fizra_lekcii (физ-ра (лекции)), страница 6

В любом случае занимающийся обязан сам для себя поставить цель. Она может быть различной - от оздоровления, поддержания форм тела до установления мировых рекордов в избранном виде спортивной или трудовой деятельности (ППФП).

Поставленная цель требует решения целого ряда частных задач. Одной из первых, если не главных, является теоретическая подготовка. Занимающийся должен знать, что происходит в его организме при выполнении физического упражнения и пути преломления двигательных программ, чтобы эффект от выполнения этих программ был желаемым. Итак - движение !!!

Тело человека - "система рычагов", приводимая в движение мышечной системой для перемещения и взаимодействия со средой. Этот раздел относится к биомеханике и требует специального изучения.

Биологические основы двигательной деятельности человека - химия движения

Движение - одно из основных свойств живых организмов. Нет жизни без движения, и без движения невозможна жизнь.

Форма движения различна. Низшие позвоночные и беспозвоночные черви, моллюски, птицы, растения и т.д.

Весьма разнообразен и характер движения. Среди млекопитающих одним животным свойствен равномерный бег (лошадь, олень), другим передвижение прыжками (кенгуру, тушканчик, заяц).

Любое движение есть результат работы мышц. К чему бы мы не обратились в жизнедеятельности человека, мы везде встречаемся с работой мышц. Передвижение в пространстве и поза в состоянии покоя - функция мышц. Добыча, разжевывание, проглатывание пищи и продвижение ее по пищеварительному тракту без мышц были бы невозможны. Дыхание - работа межреберных мышц и диафрагмы. С помощью мышечного чувства мы определяем массу предмета, а мышцы глаз обеспечивают нам определение расстояний: по степени напряжения их мы судим, далеко или близко расположен тот или иной объект. Выражение душевных волнений, наша мимика - опять же мышцы. Наконец, все виды труда от тяжелого физического до тончайшей работы ювелира, музыканта или художника - мышечная деятельность. Качество мышц человека резко различается. Если сравнивать отдельные мышцы даже одного индивидуума, то мы увидим мышцы сильные и мышцы ловкие, не обладающие меньшей силой; мышцы выносливые, способные к длительным напряжениям, и мышцы быстро утомляющиеся; мышцы очень быстро сокращающиеся, и мышцы, сокращающиеся медленно.

Движение многообразно в своем проявлении, но в основе его лежат общие молекулярные механизмы.

Как же устроена мышца ?

Различают поперечнополосатые мышцы (в них при рассмотрении под микроскопом видна поперечная исчерченность) и гладкие (в них такой исчерченности нет). Первые - мышцы скелета (их так и называют - скелетные), которые мы можем сокращать произвольно, а вторые - мышцы внутренних

органов (желудочно-кишечного тракта, бронхов, сосудов и т.д.). К непроизвольным мышцам относится и мышца сердца, хотя она и имеет поперечную исчерченность.

В поперечнополосатой мышце различают сухожильную головку, которой мышца начинается на кости, мышечное брюшко, состоящее из волокон, и сухожильный хвост, которым мышца заканчивается на другой кости.

Рассматривая мышечное волокно под микроскопом, мы увидим, что более светлые полоски волокна чередуются с более темными. Эти полоски называют дисками. Темные диски обладают двойным лучепреломлением, их называют анизотропными, или дисками А. Светлые диски этим свойством не обладают, их называют изотропными, или дисками И. Часть мышечного волокна от середины одного диска И до вершины другого - саркомер. Таким образом, мышечное волокно состоит из большого числа саркомеров, причем длина каждого саркомера в покоящейся мышце около 2 мкм, а в сократившейся мышце - несколько более 1 мкм.

Мышечное волокно окружено тонкой оболочкой - сарколеммой. Она не только ограничивает мышечное волокно от окружающей среды, но реализует и регулирует обмен веществ между этой средой и мышечным волокном.

На поверхности сарколеммы располагаются двигательные нервные окончания, напоминающие ветвящиеся кустики или вилочки и осуществляющие контакт с мышечным волокном через тончайшие волоконца - терминальные веточки, заканчивающиеся двигательными пластинками. Область соприкосновения нервных клеток друг с другом или с иннервируемыми ими тканями называют синапсом. Устройство синапса довольно сложное.

У всех скелетных мышц хорошее кровоснабжение. Чем деятельнее мышца, тем гуще ее сосудистая сеть.

По своему химическому составу мышечное волокно, как и всякая живая клетка - белковое образование. 72-80% массы его составляет вода, 16-21% - белки, и только 3-4% - небелковые вещества.

Источником приходящих к мышце двигательных импульсов яеляготся специальные нервные клетки - мотонейрояы спинного мозга. Их длинные отростки (аксоны) выходят из спинного мозга через его передние корешки и

образуют двигательные нервы. Каждый мотонейрон иннервирует от 5 до 100 мышечных волокон, составляя функциональный комплекс, называемый нейромоторной или двигательной единицей. Все ее мышечные волокна под влиянием двигательного импульса сокращаются одновременно и с максимальной силой, подчиняясь закону "все или ничего". Сокращение же мышцы в целом регулируется и дозируется возбуждением разного числа нейромоторных единиц.

Откуда же берется энергия работающих мышц

В жизни одиночного мышечного сокращения практически не существует. Всякое, даже самое кратковременное движение - большая серия одиночных сокращений, очень часто сливающихся в более или менее длительное непрерывающееся сокращение мышц. Всякое движение - чередование сокращений и расслаблении мышц. Если мы, например, спокойно идем - мышцы ног сокращаются и расслабляются с небольшой частотой; если бежим - частота резко возрастает; если несем тяжелый предмет - мышцы длительное время остаются напряженными.

Энергию одиночному мышечному сокращению дает АТФ. Но при одиночном сокращении затрата ее невелика и так быстро восстанавливается, что даже точными современными методами трудно эту затрату определить. Другое дело, если мышечная работа длилась некоторое время, хотя бы 10-20 сек. В этом случае мы обнаружим отчетливую убыль АТФ, и тем большую, чем интенсивнее была мышечная деятельность. Установлено, например, что 30-ти минутная работа на лабораторном велоэргометре с умеренным темпом педалирования приводит к снижению уровня АТФ в мышцах бедра на 25%, а 2-х минутное педалирование в максимальном темпе - на 35%. Если же мышцу человека интенсивно и непрерывно раздражать электрическим током, то через некоторое время запас АТФ в ней полностью иссякнет и мышца утратит способность сокращаться. Способность к новым сокращениям и расслаблениям у нее появится только через какой-то промежуток времени.

На какое же время хватит имеющегося в мышце запаса АТФ, если он не будет постоянно возобновляться?

Опытным путем показано, что животные могут работать без возобновления запасов АТФ - 2-3 сек, человек - 10-20 сек. Следовательно, на одном наличном запасе АТФ много не наработает. Необходимо постоянное и весьма интенсивное его восполнение - ресинтез АТФ.

В организме для этого есть ряд путей.

Первый и самый быстрый из них - креатинкиназная реакция, названная так по ферменту "креатинкиназа", при помощи которого она осуществляется. Мы знаем, что в мышцах содержится креатинфосфат КФ, который может передавать свою фосфатную группу со всем запасом энергии ее связи в креатином (К) на АДФ: К - Ф + АДФ = К + АТФ.

И АТФ и креатин расположены в мышечном волокне недалеко друг от друга и вблизи от сократительных элементов мышечного волокна. Как только уровень АТФ начинает снижаться, сразу же запускается в ход эта реакция, что обеспечивает ресинтез АТФ. Поэтому естественно, что при мышечной деятельности содержание КФ снижается в большей степени, чем уровень АТФ. По данным, полученным в опытах со спортсменами с помощью микробиопсии, работа, сопровождающаяся понижением уровня АТФ на 23%, приводит к снижению уровня КФ на 74%, а работа, снижающая уровень АТФ на 35%, характеризуется уменьшением содержания КФ на 90%.

Однако запасы КФ в мышце, как и запасы АТФ, невелики, их хватает ненадолго.

Следующий путь ресинтеза АТФ - гликолиз, т.е. происходящее без участия кислорода (анаэробно) окисление глюкозы до молочной кислоты. Исходным субстратом гликолиза является глюкоза, приносимая к мышцам кровью, или содержащийся в мышце гликоген (животный крахмал), построенный из длинных цепей соединенных друг с другой остатков - глюкозидов. Начинается гликолиз с фосфорилирования, т.е. соединения глюкозы с фосфорной кислотой.

На какое же время работы хватит возможностей гликолиза? Запасы глюкозы в организме достаточно велики. Глюкоза находится в мышцах - до 2% и в печени - до 6% от их массы. Но все же углеводные запасы организма небезграничны.

Главный путь ресинтеза АТФ - дыхательное фосфорилирование. В Этом случае окислению могут подвергаться самые различные соединения: углеводы, продукты их неполного окисления - молочная и пировиноградная кислоты, образующиеся из жиров, жирные кислоты и глицерин, продукты расщепления белков - аминокислоты, предварительно лишившиеся своей содержащей азот аминогруппы.

Процесс аэробного окисления намного сложнее и многоэтапнее гликолиза. Зато возможности аэробного генерирования АТФ почти безграничны, так как субстраты окисления практически неисчерпаемы. Вспомним хотя бы количество жира в жировых тканях, который может быть мобилизован, а продукты его расщепления подвергнуты окислению.

Сопоставим плюсы и минусы рассмотренных механизмов ресинтеза АТФ. Креатинкиназный путь максимально эффективен. Он не дает никаких побочных продуктов и на требует никаких дополнительных затрат, а запущен может быть моментально. Основной минус в том, что его хватает ненадолго.

Гликолиз хорош тем, что тоже не требует повышенного снабжения организма кислородом. Кроме того, он обладает гораздо большим резервом, чем Креатинкиназный путь ресинтеза АТФ. Но он, во-первых, малоэффективен. Во-вторых, запасы гликогена в организме хотя и велики, но далеко не безграничны и легко могут быть исчерпаны. В-третьих, гликолиз способствует наводнению организма молочной кислотой, концентрация которой в мышцах и в крови, куда она переходит из мышц, может возрастать в 10 раз и более. В-четвертых, "за¬пуск" гликолиза требует некоторого времени. Он не настолько моментален, как креатинкиназная реакция, и полное развертывание его возможностей требует 10-20 сек.

Наконец, дыхательное фосфорилирование - высокоэффективно и дает большое количество молекул АТФ. Конечные продукты его - вода и углекислота - безвредны, избыток углекислоты легко удаляется через легкие с выдыхаемым воздухом. Если гликолизу могут подвергаться только углеводы, то здесь круг возможных субстратов окисления велик, разнообразен и почти неисчерпаем. Однако этот путь ресинтеза АТФ требует повышенного снабжения организма

кислородом, что в практической жизни не всегда может быть в должной мере осуществлено.

При всякой мышечной деятельности повышается поглощение кислорода, и чем она интенсивнее, тем кислорода требуется больше. Например, при ходьбе со скоростью 4 км/ч по ровной дороге потребность в кислороде (по сравнению с состоянием покоя) возрастает в 4 раза, при ходьбе со скоростью 8 км/ч - в 10 раз, а при спортивном беге на короткие и средние дистанции - в 30-50 раз.

Таким образом, существует определенная последовательность включения и преобладания различных путей ресинтеза АТФ по мере продолжения мышечной деятельности: первые 2-3 сек расщепление только АТФ; затем начинается ее ресинтез от 3 до 20 сек - преимущественно за счет КФ; через 30-40 сек максимальной интенсивности достигает гликолиз; в дальнейшей постепенно все больше превалирует аэробное окисление. Наконец в аварийных ситуациях включается последний, самый невыгодный для организма путь ресинтеза АТФ -миокиназный.

В физиологии труда и спорта принято различать и подразделять мышечную деятельность по зонам интенсивности и мощности: работа максимальной, субмаксимальной, большой и умеренной мощности. Существует и другое подразделение: работа в анаэробной, смешанной и аэробной зонах энергообеспечения. По зонам интенсивности работа делится тоже на четыре класса и определяется по ответной реакции организма на нагрузку. Нулевая зона -ЧСС до 130 уд/мин; первая зона - ЧСС до 150 уд/мин; вторая зона - ЧСС до 180 уд/мин; третья зона - ЧСС свыше 180 уд/мин. Работа в максимальной зоне -анаэробный режим; работа в субмаксимальной зоне - смешанный режим; работа в большой и умеренной зоне мощности — аэробный режим энергообеспечения.

Каким же образом происходит регуляция биоэнергетики мышечной системы?

Организм человека представляет собой сложнейшую саморегулирующуюся систему с бесконечным количеством прямых и обратных связей.

Главнейшим и центральным регулятором является нервная система, объединяющая организм в единое целое, обуславливающая его целостную

реакцию на все изменения во внешней и внутренней среде и упорядочивающая все физиологические отправления организма. Другим важный регулятором служит система эндокринных желез, выделяющая в кровь биологически активные вещества - гормоны, стимулирующие физиологические функции и химические процессы обмена веществ в тканях и органах. Наконец, сами химические процессы обмена веществ протекают так, что способны к саморегуляции.

Естественно, что все эти принципы регуляции распространяются и на мышечную систему, на те химические процессы, что происходят в работающих мышцах. Следовательно, биоэнергетическая регуляция в мышцах совершается тремя путями. Это химическая авторегуляция реакций в мышцах, эндокринная регуляция с помощью гормонов и нервная регуляция.

А что же происходит в мышце во время отдыха, когда работа ее заканчивается? Сразу же необходимо оговориться: отдых и покой - далеко не одно и тоже. Покой - состояние пассивное, а отдых активен. Во время отдыха восстанавливаются нормальные (дорабочие) биохимические соотношения в мышцах (и организме в целом), нарушенные мышечной деятельностью, и восполняется то, что было затрачено на эту деятельность.

В момент отдыха регенерируется КФ, гликоген, фосфолипиды, мышечные белки и, конечно, АТФ, в результате чего в мышце устанавливаются дорабочие соотношения ее химических ингредиентов.