При физической работе

Главная задача органов дыхания, кровообращения и системы крови при физической работе – обеспечить сокращающиеся мышцы кислородом и питательными веществами в соответствии с резко возросшей потребностью в них. Однако в организме тренированных и нетренированных людей эта задача решается по-разному: общая закономерность заключается в том, что у тренированных лиц сердечно-сосудистая и дыхательная системы при физической нагрузке работают более экономично, поэтому и работа может совершаться дольше.

Начало физической работы сопровождается наличием устойчивого очага возбуждения в коре больших полушарий головного мозга. Импульсы от этого очага достигают гипоталамуса, что, в свою очередь, вызывает преобладание тонуса симпатического отдела вегетативной нервной системы и выброс надпочечниками адреналина в кровь. Активация симпато-адреналовой системы способствует активизации дыхания и кровообращения.

Основной количественный показатель деятельности сердечно-сосудистой системы – минутный объем кровообращения(МОК), равный произведению частоты сердечных сокращений (ЧСС) на ударный (систолический) объем левого желудочка. МОК возрастает в 5-10 раз с 3-5 л в покое до 20-40 л при физической нагрузке. Это достигается преимущественно за счет увеличения ударного объема у тренированных людей и за счет увеличения ЧСС у нетренированных. Несмотря на то, что учащение сердцебиений при нагрузке возникает рефлекторно, вслед за началом мышечных сокращений (моторно-кардиальный рефлекс), характерно для всех людей, эта реакция более выражена у нетренированных лиц.

Хорошо известно, что длительность сердечного цикла может изменяться за счет периода общей диастолы. Именно в этот период происходит восстановление энергетических ресурсов миокарда, затраченных на систолу. Снижение длительности диастолы чревато нарушением энергообеспечения миокарда. Одновременно в равной мере увеличить ЧСС и ударный объем невозможно: чтобы изгонять в систолу (сокращеие) больше крови, левому желудочку требуется больше времени на наполнение кровью в диастолу (расслабление), значит, продолжительность ее должна возрасти, что недостижимо при увеличенной ЧСС. Сердце тренированного человека сокращается реже, но во время диастолы больше наполняется кровью и более сильным сокращением выталкивает ее в систолу. Этот режим работы сердца более экономичен. Неслучайно у спортсменов нередко наблюдается низкая ЧСС даже в покое.

Физическая нагрузка вызывает перераспределение крови между различными органами (см. табл. 6). Так, сердце, мышцы и кожа получат в 5-10 раз больший объем крови, нежели в покое. Необходимость увеличить кровоснабжение сердца и мышц при нагрузке очевидна, а кожа должна лучше кровоснабжаться с тем, чтобы усилить теплоотдачу путем излучения с поверхности тела и предотвратить перегревание. Желудочно-кишечный тракт при нагрузке оказывается в обедненном кровью положении, поэтому функции его в этот период тормозятся. Важно отметить, что объем крови, проходящий через головной мозг и почки, при нагрузке почти не изменяется.

Таблица 6

Перераспределение крови между различными органами

при физической нагрузке

Увеличение МОК закономерно приводит к росту систолического АД до 180-200 мм рт. ст. Диастолическое АД у тренированных и нетренированных лиц реагирует на нагрузку по-разному: уменьшается у тренированных людей и увеличивается у нетренированных. Дело в том, что в ответ на закисление среды, наступающее с началом работы, происходит расслабление гладкомышечных клеток и расширение артерий, питающих скелетные мышцы. Это приводит к снижению общего периферического сопротивления сосудистой системы, а именно его значение и определяет диастолическое АД. У нетренированного человека артерии скелетных мышц не расширяются, поэтому диастолическое АД не снижается.

Функция дыхания изменяется при физической работе сходным образом. Главный количественный показатель эффективности внешнего дыхания – минутный объем дыхания (МОД), равный произведению дыхательного объема (ДО) на частоту дыхательных движений (ЧДД) также возрастает. Известно, что МОД в покое составляет 5-8 л, а при нагрузке увеличивается до 50-100 л и более. Отметим, что МОК способен увеличиваться в 5-10 раз, а МОД – в 10-20 раз!

Аналогично механизмам увеличения МОК, МОД может возрасти либо в основном за счет ЧДД, либо за счет ДО, одновременно использовать оба варианта невозможно. У тренированных лиц МОД увеличивается в большей мере за счет увеличения ДО, то есть человек дышит глубже, но не столь часто (ЧДД до 30 в минуту). Увеличению ДО способствует расслабление гладкомышечных клеток мелких бронхов под действием адреналина крови и симпатических импульсов. У нетренированных лиц преобладает увеличение ЧДД: она может достигать 40 в минуту, возникает одышка – частое поверхностное дыхание с тягостным ощущением нехватки воздуха. Частые сокращения мышц вдоха приведут к их быстрому утомлению, дыхание станет еще более поверхностным. Вот почему увеличение МОД за счет увеличения ЧДД – признак слабой физической подготовки.

Мышечная работа приводит к увеличению количества эритроцитов и гемоглобина, вязкости крови, увеличению содержания кислорода в артериальной и уменьшению углекислого газа в венозной крови. Выраженность изменений зависит от интенсивности работы, что обусловлено рефлекторным сокращением селезенки при сокращении мышц, а также потерей жидкости при потоотделении. Последнее обстоятельство приводит к сгущению крови, ухудшению микроциркуляции в мышцах и снижению работоспособности. Поэтому бесконечно увеличивать число эритроцитов в кровотоке невыгодно для организма. Очень тяжелая, изнуряющая мышечная работа быстро приводит к утомлению и может вызвать уменьшение содержания эритроцитов и гемоглобина в периферической крови за счет их разрушения.

Гемоглобин – главный белок эритроцитов, содержащий гем и предназначенный для транспорта кислорода. Важное свойство гемоглобина – зависимость процессов присоединения и отдачи кислорода от температуры, рН среды и концентрации углекислого газа в крови. В работающей мышце создаются условия, облегчающие отдачу кислорода оксигемоглобином – повышение температуры и снижение рН среды. Усиленное выведение углекислого газа легкими вследствие учащения дыхания облегчает присоединение кислорода. Однако чрезмерное выведение углекислого газа приводит к защелачиванию крови, что затрудняет отдачу кислорода оксигемоглобином в мышцах.

Таким образом, физическая работа вызывает глубокие изменения в функционировании организма человека, прежде всего органов кровообращения и дыхания, которые носят адаптивный характер. Однако возможность активации этих механизмов не беспредельна. Физиология труда вырабатывает критерии, по которым следует оценивать тяжесть физической работы на основании измерения физиологических показателей кровообращения и дыхания.

СЕНСОРНЫЕ СИСТЕМЫ

Сенсорные системы – это совокупность образований, обеспечивающих восприятие внешних раздражителей. Внешние раздражения воспринимаются кожей, а также специальными органами чувств (зрения, обоняния, слуха, вкуса, равновесия).

По форме энергии раздражители делятся на механические, химические, тепловые, световые, электрические, осмотические и так далее.

По силе воздействия раздражители делятся на адекватные и неадекватные. Пороговая интенсивность адекватных раздражителей намного ниже интенсивности неадекватных. Например: ощущение света возникает, если минимальная интенсивность светового раздражителя составляет 10^-17-10^-18 Вт. Ощущение вспышки может быть вызвано при механическом давлении на глаз («искры летят»), интенсивность раздражителя в этом случае 10^-4 Вт. Следовательно, разница между световым и механическим пороговыми раздражителями на глаз составляет примерно 14 порядков.

Деятельность любой сенсорной системы начинается с восприятия рецепторами внешней энергии, трансформации в нервные импульсы и передачи их в мозг через цепи нейронов, образующих ряд уровней. Процесс завершается общим анализом и синтезом (опознаванием объекта). После этого происходит выбор или разработка программы ответной реакции организма.

Рецепторы– это конечные специализированные образования, предназначенные для трансформации энергии различных видов раздражителей в специфическую активность нервной системы.

В зависимости от характера действия раздражителя все рецепторы делятся на экстерорецепторы, которые воспринимают сигналы внешних раздражителей (рецепторы органов слуха, зрения, обоняния, вкуса), и интерорецепторы, воспринимающие сигналы из внутренней среды (рецепторы внутренних органов).

В зависимости от типа раздражителя рецепторы делятся:

- на механорецепторы, приспособлены к восприятию механической энергии раздражающего стимула. Это механорецепторы кожи, сердечно-сосудистой системы, внутренних органов, опорно-двигательного аппарата, акустической системы;

- терморецепторы – воспринимают температурные раздражения. К ним относятся терморецепторы кожи и внутренних органов, а также центральные термочувствительные нейроны. Терморецепторы подразделяются на тепловые и холодовые;

- хеморецепторы – чувствительные к действию химических агентов. Это периферические отделы обонятельных и вкусовых сенсорных систем. Сосудистые и тканевые рецепторы участвуют в оценке химического состава внутренней среды;

- фоторецепторы – воспринимают световую энергию;

- болевые рецепторы воспринимают болевые раздражения. Это специализированные нервные окончания.

Рецепторные клетки отличаются от клеток других видов следующими свойствами:

- энергия раздражителя служит в них стимулом к запуску процессов, совершаемых за счет энергии, накопленной в обменных процессах в клетке;

- рецепторная клетка на выходе обладает электрической энергией, которая передается другим клеткам;

- рецепторные клетки обладают подвижными волосками или ресничками, которые действуют подобно периферическим антеннам. Благодаря их автоматическим движениям осуществляется непрерывный поиск адекватного стимула и обеспечиваются условия для взаимодействия с ним.

Рецепторные клетки в зависимости от особенностей структуры делятся на первичные и вторичные. К первичным относятся рецепторы, у которых действие адекватного стимула осуществляется непосредственно отростком сенсорного нейрона, который таким образом первично встречается с раздражителем. Этот сенсорный нейрон находится на периферии, а не в ЦНС и представляет собой преобразованный в ходе эволюции биполярный нейрон, на одном полюсе которого расположен дендрит с ресничками, а на другом – аксон, по которому возбуждение передается в ЦНС. Вторичные рецепторы – это такие, у которых между окончанием сенсорного нейрона и точкой приложения стимула расположена дополнительная специализированная клетка не нервного происхождения. Возбуждение, возникающее в этой клетке, передается через синапс на сенсорный нейрон, следовательно, сенсорный нейрон возбуждается уже не первичным внешним стимулом, а опосредованно. Вторичные рецепторы – это волосковые клетки внутреннего уха, клетки вкусовых луковиц, фоторецепторы глаза.

Орган зрения

Зрительный анализатор состоит из глазного яблока и вспомогательного аппарата (глазодвигательные мышцы, веки, ресницы, брови, слезные железы).

Глазное яблокоимеет шаровидную форму (диаметр порядка 24 мм). Внутреннее ядро глаза окружено тремя оболочками (рис. 36). Наружная оболочка – склера – впереди переходит в прозрачную роговицу, которая не содержит кровеносных сосудов, но в ней много нервных окончаний. Прикосновение к ней вызывает безусловный мигательный рефлекс. Через роговицу свет проходит внутрь глаза.

Рис. 36. Горизонтальный срез правого глазного яблока

Под склерой располагается сосудистая оболочка, которая спереди переходит в радужку, в центре радужки отверстие – зрачок. Пигментные клетки радужки, содержащие меланин, определяют цвет глаз. В толще радужки находятся гладкие мышечные волокна, расширяющие и суживающие зрачок. Сосудистая оболочка осуществляет питание тканей глаза.

Внутренняя оболочка – сетчатка – состоит из нескольких слоев нервных клеток. Аксоны нейронов внутреннего слоя образуют толстый зрительный нерв. Место формирования зрительного нерва – слепое пятно.

Оптическая система глазасостоит из светопреломляющего аппарата и аккомодационного.Светопреломляющая система включает роговицу, водянистую влагу (заполняет пространство между роговицей и хрусталиком), хрусталик и стекловидное тело, которое находится между хрусталиком и сетчаткой. Это прозрачные структуры, преломляющие свет при его переходе из одной среды в другую.

Аккомодационный аппаратобразован ресничным телом, радужкой и хрусталиком. Эти структуры фокусируют лучи света, исходящие от рассматриваемого объекта, на сетчатку. Место наилучшего видения – желтое пятно с центральной ямкой.

Основным механизмом аккомодации (способность хорошо видеть предметы, находящиеся на разном расстоянии) является хрусталик. Изменение преломляющей силы хрусталика достигается за счет изменения его кривизны. При сокращении ресничных мышц хрусталик становится более выпуклым и сильнее преломляет лучи при рассматривании близко расположенных предметов; при рассматривании далеких предметов хрусталик уплощается и преломляет лучи слабее. В пожилом возрасте способность к аккомодации снижается, так как уменьшается эластичность хрусталика, развивается старческая дальнозоркость.

Воспринимающая система глаза такова.Оптическая система глаза фокусирует пучок света на сетчатке. При этом происходит раздражениенервных клеток – палочек и колбочек. Под действием света в них происходят химические превращения зрительного пигмента родопсина (палочки) и йодопсина (колбочки). Образующиеся более простые вещества вызывают возбуждение палочек и колбочек – возникает рецепторный потенциал, который генерирует потенциал действия( нервный импульс). Палочки не различают цвета, используются только в ночном и сумеречном зрении («куриная слепота» – недостаток витамина А, входящего в состав родопсина). Колбочки работают в дневное время, различают цвета, выделяют три типа колбочек: одни воспринимают синий, другие – зеленый, третьи – красный цвет.

Проводящая система глаза состоит в следующем.Возбуждение с рецепторов через синапсы передается на вставочные нейроны и далее по волокнам аксонов в составе зрительного нерва в головной мозг, при этом правый и левый зрительные нервы частично перекрещиваются, что обеспечивает бинокулярность зрения. Зрительные зоны коры больших полушарий находятся в затылочной доле (см. рис. 37).

Рис. 37. Зрительный проводящий путь

Бинокулярное зрение, зрение двумя глазами, обеспечивает стереоскопичность изображения, позволяет оценивать расстояние до предмета. Оно возможно благодаря тому, что изображение возникает на одинаковых, соответствующих друг другу участках сетчатки правого и левого глаза.

Адаптация глаза к яркому свету происходит в течение 4-6мин, а к темноте – в течение 45 мин.

Дальтонизм – отсутствие восприятия красного, синего или зеленого цвета встречается примерно у 8 % мужчин и 0,5 % женщин.

Близорукость (миопия) возникает вследствие того, что глазное яблоко имеет относительно небольшой размер или в силу слабости оптической системы глаза. Фокус изображения находится впереди сетчатки, и человек видит далеко расположенные предметы расплывчато.

При дальнозоркости (гиперметропия) фокус изображения находится за сетчаткой, человек хорошо видит удаленные объекты, но плохо – близко расположенные.