Механизм и энергообеспечение

Мышечных сокращений

Сократительным элементом мышечного волокна является саркомер, состоящий из белковых актиновых (тонких) и миозиновых (более толстых) взаимопроникающих нитей. Расположение нитей строго упорядочено и выглядит под микроскопом как чередование светлых (тонких актиновых) и тёмных (толстых миозиновых) участков, что и определило название мышцы – «поперечнополосатая» (рис. 5).

Пусковым механизмом сокращения мышечного волокна является нервный импульс. Во время мышечного сокращения между толстыми и тонкими нитями миофибрилл образуются поперечные мостики или спайки. За счёт энергии расщепления АТФ миозиновая головка подобно шарниру или веслу лодки поворачивается и мостики оказываются под углом 45°, что сопровождается скольжением толстых и тонких нитей навстречу друг другу. В результате многократного повторения образования и разрыва мостиков происходит укорочение мышечного волокна в целом [Михайлов С.С., 2004].

Расслабление мышцы происходит после прекращения поступления нервных импульсов.

а – образовавшиеся мостики между толстыми и тонкими нитями

располагаются под углом 90°.

б – после поворота мостики оказываются под углом 45° (сокращение).

Рис. 5. Механизм сокращения саркомера

В растянутом саркомере часть миозиновых головок выходит из соприкосновения с актиновыми нитями, что уменьшает силу сокращения.

Сокращение энергетически обеспечивается только реакцией распада аденозинтрифосфата (АТФ) с образованиемаденизиндифосфата (АДФ) и неорганического фосфата(Ф).

АТФ → АДФ + Ф

Силу сокращения определяют мощность этой реакции, зависящая от активности АТФ-азных ферментов и содержания в мышце сократительного белка быстрого миозина, способного к сильным сокращениям с большой скоростью.

Длительность этой реакции в любом случае невелика. Запасов АТФ хватает примерно на 0, 5 секунды. Следовательно, для продолжения работы (и вообще жизнедеятельности) немедленно должен начаться ресинтез АТФ – преобразование АДФ в АТФ (рис.7).

Рис. 6. Процессы энергообеспечения мышечных сокращений

и участвующие в них энергетические субстраты

[Nilsson J., 2002]

Процессы ресинтеза АТФ могут быть следующими:

- анаэробный, то есть без участия кислорода;

- аэробный – с участием кислорода, поступающего к мышцам в результате дыхания (рис. 6).

В упрощённом виде реакции энергообеспечения работы следующие.

Анаэробное энергообеспечение работы может быть двух видов:

1. Алактатное или креатинфосфатное (без образования лактата). При участии энергетического субстрата креатинфосфата (КФ), запасов которого хватает на 6-10 секунд работы субмаксимальной (80% максимума) мощности.

АДФ + КФ → АТФ + К (креатин)

2. Лактатное или гликолитическое. Гликолиз с образованием лактата (молочной кислоты)при участии энергетического субстрата гликогена, образующего в процессе расщепления глюкозу, обеспечивает мышечные сокращения большой (около 60% максимума) мощности длительностью до 2-х минут.

Глюкоза + АДФ → лактат + АТФ + Н₂О

Работоспособность здесь лимитирует концентрация лактата, которая уже к исходу 2-й минуты лавинообразно достигает индивидуально предельного значения, при котором дальнейшая мышечная деятельность становится невозможной (отказ от работы). При этом ионы водорода (Н⁺) молочной кислоты оказывают повреждающее действие на организм на клеточном уровне. Однако до 30 секунд выделение и накопление лактата не успевает принять лавинообразный характер, его концентрация относительно невысока и не нарушает функционирование мышц.

Аэробное энергообеспечение обеспечивается окислением следующих субстратов:

1. гликогена (образующего в процессе расщепления глюкозу), запасов которого в мышцах и печени хватает на обеспечение примерно 40 минут мышечной деятельности умеренной (около 40% максимума) мощности [Харгривс М., 1998]:

Глюкоза + О₂ + АДФ → Н₂О + СО₂ +АТФ

2. жиров, запасов которых хватает на многие часы работы.

Жиры + О₂ + АДФ → Н₂О + СО₂ +АТФ

Энергообеспечение мышечной деятельности в зависимости от характера нагрузки может быть одновременно аэробным и анаэробным.

Смешанное аэробно-анаэробное получение энергии мышечного сокращения, обеспечивает непрерывную мышечную деятельность большой и умеренной мощности длительностью до 15 минут. В этой зоне находится множество соревновательных и тренировочных двигательных действий, присущих конькобежному спорту.

Окисление жиров фактически не определяет энергообеспечение дистанционного бега на коньках. Однако окисление жиров является основным источником энергообеспечения жизнедеятельности организма вообще и процессов восстановления в частности.

Саркомер Актин Миозин

Рис 7. Разворачивание процессов энергообеспечения

мышечной деятельности [Тхоревский В.И., 2001]

Из графика на рисунке 7 видно, что источники энергии, включаясь в работу одновременно, принимают на себя основное обеспечение мышечных сокращений последовательно. Мощность двигательной деятельности при этом неуклонно снижается. Соотношение мощностей креатинфосфатного, гликолитического и окислительного процессов энергообеспечения примерно 3: 2: 1. На определённых временных отрезках работу обеспечивают два смежных источника энергии, мощность которых суммируется.

На заключительном этапе процесса аэробного энергообеспечения ресинтез АТФ в саркомерах мышечных волокнах происходит через креатинфосфатный механизм («челнок»), работающий следующим образом (рис. 8);

- при мышечном сокращении АТФ распадается на аденозиндифосфат (АДФ) и фосфат;

- креатинфосфат, отдавая фосфат аденозиндифосфату, ресинтезирует АТФ, превращаясь при этом в креатин;

- креатин, присоединяя фосфат, в результате окислительного фосфорилирования в митохондриях, превращается в креатинфосфат.

Далее цикл повторяется.

Таким образом, силовые упражнения, активизирующие креатинфосфатное энергообеспечение, наряду с развитием силы оказывают положительное влияние и на выработку выносливости.

Методические выводы:

1. Энергетические источники, включаясь одновременно, берут на себя обеспечение сокращений последовательно, при неуклонном снижении мощности работы.

2. Опора на энергобеспечение мышечных сокращений различной мощности позволяет обосновать выбор длительности и интенсивности выполняемых упражнений. А именно:

- упражнения максимальной мощности с креатинфосфатным энергообеспечением длятся не более 10 с;

- упражнения субмаксимальной и большой мощности с гликолитическим энергообеспечением длятся до 2 минут, при этом в интервале до 30 секунд концентрация молочной кислоты не успевает достичь значений, повреждающих мышечные структуры;

- аэробные упражнения длительностью более 40 мин активизируют окисление жиров.

3. Прирост мышечной силы способствует повышению выносливости.

⇐ Предыдущая 1 2 3 4 567 8 9 10 Следующая ⇒