1.1.2. Свойства живого

Предметом изучения биологии является жизнь. Жизнь - это особый вид материи, которая обладает рядом свойств: питание, дыхание, обмен веществ, гомеостаз, раздражимость, рост и развитие, наследственность и изменчивость, ритмичность, размножение, дискретность.

1. Дискретность. Жизнь на Земле проявляется в виде дискретных форм. Это означает, что отдельный организм или иная биологическая система (вид, биоценоз и др.) состоит из отдельных взаимодействующих между собой частей. Любой вид организмов включает отдельные особи. Энергетический аппарат клетки представлен отдельными митохондриями, аппарат синтеза белка – рибосомами. Все уровни организации жизни имеют единицы строения. Дискретность обеспечивает эффективность выживания, заменяемость отдельных частей живой системы.

2. Обмен веществ (метаболизм) – совокупность процессов поступления веществ в живую систему, преобразования их в процессе сложных химических реакций и выведения продуктов обмена. Таким образом, в сложном процессе обмена веществ можно выделить три основных этапа: поступление веществ в организм, преобразование их в клетке и выведение продуктов обмена из организма. Поступление веществ в организм обеспечивается пищеварительной и кровеносной системой, метаболизм происходит в клетке, выведение осуществляется пищеварительной, мочевыделительной системой, кожей и легкими.

Различают две стороны обмена веществ: пластический и энергетический.

Пластический обмен (ассимиляция, анаболизм) – это химические реакции, в результате которых происходит синтез органических веществ. Например, синтез белков, жиров, углеводов из продуктов своего обмена и веществ другой химической природы. Продукты пластического обмена являются строительным материалом клетки, тканей, организма, запасаются, а так же выполняют другие функции. Например, белки являются ферментами, гормонами, антителами т.д.

Энергетический обмен (диссимиляция, катаболизм) – химические реакции, в результате которых сложные вещества расщепляются на более простые и образуется энергия АТФ. Например, аэробное дыхание – биологическое окисление.

Уровень обмена в организме человека оценивают по количеству выделенного тепла и измеряют в килокалориях или килоджоулях.



Дыхание и питание это этапы обмена веществ, неразрывно связанные между собой.

Разработка принципов рационального, сбалансированного питания позволяет обеспечить оптимальное развитие молодых спортсменов и повысить уровень их спортивной деятельности. Питание спортсменов должно строиться с учетом не только обеспечения организма спортсмена необходимым количеством энергетических и пластических материалов, но и с учетом особенностей метаболических процессов при различных видах спорта. Интенсивная физическая нагрузка сопровождается повышенной потребностью в белке. При спортивной деятельности белок используется не только на пластические цели, связанные с восстановлением тканевых элементов, но и для образования новых клеток в мышечной ткани в процессе развития мускулатуры и поддержания ее в хорошем рабочем состоянии. При нормировании белка необходимо учитывать повышенный расход белка у спортсменов в процессе тренировки, а также в результате перегревания тела, нередко отмечаемого у спортсменов. Высокий уровень белкового питания сказывается положительно на общей работоспособности, повышая ее, а также на снижении утомляемости и наиболее быстром восстановлении сил и работоспособности. Установлено благоприятное влияние повышенных белковых норм на высшую нервную деятельность, на повышение возбудимости нервной системы, усиление рефлекторной деятельности, увеличение быстроты реакции и максимальной конденсации сил на короткий отрезок времени. Особенно важное значение имеет обеспечение высокого уровня белкового питания при скоростных и силовых нагрузках максимальной и субмаксимальной интенсивности, так как при этих видах спортивной нагрузки отмечается наибольшее повышение интенсивности белкового обмена. Особо высокая интенсивность обмена белков наблюдается при силовых напряжениях. При этом отмечается более быстрое, чем при других нагрузках, понижение АТФ-азной активности миозина. Фактором, способствующим восстановлению АТФ-азной активности миозина, является глютаминовая кислота, в связи с чем весьма важно включение в пищевой рацион белков, богатых глютаминовой кислотой. Вопрос о дополнительном введении в пищевой рацион препаратов глютаминовой кислоты (глютанат натрия и др.), по-видимому, целесообразен, однако окончательное решение возможно только после проведения соответствующих наблюдений. Характер питания спортсменов определяется особенностями обмена веществ при разных видах и различных степенях интенсивности спортивной нагрузки:

1) при кратковременных больших физических нагрузках;

2) при умеренных нагрузках средней продолжительности;

3) при спортивных нагрузках, длительно протекающих.

Первый тип обмена веществ, отмечаемый при больших физических нагрузках, характеризуется повышением расхода пластических компонентов для энергетических целей, а также повышением использования внутримышечных источников энергии (фосфокреатина, гликогена). В белковом обмене при этом отмечается преобладание протеолитических процессов над синтетическими. Использование мышечного АТФ для пластических целей ограничивается и он расходуется главным образом для энергетических целей, обеспечивая интенсивную работу мышц. Отмечается также высокая интенсивность гликолитических процессов, связанная с возникновением рабочей гипоксии и нарастающей кислородной задолженностью.

Второй тип обмена характерен для средних и умеренных нагрузок. При этом в большей степени используются вне мышечные источники энергии, процессы гликолиза вытесняются процессами аэробного окисления и метаболические процессы в общем характеризуются устойчивостью. Наряду с этим здесь все же может быть кислородная задолженность той или иной степени.

Третий тип обмена веществ характерен для длительно протекающих физических нагрузок средней и умеренной интенсивности.  При этом отмечается возникновение вторичных нарушений устойчивого состояния метаболических процессов – усиление гликолиза, появление рабочей гипоксии, образование кислородной задолженности и др. Характерным для этого типа обмена веществ является длительность восстановительного периода.

3. Питание – поступление веществ в живую систему, этот процесс является первым этапом обмена веществ. По типу питания и обмену веществ организмы делятся на автотрофы и гетеротрофы. Автотрофы – это организмы способные сами синтезировать органические вещества из неорганических (растения, бактерии). Гетеротрофы – организмы, использующие готовые органические вещества для жизнедеятельности (животные и человек).

4. Дыхание – любой способ получения энергии живыми организмами, он является вторым этапом энергетического обмена. Дыхание с участием кислорода называется аэробное, без кислорода – анаэробное.

На организменном уровне различают 5 этапов дыхания:

1 – внешнее дыхание (поступление воздуха в легкие или легочная вентиляция,

2 – газообмен в легких,

3 – транспорт газов кровью,

4 – газообмен в тканях,

5 – внутриклеточное дыхание.

5. Репродукция (размножение) – это свойство организмов воспроизводить себе подобных.

В природе есть два основных способа размножения: бесполое и половое. Виды бесполого размножения: митоз у одноклеточных, почкование у гидр, дрожжей, вегетативное у растений. Бесполое размножение обеспечивает быстрое увеличение числа особей при точном копировании наследственной информации.

Особенностью полового размножения является: наличие у организмов половых желез (яичников и семенников), половых клеток (сперматозоидов и яйцеклеток) и процесса оплодотворения. Большинство организмов, размножающихся половым путем, имеют половой диморфизм (отличие самцов и самок по внешнему виду). Исключение, составляют гермафродиты – организмы, у которых есть женские и мужские половые железы (ленточные и дождевые черви). Половое размножение обуславливает перекомбинацию генов, комбинативную изменчивость, разнообразие признаков у организмов, обеспечивая тем самым их приспособление и выживание. Самовоспроизведение – одно из основных свойств живого, тесно связанное с явлением наследственности.

6. Наследственность и изменчивость. Наследственность заключается в способности организмов передавать свои признаки, свойства и особенности развития из поколения в поколение. Наследственность обеспечивает материальную преемственность (поток информации) между организмами в ряду поколений.

Изменчивость – это свойство организмов приобретать новые признаки в процессе индивидуального развития.

7. Рост и развитие – увеличение живой системы в размерах, сопровождающееся качественными изменениями. Основой роста и развития организма являются три процесса: деление клеток митозом, их рост и специализация. Виды роста: ограниченный (у человека до 25 лет) и неограниченный – в течение всей жизни (у рыб и земноводных), изометрический – без изменения пропорций тела (у рыб) и аллометрический – с изменением пропорций тела (у человека).

8. Раздражимость – свойство отвечать на внешнее раздражение изменением уровня обмена веществ, которое проявляется в таксисах и тропизмах. Таксисы – движение в сторону раздражителя или от него. Фототаксис – движение листьев растения к свету. хемотаксис – движение в сторону химических раздражителей (пресноводная амеба покидает соленую каплю воды). Тропизм – ростовые движения растений, вызываемые односторонне действующим раздражителем. Обычно это медленные, постепенные движения. Фототропизм – ответная реакция на свет. Примером положительного фототропизма служит поворот листовых пластинок широкой стороной к солнцу; отрицательного – свертывание лепестков цветка ночной красавицы днем и раскрывание их к ночи, поворот листовых пластинок эвкалипта широкой стороной параллельно солнечным лучам (отчего эвкалиптовый лес дает мало тени). Геотропизм – ростовое движение по отношению к центру тяжести земли. Положительный геотропизм – направление роста к центру земли – свойственное корням, отрицательный – побегам. Гелиотропизм – ростовое движение по отношению к солнцу. Положительный – направление роста к солнцу – характерен для побегов, отрицательный – для корней. Высшей степенью эволюционного развития раздражимости является возбудимость (способность отвечать на раздражение изменением функции). Возбудимостью обладают три вида клеток – нервная, мышечная, железистая. В основе возбуждения лежит возникновения на клеточной мембране биоэлектрического явления – потенциала действия и биотока (импульса). Возбудимость обеспечивает рефлекторную деятельность организма, и адаптацию организмов к окружающей среде.

9. Гомеостаз – постоянство внутренней среды организма, которая представлена кровью, лимфой и межклеточным веществом. Параметрами гомеостаза являются химический состав, рН, вязкость, удельный вес плазмы крови. Параметры гомеостаза могут изменяться, но в определенных пределах, поэтому гомеостаз понятие относительное. Например, рН плазмы крови составляет 7,4, после физической нагрузки, в результате накопления продуктов обмена (молочной кислоты) этот показатель смещается в кислую сторону до 6,9. Таким образом, постоянство параметров гомеостаза относительно, под влиянием различных механизмов его поддержания (буферные системы крови, выделение) рН крови возвращается к показателю 7,4.



Спортивная деятельность, которая включает в себя спортивные тренировки и, особенно, соревновательные нагрузки, вполне может быть отнесена не только к возмущающим, но в подавляющем числе случаев и к стрессорным воздействиям, что представляет существенную угрозу нарушения гомеостаза. При этом считается, что необходимым условием развития состояния тренированности является нарушение гомеостаза, когда под влиянием прогрессирующих физических нагрузок создаются физиолого-биохимические предпосылки для адаптивных структурных перестроек в организме. Именно в условиях значительной активации регуляторных механизмов гомеостаза происходит общая мобилизация энергетических, пластических и информационных резервов организма.

Актуальность изучения проблемы гомеостаза при мышечной деятельности определяется еще и тем, что состояние внутренней среды связано не только с работоспособностью спортсменов, но и с такими физиологическими представлениями, как утомление, восстановление и профилактика предпатологических и патологических состояний, которые могут быть следствием срыва адаптационных процессов.

При действии на организм довольно сильного раздражителя не всегда имеется возможность для четкого разграничения: либо гомеостатические сдвиги еще представляют собой целесообразную, приспособительную реакцию организма и способствуют организации физиологической активности; либо они уже служат сигналом для прекращения или снижения этой активности. В то же время, если бы эти границы или резервы гомеостаза можно было легко определить, то они служили бы самым точным количественным выражением устойчивости организма, мерой его адаптационных возможностей.

Поскольку адаптация к спортивной деятельности обеспечивает в конечном счете динамическое постоянство внутренней среды и является частным случаем адаптации организма человека к необычному по качеству и силе воздействию, то исследование гомеостатических реакций на высоком уровне его функционирования следует считать не только важнейшим аспектом спортивной медицины и прикладной физиологии, но и фундаментальной общебиологической проблемой.

10. Саморегуляция – способность живых организмов, обитающих в непрерывно меняющихся условиях окружающей среды, поддерживать постоянство своего химического состава и интенсивность течения физиологических процессов – гомеостаз.

11. Ритмичность – периодические изменения интенсивности физиологических функций и формообразовательных процессов с различными периодами колебаний (от нескольких секунд до года и столетия). Например, суточные ритмы сна и бодрствования у человека; сезонные ритмы активности и спячки у некоторых млекопитающих (суслики, ежи, медведи). Ритмичность направлена на согласование функций организма с окружающей средой, т.е. на приспособление к периодически меняющимся условиям существования. У человека существуют интеллектуальные, физические и психические биоритмы. Биоритмы человека учитывают при планировании тренировочного процесса.