При занятиях физическими упражнениями особое внимание уделяется работе сердечно-сосудистой и дыхательной систем.

Сердце является центром сердечно-сосудистой системы. Кислород и питательные вещества, необходимые организму, поступают из крови, протекающей по сети кровеносных сосудов, соединенной с сердцем, которое служит насосом для перекачивания крови. Кровеносная система состоит из артерий, артериол, капилляров, венул и вен. Кровеносные сосуды переносят кровь от сердца ко всем тканям и органам и обратно к сердцу [39].

Большинство ученых и врачей считают, что занятия спортом вызывают увеличение размеров сердца. Ученые установили, что сердечная мышца постепенно увеличивается в своей массе в ответ на повышенные требования, предъявляемые большой спортивной нагрузкой к работе сердца. Подобно тому как в связи с тренировкой увеличивается масса скелетной мускулатуры, в результате усиленной работы сердца утолщаются его стенки. Это явление называется рабочей гипертрофией сердца. При этом мышечная масса сердца становится больше не за счет увеличения числа мышечных волокон, а главным образом вследствие их утолщения. Систематические физические тренировки содействуют развитию мышечной массы сердца, в результате чего тренированное сердце при каждом сокращении обладает большей энергией и может выбросить в сосудистое русло большее количество крови, чем нетренированное.

Но не только само сердце обладает такими колоссальными резервами. Внутри него находятся клапаны и другие образования, которые также рассчитаны на долгие годы работы [44].

Иногда сторонние наблюдатели, глядя на бегунов, задаются вопросом: как же сердце справляется с перекачкой через сосудистую сеть громадного количества крови при длительной пробежке? Оказывается, у сердца есть помощники. Член-корреспондент АН БССР доктор биологических наук Н. И. Аринчин убедительно доказал, что скелетные мышцы ног и других частей тела являются не только механическими двигателями, но и мощными насосами, перекачивающими кровь [3]. Ведь кровь циркулирует по законам гидродинамики, по известному закону сообщающихся сосудов. Кровь, нагнетаемая сердцем с давлением, например, 120 мм рт. ст., движется по артериям к капиллярам, давление в которых почти в 10 раз меньше. Но вытекающая из них венозная кровь должна возвратиться по венам в правое предсердие для его наполнения. При горизонтальном положении тела человека давления в капиллярах 10–15 мм рт. ст. для этого достаточно. Но при положении стоя для поднятия крови из нижних конечностей необходимо давление в капиллярах минимум 60–80 мм рт. ст. Помогают здесь внесердечные факторы кровообращения.

Когда человек бежит, мышцы при сокращении не только перемещают тело в пространстве, но и сдавливают крупные вены с клапанами, которые находятся между мышцами или между мышцей и костью, и проталкивают венозную кровь к сердцу, что имеет название венозной помпы. Тем самым человек, делая каждый шаг, помогает сердцу, способствует движению крови. Кроме того, при вдохе грудная клетка увеличивается, диафрагма опускается, давление в брюшной полости повышается и вытесняет кровь в грудную полость, что позволяет наполнить сердце венозной кровью.

При физической работе кровоток увеличивается в десятки раз и скелетные мышцы пропускают через себя кровь в большом количестве. Сердце работает с участием более 600 помощников – периферических «сердец», которые обеспечивают кровообращение и кровоснабжение организма. Эти помощники способны развивать давление, превышающее максимальное артериальное, и поднять кровь в положении стоя из нижних конечностей к правому предсердию.

Человек не может управлять сердцем и сосудами, а скелетными мышцами управлять может. Мышца, работая как насос, забирает кровь от сердца и возвращает ее обратно, заставляя тем самым и сердце работать в том же режиме. Во время бега при ритмическом сокращении работают и венозные помпы, и скелетные мышцы, и диафрагмальный насос. Вот почему бег не только нагружает и тем самым тренирует сердце, но и значительно облегчает его работу, так как множество мышц, работающих во время бега, существенно улучшают кровоснабжение.

Способствуя усилению кровоснабжения сердечной мышцы и ее работоспособности, оздоровительный бег одновременно повышает качество крови: происходит увеличение содержания в крови и омоложение эритроцитов и лейкоцитов, что ведет к росту иммунитета; увеличивается содержание гемоглобина, что повышает кислородную емкость крови и ее защитные свойства.

При беговых занятиях происходит повышение общего количества крови. У нетренированного человека объем крови составляет 65–70 мл на каждый килограмм массы тела. По мере накопления тренировочного стажа общее количество крови в организме несколько увеличивается.

Частота сердечных сокращений (ЧСС) зависит от состояния сердца, возрастных и половых особенностей [44]. Чем моложе организм, тем чаще сердцебиение. При этом у женщин ЧСС в среднем на 2–3 удара больше, чем у мужчин того же возраста. Если мышца сердца хорошо натренирована, то сокращения сердца (пульс) в покое становятся редкими, глубокими, более экономичными. Сердце человека, не занимающегося спортом, сокращается 70–80 раз в минуту, а у тренированных бегунов – 50–60 раз и менее.

Сердце тренированного человека отличается еще одной важной особенностью: оно способно резко учащать свои сокращения при максимальных мышечных напряжениях, обеспечивая тем самым усиление кровообращения. Считается, что наиболее высокой производительностью сердца является частота 180 ударов в минуту, а дальнейшее увеличение ЧСС не сопровождается эффективной работой.

Начинать подсчет частоты пульса надо не позднее чем через 2–3 секунды после остановки бегуна. Подсчет длится 10 секунд с дальнейшим умножением полученной цифры на 6.

За каждое сокращение сердце выбрасывает в аорту количество крови, называемое ударным объемом, который колеблется от 60 до 80 мл, но при усиленной работе может достигать 200 мл. У физически тренированных людей необходимый приток крови к работающим мышцам происходит преимущественно за счет ударного объема (ЧСС учащается незначительно), а у нетренированных – за счет увеличения ЧСС при неизменном ударном объеме.

Мощность работы сердца определяется двумя показателями: ударным объемом и минутным объемом, который равен произведению ударного объема на частоту пульса. В состоянии покоя минутный объем равен примерно 5 л.

Исследования показали, что во время бега минутный объем крови до ЧСС 130 уд/мин растет как за счет увеличения ударного объема, так и за счет повышения ЧСС. В дальнейшем при увеличении скорости бега растет ЧСС, а ударный объем остается на уровне, достигнутом при ЧСС 130 уд/мин. К уровню ЧСС 170–190 уд/мин минутный объем крови достигает своих максимальных величин. Эта ЧСС, а также и скорость бега, вызвавшая такие физиологические изменения, называются критическими. В этот момент организм потребляет максимальное количество кислорода. Увеличение ЧСС выше критической ведет к снижению как ударного, так и минутного объемов крови.

Следует отметить, что критическая ЧСС, так же как и максимальное потребление кислорода (МПК), при этом зависит от возраста. Так, по данным конгресса спортивной медицины (1968), критическая ЧСС у бегунов моложе 20 лет достигает 200 уд/мин, 20–35 лет – 190, 35–45–180, 45–55 лет – 170, у бегунов старше 55 лет – 160 уд/мин.

Наглядным примером высокой работоспособности сердца может служить и количество перекачиваемой им крови. Достаточно сказать, что в год сердце перегоняет по организму 3,5 миллиона литров крови. Это в состоянии покоя. А вот при беге на среднюю дистанцию в зависимости от темпа и степени тренированности к мышцам поступает в 10–20 раз больше крови. Это происходит за счет мобилизации крови из «депо» – селезенки, печени, подкожной клетчатки, легких. На помощь приходят и капилляры: они расширяются, открывается множество резервных путей, которые в состоянии покоя плотно закрыты [44].

В обычных условиях сердце использует лишь сравнительно небольшую часть своих возможностей и постоянно сохраняет огромный резерв, который может быть мобилизован в любой момент. Этот резерв очень важен для здорового человека и спортсмена, но еще большее значение он приобретает при сердечно-сосудистых заболеваниях.

Бег многопланово влияет на сердечно-сосудистую систему (сердце и тонус сосудов). Каким бы умеренным ни был бег, в результате происходит урежение частоты пульса в покое, сердце работает эффективнее, отдаляется его «старение». Бег – прекрасное средство профилактики ряда серьезных заболеваний (ишемическая болезнь, инфаркт миокарда, инсульт, стенокардия, острая сердечная недостаточность).