Виды энергетических систем

Физиология

Физиология изучает жизнедеятельность целостного организма и его отдельных частей (систем,органов,тканей).

Организм является открытой системой, связанной и взаимодействующей с внешней средой.

Способность организма отвечать на внешние воздействия обеспечивается раздражимостью и возбудимостью.

Возбуждение и торможение – две формы физиологической активности живой ткани, которые определяют деятельное или покоящееся состояние клетки, ткани, органа, целостного организма

Активной формой взаимодействия организма и внешней среды является адаптация. Частным случаем адаптации организма является адаптация к мышечной работе, выполняемой человеком в процессе целенаправленной тренировки или занятий физической культурой.

Элементарный акт мышечной деятельности – сокращение мышечного волокна- является результатом сложных физико-химических процессов при возбуждении мышц.

Источником энергии для возбуждения мышц является АТФ. Ее энергия вводится в действие после снятия ингибирующего действия белков тропонина и тропомиозина на сократительные элементы мышцы.

Расслабление мышцы – результат действия сил слабого взаимного отталкивания актина и миозина, возникающего после ресинтеза АТФ в мышечном волокне и прихода Са2+ в каналы протоплазматической сети.

Скелетные мышцы являются активной частью двигательного аппарата, являясь преобразователями химической энергии непосредственно в механическую работу и тепло.

Каждая скелетная мышца представляет собой орган, состоящий из мышечных клеток – миофибрилл, соединительной ткани, сосудов и нервов. Один грамм мышечной ткани содержит примерно 100 мг сократительных белков –актина и миозина. Эти белки образуют в способных к сокращению миофибриллах тонкие и толстые нити, которые располагаются параллельно вдоль мышечной клетки. В микроскоп можно увидеть в миофибриллах чередующиеся темные и светлые поперечные полосы, из-за чего скелетные мышцы и получили название поперечно-полосатых.. Эта поперечная исчерченность обусловлена особой регулярной организацией нитей актина и миозина. Поперечные темные перегородки, названные Z – пластинками, разделяют миофибриллы на саркомеры – структурно-функциональные единицы. сократительного аппарата. В середине каждого саркомера расположено несолько тысяч толстых миозиновых нитей, а на его обеих концах до двух тысяч тонких актиновых нитей, прикрепляющимся к Z – пластинкам наподобие щетинок к щетке. Оптическая неоднородность саркомеров позволяет выделить в каждом из них светлые I – диски, более темные А- диски, а также центральную Н-зону.

Наличие закономерно чередующихся темных и светлых дисков в поперечно –полосатых миофибриллах и обуславливает поперечную изчерченность этого вида мышечной ткани.

Мышца сокращается благодаря скольжению тонких актиновых нитей вдоль толстых миозиновых, двигаясь между ними к середин саркомера.. Сами актиновые и миозиновые нити не укорачиваются, их длина не изменяется при растьяжении мышечной ткани: лишь пучки тонких актиновых нитей, скользя между толстыми нитями миозина, выходят из промежутков между ними так, что степень их взаимного перекрытия может уменьшаться до нуля.

Разнонаправленное скольжение нитей в соседних половинках саркомеров осуществляется засчет того, что нит и миозина имеют поперечные выступы называемые «мостиками», или головками миозина. Каждый такой «поперечный мостик» во время сокращения и связывает миозиновую нить с актиновой: «наклоны» головок создают объединенное усилие и выполняют как бы «гребок», продвигающий нить актина к середине саркомера. При однократном движении поперечных мостиков вдоль актиновой нити саркомер может укорачиваться только примерно на 1 процент своей длины. Однако, мышцы при сокращении могут укорачиваться до 50 процентов своей длины. При этом поперечные мостики выполняют не один, а серию поперечных «гребковых» движений и не один а 50 раз за то же время.

Благодаря суммированию таких ритмических «гребков» и соответствующих им укорочений последовательно расположенных в миофибриллах саркомеров, мышца может развивать большую силу.

Вместе с тем саркомер может генерировать силу и без относитель ного скольжения нитей, то есть без изменения своей длины – в строго изометрических(статических) условиях.Это является возможным благодаря эластичности поперечных «мостиков». Т.к. каждое мышечное волокно состоит из большого количества последовательно расположенных саркомеров, то величина силы тяги, развиваемая этим волокном, и скорость его укорочения, возрастают во столько раз, во сколько длина миофибриллы больше длины составляющих ее саркомеров. Поэтому более длинная мышца будет сокращаться сильнее и быстрее, чем короткая.

Чем больше миофибрилл мышце, тем она будет сильнее. Поэтому проявляемая мышцей сила пропорциональна ее физиологическому поперечнику.

Мышечные волокна функционально обыединены в двигательные елиницы(ДЕ) ДЕ состоят из одного мотонейрона и группы иннервируемых мышечных волокон. Состав различных мышц черовека различают по количеству двигатеьных единиц.. Значительно варьируются и размеры двигательных единиц – один мотонейрон может иннервировать от нескольких мышечных волокон до 500-2000. Количество волокон в ДЕ в одной и той же мышце так же не одинаково. Каждое мышеечное волокно состоит из миофибрилл. Мышцы, выполняющие тонкую и точную работу, например мышцы глаз, пальцев рук и т.д., обладают большим количеством ДЕ (от 1500 до 3000), но состоят из малого количества миофибрилл – 8-50. В противоположность им, мышцы рук, ног или спины, выполняющие более грубые функции и менее точные движения, но требующие более точной силы, имеют гораздо меньшее количество двигательных единиц, состоят из большего числа мышечных волокон: от 600 до 2000. Например,ДЕ бицепса плеча могут включать 1000, 1200, 1400 и даже 1600 миофибрилл. В ДЕ большеберцовой мышцы их около 1600, а в мышцах спины количество иннервируемых одной ДЕ миофибрилл достигает 2000. ДЕ состоят из двух основных типов мышечных волокон:

v Быстрых и сильных, но быстроутомляемых FT – волокон (Fast – быстрый, Twitch -сокращение),

v Вынослиных, но менее сильных и быстрых ST- волокон (SLOW - медленный).

Быстрые мышечные волокна имеют повышенное содержание гликогена, высокую активность анаэробных гликолитических ферментов, обеспечивающих использование внутримышечных энергетических субстратов, а потом они менее приспособлены к длительной работе.

Не обладая большой выносливостью, эти волокна наиболее приспособлены для быстрых и сильных, но относительно кратковременных мышечных сокращений, обеспечивая выполнение кратковременной физической работы высокой мощности, небольшой продолжительностью.

Медленные мышечные волокна приспособлены для обеспечения длительных, но менее мощных по силе мыщечных сокращений, что характерно для выполнения продолжительной работы на выносливость. Медленные волокна имеют широко разветвленную капиллярную сеть., что бозволяет им получать большое количество кислорода из. Эти волокна отличаются так же повышенным содержанием миоглобина(внутримышечный белок, принимающий участие в тра кровинспорте кислорода и обладающий свойствами, сходными с гемоглобином крови) и наличием большого количества митохондрий(внутриклеточных структур, в которых протекают процессы окисления), характеризуются высокой активностью окислительных ферментов и имеют более высокое содержание жиров.

Вместе с тем, выделяют подтип быстрых окислительно-гликолитических волокон. Эти волокна приспособлены к достаточно интенсивной окислительной (аэробной) работе с одновременным мощным гликолитическим энергообразованием, однако окислительные возможности ниже, чем у медленных окислительных волокон. С функциональной точки зрения они рассматриваются как промежуточный тип между двумя основными типами мышечных волокон.

Композиционный состав мышц определен гинетически: в течение жизни общее количество и соотношение имеющихся в мышцах типов волокон не изменяется. Под воздействием тренировки может измениться толщина волокон всех типов, а значит способность мышц к выполнению физической работы различной физиологической направленности.

Энергетика мышц

Источник энергии для мышечного сокращения – АТФ. В возбужденной мышце АТФ усилено ращепляется, интенсивность обмена веществ увеличивается в 100-1000 раз. При ращеплении одного моляАТФ выделяется 48 кДж энергии: 20-30 процентов пеобразуется в механическую работу, 20 процентов идет на работу ионных насосов и окислительного восстаносвления АТФ, остальная превращается в тепло.

В работающей мышце действуют 3 энергосистемы:

1. – фосфагенная, анаэробная – АТФ – Креатинфосфатная система, включается первая пока не развернулись процессы анаэробного и аэробного гликолиза. Эта система является наиболее быстрой, поскольку на зависит от доставки кислорода. Восстановление АТФ происходит засчет высокоэнергетического соединения –Крф. Восстановление АТФ с помощью данной системы осуществляется не более 5-6 сек., т.к. запасы АТФ и Крф в мышцах невелики, поэтому емкость ее мала. Мощность же в 3-4 раза превышает мощность других систем. Фосфагенная система играет решающую роль в энергообеспечении работ предельной мощности: спринтерский бег, кратковременные мышечные усилия при подъеме штанги., метании, прыжках.

2. – Гликолитическая (лактацидная) – восстановление АТФ (3молекулы из 1 глюкозы) засчет анаэробного расщипления гликогена и глюкозы. Эта система включается сразу с началом работы, однако ее максимальная мощность развивается через 30-40 секунд, в этот момент в крови достигается максимальная концентрация молочной кислоты в клетках и крови и развивается утомлеие. Работа при анаэробном гликолизе, как ведущей системы энергообеспечения может продолжаться лишь от 20с до 1-2 мин.

3.- Кислородная (окислительная) –на развертывание этой системы уходит 2-3 минуты, в основном из-за энертности газотранспортной системы. Ресинтез АТФ(38 молекул из 1 глюкозы) осуществляется засчет окислительного фосфорилилования и обеспечивается повышенным потреблением кислорода и глюкозы, при этом кровоток увеличивается в 20 раз, минутный объем кровотока и дыхания в 2-3 раза. Емкость этой системы велика. И в тысячи раз превышает емкость фосфогенной и лактацидной.. Поэтому при достаточном кровоснабжении мышц и поступлении к ним кислорода работа может выполняться на протяжении многих часов..

При работе большой мощнрости окисляются, в основном, углеводы, а при малоинтенсивной – жиры.

Виды энергетических систем

Вид	Энергия для усиленной, но кратковременной работы, системы АТФ-ФК (анаэробная система)- креатин-фосфатная (мах вес, но 1-2 раза)	Энергия для кратковременной работы: системы гликолиза или молочной кислоты (анаэробная система)- гликолитическая (работает 2-3 минуты)	Энергия для продолжительной работы: (окислитнльная система)- аэробная система (нагрузка с мах собственным весом)
Топливо	Фосфатин, запасы АТФ (много энергии, но короткой продолжительности)	Глюкоза из крови, гликоген	Жирные кислоты, глюкоза из крови, гликоген, аминокислоты
Нагрузки	Очень, очень интенсивные, 9 – 10 баллов по шкале Борга	Очень интенсивные, 7 баллов	Средней с переходом в интенсивные, 3-4 балла
% объема VO2	› 95% максимального потребления кислорода	85%-95%	‹ 85%
Время работы энергетической системы	Очень быстрое истощение, 1-10 с	Быстрое истощение 60-180 с	Выдерживает длительные нагрузки, более 3 мин
Количество вырабатываемой АТФ	Наибольшие запасы ФК и АТФ	Выработка молочной кислоты, быстрое истощение системы	Истощение запасов гликоген и глюкозы в клетках мышц, недостаточное снабжение/ утилизация кислорода