Лекции по «Физическая культура»

3. Опорно-двигательная система и ее функции

Опорно-двигательная система делится на костную и мышечную.

Костная система. Твердый скелет человека состоит из более, чем 200 костей, из которых 95 – парные. Скелет имеет массу 5-6 кг. Полное формирование костей скелета завершается у женщин к 18-20, а у мужчин – к 23-25 годам. Формирование черепа завершается к 25-30 годам. С этого времени прекращается рост человека.

Кости и их соединения в совокупности образуют скелет, выполняющий жизненно важные функции: защитную, рессорную и двигательную. Кости скелета принимают участие в обмене веществ и кроветворении.

Костная ткань представляет собой сложный орган, пронизанный нервными волокнами, кровеносными и лимфатическими сосудами. По форме кости подразделяют на длинные, короткие, плоские или округлые; по структуре – на трубчатые, губчатые и воздухоносные. В процессе эволюции человека длина и толщина костей увеличивается и приобретает большую прочность, которая обусловлена химическим составом кости, то есть содержанием в них органических и минеральных веществ и ее механическим строением. В ее состав входят неорганические вещества (50 %), придающие костям прочность и твердость; органические вещества (25 %), делающие кости упругими и эластичными; вода (25 %).

Размещение видов костей скелета (сверху вниз) таково: череп, позвоночный столб (33-34 позвонка, соединенных между собой с помощью хрящей, связок, суставов), ключица, ребра (12 пар), грудина, плечевая кость, лучевая кость, локтевая кость, кости запястья, кости пясти, фаланги пальцев кисти, тазовый пояс (крестец, подвздошная кость, лобковая кость, седалищная кость), бедренная кость, надколенник, большеберцовая кость, малоберцовая кость, кости предплюсны, кости плюсны, фаланги пальцев.

Кости соединяются с помощью – суставов, главная функция которых осуществление движений. Каждый сустав заключен в суставную сумку, укрепленную связками. Полость суставных сумок заполнена синовиальной жидкостью, являющейся смазкой сочлененных костей и питательной средой для хрящей. При отсутствии систематической двигательной деятельности  теряется эластичность сухожилий и связок, разрыхляются хрящи. Работа мышц осуществляется за счет напряжения или сокращения. При возбуждении мышцы, не изменяющей длины, выполняется статическая работа; сокращение же мышцы при уменьшении ее длины обеспечивает динамическую работу. Чаще всего мышцы работают в статическом режиме.

Кости развиваются активнее, чем интенсивнее деятельность окружающих их мышц, поскольку питание костной ткани зависит от полноценности кровоснабжения работающих мышц. При выполнении различных двигательных действий кости подвергаются скручиванию, сдавливанию, растягиванию, в результате чего в них увеличивается поступление органических веществ. Под влиянием тренировочных занятий в костной ткани происходят структурные изменения, благодаря которым кости приобретают более высокую механическую прочность.

Мышечная система. Мышечная система включает около 600 различных мышц, составляющих 40-50% массы тела у мужчин и 30-35 % – у женщин. Специальной силовой тренировкой можно значительно увеличить мышечную массу. Физическое бездействие приводит к уменьшению мышечной массы, а зачастую – к увеличению жировой массы.

Мышечная система осуществляет движение организма, поддержание равновесия тела, а также дыхательные движения, транспортировку пищи, крови внутри организма. Мышечная деятельность способствует развитию костной системы и оказывает влияние на форму костей. В тканях мышечной системы химическая энергия превращается в механическую и тепловую.

В каждую мышцу входит нерв, распадающийся на тонкие и тончайшие ветви. Нервные окончания доходят до отдельных мышечных волокон, передавая им импульсы (возбуждение), которые заставляют их сокращаться. Мышцы прикреплены к костям связками. Связки – это сухожилия, состоящие из соединительной ткани. Место, где мышца присоединена к более подвижной кости, называется точкой прикрепления, а место соединения с менее подвижной костью называют началом мускула. Сухожилия обладают большой прочностью на растяжение по сравнению с мышечной тканью. Наиболее прочное сухожилие четырехглавой мышцы бедра выдерживает нагрузку в 600 кг, пяточное (ахиллово) сухожилие – 400 кг. При сокращении мышцы вызывают движение в суставе. Получается, что мышца как бы состоит из трех частей: две – это сухожилия на обоих концах мышцы, а третья – середина мышцы, которую называют брюшком. Брюшко – это мясистая часть мышцы, рельефный бугорок.

Мышцы делятся на три вида: гладкие, покрывающие стенки кровеносных сосудов и органов, сердечная мышца (миокард), мышцы скелета (поперечно-полосатые). Гладкие и сердечная мышцы работают независимо от воли человека. Гладкие мышцы входят в состав внутренних органов человека. Гладкомышечные клетки укорачиваются в результате сокращения сократительных элементов, но скорость их сокращения меньше, чем в скелетных.

Скелетные мышцы удерживают тело человека в равновесии и осуществляют все движения. При сокращении мышцы укорачиваются и через свои эластичные элементы – сухожилия осуществляют движения частей скелета. Работой скелетных мышц можно управлять произвольно, однако, при интенсивной работе они очень быстро утомляются. Скелетные мышцы и образующие их мышечные волокна различаются по множеству параметров: скорости сокращения, утомляемости, диаметру, цвету и так далее. Обычно выделяют красные и белые, медленные и быстрые мышечные волокна.

Красные (окислительные) мышечные волокна – это волокна небольшого диаметра, они окружены массой капилляров и содержат много белка миоглобина. К этим волокнам относятся так называемые медленные мышечные волокна. Они медленно утомляются, способны выдерживать небольшое, но длительное напряжение. Медленные (красные) мышечные волокна приспособлены для работы на выносливость.

Белые (гликолитические) мышечные волокна имеют большой диаметр, в них содержится большое количество гранул гликогена – полисахарида, который служит резервным питательным веществом белого волокна. В быстрых мышечных волокнах преобладают анаэробные механизмы энергообеспечения. К белым волокнам относятся быстрые мышечные волокна. Они лучше приспособлены для наращивания размера и силы, но быстро утомляются.

Наличие в мышце волокон каждого типа зависит от генетики конкретного человека. У одного преобладают белые, у другого красные волокна. Так, у бегунов на длинные дистанции мышцы нижних конечностей на 70% состоят из медленных волокон; у бегунов-спринтеров, прыгунов, метателей это соотношение мышечных волокон – противоположное.

Мышцы в организме человека образуют рабочие группы и работают, как правило, скоординировано (согласовано) в пространственно-временных и динамико-временных отношениях. Такое взаимодействие называется мышечной координацией. Чем больше количество мышц или групп принимает участие в движении, тем сложнее движение и тем больше энергозатраты и тем большую роль играет межмышечная координация для повышения эффективности движения. Более совершенная межмышечная координация приводит к увеличению проявляемой силы, быстроты, выносливости и гибкости.

Работоспособность мышц зависит от уровня кровоснабжения, по которому они снабжаются питательными веществами и кислородом. Все мышцы пронизаны системой кровеносных сосудов. Количество действующих капилляров в усиленно работающей мышце возрастает в 60-70 раз. Сила сокращения мышцы зависит от площади поперечного сечения мышцы, от величины площади ее прикрепления к кости, а также от направления развиваемого мышцей усилия и длины плеча приложения силы. Например, сгибатель бицепса может создать усилия до 150 кг, а голени до 480 кг.

У разных людей сила отдельных мышц различна. У людей, не занимающихся спортом, обычно лучше всего развиты мышцы, противодействующие силе тяжести; разгибатели спины, ног и сгибатели рук. У спортсменов увеличение силы отдельных мышц зависит от вида спорта. Так: у штангистов развиты разгибатели рук, туловища, ног; у гимнастов – приводящие мышцы плечевого сустава; у боксеров – мышцы плечевого пояса, шеи, груди, передней поверхности бедра и т.д. В результате физических тренировок объем и сила мышцы значительно возрастает в 1,5-3 раза, а скорость сокращения и сопротивляемость к неблагоприятным факторам повышается в 1,2-2 раза.

В жизни всякое движение – большая серия одиночных сокращений, очень часто сливающихся в более или менее длительное непрерывающееся сокращение мышц. Всякое даже кратковременное движение – чередование сокращений и расслаблений мышц. Если мы, например, спокойно идем – мышцы ног сокращаются и расслабляются с небольшой частотой; если бежим – частота резко возрастает; если несем тяжелый предмет – мышцы длительное время остаются напряженными.

Основным источником энергии для одиночного мышечного сокращения является аденозинтрифосфат (АТФ). Опытным путем показано, что животные могут работать без возобновления запасов АТФ – 2-3 сек, человек – 10-20 сек. Следовательно, на одном наличном запасе АТФ много не наработает. Необходимо постоянное и весьма интенсивное его восполнение – ресинтез АТФ. В организме для этого есть ряд путей:

Первый путь ресинтеза АТФ и самый быстрый из них – креатинкиназная реакция, энергия в которой образуется за счет распада другого высокоэнергетического вещества – креатинфосфата (КФ), который может передавать свою фосфатную группу со всем запасом энергии ее связи в креатином (К) на аденозиндифосфат (АДФ): К - Ф + АДФ = К + АТФ.

АТФ и КФ расположены в мышечном волокне недалеко друг от друга и вблизи от сократительных элементов мышечного волокна. Как только уровень АТФ начинает снижаться, сразу же запускается в ход эта реакция, что обеспечивает ресинтез АТФ. Однако запасы КФ в мышце, как и запасы АТФ, невелики, их хватает ненадолго. Креатинкиназный путь максимально эффективен, т.к. он не дает никаких побочных продуктов и не требует никаких дополнительных затрат, а запущен может быть моментально. Отрицательный момент в том, что его хватает ненадолго.

Второй путь ресинтеза АТФ – гликолиз, т.е. происходящее без участия кислорода (анаэробно) окисление глюкозы до молочной кислоты. Исходным субстратом гликолиза является глюкоза, приносимая к мышцам кровью, или содержащийся в мышце гликоген (животный крахмал. Начинается гликолиз с фосфорилирования, т.е. соединения глюкозы с фосфорной кислотой. Запасы глюкозы в организме достаточно велики. Глюкоза находится в мышцах – до 2% и в печени – до 6% от их массы. Но все же углеводные запасы организма небезграничны.

Гликолиз хорош тем, что тоже не требует повышенного снабжения организма кислородом. Анаэробное энергообеспечение преобладает при работе максимальной интенсивности, продолжительностью не более 2,5-3 мин. Но он, во-первых, малоэффективен. Во-вторых, запасы гликогена в организме хотя и велики, но далеко не безграничны и легко могут быть исчерпаны. В-третьих, гликолиз способствует наводнению организма молочной кислотой, концентрация которой в мышцах и в крови, куда она переходит из мышц, может возрастать в 10 раз и более. В-четвертых, «запуск» гликолиза требует некоторого времени. Он не настолько моментален, как креатинкиназная реакция, и полное развертывание его возможностей требует 10-20 с.

Третий и главный путь ресинтеза АТФ – дыхательное фосфорилирование. Аэробный механизм ресинтеза АТФ осуществляется за счет окислительного распада углеводов, жиров и некоторых белков до молочной кислоты и других продуктов распада. Аэробное образование энергии характерно при работе оптимальной интенсивности продолжительностью более 3-5 мин.

Процесс аэробного окисления намного сложнее и многоэтапнее гликолиза. Зато возможности аэробного генерирования АТФ почти безграничны, так как субстраты окисления практически неисчерпаемы. Взять хотя бы количество жира в жировых тканях, который может быть мобилизован, а продукты его расщепления подвергнуты окислению. Дыхательное фосфорилирование – высокоэффективно и дает большое количество молекул АТФ. Конечные продукты его – вода и углекислота – безвредны, избыток углекислоты легко удаляется через легкие с выдыхаемым воздухом. Если гликолизу могут подвергаться только углеводы, то здесь круг возможных субстратов окисления велик, разнообразен и почти неисчерпаем. Однако этот путь ресинтеза АТФ требует повышенного снабжения организма кислородом, что в практической жизни не всегда может быть в должной мере осуществлено.

При всякой мышечной деятельности повышается поглощение кислорода, и чем она интенсивнее, тем кислорода требуется больше. Так, при ходьбе со скоростью 4 км/ч по ровной дороге потребность в кислороде (по сравнению с состоянием покоя) возрастает в 4 раза, а уже при спортивном беге на короткие и средние дистанции – в 30-50 раз.

Таким образом, существует определенная последовательность включения и преобладания различных путей ресинтеза АТФ по мере продолжения мышечной деятельности: первые 2-3 с расщепление только АТФ; затем начинается ее ресинтез от 3 до 20 с – преимущественно за счет КФ; через 30-40с максимальной интенсивности достигает гликолиз; в дальнейшей постепенно все больше превалирует аэробное окисление. Наконец в аварийных ситуациях включается последний, самый невыгодный для организма путь ресинтеза АТФ – миокиназный.

4. Сердечно-сосудистая система человека

Сердечно-сосудистая система (ССС) обеспечивает циркуляцию крови в организме. Кровь транспортирует питательные вещества, кислород к клеткам и конечные продукты обмена от них, выполняет регуляторную функцию, осуществляет перенос гормонов и других физиологически активных веществ, воздействующих на различные органы и ткани.

В зависимости от характера и состава циркулирующей в организме жидкости сосудистую систему разделяют на кровеносную и лимфатическую. Движение крови и лимфы по сосудам происходит непрерывно, благодаря чему органы, ткани, клетки постоянно получают необходимые им в процессе ассимиляции пищевые вещества и кислород, и непрерывно удаляются продукты распада в процессе обмена веществ.

Кровь – это разновидность соединительной ткани с жидким межклеточным веществом (плазмой) – 55% и взвешенных в ней форменных элементов (эритроцитов, лейкоцитов и тромбоцитов) – 45%. Основные компоненты плазмы – это вода (90-92%), остальные белки и минеральные вещества. Благодаря наличию белков в крови вязкость ее выше воды (примерно в 6 раз).