Общебиологические основы адаптации организма спортсмена к физическим нагрузкам

17

Министерство образования и науки Украины

Открытый международный университет развития человека “Украина"

Горловский филиал

Кафедра физической реабилитации

РЕФЕРАТ

по дисциплине: Спортивная морфология

ТЕМА:

Общебиологические основы адаптации организма спортсмена к физическим нагрузкам

Выполнил:

студент 3-го курса группы ФР-05

дневного отделения

факультета “Физическая реабилитация"

Гавриш Александр Романович

2008

План

• 1. Принцип реагирования живой системы
• 2. Организм человека как функциональная система
• 3. Понятие адаптации
• 4. Морфологические проявления компенсаторно-приспособительных реакций
• Список литературы

Введение

Современной наукой накоплены достаточно обширные знания о сложной перестройке в различных органах и системах организма человека под влиянием занятий спортом, которая протекает как на макроскопическом, так и на микроскопическом уровнях. В основе перестройки всех систем (и костной, и мышечной, и сердечно-сосудистой) лежат некоторые общие биологические принципы, познание которых является необходимым условием для её правильной оценки.

Организм человека относится к большим самоуправляемым системам, отличительными особенностями которых являются наличие огромного числа составляющих элементов и относительная самостоятельность (индетерминированность) их поведения. В самом деле, организм человека построен из астрономического числа клеток (примерно 10¹⁴), и учесть функциональную способность каждой из них в работе целостного организма практически не представляется возможным. Конечно, поведение каждого элемента, каждой клетки в организме детерминировано (т.е. причинно обусловлено), но не настолько строго, чтобы можно было точно предсказать, как они будут вести себя в той или иной ситуации. Так, мышечное волокно при раздражении будет сокращаться, а нервное волокно проводить возбуждение, но насколько интенсивно будет происходить сокращение мышечного волокна, в полной мере предсказать нельзя, так как интенсивность работы любой клетки определяется целым рядом факторов (притоком питательных веществ, готовностью внутреннего аппарата клетки к реакции и т.п.), учесть которые практически невозможно. Значит, в подобных ситуациях строгий детерминизм уступает место вероятностной интерпретации наблюдаемых явлений.

Спорт является мощным фактором, влияющим на биологическую и социальную природу человека. Неумелое использование этого полезного фактора, призванного улучшить физическое развитие человека и способствовать формированию у него таких качеств, как смелость, ловкость, сила, выносливость, может превратить его в фактор, приносящий вред. В связи с этим представляется важным установить закономерности возникновения в организме изменений под влиянием занятий спортом.

Для объяснения морфологических изменений в организме под влиянием спортивной деятельности есть, казалось бы, простая причинно-следственная связь: физическая нагрузка>рабочая гипертрофия>увеличение мышечной массы. Внимание тренеров и специалистов порой направлено лишь на достижение (причём любой ценой) конечного результата: наращивание мышечной массы у спортсмена, а вместе с ней и силовых качеств. При этом не учитывается тот факт, что в перестройку вовлекаются не только мышечная система, но и все другие органы и системы в организме человека. Фактически оказывается, что между причиной (физическая нагрузка) и следствием (наращивание мышечной массы) стоит сложная цепь последовательных взаимных приспособлений различных систем организма к меняющимся функциональным отношениям. Не учитывать этого обстоятельства - значит не понимать основных процессов, протекающих в организме, не уметь управлять ими.

Любая перестройка всегда затрагивает организм в целом и осуществляется по общим принципам реагирования живой системы. Даже местные изменения в органах должны рассматриваться через призму целостного организма, т.е. с точки зрения их полезности или нежелательности для организма в целом.

1. Принцип реагирования живой системы

В основе жизнедеятельности любого организма лежит рефлекторный принцип его реагирования на внешние воздействия. Окружающая живой организм внешняя среда постоянно воздействует на него, посылая внешние импульсы, на которые организм отвечает определёнными реакциями. Это происходит и в случае простых рефлексов (например, отдёргивание руки в ответ на укол) и в случае сложных рефлекторных актов, которые лежат в основе формирования движений спортсмена.

Рефлекторный принцип жизнедеятельности организма учитывает прежде всего зависимость её от внешней среды, обусловленность внешней средой (рис.1). В этом смысле рефлекторная теория является фундаментальным достижением в материалистическом понимании природы и жизнедеятельности человека. Однако рефлекторный принцип недостаточен, как справедливо отмечает П.К. Анохин, когда речь идёт о сложных формах деятельности животных и человека, ибо он не учитывает внутреннего строения организма, его активности, целенаправленности поведения. По крайней мере эти факторы не входят в понятие рефлекса. Реакция организма на внешний импульс - это не только ответ на воздействие. По сути своей реакция организма представляет собой сложный циклический процесс, в котором принимают участие различные структурные компоненты.

Представим себе простую схему (рис.2): на организм из внешней среды действует какой-то импульс а, вызывающий некоторую ответную реакцию А. Ответная реакция организма изменяет окружающую его внешнюю среду точно так же, как импульс вызывает изменения внутренней среды. При повторном воздействии импульса (на схеме а₁) предшествующая реакция организма А автоматически учитывается, поскольку внешняя среда уже изменена реакцией организма и повторный импульс а₁ воздействует на организм из изменённой внешней среды. Значит, реакция организма А₁ на повторный импульс а₁ связана с его предшествующей реакцией посредством тех изменений, которые возникают в окружающей среде в результате жизнедеятельности организма. Иными словами, организм постоянно получает информацию о том, как выполнено то или иное действие. Так формируется канал обратной связи, позволяющий организму корректировать свою собственную деятельность относительно предшествующих реакций.

Рефлекторный принцип утверждает, что между внешним импульсом и реакцией организма имеется прямая связь, т.е. внешний стимул является основным побуждающим моментом в осуществлении реакции организма. Однако для управления сложными реакциями живого организма наличия только прямых связей недостаточно. Канал обратной связи поставляет организму необходимую информацию о результатах его деятельности, что крайне необходимо для корректировки поведения и реакций организма.

Каналы прямой и обратной связи действуют на всех уровнях внутренней структурной иерархии организма (органном, клеточном и субклеточном), обеспечивая тонкую согласованность в работе всех органов. На примере механизма управления мышечной деятельностью человека можно проследить все структурные элементы прямых и обратных связей мышечных волокон с нервной системой. Управляющие команды, поступающие с мотонейронов спинного мозга к мышцам, достигают последних по нервным волокнам, которые идут вначале в составе передних корешков спинного мозга, а затем в составе периферических нервов - это прямая связь двигательного аппарата с центральной с центральной нервной системой. Однако для формирования определённой двигательной реакции организма центральной нервной системе необходима информация о состоянии готовности двигательного аппарата к её выполнению. Эта информация поступает в нервную систему по каналу обратной связи, в качестве которого используются чувствительные проприоцептивные нервные проводники.

Центральная нервная система связана со всеми органами с помощью прямых (эфферентных) и обратных (афферентных - проприоцептивных и интероцептивных) связей, благодаря чему становится возможной согласовання работа внутренних органов. В системе межорганных взаимоотношений в качестве прямых и обратных связей в организме используются не только нервные элементы, но и гуморальная и эндокринная системы.

2. Организм человека как функциональная система

Организм человека устроен чрезвычайно сложно и включает в себя множество структурных подразделений. Сложна и динамична архитектура актов жизнедеятельности, поскольку в них вовлекается огромное множество различных структур. Современное системно-структурное понимание сущности жизни базируется на том, что структура организма на всех уровнях, начиная от клетки и кончая организмом, - это интегральное единство пространственного строения и временной динамической организации.

Идея о том, что живой организм представляет собой функциональную систему, была сформулирована в 30-х годах П.К. Анохиным и сейчас является одним из фундаментальных понятий в биологии. Сам феномен функциональной системы состоит в динамическом объединении различных элементов организма, которое направлено на получение полезного результата действия. Концепция функциональной системы позволяет несколько по-иному посмотреть на организм человека и выполнение им тех или иных действий.

С этой точки зрения каждое движение человека, в том числе и движение спортсмена, можно рассматривать как результат функционального объединения большого количества различных морфологических элементов (костей, связочно-суставного аппарата, мышц, элементов кровеносной и нервной систем), направленного на достижение определённого двигательного эффекта. Каждая из перечисленных морфологических структур выполняет в двигательном акте свои определённые функции, однако это не мешает "функциональному ансамблю" структурных элементов работать согласованно. Функциональную систему можно выделить на любом уровне: и на клеточном, и на органном, и на организменном. Отсюда становится понятным многостороннее влияние физических упражнений и спорта на организм человека. Выполнение любого движения неизбежно отражается на состоянии костей, их соединений, мышц, внутренних органов, сердца, сосудов, органов внутренней секреции, нервной системы, т.е. и на системах исполнения, и на системах обеспечения.

Особое значение в логической структуре функциональной системы имеет результат действия. Понятие результата действия, как и цели действия, является центральным пунктом в системной концепции П.К. Анохина. Самоуправляемая система в ней определяется через понятие полезного для организма результата его собственной деятельности, так как полезность результата действия обеспечивает стабилизацию и устойчивое состояние системы. "Все звенья функциональной системы связаны взаимовлиянием, которое не происходит хаотически или не ориентировано, а развивается таким образом, что все компоненты системы содействуют друг другу, т.е. их усилия фиксируются на путях получения полезного результата для данной системы и для организма в целом. Следовательно, в функциональной системе результата является универсальным организующим фактором. Именно это и определяет, в каком месте и в какое время включится тот или иной компонент системы" (П.К. Анохин, 1968). Таким образом, главным управляющим фактором в саморегулирующих системах, в том числе и в биологических, является результат их деятельности и полезность достигнутого результата для последующего поведения системы.

В процессе приспособления в животном мире создавались доминирующие линии нервных и гуморальных реакций, не только отвечающих настоящему моменту, но и опережающих события внешнего мира. Принцип опережающего отражения обеспечивает приспособление к будущим, ещё не наступившим событиям. Этот принцип играет важную роль в подготовке спортсменов к соревнованиям, в предстартовом периоде, особенно в плане обеспечения максимальной подготовленности систем организма к физическим нагрузкам.

3. Понятие адаптации

Как уже говорилось, под влиянием занятий спортом и в мышечной, и в костной, и в сердечно-сосудистой системах происходят прогрессивные морфологические изменения, которые обеспечивают приспособляемость организма спортсмена к высоким тренировочным и соревновательным нагрузкам. Любые изменения в одном органе или группе органов, возникшие под влиянием занятий спортом, влекут за собой согласованную морфологическую перестройку во всех других органах и системах организма. Эта взаимообусловленность морфологических изменений в организме спортсмена отражает сущность биологического приспособления его к физическим нагрузкам.

Важнейшим свойством любого организма является поддержание постоянства его внутренней среды, которое получило название гомеостаза. Гомеостаз внутренней среды находит своё отражение в устойчивости строения внутренних органов и мышечной системы на протяжении жизни каждого индивидуума. Несмотря на то что все ткани и клетки постоянно обновляются в процессе жизни, тканевый состав внутренних органов остаётся постоянным (стабильным).

Для обеспечения этой стабильности эволюция избрала принцип избыточной организации. Это, в частности, выражается в характерном для организма дублировании органов и процессов. Парность органов заслуживает особого внимания, так как в нормальных условиях для обслуживания организма достаточно одного из них. Человек может обходиться одной почкой, одним лёгким, может жить, потеряв треть крови. Избыточность организации страхует организм от случайностей. Однако из этого следует и другой вывод: прочность организма намного больше, чем ему действительно требуется. Значит, предел физических возможностей организм не исчерпывается в обычных ситуациях, он рассчитан ещё и на предельные нагрузки. В основе развития морфологических структур и функциональных отправлений лежит единство организма и внешней среды. Оно привело в процессе эволюции к формированию большого количества приспособительных реакций и механизмов, имеющих то или иное морфологическое выражение. Способность реагировать на экзогенные факторы и поддерживать постоянство внутренней среды является эволюционно выработанным механизмом адаптации живых систем. Приспособляемость организма к внешней среде осуществляется тонкой и содружественной деятельностью многих систем организма, координируемых нейрогуморальными механизмами.

Под термином "адаптация" понимают довольно широкий круг явлений, среди которых можно выделить две основные группы:

а) фенотипические приспособления (индивидуальная адаптация), когда адаптационный акт осуществляется в течение жизни индивидуума под влиянием изменившихся факторов среды;

б) генотипические приспособления (видовая адаптация), являющиеся врождёнными и отражающие видовую приспособленность.

Большинство работ медицинского профиля посвящено изучению фенотипической адаптации и её морфологическому проявлению на различных уровнях организации человеческого организма. В этом плане рассматривается адаптация организма к гипоксии, к физическим нагрузкам, к воздействию климатических условий и т.п.

При рассмотрении адаптации необходимо отметить два важных фактора:

Всякая адаптация возникает под влиянием раздражения в течение некоторого периода времени: от нескольких минут до многих поколений. В качестве примеров можно привести соответственно адаптацию органов чувств и генетические сдвиги в организме.

Адаптация характеризуется адекватностью сдвигов в организме (включая и морфологические) изменениям внешней среды. Значение вклада отечественных учёных в изучение адаптации трудно переоценить. Об этом свидетельствуют основополагающие работы школ А.Н. Северцова, И.И. Шмальгаузена, И.П. Павлова, П.К. Анохина и открытие многих механизмов приспособительных реакций. П.К. Анохин (1962) отмечает, что адаптивные реакции играют роль своеобразного буфера, призванного смягчить эффект воздействия внешней среды и предотвратить сдвиги в течении жизненно важных процессов.

Несмотря на то, что взгляды исследователей на основное содержание понятия "адаптация" ещё не в полной мере согласованы, всё же можно очертить круг основных явлений, которые попадают под это понятие. Под адаптацией понимаются те приспособительные изменения в организме, которые отражают расширение его функциональных возможностей, увеличение работоспособности, повышение сопротивляемости внешним воздействиям. Адаптация такого рода может быть одной из основ морфологического преобразования живых систем в их сложном взаимоотношении с внешней средой.

Важнейшим фактором адаптации является автоматизм работы систем организма. Сюда относится обеспечение актов внешнего дыхания и деятельности сердечно-сосудистой системы. Каждому органу, каждой функциональной системе присущи собственные ритмы и диапазоны приспособляемости.

Морфофункциональные изменения, происходящие в организме в процессе мышечной деятельности, существенны и выражаются в основном в гипертрофии поперечнополосатых мышц при силовых нагрузках, в преобразовании конструкции мышцы как органа, в морфологической перестройке костей, сердечно-сосудистой системы и т.п. Адаптационные изменения в двигательном аппарате спортсмена неодинаковы. В зависимости от особенностей вида спорта, в котором спортсмен специализируется, длительности занятий или уровня спортивного мастерства, способов решения двигательных задач эти изменения носят тотальный (общий) или локальный (местный) характер. Правильнее рассматривать локальную перестройку в единстве с общими изменениями в организме спортсмена. Обычно локальные изменения имеют место там, где в наибольшей мере действует нагрузка и где она проявляется специфически.

Принято различать две стадии адаптации: первая стадия - функциональная адаптация - характеризуется развитием таких адаптационных реакций в системах организма, когда приспособление идёт на функциональном уровне, а морфологические изменения незначительны и носят полиморфный характер; вторая стадия - морфофункциональная адаптация - соответствует такому состоянию системе, когда наряду с гиперфункцией имеет место выраженная морфологическая перестройка органов.

4. Морфологические проявления компенсаторно-приспособительных реакций

Считают, что компенсаторно-приспособительные процессы, с морфологической точки зрения, могут быть двух типов: гипертрофией и атрофией.

Гипертрофией называется увеличение массы функциональных единиц органа, сопровождающееся интенсификацией его функций. Гипертрофия характеризуется увеличением объёма и веса органа, объёма клеточных элементов, а в некоторых случаях и количества клеток в органе, так называемой гиперплазией (рис.3).

В отличие от гипертрофии, атрофия представляет собой процесс, характеризующийся уменьшением объёма и размеров органов, а также качественными изменениями клеточных элементов, приводящими к их гибели. Атрофия обычно сопровождает патологические процессы в организме человека.

Истинную гипертрофию, которая затрагивает перестройку паренхиматозных клеток, выполняющих специфическую для органа функцию (для мышц это будут мышечные волокна, для костей - остеоциты и т.д.), необходимо отличать от ложной, при которой происходит увеличение межуточной ткани (жировой или соединительной). Ложная гипертрофия часто протекает по типу замещения паренхиматозных клеток соединительной тканью и обычно сопутствует атрофии.

Усиление функциональной активности органов двигательного аппарата и систем обеспечения, наблюдаемое при повышенной мышечной работе, связано с возрастанием энергетических затрат организма. При этом усиливается расщепление сложных белково-липидных комплексов клеточной протоплазмы на большее количество мелких, легко окисляемых молекул. Эти процессы ведут к повышению осмотического давления и ацидозу, что сопровождается набуханием клеточной протоплазмы. Это, в частности, можно наблюдать на мышечных волокнах при их длительном сокращении. Ацидотические сдвиги, вызывая гиперемию (т.е. повышенный приток крови) тканей, способствуют развитию гипертрофии.

Набухание клетки, связанное с поглощением воды, уменьшает концентрацию структурных элементов цитоплазмы. В результате "включаются" механизмы авторегуляции, и все внутриклеточные процессы становятся ориентированными на синтез новых внутриклеточных структур. Так достигается более высокий уровень клеточной активности. Иными словами, если функции "стало тесно" в данной структуре, то автоматически происходит активизация синтеза с последующим увеличением массы функционирующих, энергообразующих и опорных структур в клетке. Этот синтез обеспечивается генетическим аппаратом клетки согласно общеизвестной схеме: ДНК>РНК>белок.

Следует отметить, что биохимические процессы предшествуют морфологическим проявлениям гипертрофии. Если объём и поверхность гипертрофированной клетки не удовлетворяют нарастающим потребностям в газообмене и метаболизме, то вслед за ресинтезом ДНК клетка иногда делится. Это восстанавливает нормальные соотношения между её объёмом и поверхностью. Если клетка не способна к делению, то она может наращивать свой внутриклеточный аппарат, увеличивая, скажем, количество миофибрилл, митохондрий, как это имеет место в мышечных волокнах (рис.4).

Чем активнее мышечная деятельность, тем сильнее процессы распада и тем больше продуктов метаболизма накапливается в мышцах, что повышает уровень пластических процессов в них. При физических нагрузках увеличивается и количество митохондрий в работающих органах (мышцы, сердце). Гипертрофические изменения, наблюдаемые в мышцах и костях, тесно связаны с адекватными преобразованиями и в сердечно-сосудистой системе, поскольку все процессы в организме человека взаимообусловлены. Гипертрофию вызывает не просто усиленная работа, а такая работа, которая контролируется организмом и которая имеет определённую биологическую направленность и целесообразность.

Мышечная деятельность при выполнении физических упражнений целенаправленно влияет на цикл самообновления клеток, поэтому, дозируя физическую нагрузку, можно поддерживать этот процесс самообновления на определённом уровне, создавая тем самым оптимальные условия для синтеза внутриклеточных структур. Изучение морфологических особенностей спортсменов различных специализаций является насущной проблемой сегодняшнего дня, так как в зависимости от индивидуальных характеристик организма и вида специализации тренировки по-разному сказываются на структурных свойствах организма.

Современные морфологические методы постоянно эволюционируют в направлении выяснения функциональной стороны явлений. Всё труднее становится определить, где кончается морфология, а где начинается физиология. Да и вряд ли нужны поиски границ между ними. Единство структуры и функции подразумевает их принципиальную неделимость. Форма есть закономерное и необходимое выражение функции. Если функция образует форму, то и форма влияет на данную функцию, стабилизирует и наследственно закрепляет её. Поэтому "материальные основы биологических функций, - как пишет академик В.В. Куприянов (1974), - познаются в русле морфологии".

Изменения, протекающие в организме, затрагивают различные уровни его организации. Самые первые изменения возникают на клеточном уровне. Для каждой клетки характерно закономерное пространственное (т.е. морфологическое) разобщение основных биохимических процессов: в клеточном ядре сосредоточены процессы нуклеинового обмена, в рибосомах - синтез белка, в митохондриях - аккумуляция энергии в специальных биохимических соединениях (в форме АТФ), в гиалоплазме - распад углеводов. Все основные виды обмена веществ имеют в клетке точную локализацию, что позволяет с помощью соответствующих гистологических и цитологических методов определять его изменения.

Список литературы

1. Анатомия спортивной морфологии (практикум). - М.: ФиС, 1989.

2. Глухих Ю.Н., Серебряков Г.Н. Основы динамической морфологии. - Омск, СибГАФК, 1998.

3. Лысов П.К., Никитюк Б.Д., Сапин М.Р. Анатомия (с основами спортивной морфологии. - М.: Медицина, 2003.

4. Морфология человека / Под ред. Б.А. Никитюка, В.П. Чтецова. - М.: Изд-во МГУ, 1990.