Социально-биологические основы физической культуры

1 курс 2 семестр

 

Тема 2. СОЦИАЛЬНО-БИОЛОГИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ ФИЗИЧЕСКОЙ КУЛЬТУРЫ

 

Система кровообращения.

Любой системе кровообращения  требуется три компонента:

1. насос (сердце);
2. система каналов (кровеносные сосуды);
3. жидкостная среда (кровь).

Рассмотрим каждый из них.

 

Кровь.

Одним из компонентов системы кровообращения являются циркулирующие жидкости. В теле человека – это кровь и лимфа, обеспечивающие реальный обмен различных веществ между разными клетками и тканями организма.

Как взаимосвязаны кровь и лимфа? Некоторое количество плазмы крови переходит из капилляров в ткани и становится тканевой (интерстециальной) жидкостью. Большая часть тканевой жидкости возвращается в капилляры после обмена, однако объем вернувшейся жидкости все же меньше, чем объем поступивший в ткани. Оставшаяся жидкость направляется в лимфатические капилляры и их относят к лимфе, которая, в конечном итоге, возвращается в кровь.  Лимфатическая система предотвращает переполнение активных участков кровью и содействует эффективной деятельности сердечно-сосудистой системы. Однако за исключением ее роли в возврате жидкости лимфатическая система  не представляет особого интереса для физиологии упражнений и спорта. Поэтому основное внимание обратим на кровь.

Кровь – это жидкая ткань, в организме человека выполняет следующие основные функции:

1. транспортную — в процессе обмена веществ переносит к тканям тела питательные вещества и кислород, а из тканей к органам выделения транспортирует продукты распада, образующиеся в результате жизнедеятельности клеток тканей;
2. регуляторную — осуществляет гуморальную (гумор — жидкость) регуляцию функций организма с помощью гормонов и других химических веществ и рефлекторную — вследствие гидростатического давления на нервные окончания (барорецепторы), расположенные в стенках кровеносных сосудов;
3. защитную — защищает организм от вредных веществ и инородных тел, кроме этого, при повреждении тканей тела останавливает кровотечение;
4. гомеостатическая — участвует в поддержании постоянной температуры тела и кислотно-щелочного баланса.

 

 

   Количество  крови составляет 5-9% от массы тела (у человека с массой 70 кг количество крови 4,5-6 л). В организме в состоянии покоя до 45-50% всей массы крови находится в кровяных депо (селезенке, печени, легких и подкожном сосудистом сплетении). В селезенке кровь может быть почти полностью выключена из циркуляции, а в печени и сосудистом сплетении кожи кровь циркулирует в 10-20 раз медленнее, чем в других сосудах. Потеря человеком более 1/3 количества крови опасна для жизни. В то же время уменьшение количества крови на 200—400 мл (донорство) для здоровых людей безвредно и даже стимулирует процессы кроветворения.

Кровь  состоит из плазмы (жидкая часть крови) и форменных элементов - эритроцитов, лейкоцитов и тромбоцитов. Плазма составляет 55-60%, форменные элементы - 40-45%. Соотношение плазмы и форменных элементов определяется при помощи прибора гематокрита. Гемато-критное число - это количество форменных элементов крови в процентах от общего объема крови (в норме оно равно 40-45).

Плазма состоит из воды (около 90%), неорганических солей (около 1%) и органических веществ (около 9%).

Органические вещества плазмы включают ряд компонентов.

    1. Белки - 67-75 г/л, среди них альбуминов - 37-41 г/л, глобулинов - 30-34 г/л, фибриногена 3,0-3,3 г/л. Роль белков. 1) обеспечивают коллоидно-осмотическое (онкотическое) давление (25-30 мм рт. ст.), что удерживает воду в сосудах; 2) участвуют в процессе свертывания крови (фибриноген и другие плазменные факторы свертывания крови); 3) регулируют рН крови (белковый буфер); 4) часть белков плазмы являются антителами (защитная функция); 5) выполняют транспортную функцию; 6) обеспечивают вязкость крови.

2. Азотсодержащие вещества плазмы небелковой природы -это промежуточные продукты обмена белка. Они составляют остаточный азот. Основными компонентами остаточного азота являются азот мочевины, аминокислот, мочевой кислоты. Содержание остаточного азота в крови равно 14,3-28,6 мМоль/л.
3. Безазотистые органические вещества — это глюкоза (4,4-6,6 мМоль/л, или 80-120 мг%), молочная, пировиноградная кислоты, липиды (фосфолипиды, жирные кислоты, холестерин, лецитин). Концентрация глюкозы в артериальной крови выше, чем в венозной, что объясняется потреблением глюкозы клетками организма. Увеличение концентрации молочной кислоты в крови связано в основном с усилением ее продукции в мышцах.

4. Биологически активные  вещества (ферменты, витамины, гормоны) и газы крови

Среди неорганических веществ плазмы крови наибольшее значение имеют минеральные соли. В водном растворе молекулы этих веществ всегда диссоциируют, т. е. распадаются на ионы. Больше всего в плазме ионов натрия (примерно 300 мг в 100 мл крови) и хлора (400 мг в 100 мл крови) и значительно меньше ионов калия, кальция, магния. Но значение для организма тех или иных ионов не определяется их количеством. Так, очень важны ионы кальция — без них кровь не свертывается, и человек может погибнуть от кровотечения; при уменьшении в плазме концентрации ионов калия нарушается работа сердца.

Минеральные вещества способствуют поддержанию    осмотического давления плазмы.  Осмотическое давление крови составляет 6,6-7,6 атмосфер. Стабильно функции клеток организма могут осуществляться только при относительном постоянстве осмотического давления. Эритроциты, например, помещенные в гипотонический раствор хлорида натрия, набухают и могут даже разрушиться (гемолиз). Раствор, имеющий одинаковое осмотическое давление с кровью, называется изотоническим (0,85-0,9%-ный раствор NаС1).

Часть осмотического давления, создаваемого белками, называется онкотическим давлением, оно равно 25 мм рт. ст.

Среди минеральных веществ плазмы крови важнейшее значение имеют ионы водорода. Эти ионы входят в состав всех кислот. От концентрации ионов водорода в растворе зависит его кислотность. рН артериальной крови в состоянии покоя равен 7,4. Это значит, что реакция крови слабощелочная. При физической работе в плазму крови попадает большое количество продуктов обмена веществ. Среди них особенно много кислот. Казалось бы, при работе водородный показатель должен снижаться и реакция крови должна стать кислой. В действительности же этого не происходит, и рН крови даже при самой тяжелой работе не падает ниже 7,29—7,30. Только в исключительных случаях (чаще это бывает при динамической работе субмаксимальной мощности) наблюдается более выраженное уменьшение водородного показателя. Однако и в этих случаях реакция артериальной крови щелочная. Жизнедеятельность всех клеток и тканей организма протекает нормально лишь при определенной величине рН, т. е. при определенной кислотности окружающей их среды. Если сдвиг рН крови в кислую сторону становится очень большим, то человек испытывает очень неприятные ощущения и прекращает работу. Чрезмерный сдвиг рН вызывает гибель клеток.

      Как же организм  справляется с резким увеличением  кислых продуктов обмена веществ при физической работе, почему почти не изменяется рН крови? Это происходит благодаря наличию в крови и тканях особых веществ, вернее комплексов веществ, которые называются буферными системами. Подобно тому, как буферы между вагонами сглаживают толчки при изменениях скорости движения поезда, так и буферные системы крови уменьшают сдвиги рН.

В крови содержатся следующие буферные системы.

Гемоглобиновый буфер является самой емкой буферной системой. На его долю приходится до 75% всей буферной емкости крови. Гемоглобин, как и другие белки, является амфолитом. Главное же заключается в том, что окисленный гемоглобин (КНЬ02), поступая в ткани, нейтрализует накапливающуюся там угольную кислоту: КНЬ02 + Н2С03 =ННЬ + КНС03 + 02. Кроме того, ННЬ связывает образующийся» в тканях С02, образуя ННЬС02 (карбоминовая связь), тем самым уменьшает накопление в тканях Н2С03. В легких кровь освобождается от Н2С03 в виде С02: ННЬ + КНС03 + 02 =КНЬ02 + Н2С03 -> Н20 + С02, то есть происходит обратная реакция.

     Белковая буферная система является довольно мощной. Белки плазмы крови содержат достаточное количество кислых и основных радикалов, поэтому они могут нейтрализовать ионы Н+ и ОН".

 Бикарбонатный буфер состоит из слабой угольной кислоты Н2С03 и бикарбонатов: NаНС03 в плазме и КНС03 в клетках. При образовании в плазме избытка кислореагирующих продуктов ионы Н+ соединяются с анионами бикарбоната НС03- с образованием слабой кислоты Н2С03. При накоплении избытка оснований ионы ОН~ связываются углекислотой и вместо сильного основания ОН~ образуется менее сильное НС03-.

Фосфатный буфер представлен солями одно- (NaН2Р04) и дву-замещенных (Nа2НР04) фосфатов. Фосфатная буферная система является основной буферной системой клеток. При избытке в крови Н2С03 происходит обменная реакция, что снижает (нормализует) рН крови: Н2С03 + Na2НР04 = NаНС03 + NaН2Р04.

Буферные системы стабилизируют рН крови лишь на молекулярном уровне, но не обеспечивают выведение из организма щелочных или кислых элементов - это обеспечивается главным образом, легкими и почками.

Форменные элементы крови, которые составляют 40-45% общего объема крови – эритроциты, лейкоциты, тромбоциты.  99% объема форменных элементов составляют эритроциты,   оставшийся 1% приходится на долю лейкоцитов и тромбоцитов.

Эритроциты — красные кровяные тельца, носители дыхательного пигмента — гемоглобина. Эти клетки не имеют ядра, митохондрий и белоксинтезирующей системы, поэтому они не способны к делению. Срок жизни эритроцитов составляет 120 дней.

Количество эритроцитов у мужчин колеблется в пределах 4,5-5,5х1012/л, у женщин - 3,7-4,7х1012/л. При физической нагрузке количество эритроцитов может увеличиваться, что увеличивает доставку кислорода тканям организма.

  Основными свойствами эритроцитов  являются следующие:

1. Пластичность (выражена только у дискоидных эритроцитов) - это способность к обратимой деформации их при прохождении через микропоры и узкие извитые капилляры диаметром до 2,5-3 мкм. Это свойство определяется в основном формой эритроцита, а также его структурными элементами.

       2. Способность эритроцитов к оседанию. Если кровь, лишенную возможности свертываться, поместить в пробирку, то эритроциты оседают на дно, так как удельный вес эритроцитов (1,096) 
выше, чем плазмы крови (1,027). Скорость оседания эритроцитов (СОЭ) невысока: у мужчин 1-10 мм/час, у женщин - 2-15 мм/час. При некоторых патологических процессах СОЭ повышается.

3. Агрегация (склеивание) эритроцитов возникает при замедлении движения крови и повышении ее вязкости. При этом развиваются реологические расстройства. В случае быстрого восстановления кровотока агрегаты распадаются на полноценные клетки. 
В патологических случаях агрегация может быть необратимой.

      Энергетическое  обеспечение эритроцитов осуществляется  только за счет утилизации  глюкозы в результате анаэробного гликолиза.

Функции эритроцитов.

1. Транспорт газов - 02 и С02,  чему способствует  высокое содержание гемоглобина.  Гемоглобин - хромопротеид, состоит из железосодержащих групп гема и белка глобина.  На долю гема приходится 4% и на белковую часть - 96%. Структура гема идентична для гемоглобина всех видов животных. Различия в свойствах гемоглобина обусловлены различиями белкового компонента.
2. Участие в регуляции кислотно-щелочного состояния организма за счет гемоглобина, обладающего амфотерными свойствами и обеспечивающего до 70% всей буферной емкости крови.

     Лейкоциты—  белые кровяные клетки, в отличие от эритроцитов, в структурном отношении идентичны другим клеткам организма - они содержат ядро.

     Их имеется несколько  видов - нейтрофилы -46-76%; эозинофилы - 1-5%; базофилы - 0-1%; моноциты -2-10%; лимфоциты - 18-40%. Размеры лейкоцитов варьируют от 4 мкм до 20 мкм. Продолжительность жизни гранулоцитов и моноцитов от 4-5 дней до 20 дней, лимфоцитов -до 100-120 дней. Количество лейкоцитов в периферической крови колеблется в пределах 4х109/л - 9х109/л в зависимости от баланса гормонов, нервного напряжения, сезона, времени суток.

Лейкоциты обладают амебовидной подвижностью, миграцией (диапедезом) - способностью проникать через стенку неповрежденных капилляров - и фагоцитозом - способностью поглощать и переваривать микробов, чужеродные частицы и отмирающие клетки. Эти свойства определяют функции лейкоцитов: защитную (фагоцитоз - пожирание микробов, бактерицидное и антитоксическое действие, участие в иммунных реакциях, противоопухолевое действие); регенеративную - лейкоциты способствуют заживлению поврежденных тканей; транспортная - они являются носителями ряда ферментов.

Защитная функция лейкоцитов.

Иммунитет — это способность организма защищаться от генетически чужеродных тел и веществ. Выделяют различные виды иммунитета, в частности клеточный и гуморальный иммунитет.

Клеточный иммунитет обусловлен активностью Т-лимфоцитов, связан с образованием специализированных клеток, которые реагируют на чужеродные антигены. При этом последние уничтожаются или же происходит разрушение антигена с помощью других клеток, таких, как макрофаги. За счет клеточного иммунитета отторгается чужеродная, пересаженная ткань, а также уничтожаются генетически переродившиеся клетки собственного организма.

Гуморальный иммунитет обусловлен В-лимфоцитами, которые принимают участие в формировании защитных антител против антигенов. Связывание антител с антигеном облегчает поглощение антигена фагоцитами.

Фагоцитоз - это разновидность клеточного иммунитета.

Тромбоциты — кровяные пластинки. Их содержится в крови 100-300 тыс. в 1 мм3. Они защищают организм от потери крови. При повреждении тела и кровеносных сосудов тромбоциты способствуют свертыванию крови, образованию сгустка (тромба), который закупоривает сосуд и прекращает потерю крови, что способствует поддержанию гомеостаза.

При регулярных занятиях физическими упражнениями или спортом:

+ увеличивается количество эритроцитов  и количество гемоглобина в  них, в результате чего повышается кислородная емкость крови;