Физиологические критерии здоровья

Прежде чем перейти к физиологическим критериям здоровья, рассмотрим как наше тело накапливает энергию, как оно использует ее, что такое аэробный и анаэробный процессы, какие факторы влияют на выбор мышцами горючего для своего питания, что такое максимальное потребление кислорода (МПК).

Пища снабжает нас энергией в основном из углеводов и жиров. Эта энергия хранится в организме до тех пор, пока она нам не понадобится.

Углеводы, будь то сахар или крахмал, расщепляются в организме и хранятся в виде гликогена, т.е. макромолекул из соединенных друг с другом остатков молекул глюкозы. Часть гликогена хранится в печени, где она при необходимости расщепляется для поддержания уровня глюкозы в крови с тем, чтобы мозг был в достаточной степени обеспечен ею. Остальная, причем большая, часть глюкозы накапливается в мышцах.

Вода накапливается вместе с гликогеном: на грамм гликогена три грамма воды. Потеря веса, отмечаемая после одной-двух тренировок, является результатом расхода энергии и выделения накопленной воды в виде пота.

Жир хранится в жировой ткани и мышечных клетках. Клетки жировой ткани являются просто емкостями для хранения, и эти емкости увеличиваются, когда мы увеличиваем прием жиров, и уменьшаются, когда мы голодаем. Жировые молекулы расщепляются и выделяют жирные кислоты и глицерин, которые могут с кровью транспортироваться к мышцам для употребления. Содержание жира в организме взрослого худощавого мужчины составляет 15%, в организме взрослой женщины 25% на сухой вес.

Когда мы бежим, наши мышцы потребляют количество энергии прямо пропорциональное скорости бега. Если эту энергию не восполнить сразу же или как можно скорее, то мышцы не могут продолжать свою работу и мы замедляем скорость, а то и вовсе останавливаемся.

Во время физических упражнений работающие мышцы переводят накопленную энергию в кинетическую и в тепло. Это что-то вроде двигателя внутреннего сгорания, в котором химическая энергия (горючее) перерабатывается в механическую энергию.

Энергия производится, когда мышечные клетки, действуя подобно миниатюрной энергостанции, сжигают углеводы и жирные кислоты с помощью кислорода и производят биохимическое вещество, называемое АТФ (аденозинтрифосфат).

АТФ является тем самым веществом, которое производит работу в мышцах. Этот процесс называется «аэробным метаболизмом», потому что он происходит с участием кислорода.

АТФ может также производиться без кислорода, но в этом случае используются только углеводы, без жиров. Этот процесс называется «анаэробным метаболизмом».

Но как организм отличает эти различные процессы производства энергии? Это зависит от многих разных и изменчивых факторов.

Одним из факторов является интенсивность упражнений. В разных видах спорта интенсивность упражнений, а следовательно и потребность в энергии, различна. Такие игры как футбол или теннис включают короткие периоды, требующие больших усилий и напряжения, чередуясь с периодами отдыха или не столь интенсивных упражнений. Даже в таких видах как бег или езда на велосипеде потребность в энергии варьируется в зависимости от темпа, сопротивления ветра и топографии маршрута. По мере того как меняется потребность организма в энергии, меняются источники, из которых организм потребляет горючее.

Многие люди очень отличаются по своим способностям выполнить то или иное упражнение, а также по их метаболической реакции на упражнение — это тоже влияет на выбор горючего.

Таким образом, выбор горючего определяется работающими мышцами. Некоторые мышцы работают аэробным способом, т.е. они могут использовать в виде горючего углеводы или жиры. Другие работают, главным образом, анаэробным способом, в таком случае они могут использовать только углеводы. Это можно изменить тренировкой. Тренировка позволяет мышцам потреблять больше кислорода из крови и, следовательно, производить больше аэробной энергии.

Именно потребление кислорода организмом является ключевым фактором к определению какое горючее использовать и к эффективности спортивной деятельности.

Для того, чтобы было понятно почему это так, мы должны объяснить понятие, которое спортивные эксперты называют «максимальное потребление кислорода» (МПК).

Чем напряженнее мы занимаемся, тем интенсивнее мы дышим, чтобы улучшить прием и усвоение кислорода, что позволяет производить все больше и больше энергии аэробным способом. Но наша способность использовать кислород не бесконечна, она ограничена. Каждый имеет свой уровень «максимального потребления кислорода».

В спортивной науке МПК считается очень важным параметром. Использование кислорода бегуном на данный момент может быть выражено как % уровня его личного МПКмакс. Это число называется % МПКмакс. и выражает насколько напряженно данное упражнение ощущается бегуном, насколько он близок к своему личному лимиту.

Скоростной бег, который составляет 100% МПКмакс. для малоподвижного индивидуума «А» может составлять менее чем 50% МПКмакс. для спринтера «Б». «А» устает очень быстро, в то время как «Б» не испытывает напряжения и может поддерживать свою скорость длительное время.

Два человека могут бежать с одинаковой скоростью и использовать одинаковое количество кислорода, но они будут по-разному ощущать интенсивность этого упражнения. Тот, у которого процент уровня МПКмакс. выше, будет испытывать большую нагрузку. Процентное отношение МПКмакс. — это показатель индивидуальной или относительной интенсивности упражнения. Его не следует путать с объективными показателями, такими как скорость или дистанция пробега. Мы можем использовать этот метод описания относительной интенсивности упражнения для того, чтобы показать как организм меняет способ производства энергии.

При использовании малоинтенсивных упражнений организм работает аэробически. При (по меньшей мере) 50% МПКмакс. преобладающим источником энергии являются жиры, поставляющие более половины всей производимой энергии. Если посмотреть с другой стороны, это значит, что энергия, получаемая от жиров, не высвобождается так быстро, чтобы позволить заниматься упражнениями с большой интенсивностью, чем 50% МПКмакс.

При 50–60% МПКмакс. вклад жиров и углеводов приблизительно одинаков. Выше же этого уровня углеводы являются главным источником энергии, и максимальная доступность углеводов играет очень большую роль.

Если человек увеличивает скорость бега или взбирается на крутой холм, не замедляя скорости, то необходимая дополнительная энергия уже не покрывается полностью аэробным метаболизмом. Тогда потребность в дополнительной энергии обеспечивается анаэробным способом, позволяющим быстрый расход углеводов без необходимости в дополнительном кислороде. При занятиях очень короткими интенсивными упражнениями, как например спринт на 100 м, почти вся энергия обеспечивается анаэробическим способом. Анаэробный метаболизм расходует углеводы очень быстро и также производит молочную кислоту. Молочная кислота мешает эффективной работе мышц и является одной из причин усталости. Поэтому анаэробная система полезна лишь для обеспечения кратковременного прилива энергии. Таким образом, источники горючего меняются по мере возрастания интенсивности упражнений.

Тренировка дает возможность спортсменам упражняться дольше и напряженнее. Хорошо натренированный бегун на длинные дистанции может сохранять хороший темп не напрягая себя более, чем на 50–60% МПКмакс. Таким образом накопления жиров могут использоваться длительно, а накопления гликогена должны расходоваться более экономично. Другим фактором, влияющим на вид используемого горючего, является длительность упражнения. По мере выполнения упражнения накопления гликогена в работающих мышцах иссякают. Тогда производство энергии происходит только за счет жирных кислот, и хотя бегун продолжает бежать, но теперь он (или она) испытывает желание замедлить бег.

Организм может также получить энергию из глюкозы, поступившей в кровь. К концу упражнения пропорция энергии из глюкозы, поступившей в кровь, возрастает.

Источники горючего меняются с течением времени (в данном примере интенсивность упражнения составляла 50% МПКмакс.).

Спортсмены заметили, что мышечный гликоген истощается после 2–3 часов постоянных упражнений при 60–80% МПКмакс. или при повторяющемся интенсивном пробеге, как это бывает в играх или спорте.

Краткое заключение о различных путях использования накопленного в теле горючего см. в табл. 1.

Таблица 1

Основным критерием здоровья следует считать величину максимального поглощения кислорода данного индивида. МПК является количественным выражением уровня здоровья, показателем «количества» здоровья. При высоком уровне МПК энергообеспечение мышечной деятельности низкой и средней интенсивности успешно происходит за счет аэробного (при участии кислорода) окисления углеводов и жиров. Это основной и весьма эффективный путь энергообеспечения, поскольку запасы доступных окислению веществ в организме велики, а образующиеся в его ходе продукты — вода и углекислый газ — безвредны и легко удаляются из тела и, следовательно, не ограничивают работоспособность.

Величина МПК характеризует мощность аэробного процесса, т. е. количество кислорода, которое организм способен усвоить (потребить) в единицу времени (за 1 мин). Она зависит, в основном, от двух факторов: функции кислородтранспортной системы и способности работающих скелетных мышц усваивать кислород.

Кислородная емкость крови (количество кислорода, которое может связать 100 мл артериальной крови за счет соединения его с гемоглобином) в зависимости от уровня тренированности колеблется в пределах от 18 до 25 мл. В венозной крови, оттекшей от работающих мышц, содержится не более 6–12 мл кислорода (на 100 мл крови). Это означает, что высококвалифицированные спортсмены при напряженной работе могут потреблять до 15–18 мл кислорода из каждых 100 мл крови. Если учесть, что при тренировке на выносливость у бегунов и лыжников минутный объем крови может возрастать до 30–35 л/мин, то указанное количество крови обеспечит доставку работающим мышцам кислорода и его потребление до 5,0–6,0 л/мин — это и есть величина МПК.

Таким образом, наиболее важным фактором, определяющим и лимитирующим величину максимальной аэробной производительности, является кислородтранспортная функция крови, которая зависит от кислородной емкости крови, а также сократительной и «насосной» функции сердца, определяющей эффективность кровообращения.

Не менее важную роль играют и сами «потребители» кислорода — работающие скелетные мышцы. По своей структуре и функциональным возможностям различают два типа мышечных волокон — быстрые и медленные. Быстрые (белые) мышечные волокна это толстые волокна, способные развивать большую силу и скорость мышечного сокращения, но не приспособленные к длительной работе на выносливость. В быстрых волокнах преобладают анаэробные механизмы энергообеспечения. Медленные (красные) волокна приспособлены к длительной малоинтенсивной работе — за счет большого числа кровеносных капилляров, содержания миоглобина (мышечного гемоглобина) и большей активности окислительных ферментов. Это окислительные мышечные клетки, энергообеспечение которых осуществляется аэробным путем (за счет потребления кислорода). Поскольку состав мышечных волокон в основном генетически обусловлен этот фактор должен обязательно учитываться при выборе спортивной специализации. Так, у бегунов на длинные дистанции и марафонцев мышцы нижних конечностей на 70–80% состоят из медленных окислительных во­локон и только на 20–30% из быстрых анаэробных. У бегунов-спринтеров, прыгунов и метателей соотношение состава мышечных волокон противоположное.

Связь между аэробными возможностями организма и состоянием здоровья впервые была обнаружена американским врачом Купером (1970). Он доказал, что люди, имеющие уровень МПК 42 мл/мин/кг и выше, не страдают хроническими заболеваниями и имеют показатели артериального давления в пределах нормы. Более того, была установлена тесная взаимосвязь величины МПК и факторов риска ИБС: чем выше уровень аэробных возможностей, тем лучше показатели артериального давления, холестеринового обмена и массы тела. Таким образом, эндогенные (внутренние) факторы риска ИБС формируются лишь при снижении аэробных возможностей до определенного предела.

Абсолютные значения МПК зависят от массы тела, поэтому у женщин эти показатели на 20–30% ниже, чем у мужчин. Однако при сравнении относительных показателей на 1 кг массы тела эти различия в значительной степени нивелируются.

Определение фактической величины МПК прямым мето­дом достаточно сложно, поэтому в массовой физической культуре широкое распространение получили косвенные методы определения максимальной аэробной производительности расчетным путем.

Примерный уровень МПК можно определить с помощью 12–минутного теста Купера, так как между ско­ростью бега и потреблением кислорода также существует прямая корреляционная зависимость. Для этого нужно измерить расстояние, которое испытуемый способен про­бежать за 12 мин по дорожке стадиона с максимальной скоростью (табл.).

Таблица 2

В зависимости от величины МПК для нетренированных людей выделяются пять функциональных классов, или уровней физического состояния: низкий, ниже среднего, средний, выше среднего и высокий.

Для более точного определения уровня физического состояния принято оценивать его по отношению к должным величинам МПК (ДМПК), соответствующим средним значениям нормы для данного возраста и пола. ДМПК для мужчин можно рассчитать по следующей формуле (по А.А. Синякову, 1987):

ДМПК = 52 – (0,25 х возраст).

Для 20-летних юношей получим ДМПК = 47 мл/мин/кг.

Зная должную величину МПК, можно определить % ДМПК для студентов:

Так, например, 62 студента второго курса учебной специализации «Здоровый образ жизни» КГТУ в мае 1997 года пробежали за 12 минут в среднем ровно 3000 м, что соответствует МПК по таблице К.Купера 55,2 мл/мин/кг. Средний %ДМПК равен:

Таким образом, студенты второго курса специализации ЗОЖ, прошедшие курс специальной подготовки по методике преимущественного развития выносливости, имеют высокий уровень физического состояния как по таблице К. Купера, так и по сравнению с ДМПК.

Для женщин ДМПК = 44 – (0,20 х возраст).

Помимо МПК важным показателем аэробных возможностей организма является уровень порога анаэробного обмена (ПАНО), который отражает эффективность аэробного процесса. ПАНО соответствует такой интенсивности мышечной деятельности, при которой кислорода уже явно не хватает для полного энергообеспечения, резко усиливаются процессы бескислородного (анаэробного) образования энергии за счет расщепления веществ, богатых энергией (креатинфосфата и гликогена мышц), и накопления молочной кислоты. При интенсивности работы на уровне ПАНО концентрация молочной кислоты в крови возрастает от 2,0 до 4,0 ммоль/л, что является биохимическим критерием ПАНО.

Хотя показатели физической работоспособности наи­более объективно отражают уровень физического состоя­ния, для его оценки могут использоваться и другие методы, основанные на взаимозависимости между величиной МПК и основными функциональными показателями систем жизнедеятельности организма. Так, количество здоровья можно ориентировочно определить, пользуясь балльной системой оценок уровня физического состояния. В зависимости от величины каждого функционального показателя начисляется определенное количество баллов (от –2 до +7). Уровень здоровья оценивается по сумме баллов всех показателей. Одна из таких систем предложена профессором Г.Л. Апанасенко.

Компьютерная программа АСУ «Здоровье», действующая в нашем университете, разработана на основе балльной системы Г.Л. Апанасенко. Эта программа оценивает уровень физического состояния как отдельных систем, так и всего организма в целом, а также выдает рекомендации по двигательному режиму на будущее.

Как видим, сейчас существует два способа оценки физического состояния человека. Большинство исследователей связывают процесс становления здоровья с развитием выносливости, поскольку именно это качество обеспечивает разностороннюю адаптацию внутренних органов, расширение резервов сердечно-сосудистой и дыхательной систем, ответственных за снабжение тканей кислородом. По степени развития выносливости судят о физическом здоровье, эквивалентом которого является физическое состояние человека. Термин «физическое состояние» различные исследователи трактуют по-разному. Одни из них связывают это понятие только с уровнем развития максимальных аэробных возможностей (выносливость), в связи с чем максимальное поглощение кислорода используют как интегральный показатель оценки физического состояния человека (К.Купер, 1979). Эти исследователи рассматривают создание программ, направленных на развитие выносливости, как главную предпосылку совершенствования физического состояния и укрепления здоровья человека.

Согласно другой точке зрения физическое состояние определяется не одним каким-либо показателем, а совокупностью взаимосвязанных факторов (С.А. Душанин и соавт., 1980; Г.Л. Апанасенко, 1981).

Доктор медицинских наук Е.А. Пирогова (г. Киев) на основе многолетних исследований пришла к выводу, что структура физического состояния практически здоровых лиц, не специализирующихся в определенном виде физических упражнений, не может быть сведена к одному какому-либо показателю. Тем не менее ведущую роль играет показатель работоспособности (из двигательных качеств — выносливость). Показатели физического развития имеют подчиненное значение.

Согласно результатам исследований Е.А. Пироговой, безопасный уровень соматического здоровья, гарантирующий отсутствие болезней, имеют лишь люди с высоким уровнем физического состояния. Понижение УФС сопровождается прогрессирующим рос­том заболеваемости и снижением функциональных резер­вов организма до опасного уровня, граничащего с пато­логией. Следует отметить, что отсутствие клинических проявлений болезни еще не свидетельствует о наличии стабильного здоровья. Средний уровень физического состояния, очевидно, может расцениваться как критический. Дальнейшее снижение УФС уже ведет к клиническому проявлению болезни с соответствующими симптомами.