Тема 9 двигательные функции и физическое здоровье человека

Двигательные функции, претерпевающие значительные изменения на протяжении индивидуального развития человека, оказывают существенное влияние на резервные возможности практически всех органов и систем орга­низма. Это связано с тем, что эволюционно сложившаяся взаимосвязь мы­шечной и висцеральных систем определяет значение двигательной активно­сти в совершенствовании у человека функций дыхания, кровообращения и крови, обмена веществ и энергии, деятельности желез внутренней секреции, центральной нервной системы и состоянии функций всех сенсорных систем. Следовательно, значение двигательных функций человека в сохранении его физического здоровья заключается не только в их влиянии на работоспособ­ность самих скелетных мышц, но и в положительных воздействиях опорно-двигательного аппарата на функции остальных органов и систем.

1. Факторы, определяющие и нарушающие деятельность мышечной системы

Круг факторов, оказывающих отрицательное воздействие на нервно-мышечный аппарат человека и его мышечную работоспособность, ограничен. Естественным и самым сильным фактором, оказывающим во все периоды жизни как отрицательное, так и положительное воздействие на скелетные мышцы и двигательные функции человека, является величина нагрузки на опорно-двигательный аппарат. Наиболее значительный «удар» по мышеч­ной системе (в любом возрасте) наносит уменьшение физической нагрузки на нее (гипокинезия). На всех этапах онтогенеза человека снижение двигатель­ной активности обусловливает понижение энерготрат, приводящее к тормо­жению процессов окислительного фосфорилирования в мышечных клетках. При этом снижается скорость ресинтеза АТФ в мышцах и уменьшается их физическая работоспособность. В миоцитах уменьшаются количество мито-хондрий, их размеры и содержание в них крист. Снижаются активность фосфорилазы А и Б, НАДН₂-дегидрогеназы, сукцинат-дегидрогеназы, ферментативная активность АТФ-азы миофибрилл. Замедляется скорость распада и синтеза богатых энергией фосфорных соединений, и, следовательно, умень­шается мышечная работоспособность. В наибольшей степени это начинает проявляться в зрелом возрасте (после 35-40 лет). Отсутствие оптимального уровня физической активности у человека (суточные энерготраты меньше 2800-3000 ккал) снижает тонус скелетных мышц, их возбудимость и сократи­тельные свойства, ухудшает способность выполнять высококоординирован­ные движения, уменьшает работоспособность мышц как при динамической, так и при статической работе практически любой интенсивности. Основной причиной снижения работоспособности мышц, особенно малоактивных в те­чение суток, является уменьшение содержания сократительных белков в мы­шечных клетках из-за замедления интенсивности процессов их синтеза. В ус­ловиях низкой физической активности и, следовательно, снижения интенсив­ности распада макроэргов ослабевает периодическая стимуляция генетиче­ского аппарата клетки, определяющего синтез сократительных белков. За счет снижения активности процессов фосфорилирования в миоцитах замед­ляется синтез белка по схеме «ДНК —> РНК —> белок». С уменьшением физической активности замедляется выработка гормонов, стимулирующих развитие мышечной ткани (андрогены, инсулин). Этот механизм также при­водит к замедлению скорости синтеза сократительных белков в клетках ске­летных мышц.

Однако не только сниженная физическая активность, но и повышен­ная (гиперкинезия) также является одним из факторов, уменьшающих функ­циональные возможности двигательного аппарата и способствующих разви­тию патологии нервно-мышечной системы. Здесь (в силу специфики задач данной главы и учебника в целом) нет необходимости касаться влияния больших физических напряжений (например, тяжелоатлетов) на развитие па­тологии опорно-двигательного аппарата. Это — предмет спортивной медици­ны. Вместе с тем следует подчеркнуть, что труд миллионов людей связан с необходимостью совершения большого количества (за рабочий день) физиче­ских усилий при небольшой их величине (от 100-500 г до 10-15 кг и больше). Так, например, сборщики электромоторов, контролеры-сортировщики, опера­торы-сборщики автомобильных заводов, сборщики обуви, операторы вычис­лительных клавишных машин, телеграфисты совершают за рабочий день от 40 до 130 тыс. движений пальцами рук. При этом суммарная локальная рабо­та небольших мышечных групп нередко превышает за рабочую смену 100-120 тыс. кгм. Степень развивающегося при таких работах мышечного утом­ления, последующего за ним перенапряжения нервно-мышечного аппарата и профессиональной патологии нервно-мышечного аппарата определяются ко­личеством движений за смену и величиной развиваемого мышцами усилия. Если величина суммарной нагрузки превышает некий пороговый уровень (например, 60-80 тыс. движений пальцев за смену), то в результате происхо­дит снижение мышечной работоспособности и возможно развитие профессиональных заболеваний нервно-мышечного аппарата.

На всех этапах онтогенеза человека оптимальная деятельность его опорно-двигательного аппарата или возникающие нарушения мышечных функций во многом зависят от поступления в организм необходимых ему хи­мических субстратов: белков, углеводов, жиров, витаминов и минеральных веществ, т.е. от структуры питания.

Белки, составляя около 15% веса тела, преимущественно находятся в скелетных мышцах. Пока организм человека не лишен полностью своих ос­новных энергетических субстратов (углеводов и жиров), доля белков в энер­гетическом обеспечении жизнедеятельности не превышает 1-5%. Основное назначение потребления белков состоит в их использовании в процессе роста и поддержания мышечной и костной массы, построения клеточных структур, синтеза ферментов. У человека, не выполняющего значительных физических нагрузок, ежедневные потери белка составляют около 25-30 г. При тяжелой физической работе эта величина возрастает на 7-10 г. Необходимая ежеднев­ная норма потребления белков наибольшая в периоды роста организма и при выполнении больших физических нагрузок. Минимальное количество бел­ков, потребляемых в день на 1 кг веса тела детьми 4-7 лет, составляет 3,5-4 г; 8-12 лет - 3 г и подростками - 2,-2,5 г. После завершения роста организма необходимо потреблять около 1 г белков на 1 кг веса тела. Для лиц, выпол­няющих тяжелую физическую работу, эта величина должна быть на 20-30% больше. Необходимо помнить, что даже в самых богатых белками продуктах (мясо, яйца) содержание белка не превышает 20-26%. Следовательно, для поддержания полноценного белкового баланса величину потребляемых чело­веком белковых продуктов по сравнению с приведенными выше нормами по­требления белка необходимо увеличить в 4-5 раз.

Основными источниками энергии при мышечной работе человека яв­ляются углеводы и жиры. При «сгорании» 1 г углеводов освобождается 4,1 ккал энергии, а 1 г жира - 9,3 ккал. Процентное соотношение использования углеводов и жиров при мышечной деятельности человека зависит от мощно­сти работы. Чем она выше, тем больше тратится углеводов, а чем меньше -тем больше окисляются жиры. С содержанием жира, применительно к зада­чам обеспечения энергией работы опорно-двигательного аппарата, на всех этапах онтогенеза особых проблем не возникает, так как имеющееся у чело­века жировое депо способно обеспечить реальные потребности его организма в энергии при работах средней и умеренной мощности в течение многих ча­сов. Несколько сложнее дела обстоят с углеводами.

Дело в том, что работоспособность скелетных мышц находится в пря­мой зависимости от содержания в их волокнах углеводов (гликогена). В нор­ме в 1 кг мышцы содержится около 15-17 г гликогена. В любом возрасте чем больше гликогена содержат мышечные волокна, тем большую работу они способны совершить. Содержание углеводов в мышце зависит от интенсив­ности предшествующей работы (их траты), поступления в организм углево­дов с пищей, продолжительности периода восстановления после физических упражнений. Для поддержания высокой работоспособности человека во всех возрастных периодах общими закономерностями являются: 1) при любом ко­личестве углеводов в ежедневной диете при отсутствии физических упраж­нений содержание гликогена в мышцах меняется незначительно; 2) концен­трация гликогена в мышечных волокнах снижается почти до нуля при интен­сивной работе в течение 40-100 мин; 3) для полного восстановления содер­жания гликогена в мышцах требуется 3-4 суток; 4) возможно увеличение со­держания гликогена в мышцах, а следовательно, и работоспособности на 50-200%. Для этого необходимо выполнить мышечную работу субмаксимальной мощности (70-80% от МПК) длительностью 30-60 мин (при такой нагрузке гликоген будет в основном израсходован) и затем 2-3 дня использовать угле­водную диету (содержание углеводов в пище до 70-80%).

В обеспечении мышечной деятельности ведущую роль играет АТФ. В то же время ресинтез АТФ и, следовательно, работоспособность мышц во многом зависят от содержания в организме витаминов. При недостатке вита­минов В-комплекса снижается аэробная выносливость человека. Это связано с тем, что среди множества разнообразных функций, на которые влияют ви­тамины этой группы, их роль особенно велика в качестве кофакторов в раз­личных ферментных системах, связанных с окислением продуктов питания и образованием энергии. Так, в частности, витамин В₁ (тиамин) необходим для трансформации пировиноградной кислоты в ацетил-КоА. Витамин В₂ (ри­бофлавин) превращается в ФАД, который действует как акцептор водорода во время окисления. Витамин В₃ (ниацин) является компонентом НАДФ - кофермента гликолиза. Витамин B₁₂ играет важную роль в метаболизме ами­нокислот (изменении мышечной массы при тренировке) и необходим для об­разования эритроцитов, транспортирующих кислород к мышечным клеткам для процессов окисления. Функции витаминов В-комплекса столь взаимосвя­заны, что дефицит одного из них может нарушить утилизацию других. Не­достаток одного или нескольких витаминов группы В снижает мышечную работоспособность. Дополнительное употребление этой группы витаминов повышает работоспособность только в тех случаях, когда у испытуемых на­блюдался дефицит этих витаминов.

Недостаточное поступление с пищей витамина С (аскорбиновой ки­слоты) также уменьшает мышечную работоспособность человека. Этот вита­мин необходим для образования коллагена - белка, содержащегося в соеди­нительной ткани. Следовательно, он важен для обеспечения нормальной функции (особенно при больших нагрузках) костно-связочного аппарата и сосудов. Витамин С участвует в обмене аминокислот, синтезе некоторых гормонов (катехоламинов, противовоспалительных кортикоидов), в обеспе­чении абсорбции железа из кишечника. Дополнительный прием витамина С повышает мышечную работоспособность лишь в случаях, когда имеет место его дефицит в организме. Витамин Е (альфа-токоферол) способствует увели­чению концентрации креатина в мышцах и развитию ими большей силы. Он обладает также антиоксидантными свойствами. Сведения о влиянии осталь­ных витаминов на работоспособность мышц у нетренированных и у спорт­сменов весьма противоречивы. Однако несомненно, что без приема ежеднев­ной нормы полного комплекса витаминов работоспособность мышц может быть снижена.

Значение минеральных веществ в поддержании высокой мышечной работоспособности не вызывает сомнения. Однако их дополнительная по­требность отмечена лишь у лиц, выполняющих длительные и большие физи­ческие нагрузки в условиях жаркого и влажного климата.

Отрицательное воздействие на двигательные функции оказывает при­ем алкоголя. Данные по этому фактору «риска» применительно к деятельно­сти опорно-двигательного аппарата весьма неоднозначны. Тем не менее некоторые доказанные положения о влиянии алкоголя на нервно-мышечную систему состоят в следующем: 1. Прием алкоголя приводит к усилению про­цессов торможения в моторной зоне коры головного мозга, ухудшает процес­сы дифференцировки тормозных процессов при двигательных реакциях, снижает скорость переключения процессов торможения и возбуждения, уменьшает силу процессов концентрации возбуждения и скорость нарастания частоты импульсов в двигательных мотонейронах. 2. При употреблении ал­коголя у человека снижаются сила и скорость сокращения скелетных мышц, что приводит к снижению их скоростно-силовых качеств. 3. При этом ухуд­шаются проявления двигательной координации человека. 4. Замедляются все виды реакций на внешние раздражители (свет, звук и др.). 5. Увеличиваются вегетативные реакции на ту же, что и до приема алкоголя, мышечную работу, то есть возрастает физиологическая «стоимость» работы. 6. Снижается кон­центрация глюкозы в крови, вызывая тем самым ухудшение функций мы­шечной системы. 7. Уменьшается содержание гликогена в мышцах (даже по­сле однократного приема алкоголя), что приводит к снижению мышечной ра­ботоспособности. 8. Длительный прием алкоголя приводит к снижению со­кратительной функции скелетных мышц человека.

Крайне ограничены сведения о влиянии табакокуренш на функции опорно-двигательного аппарата. Доподлинно известно лишь, что никотин, попадающий в кровь, ухудшает процессы регуляции силы сокращения ске­летных мышц, ухудшает координацию движений, снижает мышечную рабо­тоспособность. У курящих показатели МПК ниже, чем у некурящих. Это обу­словлено более интенсивным присоединением окиси углерода к гемоглобину в эритроцитах, что снижает транспорт кислорода к работающим мышцам. Никотин, уменьшая содержание витаминов в организме человека, способст­вует понижению его мышечной работоспособности. При длительном табакокурении снижается эластичность соединительной ткани, уменьшается эла­стичность мышц. Это приводит к.возникновению болевых реакций при ин­тенсивных сокращениях мышц человека.

Таким образом, наряду со многими отрицательными последствиями курения табака для систем организма человека и их функций никотин вызы­вает также снижение мышечной работоспособности и уровня физического здоровья курящих людей.

Одним из наиболее широко применяемых людьми эргогенных средств, то есть средств, повышающих работоспособность, является кофеин. Воздействуя на ЦНС, кофеин увеличивает ее возбудимость; улучшает кон­центрацию внимания; поднимает настроение; укорачивает скорость сенсомоторных реакций; снижает утомление и задерживает время его проявления; стимулирует выделение катехоламинов; усиливает мобилизацию из депо сво­бодных жирных кислот; повышает скорость использования мышечных триглицеридов. Благодаря всем этим реакциям кофеин вызывает заметное повы­шение аэробной работоспособности (езда на велосипеде, бег на длинные дис­танции, плавание и др.). По-видимому, кофеин способен также улучшать мышечную работоспособность у спринтеров и лиц, занимающихся силовыми видами спорта. Это может быть связано с его способностью усиливать обмен кальция в саркоплазматическом ретикулуме и работу калий-натриевого насо­са в мышечных клетках.

Тем не менее, несмотря на указанное влияние кофеина на работоспо­собность человека, он может вызывать и негативные последствия. У лиц, не привыкших употреблять кофеин, но чувствительных к нему, а также у тех, кто употребляет его в больших дозах, кофеин вызывает повышенную возбу­димость, бессонницу, беспокойство, тремор скелетных мышц. Действуя как диуретик, кофеин усиливает обезвоживание организма, нарушая процессы терморегуляции, снижает мышечную работоспособность, особенно в услови­ях высокой температуры и влажности окружающей среды.

Некоторые спортсмены используют наркотические средства с целью ускорения процессов восстановления после тяжелых физических нагрузок. Иногда применяется даже кокаин. Последний стимулирует деятельность ЦНС, считается симпатомиметическим препаратом, блокирует повторное ис­пользование норадреналина и дофамина (нейромедиаторов) нейронами после их образования. Блокируя их повторное использование, кокаин усиливает действие этих нейромедиаторов во всем организме. Некоторые спортсмены считают, что кокаин способствует повышению работоспособности. Однако это ощущение обманчиво. Оно связано с возникающим чувством эйфории, повышающим мотивацию и уверенность в своих силах. Наряду с этим кокаин «маскирует» утомление и болевые ощущения и может способствовать разви­тию перенапряжений в нервно-мышечном аппарате. В целом доказано, что кокаин не обладает способностью повышать мышечную работоспособность.

Для повышения мышечной работоспособности лицами, занимающи­мися физическими упражнениями и спортом, нередко используются гормо­нальные препараты. С начала 50-х годов началась эра применения анаболических стероидов, а со второй половины 80-х годов — синтетического гормона роста. В силу наибольшей распространенности и опасности использования для организма остановимся лишь на андрогенах - анаболических стероидах, почти идентичных мужским половым гормонам.

Употребление анаболических гормонов приводит к значительному увеличению общей массы тела; содержания калия и азота в моче, свидетель­ствующих об увеличении чистой мышечной массы тела; размеров целых мышц и площади поперечного сечения составляющих их миоцитов за счет увеличения количества содержащихся в них миофибрилл (т.е. количества со­кратительных белков); силы и работоспособности скелетных мышц. Следова­тельно, основной эффект использования стероидных гормонов заключается в увеличении объема мышечной массы (миофибриллярная гипертрофия) и си­лы сокращения. В то же время эти гормоны практически не влияют на аэроб­ную выносливость человека, скоростные качества его мышц, скорость про­цессов восстановления работоспособности после интенсивных физических нагрузок.

Однако использование стероидных гормонов (иногда уже со школьно­го возраста) - это не только вопрос этики, но и проблема сохранения здоровья огромного количества людей. Вследствие высокой степени риска для здоровья анаболические гормоны и синтетический гормон роста относятся к числу запрещенных препаратов. Основные отрицательные последствия для здоровья принимающих стероидные гормоны заключаются в следующем. Использование синтетических анаболических гормонов подавляет секрецию собственных гонадотропных гормонов, контролирующих развитие и функ­цию половых желез (яичек и яичников). У мужчин сниженная секреция гонадотропина может привести к атрофии яичек, уменьшению выделения тестостерона и количества спермы. Гонадотропные гормоны у женщин необходи­мы для осуществления овуляции и секреции эстрогенов, поэтому пониженное содержание в крови этих гормонов в результате применения анаболических стероидов приводит к нарушениям менструального цикла, а также маскули­низации - уменьшению объема груди, огрублению голоса, появлению волос на лице.

Побочным действием употребления анаболических стероидов может быть увеличение предстательной железы у мужчин. Известны также случаи нарушения функции печени, обусловленные развитием химического гепати­та, которые могут перейти в рак печени.

У лиц, длительное время употребляющих анаболические стероиды, возможно снижение сократительной функции миокарда. У них происходит значительное снижение концентрации в крови альфа-липопротеидов высокой плотности, обладающих антиатерогенными свойствами, то есть препятст­вующими развитию атеросклероза. Следовательно, применение стероидных гормонов сопряжено с высокой степенью риска возникновения ишемической болезни сердца.

Употребление стероидов приводит к изменениям личностных качеств человека, наиболее выраженное из которых - повышенная агрессивность.