Механизмы мышечного энергообеспечения

1. Анаэробный креатинфосфатный механизм.

В достижении высоких показателей, большое значение имеют факторы энергообеспечения мышечной деятельности. При мышечном сокращении непосредственным источником энергии является расщепление АТФ (аденозитрифосфорная кислота) при этом АТФ теряет одну энергетически богатую группу и превращается в аденезиндифосфорную (АДФ) и фосфорную кислоты. В мышечных клетках запас АТФ невелик. После потери АТФ, ее запасы должны немедленно восстановится. В случае недостатка кислорода, один из путей восстановления (ресинтеза) АТФ и АДФ связан с использованием креатинфосфата (КрФ), находящегося в мышечном волокне и имеющего фосфатную группу.

КрФ + АДФ = АТФ + креатин

Анаэрбный механизм ресинтеза АТФ может работать до тех пор, пока не будет исчерпан КрФ в мышечных волокнах. Уровень запаса КрФ повышается во время спринтерских тренировок. Креатинфосфатный механизм энергообепечения быстро исчерпывается, после чего энергообеспечение идет за счет других механизмов.

2.Анаэрбный гликолитический механизм.

Другой путь ресинтеза АТФ – гликолиз. Как и креатинфосфатный механизм, он анаэробный, и может быть источником энергообеспечения лишь недолго. При гликолизе АТФ обновляется за счет ферментативного расщепления глюкозы и гликогена до молочной кислоты. Сначала углеводы расщепляются до пировиноградной кислоты. Создающиеся при этом ферментативные группы переходят в АДФ которая превращается после этого в АТФ. Пировиноградная кислота вступает в реакцию и превращается в молочную кислоту. Интенсивное накопление и создание молочного долга, при одновременном исчерпании запасов гликогена – это основной фактор, который лимитирует мышечную деятельность и сопутствует развитию усталости.

3.Аэробный механизм.

В мышцах, обновление АТФ происходит при помощи кислорода. Аэробный механизм может обеспечивать менее интенсивный процесс работы, но более длительный. Организм спортсмена в это время находится в стойком состоянии – молочная кислота не накапливается и кислородный долг не создается. Окислительная система обеспечивает мышцы энергией с помощью процессов окисления жиров и углеводов кислородом из воздуха. Углеводы являются более выгодным источником энергии, в условиях недостаточного снабжения организма кислородом, потому что для их окисления необходимо меньшее количество кислорода, чем для окисления жиров. Например, при работе невысокой интенсивности (до 50% МПК) окисление происходит за счет окисления жиров. При более интенсивной работе, доля участия в энергообеспечении жиров – уменьшается, а углеводов – увеличивается. Белки тоже могут использоваться для энерготворения. Но преимущественно те, которые могут трансформироваться в глюкозу или другие продукты процесса окисления.

3. Мощность и емкость путей энергообеспечения работ

Возможности каждого из указанных энергетических механизмов, определяется мощностью (скоростью освобождения энергии в метаболических процессах), и объемности, которая определяется величиной достигаемых для использования субстрактых фондов.

Обеспечить действующие органы большим количеством энергии за минимальное время способны креатинофосфокиназная реакция и использование запасов АТФ тканей. В энергообеспечении работы максимальной интенсивности решающую роль играют анаэробные алактатные источники. Анаеробные гликотические источники связаны с запасами гликогена в мышцах, который расщепляется с созданием АТФ и КФ. Но в отличие от алактатных анаэробных источников, этот путь энерготворения имеет более замедленное действие, меньшую мощность, но более высокую выносливость. Аэробные источники энергообеспечения имеют меньшую мощность, но обеспечивают проведение работы на протяжении длительного времени, так как их емкость очень велика.

При нормальном питании в мышцах человека находится около 500гр. гликогена. Это основной резерв энергообеспечения мышечной деятельности. В жировой ткани (триглицериды) находятся большие запасы химической энергии, которая мобилизуется во время длительной работы. Однако для освобождения энергии триглицериды должны пройти сложный путь превращения в жирные кислоты, которые попадают в кровоток и используются в процессе аеробного метаболизма. В процессе освобождения энергии глюкоза содержащаяся в гликогене мышц и печени, или жирная кислота окисляется до СО2 и воды. Этот процесс называется аэробным метаболизмом, осуществляется в два этапа, и достигается при помощи серии последовательных превращений при участии большого количества ферментов. На первом этапе, после двенадцати последовательных реакций метаболизма глюкозы, создается пируват. На втором этапе, при достатке кислорода, пируват поступает в митохондрии и полностью окисляется до СО2 и воды. При недостатке кислорода, или его отсутствии, пируват превращается в молочную кислоту. Количество АТФ, которое получается в результате аэробного окисления и анаэробного гликолиза, разное. При полном окислении одной молекулы глюкозы до СО2 и воды, освобождается 39 молекул АТФ. При процессе гликолиза, при использовании 1 молекулы глюкозы создается всего 3 молекулы АТФ. В процессе анаэробного гликолиза, очень велика скорость создания АТФ, при этом освобождается большое количество энергии. Одновременно тратятся запасы гликогена. В результате анаэробного гликолиза создается молочная кислота и протоны.

Аэробные источники допускают окисление жиров и углеводов кислородом воздуха. Аэробные процессы проходят постепенно, их максимум достигается через несколько минут после начала процесса. Благодаря большим запасам глюкозы и жиров в организме и неограниченным возможностям потребления кислорода из атмосферного воздуха, аэробные источники, дают возможность выполнять работу на протяжении длительного времени. Имея высокую экономичность, их емкость очень велика. Основными источниками в энергообеспечении кратковременной высокоэффективной работы являются анаэробные алактатные источники. Немедленный ресинтез АТФ обеспечивается креатинфосфатом мышц. В мышцах человека имеется достаточное количество креатинфосфата для поддержания постоянного уровня АТФ в мышечных клетках на протяжении 5 – 8 сек. Используется креатинфосфатный механизм для мгновенного ресинтеза АТФ, что дает время разворачиванию более сложного гликолитического процесса. Общий мышечный запас фосфогенов может быть использован за несколько секунд высокоинтенсивной работы. Истощение запасов КрФ приводит к сильному снижению мощности работы. Это происходит по тому что гликолиз не может обеспечить достаточное количество АТФ необходимой для растрат в мышцах. В соревнованиях, в которых выполняются кратковременные работы максимально возможной интенсивности, решающую роль играет высокая мощность анаэробных алактатных источников. Крайне важна их роль в легкоатлетическом спринте, легкоатлетических прыжках, метаниях, тяжелой атлетике, плавании на 50м., а также при выполнении кратковременных, высокоинтенсивных действий в сложно-координационных видах спорта, спортивных единоборствах, спортивных играх. Анаэробные лактатные источники энергии играют решающую роль в энергообеспечении работы, которая имеет продолжительность от 30сек. до 6мин. Именно они обусловливают выносливость в беге на 400, 800 и 1500м., в плавании на 100 и 200м. Аэробный путь энергообеспечения является основным во время длительной работы: плавании на 800 и 1500м., беге на 5000 и 10000м. и марафонском беге.

При менее длительной работе, которая обеспечивается преимущественно анаэробными источниками, большое значение имеют и аэробные источники. Существенное преимущество имеет даже частичное освобождение энергии аэробным путем. Во-первых АТФ создается экономичнее – расщепляется меньше гликогена. Во-вторых для обеспечения доставки кислорода должен увеличиваться мышечный кровоток, что в свою очередь позволит продуктам распада быстрее диффундировать в кровяное русло и убираться.

Способность к длительному выполнению работы с помощью каких либо источников энерготворения, определяется размерами соответствующих субстратных фондов, и эффективностью их использования, что проявляется в скорости врабатывания, утилизации и экономичности. В отношении алактатных анаэробных источников проблема быстрого достижения максимальных показателей мощности (врабатывания) не стоит. Для лактатных анаэробных и особенно аэробных источников, время достижения максимальных показателей мощности является важным фактором ее эффективности. Параметром обозначающим эффективность энергообеспечения и выносливости спортсмена при длительной работе, является способность к утилизации функционального потенциала, которая оценивается по показателям достижения порога анаэробного обмена (ПАНО). О нарастании порога анаэробного обмена, свидетельствует увеличение концентрации лактата в крови. Привести к значительному увеличению ПАНО способны: повышение приспособительских возможностей кислородно-транспортной системы и изменение мышечной ткани под влиянием специальных тренировок.

4. Техника движенческих действий и тактика

высокой психической стойкостью, демонстрируя выдающиеся спортивные результаты, доводят себя до сверх глубоких степеней исчерпания функциональных резервов, достигая нарушений в деятельности вегетативных систем, которые граничат и часто превышают представления о возможностях человеческого Выносливость зависит от умения экономно расходовать запас энергии. Основные факторы экономичности – это совершенство техники движений и избранный тактический вариант. При выполнении даже тяжелой работы, движения должны быть свободными, не напряженными. Скованность движений вызывает излишнюю скованность мышц-антагонистов. По этому во многих видах спорта, основным признаком высшего мастерства является умение расслаблять мышцы, которые не принимают участия в выполнении основных двигательных действий. Для спортсменов очень важно научится расслаблять мышцы лица. Если спортсмен научится это делать, то и другие мышцы, не принимающие участия в работе, тоже будут менее напряжены. Благодаря этому спортсмен будет экономичнее расходовать энергию, медленнее утомляться, лучше восстанавливать силы после работы. С точки зрения экономичности, и излишние, и скованные движения, одинаково вредны. В спортивной практике бытует мнение, что стойкость двигательных навыков – это необходимое условие спортивного мастерства. Но анализ техники пловцов высокого класса, говорит о том, что даже они не могут сберечь одинаковые характеристики движений на протяжении всего периода прохождения дистанции. Основные технические характеристики, на протяжении соревнований, претерпевают значительных изменений. Что позволяет спортсменам сохранять заданную скорость, не смотря на прогрессирующие утомление.

Мышечная работа, интенсивность которой неизменна, требует наименьших энергозатрат. Поэтому спортсменам в циклических видах спорта, до недавнего времени рекомендовали поддерживать постоянную скорость от старта до финиша. Но такая техника не всегда обеспечивает наивысшую продуктивность. Она продуктивна только при мышечной работе, которая длится более 2мин.. При менее длительных упражнениях, оптимальна техника «раскладки скорости». Она характеризуется высокой стартовой скоростью, и постепенным ее снижением по мере исчерпания запасов энергосистем. Для более полного исчерпания энергетического потенциала, с первых секунд упражнения, необходимо поставить энергетические системы в наиболее тяжелые условия. По мере увеличения интенсивности мышечной работы, энергорастраты возрастают не пропорционально интенсивности, а намного больше. Поэтому увеличение интенсивности движений всегда сопровождается снижением экономичности движений.

Экономичность двигательных действий – это комплексный показатель, который обусловлен функциональной и технической экономичностью.

Функциональная экономичность обусловлена согласованностью в работе вегетативных систем и способностью продолжительное время работать в устойчивом состоянии (потребление кислорода отвечает кислородному запросу) при высоком уровне потребления кислорода. Применение метода непрерывного стандартизированного упражнения, с постепенным повышением интенсивности от умеренной до пороговой, способствует развитию функциональной экономичности.

Техническая экономичность обусловлена рациональной биомеханической структурой движений и их автоматизацией. Автоматизация движений помогает устранению лишних напряжений, а в следствие этого и уменьшению энергозатрат.

Значительное влияние на проявление выносливости имеют личностные качества спортсмена и его психическая стойкость в стрессовых ситуациях, характерных для соревновательной деятельности. Целеустремленность, настойчивость, выдержка, уверенность в своих силах, способность переносить значительные отрицательные изменения, нарастание кислородного долга, повышение концентрации молочной кислоты в крови и так далее, играют большую роль в демонстрации высоких показателей выносливости и спортивном мастерстве в целом. В наше время, в финалах больших состязаний, принимают участие спортсмены с приблизительно равной физической и технической подготовкой, придерживаются одинаковой тактики. В сложных условиях спортивной борьбы, чаще всего решающими являются именно психические способности.

Фактор генотипа (наследственности) и среды.

Общая (аэробная) выносливость в некоторой мере обусловлена влиянием наследственных факторов. Генетический фактор существенно влияет на развитие анаэробных возможностей организма. На статическую выносливость,наследственность имеет тоже большое влияние. Для динамической силовой выносливости, влияния наследственности и среды примерно одинаково. На женский организм наследственные факторы больше влияют при субмаксимальной мощности, а на мужской – при работе умеренной мощности.

18. Биоэнергетическое обеспечение мышечной деятельности. Соотношение между путями ресинтеза АТФ при выполнении физических нагрузок различного характера. Зоны относительной мощности работы. В организме постоянно поддерживается энергетический баланс поступления и расхода энергии. Жизнедеятельность организма обеспечивается энергией за счет анаэробного и аэробного катаболизма (процесса расщепления сложных компонентов до простых веществ), поступающих с пищей белков, жиров, углеводов. При окислении выделяется; а) 1г.белка, 4,1 ккал энергии, б) 1г.углеводов, 4,1 ккал, в) 1г.жира 9,3 ккал.

В процессе биологического окисления эта энергия высвобождается и используется, прежде всего, для синтеза АТФ и КрФ (энергопродукция), которая, как говорилось выше, осуществляется 2-я путями;

1.АНАЭРОБНЫМ (за счет АТФ, КрФ и глюкоза),2.АЭРОБНЫМ (за счет окисления углеводов, а затем жиров).

Аэробный путь ресинтеза АТФ (синонимы: тканевое дыхание, аэробное или окислительное фосфорилирование) – это основной, базовый способ образования АТФ, протекающий в митохондриях мышечных клеток. В ходе тканевого дыхания от окисляемого вещества отнмаютсядва атома водорода (2протона и 2 электрона) и по дыхательной цепи передаются на малекулярный кислород – О2, доставляемый кровью мышцы из воздуха, в результате чего возникает вода. За счет энергии, выделяются при образовании воды, происходит синтез АТФ из АДФ и фосфорной кислоты. Обычно на каждую образовавшуюся молекулу воды приходится синтез 3 молекул АТФ.

Скорость аэробного пути ресинтеза АТФ контролируется содержанием в мышечных клетках АДФ, который является активатором ферментов тканевого дыхания. В состоянии покоя, когда в клетках почти нет АДФ, тканевое дыхание протекает с очень низкой скоростью. При мышечной работе за счет интенсивного использования АТФ происходит образование и накопление АДФ. Появившийся избыток АДФ ускоряет тканевое дыхание и оно может достигнуть максимальной интенсивности.

Другим активатором аэробного пути ресинтеза АТФ является СО2. Возникающий при физической работе в избытке углекислый газ активирует дыхательный центр мозга, что в итоге приводит к повышению скорости кровообращения мышц кислородом.

Максимальная мощность. По сравнению с анаэробными путями ресинтеза АТФ тканевое дыхание обладает самой низкой величиной максимальной мощности. Это обусловлено тем, что возможности аэробного процесса ограниченыдоставкой кислорода в митохондрии и их количеством в мышечных клетках. Поэтому за счет аэробного пути ресинтеза АТФ возвожно выполнение физических нагрузок только умеренной мощности.

Время развертывания – 3-4 мин. У хорошо тренированных спортсменок может быть около 1 мин. Такое большое время объясняется тем, что для обеспечения максимальной скорости тканевого дыхания необходима перестройка всех систем организма, участвующих в доставке кислорода в митохондрии мышц.

Время работы с максимальной мощностью составляет десятки мин. Источниками энергии для аэробного ресинтеза АТФ являются углеводы, жиры и аминокислоты, распад которых завершается циклом Крепса. Причем для этой цели используются не только внутримышечные запасы данных веществ, но и углеводы, жиры, кетоновые тела и аминокислоты, доставляемые кровью в мышцы во время физической работы. В связи с этим данный путь ресинтеза АТФ функционирует с максимальной мощностью в течение продолжительного времени. Что является положительным фактором для гимнасток, особенно значительную роль это играет при многоборье. Однако значительным недостатком аэробного образования АТФ считается большое время развертывания (3-4 мин.) и небольшую по абсолютной величине максимальную мощность. Поэтому мышечная деятельность, свойственная худ. Гимнастике, не может быть полностью обеспечена этим путем ресинтеза АТФ и мышцы вынуждены дополнительно включать анаэробные способы образования АТФ, имеющие более короткое время развертывания и большую максимальную млщность.

Под влиянием систематических тренировок, направленных на развитие аэробной работоспособности, в миоцитах возрастает количество митохондрий, увеличивается их размер, в них становится больше ферментов тканевого дыхания. Одновременно происходит совершенствование кислород – транспортной функции: повышается содержание миоглобина в мышечных клетках и гемоглобина в крови, возрастает работоспособность дыхательной и сердечно – сосудистой систем организма гимнасток.

Анаэробные пути ресинтеза АТФ ( креатинфосфатный, гликолитический) являются дополнительными способами образования АТФ в тех случаях, когда основной путь получения АТФ – аэробный не может обеспечить мышечную деятельность необходимым количеством энергии. Это бывает на первых мин. любой работы, когда тканевое дыхание еще полностью не развернулось, а также при выполнении физических нагрузок любой мощности.

В мышечных клетках всегда имеется креатинфосфат – соединеие, содержащее фосфатную группу, связанную с остатком креатина макроэргической связью.(15-20 ммоль/кг. В покое).Креатинфосфат обладает большим запасом энергии и высоким средством к АДФ. Поэтому он легко вступает во взаимодействие с молекулами АДФ, появляющиеся в мышечных клетках при физической работе в результате гидролиза АТФ. В ходе этой реакции остаток фосфорной кислоты с запасом энергии переносится с креатинфосфата на молекулу АДФ с образованием креатина АТФ.При мышечной работе активность креатинкеназы значительно возрастает за счет активирующего действия на нее ионов кальция, концентрация которых в саркоплазме под действием нервного импульса увеличивается почти в 1000 раз. Креатинфосфат, обладая большим запасом химической энергии, является веществом непрочным. От него легко может отщепляться фосфорная кислота, в результате чего происходит циклизация остатка креатина, приводящая к образованию креатина. Образование креатина присходит без участия ферментов, спонтанно. Частично запасы креатинфосфата могут восстанавливаться и при мышечной работе умеренной мощности, при которой за счет тканевого дыхания АТФ синтезируется в таком количестве, которого хватает и на обеспечение сократительной функции миоцитов и на восполнение запасов креатинфосфата реакция может включаться многократно.Образование креатина присходит в печени с использованием 3 аминокислот: глицина, метионина и аргинина. Спортсмены для повышения в мышцах концентрации креатинфосфата используют в качестве пищевых добавок препараты глицина и метионина.

Максимальная мощность – 900-1100 кал./мин кг., что в 3 раза выше соответствующего показателя для аэробного ресинтеза.

Время развертывания – всего 1-2с. Исходных запасов АТФ в мышечных клетках хватает на обеспечение мышечной деятельности как раз в течение 1-2 с., и к моменту их исчерпания креатинфосфатный путь образования АТФ уже функционирует со своей максимальной скоростью.

Время работы с максимальной скоростьювсего лишь 8-10 с., что связанно с небольшими исходными запасами креатинфосфата в мышцах.Главными преимуществами креатинфосфатного пути образования АТФ являются очень малое время развертывания и высокая мощность, что имеет крайне важное значение для скоростно – силовых видов спорта (х. гимнастика). Главным недостатком этого способа синтеза АТФ, существенно ограничивающим его возможности, является короткое время его функционирования. Время поддержания максимальной скорости всего 8-10 с., к концу 30-й с. его скорость снижается вдвое. Анаэробная реакция окажется главным источником энергии для обеспечения кратковременных упражнений максимальной мощности, таких как прыжки, броски и т.д. в худ. гимнастике. Креатинфосфатная реакция может неоднократно включаться во время выполнения физ.нагрузок, что делает возможным быстрое повышение мощности выполняемой работы, развития ускорения во время выполнения соревновательных упражнений. 5-20 ммоль/кг. атную группу, связанную с остатком креатина макроэргической связью.(ских нагрузок любой мощности.ой путь получен