Структурные изменения в костной системе под влиянием физических нагрузок

СТРУКТУРНЫЕ ИЗМЕНЕНИЯ  ОРГАНИЗМА ЧЕЛОВЕКА ПОД ВЛИЯНИЕМ ФИЗИЧЕСКИХ НАГРУЗОК

Структурные изменения  в костной системе под влиянием физических нагрузок

Изучение адаптационных изменений, которые происходят в костной системе под влиянием занятий спортом, имеет не только теоретическое, но и практическое значение. Под влиянием занятий спортом в скелете, кроме прогрессивных изменений, которые увеличивают его прочность и надежность, могут появляться передпатологические и патологические изменения в виде костных выступов - остеофитов, участков разрежения костной ткани и др. Зная о подобных изменениях скелета, тренеры могут предупреждать их, корректируя соответствующим образом тренировочные нагрузки.

Для изучения изменений используются разные методы:

• Антропометрический метод позволяет количественно определить тотальные и парциальные размеры костей, а также их изменения в процессе занятий спортом. Для определения абсолютной массы костной ткани пользуются

формулой  Матейки: О = L × C² × K,

где О - абсолютная масса костной ткани (кг);

 L - длина тела (см);

С² - квадрат средней величины диаметров дистальных эпифизов плеча, предплечья, бедра и голени;

К - коэффициент, который равняется 1,2.

С целью сравнения развития костного компонента у лиц, которые имеют разные показатели веса тела, рядом с абсолютными величинами определяются и относительные, которые исчисляются в процентах от веса тела. Для этого абсолютная величина исследуемого компонента веса тела делится на массу тела и умножается на 100.

• С помощью рентгенологического метода можно прижизненно изучить изменения формы, величины и внутреннего строение кости в процессе занятий спортом.
• Экспериментальным методом можно выучить на животных изменения костной ткани и отдельных костей под влиянием нагрузок разной величины и интенсивности как на микро-, так, и на макроскопическом уровнях.
• Метод исследования механических свойств костей состоит в изучении плотности, упругости и эластичности костной ткани. П. Ф. Лесгафт, проведя ряд экспериментов, установил, что сопротивление костей тазу в среднем составляет 1254,36 кг. Сейчас известно, что бедренная кость в вертикальном положении выдерживает давление в 1,5 тонны, а большеберцовая кость - до 1,8 тонны. Эти данные свидетельствуют о большой прочности и надежности костной системы.
• При использовании метода меченых атомов, М. Г. Привес показал, что после двух недель тренировки у животных радиоактивный фосфор (Р³²) накапливается больше в костях, расположенных ближе к плоскости опоры, получающих большую нагрузку и, как следствие, подвергаются большей перестройке.
• При использовании гистологических и гистохимических методов с помощью светового и электронного микроскопов можно изучить структурную перестройку костной ткани на клеточном уровне.

 

Адаптационные изменения в костной системе спортсменов

Адаптационные изменения в костной системе спортсменов проходят на разных уровнях ее организации: молекулярном, клеточном, тканевом, органном и системном.

1. На молекулярном уровне, в костной ткани увеличивается синтез белков, мукополисахаридов, ферментов и других органических веществ, повышается отложение неорганических веществ, которые обеспечивают высокую степень плотности костной ткани.
2. На тканевом уровне, отмечается повышенная остеонизация костной ткани. Э. А. Клебанова отмечает, что на тренировку костная ткань реагирует, образованием новых остеонов, которые являются зрелыми, дифференцированными структурами, располагающие достаточным запасом прочности. Вместе с этим происходит разрушение старых остеонов и образование большого количества новых костных пластин, более упругих.
3. На органном уровне, во всех костях скелета отмечаются такие адаптационные изменения:

• химического состава;

• формы;
• внутреннего строения;
• роста и времени окостенения.

 

4. Химический состав костей под влиянием нагрузок несколько изменяется в сторону

увеличения содержимого неорганических веществ (кальция, фосфора). Преобладание минерального компоненту сопровождается увеличением плотности костной ткани до 1,55 г/см³.

5. Форма костей скелета значительно изменяется в связи с повышенной мышечной деятельностью. В местах прикрепления сухожилий мышц образовываются гребни, бугры, шершавости. Они тем большие, чем сильнее развиты мышцы. Так, например, у пловцов в связи с гипертрофией дельтовидной мышцы увеличивается диафиз плечевой кости, хирургическая шейка сглаживается; у бегунов наблюдается утолщение большеберцовой кости в участке ее бугристости и малоберцовой - в участке ее головки. Значительные изменения претерпевают позвонки. Четырехугольная форма наблюдается преимущественно у пловцов, клинообразная форма с клином, который суживается кпереди - у штангистов, гребцов, велосипедистов, а с клином, который суживается кзади - у борцов, которые выполняют сложные приемы на фоне «моста» в партере.
6. Морфологические изменения в строении костной системы спортсменов затрагивают:

а) надкостницу,

 б) компактное и губчатое вещество и

 в) костномозговые пустоты.

Надкостница костей, в процессе занятий физическими упражнениями, утолщается, вследствие повышенной функции ее внутреннего (костеобразующего) слоя.

Компактное вещество костей, как правило, у спортсменов утолщается. Симметричное утолщение компактного слоя костей конечностей отмечается у пловцов, бегунов, штангистов, футболистов. В таких видах спорта, как теннис, метание, где верхние конечности человека подвергаются различным нагрузкам, наблюдаются асимметричные изменения толщины компактного слоя костей. У теннисистов изменения компактного слоя происходят на правой конечности, у фехтовальщиков рабочая гипертрофия наблюдается преимущественно в верхней правой конечности в плечевой кости и в участке первой пястной кости, а в нижней конечности в участке бугра пяточной кости (в связи с выпадами и ударами пяткою в опорную поверхность).

На данное время известно три  вида строения губчатого вещества кости:

• мелкоячеистое,
• среднеячеистое,
• крупноячеистое.

У людей, не занимающихся спортом, губчатое вещество эпифизов костей имеет периферическую зону с относительно мелкими ячейками и центральную - с более крупными.

Большие спортивные нагрузки, как правило, приводят к увеличению размеров ячеек губчатого вещества. Эпифизарные отделы трубчатых костей приобретают более однородную крупноячеистую структуру, уже без распределения губчатого вещества на периферическую и центральную зоны.

Костно-мозговые пустоты костей спортсменов, в связи с утолщением компактного слоя, уменьшаются. На рентгенограммах она иногда имеет вид узкой щели между двумя тенями хорошо развитого компактного вещества.

Рост костей непосредственно связан с процессом окостенения и длится до тех пор, пока не образуются синостозы в участке эпифизарных хрящей. Ростовая зона, как правило, мало реагирует на нагрузку, хотя при определенном дозировании динамической нагрузки размеры сегментов конечностей несколько увеличиваются, а при нагрузках преимущественно статического характера, возможно, некоторое укорочение костей.

 

Рассматривая костную систему на уровне целостного организма, можно констатировать, что под влиянием регулярных физических нагрузок оптимального характера все адаптационные изменения в ней протекают, как благоприятные, прогрессивные и имеют характер гипертрофии. Рентгенологически рабочая гипертрофия костей:

• у юных спортсменов отмечается через 6-7 месяцев после начала тренировок,
• а у спортсменов среднего и старшего возраста – через 1-1,5 года.

Общие адаптационные изменения  происходят во всех костях скелета, а  локальные – в наиболее нагруженных  его отделах. При прекращении  физической нагрузки наблюдается обратное развитие рабочей гипертрофии.

 

Чрезмерные физические нагрузки действуют угнетающе на костную систему и приводят к  задержке роста костей, декальцификации, уменьшению прочности.

 

Итак, установлена зависимость  морфофункционального состояния костной  ткани от двигательной активности организма. Изменения, которые наблюдаются в костной системе спортсменов, отражают морфофункциональную перестройку, обусловленную прогрессивными сдвигами в организации опорно-двигательного аппарата под влиянием специфической спортивной деятельности.