Физиология на физическата работа

Физическата работа е една от най-честите стресови ситуации, на които е подложен организма на човек в ежедневната си дейност. Тя представлява едно от най-високите нива на стрес, на които може да бъде подложено тялото. Например при треска със стойности на телесната температура, които биха могли да доведат до смърт, енергийният метаболизъм се увеличава с около 100%, докато по време на физическа работа може да се увеличи с около 2000%. Такива стойности не се достигат при никакво заболяване. По време на физическо натоварване е необходимо да настъпят приспособителни промени във функциите на органите и системите, които да осигурят необходимата енергия за работещите мускули и да запазят хомеостазата в организма. Най-ранните познания за физиологията на физическата работа датират още Древна Гърция. Древните цивилизации на Сирия, Египет, Гърция, Месопотамия, Персия, Индия и Китай също разполагали със записки за спортове, игри и здравословни практики, които включвали професионални упражнения и тренировки.

Когато един човек започне да бяга, системите в неговото тяло (сърдечно-съдова, дихателна, нервна и ендокринна) бързо отговарят с остри промени, като увеличаване на сърдечната и дихателната честота, които позволяват на тялото да се справи с увеличените си нужди. Промените, които настъпват в организма, зависят от вида на физическото натоварване, от общото количество на извършената работа и от нейната мощност. Физическите натоварвания въз основа на механичната активност на ангажираните скелетни мускули, се делят на две групи:

• динамични (изотонични) – при тях са ангажирани голям брой мускулни групи. Наблюдава се промяна в дължината на мускула с движения в ставите. При динамичните физически натоварвания развиваната мускулна сила не е голяма.;
• статични натоварвания – те включват по-малък брой мускули и развиват относително голяма мускулна сила, без почти да се наблюдават промени в дължината им или движение в ставите.

Според промените в мускулната обмяна, физическите натоварвания се делят на аеробни и анаеробни. Обикновено продължителните динамични натоварвания се осъществяват при аеробни условия, докато статичните обременявания се извършват при анаеробни условия.

С цел по-добра преценка на промените в организма по време на физическа работа е въведен критерият максимална кислородна консумация VO₂max. Той представлява максималната стойност на кислородната консумация в даден индивид, която може да се достигне и поддържа определен период от време при физическо натоварване. Нарича се още максимален аеробен капацитет. Този показател отразява способността на организма да си достави максимален обем кислород за единица време. Стойността му зависи от генетични фактори, възраст, пол, размери и състав на тялото, степен на тренираност на индивида. При мъжете стойността на VO₂max е 3-6 l/min, а при жените е 2,5-4,5 l/min. И при двата пола максималната кислородна консумация е над 10 пъти по-висока от кислородната консумация при покой. Мощността на работата, при която се достига VO₂max, се означава като максимална аеробна мощност.

Енергетика на физическата работа

По време на физическа работа енергетичният разход на организма се увеличава. Неговото увеличение зависи от мощността и продължителността на физическата работа. Изразходената мускулна енергия за единица време може да бъде 100 пъти по-висока от тази в състояние на покой при краткотрайни физически натоварвания, докато при продължителни физически натоварвания тя е 20-30 пъти по-висока. При краткотрайна работа с висока мощност основните източници на енергия за работещите мускули са АТФ и креатин фосфатът, ресинтезирани по анаеробен път. Те могат да задоволят енергийните потребности само за 10 секунди. След това източник на енергия става складираният в мускулите гликоген, който се разгражда анаеробно до лактат. При работа повече от две минути основният източник на енергия е АТФ, ресинтезиран по аеробен път. Този път доставя енергия с по-малка скорост, поради което максималната мощност на аеробно извършваната работа е ниска и тя може да се поддържа продължително време.

Промени в сърдечно-съдовата система по време на физическа работа

Промените в сърдечно-съдовата система по време на физическа работа са насочени към осигуряване на адекватна доставка на енергийни източници и на кислород за работещите мускули и миокарда. Това се осъществява чрез действието на нервни и местни регулаторни механизми. При динамични физически натоварвания се наблюдава значително увеличаване на минутния обем и нарастване на обемната работа на сърцето. Увеличеният минутен обем подлежи на преразпределение – за кратко време се намалява кръвния поток в спланхникусовата област, бъбреците и кожата, а кръвотокът към работещите мускули и миокарда се увеличава. При по-продължителни натоварвания и при по-висока температура на околната среда кожният кръвоток също нараства. Тези промени от страна на съдовата система се съпровождат от умерено увеличаване на систолното налягане, намаляване на диастолното налягане и нарастване на пулсовото налягане. При статични натоварвания минутния обем се променя незначително, а систолното и диастолното налягане се покачват. Работата на сърцето нараства с цел преодоляване на налягането. По време на мускулно съкращение мускулният кръвен поток се увеличава значително под влияние на местни регулаторни фактори – метаболитни и ендотелни.

Промени в дишането по време на физическа работа

Основната цел на промените в дихателната система по време на физическа работа е да осигурят по-голяма белодробна вентилация, която да достави по-голямо количество кислород и да отстрани по-големия обем въглероден диоксид. Дихателният обем и дихателната честота нарастват, което води до увеличаване на минутния дихателен обем. Газовата дифузия по време на физическа работа също се увеличава. Това се дължи на увеличения пресорен градиент за газовете, на увеличената дифузионна площ и намаленото разстояние, на което трябва да дифундират. По-големия обем на обменените газове се обуславя и от увеличената хемоглобинова концентрация в кръвта и от увеличеното съотношение вентилация:перфузия. По време на физическа работа дишането се регулира от нервни и хуморални фактори. В началото на физическата работа основни са неврогенните стимули, след тях придобиват роля и хуморалните фактори. При физическа работа с умерена мощност съществува работна хиперпнея (учестено и по-дълбоко дишане от нормалното), а при работа с голяма мощност се развива и хипервентилация.

Терморегулация при физическа работа

В началото на физическа работа топлопродукцията надделява над топлоотделянето. Това води до повишаване на вътрешната температура на тялото. В хода на физическата дейност се достига до равновесно състояние, при което произведената топлина е равна на отдадената и телесната температура се поддържа на едно ново по-високо ниво. По-високата телесна температура задейства терморегулаторните механизми, които имат за цел увеличаване на топлоотдаването. Към тях спадат увеличаване на кожния кръвоток и стимулиране на секрецията от потните жлези.

Промени в обмяната на веществата по време на физическа работа

По време на физическа работа се наблюдават характерни промени в невроендокринната регулация на организма. Симпатиковият тонус е повишен. Секреторната активност на надбъбречната медула е повишена, стимулира се секрецията на глюкагон и се потиска инсулиновата секреция. Тези промени в неврноендокринната регулация са насочени към осигуряване на субстрати за катоболитните процеси и за производство на АТФ. Промените в обмяната на веществата включват активиране на мускулната и чернодробната гликогенолиза, липолиза и глюконеогенеза. Краткотрайните натоварвания се осъществяват за сметка на запасите от креатинфосфат, а при дълготрайни физически усилия се задейства аеробния катаболизъм.

Промени в обема и състава на телесните течности при физическа работа

Физическата активност предизвиква промени в обема и състава на телесните течности. Развива се хиповолемия (намален общ обем на циркулиращата кръв), която се дължи на увеличената филтрация в системните капиляри и на потната секреция. Могат да се наблюдават и електролитни промени като метаболитна ацидоза. Хематокритът и вискозитетът на кръвта се увеличават, поради повишаването на абсолютния брой формени елементи.

Промени в организма при редовна физическа активност

Редовната физическа активност води до промени в организма, които се проявяват и по време на натоварване и в условия на покой. От страна на сърдечно-съдовата система се наблюдават следните промени:

• ниска сърдечна честота при спортистите – обикновено под 60 удара/минута;
• увеличен ударен обем – дължи се на увеличения венозен приток и на крайния диастолен обем;
• физиологична хипертрофия на сърдечния мускул – развива се при много интензивна спортна активност.

Тези промени в сърдечно-съдовата система дават възможност за по-голям функционален резерв по време на физическа работа.

Редовното спортуване води до повишаване на максималната кислородна консумация. Наблюдават се и промени в скелетните мускули, които са представени от нарастване на мускулната сила и хипертрофия на мускулните влакна.

Физическата работа е стресова ситуация за организма. По тази причина тя се съпровожда от характерни промени в дихателната, в сърдечно-съдовата система, в обмяната на веществата, в обема и състава на телесните течности, които имат за цел да компенсират повишената енергийна и кислородна потребност.