так называемое мышечное чувство. Физиологической основой его является наличие в мышцах и соединительной ткани вокруг суставов специальных окончаний чувствительных нервов - проприорецепторов.

При растяжении и сокращении мышц они раздражаются и посылают импульсы-информацию в головной мозг. Обратные импульсы из центральной нервной системы оказывают регулирующее и координирующее влияние на действия мышечных волокон, позволяя выполнять ювелирно точные движения, которые лежат в основе любого мастерства.

Когда мышечное чувство развито в высшей степени, рука человека становится органом творчества. Мышечная система функционирует не изолированно. Все мышечные группы прикрепляются к костному аппарату скелета посредством сухожилий и связок. Развиваясь, мускулатура укрепляет и эти образования. Кости становятся более прочными и массивными, сухожилия и связки крепкими и эластичными. Толщина трубчатых костей возрастает за счет новых наслоений костной ткани, вырабатываемой надкостницей, продукция которой увеличивается с ростом физической нагрузки.

В костях накапливается больше солей кальция, фосфора, питательных веществ. Чем более прочность скелета, тем надежнее защищены внутренние органы от внешних повреждений. Интересно, что формообразующее воздействие мышц на кости скелета, их закономерное взаимовлияние было использовано выдающимся антропологом М.М.Герасимовым для воссоздания по скелетам. внешнего облика давно умерших людей, в том числе первобытных жителей Земли. Увеличившаяся способность мышц к растяжению и возросшая эластичность связок совершенствуют движения, увеличивают их амплитуду, расширяют возможности адаптации человека к различной физической работе.

Наконец, без мышцы невозможен был бы процесс познания, так как, согласно исследованиям И.М.Сеченова, Все органы чувств так или иначе связаны с деятельностью различных мышц. Итак, мышцы вовсе не являются балластом в организме человека. Это активная масса, играющая исключительно важную роль в состоянии здоровья, работоспособности, да и во всей жизни человека 1.4.