Функции физиологических систем организма человека

При физической работе

Физическое напряжение вызывает изменения функций практически всех физиологических систем организма человека, особенно сердечно-сосуди­стой и дыхательной. Перестройка функций физиологических систем дает возможность организму человека адаптироваться к физическим нагруз­

кам и успешно справляться с выполнением трудовой задачи. Выражен­ность адаптивных сдвигов в деятельности физиологических систем слу­жит непосредственно мерой реакции организма на физическую нагрузку и лежит в основе классификации физического труда по степени его тя­жести.

22.3.1. Кровообращение

При физической работе активируется деятельность сердечно-сосудистой системы и, таким образом, более полно удовлетворяется увеличенная по­требность работающих мышц в кислороде, а образующееся тепло с током крови отводится от работающей мышцы в те участки организма, где про­исходит его отдача. Через 3—6 мин после начала легкой работы возникает стационарное (устойчивое) повышение частоты сердечных сокращений, которое обусловлено иррадиацией возбуждения из моторной зоны коры на сердечно-сосудистый центр продолговатого мозга и поступлением активи­рующих импульсов к этому центру от хеморецепторов работающих мышц. Активация мышечного аппарата усиливает кровоснабжение в работающих мышцах, которое достигает максимума уже через 60—90 с после начала ра­боты. При легкой работе формируется соответствие между кровотоком и метаболическими потребностями мышцы. По ходу легкой динамической работы начинает доминировать аэробный путь ресинтеза АТФ с использо­ванием в качестве энергетических субстратов глюкозы, жирных кислот и глицерина. При тяжелой динамической работе частота сердечных сокра­щений увеличивается до максимума по мере развития утомления. Крово­ток в работающих мышцах возрастает в 20—40 раз. Однако доставка к мышцам О₂ отстает от потребностей мышечного метаболизма, и часть энергии образуется за счет анаэробных процессов.

Интенсивность трудовой деятельности можно классифицировать по по­казателю ответных изменений частоты сердечных сокращений. Различают легкую работу (без утомления) с устойчивой величиной частоты сердечных сокращений и тяжелую с развитием утомления на фоне постоянного роста частоты сердечных сокращений.

При динамической работе минутный объем кровообращения и систоли­ческое артериальное давление (диастолическое давление меняется мало) возрастают пропорционально выполняемой работе. Увеличение систоличе­ского давления (до 225 мм рт. ст. и выше) происходит в результате сокра­щения времени сердечного выброса. Диастолическое давление отражает баланс между возросшим сердечным выбросом и пониженным перифери­ческим сосудистым сопротивлением. При статической работе происходит значительное повышение и систолического, и диастолического давления, что способствует лучшему прохождению крови через сжатые сокращаю­щейся мышцей сосуды и имеет большое значение в увеличении крово­снабжения работающих мышц. Изменения артериального давления при физической работе могут быть вызваны тремя основными причинами, обу­словленными возрастанием активности симпатоадреналовой системы. Во- первых, благодаря повышению частоты сердечных сокращений и систоли­ческого объема происходит увеличение минутного объема кровообраще­ния. Во-вторых, сужение сосудов в неработающих мышцах увеличивает со­противление кровотоку. В-третьих, увеличение объема циркулирующей крови за счет сужения венозных сосудов способствует повышению артери­ального давления. Таким образом, в регуляции системного кровообраще­ния при физической работе ведущую роль играет повышение активности центров симпатической нервной системы в результате воздействия им­пульсов, поступающих из моторной зоны коры и от рецепторов работаю­щих мышц.

22.3.2. Кровь

Во время легкой физической работы в артериальной крови происходят не­значительные изменения парциального давления кислорода и углекислого газа. Тяжелая работа вызывает отчетливое снижение РСО₂ без заметных из­менений РО₂, что отражает нарастание вентиляции из-за ацидоза (который возникает в результате накопления молочной кислоты в крови и мышцах). Насыщение кислородом венозной крови уменьшается при нарастании фи­зической нагрузки, при этом артериовенозная разница по кислороду увели­чивается в результате улучшения извлечения кислорода из крови работаю­щей мышцей и ограничения кровотока в неработающих отделах.

При физической работе уменьшается объем циркулирующей плазмы вследствие ее усиленной фильтрации через стенку капилляров и происхо­дит выброс эритроцитов из кроветворных органов в кровь {миогенный эритроцитоз). В результате увеличивается показатель гематокрита. Количе­ство лейкоцитов в крови также зависит от мощности выполняемой челове­ком работы и может достигать 15 000—30 000 клеток в 1 мкл {миогенный лейкоцитоз). Это увеличение обусловлено преимущественно нейтрофиль­ными гранулоцитами, причем происходит изменение соотношения клеток различных типов. Число тромбоцитов также увеличивается пропорцио­нально интенсивности работы {миогенный тромбоцитоз), повышается кон­центрация тромбопластина и фибриногена в плазме крови. В результате время свертывания крови и время кровотечения сокращаются, что пред­ставляет собой защитную реакцию организма,

22.3.3. Дыхание

При тяжелой динамической работе вентиляция легких прямо зависит от уровня метаболической активности организма. Это связано с накоплением в крови молочной кислоты (метаболический недыхательный ацидоз кро­ви), оказывающей рефлекторное стимулирующее воздействие на дыхатель­ный центр и систему дыхания.

Кислотно-основное состояние изменяется только при тяжелой работе, при которой развивается метаболический недыхательный ацидоз. Выра­женность ацидоза пропорциональна анаэробной мощности и, следователь­но, скорости образования молочной кислоты.

Потребление О₂ организмом человека возрастает как линейная функция от мощности работы, зависит от тренированности человека и коэффици­ента полезного действия данного вида работы. Если при легкой работе по­требление О₂ соответствует метаболическим потребностям для аэробных процессов ресинтеза АТФ, то при тяжелой мышечной работе потребление О₂ возрастает до максимально возможного для человека уровня и после этого больше не увеличивается. Поэтому тяжелая работа не может продол­жаться длительное время.

22.3.4. Эндокринная система

Центральная моторная команда, которая распространяется по пирамидно­му тракту от моторной зоны коры больших полушарий к мотонейронам спинного мозга, передается также на эндокринные железы. Нервная им- пульсация, сопровождающая центральную моторную команду, достигает промежуточного мозга (гипоталамуса). В ответ усиливается активность центральных нервных структур, управляющих симпатоадреналовой систе­мой, а также нейросекреторными клетками гипоталамуса. Последние реа­гируют секрецией нейрогормонов (либеринов), поступающих через специ­альную систему кровеносных сосудов в гипофиз и стимулирующих про­дукцию тропных гормонов, в первую очередь кортикотропина. Общим ре­зультатом этих регуляторных изменений является то, что уже через 10 с от начала мышечной работы в крови увеличивается концентрация норадрена­лина и адреналина, а чуть позже — и кортикотропина. В течение минуты могут повышаться уровни кортизола и эндорфинов в крови. В дальнейшем концентрации этих, а также других гормонов устанавливаются на необхо­димом уровне под влиянием обратных нервных связей, берущих начало от проприорецепторов и направляемых к центральным нервным структурам. Важное значение имеют смещение pH, ионные сдвиги, а также накопле­ние различных метаболитов. Под влиянием этих воздействий, а также под прямым воздействием метаболических изменений, отражающихся на ак­тивности эндокринных желез, постепенно нарастают уровни соматотропи­на, альдостерона и вазопрессина в крови. Более медленно активируется и щитовидная железа.

В отличие от других гормонов уровень инсулина в крови снижается. Это изменение наступает через определенный период: снижение уровня инсулина наблюдается лишь через 10—20 мин работы. В ряде случаев не­большой латентный период выявляется также до нарастания уровня сома­тотропина. Продолжительный латентный период (иногда до 60 мин) пред­шествует увеличению концентрации глюкагона и кальцитонина.

Активность желез может по-разному изменяться во время мышечной работы. Большие физические нагрузки, как правило, угнетают продукцию эстрогенов. При хорошей тренированности угнетение мало выражено или совсем отсутствует. У мужчин при кратковременной физической работе уровень тестостерона в крови увеличивается, а при длительной работе, на­оборот, снижается. Силовые упражнения приводят к повышенной продук­ции андрогенов.

Окончательное формирование гормональных реакций во время мышеч­ной работы зависит от ряда модулирующих факторов. Важна обеспечен­ность тканей организма углеводами. При ее снижении особенно увеличи­вается секреция адреналина, глюкагона, соматотропина и кортизона, а уровень инсулина в крови значительно понижается. Диета, богатая углево­дами, или прием глюкозы во время физической нагрузки вызывают повы­шение уровня инсулина в крови вместо его снижения, что сопровождается угнетением усиленного выброса адреналина, глюкагона и соматотропина.

Гормональные изменения модулируются также температурой среды, со­держанием кислорода во вдыхаемом воздухе, суточным и сезонным ритма­ми и особо значительно — эмоциональным напряжением. При воздейст­вии гипоксии или эмоционального напряжения подпороговые интенсив­ности работы могут вызвать гормональные изменения. В состоянии утом­ления активность гормональных механизмов, ответственных за мобилиза­цию энергетических и пластических ресурсов организма, падает. В частно­сти, это выражается в уменьшении уровня адреналина, норадреналина и глюкокортикоидов в крови. Эти изменения не связаны с истощением кле­ток, продуцирующих гормоны, а представляют собой регуляторно обуслов­ленную защитную реакцию, направленную на предотвращение чрезмерных расходов ресурсов организма. При очень длительной мышечной работе эта защитная реакция может заменяться новым усилением адренокортикаль­ной активности.