2.2. Физиологические механизмы обеспечения мышечной деятельности

Дата: 2025-06-15; Просмотры: 1

Оценка:

0.00 из 5.00 — оценок

Скачиваний: 0

Скачать

2.2.1. Обмен углеводов при мышечной деятельности

Углеводы являются главным источником энергии в организме. Они делятся на простые (моно- и дисахарвды) и сложные (полисахариды). Простые углеводы - это глюкоза, свекловичный и молочный сахар и др., сложные - крахмал, гликоген, клетчатка. Моносахариды быстро всасыва­
ются из кишечника в кровь, а полисахариды всасываются лишь после рас­щепления до моносахаридов (глюкозы). В клетках глюкоза окисляется до воды и углекислого газа с освобождением энергии, которая используется в реакциях синтеза и в процессе мышечной деятельности. При окислении 1 г углеводов образуется примерно 4 ккал.

В печени и мышцах глюкоза превращается в г ликоген и там накап­ливается (депонируется). При физической работе эти запасы углеводов ин­тенсивно расходуются, однако полностью не исчерпываются. Уменьшение концентрации глюкозы в крови приводит к развитию утомления и невоз­можности продолжения работы.

Если в организм поступает недостаточное количество углеводов, то они могут синтезироваться из жиров и белков.

Регуляция углеводного обмена осуществляется нервной системой, в частности, ее вегетативным отделом. Парасимпатические нервы стимули­руют депонирование гликогена, а симпатические, наоборот, усиливают его выход из печени и расщепление. Нервная регуляция происходит либо не­посредственно, либо косвенно через железы внутренней секреции. При этом гормон инсулин обеспечивает депонирование углеводов, а адреналин способствует их мобилизации.

2.2.2. Обмен белков, жиров и воды при мышечной деятельности

Белки выполняют в организме пластическую функцию: построение и постоянное обновление различных клеток. Они входят в состав ферментов, многих гормонов, формеинных элементов и плазмы крови, сократитель­ных элементов мышц.

Белки состоят из аминокислот, которые подразделяются на незаме­нимые и заменимые. Незаменимые аминокислоты в организме не синте­зируются и могут быть получены только с пищей, а заменимые могут об­разовываться из других аминокислот. Белки, содержащие все незаменимые аминокислоты, называются полноценными, а в составе которых отсутст­вуют некоторые из них - неполноценными.

В организме животные и растительные белки перевариваются с об­разованием аминокислот, которые поступают в кровь и из которых затем в клетках образуется множество необходимых белков. У здорового взросло­го человека количество распавшихся белков равно количеству синтезиро­ванных. При тяжелых физических нагрузках может преобладать распад белков, т. е. наблюдаться отрицательный белковый баланс. В организме белки не депонируются. Одним из конечных продуктов окисления белков является мочевина, которая выводится с мочой.

Как энергетические вещества белки дают при окислении 1 г пример­но 4ккал.

Жиры служат важным источником энергии и составной частью кле­ток. Они выполняют теплозащитную функцию и предохраняют внутрен­ние органы от механических воздействий.

Жиры состоят из глицерина и жирных кислот, которые подразделя­ются на ненасыщенные и насыщенные. Ненасыщенные жирные кислоты (линолевая, линоленоая, арахидоновая) в организме не синтезируются и должны поступать с пищей.

В желудочно-кишечном тракте жиры распадаются на глицерин и жирные кислоты, которые затем всасываются и из которых в клетках син­тезируются специфичные для организма жиры. Возможен также синтез жиров из белков и углеводов. Излишки жиров могут депонироваться глав­ным образом в подкожной жировой клетчатке, сальнике, печени и других органах.

При окислении 1 г жиров образуется примерно 9 ккал, т. е. в 2,2 раза больше, чем у углеводов и белков. Однако в отличие от углеводов, кото­рые окисляются в начале напряженной мышечной работы, жиры активно используются как энергетический материал лишь через определенное вре­мя в связи с уменьшением запасов гликогена. Из этого следует, что для уменьшения жировой ткани необходимо использовать длительные физиче­ские упражнения (30 мин и более) относительно невысокой интенсивно­сти.

Человеческий организм на 60% состоит из воды. Она является ос­новной частью плазмы крови, межтканевой жидкости, лимфы. В жидкой среде протекают окислительно-восстановительные и другие реакции обме­на. Вода осуществляет транспортировку питательных веществ и некоторых газов, входит в состав пищеварительных соков, участвует в удалении из организма продуктов обмена и в процессах терморегуляции при потоотде­лении. Последнее особенно важно в случае интенсивной физической рабо­ты, когда температура тела повышается на 1 - 1,5°С.

Вода поступает в организм в "чистом виде” и с пищей, а удаляется с мочой, потом и выдыханием воздухом.

2.2.3. Анаэробный механизм энергообеспечения мышечной деятельности

Первичным источником энергии для сокращения мышц и протека­ния других биохимических процессов служит аденозинтрифосфорная кислота (АТФ), которая находится в клеточных структурах. При расщеп­лении одной грамм-молекулы АТФ на аденозиндифосфорную и фосфор­ную кислоты освобождается 10 ккал. Распад АТФ происходит при возбуж­дении мышечного волокна под действием нервных импульсов.

Запасы АТФ в мышцах незначительны и чтобы поддерживать актив­
ность мышц необходимо непрерывное пополнение (ресинтез) АТФ. Одним из способов ресинтеза АТФ является анаэробный (безучастия кислорода воздуха) механизм энергообеспечения.

Анаэробный ресинтез осуществляется, во-первых, за счет распада содержащегося в мышцах вещества - креатинфосфата, и, во-вторых, при расщеплении углеводов - запасов гликогена и поступающей с кровью глю­козы. Анаэробное расщепление углеводов называется гликолизом.

Энергообеспечение за счет креатинфосфата развертывается очень быстро, обеспечивает большую мощность работы, но длится всего не­сколько секунд, так как его запасы невелики. Гликолиз развертывается медленнее, в течение 2-3 мин интенсивной работы, обеспечивает бблыпую ее продолжительность, но из-за ограниченности запасов углеводов и нако­пления в крови недоокисленных продуктов распада (молочной кислоты) может осуществляться относительно недолго. Продукты распада окисля­ются в дальнейшем при достаточном поступлении кислорода после окон­чания работы или снижения ее интенсивности.

Таким образом, высокоинтенсивная мышечная деятельность прохо­дит при недостатке кислорода в течение ограниченного времени.

2.2.4. Аэробный механизм энергообеспечения мышечной деятельности

Аэробный механизм ресинтеза АТФ заключается в расщеплении уг­леводов с участием кислорода воздуха. Он более эффективен по сравне­нию с анаэробным, так как приводит к образованию большего числа моле­кул АТФ при окислении одного и того же количества углеводов. Кроме то­го, аэробному окислению могут подвергаться белки и жиры, причем по­следние, как правило, имеются в организме в необходимом количестве.

Время развертывания аэробного механизма энергообеспечения со­ставляет 3-4 мин, у тренированных людей несколько меньше. Питательные вещества и недоокисленные ранее продукты при достаточном поступлении кислорода распадаются до углекислого газа и воды.

Продолжительность работы в аэробном режиме ограничена в основ­ном запасами питательных веществ в организме и может достигать не­скольких часов, однако интенсивность ее относительно невысока. Отличи­тельная особенность аэробного механизма энергообеспечения заключается в том, что в доставке кислорода к мышцам участвуют дыхательная, сер­дечно-сосудистая системы и система крови, от состояния которых зависит интенсивность и длительность выполняемой работы. Показатели мышеч­ной деятельности зависят также от способности мышечных клеток исполь­зовать поступающий к ним кислород для образования АТФ.

В большинстве случаев двигательная деятельность требует быстрого

развертывания и протекает с меняющейся интенсивностью. При этом энер­гообеспечение не может осуществляться только за счет экономичного аэробного механизма. Отсюда следует, что даже при подготовке к дли­тельной работе невысокой и средней интенсивности надо уделять должное внимание совершенствованию анаэробного механизма энергообеспечения с использованием специальных методов тренировки.

2.2.5. Максимальное потребление кислорода, порог анаэробного обмена и кислородный долг при выполнении физических упражнений

Для оценки подготовленности человека к физической работе различ­ной интенсивности используется ряд физиологических показателей. К ним относятся: максимальное потребление кислорода (МПК), порог анаэроб­ного обмена (ПАНО), кислородный долг.

МПК - это наибольшее количество кислорода, которое может усво­ить организм в единицу времени в условиях, когда дальнейший рост ин­тенсивности нагрузки уже не вызывает его повышения. МПК является по­казателем аэробной производительности организма н связан с макси­мальным включением аэробного механизма энергообеспечения. МПК представляет собой не только показатель тренированности человека, но и характеризует состояние его здоровья в цепом. У незанимающихся спор­том МПК находится на уровне 2-3.5 л/мин. У спортсменов высокого клас­са, тренирующихся на выносливость, МПК достигает 6 л/мин и более. По­казано, что снижение МПК ведет к развитию различных заболеваний.

ПАНО - это уровень ЧСС, при котором организм переходит от аэробного к анаэробному механизму энергообеспечения. Чем выше ПАНО, тем в большей степени работа производится за счет предпочтительных аэробных реакций. У слабо подготовленных людей ПАНО может насту­пать уже при ЧСС 130-140 уд/мин, а у квалифицированных спортсменов, тренирующихся на выносливость - при 160-170 уд/мин. Средним считает­ся уровень 150 уд/мин.

Кислородный долг - это разница между количеством кислорода, не­обходимым для выполнения заданной работы и количеством кислорода, фактически использованным за это время. Максимальный кислородный долг отражает объем анаэробных процессов, которые могут быть развер­нуты в организме. У незанимающихся спортом он не превышает 5 л, а у спортсменов высокого класса, специализирующихся в видах спорта, тре­бующих скоростной выносливости, достигает 25 л. Кислородный долг ли­квидируется после окончания работы.

2.2.6. Физиологическая классификация упражнений по зонам

мощности

Выполнение различных по мощности (интенсивности) физических упражнений предъявляет особые требования к тем или иным физиологиче­ским системам организма, механизмам энергообеспечения и зависит от их совершенства. Установлены 5 зон мощности, которые обычно рассматри­ваются на примере циклических упражнений.

Как видно из табл. 1 зона малой мощности характеризуется незначи­тельной нагрузкой на организм и не обеспечивает тренировочный эффект. В связи с этим она может применяться в основном для активного отдыха или разминки. Зона умеренной мощности уже используется как трениро­
вочная, так как начиная с ЧСС 130-140 уд/мин интенсивно включаются аэробные процессы и происходит развитие общей выносливости. Граница между зонами умеренной и большой мощности примерно соответствует уровню ПАНО. Работа в зонах большой, субмаксимальной н максималь­ной мощности развивает соответственно общую и специальную выносли­вость, скоростные и силовые качества.

2.2.7. Утомление при физической работе. Стадии восстановления

Утомление - это функциональное состояние, временно возникаю­щее под влиянием продолжительной и интенсивной работы и приводящее к снижению ее эффективности. Утомление выражается в уменьшении силы мышц, ухудшении координации, возрастании затрат энергии на выполне­ние работы. Субъективно утомление ощущается в виде усталости.

Существуют следующие виды утомления: острое, проявляющееся в течение короткого времени, я хроническое, носящее длительный характер; общее, характеризующееся изменением функций всего организма, и ло­кальное, затрагивающее какую-либо группу мышц или орган; компенса­торное, когда нет выраженного снижения работоспособности из-за ис­пользования резервных возможностей организма (например, поддержание скорости бега за счет увеличения частоты шагов при вынужденном уменьшении их длины вследствие снижения силы отталкивания), и деком- пенсаторное, когда резервы организма исчерпаны и работоспособность снижается.

Восстановление - это процесс, происходящий в организме после прекращения работы и заключающийся в устранении продуктов распада, восполнении энергетических ресурсов и обновлении белковых структур. На рис. 3 представлена динамика восстановления работоспособности.

Исходный

уровень

Рис. 3. Стадии восстановления работоспособности

Как видно из рис. 3 восстановление протекает в три стадии:

• стадия относительной нормализации, при которой состояние организма возвращается к исходному уровню;

• стадия суперкомпенсации или сверхвосстановления, характери­зующаяся превышением исходного уровня;

• стадия возвращения к исходному уровню.

Стадия суперкомпенсации имеет особое значение, так как она сопро­вождается повышенной работоспособностью. Выполнение упражнений после отдыха именно в этой фазе позволяет с каждым разом увеличивать физическую работоспособность, т. е. суммировать воздействие упражне­ний (рис. 4). Этот эффект, возникающий после нескольких занятий, носит название отставленного эффекта, а после длительного периода занятий - суммарного или кумулятивного эффекта. Он собственно и составляет физиологическую основу спортивной тренировки.

Длительность стадий восстановления, а значит и перерыв между от­дельными упражнениями и занятиями, зависит от степени тренированно­сти организма и от характера выполняемой работы. Функции различных систем организма восстанавливаются неодновременно. Например, после длительной работы первыми возвращаются к исходным величинам показа­тели внешнего дыхания - частота и глубина; через несколько часов - ЧСС и артериальное давление; спустя сутки и более - показатели нервной сис­темы; через несколько суток - основной обмен (расход энергии на функ­ционирование организма в покое).

2.2.8. Изменения в организме при гипокинезии и гиподинамии

Недостаточная двигательная активность человека проявляется в виде гипокинезии и гиподинамии. Гипокинезия - это недостаток движений, а
гиподинамия - недостаток усилий. Оба эти явления неблагоприятны для организма. Страдают практически все органы и системы и, в первую оче­редь, мышечная система. Как показал эксперимент, проведенный амери­канскими врачами, у людей, ограниченных в движениях с сохранением нормального режима питания, через 40 дней началась атрофия (уменьше­ние объема) мышц, накопились жировые запасы и снизился основной об­мен.

Необходимо учитывать, что наиболее устойчивы к развитию гипо- динамических признаков мышцы, воспринимающие вес тела и его звеньев, т. е. мышцы спины и щей. В то же время мышцы живота атрофируются сравнительно быстро, что отрицательно сказывается на функционировании органов кровообращения, дыхания, пищеварения.

При гипокинезии и гиподинамии снижается сила сердечных сокра­щений, уменьшается количество циркулирующей крови и развиваются за­стойные явления в "депо крови" и капиллярах, становятся меньше емкость легких и общая интенсивность обменных процессов.

Кроме снижения функциональной активности органов и систем при гипокинезии и гиподинамии уменьшается устойчивость организма к не­благоприятным воздействиям внешней среды. Это относится к способно­сти переносить гипоксию, резкие перепады температуры и атмосферного давления. Наблюдения показали, что у менее физически активных людей проникающая радиация приводит к ббльшим изменениям состава крови. В опытах на животных доказано, что двигательная активность даже замедля­ет развитие злокачественных новообразований.

При гипокинезии и гиподинамии происходят Негативные изменения в деятельности высших отделов головного мозга, что приводит к повы­шенной утомляемости, нарушению сна и снижению умственной работо­способности.

2.2.9. Формирование двигательных навыков на основе рефлекторной природы двигательной деятельности

Двигательный навык, представляющий собой овладение двигатель­ным действием с достаточной степенью совершенства, формируется по­средством приспособления организма к изменениям внешней и внутренней среды. Такое приспособление происходит по механизму образования ус­ловных, т. е. приобретенных в процессе жизни рефлексов на базе безус­ловных, т. е. врожденных рефлексов. Физиологической основой образова­ния условных рефлексов служат временные связи, возникающие между нервными центрами. На практике этот процесс осуществляется при систе­матическом выполнении упражнений, включающих изучаемое двигатель­ное действие.

Различают три стадии формирования двигательного навыка: генера­лизации, концентрации и автоматизации. Стадия генерализации связа­на с распространением возбуждения по обширным зонам коры больших полушарий. Условнорефлехторные ответы возникают на условный и дру­гие близкие к нему раздражители, что выражается в вовлечении в двига­тельное действие как "нужных", так и "ненужных" мышц. Отдельные дви­жения объединяются в целостные двигательные действия. В стадии кон­центрации происходит сужение возбуждения корковых зон, образуются связи между представительствами условного и безусловного раздражений. Это приводит к устранению излишнего мышечного напряжения и улучше­нию координации. В стадии автоматизации навык стабилизируется, дости­гается высокая степень координации и автоматизации, т. е. выполнения действия без контроля внимания.

В процессе осуществления двигательных действий в центральную нервную систему непрерывно поступают сигналы от рецепторов анализа­торов и далее, по принципу обратной связи, рефлекторно направляются к мышцам. Таким образом происходит постоянная коррекция движения в соответствии со сформированной программой.

Овладение новыми, более сложными двигательными навыками все­гда происходит на фоне сложившихся ранее навыков.

2.2.10. Характеристика физиологических состояний организма при занятиях физическими упражнениями

Изменение функционального состояния организма имеет место не только во время выполнения физических упражнений, но еще до их нача­ла. В основном это характерно для соревновательных упражнений. Такая реакция представляет собой условный рефлекс на предстоящую работу. В результате возникают так называемые предстартовое и стартовое со­стояния.

Предстартовое состояние наступает за несколько часов, а иногда и суток до начала запланированной мышечной деятельности. Стартовое со­стояние является его продолжением и, как правило, сопровождается уси­лением предстартовых реакций. С физиологической точки зрения выделя­ют три разновидности предстартовых состояний: боевую готовность, предстартовую лихорадку и предстартовую апатию.

Боевая готовность представляет собой оптимальное предстартовое состояние. Она характеризуется повышенной возбудимостью нервно- мышечного аппарата, усилением деятельности дыхательной, сердечно­сосудистой и других систем.

Предстартовая лихорадка сопровождается резко выраженными про­цессами возбуждения. При этом ухудшается координация, происходят зна-

читальные и необоснованные сдвиги в работе внутренних органов.

Предстартовая апатия связана с преобладанием тормозных процес­сов. Она, как правило, возникает у людей, недостаточно подготовленных к предстоящей работе.

Предстартовые состояния могут регулироваться. Для этого служит разминка, внушение и самовнушение, массаж и другие приемы. Разминка должна способствовать успешному врабатыванию организма, т. е. посте­пенному повышению его работоспособности. При этом нужно учитывать, что различные системы организма настраиваются на необходимый рабо­чий уровень неодновременно (гетерохронно). Так, двигательный аппарат настраивается быстрее, чем внутренние органы и системы, обеспечиваю­щие его работу. В свою очередь, показатели активности отдельных функ­циональных систем возрастают также неравномерно. Например, ЧСС уве­личивается с первых секунд и приближается к максимальному значению где-то через минуту, а врабатывание дыхательной системы происходит в течение нескольких минут.

После врабатывания организм приходит в относительно устойчи­вое состояние, которое наступает при выполнении упражнений не менее 4-6 мин. Одним из признаков такого состояния служит стабилизация по­требления кислорода.

Глава 3 ЗДОРОВЫЙ ОБРАЗ ЖИЗНИ

Плодотворная работа, достижение высоких спортивных результатов, овладение жизненно необходимыми умения­ми и навыками, формирование гармоничного телосложе­ния, активный отдых — все это становится возможным, ес­ли человек обладает крепким здоровьем. Как сказал Артур Шопенгауэр, здоровье до того перевешивает все осталь­ные блага жизни, что, поисгине, здоровый нищий счастли­вее больного короля. Физическая культура решает задачу укрепления здоровья на основе оптимально организован­ной двигательной активности. Однако этим не исчерпыва­ется все многообразие воздействий на организм человека. Комплексным их изучением занимается валеология - нау­ка о формировании, укреплении и сохранении здоровья.