Общебиологические основы адаптации организма спортсмена к физическим нагрузкам

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

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