Цивилизация и сердце

Глава VIII. Защитная роль физического труда

Мы уже знаем, что интенсивная мышечная работа способствует разрядке нервного напряжения. Но помимо этого деятельность мышц стимулирует многие процессы и функции организма, что имеет важное значение для предупреждения поражений сердца и сосудов.

Физический труд прежде всего увеличивает расход энергии, препятствуя отложению калорий в жировых депо. Количество энергии, необходимое организму для поддержания жизненных функций на минимальном уровне, т. е. в условиях полного физического и психического покоя, довольно постоянно. Оно зависит от веса, роста, возраста и пола организма, а также от некоторых конституционных особенностей. Этот минимальный уровень расхода энергии («основной обмен») равен примерно 1300—1500 ккал в сутки. Для восполнения энергетических затрат организма, находящегося в условиях полного покоя, достаточно в сутки лишь 300 г углеводов.

Однако мы никогда не находимся в подобном состоянии. Мы двигаемся, работаем и поэтому расходуем дополнительную энергию, получившую название «рабочей прибавки». Измерив расход энергии, можно довольно точно рассчитать потребность организма в калориях.

Энергия, необходимая для сокращающихся мышц, возникает при распаде аденозинтрифосфорной кислоты — АТФ. Но запасы этого материала в мышцах невелики. Поэтому одновременно с распадом АТФ происходит ее образование — ресинтез. Энергия для этого процесса возникает при распаде креатинфосфата. Но его запасы невелики, вследствие чего наряду с распадом идет и восстановление. Необходимая для этого энергия образуется при расщеплении глюкозы на две молекулы молочной кислоты. Наряду с расщеплением происходит и частичное восстановление глюкозы за счет энергии сгорания части образовавшейся молочной кислоты до конечных продуктов (углекислого газа и воды). Следовательно, в конечном итоге источником энергии мышечного сокращения является сгорание глюкозы. Есть и другой путь обеспечения энергетических ресурсов — сгорание жиров и дезаминированных аминокислот.

Во время окисления углеводов до воды и углекислого газа при поглощении молекулы кислорода образуется молекула углекислого газа, величина дыхательного коэффициента (отношение выделенного при дыхании углекислого газа к поглощенному кислороду) равняется единице. Для окисления жиров необходимо большее, чем для углеводов, количество кислорода (дыхательный коэффициент примерно равен 0,7). Исследуя величину дыхательного коэффициента, можно определить, какие именно вещества в организме сгорают в данный момент. Выявлено, что при кратковременных нагрузках энергия возникает за счет окисления углеводов, при длительных мышечных нагрузках в организме сгорают преимущественно жиры.

Полагают, что переключение на окисление жиров связано с истощением резерва углеводов, что наблюдается через 5—20 минут после начала интенсивной мышечной работы. При длительной напряженной работе содержание сахара в крови может упасть вдвое по отношению к норме. Но у физически тренированных людей этого не отмечается, так как усиливается способность использования жира в качестве энергетического вещества. У тренированных спортсменов энергетика мышц обеспечивается почти исключительно за счет сгорания жиров.

Мышцы способны окислять жиры и без предварительного превращения их в углеводы; во время продолжительной тяжелой работы окисление жиров дает примерно 80% всей необходимой энергии.

У человека, занимающегося физическим трудом, энергетические затраты возрастают пропорционально интенсивности работы. При тяжелой мышечной работе суточный расход энергии может превысить уровень основного обмена более чем в 3 раза и составить 5 тыс. ккал в сутки.

Сгорание 1 г жира дает 9,3 ккал, 1 г белков и углеводов дает 4,1 ккал. Следовательно, тяжелая физическая работа сопровождается окислением около 500 г жиров в сутки. Поэтому физический труд способствует предупреждению атеросклероза, связанного с наличием в пище избыточного количества жиров и углеводов.

Несмотря на богатую холестерином и животными жирами пищу, т. е. заведомо «атерогенную» диету, у рыбаков, кочевников, скотоводов, охотников, как правило, не отмечается развития атеросклероза. Известно, что жизнь этих людей протекает в условиях интенсивного физического труда.

Работа мышц способствует профилактике атеросклероза не только вследствие увеличения расхода «атерогенных» материалов. Повышается интенсивность ряда ферментативных реакций, стимулируется деятельность щитовидной железы, увеличивается скорость окислительных процессов.

Устойчивость организма к атеросклерозу в значительной мере связана с функцией щитовидной железы. Введение гормонов щитовидной железы предупреждает развитие атеросклероза даже у тех животных, которые подвержены этому заболеванию. Интенсивная мышечная работа стимулирует функцию щитовидной железы, а значит и скорость окислительных процессов, способствуя тем самым предупреждению атеросклероза сосудов.

Известно, что вес мышц составляет до 40% веса нашего тела. На протяжении сотен миллионов лет эволюции животные могли побеждать в борьбе за существование в значительной мере благодаря развитию и совершенствованию двигательного аппарата.

Работа мышц оказывает влияние на все функции организма. Она улучшает процессы обмена и обновления живых структур не только в самих работающих мышцах, но и во многих других органах и тканях. У сложного многоклеточного организма возникает своеобразное «разделение труда» между клетками. Для выполнения тех или иных функций развиваются специализированные клетки, органы и ткани. «Разделение труда» между ними (точнее дифференцировка функций) ведет к тому, что дифференцированные клетки утрачивают способность самостоятельно осуществлять многие из свойств, присущих клетке одноклеточных, но зато успешно несут специальную «службу».

Высокодифференцированные клетки организма высших животных для синтеза некоторых своих жизненно необходимых структур нуждаются в поступлении извне крупномолекулярных «блоков», несущих определенную информацию.

Между клетками организма существует непрерывный обмен не только энергетическим и пластическим материалом, но и достаточно сложными по структуре молекулами. Этот путь межклеточного обмена информацией представлялся новым типом коррелятивных связей в организме. Мы назвали подобный тип межклеточных взаимодействий «креаторной связью»[20].

Креаторная связь высокоспецифична — и в этом ее принципиальное отличие от других способов взаимодействия клеток. Такая специфичность необходима для сохранения определенного типа белковых синтезов в каждой клетке и вследствие этого поддержания структуры организма (она сохраняется с удивительным постоянством, несмотря на непрерывные процессы обмена и изменения всех составляющих организм элементов). Нарушение креаторных связей делает невозможным сохранение структуры. Меняются не только связи клеток, но и сами клетки. В них возникают процессы перерождения.

Для сохранения структуры нервных центров необходимы креаторные сигналы с периферии. Изоляция сегмента спинного мозга при сохранении связей его с соответствующими мышцами выключает импульсную активность, но не приводит к перерождению. Разрушение же мышц вызывает дегенеративные изменения соответствующих нервных центров.

Таким образом, в столь сложной, многоплановой системе, какой является организм человека, нормальное развитие и функционирование мышц является фактором, обеспечивающим сохранение структуры нервной системы и других важнейших систем организма.

Биохимические механизмы влияния адаптации к физическим нагрузкам в последние годы изучались Ф. З. Меерсоном и его сотрудниками. Выявлена общность механизмов адаптации к действию ряда неблагоприятных факторов и значение ее в повышении устойчивости сердечно-сосудистой системы к болезнетворным агентам.

Механизмы долговременной адаптации улучшают возможности энергетического обеспечения мышечной деятельности, повышения утилизации кислорода крови и т. д. Все это значительно увеличивает резервные возможности упомянутых органов и тканей.

Известно, что работа мышц активирует прежде всего сердечно-сосудистую систему. Между интенсивностью мышечной работы человека и количеством крови, выбрасываемой сердцем в 1 минуту, существует прямая зависимость.

Рис. 4. Возрастные изменения артериального давления в среднем у населения (1) и в группе, включающей 107 человек хорошо тренированных спортсменов (2) (по Г. Меллеровичу)

Физическая тренировка значительно улучшает деятельность механизмов, регулирующих сосудистый тонус. Поэтому нервное напряжение, которое у нетренированного человека может привести к истощению и срыву регуляторных процессов, оказывается неопасным для тренированного, сердечно-сосудистая система которого имеет более устойчивые механизмы регуляции. Неблагоприятные воздействия на сосудистую систему в этом случае не приводят к длительному повышению артериального давления (рис. 4). Не случайно гипертоническая болезнь — в значительной мере удел лиц, остерегающихся движений. Но даже у больных гипертонической болезнью интенсивная работа мышц нормализует работу механизмов, регулирующих сосудистый тонус. Артериальное давление вследствие этого снижается (рис. 5). В этой книге нет конкретных рекомендаций для больных, так как у каждого из них режим физической тренировки должен строиться сугубо индивидуально и под контролем врача.

Рис. 5. Изменения артериального давления у больных гипертонией (II стадия болезни) после 5-минутной физической тренировки

Интенсивность энергетических затрат (и соответствующий уровень деятельности дыхательной и сердечно-сосудистой системы) определяется величиной нагрузки на скелетную мускулатуру. Выявлено, что даже продолжительность жизни различных видов животных (примерно одинаковых по размеру и весу тела) в значительной мере пропорциональна степени двигательной активности организма. Эти данные представлены в табл. 5.

Таблица 5. Физическая активность и продолжительность жизни у различных видов животных (по И. А. Аршавскому)

В этой таблице животные сгруппированы попарно. В каждой паре животные, обладающие примерно одинаковым весом и размерами тела. Первое животное в каждой паре отличается малой двигательной активностью, второе — высокой двигательной активностью. Данные показывают: чем напряженнее работают мышцы, тем более редким оказывается ритм сердца в состоянии покоя, (т. е. в более благоприятных условиях работает сердце). Продолжительность жизни пропорциональна степени двигательной активности животного.

Этот признак закрепился генетически и стал видовой особенностью организма. «Казалось бы, чем больший динамический компонент нагрузки на скелетную мускулатуру, тем, соответственно, большей должна быть изнашиваемость и деградация структур работающих систем и тем самым организма в целом. В обычной машине источником возрастания положительной энергии является не только диссипация энергии, но и неизбежное изнашивание и деградация структур работающих механизмов. Структурная деградация будет тем выраженней, чем интенсивнее работа машины. Данные наших исследований позволяют видеть, что в живых системах рабочая активность не только не способствует структурной деградации, но, напротив, является фактором, способствующим созданию структурной энергии»[21].

Различия, которые отмечены в табл. 5, характерны не только для животных разных видов. Они могут возникнуть у животных одного и того же вида при разной степени физической тренировки. Аршавский в качестве объекта исследования избрал кроликов и крыс — животных, у которых во взрослом состоянии естественный ритм дыхания и сердца снижается нерезко. В опытах, начатых с животными месячного возраста (т. е. с периода прекращения вскармливания молоком матери), кроликам и крысам давалась ежедневно специальная мышечная нагрузка. Тренировка продолжалась 3—5 месяцев. Этот срок оказался достаточным для выявления различий между тренируемыми и контрольными животными. У контрольных кроликов к 4—5-месячному возрасту потребление кислорода, характеризующее интенсивность энергетических затрат, составляло 13—14 мл на 1 кг веса в 1 минуту, а у подвергавшихся тренировке только 9—9,5 мл, т. е. уменьшалось примерно на 30%.

Следовательно, у тренируемых животных в состоянии покоя возникло снижение энергетических затрат. Ритм сердца у контрольных кроликов 4—5-месячного возраста равнялся 260—270 сокращениям в 1 минуту, а у тренируемых — 150—180. Число дыханий у тренируемых было вдвое меньше, нежели у контрольных, и составило 50 в 1 минуту. Отмеченные показатели резко отличались от наблюдаемых у обычных кроликов и приблизились к величинам, характерным для организма зайца. Эти различия возникли после тренировки, длящейся всего лишь 4—5 месяцев, т. е. в течение периода, равного 1/10—1/15 продолжительности жизни кролика.

Аналогичные данные были получены и при тренировке белых крыс. У контрольных животных 4—5-месячного возраста потребление кислорода равнялось 38 мл на 1 кг веса тела в 1 минуту, а у подопытных после 3—4-месячной тренировки — 28—31 мл/кг. Столь же значительно уменьшились и энергетические затраты на единицу поверхности тела. У тренированных крыс ритм сердца снизился почти вдвое, а ритм дыхания — на треть. Животные, ведущие более деятельный образ жизни, отличались и большей массой мозга.

Эти факты говорят об исключительной важности мышечной работы для развития механизмов, регулирующих функцию сердечно-сосудистой системы, и для увеличения продолжительности жизни.

Двигательная активность важна и для предупреждения старческой атрофии мышц. Известно, что в старости обычно возникает дегенерация и перерождение мышечных волокон, уменьшение количества функционирующих двигательных единиц[22], что приводит к несовершенству движений и значительной утомляемости. Отмечено, однако, что этих явлений не наступает (либо развитие их значительно запаздывает) у лиц, систематически занимающихся спортивной тренировкой.

Регистрация мышечной активности старых людей свидетельствует о нарушении сократительной способности мышц. Эти нарушения гораздо отчетливее выражены у лиц, занимавшихся умственным трудом, и почти отсутствуют у тех, кто продолжает заниматься физическим трудом. Старческая атрофия мышечных и нервных клеток может быть задержана постоянной тренировкой мышц.

Экспериментальное изучение мышц при чрезмерной и умеренной работе показало, что интенсивная нагрузка, чередующаяся с продолжительным отдыхом, вызывает улучшение состояния мышечных клеток (и нервных окончаний, регулирующих работу мышц). При этом нередко возникают даже новые нервные окончания на мышечных волокнах. В случаях, когда двигательная активность экспериментальных животных ограничивалась, развивалось перерождение мышечных волокон и связанных с ними нервных элементов.

Влияние двигательной активности на нервную систему и на другие органы и ткани связано в значительной мере с тем обстоятельством, что в работающих мышцах возникают сигналы, которые оказывают стимулирующее влияние на центральную нервную систему, поддерживая работоспособность нервных центров. Наоборот, ограничение движений уменьшает поток этих сигналов, что сказывается на развитии и функциях мозга, а также на состоянии вегетативной нервной системы, ведающей регуляцией деятельности внутренних органов.

Советский физиолог М. Р. Могендович показал, что тонус вегетативной нервной системы поддерживается сигналами, возникающими в работающих мышцах. При этом наблюдается соответствие между интенсивностью мышечной деятельности и степенью совершенства регуляции функции внутренних органов со стороны вегетативной и, особенно, симпатической нервной системы. Мышечная деятельность оказывает через вегетативную нервную систему стимулирующее влияние на многие внутренние органы. Отсутствие мышечной деятельности выключает эти стимулирующие влияния, ускоряет процессы старения ряда органов, ухудшая их функции.

В исследованиях, проведенных Д. А. Чеботаревым и И. В. Муравовым, взрослых крыс помещали в камеры, резко ограничивающие движение. В таком состоянии животные находились 16 недель. Затем у них изучались особенности реакции сердечно-сосудистой системы на разные воздействия. Оказалось, что при раздражении чувствительных нервных окончаний верхних дыхательных путей, а также нервов, регулирующих работу сердца и сосудов, у подопытных животных выявлено значительное ослабление механизмов, регулирующих деятельность сердечно-сосудистой системы.

Обнаружено, что длительное ограничение движений вызывает сдвиги в состоянии сердца и сосудов, напоминающие те, которые возникают при старении организма. Подобные сдвиги способствуют возникновению поражений сердечно-сосудистой системы.

По данным Л. А. Иоффе и М. А. Абрикосовой, у мастеров спорта и спортсменов-перворазрядников (штангистов и бегунов) после 40-дневного постельного режима ухудшились функции сердечно-сосудистой системы, возникали заметные изменения динамики сердечных сокращений, учащался ритм сердца, снижалась эффективность механизмов, регулирующих работу сердечно-сосудистой системы.

Строгий постельный режим на протяжении 10 суток приводит к учащению пульса, уменьшению энергии сердечных сокращений, а также к слабости, затрудняющей выполнение обычной физической работы. Электрокардиограммы свидетельствуют о возникновении кислородного голодания сердечной мышцы.

Крысы, помещенные на неделю в узкую клетку, умирают от воздействия, в 3—4 раза менее интенсивного, чем те, которые вызывают гибель животных, содержавшихся в нормальных условиях.

Все перечисленные факты свидетельствуют о важности мышечной активности для предупреждения патологических изменений многих органов и систем. Не случайно, что уровень заболеваемости спортсменов значительно ниже, чем у лиц, не занимающихся спортом. Этот вывод подтверждается на примере общей заболеваемости, простудных болезней и даже травм (табл. 6).

Систематическая физическая тренировка улучшает механизмы, регулирующие коронарное кровообращение, приводит к развитию коллатералей, т. е. новых коронарных сосудов, обеспечивающих лучшее снабжение мышцы сердца кровью. У лиц, занимающихся физической тренировкой, возможность возникновения кислородной недостаточности миокарда при психическом и эмоциональном напряжении значительно уменьшается.

Нужно отметить роль мышечной деятельности и в регулировании эмоциональной сферы.

Из приведенного выше уравнения эмоций ясно, что чувство радости возникает тогда, когда существующие в организме средства для достижения цели равны необходимым. В число этих средств входят и энергетические ресурсы организма. Чем выше эти ресурсы, т. е. чем лучше развита, более тренирована, работоспособнее мышечная система, тем больше вероятность возникновения у человека в равной ситуации не отрицательных, а положительных эмоций.

Таблица 6. Заболеваемость спортсменов и лиц контрольной группы за 1956 г.*

* К. Г. Махнутина. Данные о заболеваемости спортсменов и неспортсменов. — В кн.: Материалы Второй научно-практической конференции по вопросам врачебного контроля и лечебной физкультуры. Свердловск, 1957.

Житейские наблюдения и специальные исследования свидетельствуют о важнейшей роли движений, мышечной работе в качестве средства, «успокаивающего» нервную систему, снимающего напряжение.

И. П. Павлов подчеркивал роль «мышечной радости». Исследования же лиц, находящихся в состоянии гиподинамии, выявили отрицательное влияние ее на эмоциональную сферу, значительное усиление вегетативных сдвигов при эмоциональном напряжении.

Особое внимание на гипокинезию было обращено в связи с началом космической эры. В. В. Парин и сотрудники (1970) выявили при 120-дневной гипокинезии человека нарушения высшей нервной деятельности и невротические расстройства, ухудшение внимания, памяти, дисфункции вегетативной нервной системы, нарушения регуляции деятельности сердца и тонуса сосудов, повышение уровня холестерина и бета-липопротеидов крови. Активная деятельность мышц предупреждает эти и многие другие нарушения.

На протяжении миллионов лет эволюции организм человека приспособился к интенсивной мышечной деятельности. Эта деятельность осуществляется непрерывно и сейчас, поддерживая структуру и функцию наших органов и тканей. Резко изменившиеся условия жизни в высокоразвитых странах привели к тому, что этот фактор, абсолютно необходимый для предотвращения дегенерации ряда структур организма, в течение последних десятилетий стал практически сходить на нет.

Гиподинамия создала серьезную угрозу современному человеку, вызвав к жизни прежде всего бурный рост заболеваний сердечно-сосудистой системы. Таким образом, борьба с гиподинамией представляет чрезвычайно важную задачу, первоочередное решение которой чрезвычайно важно для человека, живущего в условиях современной цивилизации.