Ответы к лекции № 4

Ответы к лекции № 4

1) Как устроена и работает мышца – источник перемещения человека.

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 темными. Эти полоски называют дисками. Темными 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 середины другого диска- саркомер Таким образом, мышечное волокно состоит из большого числа саркомеров, причем длина каждого саркомера в покоящийся 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 являются специальные нервные клетки – мотонейроны 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.

2) Откуда берется энергия работающих мышц.

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.

3) Пути восстановления израсходованной энергии

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.

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 другом остатков

– глюкозидов. Начинается гликолиз с фосфорилирования, т.е. соединения глюкозы с фосфорной кислотой.

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

4) Зоны интенсивности и мощности.

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.

5) Явление суперкомпенсации.

В результате при интенсивной или очень длительной мышечной деятельности, когда в мышцах возникает дефицит АТФ, процессы разрушения начинают превалировать над процессами обратного синтеза. Таким образом, восстановление нормальной деятельности мышц началось практически одновременно, а вот заканчивается этот процесс, как во всякой биологической системе, выведенной из состояния равновесия не линейно, а колебательно. Поэтому и восстановление в период отдыха – процесс колебательный. В основе этого колебательного восстановления лежит явление суперкомпенсации. Таким образом, во время отдыха после работы не только восстанавливается дорабочее состояние мышц (и организма в целом), но и на какой-то период создаются условия для повышенной работоспособности.

6) Каким образом и почему характер работы определяет строение и энергетику мышц.

Характер работы определяет строение и энергетику мышц. Движения человека многосложны и разнообразны. Он может идти, бежать, прыгать, передвигать, поднимать и нести большие тяжести, бросать те или иные предметы, придавая им значительную кинетическую энергию. Например, спортсмен-дискобол, копьеметатель, толкатель ядра, или солдат, бросивший гранату. А вместе с тем какие тонкие, чрезвычайно точные и быстрые движения руками и пальцами совершает человек, играя на музыкальных инструментах, производя хирургические операции, рисуя миниатюру или изготовляя

ювелирное изделие. Значит, мышца человека способна выполнять различную работу, а это не может не найти отражения в ее строении и в химических процессах, происходящих в мышцах при разного рода деятельности. Ведь недаром один из классиков естествознания - В. Py писал, что "функция строит орган".

7) Утомление и его молекулярные механизмы.

Утомление (и в особенности чувство усталости) – защитная реакция организма, предохраняющая его от чрезмерных степеней функциональных истощений, опасных для жизни.

Чтобы под влиянием упражнений (тренировки) получить стойкое повышение работоспособности, последующие упражнения (занятия) нужно начинать не в любое время, а в фазе сверхвосстановления после предыдущего занятия. Если повторную работу всякий раз начинать в фазе неполного восстановления, то будет прогрессировать истощение, а если начинать ее по окончании фазы суперкомпенсации, когда следы предыдущей работы уже сгладились, положение останется стационарным, то есть мы будем топтаться на месте. В процессе спортивных занятий работоспособность постепенно повышается, выполнение каждой последующей мышечной нагрузки (если она не изменяется) станет легче для организма, будет сопровождаться все меньшими биохимическими изменениями, менее интенсивным и менее значительным расходованием энергетического потенциала. Следовательно, и фаза суперкомпенсации укоротится и будет слабее выражена. Естественно, что прогрессирование работоспособности понемногу замедлится и, в конце концов прекратится. Чтобы этого не произошло, величина тренировочных нагрузок должна в процессе занятий систематически возрастать (по интенсивности, по длительности, по величине усилий). Тренировка разными по характеру нагрузками приводит к далеко не одинаковым изменениям в мышцах. Прежде всего, по-разному изменяется структура мышцы. Под влиянием упражнений на выносливость масса мышцы почти не изменяется и совсем не изменяется толщина мышечных волокон (их поперечное сечение). Способность к длительному выполнению какой-либо деятельности без снижения ее эффективности называют выносливостью. Иначе говоря, выносливость можно определить, как способность противостоять утомлению. Утомление может быть компенсированным за счет больших, чем прежде, усилий волевых усилий, декомпенсированным, когда наблюдается снижение интенсивности работоспособности. Мерилом выносливости является время, в течение которого человек способен поддерживать заданную интенсивность деятельности. Для измерения выносливости используют прямой и косвенный способы. Прямой способ измерения выносливости практически не всегда удобен, поэтому чаще используют косвенный. Выносливость по отношению к определенной деятельности называют специальной выносливостью. Видов специальной выносливости может быть много. Однако случаи физического утомления можно разделить на относительно небольшое число групп. Такая классификация, хотя и не является полной, включает большую часть наиболее важных в практическом отношении случаев. Прежде всего в зависимости от объема мышечных групп, участвующих в работе, выделяют: - локальное утомление – когда в работе участвуют менее одной третьей общего объема мышц тела; - региональное утомление – в работе участвуют мышцы, составляющие от одной третьей до двух третьих мышечной массы; - глобальное – при работе свыше двух третьих мышц тела.

8) Как повысить быстроту и выносливость.

Как можно повысить физическую работоспособность? Можно ли добиться максимальной интенсивности мышечной деятельности и большой продолжительности работы, т.е. выносливости? Конечно можно. И всякому это известно. Известно и как - систематическим упражнением мышц. Во время фазы сверхвосстановления работоспособность на некоторое время возрастает, но затем возвращается к исходной. Отсюда вывод: упражнения необходимо выполнять повторно и регулярно. Каждую следующую нагрузку нужно осуществлять в наиболее выгодном для организма состоянии после предыдущей нагрузки. Чтобы под влиянием упражнений (тренировки) получить стойкое повышение работоспособности, последующие упражнения (занятия) нужно начинать не в любое время, а в фазе сверхвосстановления после предыдущего занятия. Если повторную работу всякий раз начинать в фазе неполного восстановления, то будет прогрессировать истощение, а если начинать ее по окончании фазы суперкомпенсации, когда следы предыдущей работы уже сгладились, положение останется стационарным, то есть мы будем топтаться на месте. В процессе спортивных занятий работоспособность постепенно повышается, выполнение каждой последующей мышечной нагрузки (если она не изменяется) станет легче для организма, будет сопровождаться все меньшими биохимическими изменениями, менее интенсивным и менее значительным расходованием энергетического потенциала. Следовательно, и фаза суперкомпенсации укоротится и будет слабее выражена. Естественно, что прогрессирование работоспособности понемногу замедлится и, в конце концов прекратится.