Влияние физической нагрузки на физиологию человека: Влияние физических упражнений на организм человека

Влияние физических упражнений на организм человека

В условиях современного мира с появлением устройств, облегчающих трудовую деятельность (компьютер, автомобили) резко сократилась двигательная активность людей. по сравнению с предыдущими десятилетиями. Это привело к снижению функциональных возможностей человека и различным заболеваниям. Поэтому и при умственном, и при физическом труде необходимо заниматься оздоровительной физической культурой, укреплять организм.  Постоянное нервно — психическое перенапряжение и хроническое  переутомление без физической разрядки вызывают тяжёлые функциональные расстройства в организме, снижение работоспособности и наступление преждевременной старости. В сочетании труда и отдыха, нормализацией сна и питания, отказа от вредных привычек систематическая физкультура повышает психическую, умственную и эмоциональную устойчивость человека. Занятия физическими упражнениями увеличивают активность обменных процессов.

Работающие мышцы нуждаются в большем количестве кислорода и питательных веществ, а также в более быстром удалении продуктов обмена веществ. Это достигается благодаря тому, что в мышцы притекает больше крови и скорость тока крови в кровеносных сосудах увеличивается. Кроме того, кровь в легких больше насыщается кислородом. У тренированных людей сердце легче приспосабливается к новым условиям работы, а после окончания физических упражнений быстрее возвращается к нормальной деятельности. Число сокращений тренированного сердца меньше, а, следовательно, пульс реже, но зато при каждом сокращении сердце выбрасывает в артерии больше крови. При более редких сокращениях сердца создается более благоприятные условия для отдыха сердечной мышцы. Работа сердца и кровеносных сосудов в результате тренировки становится экономичнее и лучше регулируется нервной системой. Физическая работа способствует общему расширению кровеносных сосудов, нормализации тонуса их мышечных стенок, улучшению питания и повышению обмена веществ в стенках кровеносных сосудов. Напряженная умственная работа, малоподвижный образ жизни, особенно при эмоциональных напряжениях, вредных привычках вызывают повышение тонуса и ухудшению питания стенок артерий, потерю их эластичности. Во время физической нагрузки на 1 мм поперечного сечения мышцы открываются до 2500 капилляров против 30 — 80 в состоянии покоя. Поэтому для сохранения здоровья и работоспособности необходимо активизировать кровообращение с помощью физических упражнений. Особенно полезное влияние на кровеносные сосуды оказывают занятия циклическими видами упражнений: бег, плавание, ходьба на лыжах, на коньках, езда на велосипеде. Во время физических тренировок увеличивается количество эритроцитов и лимфоцитов в крови. Одно из доказательств того, что в результате физических упражнений увеличиваются защитные силы организма, повышается устойчивость организма против инфекции. Люди, систематически занимающиеся физическими упражнениями и спортом, реже заболевают, а если заболевают, то в большинстве случаев легче переносят  инфекционные болезни. При длительной работе мышц количество сахара в крови уменьшается.  При регулярных занятиях физическими упражнениями уменьшается в кровотоке холестерин и происходит активизация антисвертывающейся системы, препятствующей образованию тромбов в сосудах. В покое человек производит около 16 дыхательных движений в минуту. При физической нагрузке в связи с увеличением потребления  кислорода мышцами дыхание становится более частым и более глубоким. Количество воздуха, проходящего через легкие за одну минуту, увеличивается-с 8л в покое до 100-140л при быстром беге, плавании, ходьбе на лыжах и организм получает больше кислорода. В мышцах, находящихся в покое, большая часть кровеносных капилляров, окружающих мышечные волокна, закрыта для тока крови и кровь по ним не течет. Во время работы раскрываются все капилляры, поэтому приток крови в мышцу увеличивается более чем в 30 раз.

В процессе тренировки в мышцах образуются новые кровеносные сосуды- коллатерали. Под влиянием тренировок изменяется и химический состав мышцы. В ней увеличивается количество веществ, при распаде которых освобождается много энергии:  гликогена и фосфагена. В тренированных мышцах распадающиеся при сокращении мышечных волокон гликоген и фосфорные соединения быстрее восстанавливаются, а окислительные процессы протекают интенсивнее, мышечная ткань лучше поглощает и лучше использует кислород. Выполнение физических упражнений положительно влияет на весь двигательный аппарат, препятствуя развитию дегенеративных изменений, связанным с возрастом и гиподинамией, повышается минерализация косной ткани, прочнее становятся связки и сухожилия. Систематические занятия физическими упражнениями в зрелом и пожилом возрасте позволяют надолго сохранить красоту и стройность.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ.

Движение это основа всей жизнедеятельности человека!!!

Физические упражнения — эффективное профилактическое средство, предохраняющее человека, как от заболеваний, так и от преждевременно наступающей старости.

Физические упражнения:

• стимулируют обмен веществ, тканевой обмен, эндокринную систему;
• повышая иммунобиологические свойства, ферментативную активность, способствуют устойчивости организма к заболеваниям;
• положительно влияют на психоэмоциональную сферу и улучшают настроение, обладают антистрессовым действием;
• оказывают на организм тонизирующее, трофическое, нормализующее влияние и формируют компенсаторные функции.

Большое значение физических упражнений заключается в том, что они повышают устойчивость организма по отношению к действию целого ряда различных неблагоприятных факторов.  Пониженное атмосферное давление, перегревание, некоторые яды, радиация и др. Физические упражнения способствуют сохранению бодрости и жизнерадостности.

Инструктор ЛФК    Демьянович Наталья Эдуардовна

УЗ «22- я городская поликлиника»

Влияние физической нагрузки на организм человека.

Здоровье человека– очень хрупкая система, требующая постоянного контроля и поддержки. Но как правильно о нем заботиться? Поможет ли в этом только правильное питание и укрепление иммунитета? Как подобрать оптимальные физические нагрузки, и нужны ли они вообще? Подобные вопросы часто возникают у малоподвижных людей. Говоря о пользе физической активности, нужно отметить, что важна её интенсивность, частота, работа над мышцами и скелетом.

Спорт – залог здоровья!

Регулярные физические нагрузки – это основа правильного образа жизни и залог отсутствия проблем со здоровьем в преклонном возрасте. Люди, которые не пренебрегают занятиями физкультурой и спортом, меньше болеют, поскольку их иммунитет более эффективно борется с вирусами и возбудителями различных заболеваний, редко страдают избыточным весом и лучше справляются со стрессами и житейскими проблемами. Во время занятий в организме человека происходит выработка эндорфинов, что положительно влияет на сердечно-сосудистую и нервную системы. Общая выносливость повышается, снижается содержание холестерина в крови, также снижается риск заболеть бронхолегочными недугами – ведь легкие у тренированных людей сильнее и выносливее.

Никакое лекарство не способно расширить кровеносные сосуды на длительное время и так сильно, как работа мышц.

Именно при физической нагрузке, через кровь к нашим органам поступают все необходимые питательные вещества, в том числе и кислород, что способствует их нормальной работе.

Сколько в последнее время открыто заболеваний, связанных с гиподинамией, начиная от ожирения и заканчивая заболеваниями сердечно-сосудистой системы и опорно-двигательного аппарата. Наш современный образ жизни к этому особенно располагает. В основном дома и на работе мы большую часть времени проводим сидя или перед телевизором, или за компьютером.

Виды спорта, полезные для здоровья

Самыми полезными видами спорта можно назвать те, которые ставят своей целью общее укрепление и оздоровление организма и всех его систем, а не направлены на достижение различных рекордов и преодоление трудностей.

Гимнастикаявляется одним из таких замечательных видов спорта. Сюда можно отнести не только саму гимнастику во всех ее разновидностях (художественная, утренняя, ритмическая гимнастика и так далее) но и направления, возникшие на стыке нескольких оздоровительных систем: фитнес, пилатес, аэробика, йога, ушу.

Данные виды физической нагрузки хороши тем, что в том или ином виде подходят практически всем без исключения: подобрать комплекс упражнений можно как для ребенка, так и для пожилого человека, при этом учитывая особенности каждой возрастной категории.

Плавание— многие доктора считают, что это самый полезный вид спорта. И с этим трудно не согласиться. Помимо увеличения общей выносливости, занятия плаванием положительно влияют на состояние дыхательной и сердечно-сосудистой системы. Для нервных, подверженных стрессам людей оно и вовсе незаменимо: борется с усталостью и раздражительностью, нормализует общий эмоциональный фон и способствует повышению стрессоустойчивости.

Бег– еще один очень полезный вид физической нагрузки, который задействует все группы мышц. Бег трусцой является хорошей профилактикой гипертонической болезни, но может быть противопоказан людям, которые уже имеют проблемы с сердцем. В целом, бег мягко воздействует на организм, стимулирует кровоснабжение и активно используется в программах снижения веса.

Помимо очевидной пользы для физического здоровья, занятия спортом способны излечить многие психологические проблемы. Бессонница и раздражение по пустякам практически не посещают активных приверженцев здоровых физических нагрузок, а уверенность и сила воли способствуют не только успеху в спорте, но и во всех жизненных сферах. Нет ничего удивительного в том, что физически развитые люди ощущают, куда большую уверенность в себе и своих силах по сравнению с людьми, которые с физической культурой не дружат.

Правила занятий спортом для укрепления здоровья

Принимая решения заняться физкультурой или спортом, следует учитывать многие факторы: возраст, наличие хронических заболеваний, степень физической подготовки, количество времени, которое планируется затрачивать на тренировки и многое другое.

Среди главных правил для эффективных тренировок можно выделить следующие:

• постановка четкой цели;
• регулярность;
• терпение;
• отсутствие противопоказаний для занятий.

Если целью является избавление от лишнего веса, тренировки должны быть длительными и частыми, однако длительность следует наращивать постепенно. Для поддержания хорошей физической формы и общего оздоровительного действия на организм будет достаточно и двух тренировок в неделю средней интенсивности по 40-60 минут. При условии, конечно же, регулярных занятий.

Возраст также имеет значение

• В 20-30 лет целесообразны силовые тренировки, упражнения на гибкость и разработку суставов, координацию. Танцы, аэробика, фитнес, бокс – молодежь с легкостью найдет себе занятие по душе.
• К 40 годам следует задуматься о здоровье спины, поэтому йога и пилатес станут наилучшим выбором. Можно включить в программу тренировок кардиотренажеры.
• После 50 лет можно порекомендовать ходьбу и аккуратные равномерные нагрузки в зале.

Более подробно обо всех особенностях и нюансах должны поведать инструктора при личном контакте, ведь каждый отдельный человек по-своему уникален.

Физическая активность – отличный помощник в борьбе за прекрасную фигуру и отменное здоровье, а соблюдение нехитрых правил поможет в разы повысить эффективность занятий и сохранить хорошее самочувствие во время и после тренировки. Умеренные нагрузки необходимы человеку. Чем они эффективнее, тем выше потенциал, на который способен организм.

            Человек — сам творец своего здоровья, за которое надо бороться. С раннего возраста необходимо вести активный образ жизни, закаливаться, заниматься физкультурой и спортом, соблюдать правила личной гигиены, словом, добиваться разумными путями подлинной гармонии здоровья.

Физиология, физические упражнения — StatPearls — NCBI Bookshelf

Введение

По сравнению с нашим состоянием покоя физические упражнения предъявляют организму более высокие требования. В покое наша нервная система поддерживает парасимпатический тонус, который влияет на частоту дыхания, сердечный выброс и различные обменные процессы. Упражнения стимулируют симпатическую нервную систему и вызывают комплексную реакцию организма; Этот ответ работает для поддержания надлежащего уровня гомеостаза для увеличения потребности в физических, метаболических, дыхательных и сердечно-сосудистых усилиях.

Проблемы, вызывающие озабоченность

Сердечно-сосудистые заболевания остаются распространенной проблемой среди наших пациентов, несмотря на достижения в методах профилактики и лечения. Основные факторы риска включают гиперхолестеринемию, гипертонию, диабет, ожирение и употребление табака; эти упомянутые факторы риска охватывают почти 50% доли смертности. Отсутствие физических упражнений, как правило, усугубляет вредное воздействие этих факторов риска, в то время как внедрение физических упражнений в повседневную жизнь снижает уровень смертности. В частности, отсутствие физических упражнений напрямую связано с ожирением, а также играет роль в развитии диабета и гипертонии.[1][2][3]

Исследования показывают, что физические упражнения в сочетании с другими модификациями образа жизни могут снизить риск гипертонии независимо от врожденной генетической предрасположенности; Кроме того, было показано, что физические упражнения повышают чувствительность к инсулину при лечении диабета.

• Здоровая масса тела может быть достигнута путем изменения образа жизни для дальнейшего снижения смертности от сердечно-сосудистых заболеваний.

• Поскольку физические упражнения являются неинвазивным и немедикаментозным вмешательством, они играют ключевую роль в обеспечении доступности и повышении качества жизни.

Клеточный

Переходя от общей анатомии к клеточной анатомии, мы начинаем с уровня скелетных мышц. В каждой скелетной мышце есть сотни мышечных волокон, которые разделены организованным линейным образом. Они работают в тандеме, чтобы укоротить мышцу при сокращении.

Наружный слой мышцы — эпимизий. Внутри этого слоя мышечные волокна объединены в мышечные пучки. Глубже этого находится перимизиальный слой, который охватывает эндомизиальный слой, который в конечном итоге содержит отдельные мышечные волокна (также известные как миоциты).

На уровне мышечного волокна находится сарколемма (плазматическая мембрана мышечного волокна). Саркоплазма аналогична цитоплазме, а саркоплазматический ретикулум подобен гладкому эндоплазматическому ретикулуму. Наконец, у нас есть миофибриллы, состоящие из сократительных актиновых и миозиновых нитей.

При этом функциональной единицей миофибриллы является саркомер. Он состоит из организации сократительных миофиламентов. Этими миофиламентами являются актиновая нить (тонкая нить) и миозиновая нить (толстая нить). Один саркомер определяется как нити между двумя Z-дисками. В центре саркомера находится М-линия, которая закрепляет толстые миозиновые филаменты. I-диск представляет собой область, примыкающую к Z-линиям, где миозиновые филаменты не перекрываются с актиновыми филаментами. Саркомеры расположены встык по всей длине мышечного волокна, и синхронизированное сокращение каждой единицы вызывает видимое мышечное сокращение.

Вовлеченные системы органов

Физическая активность в форме упражнений вызывает скоординированный ответ нескольких систем органов.[7][8][9][10]

Опорно-двигательный аппарат

Опорно-двигательный аппарат на первом месте.

Три типа мышечных волокон имеют разные характеристики.

Более высокая активность миозин-АТФазы прямо пропорциональна более высокой скорости сокращения мышц, в то время как более высокая окислительная способность связана с утомляемостью.

Волокна типа I известны как медленно сокращающиеся волокна. Эти волокна имеют обильные митохондрии и миоглобин с большим кровоснабжением.

• Обладают низкой активностью миозин-АТФазы, высокой окислительной способностью, низкой гликолитической способностью.

• Устойчивы к утомлению

• Эти волокна преобладают в постуральных мышцах, поскольку они обеспечивают небольшую силу, но не так быстро утомляются, как другие.

Волокна типа IIa известны как быстросокращающиеся окислительные волокна.

• Обладают высокой активностью миозин-АТФазы, высокой окислительной, высокой гликолитической способностью.

• Относительно устойчивы к утомлению

• Эти волокна задействуются для силовых упражнений, требующих длительных усилий, таких как поднятие тяжестей с большим количеством повторений.

Волокна типа IIa занимают промежуточное положение между медленными, но устойчивыми к утомлению волокнами типа I и быстрыми, но склонными к утомлению волокнами типа IIb.

Волокна типа IIb известны как быстросокращающиеся гликолитические волокна.

• Обладают высокой активностью миозин-АТФазы, низкой окислительной, высокой гликолитической активностью.

• Быстрая утомляемость

• Эти волокна задействуются для высокоинтенсивных кратковременных упражнений, таких как спринты с полной нагрузкой.

С введением упражнений с постепенной перегрузкой можно ожидать гипертрофии волокон скелетных мышц, то есть увеличения их диаметра и объема.

Сокращение мышц воздействует на скелет и инициирует движение. Когда к мышцам со временем прикладывается прогрессивная сила, они адаптируются к возрастающей нагрузке.

Сателлитные клетки играют роль в этом процессе восстановления и роста. Процесс упражнений, будь то бег на длинные дистанции или пауэрлифтинг, создает нагрузку на мышечные волокна и кости, что вызывает микроразрывы и травмы. В ответ на это сателлитные клетки активируются и мобилизуются для регенерации поврежденной мышечной ткани. Этот процесс стал возможен благодаря донорству дочерних ядер от сателлитных клеток после размножения и слияния. Кости со временем увеличат свою минеральную плотность, чтобы справиться с этой растущей нагрузкой.

Система кровообращения

Система кровообращения играет решающую роль в поддержании гомеостаза во время физических упражнений.

Чтобы приспособиться к повышенной метаболической активности в скелетных мышцах, система кровообращения должна должным образом контролировать транспорт кислорода и углекислого газа, а также помогать буферизовать уровень pH активных тканей. Это действие достигается за счет увеличения сердечного выброса (увеличение частоты сердечных сокращений и ударного объема) и модуляции микроциркуляции. Также действие местных вазомедиаторов, таких как оксид азота из эндотелиальных клеток, способствует обеспечению адекватного кровотока.

Кровоток предпочтительно направляется от желудочно-кишечного тракта (ЖКТ) и почечной системы к активным мышцам за счет избирательного сужения и расширения капиллярного русла. Этот усиленный кровоток в скелетных мышцах обеспечивает поступление кислорода и способствует удалению углекислого газа. Повышенная метаболическая активность увеличивает концентрацию углекислого газа и сдвигает pH влево, что дополнительно способствует извлечению эритроцитами углекислого газа (CO2) и выделению кислорода (O2). На механическом уровне эритроциты, которые находились в циркуляции в течение длительного времени, как правило, менее податливы, чем более молодые эритроциты, а это означает, что во время физической нагрузки старые эритроциты могут подвергаться внутрисосудистому гемолизу при прохождении через капилляры в сокращенных мышцах. Эта активность приводит к среднему снижению возраста эритроцитов, поскольку более молодые эритроциты имеют более благоприятные реологические свойства. Более молодые эритроциты также имеют повышенное выделение кислорода по сравнению со старыми эритроцитами. Упражнения повышают уровень эритропоэтина (ЭПО), что приводит к увеличению производства эритроцитов. Оба эти фактора улучшают снабжение кислородом во время тренировки. Со временем васкуляризация мышц также улучшается, что еще больше улучшает газообмен и метаболические способности.

Дыхательная система

Дыхательная система работает совместно с сердечно-сосудистой системой. Легочный контур получает почти весь сердечный выброс. В ответ на увеличение сердечного выброса перфузия увеличивается в верхушке каждого легкого, увеличивая доступную площадь поверхности для газообмена (уменьшение альвеолярного мертвого пространства).

За счет большей площади альвеолярной поверхности, доступной для газообмена, и увеличения альвеолярной вентиляции за счет увеличения частоты и объема дыхания можно поддерживать баланс газов крови и рН.

Если говорить более подробно, CO2 является одним из продуктов метаболизма мышечной деятельности.

CO2 уносится из периферических активных тканей в различных формах. Большая часть транспортируется в форме бикарбоната, но часть также перемещается в виде растворенного СО2 в плазме и в виде карбаминогемоглобина в эритроцитах.

CO2 легко растворяется в цитозоле эритроцитов, где на него действует карбоангидраза с образованием угольной кислоты. Затем угольная кислота самопроизвольно диссоциирует на ион водорода и бикарбонат.

После переноса в легкие, в среду с высоким содержанием кислорода (эффект Холдейна), эта реакция катализируется в противоположном направлении, чтобы полностью измениться и произвести CO2, который выдыхается и удаляется из организма.

При упражнениях более высокой интенсивности объем углекислого газа (VCO2), выводимого в единицу времени, поддерживается за счет уменьшения альвеолярного мертвого пространства и увеличения дыхательного объема, как упоминалось ранее.

Эндокринная система

• Уровни кортизола, адреналина, норадреналина и дофамина в плазме увеличиваются при максимальных физических нагрузках и возвращаются к исходному уровню после отдыха. Увеличение уровней согласуется с усилением активации симпатической нервной системы организма.

• Гормон роста вырабатывается гипофизом для усиления роста костей и тканей.

• Чувствительность к инсулину повышается после длительных упражнений.

• Уровень тестостерона также повышается, что приводит к усилению роста, либидо и настроения.

Функция

Упражнения продемонстрировали множество преимуществ для здоровья.[11][12] Благодаря функциональным упражнениям мы можем увидеть преимущества в, но не ограничиваясь:

• Познание: Исследования показали, что тренирующиеся субъекты имеют более высокие показатели концентрации, чем не тренирующиеся субъекты.

• Гибкость и подвижность 

• Здоровье сердечно-сосудистой системы

• Улучшение гликемического контроля и чувствительности к инсулину

• Повышение настроения

• Снижение риска рака

• Повышение минеральной плотности костей

Благодаря правильно выполненной программе упражнений организм адаптируется и становится более эффективным при выполнении различных упражнений.

Некоторые из этих адаптаций:

Опорно-двигательный аппарат

• Повышение перфузии мышечных капилляров

• Увеличение силы за счет мышечной гипертрофии

• Increased endurance due to increased muscular mitochondrial content

• Increased bone density

Cardiovascular

• Improved contractility

• Increased blood vessel diameter

• Increased capillary density

• Improved вазодилатация

• Снижение среднего АД в покое или при субмаксимальной активности за счет повышения работоспособности

Механизм

Чтобы мышцы сокращались, организм должен гидролизовать аденозинтрифосфат (АТФ) для получения энергии. То, как мышцы поддерживают уровень АТФ, зависит от состояния организма.

Мышцы могут утилизировать глюкозу или гликоген как аэробным, так и анаэробным образом. Гликолитическая энергетическая система имеет тенденцию приводить к накоплению лактата и последующему снижению рН в мышечной ткани, особенно в анаэробных условиях.

Аэробный метаболизм обычно используется в таких упражнениях, как ходьба, в то время как анаэробный метаболизм участвует в высокоинтенсивных видах деятельности, таких как поднятие тяжестей.

Основным источником АТФ для клеток является путь окислительного фосфорилирования; это часть аэробного пути, который происходит на внутренней митохондриальной мембране и производит гораздо больше АТФ, чем другие метаболические пути.

• Комплекс I: Получает электроны от НАДН.

• Комплекс II: Получает электроны от сукцината; электроны от НАДН и сукцината переносятся коферментом Q10 на комплекс III

• Комплекс III: Отсюда электроны переносятся цитохромом С на комплекс IV

• Комплекс IV: Электроны этой субъединицы принимаются кислородом, что дает воду.

• Комплекс V: АТФ образуется, когда протоны движутся обратно по градиенту электронов.

Во время высокоинтенсивных упражнений, таких как HIIT (высокоинтенсивные интервальные тренировки) или интенсивных силовых тренировок, циклы мышц через АТФ происходят довольно быстро, что приводит к накоплению АДФ. Фосфокреатин может отдавать фосфатную группу АДФ для регенерации дополнительного АТФ, который дает мышечную энергию. Креатинкиназа катализирует эту реакцию.

Во время отдыха и упражнений низкой интенсивности мышцы могут использовать жирные кислоты в качестве субстрата для производства энергии. Жирные кислоты со средней длиной цепи подвергаются бета-окислению в митохондриальном матриксе. Длинноцепочечные жирные кислоты необходимо транспортировать из цитозоля в митохондрии с помощью карнитина.

Когда двигательная единица получает сигнал возбуждения, окончание аксона высвобождает ацетилхолин, нейротрансмиттер, на рецепторы сарколеммы. Этот сигнал открывает потенциалзависимые каналы и создает потенциал действия, который проходит по Т-трубочкам, чтобы провести скоординированный сигнал глубоко в мышцу. Когда эта деполяризация достигает саркоплазматического ретикулума, это вызывает высвобождение хранящихся в нем ионов кальция.

Когда эти ионы кальция высвобождаются, они связываются с тропонином С в саркоплазме, что инициирует разблокировку сайта связывания актина на миозине за счет тропомиозина. По сути, кальций связывается с тропонином, что вызывает отсоединение тропомиозина от участка связывания актина и миозина, обнажая участок, что теперь позволяет связывать актин и миозин вместе, что создает сократительную силу и укорачивание саркомерной единицы. АТФ гидролизуется до АДФ и фосфата, когда головка миозина вызывает это сокращение. Чтобы выйти из сокращенного состояния, АТФ должна связаться с миозином, что вызывает высвобождение участка актина и возврат миозина в высокоэнергетическое состояние. Эта модель укорочения и удлинения объясняется теорией скользящих филаментов, согласно которой актиновые и миозиновые филаменты скользят относительно друг друга, сокращая длину саркомера. Существует несколько различных типов мышечных сокращений.

Изометрическое сокращение: мышца активно сокращается, но ее длина не изменяется из-за действия равных и противоположных сил в противоположных направлениях.

• Удержание положения планки или переноска продуктов с рукой, наполовину согнутой и удерживаемой в этом положении.

Концентрическое сокращение: Мышца активно сокращается и уменьшается в длину из-за большей мышечной силы по сравнению с противодействующей силой, которая приближается к ее прикреплению и началу.

• Сгибание рук с гантелями, жим лежа, приседания

Эксцентрическое сокращение = мышца активно сокращается, но продолжает увеличивать свою длину; мышца сокращается с меньшей силой, чем ее противодействующая сила.

• «Негативная» часть упражнения, упомянутого выше сгибание рук и разгибание грудных мышц), а также часть приседания с опусканием из положения стоя в положение приседа

Связанные исследования

Толерантность к физическим нагрузкам может быть полезным показателем сердечно-сосудистой и легочной функции. Нарушение толерантности к физической нагрузке может отражать дисфункцию любой из вовлеченных систем органов. Появление симптомов во время контролируемого теста с физической нагрузкой может свидетельствовать о таких состояниях, как стенокардия, заболевание периферических сосудов или даже астма, вызванная физической нагрузкой. Часто тщательный сбор анамнеза пациента также может рекомендовать эти состояния, но тест с физической нагрузкой под наблюдением может быть гораздо более объективным.

В ходе опроса для количественной оценки толерантности к физическим нагрузкам медицинский работник может спросить, сколько лестничных пролетов пациент может выдержать, или сколько кварталов он может пройти без остановки. Важно отметить временные рамки, в течение которых могут происходить изменения толерантности к физической нагрузке. Острые и хронические изменения дееспособности могут указывать на различную этиологию заболевания.

VO2 – это потребление кислорода, которое можно объяснить уравнением Фика.

Это уравнение утверждает, что VO2 = [Сердечный выброс] x [Разница в артериальном и венозном уровнях кислорода].

VO2max — это показатель аэробной физической нагрузки, определяемый как наивысшая скорость поглощения кислорода, которую человек может поддерживать во время интенсивной активности.

VO2max (в л кислорода в минуту) можно измерить, попросив субъекта выполнять упражнения на беговой дорожке или велосипеде с возрастающей интенсивностью. Во время тренировки потребление кислорода рассчитывается путем измерения объемов и концентраций вдыхаемого и выдыхаемого газа.

По мере того, как пациенты тренируются и тренируются, их VO2max может улучшаться, но это, как правило, является функцией доставки кислорода, а не экстракции кислорода скелетными мышцами. Благодаря тренировке доставка кислорода улучшается в результате увеличения сердечного выброса и плотности капилляров.

Мотивированные пациенты без симптомов могут воспроизвести VO2max во время тестирования. Симптоматические пациенты с застойной сердечной недостаточностью (ЗСН) или хронической обструктивной болезнью легких (ХОБЛ) могут быть не в состоянии полностью достичь VO2Max. В таких случаях мы можем использовать тест 6-минутной ходьбы в качестве стандартной меры.

Симптомы физической нагрузки, такие как одышка, стенокардия, учащенное сердцебиение или перемежающаяся хромота, предполагают наличие заболевания, требующего обследования.

Патофизиология

У пациентов, которые прилагают разумные усилия во время теста и достигают нормального VO2peak (хорошее усилие без достижения VO2max), которые утверждают, что одышка или утомляемость были их ограничивающим фактором во время нагрузки, мы можем предположить, что они имеют нормальную толерантность к нагрузке.

В этом случае мы можем предположить, что сердечно-легочные заболевания, такие как ЗСН, интерстициальное заболевание легких (ИЗЛ) или ХОБЛ, отсутствовали. При тестировании этих пациентов мы с большей вероятностью увидим аномальный пик VO2 со значительной одышкой.

При легочных заболеваниях, таких как ХОБЛ и ИЗЛ, непереносимость физической нагрузки может быть связана с нарушением газообмена, являющимся ограничивающим фактором.

Бронхоспазм, вызванный физической нагрузкой (астма, вызванная физической нагрузкой), является еще одной легочной патологией, которую следует учитывать. Он проявляется затрудненным дыханием и хрипами во время или после физической нагрузки. Объективно на это может указывать снижение ОФВ1 более чем на 10% по сравнению с исходным уровнем.

При сердечных заболеваниях, таких как пороки клапанов, ЗСН или ИБС, упражнения могут быть особенно опасны. Повышенная нагрузка на сердце может привести к перенапряжению миокарда. Эта проблема обостряется в условиях высокой температуры или высокой влажности. В ответ на нарушение испарительного охлаждения будет происходить вазодилатация для снижения температуры тела, что приводит к компенсаторному увеличению частоты сердечных сокращений, что вызывает дополнительную нагрузку на ткань миокарда.

Непереносимость физической нагрузки также может возникать из-за метаболически/структурно дисфункциональной мышечной ткани. Миопатии предполагаются при отсутствии каких-либо серьезных сердечно-легочных проблем. Миопатии могут проявляться мышечными спазмами или болью и в некоторых случаях диагностируются с помощью биопсии или генетического тестирования.

Непереносимость физической нагрузки при тестировании может быть результатом слабых усилий или чрезмерного восприятия ограничивающих симптомов. В обоих случаях объективные показатели, такие как уровень лактата, помогают отличить истинные ограничения физической активности от альтернативных объяснений непереносимости.

Со временем, при длительном бездействии, скелетные мышцы атрофируются, а тело также приходит в негодность. Рекомендуется иметь одобренную консультацию и программу физиотерапии для пациентов, которые госпитализированы в течение длительного периода времени.

Наконец, важно отметить, что системам органов требуется время для адаптации. Если интенсивность упражнений резко возрастает сверх способности организма к самовосстановлению, это может привести к негативным последствиям, таким как растяжение мышц, разрывы и стрессовые переломы. Чрезмерные тренировки также могут вызвать неблагоприятный ответ иммунной системы, в то время как исследования показывают, что упражнения средней интенсивности немного усиливают иммунный ответ.

Клиническое значение

Понимание базовой физиологии физических упражнений имеет решающее значение, поскольку нарушение толерантности к физическим нагрузкам у пациентов может указывать на признаки основного заболевания в сочетании с такими модальностями, как ЭКГ. Тестирование с физической нагрузкой также может помочь определить цели лечения и контролировать прогноз и ход лечения.[13][14]

С помощью стандартизированного теста с физической нагрузкой можно определить общую этиологию ограничения физической нагрузки, а затем провести тестирование, чтобы сузить дифференциал до конкретной причины.

В целом, понимание и применение физиологии упражнений может помочь сократить время постановки диагноза, улучшить результаты и, в конечном счете, улучшить качество жизни пациентов.

Контрольные вопросы

• Доступ к бесплатным вопросам с несколькими вариантами ответов по этой теме.

• Комментарий к этой статье.

Ссылки

1.

Абдин С., Лавалле Дж. Ф., Фолкнер Дж., Хастед М. Систематический обзор эффективности вмешательств в области физической активности у взрослых с раком молочной железы по типу физической активности и способу участия. Психоонкология. 201928 июля (7): 1381-1393. [PubMed: 31041830]

2.

Кремер К.А., Сампене Э., Сафдар Н., Энтони К.М., Уотлет К.К. Стратегии питания и физических упражнений для предотвращения чрезмерного увеличения веса во время беременности: метаанализ. Представитель AJP, январь 2019 г.; 9 (1): e92-e120. [Бесплатная статья PMC: PMC6424817] [PubMed: 31041118]

3.

van Rijckevorsel-Scheele J, Willems RCWJ, Roelofs PDDM, Koppelaar E, Gobbens RJJ, Goumans MJBM. Влияние медицинских вмешательств на качество жизни ослабленных пожилых людей: систематизированный обзор. Clin Interv Старение. 2019;14:643-658. [Бесплатная статья PMC: PMC6453553] [PubMed: 31040654]

4.

Kordonouri O, Riddell MC. Использование приложений для физической активности при диабете 1 типа: текущее состояние и требования к будущему развитию. The Adv Endocrinol Metab. 2019;10:2042018819839298. [Бесплатная статья PMC: PMC6475849] [PubMed: 31037216]

5.

Young C, Campolonghi S, Ponsonby S, Dawson SL, O’Neil A, Kay-Lambkin F, McNaughton SA, Berk M, Jacka FN . Поддержка участия, приверженности и изменения поведения в онлайн-диетических вмешательствах. J Nutr Educ Behav. 2019Июнь; 51 (6): 719-739. [PubMed: 31036500]

6.

Карбон С., Биллингсли Х.Е., Родригес-Мигелес П., Киркман Д.Л., Гартен Р. , Франко Р.Л., Ли Д.К., Лави С.Дж. Аномалии мышечной массы при сердечной недостаточности: роль саркопении, саркопенического ожирения и кахексии. Курр Пробл Кардиол. 2020 ноябрь;45(11):100417. [PubMed: 31036371]

7.

Bjørke ACH, Sweegers MG, Buffart LM, Raastad T, Nygren P, Berntsen S. Какие предписания упражнений оптимизируют V̇O ₂ max во время лечения рака? — систематический обзор и метаанализ. Scand J Med Sci Sports. 2019 сен;29(9):1274-1287. [PubMed: 31034665]

8.

Осадник Ч.Р., Сингх С. Легочная реабилитация при обструктивных заболеваниях легких. Респирология. 2019 сен; 24 (9): 871-878. [PubMed: 31038835]

9.

Ibeneme SC, Omeje C, Myezwa H, Ezeofor SN, Anieto EM, Irem F, Nnamani AO, Ezenwankwo FE, Ibeneme GC. Влияние физических упражнений на биомаркеры воспаления и сердечно-легочную функцию у пациентов, живущих с ВИЧ: систематический обзор с метаанализом. BMC Infect Dis. 201929 апреля; 19(1):359. [Бесплатная статья PMC: PMC6489236] [PubMed: 31035959]

10.

Гонсалес-Гальвес Н., Хеа-Гарсия Г.М., Маркос-Пардо П.Дж. Влияние программ упражнений на кифоз и угол лордоза: систематический обзор и метаанализ. ПЛОС Один. 2019;14(4):e0216180. [Бесплатная статья PMC: PMC6488071] [PubMed: 31034509]

11.

Бергер П. Обзор физических модальностей и возможности расширения лечения пациентов с черепно-мозговой травмой. Иглоукалывание Мед. 2019Декабрь; 37 (6): 365-369. [PubMed: 31032621]

12.

Гриммет С., Корбетт Т., Брюнет Дж., Шеперд Дж., Пинто Б.М., Мэй С.Р., Фостер С. Систематический обзор и метаанализ изменения поведения в отношении поддержания физической активности у выживших после рака . Int J Behav Nutr Phys Act. 2019 27 апр; 16(1):37. [Статья PMC бесплатно: PMC6486962] [PubMed: 31029140]

13.

Kramer SF, Hung SH, Brodtmann A. Влияние физической активности до и после инсульта на риск инсульта и выздоровление: описательный обзор. Curr Neurol Neurosci Rep. 201922 апр;19(6):28. [PubMed: 31011851]

14.

Liu N, Gou WH, Wang J, Chen DD, Sun WJ, Guo PP, Zhang XH, Zhang W. Влияние упражнений на качество жизни беременных женщин: систематический обзор . Eur J Obstet Gynecol Reprod Biol. 2019 ноябрь; 242: 170-177. [PubMed: 30992151]

Физиологическая регуляция, связанная с физической активностью и здоровьем

Развитые и развивающиеся страны стареют, полнеют и становятся менее физически активными. В результате возникает пандемия заболеваний, связанных с физиологической «дисрегуляцией», особенно в том, что касается сердечно-сосудистой и метаболической функции. Высокие уровни привычной физической активности и упражнений замечательно защищают от этих болезней, и эти темы были в центре внимания The Journal of Physiology Симпозиум «Физиологическая регуляция, связанная с физической активностью и здоровьем», состоявшийся на конференции IUPS 2009 г. в Киото, Япония. Цель симпозиума состояла в том, чтобы рассмотреть, понять и сформулировать эти широкие вопросы в контексте физиологической регуляции у людей. На симпозиуме было много посетителей, и он проходил при полном аншлаге в большом лекционном зале.

Общий тон симпозиуму задал Фрэнк Бут, который подробно описал комплексную и комплексную пользу для здоровья от физических упражнений и физической активности (Booth & Laye, 2009).). Д-р Бут подчеркнул ограничения рассмотрения фармакологических вмешательств, которые активируют один биологический путь, и проведения параллелей с физическими упражнениями. Он также поднял важные вопросы о том, что такое нормальное физиологическое состояние, и утверждал, что, поскольку животные эволюционировали в течение миллионов лет, чтобы быть физически активными, физически активное состояние является подходящим условием биологического контроля. В этом контексте существует ряд животных моделей метаболических заболеваний, в том числе трансгенных животных, где фенотип заболевания наблюдается только у животных, содержащихся в клетках и не имеющих доступа к произвольным колесам для упражнений. Таким образом, весь вопрос о том, что является нормальным, открыт для обсуждения.

Как отмечалось выше, физическая активность и упражнения оказывают глубокое воздействие на сердечно-сосудистую систему. Дуг Силс проанализировал данные, свидетельствующие о том, что нормальные изменения сосудистой жесткости, возникающие при старении, практически отсутствуют у людей, которые либо обычно физически активны, либо тренируются (Seals et al. 2009). Роль эндотелиальной дисфункции, биодоступности оксида азота и окислительного стресса в возрастном ухудшении сосудистой функции у неактивных людей и животных противопоставлялась усиленной или сохраненной функции в активном состоянии.

Майк Джойнер представил данные о влиянии физической активности и упражнений на общий сердечно-сосудистый риск (Joyner & Green, 2009). Ключевым наблюдением является то, что положительное влияние физической активности и упражнений на сердечно-сосудистую заболеваемость и смертность намного больше, чем можно было бы предсказать на основе изменений так называемых традиционных факторов риска. Выдвинутая идея заключалась в том, что улучшенная эндотелиальная функция и улучшенная вегетативная функция, действующие по отдельности или в сочетании, в значительной степени ответственны за «отсутствующее» снижение риска.

За последние 10 или около того лет возникла важная идея, заключающаяся в том, что при сокращении скелетных мышц высвобождаются вещества (миокины), которые оказывают множество положительных эффектов на метаболические и сердечно-сосудистые функции. Они, по-видимому, либо создают физиологическую основу для антидиабетических, противовоспалительных и антиожирительных эффектов физических упражнений, либо непосредственно ответственны за них. Лидером в этой области была Бенте Педерсен, которая проанализировала свою работу и работу своих сотрудников и определила новые области для исследований (Pedersen, 2009).). В связи с этим в течение многих лет велся поиск «фактора физической нагрузки», высвобождаемого скелетными мышцами и оказывающего отдаленное влияние на другие физиологические системы, и доктор Педерсен и ее команда определили ряд факторов физической нагрузки.

Hiroshi Nose представил данные исследований своей группы, в которых участвовали тысячи людей среднего и старшего возраста, выполняющих высокоинтенсивные тренировки интервальной ходьбы в префектуре Нагано, Япония (Nose et al . 2009). Это исследование важно, потому что оно демонстрирует, что можно проводить крупномасштабное фенотипирование с высоким разрешением и задавать механистические физиологические вопросы в условиях сообщества. Это также показывает, что высокоинтенсивные упражнения могут оказывать глубокое влияние на физиологическую регуляцию у пожилых людей, особенно у людей с наихудшей физической подготовкой. Наконец, исследование Нагано важно, потому что оно демонстрирует, как информационные технологии и другие системы управления данными могут быть использованы для разработки программ упражнений, ориентированных на общественное здравоохранение, и в то же время способствовать исследованиям механистической физиологии.

Основной вопрос в исследованиях интегративной физиологии заключается в том, как гены и генетическая изменчивость влияют на физиологические реакции и адаптации у людей. Масаюки Мори и его коллеги оценили полиморфизмы ключевых генов человека и то, как они могут влиять на физиологические реакции и адаптацию к физическим упражнениям у людей (Mori et al , 2009). Они использовали уникальную когорту Нагано, описанную выше, и показали, что лишь небольшая часть адаптивных реакций может быть объяснена на основе общих генетических вариантов. Это хорошая новость с точки зрения общественного здравоохранения, поскольку она предполагает, что почти все люди поддаются дрессировке и будут пожинать плоды повышенной физической активности.

Большое внимание на симпозиуме было уделено физиологическим реакциям у пожилых людей и тому, как они адаптируются к тренировкам, а также тому, как тренировки и физическая активность обеспечивают защиту. Одной из областей повышенного риска для здоровья пожилых людей является экологический тепловой стресс, связанный с периодами сильной жары. У молодых людей терморегуляторная адаптация к физическим упражнениям может улучшить переносимость жары за счет изменений потоотделения, кожного кровотока и долгосрочной адаптации объема плазмы. Некоторые из этих адаптаций явно происходят и у пожилых людей, но Кадзунобу Окадзаки продемонстрировал, что для увеличения объема плазмы у пожилых людей необходимо добавление пищевых белков после тренировки (Okazaki 9).0455 и др. . 2009). Это наблюдение дополняет ранее полученные данные о потреблении белка после тренировки у пожилых людей и сохранении массы скелетных мышц. В нем также подчеркивается синергетическая роль питания и физической активности в процессе старения.

Джордж Брукс сделал обзор своей 30-летней метаболической одиссеи, связанной с молочной кислотой, и того, как идеи, связанные с метаболизмом лактата, изменились от чрезмерно упрощенного представления о том, что это был «злой юмор», связанный с гипоксией и аноксией (Brooks, 2009).). В действительности лактат является ключевым метаболическим посредником, выполняющим ряд важных регуляторных функций. На его метаболизм также влияют физические упражнения, и в контексте всего симпозиума возникает соблазн спросить, каковы возрастные изменения в метаболизме лактата и как на них влияет физическая активность? Способствуют ли возрастные или связанные с отсутствием физической активности изменения в физиологии лактата нарушению регуляции метаболизма у пожилых людей? Это явно вопросы будущего.