Дисциплина «Физическая культура» относится к циклу гуманитарных и социально-экономических дисциплин, это подчеркивает (отражает) такую специфическую сущность человека как социальность. И в то же время человек подчиняется биологическим закономерностям, присущим всем живым существам.

Не зная строения организма человека, особенности про­цессов жизнедеятельности в отдельных его органах, сис­темах органов и в целостном организме, нельзя обучать, воспитывать и лечить человека, а также обеспечить его физическое совершенствование.

Организм — единая, целостная, сложно устроенная саморегулирующаяся живая система, состоящая из органов и тканей. Органы построены из тканей, ткани состоят из клеток и межклеточного вещества.

Клетка — элементарная, универсальная единица живой материи — имеет упорядоченное строение, обладает возбудимостью и раздражимостью, участвует в обмене веществ и энергии, способна к росту, регенерации (восстановлению), размножению, передаче генетической информации и приспособлению к условиям среды.

Совокупность клеток и межклеточного вещества, имеющих общее происхождение, одинаковое строение и функции, называется тканью. По морфологическим и физиологическим признакам различают четыре вида ткани:

1. эпителиальную (выполняет покровную, защитную, всасывательную, выделительную и секреторную функции);

2. соединительную (рыхлая, плотная, хрящевая, костная и кровь);

3. мышечную (поперечно-полосатая, гладкая и сердечная);

4. нервную (состоит из нервных клеток, или нейронов, важнейшей функцией которых является генерирование и проведение нервных импульсов).

Орган — это часть целостного организма, обусловленная в виде комплекса тканей, сложившегося в процессе эволюционного

развития и выполняющего определенные специфические функции.

Совокупность органов, выполняющих общую для них функцию, называют системой органов (пищеварительная, дыхательная, сердечно-сосудистая, половая, выделительная и др.) и аппаратом органов (опорно-двигательный, эндокринный, вестибулярный и др.).

Деятельность организма как единого целого включает взаимодействие всех систем, психики человека, его двигатель­ных и вегетативных функций с различными условиями окружающей среды.

Клетки организма - создания необычайно консервативные, они способны функционировать лишь до тех пор, пока изменения во внутренней и внешней среде не достигнут определенных, довольно узких границ, после чего клетка гибнет.

Т.О., в основе жизнедеятельности организма лежит процесс автоматического поддержания жизненно важных факторов на необходимом уровне, всякое отклонение от которого ведет к немедленной мобилизации механизмов, восстанавливающих этот уровень (гомеостаз).

Гомеостаз — совокупность реакций, обеспечивающих поддержание или восстановление относительного динамического постоянства внутренней среды и некоторых физиологических функций организма человека (кровообращения, обмена веществ, терморегуляции и др.).

В качестве примеров механизма работы таких регуляторных систем мы рассмотрим регуляцию содержания воды в организме, осуществляемую почками; реакцию кровеносной системы на физические нагрузки и изменения кровообращения и поведения, позволяющие регулировать температуру тела.

Регуляция водного обмена. Основным фактором, регулирующим количество воды, выводимой организмом через почки, является антидиуретический гормон, или вазопрессин, выделяемый в кровь гипофизом - железой, расположенной непосредственно под головным мозгом. Появление вазопрессина в крови увеличивает обратное всасывание воды в канальцах из фильтрата почечных клубочков, снижая тем самым выведение воды с мочой. Выделение вазопрессина в кровь усиливается при обезвоживании организма. Организм обнаруживает уменьшение содержания в нем воды либо по снижению объема крови, например, при сильном кровотечении, либо по возрастающей концентрации различных веществ во внеклеточной жидкости, что может быть вызвано более обычными причинами, например, сильным потоотделением.

Поскольку алкоголь подавляет секрецию вазопрессина, при неумеренном потреблении спиртных напитков выделение воды с мочой усиливается. Это ведет к общему обезвоживанию организма, чем и обусловлены в значительной степени сильная жажда и дискомфорт, характерные для похмелья.

Люди, у которых вазопрессина образуется аномально мало, страдают несахарным диабетом, болезнью, для которой характерно выделение большого количества разбавленной мочи и постоянная жажда.

Реакция на физическую нагрузку. При интенсивной физической нагрузке нервная система посылает сигналы в мозговое вещество надпочечников - эндокринных желез, лежащих над почками. Эти железы выделяют в кровь гормон адреналин.

Под действием адреналина из селезенки в сосуды поступает некоторое количество депонированной в ней крови, в результате чего объем периферической крови увеличивается. Адреналин вызывает также расширение капилляров кожи, мышц и сердца, увеличивая их кровоснабжение. При физической нагрузке сердце должно работать более интенсивно, перекачивая больше крови; мышцы должны приводить в движение конечности; кожа должна выделять больше пота, чтобы отвести излишек тепла, образующегося в результате интенсивной работы мышц. Адреналин вызывает также сужение кровеносных сосудов брюшной полости и почек, уменьшая их кровенаполнение. Такое перераспределение крови позволяет поддерживать кровяное давление на нормальном уровне ( при расширенном русле крови для этого оказывается недостаточно).

Адреналин повышает также частоту дыхания и сокращений сердца. В результате поступление в кровь кислорода и выведение из нее двуокиси углерода происходит быстрее, кровь движется по сосудам быстрее, доставляя больше кислорода интенсивно работающим мышцам и ускоряя удаление конечных продуктов обмена.

При физической нагрузке мышцы выделяют больше двуокиси углерода, чем обычно, и это само по себе обладает регуляторным воздействием. Двуокись углерода повышает кислотность крови, что влечет за собой усиление снабжения мышц кислородом и расширение кровеносных сосудов мышц, а также стимулирует нервную систему к увеличению выделения адреналина, что, в свою очередь, повышает частоту дыхания и пульса.

На первый взгляд все эти приспособления к физической нагрузке должны изменять состояние организма, однако, в действительности они обеспечивают сохранение того же состава внеклеточной жидкости, омывающей все клетки организма, и в особенности мозг, каким он был бы без нагрузки. Если бы не было этих приспособлений, физическая нагрузка приводила бы к повышению температуры внеклеточной жидкости, к уменьшению концентрации в ней кислорода и к повышению ее кислотности. При крайне тяжелой физической нагрузке все это и происходит: в мышцах накапливается кислота, вызывая судороги. Сами судороги также несут регуляторную функцию, пресекая возможность дальнейшей физической работы и давая возможность организму вернуться в нормальное состояние.

Терморегуляция. Гомеостаз включает поддержание не только постоянства состава жидкостей организма, но и их температуры. Большинство ферментов работает достаточно эффективно лишь при некоторой оптимальной для них или близкой к ней температуре, и поэтому тело всегда должно оставаться теплым, но не слишком.

Все организмы вырабатывают тепло в результате происходящих в них химических реакций, в совокупности называемых метаболизмом. У млекопитающих и птиц метаболические реакции протекают с высокой скоростью, и это позволяет им поддерживать высокую температуру тела. Высокая скорость метаболизма требует больших количеств кислорода, используемого в клеточном дыхании. Для обеспечения быстрой доставки кислорода ко всем клеткам у теплокровных имеются разного рода приспособления: обширная поверхность легких, где происходит поглощение кислорода; огромное количество эритроцитов, переносящих кислород; четырех камерное сердце, два круга кровообращения, высокое кровяное давление, нагнетающее богатую кислородом кровь в капилляры. Когда нормального метаболизма оказывается недостаточно для обеспечения необходимого организму количества тепла, центральная нервная система вызывает особые мышечные сокращения, и мы начинаем "дрожать от холода". Это повышает интенсивность метаболизма, а тем самым и теплообразование в мышцах.

Кровеносная система также участвует в сохранении тепла. При переохлаждении нервная система посылает импульсы, вызывающие сужение кровеносных сосудов кожи. Это уменьшает приток крови к поверхности тела, где она отдавала бы тепло в окружающую среду. Нервная система человека функционирует лишь в узком интервале температур. Кроме того, если нервная ткань лишена кислорода, то она быстро отмирает. Ввиду таких высоких запросов головной мозг должен быть обеспечен постоянным притоком теплой крови, независимо от температуры окружающей среды.

В критических ситуациях организм готов пожертвовать выступающими частями тела - уши, нос, конечности - чтобы сохранить тепло, а, следовательно, и жизнеспособность внутренних органов и мозга.

При повышении температуры тела выше нормальной включаются различные физиологические механизмы, увеличивающие теплоотдачу в основном двумя способами: во-первых, возрастает приток крови к коже и в результате увеличивается теплоотдача путем излучения тепла; во-вторых, при перегреве через кожу в виде пота выделяется влага, которая, испаряясь, охлаждает тело.

Рассмотрим строение и функции опорно-двигательного аппарата. Опорно-двигательный аппарат состоит из костей, связок, мышц, мышечных сухожилий. Основные функции — опора и перемещение тела и его частей в пространстве, а также защита внутренних органов.

Костная система и ее функции

Общий обзор скелета человека Скелет (греч. sceleton — высохший, высушенный) — комплекс костей, различных по форме и величине. У человека более 200 костей (85 парных и 36 непарных), которые в зависимости от формы и функции делятся на: трубчатые (кости конечностей); губчатые (выполняют в основном защитную и опорную функции — ребра, грудина, позвонки и др.); плоские (кости черепа, таза, поясов конечностей); смешанные (основание черепа).

В каждой кости содержатся все виды тканей, но преобладает костная, представляющая разновидность соединительной ткани. В состав кости входят органические и неорганические вещества. Неорганические (65—70% сухой массы кости) — это в основном фосфор и кальций. Органические (30—35%) — это клетки кости, коллагеновые волокна.

Дефицит питательных веществ, солей или нарушение обменных процессов, связанных с синтезом белка, незамедлительно отражаются на росте костей. Недостаток витаминов С, D, кальция или фосфора нарушает естественный процесс обызвествления и синтеза белка в костях, делает их более хрупкими. На изменение костей влияют и физические нагрузки. При систематическом выполнении значительных по объему и интенсивности статических и динамических упражнений кости становятся более массивными, в местах прикрепления мышц формируются хорошо выраженные утолщения — костные выступы, бугры и гребни. Происходит внутренняя перестройка компактного костного вещества, увеличиваются количество и размеры костных клеток, кости становятся значительно прочнее. Правильно организованная физическая нагрузка при выполнении силовых и скоростно-силовых упражнений способствует замедлению процесса старения костей.

Скелет человека состоит из позвоночника, черепа, грудной клетки, поясов конечностей и скелета свободных конечностей.

Все кости скелета соединены связками и мышечными сухожилиями, образуя суставы конечностей, позвоночника и др.

Суставы— подвижные соединения, область соприкосновения костей в которых покрыта суставной сумкой из плотной соединительной ткани, срастающейся с надкостницей сочленяющихся костей. Полость суставов герметично закрыта, она имеет небольшой объем, зависящий от формы и размеров сустава. Суставная жидкость уменьшает трение между поверхностями при движении, эту же функцию выполняет и гладкий хрящ, покрывающий суставные поверхности.

Главная функция суставов — участвовать в осуществлении движений (сгибание, разгибание, приведение, отведение, вращение).

При систематических занятиях физическими упражнениями и спортом суставы развиваются и укрепляются, повышается эластичность связок и мышечных сухожилий, увеличивается гибкость. И наоборот, при отсутствии движений разрыхляется суставный хрящ и изменяются суставные поверхности, сочленяющиеся кости, появляются болевые ощущения, возникают воспалительные процессы.

Мышечная система и ее функции

Выделяют три гистологических типа мышц:

• Скелетная мышцы (их называют также поперечнополосатыми или произвольными). Это мышцы, прикрепляющиеся к костям. Они обеспечивают локомоцию (многообразные движения тела), с высокой скоростью сокращаются и быстро утомляются, иннервируются соматической нервной системой.

• Гладкие мышцы (их также называют непроизвольными). Эти мышцы находятся в стенках трубчатых внутренних органов тела и обеспечивают передвижение содержимого этих органов (сужают или расширяют сосуды, продвигают пищу по желудочно-кишечному тракту, сокращают стенки мочевого пузыря); они медленно сокращаются и иннервируются вегетативной нервной системой.

• Сердечная мышца. Имеется только в сердце, сокращается самопроизвольно и не подвержена утомлению. Иннервируется вегетативной нервной системой.

Скелетные мышцы входят в структуру опорно-двигательного аппарата. Они участвуют в удержании положения тела и его частей в пространстве, обеспечивают движения при ходьбе, беге, жевании, глотании, дыхании и т.д., вырабатывая при этом тепло, защищают внутренние органы.

У человека насчитывается около 600 мышц и большинство из них — парные. Их масса составляет 35—40% общей массы тела взрослого человека. Скелетные мышцы снаружи покрыты плотной соединительнотканной оболочкой. В каждой мышце различают активную часть (тело мышцы) и пассивную (сухожилие).

Мышцы, действие которых направлено противоположно, называются антагонистами, однонаправленно — синергистами. По функциональному назначению и направлению движений в суставах различают мышцы сгибатели и разгибатели, приводящие и отводящие, сфинктеры (сжимающие) и расширители.

схематически организацию скелетной мышцы можно представить себе следующим образом: мышца состоит из сотен и тысяч мышечных волокон; мышечное волокно содержит тысячи миофибрилл; миофибрилла построена из пачек протофи-брилл разной толщины, образованных из разных белковых соединений. Чередование (в поперечном направлении) толстых миозиновых и тонких актиновых протофибрилл обусловливает деление миофибриллы на диски и соответственно этому — поперечную исчерченность скелетной мышцы.

Работа мышц. Сокращение и напряжение мышцы осуществляется за счет энергии, освобождающейся при химических превращениях, которые происходят при поступлении в мышцу нервного импульса или нанесении на нее непосредственного раздражения.

Первичным источником энергии для сокращения мышцы служит расщепление АТФ на аденозиндифосфорную кислоту (АДФ) и фосфорные кислоты. Это лишь первое звено в цепи химических процессов, которые происходят в мышце при ее деятельности. Вслед за ним совершаются реакции, обеспечивающие ресинтез(возобновление) АТФ.

Аэроб-анаэроб мех-мы Однако запас этого вещества в мышце весьма ограничен. Его могло бы хватить на поддержание сокращения мышцы в течение лишь 1 сек. Возможность совершать более или менее длительную работу связана с процессами непрерывного пополнения количества АТФ в мышце.

Ресинтез АТФ заключается в присоединении к аденозиндифосфорной кислоте (АДФ), образовавшейся при распаде АТФ, молекулы фосфорной кислоты. Эта реакция требует энергии. В мышце имеются содержащие энергию вещества: белки, жиры, углеводы.

Но заключенная в этих веществах энергия освобождается только при их расщеплении. Эти процессы происходят под влиянием ферментов и эффективнее всего (с освобождением больших количеств энергии) при участии кислорода.

Однако доставка кислорода к работающим мышцам в необходимом объеме оказывается для организма при некоторых физических нагрузках непосильной задачей. При недостатке кислорода ресинтез АТФ может временно происходить за счет реакций, которые совершаются без него. Они менее эффективны, но выручают организм в тех случаях, когда снабжение мышц кислородом не может быть своевременным и достаточным. Таким образом, ресинтез АТФ происходит двояким путем: за счет расщепления веществ без участия кислорода (анаэробные процессы) и с участием кислорода (аэробные процессы).

Ресинтез АТФ анаэробным путем происходит в первую очередь за счет креатинфосфорной кислоты (КрФ), содержащейся в мыш-цах.

Эта реакция идет очень быстро (в течение тысячных долей секунды), но не может поддерживать ресинтез АТФ длительно, так как запас КрФ в мышце тоже ограничен.

Несколько позднее, чем КрФ, включаются анаэробные реакции расщепления углеводов — гликогена, глюкозы (реакции гликолиза).

Предел этим анаэробным возможностям ресинтеза АТФ наступает в связи не столько с исчерпанием углеводных запасов, сколько с происходящим при этих процессах накоплением недоокисленных продуктов обмена - молочной и пировиноградной кислот.

Недоокисленные продукты изменяют состояние внутренней среды организма, сдвигают ее реакцию в кислую сторону, что неблагоприятно отражается на активности ряда ферментов, затрудняя обменные процессы в различных органах.

При легкой или умеренной физической нагрузке к мышечным клеткам доставляется достаточное количество кислорода.

Время развертывания аэробного пути образования АТФ составляет 3-4 мин (у тренированных – до 1 мин), при физических нагрузках его мощность становится максимальной и при этом аэробный путь может работать часами. Он также отличается высокой экономичностью: в ходе этого процесса идет глубокий распад исходных веществ до конечных продуктов СО2 и воды.

Ресинтез АТФ аэробным путем совершается за счет окислительного распада углеводов, жиров, безазотистых продуктов белкового обмена и промежуточных продуктов расщепления всех этих веществ (молочной кислоты и др.).

При полном окислении глюкозы энергии для ресинтеза высвобождается в 19 раз больше, чем в анаэробном процессе.

Однако аэробный способ ресинтеза АТФ имеет и недостатки.

Мышечная деятельность, осуществляемая в большинстве видов спорта, не может полностью быть обеспечена аэробным процессом ресинтеза АТФ, и организм вынужден включать анаэробные способы образования АТФ, имеющие более короткое время развертывания и большую максимальную мощность процесса (т.е. наибольшее количество АТФ, образуемое в единицу времени).

Общий обзор скелетных мышц человека. Мышцы туловища включают мышцы грудной клетки, спины и живота. Мышцы грудной клетки участвуют в движениях верхних конечностей, а также обеспечивают произвольные и непроизвольные дыхательные движения. Дыхательные мышцы грудной клетки называются наружными и внутренними межреберными мышцами. К дыхательным мышцам относится также и диафрагма. Мышцы спины состоят из поверхностных и глубоких мышц. Поверхностные обеспечивают некоторые движения верхних конечностей, головы и шеи. Глубокие («выпрямители туловища») прикрепляются к остистым отросткам позвонков и тянутся вдоль позвоночника. Мышцы спины участвуют в поддержании вертикального положения тела, при сильном напряжении (сокращении) вызывают прогибание туловища назад. Брюшные мышцы поддерживают давление внутри брюшной полости (брюшной пресс), участвуют в некоторых движениях тела (сгибание туловища вперед, наклоны и повороты в стороны), в процессе дыхания.

Мышцы головы и шеи — мимические, жевательные и приводящие в движение голову и шею. Мимические мышцы прикрепляются одним своим концом к кости, другим — к коже лица, некоторые могут начинаться и оканчиваться в коже. Мимические мышцы обеспечивают движения кожи лица, отражают различные психические состояния человека, сопутствуют речи и имеют значение в общении. Жевательные мышцы при сокращении вызывают движение нижней челюсти вперед и в стороны. Мышцы шеи участвуют в движениях головы. Задняя группа мышц, в том числе и мышцы затылка, при тоническом (от слова «тонус») сокращении удерживает голову в вертикальном положении.

Мышцы верхних конечностей обеспечивают движения плечевого пояса, плеча, предплечья и приводят в движение кисть и пальцы. Главными мышцами-антагонистами являются двуглавая (сгибатель) и трехглавая (разгибатель) мышцы плеча. Движения верхней конечности и прежде всего кисти чрезвычайно многообразны. Это связано с тем, что рука служит человеку органом труда.

Мышцы нижних конечностей обеспечивают движения бедра, голени и стопы. Мышцы бедра играют важную роль в поддержании вертикального положения тела, но у человека они развиты сильнее, чем у других позвоночных. Мышцы, осуществляющие движения голени, расположены на бедре (например, четырехглавая мышца, функцией которой является разгибание голени в коленном суставе; антагонист этой мышцы — двуглавая мышца бедра). Стопа и пальцы ног приводятся в движение мышцами, расположенными на голени и стопе. Сгибание пальцев стопы осуществляется при сокращении мышц, расположенных на подошве, а разгибание — мышцами передней поверхности голени и стопы. Многие мышцы бедра, голени и стопы принимают участие в поддержании тела человека в вертикальном положении.