ФИЗИОЛОГИЧНИ ОСНОВИ НА ФИЗИЧЕСКАТА РАБОТОСПОСОБНОСТ

Физическата работоспособност се определя като способност на човек да осъществи максимално физическо усилие при различен вид работа: статична, динамична, смесена. Работоспособността е сумарен показател на физическите възможности на организма, които той може да покаже при извършване на мускулна работа. Тъй като съществува закономерна зависимост между обема на работата и времето, за което се извършва, физическата работоспособност може да се определи и като продължителност на работата до отказ при зададена мощност на мускулното натоварване.

Съществува обща и специална работоспособност. Общата работоспособност се определя като възможността на един организъм да изпълни някакъв обем работа (повече като количество) за определено време. Специфичната работоспособност е възможността на организма да осъществи определено количество работа със специфичен характер (според начина на изпълнение). В спортната практика специфичната работоспособност на тренирани спортисти е възможността им да направят постижения в конкретния вид спорт. По-трудно би могла да се дефинира общата спортна работоспособност.

Човешката работоспособност зависи от редица фактори - както от вътрешната, така и от външната среда, като едни от тях оказват положително, а други - отрицателно влияние върху наличните възможности за извършване на работа. Съществено влияние върху размера на физическата работоспособност имат някои психични фактори. При положително отношение към професия или вид спорт и достатъчна мотивация по-успешно може да се постигне последователно осъществяване на все по-голям процент от възможната максимална работоспособност, както и обратното. Само при едновременно добре планирани и успушно проведени тренировки, които да осигурят необходимата адаптация на трениращия организъм към повишаващите се физически усилия, добрата мотивация може да подтикне към ефикасно постигане на висока степен на работоспособност. 

Фактори на работоспособността от вътрешната среда

Проф. Вельо Гаврийски; проф. Доротеа Стефанова

Енергийто осигуряване на физическите натоварвания

Основен фактор за осъществяване на физическата работоспособност е възможността на мускулните клетки да трансформират енергията на ред химични вещества в механична работа. Успоредно с това набавянето на енергия зависи от функциите на обслужващите системи: осигуряване на необходими количества източници на енергия, задоволяване с кислород, освобождаване на мускулите от натрупани метаболитни отпадъчни продукти, регулация на водно-солевата обмяна, регулация на телесната температура и мн. др.

Основни източници на енергия в живия организъм са: фосфагени (високоенергийни фосфатни съединения като АТФ и КФ), въглехидрати, мазнини. Енергийните системи на организма могат да се класифицират в три групи:

1. Система за незабавно освобождаване на енергия.Тя включва аденозинтрифосфорната киселина (АТФ), с механизъм на разграждане - анаеробен. Почти веднага със започналото разграждане на АТФ (в началото на физическото натоварване) започват и процеси на АТФ-ресинтез (възстановяване) чрез енергия от разграждането на креатинфосфат (КФ). Процесът на освобождаване на енергия от макроергичните фосфатни съединения в мускулите е краткотраен поради бързото изчерпване на тези съединения. Той е от решаващо значение предимно за т. нар. спринтови спортни дисциплини, например гладко бягане на 100 и 200 m и други съпоставими с тях.
2. Анаеробна гликолиза.Поддържането на по-дълготрайна работа (над 40 - 50 s) изисква включването на допълнителен механизъм за ресинтез на АТФ. Това е анаеробна гликолиза (безкислородно разграждане на гликоген, респективно на глюкоза и превръщането й в млечна киселина) - анаеробен лактатен механизъм.
3. Система на окислението.Тя изисква наличието на кислород. Основен източник е гликогенът, който в този случай се разгражда (окислява) до въглероден двуокис и вода. При натоварвания с голяма продължителност, например при ски бягания, маратон и др., в енергопродукцията се включват и липиди.

Аеробният механизъм на разграждане е далеч по-ефективен от анаеробния. От едно и също количество глюкоза при аеробно разграждане се получава до 20 пъти повече енергия. Резултатността от аеробното разграждане зависи от количеството наличен кислород, т.е. колкото повече кислород се достави на мускулите, толкова по-голямо ще е и количеството отделена енергия. Ето защо максималната работоспособност би могла да се прецени чрез определяне на максималната кислородна консумация.

Аеробният капацитет или аеробните възможности на човешкия организъм се осигуряват и същевременно се ограничават от няколко фактора. Те биха могли да се разделят на две групи: морфологични фактори и функционални параметри. Размерът на аеробния капацитет на организма се обуславя от функционалните възможности на няколко физиологични системи, предимно тези, които осигуряват притока на кислород към работещите клетки и отстраняването на отпадните продукти на обмяната.

1. На първо място, това са размерите и вместимостта (обемите) на дихателната система: големина и подвижност на гръдния кош, големина и размери на белите дробове (дихателни обеми), дифузионна повърхност и скорост на дифузия на газовете в белодробните алвеоли.
2. Второ, капацитетът на сърдечносъдовата система и функционалните възможности на кръвообръщението. Благоприятните отношения между размерите на сърцето и възможностите на сърдечносъдовата система могат да задоволят снабдяването на работещите органи и клетки с кръв.
3. Трето, кръвта, респективно възможностите й за транспортиране на кислород. Чрез кръвообръщението кръвта достига работещите клетки. Там също настъпват функционални промени, най-важната от които е увеличената способност на клетки и тъкани (особено мускулни) за по-ефективно усвояване на пристигащия кислород.

През време на физическо натоварване отделните енергоосигуряващи системи се включват последователно, но те също така се застъпват една друга. Така, началната фаза на анаеробната гликолиза може да се наблюдава пред първите 5 - 10 s от интензивното физическо усилие, но тя разгръща максималния си капацитет едва в края на първата минута, като това равнище може да се поддържа още поне 2 - 3 min. Разбира се за това време системата на окислението вече дава своя принос (откъм 30 s) в общия процес на освобождаване на енергия.

Зони на работоспособност

Извършването на физическа работа предизвиква цялостно преустройство в функционирането на организма. Въпреки това има системи, активирането на които е особено силно изразено. Това са вегетативните системи и по-специално тези на дишането и кръвообръщението, тъй като те участват пряко в осъществяването на повишената енергопродукция. Поради това кардиореспираторните функции са най-често обект на изследване в областта на физиологията на спорта.

Определяща роля за реакциите на дишането и кръвообръщението има мощността на извършваната физическа работа. Тя определя кои механизми на енергопродукцията се активират, а реакциите на дишането и кръвообръщението са свързани именно с осигуряването на необходимите условия за протичане на съответните обменни процеси.

Между мощността на физическото натоварване и кислородната консумация съществува правопропорционална зависимост, която обаче не е строго линейна. Установени са определени зони на мощност (И. Илиев и съавт. 1983 г.), в които характерът на адаптиране на кардиореспираторните функции към физическото натоварване се изменят.

• Зона на неограничена адаптация

При физически натоварвания с умерена мощност кардиореспираторните функции успяват без особено напрежение да задоволят нуждите на организма от кислород. От гледна точка на енергетиката необходимата енергия се осигурява предимно от аеробно разграждане на въглехидратите. Кислородната набавка задоволява кислородната необходимост и се установяна истинско устойчиво състояние. Пулсовата честота е около 130 - 140 BPM. При натоварвания с такава интензивност повишената кислородна консумация е свързана с пропорционално покачване на белодробната вентилация.

• Зона на ограничена адаптация

С увеличаването на мощността на работа задоволяването на кислородната необходимост е свързано със значително напрежение на дихателните функции. Енергоосигуряването е от смесен (аеробно - анаеробен) тип, като колкото повече интензивността се добрижава до максималните й граници, толкова повече преобладават анаеробните процеси на енергопродукция. Пулсовата честота е в границите 140 - 170 BPM. Повишената набавка на кислород се осъществява чрез пропорционално по-голямо активиране на външното дишане.

• Зона на недостатъчна адаптация

При физически натоварвания с още по-голяма мощност кислородната набавката стига до крайните си предели (максимална кислородна консумация), но въпреки това не може да задоволи нуждите на организма от кислород. По-нататъшното увеличаване на белодробната вентилация не води до увеличено снабдяване на тъканите с кислород. Работата рядко може да продължи повече от 3 - 6 min. Участието на анаеробните механизми на разграждане е още по-голямо. Пулсовата честота достига крайните си величини - около 200 BPM.

Работоспособност и фактори на околната среда

Проф. Доротеа Стефанова

Влияние на температурата и влажността на въздуха

Физическата работоспособност се повлиява в значителна степен от условията, в които се извършва физическото натоварване. В това отношение особено силно е влиянието на температурата и влажността на въздуха. Те определят активността на наличните в организма терморегулаторни механизми, която, от своя страна, се отразява пряко върху функциите на редица системи в организма.

Известно е, че жизнените функции на човека могат да протичат при температури на околната среда, изменящи се в много широки граници. По отношение на телесната температура обаче, тези граници са извънредно тесни - до 4℃. Механизмите на химичната и физичната терморегулация, чрез които организмът поддържа телесната си температура в тези допустими за живота граници, се затрудняват, ако колебанията в околната температура се съчетаят с извършването на физическата работа. Много по-големи трудности за поддържане на физическата работоспособност създават високите околни температури в сравнение с ниските. Неблагоприятното отражение на високите околни температури се отразява най-много върху проявите на издръжливостта.

Скоро след започване на физическо натоварване телесната температура се повишава. Повишението ѝ е пропорционално на мощността на натоварването и в малка степен се влияе от температурните условия на средата. При продължителна и интензивна работа, когато продукцията на топлина и телесна температура се увеличава значително, факторите на околната среда - влажност, движение на въздуха и др. - започват да играят роля в процесите на терморегулацията.

По време на физическо натоварване се установява ново ниво на равновесие между процесите на отдаване и продукция на топлина в организма. До него се достига постепенно. В началото на работата, когато се извършва преразпределение на наличната в организма кръв, се наблюдава рязко намаляване на кръвоснабдяването на кожата, което при по-интензивното образуване на топлина може да благоприятства развитието на „мъртва точка“. Няколко минути по-късно, заедно с натрупването на топлината във вътрешността на организма, се извършва ново разширение на кожните капиляри. Степента на вазодилатация на кожните кръвоносни съдове отговаря на нивото на топлообразуването при физическата работа и на температурата на околната среда, в резултат на което се осигурява допълнително отделяне на топлина извън тялото. Усилва се потоотделянето, а заедно с това и изпарението на потта от кожата.

Когато температурата на въздуха е висока, отстраняването на образуващата се във вътрешността на тялото топлина се затруднява поради това, че ефективността на механизмите на излъчване е провеждане (конвекция) силно намалява. Излъчването и провеждането са възможни, само ако е налице вазодилатация на кожните кръвоносни съдове и пренасочване на кръв към кожата. Ако околната температура обаче е висока, това би довело до навлизане на топлина в тялото. По тази причина, когато температурата на въздуха надвиши телесната, единствения механизъм на физична терморегулация за отдаване на топлина от тялото остава потоотделянето и изпарението.

Охлаждането на кожата се получава чрез изпарение на потта. Това е процес, който е свързан със значителен разход на енергия - изпарението на 100 ml пот поглъща 60 kcal. При продължително физическо натоварване се отделя голямо количество пот - при маратонско бягане например до 5 l, което представлява 5% от телесната маса. Следователно голяма част от енергопродукцията се използва за предпазване от прегряване, а това означава „ощетяване“ на работещата мускулатура, т.е. намаляване на физическата работоспособност. Големи загуби на течности чрез изпотяване се получават и при спортни игри: футбол, баскетбол, тенис на корт и др.

По време на физическо натоварване, извършвано в условия на висока температура на оклната среда, терморегулаторните механизми трябва да се справят в два взаимно противопоставящи се момента: от една страна, кръвоснабдяването на работещите мускули трябва да бъде повишено поради необходимостта от повишена доставка на кислород и източници на енергия; от друга, за да се изведе от вътрешността на тялото образуващата се там вследствие на усиления метаболизъм топлина, голяма част от кръвта трябва да бъде пренасочена към кожата. Това е още една причина, за да се понижи физическата работоспособност.

Преразпределението на кръвта към периферията е причина за значително по-ранно включване (при по-ниска интензивност на работа) на анаеробните механизми на енергоосигуряване, когато температурата на околната среда е висока. По-ранното увеличаване на концентрацията на млечната киселина в кръвта се дължи на намаленото кръвоснабдяване на спланхниковата област, а оттук - по-малката утилизация на лактата от черния дроб. По същите причини се нарушава и процесът на освобождаване на глюкоза от черния дроб, т.е. намалява осигуряването на работата с основния ѝ източник на енергия.

При висока температура на въздуха сърдечната дейност се учестява. Вероятно отново поради насочване на голяма част от общото количество на кръвта към кожата (15-20% от минутния обем) намалява венозният приток към сърцето; ограниченото по този начин кръвонапълване на сърцето е причина минутният му обем да се поддържа чрез увеличаване на честотата на неговите съкращения. Максималната пулсова честота се достига при по-ниска интензивност на натоварване. Така, съчетано със загубата на течности и увеличаване на вискозитета на кръвта, увеличава работата на сърцето и води до по-ранно настъпване на умора.

Подчертано беше, че охлаждането на тялото зависи от възможностите за изпарение на течности от кожата. Изпарението се влияе освен от откритата кожна повърхност в голяма степен и от относителната влажност на въздуха. Когато тя е висока, изпарението силно намалява, по кожата се задържат капчици пот, която започва да се стича на струйки. В този случай терморегулаторните механизми се вече неефективни, изпотяване без изпарение е фактически ненужна загуба на течности, която има за резултат дехидратация на организма с всички неблагоприятни последици върху физиологичните функции.

Отстраняването на потта със суха кърпа с нищо не помага на охлаждането, напротив, затруднява го, след като няма какво да се изпарява.

За ефективната защита от топлината от значение е спортният екип. Сухите дрехи забавят обмяната на топлината. Смяната на мокрия екип със сух няма да подпомогне терморегулацията. Мократа дреха позволява потта да се изпарява и така да се постигне извество охлаждане.

Високата температура на околната среда влияе по-слабо на работоспособността при краткотрайни, високоинтензивни натоварвания. При натоварвания с продължителност до 5-10 min високите околни температури благоприятстват работоспособността чрез първоначално увеличаване на ударния обем на сърцето и повишаване на артерио-венозната разлика. Според тях едва по-късно настъпват описаните преди това изменения в сърдечната дейност.

Чрез целенасочена тренировка може да се постигне аклиматизация към условия на висока температура на околната среда. Прилага се постепенно увеличаване на продължителността на тренировките, като в началото те не бива да надхвърлят 15-20 min. Адаптационни изменения, изразяващи се в по-ранно активиране на механизмите на изпарение, се постига за период от около 10 дни.

Влияние на понижено атмосферно налягане

Промените в атмосферното налягане се отразяват пряко върху функциите на дишането, а оттук и върху редица други функции, свързани с него.

На морското равнище налягането е 1 атмосфера, т.е. 760 mmHg. Когато се изкачваме във височина, атмосферното налягане намалява в логаритмична зависимост спрямо височината. Заедно с това намаляват плътността на въздуха, парциалното налягане на газовете, съставящи въздуха, налягането на водните пари.

Особено силно отражение върху физиологичните функции на човека в условия на ниско атмосферно налягане има намаленото парциално налягане на кислорода във вдишания въздух. Парциалното налягане на кислорода е фактор, който определя насищането на кръвта с кислород. Докато на морското равнище 98% от хемоглобина на артериалната кръв е под формата на оксихемоглобин, насищането на хемоглобина на 2000 m надморска височина е 92%, на 4000 m - 85%, на 8000 m - 50%. Намаленото насищане на артериалната кръв с кислород се нарича хипоксемия. Хипоксемията става причина за недостатъчно снабдяване на тъканите с кислород - състояние наречено хипоксия.

Хипоксемията и хипоксията предизвикват по рефлекторен път активиране на вършното дишане - хипервентилация. Чрез хипервентилацията се постига увеличаване на кислородната съдържание на алвеоларния въздух, но заедно с това се издишват по-големи количества въглероден диоксид, вследствие на което намалява садържанието н въглена киселина в кръвта - т. нар. хипокапния.

Ако споменатите ефекти (хипоксемия, хипоксия, хипокапния) не се компенсират и недостигът на кислород се усили, хипервентилацията ще се усили в резултат на автомеханизма на дихателния център. Това ще задълбочи хипокапнията и ще настъпи алкалоза на кръвта. Задълбочаването на това състояние води до рефлекторен спазъм на мозъчните артерии и намалено кръвоснабдяване на мозъчните клетки.

При изкачване в планина описаните промени в дишането се проявяват в различна степен в зависимост от надморската височина, от скоростта на изкачване и от тренираността на организма да понася недостиг на кислород, т.е. от неговата хипоксична устойчивост и др.

Недостатъчното снабдяване на организма с кислород води до смущения не само в дишането, но и в други функции. Човек, който бързо се качва на голяма надморска височина, усеща мускулна слабост, координацията на движенията му се нарушава, чувства отпадналост и умора. Пулсовата честота се увеличава, често се появява главоболие, виене на свят, гадене и повръщане - нарушава се вегетативната регулация на организма.

Тези симптоми известни под названието „планинска болест“, се проявяват индивидуално и зависят много от надморската височина и степента на кислородния недостиг.

Независимо от затрудненията, в които намаленото парциално налягане на кислорода поставя дихателната система, организмът има възможност да се адаптира към променящите се условия на кислородно снабдяване, като включи в действие съответни компенсаторни механизми на дишането и кръвообращението.

На задълбочаването на алкалозата противодействат бъбреците, които в този случай отделят чрез урината по-малко водородни йони, и алкално-киселинното равновесие (протонният балас) на кръвта в известни граници се запазва.

Друг компенсаторен механизъм, който в много случаи се включва още преди да се е увеличила белодробната вентилация, е нарастването на пулсовата честота и увеличаването на ударния обем на сърцето. Минутният обем на сърцето се покачва и кръвоснабдяването на тъканите се усилва.

Когато престоят на височина е по-продължителен, като нормално явление се наблюдава увеличаване на броя на червените кръвни клетки. В тези случаи се секретират по-големи количества еритропоетин (тъканен хормон), който активира дейността на червения костен мозък и продукцията на еритроцити. Увеличеният брой на еритроцитите може да достигне до 8-10 милиона на 1 mm3 кръв. Чрез това се увеличава и общото количество на хемоглобина в кръвта (с 10-20%), което дава възможност да се свърже по-голямо количество от наличния в алвеоларния въздух кислород, т.е. увеличава се кислородната вместимост на кръвта (с 20-25%). От изследванията на Кр. Кръстев е установено, че с изкачване на височина процентът на усвоения кислород чувствително се увеличава.

Друг адаптационен механизъм, който настъпва след продължителен престой на голяма надморска височина, се изразява в разширяване на белодробната капилярна мрежа. Допълнително се разтварят работни капиляри, а има данни за образуване и на нови такива. По този начин се увеличава площта, върху която се извършва дифузията на газовете в белите дробове, а това я ускорява в благоприятства процесите на насищане на хемоглобина с кислород.

Адаптационните промени в организма във високопланински условия настъпват постепенно. Някои от описаните механизми се проявяват веднага след промяна на надморската височина, други по-късно. Периодът на адаптиране на физиологичните функции на организма към променените условия на барометрично налягане се нарича аклиматизация. Нейната продължителност зависи от надморската височина и от индивидуалните особености на организма.

Влияние на повишено атмосферно налягане

При повишаване на атмосферното налягане газовете променят своя обем в зависимост от налягането, под което се намират. Така, ако при налягане 1 атмосфера обемът на даден газ е 1 l, при 2 атмосфери налягане същото количество газ заема обем от 0,5 l. Налице е компресия на газа. Обратното се получава, когато налягането намалее. Тогава гъзът се разширява и настъпва декомпресия. Същият закон е в сила и по отношение на газовете в човешкото тяло - когато човек се намира под водата, където атмосферното налягане е увеличено, настъпва компресия на газовете в тялото; обратно, при изкачването му на повърхността настъпва декомпресия.

При увеличено налягане на атмосферния въздух и свързаната с това компресия на съставящите го газове настъпват промени в насищането на кръвта с тях. Поради компресията на въздуха в белите дробове, парциалното налягане на кислорода, въглеродния диоксид и азота в тях нараства и газовете започват да се разтварят в по-големи количества в кръвта. Кислородът, който е разтворен в повече, се използва от тъканите при обмяната на веществата. Въглеродният диоксид в атмосферния въздух е в малка концентрация и поради това организмът не среща особени затруднения при неговото елиминиране. Не е такова положението обаче с азота, процентното съдържание на който във въздуха е най-голямо (79%). При нормални условия той се разтваря в кръвта и тъканите без да взема участие в жизнените процеси, а разтвореното количество азот е в равновесие с парциалното му налягане във вдишания въздух. Когато атмосферното налягане се увеличи, азотът се разтваря в по-големи количества в кръвта и тъканите и се задържа там, докато не настъпи промяна в налягането му в алвеоларния въздух, т.е. докато атмосферното налягане не се промени. Понижи ли се атмосферното налягане, азотът дифундира обратно в белите дробове. Дифузията му обаче изисква време и ако промяната в атмосферното налягане настъпи бързо, той започва да се изпарява още в кръвта и тъканите с редица опасни последици от това (кесонна болест).