Процесс дыхания имеет три основные этапа:

внешнее или легочное дыхание;

перенос кровью кислорода и углекислого газа;

внутреннее или тканевое дыхание.

На этапе внешнего дыхания происходит газообмен между атмосферой и легкими. Во вдыхаемом воздухе содержится 21 % кислорода, 0,03 % углекислого газа, 78 % азота, остальное - другие газы. В выдыхаемом воздухе кислорода становится 16 %, углекислого газа 4 %, количество остальных газов не изменяется. По воздухоносным путям (нос, гортань, трахея, бронхи) воздух, очищаясь от пыли и согреваясь поступает в легкие, где между альвеолами и капиллярами происходит газообмен: выделяясь из крови углекислый газ поступает в альвеолы, а те отдают в кровь кислород. В крови кислород соединяется с гемоглобином в эритроцитах и переносится ко всем клеткам и тканям организма. По ходу транспортирования, особенно по крупным сосудам, кислород полностью сохраняется в крови. В капиллярах кровь освобождается от кислорода, захватывает углекислый газ и устремляется обратно в легкие. В клетках и тканях кислород вступает в сложнейшие окислительно-восстановительные реакции, в результате которых освобождается энергия, необходимая для жизнедеятельности организма. Процесс перехода кислорода из крови в ткани и углекислого газа из тканей в кровь носит название обмена газов в тканях.

Регулирование дыхания осуществляется посредством сложной системы нервно-гуморальных воздействий на дыхательный центр, расположенный в продолговатом мозгу. В его состав входят нервные клетки, регулирующие вдох и выдох, и координирующие работу дыхательных мышц. Кора головного мозга осуществляет тонкое приспособление дыхания к потребности организма. Одним из проявлений этого является способность человека произвольно управлять частотой и глубиной своего дыхания. В гуморальной регуляции дыхания основная роль принадлежит углекислому газу и кислороду. Недостаток кислорода в крови приводит преимущественно к учащению дыхания, а избыток углекислого газа вызывает в основном его углубление. При физической работе эти два фактора действуют одновременно, вследствие чего происходит и учащение и углубление дыхания.

В состоянии покоя объем вдоха и выдоха равен в среднем 500 мл. Это дыхательный объем. Если после нормального вдоха сделать максимальный выдох, то из легких выйдет еще около 1500 мл воздуха (резервный объем). Количество воздуха, который можно вдохнуть сверх дыхательного объема (около 1500 мл), составляет дополнительный объем вдоха. Сумма трех объемов - дыхательного, дополнительного и резервного - составляет жизненную емкость легких (ЖЕЛ). ЖЕЛ – это количество воздуха, которое может выдохнуть человек после максимально глубокого вдоха. В приведенном примере она составит 500 мл+1500 мл+1500 мл=3500 мл. ЖЕЛ величина непостоянная и зависит от возраста, пола, роста, состояния здоровья, физического развития, тренированности человека. Средние показатели ЖЕЛ у нетренированных мужчин - 3500-4500 мл, у женщин - 3000-3500 мл; у тренированных мужчин – от 5000 до 7000 мл и более, у женщин - 5000 мл и более.

В состоянии покоя человек в течение минуты производит 16-20 дыхания при этом дышит не всеми легкими, а только шестой или седьмой их частью. В результате занятий физическими упражнениями, спортом частота дыхания может снизиться до 12-14 в минуту за счет увеличения их глубины.

Количество воздуха, которое человек вдыхает и выдыхает за одну минуту называется легочной вентиляцией или минутным объемом дыхания. В покое легочная вентиляция равна 5-8 л/мин. При физической работе она может достигать 150-180 л/мин с увеличением частоты дыхания до 25-35 в минуту.

Поступающий из атмосферного воздуха кислород усваивается организмом в процессе согласованного взаимодействия различных его систем. Помимо дыхательного аппарата, обеспечивающего в основном вентиляцию легких, в процессе дыхания участвует ССС, которая обеспечивает процесс кислорода кровью из легких к тканям а также тканевые реакции, от которых во многом зависит степень использования кислорода в различных условиях жизнедеятельности.

Для окислительных процессов в состоянии покоя организму требуется 250-200 мл кислорода в минуту. При мышечной работе потребность в кислороде возрастает. Чем большее количество мышц участвует в ней, тем больше потребляется кислорода, но не беспредельно. Для каждого человека существует свой кислородный «потолок», выше которого потребление кислорода увеличиваться не может, этот предел выражается в следующем: наибольшее количество кислорода, которое организм может поглотить и усвоить за одну минуту и усвоить за одну минуту при предельно тяжелой физической работе, называется максимальным потреблением кислорода (МПК), чем выше МПК, тем выше уровень физической работоспособности человека. У не занимающихся спортом МПК составляет в среднем 2-3,5 литра, у спортсменов - 5-6 литров и более.

МПК является показателем аэробной производительности организма, т.е. его способности обеспечивать энергией организм за счет кислорода, поглощаемого непосредственно во время тяжелой работы.

Общее количество кислорода, необходимое для окислительных процессов, обеспечивающих ту или иную мышечную работы, называется кислородным запросом. Различают суммарный или общий кислородный запрос, т.е. количество кислорода, необходимое для всей работы, и минутный кислородный запрос, т.е. кислорода, требуемое для выполнения конкретной работы в течение одной минуты. Например, в беге на 800 м минутный запрос составляет 12-15 л, а суммарный - 25-30 л; в марафонском беге соответственно 3-4 л и 450-500 л.

При работе большой мощности кислородный запрос может достигать 15-20 л/мин, а МПК не превышает 6-7 л. Разница между кислородным запросом и тем количеством кислорода, который потребляется во время работы называется кислородным долгом. Максимальный кислородный долг у людей, не занимающихся спортом, не превышает 4-7 л, у спортсменов он может достигать 20-22 л.

Если в ткани поступает меньше кислорода, чем необходимо для полного обеспечения его потребности, наступает кислородное голодание, или гипоксия. Напряженная мышечная работа всегда сопровождается возникновением дефицита кислорода в организме. Чтобы полнее обеспечить себя кислородам в условиях гипоксии, организм мобилизует свои мощные компенсаторные механизмы. Известно, что мышцы при напряженной работе увеличивают скорость утилизации кислорода в 100 и более раз. Под влиянием тренировочных воздействий повышается способность мышц усваивать кислород. В основе выносливости лежит функциональная устойчивость организма к недостатку кислорода.

При выполнении физических упражнений согласование дыхания с движениями происходит благодаря сложной системе приспособительных изменений в организме. Чем прочнее взаимосвязь дыхания и движений, тем легче при прочих равных условиях выполняются движения. В умениях и навыках дыхательные циклы становятся как бы компонентами освоенных двигательных действий.

2.6. Обмен веществ.

Сущность обмена веществ состоит в том, что из внешней среды в организм поступают богатые потенциальной энергией вещества, где они распадаются на более простые, а освобождающаяся при этом энергия обеспечивает протекание физиологических процессов и выполнение физической работы. В различных сочетаниях с пищей в организм поступают белки, жиры, углеводы и обеспечивающие активность обменных процессов, витамины, минеральные соли, вода. Образование и расход энергии в организме принято выражать в единицах тепловой энергии - в калориях и килокалориях. Например, при окислении одного грамма белков освобождается 4,1 ккал, жиров - 9,3 ккал, углеводов - 4,1 ккал.