Общебиологические основы адаптации организма спортсмена к физическим нагрузкам

РЕФЕРАТ по дисциплине : Спортивная морфоло гия ТЕМА : Общебиологические основы адаптации организма спор тсмена к физическим нагрузкам План Введение 1. Прин цип реагирования живой системы 2. Орга низм человека как функциональная система 3. Поня тие адаптации 4. Морф ологические проявления компенсаторно-приспособительных реакций Спис ок литературы Введ ение Современной наукой накоплены достаточно обширные зн ания о сложной перестройке в различных органах и системах организма чел овека под влиянием занятий спортом, которая протекает как на макроскопи ческом, так и на микроскопическом уровнях . В основе перестройки всех систем ( и костной, и мышечной, и сердечно-сосудистой ) лежат некоторые общие биологические принципы, познан ие которых является необходимым условием для её правильной оценки . Организм человека относится к большим самоуправляем ым системам, отличительными особенностями которых являются наличие ог ромного числа составляющих элементов и относительная самостоятельнос ть ( индетерминированность ) их поведения . В самом деле, организм человека построен из астрономического ч исла клеток ( примерно 10 14 ), и учесть функциональну ю способность каждой из них в работе целостного организма практически н е представляется возможным . Конечн о, поведение каждого элемента, каждой клетки в организме детерминирован о (т.е. причинно обуслов лено ), но не настолько строго, чтобы м ожно было точно предсказать, как они будут вести себя в той или иной ситуа ции . Так, мышечное волокно при раздр ажении будет сокращаться, а нервное волокно проводить возбуждение, но на сколько интенсивно будет происходить сокращение мышечного волокна, в п олной мере предсказать нельзя, так как интенсивность работы любой клетк и определяется целым рядом факторов ( при током питательных веществ, готовностью внутреннего аппарата клетки к р еакции и т.п.) , учесть ко торые практически невозможно . Знач ит, в подобных ситуациях строгий детерминизм уступает место вероятност ной интерпретации наблюдаемых явлений . Спорт является мощным фактором, влияющим на биологиче скую и социальную природу человека . Неумелое использование этого полезного фактора, призванного улучшить физическое развитие человека и способствовать формированию у него так их качеств, как смелость, ловкость, сила, выносливость, может превратить е го 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 организм е под влиянием спортивной деятельности есть, казалось бы, простая причин но-следственная связь : физическая н агрузка→'3eрабочая гипертрофия→'3eувеличение мышечной массы . Внимание тренеров и специалистов порой нап равлено лишь на достижение ( причём любой ценой ) конечного результата : наращивание мышечной массы у спортсмен а, а вместе с ней и силовых качеств . Пр и этом не учитывается тот факт, что в перестройку вовлекаются не только м ышечная система, но и все другие органы и системы в организме человека . Фактически оказывается, что между п ричиной ( 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, п ротекающих в организме, не уметь управлять ими . Любая перестройка всегда затрагивает организм в цело м 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 неж елательности для организма в целом . 1. При нцип реагирования живой системы В основе жизнед еятельности любого организма лежит рефлекторный принцип его реагирова ния на внешние воздействия . Окружаю щая живой организм внешняя среда постоянно воздействует на него, посыла я внешние импульсы, на которые организм отвечает определёнными реакция ми . Это происходит и в случае просты х рефлексов ( например, отдёргивание руки в ответ на укол ) и в случае сложных ре флекторных актов, которые лежат в основе формирования движений спортсм ена . Рефлекторный принцип жизнедеятельности организма у читывает 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 недос таточен, как справедливо отмечает П .К. Ан охин, когда речь идёт о сложных формах деятельности животных и человека, ибо он не учитывает внутреннего строения организма, его активности, целе направленности поведения . По крайней мере эти факторы не входят в поня тие рефлекса . Реакция организма на в нешний импульс - это не только ответ на во здействие . По сути своей реакция орг анизма представляет собой сложный циклический процесс, в котором прини мают участие различные структурные компоненты . Ответная реакция ор ганизма изменяет окружающую его внешнюю среду точно так же, как импульс вызывает изменения внутренней среды . При повторном воздействии импульса ( на схеме а 1 ) предшествующая реакция организма А автоматически учитыва ется, поскольку внешняя среда уже изменена реакцией организма и повторн ый импульс а 1 воздействует на организм из изменённой внешней среды . Значит, реакция организма А 1 на повторный импульс а 1 связана с его предшествующей реакцией посредством тех изменений, которые возник ают в окружающей среде в результате жизнедеятельности организма . Иными словами, организм постоянно получ ает информацию о том, как выполнено то или иное действие . Так формируется канал обратной связи, позво ляющий организму корректировать свою собственную деятельность относи тельно предшествующих реакций . Рефлекторный принцип утверждает, что между внешним им пульсом и реакцией организма имеется прямая связь, т.е. внешний стимул является основным побу ждающим моментом в осуществлении реакции организма . Однако для управления сложными реакциями живого орга низма наличия только прямых связей недостаточно . Канал обратной связи поставляет организму необходимую и нформацию о результатах его деятельности, что крайне необходимо для кор ректировки поведения и реакций организма . Каналы прямой и обратной связи действуют на всех уров нях внутренней структурной иерархии организма ( органном, клеточном и субклеточном ), обеспечивая тонкую согласованность в работе всех органов . На примере механизма управления мышеч ной деятельностью человека можно проследить все структурные элементы прямых и обратных связей мышечных волокон с нервной системой . Управляющие команды, поступающие с мотоней ронов 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 пр ямая связь двигательного аппарата с центральной с центральной нервной системой . Однако для формирования о пределённой двигательной реакции организма центральной нервной систе ме необходима информация о состоянии готовности двигательного аппарат а к её выполнению . Эта информация по ступает в нервную систему по каналу обратной связи, в качестве которого используются чувствительные проприоцептивные нервные проводники . Центральная нервная система связана со всеми органам и с помощью прямых ( эфферентных ) и обратных ( а фферентных - проприоцептивных и интероц ептивных ) связей, благодаря чему ста новится возможной согласовання работа внутренних органов . В системе межорганных взаимоотношений в ка честве прямых и обратных связей в организме используются не только нерв ные элементы, но и гуморальная и эндокринная системы . 2. Орган изм человека как функциональная система Организм человека устроен чрезвычайно сложно и включ ает в себя множество структурных подразделений . Сложна и динамична архитектура актов жизнедеятельности, п оскольку в них вовлекается огромное множество различных структур . Современное системно-структурное поним ание сущности жизни базируется на том, что структура организма на всех у ровнях, начиная от клетки и кончая организмом, - это интегральное единство пространственного строения и вр еменной динамической организации . Идея о том, что живой организм представляет собой функ циональную систему, была сформулирована в 30-х годах П .К. Анохиным и сейчас является одним из фундаментальных поня тий в биологии . Сам феномен функцион альной системы состоит в динамическом объединении различных элементов организма, которое направлено на получение полезного результата дейст вия . Концепция функциональной сист емы позволяет несколько по-иному посмотреть на организм человека и выпо лнение им тех или иных действий . С этой точки зрения каждое движение человека, в том чис ле и движение спортсмена, можно рассматривать как результат функционал ьного объединения большого количества различных морфологических элем ентов ( костей, связочно-суставного аппар ата, мышц, элементов кровеносной и нервной систем ), направленного на достижение определённого двигательног о эффекта . Каждая из перечисленных м орфологических структур выполняет в двигательном акте свои определённ ые функции, однако это не мешает " функцио нальному ансамблю " структурных элемент ов работать согласованно . Функцион альную 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 отра жается на состоянии костей, их соединений, мышц, внутренних органов, серд ца, сосудов, органов внутренней секреции, нервной системы, т .е. и на системах исполнения, и на сист емах обеспечения . Особое значение в логической структуре функциональн ой системы имеет результат действия . Понятие результата действия, как и цели действия, является цент ральным пунктом в системной концепции П .К. Анохина . Самоуправляемая система в ней определяется через понятие полезного для организма резул ьтата его собственной деятельности, так как полезность результата дейс твия обеспечивает стабилизацию и устойчивое состояние системы . " Все звенья функциональной системы связаны взаимовлиянием, которое не происходит хаотически или н е ориентировано, а развивается таким обр азом, что все компоненты системы содействуют друг другу, т.е . их усилия фиксируются на путях пол учения полезного результата для данной системы и для организма в целом . Следовательно, в функциональной си стеме 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 факторо м в саморегулирующих системах, в том числе и в биологических, является ре зультат их деятельности и полезность достигнутого результата для посл едующего поведения системы . В процессе приспособления в животном мире создавалис ь доминирующие линии нервных и гуморальных реакций, не только отвечающи х настоящему моменту, но и опережающих события внешнего мира . Принцип опережающего отражения обеспечива ет приспособление к будущим, ещё не наступившим событиям . Этот принцип играет важную роль в подготовке спортсменов к соревнованиям, в предстар товом периоде, особенно в плане обеспечения максимальной подготовленн ости систем организма к физическим нагрузкам . 3. Понят ие адаптации Как уже говорилось, под влиянием занятий спортом и в мы шечной, и в костной, и в сердечно-сосудистой системах происходят прогрес сивные морфологические изменения, которые обеспечивают приспособляем ость организма спортсмена к высоким тренировочным и соревновательным нагрузкам . Любые изменения в одном о ргане или группе органов, возникшие под влиянием занятий спортом, влекут за собой согласованную морфологическую перестройку во всех других орг анах и системах организма . Эта взаим ообусловленность морфологических изменений в организме спортсмена от ражает сущность биологического приспособления его к физическим нагруз кам . Важнейшим свойством любого организма является подде ржание постоянства его внутренней среды, которое получило название гомеостаза . Гомеост аз внутренней среды находит своё отражение в устойчивости строения вну тренних органов и мышечной системы на протяжении жизни каждого индивид уума . Несмотря на то что все ткани и к летки постоянно обновляются в процессе жизни, тканевый состав внутренн их органов остаётся постоянным ( стабиль ным ). Для обеспечения этой стабильности эволюция избрала п ринцип избыточной организации . Это, в частности, выражается в характерном для организма дублировании орган ов и процессов . Парность органов зас луживает особого внимания, так как в нормальных условиях для обслуживан ия 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 действите льно требуется . Значит, предел физич еских возможностей организм не исчерпывается в обычных ситуациях, он ра ссчитан 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 больш ого количества приспособительных реакций и механизмов, имеющих то или и ное морфологическое выражение . Спо собность реагировать на экзогенные факторы и поддерживать постоянство внутренней среды является эволюционно выработанным механизмом адапта ции живых систем . Приспособляемост ь организма к внешней среде осуществляется тонкой и содружественной де ятельностью многих систем организма, координируемых нейрогуморальным и механизмами . Под термином " адапта ция " понимают довольно широкий круг явл ений, среди которых можно выделить две основные группы : а ) фенотипичес кие приспособления ( индивидуальная ада птация ), когда адаптационный акт осу ществляется в течение жизни индивидуума под влиянием изменившихся фак торов среды ; б ) генотипичес кие приспособления ( видовая адаптация ), являющиеся врождёнными и отражающ ие видовую приспособленность . Большинство работ медицинского профиля посвящено из учению фенотипической адаптации и её морфологическому проявлению на р азличных уровнях организации человеческого организма . В этом плане рассматривается адаптация орг анизма к гипоксии, к физическим нагрузкам, к воздействию климатических у словий и т.п. При рассмотрении адаптации необходимо отметить два в ажных фактора : Всякая адаптация возникает под влиянием раздражения в течение некоторого периода времени : от нескольких минут до многих поколений . В качестве примеров можно привести соответственно адапт ацию органов чувств и генетические сдвиги в организме . Адаптация характеризуется адекватностью сдвигов в о рганизме ( включая и морфологические ) изменениям внешней среды . Значение вклада отечественных учёных в изу чение 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 прис пособительных реакций . П.К. Анохин ( 1962 ) отмечает, что адаптивные реакции играют рол ь своеобразного буфера, призванного смягчить эффект воздействия внешн ей среды и предотвратить сдвиги в течении жизненно важных процессов . Несмотря на то, что взгляды исследователей на основно е содержание понятия " адаптация " ещё не в полной мере согласованы, всё же можно оче ртить круг основных явлений, которые попадают под это понятие . Под а даптацией понимаются те приспосо бительные изменения в организме, которые отражают расширение его функц иональных возможностей, увеличение работоспособности, повышение сопро тивляемости внешним воздействиям . Адаптация такого рода может быть одной из основ морфологического преоб разования живых систем в их сложном взаимоотношении с внешней средой . Важнейшим фактором адаптации является автоматизм ра боты систем организма . Сюда относит ся обеспечение актов внешнего дыхания и деятельности сердечно-сосудис той системы . Каждому органу, каждой функциональной системе присущи собственные ритмы и диапазоны приспосо бляемости . Морфофункциональные изменения, происходящие в орган изме в процессе мышечной деятельности, существенны и выражаются в основ ном в гипертрофии поперечнополосатых мышц при силовых нагрузках, в прео бразовании конструкции мышцы как органа, в морфологической перестройк е костей, сердечно-сосудистой системы и т.п. Адаптационные изменения в двигательном апп арате спортсмена неодинаковы . В зав исимости от особенностей вида спорта, в котором спортсмен специализиру ется, длительности занятий или уровня спортивного мастерства, способов решения двигательных задач эти изменения носят тота льный ( общий ) или локальный ( местный ) характер . Правильнее рассматривать локальную перест ройку в единстве с общими изменениями в организме спортсмена . Обычно локальные изменения имеют место там, где в наибольшей мере действует нагрузка и где она проявляется специфич ески . Принято различать две стадии адаптации : первая стадия - функциональная адаптация - характеризуется развитием таких адаптационных реакций в системах организма, когда приспособление идёт на функциональном уровн е, а морфологические изменения незначительны и носят полиморфный харак тер ; вторая стадия - морфофункциональная адаптац ия - соответствует такому состоянию сист еме, когда наряду с гиперфункцией имеет место выраженная морфологическ ая перестройка органов . 4. Мор фологические проявления компенсаторно-приспособительных реакций Считают, что компенсаторно-приспособительные процес сы, с морфологической точки зрения, могут быть двух типов : гипертрофией и атрофией . Гипертрофией называется увеличение массы функциональных единиц органа, со провождающееся интенсификацией его функций . Гипертрофия характеризуется увеличением объёма и веса орг ана, объёма клеточных элементов, а в некоторых случаях и количества клет ок в органе, так называемой гиперплазией (рис.3 ). В отличие от гипе ртрофии, атрофия представляет со бой процесс, характеризующийся уменьшением объёма и размеров органов, а также качественными изменениями клеточных элементов, приводящими к их гибели . Атрофия обычно сопровождае т патологические процессы в организме человека . Истинную гипертрофию , которая зат рагивает перестройку паренхиматозных клеток, выполняющих специфическ ую для органа функцию ( для мышц это будут мышечные волокна, для костей - остеоциты и т.д.) , необходимо отли чать от ложной , при которой происхо дит увеличение межуточной ткани ( жирово й или соединительной ). Ложная гиперт рофия часто протекает по типу замещения паренхиматозных клеток соедин ительной тканью и обычно сопутствует атрофии . Усиление функциональной активности о рганов двигательного аппарата и систем обеспечения, наблюдаемое при по вышенной мышечной работе, связано с возрастанием энергетических затра т организма . При этом усиливается ра сщепление сложных белково-липидных комплексов клеточной протоплазмы н а большее количество мелких, легко окисляемых молекул . Эти процессы ведут к повышению осмотическо го давления и ацидозу, что сопровождается набуханием клеточной протопл азмы . Это, в частности, можно наблюда ть на мышечных волокнах при их длительном сокращении . Ацидотические сдвиги, вызывая гиперемию (т.е. повышенный приток крови ) т каней, способствуют развитию гипертрофии . Набухание клетки, связанное с поглощением воды, умень шает концентрацию структурных элементов цитоплазмы . В результате " включают ся " механизмы авторегуляции, и все внутри клеточные процессы становятся ориентированными на синтез новых внутри клеточных структур . Так достигаетс я более высокий уровень клеточной активности . Иными словами, если функции " стало тесно " в данной структуре, то автом атически происходит активизация синтеза с последующим увеличением мас сы функционирующих, энергообразующих и опорных структур в клетке . Этот синтез обеспечивается генетически м аппаратом клетки согласно общеизвестной схеме : ДНК→'3eРНК→'3eбелок . Следует отметить, что биохимические процессы предшес твуют морфологическим проявлениям гипертрофии . Если объём и поверхность гипертрофированной клетки не уд овлетворяют нарастающим потребностям в газообмене и метаболизме, то вс лед за ресинтезом ДНК клетка иногда делится . Это восстанавливает нормальные соотношения между её объёмом и поверхностью . Если клетка не спосо бна к делению, то она может наращивать свой внутриклеточный аппарат, уве личивая, скажем, количество миофибрилл, митохондрий, как это имеет место в мышечных волокнах Чем активнее мышечная деятельность, тем сильнее проце ссы распада и тем больше продуктов метаболизма накапливается в мышцах, ч то повышает уровень пластических процессов в них . При физических нагрузках увеличивается и количество мит охондрий в работающих органах ( мышцы, сер дце ). Гипертрофические изменения, на блюдаемые в мышцах и костях, тесно связаны с адекватными преобразования ми и в сердечно-сосудистой системе, поскольку все процессы в организме ч еловека взаимообусловлены . Гиперт рофию вызывает не просто усиленная работа, а такая работа, которая контр олируется организмом и которая имеет определённую биологическую напра вленность и целесообразность . Мышечная деятельность при выполнении физических упр ажнений целенаправленно влияет на цикл самообновления клеток, поэтому, дозируя физическую нагрузку, можно поддерживать этот процесс самообно вления на определённом уровне, создавая тем самым оптимальные условия д ля синтеза внутриклеточных структур . Изучение морфологических особенностей спортсменов различны х специализаций является насущной проблемой сегодняшнего дня, так как в зависимости от индивидуальных характеристик организма и вида специали зации тренировки по-разному сказываются на структурных свойствах орга низма . Современные морфологические методы постоянно эволю ционируют 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 подразумевае т их принципиальную неделимость . Фо рма есть закономерное и необходимое выражение функции . Если функция образует форму, то и форма влия ет на данную функцию, стабилизирует и наследственно закрепляет её . Поэтому " материальные основы биологических функций, - как пишет академик В .В. Куприяно в ( 1974 ), - познаются в русле морфологии ". Изменения, протекающие в организме, затрагивают разли чные уровни его организации . Самые п ервые изменения возникают на клеточном уровне . Для каждой клетки характерно закономерное пространственн ое (т.е. морфологическо е ) разобщение основных биохимическ их процессов : в клеточном ядре сосре доточены процессы нуклеинового обмена, в рибосомах - синтез белка, в митохондриях - аккумуляция энергии в специальных биохимических соединениях ( в форме АТФ ), в гиалоплазме - распад угле водов . Все основные виды обмена веще ств имеют в клетке точную локализацию, что позволяет с помощью соответст вующих гистологических и цитологических методов определять его измене ния . Спис ок 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., Сап ин М .Р. Анатомия ( с основами спортивной морфологии . - М .: Медицина, 2003 . 4 . Морфология чело века / Под ред . Б .А. Никитюка, В .П. Чтецова . - М .: Изд-во МГУ, 1990 .