Энергетика мышечного сокращения

⇐ ПредыдущаяСтр 3 из 4Следующая ⇒

При работе мышц химическая энергия превращается в механическую, т.е мышца является химическим двигателем, а не тепловым. Для процессов сокращения и расслабления мышц потребляется энергия АТФ. Расщепление АТФ с отсоединением одной молекулы фосфата и образованием АДФ сопровождается выделением 10 ккал энергии на 1 моль 6АТФ=АДФ+Ф+Э

Однако запасы АТФ в мышцах невелики( около 5ммоль*л^-1 Их хватает на 1-2 сек работы. Количество АТФ в мышцах не может изменяться. Так как при отсутствии АТФ в мышцах развивается контрактура(не работает кальциевый насос и мышцы не в состоянии расслабляться), а при избытке – теряется эластичность.

Для продолжения работы требуется постоянное восполнение запасов АТФ. Восстановление АТФ происходит в анаэробных условиях – за счет распада креатинфосфата (КрФ) и глюкозы (реакции гликолиза) –и в аэробных условиях – за счёт окисления углеводов и жиров. Энергосистемы, используемые в качестве источников энергии, обозначают как фосфагенная энергетическая система или система АТФ-КрФ, гликолитическая (лактацидная) система и окислительная (кислородная) система.

Быстрое восстановление АТФ происходит в тысячные доли секунды за счёт распада КрФ: АДФ+КрФ=АТФ+Кр. Наибольшей эффективности этот путь достигает к 5-6 секунде работы, но затем запасы КрФ исчерпываются, т. к. их также немного(около 30ммоль* л^-1 )

Медленное восстановление АТФ в анаэробных условиях обеспечивается энергией расщепления глюкозы (выделяемой из гликогена) – реакцией гликолиза с образованием в конечном итоге молочной кислоты (лактата) и восстановлением 3 молекул АТФ. Эта реакция достигает наибольшей мощности к концу 1 –й минуты работы. Особое значение этот путь энергообеспечения имеет при высокой мощности работы, которая продолжается от 20с до 2 минут. Ограничения использования углеводов связано не с уменьшением запасов гликогена в мышцах или глюкозы в крови и печени, а с угнетением реакции гликолиза избытком накопившейся в мышцах молочной кислоты.

Реакции окисления обеспечивают энергией работу мышц в условиях достаточного поступления в организм кислорода, т.е. при аэробной работе более 2-3 минут. Доставка кислорода достигает необходимого уровня после достаточного развертывания функций кислородтранспортных систем организма (дыхательной, сердечно-сосудистой и систем крови). Важным показателем мощности аэробных процессов является предельная величина поступления в организм кислорода за 1 минуту – максимальное потребление кислорода(МПК). Эта величина зависит от индивидуальных возможностей человека. У нетренированных она равна 2, 5-3 л кислорода/мин. У МСМК – 6-7л/кислорода /мин.

При использовании 1 молекулы глюкозы, полученной из гликогена образуется 38молекул АТФ – это при аэробном окислении, при анаэробном расщеплении глюкозы всего лишь 2 молекулы АТФ.

В качестве источника энергии жиры используются в состоянии двигательного покоя, при любой работе сравнительно невысокой мощности (до 50% от МПК) и при очень длительной работе на выносливость (около70% от МПК длительностью более 1 часа)Жиры обладают наибольшей энергетической емкостью: при расходовании 1 моля АТФ выделяется около 10 ккал энергии, 1 моля КрФ – около10, 5 ккал, 1 моля глюкозы при анаэробном расщеплении – около50 ккал, а при окислении 1 моля глюкозы – 700ккал, при окислении 1 моля жира – 2400 ккал (Коц Я.М., 1982). Однако использование жиров при работах высоко мощности лимитируется трудностью доставки кислорода работающим мышцам.

Работа мышц сопровождается выделением тепла. Теплообразование происходит в момент сокращения мышц – начальное теплообразование (оно составляет 1/1000 всех энерготрат) и в период восстановления – запаздывающее теплообразование.

В обычных условиях при работе5 тепловые потери составляют около 80% всех энерготрат. Для оценки эффективности механической работы мышц используется вычисление коэффициента полезного действия.(КПД). КПД показывает, какая часть затрачиваемой энергии используется на выполнение механической работы мышцы. Её вычисляют по формуле:

{А: Е-е)}*100%

Где: А-энергия, затраченная на полезную работу;

Е – общий расход энергии;

е-расход энергии в состоянии покоя за время равное длительности работы.

У нетренированных КПД примерно 20%, у МСМК – 30-35%.

С увеличением мощности работы и включением «ненужных» мышц КПД уменьшается. При статической работе, т.к. А=0, эффективность работы оценивается по длительности поддерживаемого напряжения мышц.

Лекция 14

Произвольные движения

Основные принципы организации движений состоят в том, что система управления движениями является многоэтажной.

Решающим фактором поведения является конечный результат. Для его достижения в нервной системе формируется группа взаимосвязанных нейронов – функциональная система (Анохин П.К., 1975). Деятельность ее включает процессы:

· обработка всех сигналов, поступающих из внешней и внутренней среды организма – афферентный синтез;

· принятие решения о цели и задачах действия;

· создание представления об ожидаемом результате и формирование программы действия;

· анализ полученного результата и внесение в программу поправок - сенсорных коррекций.

В процессах афферентного синтеза участвуют глубокие внутренние процессы – побуждение к действию ( мотивация) и его замысел. Извлекаются из памяти моторные следы (навыки) и выученные тактические комбинации.

У человека на их основе создается определенный план и конкретная программа движения. Эти процессы отражаются в изменениях электрической активности мозга – «волна ожидания», изменения амплитуды ЭЭГ, усиление взаимосвязанности корковых нейронов, местные потенциалы готовности и др. феномены, связанные с повышением возбудимость корковых нейронов и созданием рабочей системы мозга. Выраженность этих феноменов отражает степень заинтересованности человека в реакции, скорость и силу ответных сокращений мышц.

На уровне спинного мозга процессы преднастройки отражаются повышением возбудимости спинальных мотонейронов. В мышцах – повышением чувствительности проприорецепторов скелетных мышц. Сенсорная информация о результате выполнения движения используется для уточнения, внесения поправок в команды – сенсорных коррекций.

В двигательной деятельности человека различают произвольные движения – сознательно управляемые целенаправленные действия и непроизвольные, происходящие без участия сознания и представляющие собой либо безусловные реакции, либо автоматизированные двигательные навыки.

В основе управления произвольными движениями лежат 2 различные физиологических механизма:

1) рефлекторное кольцевое регулирование

2) программное управление по механизму центральных команд.

Замкнутая система рефлекторного кольцевого регулирования характерна для осуществления различных форм двигательных действий и позных реакций, не требующих быстрого двигательного акта.

Программное управление по механизму центральных команд – это механизм регуляции движений, независимый от афферентных проприоцептивных влияний. Такое управление используется в случае выполнения кратковременных движений (прыжок, бросок, удар, метание), когда организм не успевает использовать информацию от проприорецепторов мышц. Вся программа должна быть готова еще до начала двигательного акта.

Управление производится по так называемой открытой петле, активность во многих произвольно сокращающихся мышцах возникает раньше, чем регистрируется обратная афферентная импульсация.

Механизм кольцевого регулирования является более древним и возникает раньше в процессе индивидуального развития. Зрительные обратные связи возникают в 3 года, а в 5-6 лет происходит переход текущему контролю движений. В 10-11 лет происходит повышение скорости движений.

Основных функциональных блока мозга

Блок регуляции тонуса, уровня бодрствования

Блок приема, переработки и хранения информации

⇐ Предыдущая 1 234 Следующая ⇒