Физиологические свойства мышцы. Энергетика мышечного сокращения. Классификация мышц

1.

ФФВиС
Тема: «Физиологические свойства
мышцы. Энергетика мышечного
сокращения. Классификация мышц»

2.

Физиологические свойства мышц
Возбудимость мышечной ткани (-90 мВ) меньше возбудимости
нервной ткани (-70 мВ).
Проводимость мышечной ткани меньше проводимости нервной
ткани, в скелетной ткани (5-6 м/с), а в нервной - 13 м/с до 120м/с.
Рефрактерность мышечной ткани больше рефрактерности
нервной ткани. Для скелетной ткани она равняется 30-40 мс
(абсолютная примерно равна 5 мс, относительная - 30 мс).
Рефрактерность гладкомышечной ткани равна нескольким
секундам.
Лабильность мышечной ткани (200-250), ниже лабильности
нервной ткани.
Сократимость, выделяют изотоническое (изменение длины) и
изометрическое (изменение напряжения мышц) сокращение.
Изотоническое сокращение может быть: концентрическим (мышца
укорачивается), эксцентрическим (длина мышцы увеличивается).

3.

Свойства мышечной ткани
1. Возбудимость - свойство мышечной ткани отвечать на
действие раздражителя специфическим изменением
проницаемости мембраны, возникновением разности
потенциалов и электродвижущей силы (ЭДС).

4.

5.

Непосредственной причиной существования МПП является
неодинаковая концентрация ионов K+, Na+, Cl- внутри и вне
клетки, т.е. наличие концентрационных и электрических
градиентов, а также различной проницаемостью мембраны для
этих ионов
+
Механизмы формирования
градиентов:
1) пассивный транспорт – простая
диффузия ионов через мембрану
клетки,
2) активный транспорт –
специализированные транспортные
системы клетки, использующие
энергию АТФ для перемещения частиц
против градиента концентрации
−
−
+
−
+ −
+
+
−
−
+
+ −

6.

внеклеточное пространство
Na+
+
К+
Na+
Na+
Na+
К+
––
+
К+ ––
Na+
Na+
К+
+
––
+
К+
+
+
––
––
Na+
Na+
К+
+
Na+
К+
––
+
Na+
К+
+
–– К+
+
+
––
цитоплазма
+
––
К+
––

7.

Выводы:
В покое мембрана практически непроницаема для ионов
Na+ и Cl-, поэтому ионы К+ вносят основной вклад в
формирование МПП.
Ионы К+ устремляются из клетки во внеклеточную
жидкость через каналы утечки согласно градиента
концентрации.
Большие органические анионы не способны проникать
через мембрану, поэтому не могут сопровождать ионы К+.
Они создают отрицательный заряд внутри клетки.
Положительно заряженные ионы К+, покидающие клетку,
создают дополнительную электроотрицательность внутри
клетки.
Na+/K+ помпа восстанавливает ионные градиенты по обе
стороны мембраны, обеспечивая непрерывность движения
ионов через клеточную мембрану.

8.

ПОТЕНЦИАЛ ДЕЙСТВИЯ (ПД)
ПД - называют быстрое колебание МП, возникающее при возбуждении нервных,
мышечных и некоторых других клеток.
В основе формирования ПД лежат изменения ионной проницаемости мембраны.
Любой раздражитель, действующий на мембрану клетки вызывает активацию
ионных каналов для Na+ и поток его в клетку.
Амплитуда и характер временных изменений потенциала действия мало зависят от
силы вызывающего его раздражителя, важно лишь, чтобы эта сила была не меньше
некоторой критической величины, которая называется порогом раздражения.
Возникнув в месте раздражения, потенциал действия распространяется вдоль
нервного или мышечного волокна, не изменяя своей амплитуды.
Наличие порога и независимость амплитуды потенциала действия от силы
вызвавшего его стимула получили название закона «все или ничего».
В естественных условиях потенциалы действия генерируются в нервных волокнах
при раздражении рецепторов или возбуждении нервных клеток.

9.

График ПД
Фазы ПД
1 – местная деполяризация
(локальный ответ)
2 – распространяющаяся
деполяризация, восходящая
часть «спайк»-потенциала
3 – овершут (инверсия)
4 – реполяризация
(нисходящая часть «спайк»потенциала)
5 – следовая деполяризация
(следовой отрицательный
потенциал)
МПП
6 – следовая гиперполяризация
(следовой положительный
потенциал)

10.

Таким образом выделяют следующие фазы ПД:
1. фаза деполяризации (МП от -70 до +30 мВ)
2. фаза реполяризации (от +30 до -70 мВ), которая делится на стадии:
- пиковой реполяризации (МП меняется от +30 до -50мВ)
- следовой деполяризации (МП меняется от -50 до -70 мВ)
- следовой гиперполяризации (МП меняется от -70 до -100мВ)

11.

Механизм ПД

12.

МЕХАНИЗМЫ ИЗМЕНЕНИЯ ИОННОЙ ПРОВОДИМОСТИ
ВО ВРЕМЯ ГЕНЕРАЦИИ ПОТЕНЦИАЛА ДЕЙСТВИЯ
Фазы ПД связаны с повышением натриевой проницаемости. Процесс ПД
развивается следующим образом:
При достижении мембраной значения -50мВ- критический уровень
деполяризации (КУД) открываются все натриевые каналы и
Na+
лавинообразно поступает в клетку (фаза деполяризация)
● При
достижении мембраной +30 мВ ток Na+ прекращается, так как
концентрация Na+внутри и снаружи равняется. Включаются ионные
насосы, которые начинают выкачивать Na+ (фаза реполяризация)
● Но ионный насос характеризуется инертностью и не выключается при
достижении -70мВ, что приводит к нарастанию отрицательного заряда на
мембране МП=-90 мВ (гиперполяризация)

13.

РОЛЬ НАТРИЕВОГО НАСОСА МЕМБРАНЫ в ПОДДЕРЖАНИИ
МПП
В клеточной мембране существует особое молекулярное устройство — «натриевый насос»,
он обеспечивает выведение («выкачивание») из цитоплазмы Na+ и введение («нагнетание»)
в цитоплазму К+. Как только МП достигает уровня +30мВ (равновесный натриевый
потенциал) активируется ионный насос, который начинает активно выкачивать Na+
Натриевый насос представлен белковыми молекулами, получившими условное название «Х» и «У». Х
обладает высокой степенью химического сродства с Na+, соединяется с ним, протаскивает через мембрану во
внешнюю среду. Под действием ферментов Х преобразуется в У. У обладает высокой степенью сродства с К+,
соединяясь с ним протаскивает через мембрану, возвращая в клетку. Под действием энергии расщепления АТФ У
превращается в Х.
Межклеточное
Непосредственным источником энергии для этой работы является
вещество
богатое энергией (макроэргическое) соединение — АТФ),
являющаяся универсальным источником энергии живых клеток.
Расщепление АТФ производится макромолекулами белка — ферментом
аденозинтрифосфатазой (АТФ-азой), локализованной в поверхностной
мембране клетки.
Энергия, выделяющаяся при расщеплении одной молекулы АТФ,
обеспечивает выведение из клетки трех ионов Na+ взамен на два иона
К+, поступающих в клетку снаружи.
Цитоплазма

14.

Схема химического синапса
Терминаль
аксона
Митохондрии
Синаптическая
бляшка
Везикулы
Шипик
дендрита

15.

Цепочка событий, происходящих в
возбуждающем химическом синапсе
1. Н.И. или П.Д. «захватывает» пресинаптическую мембрану
2. Что вызывает активацию электровозбудимых Са2+ каналов и вхождению Са2+
внутрь пресинапса.
3. Са2+ вызывает активацию и «сжатие» белковых нитей и движение визикул с
медиатором к пресинапической мебране
4. Из синаптической бляшки выделяется медиатор
5. Медиатор диффундирует по направлению к постсинаптической мембране
6. Медиатор взаимодействует с белком – рецептором мембраны
7. Открываются ионные каналы для натрия, возникает деполяризация и вновь
появляется Н.И.=П.Д.
8.
Распространение Н.И. по нейрону.
9.
После взаимодействия медиатора с рецептором, активируются ферменты
постсинаптического отдела, которые расщепляют медиатор. Постсинапс
переходит в невозбужденное состояние.

16.

Проводимость
2. Проводимость – возбуждение распространяется по
всему мышечному волокну и не переходит на рядом
лежащие, т. к. сарколемма служит изолятором.
К
проводящей системе мышечного волокна
относится:
• поверхностная плазматическая мембрана
• система поперечных трубочек –
(Т-система)
• система продольных трубочек
саркоплазматического ретикулума

17.

• Поверхностная плазматическая мембрана- внутренний слой мембраны,
покрывающий мышечное волокно. Она обладает электрогенными свойствами
на всем протяжении. Возбуждение проходит как по безмиелиновому волокну.
• Саркоплазматический ретикулум - замкнутые цистерны с Са2+ (в связанном,
ионизированном виде - 50 %, в виде органических соединений - 50 %).
• Т-система- это система поперечных трубочек, представляет собой
выпячивание поверхностной плазматической мембраны вглубь мышечных
волокон. Они проходят между миофибриллами на уровне Z-мембраны.

18.

Схема электромеханического сопряжения

19.

3. Сократимость – основная функция мышечной ткани.
При этом она укорачивается, утолщается, изменяя свои
линейные размеры.
• изотоническое сокращение – без изменения тонуса;
• изометрическое сокращение – без изменения линейных
размеров мышцы;
• ауксотоническое сокращение – смешенное сокращение при
котором изменяется и длинна и тонус мышц.

20.

Виды сокращения мышц
1. Одиночное сокращение – возникает как ответ на
одиночное кратковременное действие раздражителя.
2. Тоническое сокращение - это сильное длительное
сокращение мышцы при действии раздражителя высокой
частоты:
• зубчатый тетанус – возникает при частоте подачи
раздражителя 5-15 Гц в секунду.
• гладкий тетанус – возникает при частоте подачи
раздражителя более 20 Гц в секунду.

21.

Виды сокращения мышечной ткани
1. Одиночное сокращение.
1. Зубчатый тетанус.
1. Гладкий тетанус.

22.

4. Рефрактерность- невозбудимость мышечного
волокна в процессе развития ПД

23.

4. Изменение возбудимости
возбуждения
в процессе
ФАЗЫ ВОЗБУДИМОСТИ
1 – супернормальная
возбудимость,
2 – абсолютная
рефрактерность,
3 – относительная
рефрактерность,
4 – супернормальная
возбудимость,
5 – субнормальная
возбудимость

24.

ИЗМЕНЕНИЯ ВОЗБУДИМОСТИ ПРИ ВОЗБУЖДЕНИИ
Используя тестирующие стимулы в различные фазы
развития ПД, можно проследить временной ход
изменений возбудимости, сопровождающих
возбуждение.
На рис. видно:
1) во время развития ЛО возбудимость повышается
(МП приближается к КУД);
2) во время пика ПД мембрана утрачивает
возбудимость, которая постепенно восстанавливается
после окончания пика. Это период полной
невозбудимости или «абсолютной
рефрактерности». Она обусловлена практически
полной инактивацией натриевых каналов и
повышением калиевой проводимости.
3) реполяризация мембраны ведет к реактивации натриевых каналов и снижению калиевой
проводимости. Это период так называемой относительной рефрактерности (5-10 мс). В данную
фазу возбудимость постепенно возрастает.
4) при наличии следовой деполяризации фаза относительной рефрактерности сменяется фазой
повышенной возбудимости («супернормальности»). В этот период МП ближе к КУД, чем в состоянии
покоя ( до 30 мс).
5) следовая гиперполяризация сопровождается снижением возбудимости, т.к. МП удаляется от КУД.

25.

Рефрактерность –
Снижение способности клетки отвечать на раздражение в результате временной
инактивации натриевых каналов
Абсолютная
рефрактерность –
генерация ПД
невозможна
Относительная
рефрактерность –
генерация ПД возможна
при увеличении
интенсивности
раздражителя, т.к.
некоторая часть
каналов для Na+ еще
инактивирована

26.

Биоэнергетика физических
упражнений
• Сокращение мышцы обеспечивается энергией, которая выделяется
при
расщеплении
АДЕНОЗИНТРИФОСФАТА
(АТФ).
АТФ
универсальный аккумулятор энергии в живых организмах.
• Во время физической работы потребление энергии может
увеличиваться с 1,2 ккал/мин до 18-30 ккал/мин, т.е. в 25 раз.
Для ресинтеза АТФ в организме происходят энергетические процессы, в
которых участвуют различные энергетические субстраты.
Имеющихся молекул АТФ хватает на 1-2 сокращения
Подсчитано, что если бы в организме содержалось количество АТФ,
достаточное для использования в течение 1 дня, то вес человека,
даже при сидячем образе жизни, был бы на 75% больше.

27.

Биоэнергетика мышечной деятельности
АТФ – универсальная
энергетическая валюта клеток
!!! Мышцы в состоянии покоя у
взрослого человека потребляют
около 10% от всего кислорода,
поступающего в организм (при
интенсивной работе – до 60%)
(в мышцах в покое концентрация 5ммоль/л,
время жизни – 1-2 с)
Ресинтез АТФ (образование АТФ в мышечных
клетках во время физической работы)
2 пути синтеза АТФ (аэробный и
анаэробный ((креатинфосфатный,
гликолитический, миокиназный)
27

28.

Пути ресинтеза АТФ в мышцах

29.

Энергообеспечение
мышечной деятельности
источники энергии для восстановления АТФ:
Анаэробные реакции
- без использования кислорода
(креатин-фосфокиназная
реакция и гликолиз,
миокиназная)
Аэробные реакции – с участием
кислорода) (окислительное
фосфорилирование)
- окислительные превращения
углеводов и жиров, в клетках
(иногда и белков), связанные с
использованием кислорода.

30.

Для ресинтеза АТФ
3 энергетические системы:
Анаэробный путь (без О2) – две
системы:
Аэробный путь (+О2) –
- окислительная система
1) фосфагенная система:
КрФ+АДФ=АТФ+Кр
Энергомощность – максимальное
2) гликолитическая система:
расщепление углеводов
(гликогенолиз и гликолиз)
количество АТФ образующейся
в единицу времени
(ограничивает предельную
интенсивность работы).
Энергоемкость – максимальное количество
АТФ, которое может ресинтезироваться
(определяет максимальный объем работы)

31.

Креатинкиназный (алактатный путь) ресинтеза АТФ
• Кф – макроэргическое вещество, которое при исчерпании запасов АТФ отдает фосфорильную группу на АДФ.
• Концентрация в мышце в покое - 15-20 ммоль /кг.
Скорость расщепления креатинфосфата в работающей мышце прямо пропорциональна интенсивности
выполняемой работы и величине мышечного напряжения.
Креатинфосфатная реакция служит для предотвращения быстрого истощения запаса АТФ, причем за 1 минуту
интенсивной мышечной работы расходуется 70% креатинфосфата.
После того, как запасы креатинфосфата в мышцах будут исчерпаны примерно на одну треть, скорость
креатинкиназной реакции снижается и включаются другие процессы ресинтеза АТФ.
Играет основную роль в энергообеспечении кратковременных упражнений максимальной мощности:
спринт, прыжки, метание и т.п.
Составляет биохимическую основу локальной мышечной выносливости!

32.

Анаэробный путь ресинтеза АТФ:
фосфагенная система
КрФ+АДФ=АТФ+Кр
• обеспечивает работу максимальной мощности
не более 5 сек (взрывные мышечные усилия,
спринтерский бег).
• используется с начала мышечного сокращения,
• обеспечивает быстрое восстановление АТФ,
обладает наибольшей энергомощностью и
наименьшей энергоемкостью

33.

Алактатная (креатинфосфатная) работоспособность
Зависит от:
• содержания в мышцах креатинфосфата;
• активности фермента креатинкиназы, который отвечает за синтез
креатинфосфата и других ферментов, участвующих в мышечной деятельности.
• количества миофибрилл и развития саркоплазматической сети.
• количество нервно-мышечных синапсов, обеспечивающих передачу нервных
импульсов от нервов к мышцам.
• содержания в мышцах белка коллагена, участвующего в мышечном
расслаблении.
Особенно быстро развиваются возможности
креатинфосфатного пути ресинтеза АТФ в 15 - 17
лет и достигают наибольшего развития к 19 - 20
годам. Сохраняется высокая алактатная
работоспособность до 30-летнего возраста, после
чего наблюдается снижение.

34.

Способы повышения алактатной работоспособности
1. Кратковременные (не более 10 с) упражнения, выполняемые с
предельной мощностью (например, бег на 50-60 м, прыжки, заплыв на 1015 м, упражнения на тренажерах, подъем штанги и т. п.).
2. Интервальный метод тренировки, состоящей из серий таких
упражнений. Спортсмену предлагается серия из 4-5 упражнений
максимальной мощности продолжительностью 8-10 с. Отдых между
упражнениями в каждой серии равен 20-30 с. Продолжительность отдыха
между
сериями
составляет
5-6
мин.
34

35.

Гликолитический (лактатный) путь ресинтеза АТФ
• Энергетический эффект – 2 молекулы АТФ
• Источником глюкозы служит запасенный в
мышцах гликоген.
• Конечный продукт – молочная кислота
(лактат).
• Гликолиз способен быстро поставлять
энергию.
• Лактат накапливается в мышцах и вызывает
понижение рН внутриклеточной среды, что
вызывает активацию ферментов дыхательной
цепи митохондрий и угнетение миозиновой
АТФ-азы.
Используется в энергообеспечении
упражнений, продолжительность которых от
30 до 150 с: бег на средние дистанции,
плавание на 100 и 200 м, велосипедные гонки
на треке и др.
• За счет гликолиза совершаются длительные
ускорения по ходу упражнения и на финише
дистанции (основа скоростной

36.

Анаэробный путь ресинтеза АТФ:
гликолитическая система
расщепление углеводов (гликогенолиз и гликолиз)
• обеспечивает работу большой мощности от 20 сек до 1-2 мин (бег
200-800 м),
• включается при недостаточном снабжении работающих мышц
кислородом,
• обеспечивает ресинтез АТФ в начале любой работы,
• выделившаяся энергия идет на восстановление АТФ (1 мол.
глюкозы – 2 мол. АТФ),
• рост концентрации лактата -> снижение активности ферментов ->
энергоемкость ограничивается концентрацией лактата.
Энергомощность – в 1,5 раза выше окислительной и в 3 раза ниже
фосфагенной.
Энергоемкость – ниже окислительной и в 2,5 раза выше
фосфагенной.

37.

Лактатная работоспособность
Зависит от тех же факторов, что и алактатная работоспособность, однако их влияние
менее выражено, так как за счет лактатного компонента выполняется работа с меньшей
силой и скоростью по сравнению с алактатными нагрузками.
Зависит также от:
• компенсаторных возможностей организма, обеспечивающих устойчивость к
возрастанию кислотности.
• от фермента лактатдегидрогеназы.
Лактатдегидрогеназа является причиной высокой работоспособности скелетных мышц с
большим содержанием быстрых волокон.
Начиная с 15 - 16 лет возможности лактатного пути
ресинтеза АТФ увеличиваются пропорционально
нарастанию веса тела, и наибольшая лактатная
работоспособность отмечается в 20 - 22 года.

38.

Молочная кислота легко проходит через клеточные мембраны
• Na2CO3 + CH3CHОНCOOH = CH3CHOHCOONa + H2O + CO2
• Это приводит к выделению CO2 , что вместе с H+ активируют дыхательный
центр, резко усиливается вентиляция и поставка О2 к работающим мышцам.
• Накопление «кислых» продуктов в мышцах происходит, когда интенсивность
упражнения составляет 50% от максимальной аэробной мощности, этот
уровень нагрузки – «порог анаэробного обмена». Чем раньше он достигнут,
тем быстрее развивается утомление.
ПАНО
У нетренированных людей – 40-50% от МПК
У тренированных – до 70% от МПК

39.

Способы повышения лактатной работоспособности
1. Тренировка должна приводить к резкому снижению содержания гликогена в мышцах с
последующей его суперкомпенсацией.
2. Во время тренировки в мышцах и в крови должна накапливаться молочная кислота для
последующего развития резистентности к ней организма.
Основные методы – повторная и интервальная работа.
Таким условиям соответствует выполнение предельных нагрузок продолжительностью в
несколько минут. В случае интервальной тренировки можно использовать серии из 4-5 таких
упражнений. Отдых между упражнениями внутри серии - несколько минут.

40.

Миокиназная реакция
• АДФ + АДФ = АТФ + АМФ
• При значительном увеличении концентрации АДФ в саркоплазме
происходит миокиназная реакция, представляющая собой образование
одной молекулы АТФ и одной молекулы АМФ из двух молекул АДФ под
действием фермента миоаденилаткиназы.
• Условия для инициации миокиназной реакции возникают при выраженном
мышечном утомлении, поэтому ее следует рассматривать как своего рода
«аварийный механизм».
• Эта реакция мало эффективна, так как из двух молекул АДФ образуется
только одна молекула АТФ.
• Увеличение концентрации АМФ вследствие миокиназной реакции
приводит к активации ферментов гликолиза и к повышению ресинтеза АТФ.

41.

Аэробный путь ресинтеза АТФ
(клеточное дыхание)
• Окисление глюкозы до СО2 и Н2О.
• Выход АТФ – 38 моль.
• Эффективность образования АТФ в
процессе окислительного
фосфорилирования зависит от
снабжения мышцы кислородом.
• Для образования 1 моль АТФ
требуется 3,45 л кислорода. Такое
количество кислорода потребляется
в покое за 10-15 минут, а при
интенсивной мышечной
деятельности — за 1 минуту. В
результате возникает кислородная
задолженность, количество
кислорода, которое требовалось, но
не было получено организмом
извне, за счет дыхания.
• Аэробный путь служит источником энергии при
длительных нагрузках при достаточном количестве
дыхательного субстрата.
• Те виды спорта, в которых главное – выносливость,
например марафон, бег трусцой или лыжные гонки по
пересеченной местности, зависят почти целиком от
аэробного ресинтеза АТФ.
41

42.

43.

44.

Аэробный путь ресинтеза АТФ:
Окислительная система
- при продолжительной малоинтенсивной работе:
ресинтез АТФ за счет окислительного фосфорилирования
(окисление углеводов или жиров)
1 молекула глюкозы = 38 молекул АТФ.
Обеспечивает работу в течение длительного времени (от 3-5 мин до
нескольких часов).
Чем больше мощность работы, тем выше энергетический вклад
окисляемых углеводов и меньше вклад окисляемых жиров в общую
энергопродукцию сокращающихся мышц.
• При работе большой мощности окисляются, в основном, углеводы.
• При малоинтенсивной работе окисляются, в основном, жиры.
• При окислении одинакового количества У и Ж – жиры обеспечивают
большую энергопродукцию.
Наиболее энергоемкая энергетическая система

45.

Аэробная работоспособность
Зависит от:
• количества митохондрий в мышечных клетках и содержание в них миоглобина;
• функционального состояния вегетативных и регуляторных систем организма;
• запасов внемышечных источников энергии;
• состояния печени как поставщика в мышцы внемышечных источников энергии;
• состояния кардиорспираторной системы;
количества кислорода и эффективности его использования;
• активности окислительных ферментов;
• целостности мембран митохондрий;
концентрации гормонов, особенно гормонов надпочечников, ионов кальция и
других регуляторов.
С 9 - 10- летнего возраста наблюдается интенсивное развитие
аэробного пути ресинтеза АТФ, его возможности
увеличиваются пропорционально массе тела. Наибольшее
развитие аэробной работоспособности отмечается только к
20 - 25 годам - в период физиологической зрелости
организма. За счет регулярных тренировок высокий уровень
аэробной работоспособности можно сохранить до 40 - 45 лет.

46.

Способы повышения аэробной работоспособности
улучшение работы кардиореспираторной
системы
повторная и интервальная тренировки, а также
непрерывная длительная работа равномерной и
переменной мощности.
миоглобиновая интервальная
тренировка (короткие (не более 5 - 10
сек.) нагрузки средней интенсивности,
чередуемые с такими же короткими
промежутками отдыха.
использование неспецифических нагрузок типа
подвижных игр
циркуляторная интервальная тренировка
(«интервальная тренировка по Фрайбургскому
правилу»). Этот метод заключается в чередовании
кратковременных упражнений небольшой
интенсивности и длительностью от 30 до 90 с с
интервалами отдыха такой же продолжительности.

47.

Ресинтез АТФ идет за счет анаэробных и аэробных процессов,
соотношение которых зависит от интенсивности и
продолжительности работы
• Анаэробные (при выполнении
кратковременных упражнений высокой
интенсивности):
• Креатинфосфокиназная реакция
• (фосфагенный, или алактатный процесс)
• Гликолиз (лактацидный анаэробный процесс)
• Ресинтез АТФ в аэробном процессе (при
длительной работе умеренной
интенсивности)

48.

Сравнительная характеристика путей ресинтеза
АТФ
Показатели
Аэробный путь
Креатинфосфатный путь Гликолитический путь
Макс.мощность
350-450 кал/мин*кг
мыш.ткани
(физ.нагрузки умеренной
мощности)
900-1000 кал/мин*кг
мыш.ткани
750 – 850 кал/мин-кг мыш.ткани
Время развертывания
3-4 мин (у хор.тренир. 1
мин)
1-2 сек
20-30 сек
Время сохранения
макс.мощности
Десятки минут
8-10 сек
2-3 мин
Метаболич.ёмкость
38 молекул АТФ
1 молекула
2 молекулы
Преимущества
Экономичность,
Очень малое время
универсальность в
развертывания, высокая
использовании субстратов, мощность
большая
продолжительность
работы
Быстрее выходит на максимальную
мощность, имеет более высокую
величину максимальной мощности,
не требует участия митохондрий и
кислорода
Недостатки
Обязательное потребление Короткое время
кислорода, наличие
функционирования
неповрежденной
мембраны, большое время
развертывания, небольшая
макс.мощность
процесс малоэкономичен,
накопление молочной кислоты в
мышцах существенно нарушает их
нормальное функционирование и
способствует утомлению мышцы.

49.

Утомление мышц и изменения в организме при мышечном
утомлении
В прошлом веке, на основании опытов с
изолированными мышцами, было предложено 3 теории
мышечного утомления.
1.Теория Шиффа: утомление является следствием
истощения энергетических запасов в мышце.
2.Теория Пфлюгера: утомление обусловлено накоплением
в мышце продуктов обмена.
3.Теория Ферворна: утомление объясняется недостатком
кислорода в мышце.

50.

Утомление мышц и изменения в организме при мышечном
утомлении
Действительно эти факторы способствуют утомлению в
экспериментах на изолированных мышцах. В них нарушается ресинтез
АТФ, накапливается молочная и пировиноградная кислоты,
недостаточно содержание кислорода. Однако в организме, интенсивно
работающие мышцы, получают необходимый кислород, питательные
вещества, освобождаются от метаболитов за счет усиления общего и
регионального кровообращения.

51.

Утомление мышц и изменения в организме при мышечном
утомлении
Однако главная роль в утомлении двигательного аппарата
принадлежит моторным центрам ЦНС. В прошлом веке
И.М.Сеченов установил, что если наступает утомление
мышц
одной
руки,
то
их
работоспособность
восстанавливается быстрее при работе другой рукой или
ногами. Он считал, что это связано с переключением
процессов возбуждения с одних двигательных центров на
другие. Отдых с включением других мышечных групп он
назвал активным. В настоящее время установлено, что
двигательное
утомление
связано
с
торможением
соответствующих
нервных
центров,
в результате
метаболических процессов в нейронах, ухудшением синтеза
нейромедиаторов, и угнетением синаптической передачи.

52.

Двигательная (нейромоторная)
единица
• структурно-функциональная единица мышцы
• мотонейрон вместе с группой иннервируемых
им мышечных волокон
Мышца иннервируется несколькими
мотонейронами.
Одно мышечное волокно получает иннервацию
из различных мотонейронов.

53.

Строение двигательной единицы
Спинной
мозг
Мотонейроны
Двигательные
единицы
Мышечные
волокна
Мышца

54.

Композиция мышц

55.

Три типа двигательных единиц (ДЕ) мышечных
волокон
1-го (S) типа (50,4%) – медленные (окислительные) - это
выносливые неутомляемые и легко возбудимые волокна,
с богатым кровоснабжением, большим числом
митохондрий, запасом миоглобина.
Высокая активность окислительных ферментов.
Характерны окислительные процессы
энергообразования – аэробные – окислительное фосфорилирование.
Легко включаются в работу
при мельчайших напряжениях мышц.
Выносливы, но не обладают достаточной силой.
Аэробная энергоемкость – высокая, анаэробная - низкая.
Используются при поддержании
ненагрузочной работы
(сохранение силы).
Обеспечивают выносливость мышц.

56.

Три типа двигательных единиц (ДЕ) мышечных
волокон
2-го А-типа -(18,5%)
промежуточные:
(окислительно
-гликолитические
(окислительное
фосфорилирование
и гликолиз).
Аэробная и анаэробная
энергоемкость – средняя
Обеспечивают
скоростно-силовые
возможности
2-го Б-типа -(31,1%)
– быстрые
быстро утомляемые
высокая сила сокращения
мало капилляров
(гликолитические)
Низкая аэробная емкость
и высокая анаэробная
Обеспечивают
быстрые мышечные
сокращения

57.

Число мышечных волокон, входящих в
одну ДЕ различно:
• В мелких мышцах, реализующих
плавные и точные движения – их
меньше (в глазных мышцах 1 ДЕ
содержит 13-20 волокон).
• В крупных, не требующих точного
контроля - их больше (ДЕ внутренней
головки икроножной мышцы – 15002500 волокон).

58.

Соотношение быстрых и медленных ДЕ в
различных мышцах различно:
• Чем больше длительность
двигательной активности, тем больше
медленных ДЕ (в камбаловидной
мышце – много, в круговой мышце
глаза – мало.
• У лыжников и бегунов стайеров в
икроножной мышце – много
медленных ДЕ, у спринтеров – много
быстрых ДЕ.

59.

Соотношение быстрых и медленных ДЕ в
различных мышцах различно:
Это определяет функциональные свойства мышцы:
чем больше быстрых ДЕ
– тем больше сила и скорость сокращения,
- тем больше мышца приспособлена к кратковременной работе
высокой мощности.
чем больше медленных ДЕ
– тем больше выносливость,
- тем больше мышца приспособлена к длительной малоинтенсивной
работе.
- При работе большой мощности содержание гликогена снижается
сначала в быстрых, затем в медленных волокнах.
- При малоинтенсивной работе содержание гликогена снижается сначала
в медленных, затем в быстрых волокнах.

60.

Скелетные мышцы в зависимости от уровня
миоглобина делятся на:
Красные
– мышцы
окислительного
типа:
Белые
- мышцы
гликолитического
типа:
• Высокий уровень
миоглобина
• Мало миоглобина
• Много капилляров
• Служат для срочной
силовой нагрузки
• Долго работают
без утомления
• Быстро утомляются

61.

Двигательные единицы
активируются по-разному:
• При длительных
физических
нагрузках
вовлекаются попеременно.
• При больших
кратковременных
напряжениях
включаются
синхронно.
• При небольшой интенсивности работы – медленные ДЕ
(высоковозбудимые и менее мощные).
• С повышением мощности – промежуточные ДЕ,
• Затем - быстрые ДЕ ( маловозбудимые мощные).

62.

Работа, сила и утомление мышц
Работа – это произведение величины поднятого груза
на высоту его поднятия.
A=P*h
Динамическая работа - при которой происходит
перемещение груза и движение костей в суставах.
Статическая работа – происходит при
изометрическом сокращении мышц. В этом случае
внешняя работа не совершается.

63.

64.

Энергетическая
стоимость
служит
важнейшей
характеристикой
упражнения. Для определения энергетической стоимости физического
упражнения, используют два показателя: энергетическую мощность и
валовый (общий) энергетический расход.
Энергетическая мощность - это количество энергии, расходуемое в среднем
за единицу времени при выполнении данного упражнения. Она измеряется
обычно в физических единицах: ваттах, ккал/мин, килоджоулях в минуту, а
также в "физиологических": скорости потребления О2 (мл О2/мин) или в
МЕТ'ах (метаболический эквивалент, т. е. количество О2) потребляемого в 1
мин - на 1 кг веса тела в условиях полного покоя лежа. 1 МЕТ равен 3,5 мл
О2/кг мин).
Валовый (общий) энергетический расход - это количество энергии,
расходуемой во время выполнения всего упражнения в целом. Валовый
энергетический расход (общая энергетическая стоимость упражнения) может
быть определен как произведение средней энергетической мощности на время
выполнения упражнения.

65.

Кислородный запрос (О2-запрос) – количество кислорода, необходимое
организму для полного удовлетворения энергетических потребностей,
возникающих в работе за счёт окислительных процессов.
Кислородный приход (О2-приход) – количество кислорода, используемое
для аэробного ресинтеза АТФ во время выполнения работы. Кислородный
приход ограничивается МПК и скоростью развёртывания аэробных
процессов энергообеспечения.
Таким образом, при работе большой мощности кислородный запрос может
превышать кислородный приход. В этом случае кислородный дефицит
(О2-дефицит) – разность между кислородным запросом и кислородным
приходом сохраняется в течение всей работы и приводит к значительному
кислородному долгу.
В условиях кислородного дефицита активизируются анаэробные реакции
ресинтеза АТФ, что приводит к накоплению в организме продуктов
анаэробного распада, прежде всего – лактата.
Кислородный долг (О2-долг) – объём кислорода, необходимого для
окисления продуктов обмена веществ, накопившихся в организме во время
напряжённой мышечной работы при недостаточном аэробном
энергообеспечении, а, также для восполнения резервного кислорода,
израсходованного в процессе физической нагрузки.

66.

67.

Изменение мышц под влиянием физической нагрузки
Изменения в строении мышц можно определить методом биопсии
(взятия особым способом кусочков мышц) в процессе тренировки.
Нагрузки преимущественно статистического характера
ведут к значительному увеличению объема и веса мышц.
Увеличивается поверхность их прикрепления на костях,
укорачивается мышечная часть и удлиняется сухожильная.
Происходит перестройка в расположении мышечных волокон в
сторону более перистого строения. Количество плотной
соединительной ткани в мышцах между мышечными пунктами
увеличивается, что создает дополнительную опору. Кроме того,
соединительная ткань по своим физическим качествам
значительно противостоит растягиванию, уменьшая мышечное
напряжение. Усиливается трофический аппарат мышечного
волокна: ядра, саркоплазма, митохондрии. Миофибриллы
(сократительный аппарат) в мышечном волокне располагаются
рыхло, длительное сокращение мышечных пучков затрудняет
внутриорганное
кровообращение,
усиленно
развивается
капиллярная сеть, она становится узкопетлистой, с неодинаковым
просветом.

68.

Изменение мышц под влиянием физической нагрузки
При
нагрузках
преимущественно
динамического характера вес и объем мышц также
увеличиваются, но в меньшей степени. Происходит
удлинение мышечной части и укорочение
сухожильной. Мышечные волокна располагаются
более параллельно, по типу веретенообразных.
Количество
миофибрилл
увеличивается,
а
саркоплазмы становится меньше.
Количество нервных волокон в мышцах,
выполняющих преимущественно динамическую
функцию, в 4-5 раз больше, чем в мышцах
выполняющих преимущественно статистическую
функцию. Н-м синапсы вытягиваются вдоль волокна,
контакт их с мышцей увеличивается, что
обеспечивает
лучшее
поступление
нервных
импульсов в мышцу.

69.

Изменение мышц под влиянием физической нагрузки
При умеренных нагрузках мышцы увеличиваются в объеме, в них
улучшается кровоснабжение, открываются резервные капилляры. Под влиянием
систематической тренировки происходит рабочая гипертрофия мышц, которая
является результатом утолщения мышечных волокон (гипертрофии), а также
увеличения их количества (гиперплазии). Утолщение мышечных волокон
сопровождается увеличением в них ядер, миофибрилл. Увеличение числа
мышечных волокон, как правило, практически не меняется, но возможно
формирования мышечных волокон из клеток сателлитов, которые превращаются в
миобласты, а затем в мышечные волокна.

70.

Увеличение мышечного поперечника в результате мышечной
тренировки называется рабочей гипертрофией мышцы.
Рабочая гипертрофия мышцы происходит за счет утолщения
(увеличения объема) мышечных волокон.
Можно выделить два основных типа рабочей гипертрофии
мышечных волокон:
первый тип (саркоплазматический)
второй тип (миофибриллярный)

71.

Первый тип (саркоплазматический) - утолщение мышечных
волокон за счет преимущественного увеличения объема
саркоплазмы.
Этот
тип
гипертрофии
приводит
к
повышению
метаболических резервов мышцы: гликогена, АТФ и
креатинфосфата незначительно, миоглобина МХ.
Первый тип рабочей гипертрофии влияет на рост силы мышц,
но не значительно и не много повышает способность их к
продолжительной работе, т. е. выносливость.

72.

Второй тип рабочей гипертрофии (миофибриллярный) связан с преимущественным увеличением количества и
качества миофибрилл, т. е. собственно сократительного
аппарата мышечных волокон.
При этом мышечный поперечник может увеличиваться не очень
значительно, так как в основном возрастает плотность укладки
миофибрилл в мышечном волокне.
Второй тип рабочей гипертрофии ведет к значительному росту
максимальной силы мышцы.

73.

Преимущественное развитие первого или второго типа рабочей
гипертрофии определяется характером мышечной тренировки.
Длительные в системе динамические упражнения, с относительно
небольшой нагрузкой вызывают рабочую гипертрофию главным образом
первого типа (преимущественное увеличение объема саркоплазмы, а не
миофибрилл).
Изометрические упражнения с применением больших мышечных
напряжений или большой силы и длительности (более 2/3 от максимальной
произвольной силы тренируемых мышечных групп) способствуют развитию
рабочей гипертрофии второго типа (миофибриллярной гипертрофии).