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.