Изменения физиологических функций при физическом труде.

Физическое напряжение вызывает изменения практически во всех системах организма человека, в особенности, сердечно-сосудистой и дыхательной. Выраженность этих изменений служит мерой реакции организма на физическую работу и лежит в основе классификации физического труда по степени его тяжести.

Изменения физиологических функций при физических нагрузках динамического характера. Основу любого физического труда составляет выраженная в различ­ной степени активация мышечного аппарата. Тотчас после начала сокращения скелетной мышцы в ней происходит расширение сосу­дов и возрастание кровотока. Увеличение кровоснабжения работа­ющих мышц происходит постепенно и достигает максимума через 60-90 с после начала работы. При тяжелой динамической работе кровоток в мышцах возрастает в 20-40 раз наряду с усилением обмена веществ в них и, тем не менее, отстает от запросов мета­болизма. При легкой динамической работе через 60-90 с после ее начала кровоток приходит в соответствие с метаболическими по­требностями мышцы, которая начинает работать в аэробном режиме.

При легкой работе энергия, необходимая для сокращения мышцы, образуется анаэробным путем только в течение короткого периода времени, на протяжении которого происходит увеличение кровотока в мышце. После этого ресинтез АТФ переходит на аэробный путь, с использованием в качестве энергетических субстратов глюкозы, жирных кислот и глицерина (рис.26.1). В отличие от этого, при тяжелой работе, когда доставка к мышцам кислорода отстает от потребностей их метаболизма, часть энергии образуется за счет анаэробных процессов.

Рис.26.1. Относительный вклад (в процентах) четырех

энергетических систем в обеспечение мышц энергией при выполнении работы разной предельной продолжительности (мощности).

I — распад АТФ; II — распад креатинфосфата; III — анаэробный гликолиз; IV — аэробные процессы.

319

Во время динамической работы для обеспечения активных мышц кровью значительно возрастают все показатели, характеризующие деятельность сердечно-сосудистой системы. При легкой работе с постоянной нагрузкой частота сердечных сокращений (ЧСС) возрас­тает в течение 3-6 мин и достигает постоянного уровня (рис.26.2). Это стационарное (устойчивое) состояние ЧСС может сохраняться на протяжении многих часов, вплоть до окончания работы, и сви­детельствует об отсутствии утомления работающего.

В процессе тяжелой работы с постоянной нагрузкой стабильного уровня частота сердечных сокращений не достигает (рис.26.2). По мере развития утомления оно увеличивается до максимума, величина которого зависит от возраста человека.

Таким образом, на основании изменений частоты сердечных со­кращений работу делят на: (1) легкую, неутомительную — с не­большим начальным увеличением ЧСС и последующим развитием устойчивого состояния; (2) тяжелую, утомительную — с постоян­ным нарастанием ЧСС вследствие утомления. Оценить степень физиологического напряжения при работе можно по характеру вос­становления ЧСС. Чем тяжелее работа, тем длительнее она восста­навливается и тем больше сумма числовых значений ЧСС за этот

Рис.26.2.

А. Изменения частоты сердечных сокращений у лиц

со средним уровнем работоспособности при легкой

и тяжелой динамической работе с постоянной нагрузкой.

Б. Изменения систолического и диастолического артериального

давления.

период (рис.26.2).

Минутный объем кровообращения (МОК) также возрастает в со-

320

ответствии с тяжестью работы, при этом систолический объем (СО), как один из его компонентов, возрастает на 20-40% при увеличе­нии мощности работы до 30-40% от максимальной и далее сохра­няется на постоянном уровне. Систолическое артериальное давление при динамической работе возрастает как функция мощности выпол­няемой работы (рис.26.2), достигая при предельных нагрузках 200-220 мм рт.ст. Диастолическое меняется мало, чаще даже несколько снижается, поэтому среднее артериальное давление почти всегда повышается.

Во время легкой динамической работы легочная вентиляция на­растает также как и минутный объем кровообращения в зависимос­ти от уровня метаболической активности организма. При тяжелой работе увеличение легочной вентиляции происходит в большей сте­пени, чем это необходимо для возрастания потребления кислорода соответствующего уровню метаболических потребностей. Это проис­ходит вследствие накопления в крови молочной кислоты (метаболи­ческий ацидоз крови), оказывающей стимулирующее воздействие на систему дыхания.

Во время и после динамической работы имеют место относитель­но небольшие изменения парционального напряжения О₂ и СО₂ в артериальной крови. При тяжелой работе РСО₂ в крови снижается без изменений в ней РО₂. Уменьшение РСО₂ является следствием избыточного нарастания легочной вентиляции в ответ на снижение рН крови (накопление молочной кислоты в мышцах и в крови).

Насыщение кислородом смешанной венозной крови уменьшается с ростом нагрузки. Соответственно этому артерио-венозная разница по кислороду (АВР-О₂) при тяжелой работе достигает у нетрениро­ванных лиц 140 млО₂/л, а у тренированных — 170 млО₂/л.

При физической работе увеличивается показатель гематокрита в результате снижения объема циркулирующей плазмы (вследствие ее усиленной фильтрации через стенку капилляров) и дополнительного выброса эритроцитов из мест их образования (см. главу 6). Возрас­тает также количество лейкоцитов в крови (пропорционально тре­нированности человека, мощности и длительности работы), достигая 15000-30000 клеток в 1 мкл.

Легкая работа не изменяет кислотно-основного состояния, так как избыточное количество СО₂ выделяется легкими. При тяжелой работе развивается метаболический ацидоз, выраженность которого пропорциональна анаэробной мощности и, следовательно, скорости выработки лактата. В покое концентрация лактата в артериальной крови составляет около 1 ммол/л. При короткой тяжелой работе концентрация лактата может достигать 15 ммоль/л и даже больших величин.

В механизмах регуляции физиологических функций при физических нагрузках важную роль играют две системы. Это, во-первых, симпато-адреналовая система. При работе из мозгового вещества надпо­чечников в кровь выделяется адреналин и, в меньшей степени, корадреналин. Адреналин активизирует деятельность сердечно-сосуди­стой системы и центральной нервной системы, мобилизует гликоген и

321

жир из депо, стимулирует усиленную выработку циклической АМФ. Во-вторых, это гипофизарно-адреналовая система. Спустя 2-3 мин после начала работы происходит усиленное выделение аденогипофизом АКТГ, который стимулирует выделение кортикостероидов из коркового вещества надпочечников. Значение кортикостероидов состоит в увели­чении работоспособности мышц, благодаря их способности усиливать мобилизацию гликогена из мышц и печени.

При динамической работе потребление кислорода (также как и повышение частоты сердечных сокращений пропорционально на­грузке (мощности работы). Вплоть до достижения максимальных величин частота сердечных сокращений и потребление кислорода человеком возрастают в линейной зависимости от мощности работы (рис.26.3). Именно поэтому частота сердечных сокращений и по­требление кислорода при динамической работе с участием крупных мышц тела могут являться критериями мощности работы и мерой

Рис.26.3. Зависимость частоты

сердечных сокращений и потребления кислорода от мощности глобальной динамической работы.

физиологического напряжения (физиологической стоимости работы). В реальных условиях работы потребление кислорода организмом возрастает на величину, зависящую от нагрузки, тренированности че­ловека и коэффициента полезного действия каждого конкретного вида деятельности. При легкой работе в скорости потребления кислорода достигается стационарное состояние, уровень которого ниже макси­мально возможной скорости потребления кислорода человеком (рис.26.4) и соответствует метаболическим потребностям для аэробных процессов ресинтеза АТФ. При тяжелой мышечной работе потребление кислорода возрастает постоянно, до достижения максимально воз­можного для человека уровня. После этого, несмотря на продолжение работы, потребление кислорода больше не увеличивается {ложное ус­тойчивое состояние; рис.26.4) в связи с тем, что уже исчерпаны все возможности кислород-транспортной системы. В этом случае работа крайне утомительна и не может продолжаться длительное время.

322

Рис.26.4. Потребление кислорода во время легкой (А)

и тяжелой (Б) глобальной, динамической работы постоянной интенсивности.

Изменения физиологических функций при физических нагрузках статического характера. При статической работе, в отличие от динамической, кровоток в мышце начинает отставать от нужд ее метаболизма, когда сила со­кращения превышает 8-10% максимальной произвольной силы (МПС). Причиной уменьшения кровотока является сжатие внутри­мышечных сосудов давлением, которое при изометрических сокра­щениях с усилием более 40% максимальной произвольной силы, становится больше величины систолического артериального давле­ния. В связи с недостаточным кровоснабжением мышц преоблада­ющим путем энергообеспечения становится анаэробный с образова­нием и накоплением лактата в мышцах. Поэтому при статической работе мышц с нагрузками более 30% МПС быстро развивается утомление и снижается работоспособность.

При статической работе, в отличие от динамической, имеет место небольшое увеличение минутного объема кровообращения и легоч­ной вентиляции. Наиболее характерными изменениями в сердечно­сосудистой системе при изометрических нагрузках являются увели-

323

чение частоты сердечных сокращений и системного артериального давления (рис.26.5).

При одинаковой длительности статической работы частота сер­дечных сокращений и артериальное давление возрастают пропорци­онально силе сокращения мышц. В случае работы до отказа, то есть до момента, когда нагрузка не может больше удерживаться на преж­нем уровне, частота сердечных сокращений и артериальное давление увеличиваются примерно до одинаковых величин (ЧСС до 110-140 уд/мин; АД — до 170/110 — 190/130 мм рт.ст.). Следовательно, при статической работе возрастают и систолическое, и диастолическое артериальное давление. При этом прирост системного артериального давления в малой степени зависит от объема работающих мышц. Так, например, при сокращении до отказа мышц, приводящих боль­шой палец кисти (МПС 12 кг) и мышц голени (МПС 190 кг) с усилением в 40% максимальной произвольной силы, артериальное давление повышается до 170/110 мм рт.ст.

Столь значительные изменения в сердечно-сосудистой системе при локальной статической работе обусловлены активацией нервных центров, управляющих деятельностью сердца и сосудов (см.главу 7), как импульсами от рецепторов самих мышц, работающих в ишеми-

324

ческих условиях, так и вследствие иррадации возбуждения к ним из моторной зоны коры.