Мышечная деятельность может вызывать в организме значительные изменения, в крайних случаях даже приводить к смерти, а может весьма слабо влиять на протекающие в нем процессы. Это зависит от интенсивности и длительности мышечной работы. Чем более интенсивна и длительна мышечная нагрузка, чем, соответственно, большие изменения она вызывает в организме.
Если нагрузка предельно интенсивна или длительна, то все структуры организма начинают работать на обеспечение такого высокого уровня жизнедеятельности. В этих условиях не остается ни одной системы, ни одного органа, которые были бы индифферентны по отношению к физической нагрузке. Одни системы увеличивают свою деятельность, обеспечивая мышечное сокращение, а другие – затормаживают, освобождая резервы организма.
Даже малоинтенсивная мышечная работа никогда не является работой только одних мышц, это деятельность всего организма.
Физиологические системы, увеличивающие свою деятельность во время мышечной работы и помогающие ее осуществлению, называют системами обеспечения мышечной деятельности. К ним относятся:
Нервная система. Она посылает исполнительные команды к мышцам и внутренним органам, получает и анализирует информацию от них и от окружающей обстановки, обеспечивает согласованное взаимодействие мышц с другими органами. На деятельность нервной системы оказывает влияние система желез внутренней секреции (строго говоря, в физиологии нервную систему не относят к системам обеспечения мышечной деятельности, а считают системой управления мышечной деятельностью, но в данном случае главное – знать, что нервная система принимает непосредственное участие в мышечной работе).
Система крови, которая осуществляет перенос кислорода, гормонов и химических веществ, необходимых для обеспечения сокращающихся мышц энергией, а также вывод продуктов повышенной жизнедеятельности мышечных клеток.
Система сосудов, с помощью которой организм регулирует приток крови к работающим мышцам. Сосуды работающих мышц, а также органов, обеспечивающих мышечное сокращение, расширяются, поэтому к ним поступает больше крови. Сосуды неработающих мышц и неработающих органов сужаются, и к ним поступает существенно меньше крови. Эти изменения происходят под управляющим влиянием нервной системы и системы желез внутренней секреции. На сужение и расширение сосудов влияют также продукты обмена, образующиеся в результате мышечного сокращения.
Система сердца, которая увеличивает скорость тока крови по сосудам. Благодаря этому кровь успевает доставить работающим мышцам больше кислорода и питательных веществ в единицу времени. Изменения в деятельности сердца регулируются нервной системой, собственными механизмами и гормонами желез внутренней секреции (системы сердца и сосудов настолько связаны между собой, что их часто объединяют в одну – сердечно-сосудистую систему).
Система дыхания, которая обеспечивает большее насыщение крови кислородом в единицу времени. Деятельность системы дыхания регулируется нервной системой, собственными механизмами и системой желез внутренней секреции.
Система желез внутренней секреции, которые обеспечивают гормональную поддержку выполняемой работы. Работа желез внутренней секреции регулируется собственными механизмами и нервной системой. Гормоны – это высокоактивные биологические вещества. Без большинства из них организм человека и млекопитающего не может существовать более нескольких часов, после чего наступает смерть. Высокое содержание определенных гормонов в крови позволяет увеличить работоспособность организма в несколько раз.
Система выделения, к которой можно отнести почки, кожу и легкие. Система выделения осуществляет удаление огромного количества продуктов распада, образующихся в результате мышечной деятельности. Работа системы выделения регулируется собственными механизмами, гормонами желез внутренней секреции и нервной системой.
Система терморегуляции, к которой можно отнести кожу и легкие. Система терморегуляции обеспечивает отдачу во внешнюю среду большого количества тепла, образующегося в результате сокращения мышц. Таким образом организм предохраняется от перегревания. Деятельность системы терморегуляции управляется собственными механизмами, гормонами желез внутренней секреции и нервной системой.
Деятельность других систем организма, не принимающих участия в обеспечении мышечной работы, на время ее выполнения существенно тормозится вплоть до полного прекращения. Торможению подвергается, например, деятельность пищеварительной системы, высших психических функций нервной системы, большинства органов чувств, половой системы. Во время длительной интенсивной мышечной деятельности тормозятся процессы регенерации (образования) тканей, процессы синтеза в клетках, процессы роста в клетках и тканях и множество других процессов, не имеющих значения для мышечного сокращения. Поэтому, среди других причин, больному человеку в остром периоде заболевания рекомендуют покой. Торможение процессов роста и развития во время мышечной работы вступает в конфликт с преобладающими процессами в растущем детском организме: дети не способны выполнять слишком длительную или интенсивную работу.
После прекращения мышечной работы организм должен привести деятельность систем в соответствие с состоянием покоя, восстановить запас истраченных питательных веществ, окислить и удалить накопившиеся продукты распада, затормозить деятельность ранее работающих мышечных, нервных и других клеток, запустив, таким образом, в них процессы восстановления. Одновременно организму требуется возобновить работу ранее заторможенных функций.
Таким образом, как сама мышечная деятельность, так и ее прекращение для организма является сложным процессом, затрагивающим все его структуры.
Рассмотрим далее физиологические изменения в двигательной системе.
К двигательной системе относятся скелет (пассивная часть двигательной системы) и мышцы (активная часть двигательной системы). К скелету относятся кости и их соединения (например, суставы).
Скелет служит опорой внутренним органам, местом прикрепления мышц, защищает внутренние органы от внешних механических повреждений.
В костях скелета расположен костный мозг – оран кроветворения. В состав костей входит большое количество минеральных веществ (наиболее известные - кальций, натрий, магний, фосфор, хлор). Минеральные вещества откладываются в костях в запас при их избытке в организме и выходят из костей при их недостатке в организме. Следовательно, кости играют важную роль в одном из видов обмена веществ – минеральном обмене.
Мышцы за счет способности сокращаться приводят в движение отдельные части тела, обеспечивают поддержание заданной позы. Мышечное сокращение сопровождается выработкой большого количества тепла, а значит, работающие мышцы участвуют в теплообразовании. Хорошо развитые мышцы являются прекрасной защитой внутренних органов, сосудов и нервов.
Кости и мышцы, как по массе, так и по объему составляют значительную часть всего организма. Мышечная масса взрослого мужчины – от 35 до 50 % (в зависимости от того, насколько развиты мышцы) от общей массы тела, женщины – примерно 32-36 %. На долю костей приходится 18 % от массы тела у мужчин и 16 % у женщин. Следовательно, изменения, происходящие в столь значительной части организма неизбежно отражаются и на всех других органах и системах. А значит, влияя на двигательную систему, можно влиять и на другие системы организма.
Мышечная деятельность есть результат сокращения мышечных клеток. Природа дала этим клеткам такую способность – уменьшаться в размерах, преодолевая при этом внешнее сопротивление. Для этого в каждой мышечной клетке существуют специальные структуры, которые называются сократительными элементами. По химической природе сократительные элементы являются белками.
Процессом сокращения не ограничиваются изменения в мышцах во время работы. Для сокращения мышцы нужна энергия, а она образуется в результате распада АТФ (аденозинтрифосфорной кислоты). На восстановление АТФ необходима энергия распада других веществ. Следовательно, во время мышечной работы увеличивается скорость и интенсивность обмена веществ в мышечных клетках (скорость и интенсивность распада и синтеза веществ).
Интенсивные процессы распада веществ в мышечных клетках во время работы сопровождаются образованием большого количества продуктов распада. Концентрация продуктов распада в клетке является одним из регуляторов интенсивности мышечного сокращения. При увеличении концентрации интенсивность сокращения снижается, а по достижении определенного уровня сокращение становится невозможным. Таким образом, клетка предохраняет себя от выполнения чрезмерной работы.
Сокращающиеся мышцы нуждаются в повышенном поступлении из крови кислорода и питательных веществ и удалении продуктов распада. Питательные вещества, распадаясь, обеспечивают энергию для мышечного сокращения, а кислород участвует в этом распаде. Чтобы обеспечить повышенную доставку кислорода и питательных веществ, а также скорейшее удаление продуктов распада, в работающих мышцах увеличивается скорость тока крови, и расширяются кровеносные сосуды. Эти изменения не исчезают сразу после прекращения мышечной работы, а сохраняются некоторое время. Поэтому за счет большего кровенаполнения после тренировки объем мышцы, если измерить его сантиметром, больше, чем перед тренировкой.
Энергия распада химических веществ используется на синтез АТФ менее чем на 50 % (только распад АТФ может дать энергию для мышечного сокращения). Основная же часть этой энергии рассеивается в виде тепла. Тепло образуется и от трения сократительных элементов мышечных клеток. Поэтому при работе температура сокращающихся мышц увеличивается. Повышение температуры может составлять до нескольких градусов в зависимости от длительности работы и ее интенсивности. Протекающая по работающим мышцам кровь нагревается и несет это тепло в другие части тела, обеспечивая, таким образом, их согревание и относительно равномерное распределение тепла в организме.