Механизмы и факторы, определяющие функционирование мышечной системы в различные возрастные периоды

Естественным и самым сильным фактором, оказывающим во все периоды жизни как отрицательное, так и положительное воздей­ствие на скелетные мышцы и двигательные функции человека, яв­ляется величина нагрузки па опорно-двигательный аппарат. Наибо­лее значительный «удар» по мышечной системе (в любом возрасте) наносит уменьшение физической нагрузки на нее. Чем меньше дви­гательная активность, тем меньше энерготраты, что приводит к тор­можению процессов окислительного фосфорилирования в мышеч­ных клетках. При этом снижается скорость распада и ресинтеза АТФ в мышцах. В основе данных реакций лежит уменьшение в миоцитах количества митохондрий, их размеров и содержания в них крист, а также снижение активности фосфорилазы А и Б, НАДН₂-дегидрогеназы, сукцинатдегидрогеназы, ферментативной активности АТФ-азы миофибрилл. В результате уменьшается мышечная работоспо­собность.

При отсутствии оптимального уровня физической активности [суточные энерготраты меньше 2800-3000 ккал (11,7-12,6 МДж)] у человека снижаются тонус скелетных мышц, их возбудимость и сократительные свойства, ухудшается способность выполнять вы­сококоординированные движения, уменьшается работоспособность мышц как при динамической, так и при статической работе практи­чески любой интенсивности. Основная причина снижения работо­способности мышц, особенно мало активных в течение суток, - уменьшение содержания сократительных белков в мышечных клет­ках из-за замедления интенсивности процессов их синтеза. В усло­виях ослабления физической активности и, следовательно, падения интенсивности распада макроэргов снижается периодическая стимуляция генетического аппарата клетки, определяющего синтез сократительных белков. За счет снижения активности процессов фосфорилирования в миоцитах замедляется синтез белка по схеме ДНК → РНК → белок. При малоподвижном образе жизни замедля­ется выработка гормонов, стимулирующих развитие мышечной тка­ни (андрогены, инсулин). Этот механизм также приводит к замед­лению скорости синтеза сократительных белков в клетках скелет­ных мышц.

Однако не только пониженная физическая активность, но и повышенная также является одним из факторов, уменьшающих функциональные возможности двигательного аппарата и способ­ствующих развитию патологии нервно-мышечной системы. Мы не рассматриваем влияние больших физических напряжений (на­пример, у тяжелоатлетов) на развитие патологии опорно-двига­тельного аппарата - это предмет спортивной медицины. Вместе с тем следует подчеркнуть, что труд миллионов людей связан с необхо­димостью совершать в течение рабочего дня огромное количество физических движений при небольшой их силе (от 0,1-0,5 до 10-15 кгс). Так, например, сборщики электромоторов, контроле­ры-сортировщики, операторы-сборщики автомобилей, сборщики обуви, операторы вычислительных клавишных машин, телеграфи­сты совершают за рабочий день от 40 до 130 тысяч движений паль­цами рук. При этом суммарная локальная работа небольших мы­шечных групп нередко превышает за рабочую смену 100-120 ты­сяч кгс · м. Степень развивающегося при таких работах мышечного утомления, последующего за ним перенапряжения нервно-мышеч­ного аппарата и его профессиональной патологии определяется ко­личеством движений за смену и величиной развиваемого мышцами усилия. Если величина суммарной нагрузки превышает некий по­роговый уровень (например, 60-80 тысяч движений пальцев за сме­ну), то в результате происходит снижение мышечной работоспособ­ности и возможно развитие профессиональных заболеваний нервно-мышечного аппарата.

На всех этапах онтогенеза человека оптимальная деятельность его опорно-двигательного аппарата или нарушения мышечных функций зависят от поступления в организм необходимых ему химических субстратов: белков, углеводов, жиров, витаминов и мине­ральных веществ, т.е. от структуры питания.

Белки составляют около 15% массы тела, преимущественно нахо­дятся в скелетных мышцах. Пока организм человека не лишен пол­ностью своих основных энергетических субстратов (углеводов и жиров), доля белков в энергетическом обеспечении жизнедеятель­ности не превышает 1-5%. Основное назначение потребления бел­ков - обеспечить рост и поддержание мышечной и костной массы, построение клеточных структур, синтез ферментов. У человека, не подверженного значительным физическим нагрузкам, ежедневные потери белка составляют около 25-30 г. При тяжелой физической работе они возрастают на 7-10 г. Наибольшую потребность в бел­ках человек испытывает в периоды роста организма и при больших физических нагрузках. Минимальное количество белков, необходи­мое детям 4-7 лет, составляет 3,5-4 г в день на 1 кг массы тела, детям 8-12 лет - 3 г и подросткам – 2-2,5 г. После завершения роста организма человеку требуется около 1 г белков на 1 кг массы тела. Для лиц, выполняющих тяжелую физическую работу, эта нор­ма должна быть на 20-30% больше. Как известно, даже в самых богатых белками продуктах (мясо, яйца) содержание белка не пре­вышает 20-26%. Следовательно, для поддержания полноценного белкового баланса количество потребляемых человеком белковых продуктов по сравнению с приведенными выше нормами потребле­ния белка нужно увеличить в 4-5 раз.

Основными источниками энергии при мышечной работе чело­века являются углеводы и жиры. При «сгорании» 1 г углеводов освобождается 4,1 ккал (17,2 кДж) энергии, 1 г жиров - 9,3 ккал (38,9 кДж). Процентное соотношение использования углеводов и жиров при мышечной деятельности зависит от мощности работы. Чем она выше, тем больше тратится углеводов, а чем меньше - тем больше окисляются жиры. Имеющееся у человека жировое депо спо­собно обеспечить реальные потребности его организма в энергии при работах средней и умеренной мощности в течение многих ча­сов. Несколько сложнее обстоят дела с углеводами.

Дело в том, что работоспособность скелетных мышц находится в прямой зависимости от содержания в их волокнах углеводов (гликогена). В норме в 1 кг мышцы содержится около 15-17 г гли­когена. В любом возрасте чем больше гликогена содержат мышеч­ные волокна, тем большую работу они способны совершить. Со­держание углеводов в мышце зависит от интенсивности предшеству­ющей работы (их траты), поступления в организм углеводов с пищей, продолжительности восстановительного периода после физических упражнений. Для поддержания высокой работоспособности человека необходимо учитывать следующие общие закономерности, ха­рактерные для всех возрастных групп:

1) каким бы ни было количество углеводов в ежедневной диете, при отсутствии физических упражнений содержание гликогена в мышцах меняется незначительно; 2) гликоген в мышечных волок­нах исчезает почти полностью при интенсивной работе в течение 40-100 минут; 3) полное восстановление гликогена в мышцах требу­ет 3-4 суток; 4) существует возможность увеличить содержание гликогена в мышцах, а следовательно, и их работоспособность на 50-200%. Для этого надо выполнить мышечную работу субмакси­мальной мощности (70-80% от величины МПК) длительностью 30-60 минут (при такой нагрузке гликоген будет в основном израс­ходован) и затем 2-3 дня использовать углеводную диету (содер­жание углеводов в пище до 70-80%).

В обеспечении мышечной деятельности ведущую роль играет АТФ. В то же время ресинтез АТФ, а значит, работоспособность мышц во многом зависят от содержания в организме витаминов. При недостатке витаминов В-комплекса снижается аэробная вынос­ливость человека. Это связано с тем, что среди множества разнооб­разных функций, на которые влияют витамины данной группы, их роль особенно велика в качестве кофакторов в различных фермент­ных системах, связанных с окислением продуктов питания и обра­зованием энергии. Так, в частности, витамин В₁ (тиамин) необхо­дим для трансформации пировиноградной кислоты в ацетил-КоА (активную форму уксусной кислоты). Витамин В₂ (рибофлавин) превращается в ФАД, который действует как акцептор водорода во время окисления. Витамин В₃ (ниацин) -компонент НАДФ - кофермента гликолиза. Витамин В₁₂ играет важную роль в метаболизме аминокислот (изменение мышечной массы при тренировке) и необходим для образования эритроцитов, транспортирующих кислород к мышечным клеткам для процессов окисления. Функции витаминов В-комплекса столь взаимосвязаны, что дефицит одного из них может нарушить утилизацию других. Недостаток одного или нескольких витаминов группы В снижает мышечную работоспособность. Дополнительное употребление ви­таминов данной группы повышает работоспособность только в тех случаях, если у человека отмечался их дефицит.

Недостаточное поступление с пищей витамина С также умень­шает мышечную работоспособность человека. Этот витамин необ­ходим для образования коллагена - белка, содержащегося в соеди­нительной ткани. Следовательно, он важен для обеспечения нор­мальной функции (особенно при больших нагрузках) суставно-связочного аппарата и сосудов. Витамин С участвует в обмене аминокислот, синтезе некоторых гормонов (катехоламины, противовоспалительные кортикоиды), в обеспечении абсорбции железа из кишечника. Дополнительный прием витамина С повы­шает мышечную работоспособность лишь в случаях, когда имеется его дефицит в организме.

Витамин Е (альфа-токоферол) способствует увеличению концен­трации креатина в мышцах и развитию ими большей силы. Он об­ладает также антиоксидантными свойствами.

Сведения о влиянии остальных витаминов на работоспособность мышц у нетренированных и у спортсменов весьма противоречивы. Однако несомненно, что без приема ежедневной нормы полного ком­плекса витаминов работоспособность мышц может быть снижена.

Не вызывает сомнения значение минеральных веществ в поддер­жании высокой мышечной работоспособности. Однако дополни­тельная потребность в них отмечена лишь для лиц, подверженных длительным и большим физическим нагрузкам в условиях жаркого и влажного климата.

Отрицательное воздействие на двигательные функции оказыва­ет прием алкоголя. Данные по этому фактору риска применительно к деятельности опорно-двигательного аппарата весьма неоднознач­ны. Еще менее определенны они в отношении воздействия алкоголя на мышечную систему в онтогенезе. Некоторые доказанные поло­жения о влиянии алкоголя на нервно-мышечную систему состоят в следующем:

1) прием алкоголя приводит к усилению процессов торможения в моторной зоне коры головного мозга, ухудшает процессы дифференцировки тормозных процессов при двигательных реакциях, сни­жает скорость переключения процессов торможения и возбуждения, уменьшает силу процессов концентрации возбуждения и скорость нарастания частоты импульсов в двигательных мотонейронах;

2) при употреблении алкоголя у человека снижаются сила и ско­рость сокращения скелетных мышц, что приводит к снижению их скоростно-силовых качеств;

3) ухудшаются проявления двигательной координации человека;

4) замедляются все виды реакций на внешние раздражители (свет, звук, и другие);

5) усиливаются вегетативные реакции на ту же, что и до приема алкоголя, мышечную работу, то есть возрастает ее физиологиче­ская «стоимость»;

6) снижается концентрация глюкозы в крови, что вызывает ухуд­шение функций мышечной системы;

7) уменьшается содержание гликогена в мышцах (даже после однократного приема алкоголя), что приводит к снижению мышеч­ной работоспособности.

Крайне ограничены сведения о влиянии табакокурения на функ­ции опорно-двигательного аппарата. Доподлинно известно лишь, что никотин, попадающий в кровь, негативно влияет на процессы регуляции силы сокращения скелетных мышц, координацию дви­жений, мышечную работоспособность. У курящих в основном по­казатели МПК ниже, чем у некурящих. Это обусловлено более ин­тенсивным присоединением окиси углерода к гемоглобину в эрит­роцитах, что замедляет транспорт кислорода к работающим мышцам. Никотин уменьшает содержание витаминов в организме человека, а, следовательно, мышечную работоспособность. При дли­тельном табакокурении теряется эластичность соединительной тка­ни, уменьшается растяжимость мышц, вследствие чего интенсивные сокращения мышц сопровождаются болевыми реакциями.

Таким образом, наряду со многими отрицательными последстви­ями курения табака для висцеральных систем и их функций, нико­тин снижает мышечную работоспособность и уровень физического здоровья курящих людей.

К числу эргогенных средств, то есть средств, повышающих ра­ботоспособность, относится кофеин, который содержится в зер­нах кофе, листьях чая, орехах кола и др. Воздействуя на ЦНС, ко­феин усиливает ее возбудимость и вызывает ряд положительных реакций: поднимает настроение; улучшает концентрацию внима­ния; убыстряет скорость сенсомоторных реакций; снижает утом­ление и задерживает время его проявления; стимулирует выделе­ние катехоламинов; усиливает мобилизацию из депо свободных жирных кислот; повышает скорость использования мышечных триглицеридов. Благодаря всем этим реакциям кофеин вызывает заметное повышение аэробной работоспособности (езда на велоси­педе, бег на длинные дистанции, плавание и др.) По-видимому, кофеин способен также улучшать работоспособность мышц у спринтеров и лиц, занимающихся силовыми видами спорта. Это может быть связано с его способностью усиливать обмен кальция в саркоспазматическом ретикулуме и работу калий-натриевого насоса в мышечных клетках.

Тем не менее, несмотря на указанное влияние кофеина на рабо­тоспособность человека, он может вызывать и негативные послед­ствия. У лиц, не привыкших употреблять кофеин, но чувствитель­ных к нему, а также у тех, кто употребляет его в больших дозах, кофеин вызывает повышенную возбудимость, бессонницу, беспо­койство, тремор скелетных мышц. Действуя как диуретик, кофеин усиливает обезвоживание организма, нарушая процессы терморе­гуляции, снижает мышечную работоспособность, особенно в усло­виях высокой температуры и влажности окружающей среды.

Некоторые спортсмены используют наркотические средства, полагая, что с их помощью можно ускорить процессы восстановле­ния после тяжелых физических нагрузок. С этой целью применяет­ся даже кокаин. Этот симпатомиметик блокирует обратный захват норадреналина и дофамина в центральных синапсах. Отдельные спортсмены считают, что кокаин способствует повышению рабо­тоспособности. Однако это ощущение обманчиво. Оно связано с возникающим чувством эйфории, повышающим мотивацию и уве­ренность в своих силах. Наряду с этим кокаин «маскирует» утомле­ние и болевые ощущения, чем способствует развитию перенапряже­ний в нервно-мышечном аппарате. В целом доказано, что кокаин не обладает свойствами, повышающими мышечную работоспособ­ность. Нередко спортсмены и люди, увлекающиеся культуризмом («бо­дибилдингом»), используют для повышения мышечной работоспо­собности гормональные препараты. С начала 50-х годов началась эра применения анаболических стероидов- синтетических произ­водных андрогенов, а со второй половины 80-х -синтетического гормона роста. В силу наибольшей распространенности и опаснос­ти использования для организма остановимся лишь на анаболиче­ских стероидах, почти идентичных мужским половым гормонам.

Употребление анаболических гормонов приводит к значитель­ному увеличению общей массы тела и чистой мышечной массы (уве­личивается площадь поперечного сечения миоцитов за счет увели­чения количества содержащихся в них миофибрилл). При этом по­вышается сила и работоспособность скелетных мышц.

Следовательно, основной эффект использования стероидных гормонов состоит в увеличении объема мышечной массы (миофибриллярная гипертрофия) и силы сокращения мышц. В то же время эти гормоны практически не влияют на аэробную выносливость человека, скоростные качества его мышц, быстроту процессов вос­становления работоспособности после интенсивных физических нагрузок.

Проблема использования стероидных гормонов (что иногда про­исходит уже в школьном возрасте) - это проблема сохранения здо­ровья огромного количества людей. Вследствие высокой степени риска для здоровья анаболические гормоны и синтетический гор­мон роста относят к числу запрещенных препаратов. Основные от­рицательные последствия для здоровья принимающих стероидные гормоны заключаются в следующем. Использование синтетических анаболических гормонов подавляет секрецию собственных гонадотропных гормонов, контролирующих развитие и функцию половых желез (яичек и яичников). У мужчин сниженная секреция гонадотропина может привести к атрофии яичек, уменьшению выделения тестостерона и количества спермы. Гонадотропные гормоны у жен­щин необходимы для осуществления овуляции и секреции эстроге­нов, поэтому пониженное содержание в крови этих гормонов в ре­зультате применения анаболических стероидов приводит к наруше­ниям менструального цикла, а также маскулинизации - уменьшению объема груди, огрублению голоса, появлению волос на лице.

Побочным действием употребления анаболических стероидов может быть увеличение предстательной железы у мужчин. Извест­ны также случаи нарушения функции печени, обусловленные раз­витием химического гепатита, который может перейти в рак пече­ни. У лиц, длительное время употребляющих анаболические стеро­иды, возможно снижение сократительной функции миокарда. У них происходит значительное снижение концентрации в крови альфа-липопротеидов высокой плотности, обладающих антиатерогенными, т. е. препятствующими развитию атеросклероза, свойствами. Следовательно, применение стероидных гормонов сопряжено с вы­соким риском возникновения ишемической болезни сердца. Упот­ребление стероидов приводит к изменениям личностных качеств человека, наиболее выраженным из которых является повышенная агрессивность.

Лекция № 3

Тема: Структурно-функциональная организация и возрастные особенности сердечно-сосудистой, кровеносной, лимфатической, иммунной, дыхательной систем человека(1,5 часа)

План

1.Отличительные особенности строения сердца и сосудов.

2.Общая характеристика системы крови и иммунной системы, их возрастные особенности.

3. Возрастные особенности дыхательной системы человека