Реферат: Адаптация и циркадные ритмы

--PAGE_BREAK--1.2. Функциональная нагрузка и ее особенности
Под функциональной нагрузкой мы будем понимать интегральную величину, отражающую психофизиологические, соматофизиологические, биохимические и прочие сдвиги, которые обуславливают повы­шенный уровень функцоинирования систем ор­ганизма, а также определенные величины раз­личных энергозатрат, которые чаше всего выра­жаются термином «рабочие потенциалы». Причем особый акцент следует сделать на неразрывности существования физической и функциональной нагрузок. Может быть поэ­тому физическую и функциональную нагруз­ки можно сравнить с двумя сторонами меда­ли. Такое сравнение подчеркивает, что одна сторона без другой существовать не может, ибо в этом случае нарушится целостность данного явления; поэтому и существование любой из этих сторон в отдельности невоз­можно. Таким образом, не может быть функциональной нагрузки без физической, и в то же время наличие физической нагрузки всег­да обуславливает нагрузку функциональную. Причем, эта обусловленность носит количест­венно-качественную взаимосвязь. Следователь­но, по величине функциональных сдвигов в организме можно относительно судить о ве­личине физической нагрузки. Здесь говорится относительно, потому что, как отмечают спе­циалисты в области физиологии спорта, одна и та же величина физической нагрузки всег­да сопровождается одними и теми же вели­чинами функциональных сдвигов при одном и том же исходном состоянии организма, а при различном исходном состоянии организ­ма одни и те же физические нагрузки вызы­вают неадекватные по величине функциональ­ные сдвиги в организме.

Таким образом, кратко охарактеризовав физическую и функциональную нагрузки, можно отметить, что «спортивная нагрузка» включает в себя определенную интегративную величину выполненной работы — «физи­ческую нагрузку» — и сопутствующие ей интегративные сдвиги в организме — «функцио­нальную нагрузку».

Нельзя отрицать и того, что процесс фи­зической подготовки, по существу своему, есть единство двух существенно различных хотя и взаимосвязанных процессов, а именно: трени­ровочного — как процесса накопления необходимых двигательных навыков и умений, а также сдвигов в организме, и соревнователь­ного — как процесса трансформации накопленных двигательных умений и навыков, а также положительных сдвигов в организме спортсмена с целью реализации их в макси­мально возможный спортивный результат, осуществляемый, как правило, лишь в процес­се спортивных соревнований. Поэтому физи­ческая нагрузка в свою очередь может быть подразделена на две разновидности: трениро­вочную и соревновательную. Что касается функциональной нагрузки, то, в силу своей специфики, она непосредственно не может быть подразделена на две выше названные разновидности, но всецело обуславливается либо спецификой (характером, величиной и прочее) тренировочной физической нагрузки, либо спецификой (характером, величиной и прочее) соревновательной физической на­грузки.

Следовательно, если физическая и функ­циональная нагрузки являются двумя качест­венно различными видами спортивной нагруз­ки, то тренировочная и соревновательная на­грузки выступают лишь как разновидности этих видов спортивной нагрузки.

Необходимо остановиться еще на двух моментах. Во-первых, следует различать вы­полненную физическую нагрузку и ту, кото­рую мы планируем, т. е. такую нагрузку, ко­торая при определенных условиях превраща­ется в действительность, но еще не преврати­лась в нее; возможность еще не реализована, но мы уже рассматриваем ее так, как если бы имели дело с чем-то уже существующим. Это относится как к физической, так и к функциональной нагрузкам.

Когда мы говорим о нагрузке, то чаще всего подразумеваем, что нагрузка уже вы­полнена, т. е. нагрузка реальная, уже имев­шая место. Но в то же время нам приходится нередко говорить о планируемой физической нагрузке. В отличие от реальных процессов, которые имеют место в первом случае, во вто­ром случае имеет место предполагаемая, т. е. возможная нагрузка. Поэтому она (нагрузка) выступает как идеальная модель будущей ре­альной нагрузки.
Глава 2.
Адаптивные физиологические ритмы


Биоритмологический подход к феномену времени как к биологическому параметру и изучение закономерностей временной организации живых систем открывают новые возможности для регуляции и управления процессами, протекающими в организме.

Биологические  ритмы — колебания смены и интенсивности процессов и физиологических реакций. В их основе лежат изменения метаболизма биологических систем, обусловленные влиянием внешних и внутренних Факторов. Факторы, которые влияют на ритмичность процессов, происходящих в живом организме, получили определение  «синхронизаторы»,  или  «датчики  времени».

Физиологические ритмы — циклические колебания в различных системах организма. Они составляют основу жизни. Одни ритмы поддерживаются в течение всей жизни, и даже кратковременное их прерывание приводит к смерти. Другие появляются в определенные периоды жизни индивидуума, причем часть из них находится под контролем сознания, а часть протекает независимо от него. Ритмические процессы взаимодействуют друг с другом и с внешней средой.

Изменение ритмов, выходящих за пределы нормы, либо появление их там, где они раньше не обнаруживались, связано с болезнью.

Физиологические ритмы являются одной из основных форм проявления жизнедеятельности, наблюдаются у всех живых организмов и на всех уровнях организации живой материи — от субклеточных структур до целостного организма. Они, как правило, не являются строго периодическими колебаниями: в определенных пределах меняется их период, амплитуда, форма, уровень.

Наиболее близки к периодическим колебаниям физиологические ритмы, которые возникают при усвоении организмом ритмичных внешних сигналов (напр., световых мельканий), различные адаптивные ритмы.

Физиологические ритмы характеризуются широким спектром частот; их период варьирует от десятитысячных долей секунды до нескольких лет. Часто один и тот же показатель одновременно участвует в нескольких видах колебательных изменений (напр., пульсовые, дыхательные и суточные изменения артериального давления, волны различной частоты на ЭЭГ). Характерные для одной системы ритмы могут передаваться другой (напр., изменения частоты сердечных сокращений в ритме дыхания). Физиологические ритмы могут быть замаскированы апериодическими колебаниями исследуемого показателя (шумами) и другими ритмическими колебаниями, форма их часто бывает сложной. Поэтому разработаны  специальные методы анализа, позволяющие выявлять и изучать скрытую периодичность физиологических процессов (гармонический анализ, автокорреляционный анализ, скользящее суммирование и др.).

Большинство физиологических ритмов связано с чередованием различных функциональных состояний соответствующих систем (напр., сокращение и расслабление мускулатуры, сон и бодрствование). Поэтому в различные фазы колебательного процесса отмечается разная реакция на внешние воздействия: разное направление смещения фазы суточного цикла при действии датчика времени в различные его моменты, отсутствие реакции на раздражение в рефракторный период и т.п.

Адаптивные физиологические ритмы выработались в процессе эволюции как форма приспособления организмов к циклически меняющимся условиям среды. Наиболее изучены  околосуточные (циркадные) ритмы, циркадные ритмы  отражают периодичность геофизических факторов, обусловленную вращением Земли вокруг своей оси. В течение суток закономерно изменяется, прежде всего, естественное освещение. Суточным колебаниям подвержены цикл день-ночь, температура и влажность воздуха, напряженность электрического и магнитного поля Земли, потоки разнообразных космических факторов, падающих на Землю в конкретный временной цикл. Под влиянием этих внешних факторов совершалась эволюция всех форм жизни на Земле, колебания их в настоящее время, как и миллионы лет назад, играют жизненно важную роль для всех без исключения обитателей Земли. Напр., для дневных животных восход Солнца — сигнал для активной деятельности: добывания пищи, строительства жилья, выращивания потомства, а с наступлением темноты активизируются животные, ведущие  ночной образ жизни. И все животные «подстраиваются» к этому суточному ритму. А кто не сможет «вписаться» в этот режим, заданный природой, погибают. Для выживания любой организм должен соизмерить свой ритм с внешними ритмами. Адаптация конкретного организма или видовая адаптация к внешним условиям в широком биологическом смысле — это синхронизация жизненных процессов (ритмов) организма или целой популяции с внешними ритмами, таким образом, циркадная периодичность жизненных функций является врожденным  свойством.

Для организма человека характерно повышение в дневные и снижение в ночные часы физиологических функций, обеспечивающих его физическую активность (частоты сердечных сокращений, минутного объема крови, артериального давления, температуры тела, потребления кислорода, содержания сахара в крови, физической и умственной работоспособности и др.). В обычных условиях наблюдаются определенные соотношения между фазами отдельных околосуточных ритмов. Поддержание постоянства этих соотношений обеспечивает согласование функций организма во времени, обозначаемое как  внутреннее  согласование. Помимо этого, под действием меняющихся с суточной периодичностью факторов среды (синхронизаторов, или датчиков времени) происходит   внешнее согласование  циркадных ритмов. Различают первичные (имеющие основное значение) и вторичные (менее значимые) синхронизаторы. У животных и растений первичным синхронизатором служит, как правило, солнечный свет, у человека им становится также социальные факторы.

Динамика околосуточных физиологических ритмов у человека и высших животных обусловлена не только врожденными механизмами, но и выработанным в течение жизни суточным стереотипом деятельности. Имеющиеся данные о возможности рассогласования по частоте отдельных циркадных ритмов дают возможность предположить существование целого ряда относительно независимых осцилляторов, каждый из которых регулирует ритм определенной, широко разветвленной функциональной системы. В многоклеточных организмах центральные регуляторы не возбуждают колебаний в периферических тканях, а только синхронизируют присущие каждой клетке организма циркадные ритмы по частоте и фазе. Регуляция физиологических ритмов у высших животных и человека осуществляется в основном гипоталамо-гипофизарной системой.

Циркадный механизм не универсален. Он различается в зависимости от биологического вида или даже от типа клеток у одного организма. Полагают, что циркадный механизм замыкается именно на уровне клетки в отличие, например, от менструального цикла, включающего нервные и эндокринные взаимодействия многих тканей. Клеточные механизмы можно изучать методами биохимии и генной инженерии. Существует множество биохимических способов воздействия на работу циркадных часов. Сначала использовались преимущественно световые импульсы. Так, для дрозофилы постоянного освещения — даже на уровне света неполной Луны — достаточно, чтобы остановить ход часов. При этом свет действует опосредованно, а не прямо на молекулы колебательного механизма. У большинства циркадных ритмов период почти совсем не зависит от уровня температуры, если только она остается в физиологически допустимых пределах. Более того, циркадные часы в отличие от подлинных независимых (по температуре) систем не защищены от перепадов температуры: малейшее изменение последней способно сдвинуть их фазу. Помимо света и перепадов температуры на период влияют многие химические вещества, изменяющие проницаемость мембран и нарушающие синтез белка. Их кратковременное введение приводит к сдвигу фазы. Однако затрагиваемые при этом процессы многочисленны и многообразны, и не ясно, чем может быть опосредовано их влияние на ход часов. Вероятно, ни сам АТФ, ни процесс его синтеза и распада не являются деталями механизма часов. То же можно сказать и о синтезе белков.
Глава 3. Адаптационные возможности организма под влиянием физических упражнений

3.1. Виды и механизм адаптации

3.1.1. Срочная и долговременная адаптация

Срочная и долговременная адаптация. Резкое изменение условий внешней среды, несущее угрозу организму, запускает его сложную адаптивную реакцию. Основной регуляторной системой последней является гипоталамо — гипофизарноадреналовая система, деятельность которой, в конечном итоге, и перестраивает активность вегетативных систем организма таким образом, что сдвиг гомеостаза устраняется или заблаговременно прекращается. В этой адаптивной перестройке активно участвует и нервная система, особенно ее гипоталамический отдел. В центральной нервной системе происходят изменения клеточного обмена, в частности, повышается метаболизм важнейших биологических макромолекул — РНК и белков. После ликвидации нарушений гомеостаза метаболизм макромолекул в нервных структурах, участвующих в процессе адаптации, все еще остается измененным. В этом и заключается механизм адаптации: если угроза повреждения гомеостаза повторится, она будет протекать уже на фоне измененного, адаптированного к стрессорному воздействию метаболизма клеточных структур.

Поскольку повторное воздействие стресс-фактора приводит к адаптации, а именно на этом основаны тренировки, то сдвиги в метаболизме РНК и белков биологически целесообразны и способствуют более эффективному развитию физиологических адаптации. В процессе формирования адаптации к природным факторам среды ведущую роль играют реакции коры надпочечников, возбуждаемые секрецией адренокортикотропного гормона гипофиза. Любое интенсивное воздействие на организм приводит к появлению в организме изменений, лучше всего определяемых по состоянию надпочечников — их весу и химическому составу или по выделению в кровь и содержанию в тканях гормонов кортикостероидов и катехоламинов. Это касается, в основном, формирования индивидуальных адаптаций, реакций организма на факторы внешней среды.

Необычные факторы окружающей среды (в данном случае — физическая нагрузка) оказывающие неблагоприятное влияние на общее состояние, самочувствие, здоровье и работоспособность человека, называются экстремальными факторами. По длительности воздействия на организм эти факторы могут быть кратковременными, воздействие которых организм компенсирует за счет имеющихся резервов, и длительные, которые требуют адаптационной перестройки деятельности функциональных систем человека, иногда даже неблагоприятной для здоровья.

При кратковременных воздействиях экстремальных факторов на организм человека запускаются все имеющиеся резервные возможности, направленные на самосохранение, и только после освобождения организма от экстремального воздействия происходит восстановление гомеостаза (рис.1.).

При длительных неадекватных воздействиях экстремальных факторов на организм человека функциональные перестройки определяются

Своевременным включением процессов восстановления гомеостаза их силой и продолжительностью.

Большинство адаптационных реакций человеческого организма осуществляются в два этапа: начальный этап срочной, но не всегда совершенной, адаптации, и последующий этап совершенной, долговременной адаптации.

Срочный этап адаптации возникает непосредственно после начала действия раздражителя на организм и может быть реализован лишь на основе ранее сформировавшихся физиологических механизмов. Примерами проявления срочной адаптации являются: пассивное увеличение теплопродукции в ответ на холод, увеличение теплоотдачи в ответ на тепло, рост легочной вентиляции и минутного объема кровообращения в ответ на недостаток кислорода. На этом этапе адаптации функционирование органов и систем протекает на пределе физиологических возможностей организма, при почти полной мобилизации всех резервов, но не обеспечивая наиболее оптимальный адаптивный эффект. Так, бег нетренированного человека происходит при близких к максимуму величинах минутного объема сердца и легочной вентиляции, при максимальной мобилизации резерва глюкогена в печени. Биохимические процессы организма, их скорость, как бы лимитируют эту двигательную реакцию, она не может быть ни достаточно быстрой, ни достаточно длительной.

Долговременная адаптация к длительно воздействующему стрессору возникает постепенно, в результате длительного, постоянного или многократно повторяющегося действия на организм факторов среды. Основными условиями долговременной адаптации являются последовательность и непрерывность воздействия экстремального фактора. По существу, она развивается на основе многократной реализации срочной адаптации и характеризуется тем, что в результате постоянного количественного накопления изменений организм приобретает новое качество — из неадаптированного превращается в адаптированный. Такова адаптация к недостижимой ранее интенсивной физической работе (тренировка), развитие устойчивости к значительной высотной гипоксии, которая ранее была несовместима с жизнью, развитие устойчивости к холоду, теплу, большим дозам ядов. Таков же механизм и качественно более сложной адаптации к окружающей действительности.

При действии на организм слабых, пороговых раздражений (реакция тренировки) в центральной нервной системе развивается возбуждение, быстро сменяющееся охранительным торможением, что обеспечивает снижение ее возбудимости, реактивности по отношению к слабому раздражителю. При действии раздражителей средней силы происходит развитие «реакции активации» — активации защитных систем организма, которая, однако, не носит характера патологической гиперфункции. Уровень энергетического обмена при этой реакции менее экономичен, чем при реакции тренировки, но, в отличие от стресса, не приводит к истощению. Таким образом, адаптация организма к слабым и средним по силе воздействиям происходит без элементов повреждения и истощающих организм энергетических трат. При этом отмечается в первом случае (реакция тренировки) — постепенное, а во втором (реакция активации) — быстрое повышение резистентности организма.

3.1.2. Механизм адаптаций

Существует три механизма адаптаций:

1.пассивный путь адаптации — по типу толерантности, выносливости;

2.адаптивный путь действует на клеточно-тканевом уровне;

3.резистентный путь — сохраняет относительное постоянство внутренней среды

Специфические адаптивные механизмы, свойственные человеку, дают ему возможность переносить определенный размах отклонений факторов от оптимальных значений без нарушения нормальных функций организма. Зоны количественного выражения физической нагрузки, отклоняющегося от оптимума, но не нарушающего жизнедеятельности, определяются как зоны нормы. Их две: отклонение в сторону недостатка дозирования физической нагрузки и в сторону избытка. Дальнейший сдвиг может снизить эффективность адаптивных механизмов и даже нарушить жизнедеятельность организма. При крайнем недостатке нагрузки или ее избытке выделяют зоны пессимума. Адаптация к любому фактору связана с затратами энергии. В зоне оптимума активные механизмы не нужны, и энергия расходуется на фундаментальные жизненные процессы, организм находится в равновесии со средой. При увеличении нагрузки и выходе ее за пределы оптимума включается адекватные механизмы.

Механизмы обеспечивающие адаптивный характер общего уровня стабилизации отдельных функциональных систем (т. е. увеличивается потребление организмом кислорода, повышается интенсивность обменных процессов. Это происходит на органном уровне: увеличивается скорость кровотока, повышается артериальное давление, увеличивается дыхательный объем легких, учащается дыхание, дыхание становится более глубоким) и организма в целом. Общие адаптационные реакции организма являются неспецифическими, то есть организм аналогично реагирует в ответ на действия различных по качеству и силе раздражителей (физические упражнения).

3.2. Физиологические изменения в организме под влиянием физических нагрузок

Физические нагрузки могут вызывать в организме значительные изменения, в крайних случаях даже несовместимы с жизнью (то есть приводить к смерти), а могут весьма слабо влиять на протекающие в нем процессы.

 Это зависит от интенсивности и длительности физических нагрузок. Чем более интенсивна и длительна нагрузка, чем, соответственно, большие изменения она вызывает в организме.

Длительностьнагрузки измеряется в единицах времени (минутах, например). Интенсивность нагрузки измеряется в единицах, оценивающих работу — ваттах, джоулях, калориях и других, сугубо физиологических единицах.

Интенсивность нагрузки зависит и от того, какое количество мышечной массы включается в работу. Чем больше это количество, тем интенсивнее работа.

Если нагрузка предельно интенсивна или длительна, то все структуры организма начинают работать на обеспечение такого высокого уровня жизнедеятельности. В этих условиях не остается ни одной системы, ни одного органа, которые были бы индифферентны по отношению к физической нагрузке. Одни системы увеличивают свою деятельность, обеспечивая мышечное сокращение, а другие — затормаживают, освобождая резервы организма.

Даже малоинтенсивная мышечная работа никогда не является работой только одних мышц, это деятельность всего организма.

Физиологические системы, увеличивающие свою деятельность во время мышечной работы и помогающие ее осуществлению, называют системами обеспечения мышечной деятельности.

3.2.1. Физиологические изменения в сердечно-сосудистой системе

К сердечно-сосудистой системе относятся сердце, кровеносные сосуды и лимфатическая система.

Основной функцией сердечно-сосудистой системыявляется обеспечение тока физиологических жидкостей — крови и лимфы.

Движение крови и лимфы — обязательное условие для жизни высших организмов. Движение крови обеспечивается работой сердца (сокращением сердечной мышцы). Движение лимфы обеспечивается иными механизмами, о которых речь пойдет ниже.

Часто сердечно сосудистую систему называют системой кровообращения.

Из основной функции вытекают другие функции сердечно-сосудистой системы:

·                        Обеспечение клеток питательными веществами и    кислородом
  Удаление из клеток продуктов жизнедеятельности

·                        Обеспечение переноса гормонов и,     соответственно,  участие в гормональной     регуляции функций организма

·                        Участие в процессах терморегуляции (за счет    расширения или сужения кровеносных сосудов    кожи) и обеспечение равномерного распределения    температуры тела

·                        Обеспечение перераспределения крови между    работающими и неработающими органами

·                        Выработка и передача в кровоток клеток   иммунитета и иммунных тел (эту функцию   выполняет лимфатическая система — часть    сердечно-сосудистой системы)

·                        Другие функции, описание которых достаточно  сложно, поэтому не приводится.

Деятельность сердечно-сосудистой системы регулируется собственными регуляторными механизмами сердца и сосудов, а также нервной системой и системой желез внутренней секреции.
    продолжение
--PAGE_BREAK--