Минимальный структурный элемент всех типов мышц — мышечное волокно, каждое из которых в отдельности является не только клеточной, но и физиологической единицей, способной сокращаться. Это связано со строением такого волокна, содержащего не только органеллы (ядро клетки, митохондрии, рибосомы, комплекс Гольджи), но и специфические элементы, связанные с механизмом сокращения — миофибриллы. В состав последних входят сократительные белки — актин и миозин.
Актин — сократительный белок, состоящий из 375 аминокислотных остатков с молекулярной массой 42300, который составляет около 15 % мышечного белка. Под световым микроскопом более тонкие молекулы актина выглядят светлой полоской (так называемые Ι-диски). В растворах с малым содержанием ионов актин содержится в виде единичных молекул с шарообразной структурой, однако в физиологических условиях, в присутствии АТФ и ионов магния, актин становится полимером и образует длинные волокна (актин фибриллярный), которые состоят из спирально закрученных двух цепочек молекул актина. Соединяясь с другими белками, волокна актина приобретают способность сокращаться, используя энергию, содержащуюся в АТФ.
Миозин — основной мышечный белок; содержание его в мышцах достигает 60 %. Молекулы состоят из двух полипептидных цепочек, в каждой из которых содержится более 2000 аминокислот. Белковая молекула очень велика (это самые длинные полипептидные цепочки, существующие в природе), а её молекулярная масса доходит до 470000. Каждая из полипептидных цепочек оканчивается так называемой головкой, в состав которой входят две небольшие цепочки, состоящие из 150—190 аминокислот. Эти белки проявляют энзиматическую активность АТФазы, необходимую для сокращения актомиозина. Под микроскопом молекулы миозина в мышцах выглядят темной полоской (так называемые А-диски).
Актомиозин — белковый комплекс, состоящий из актина и миозина, характеризующийся энзиматической активностью АТФазы. Это значит, что благодаря энергии, освобожденной в процессе гидролиза АТФ, актомиозин может сокращаться. В физиологических условиях актомиозин создает волокна, находящиеся в определенном порядке. Фибриллярные части молекул миозина, собранные в пучок, образуют так называемую толстую нить, из которой перпендикулярно выглядывают миозиновые головки. Молекулы актина соединяются в длинные цепочки; две таких цепочки, спирально закрученные друг вокруг друга, составляют тонкую нить. Тонкая и толстая нити расположены параллельно таким образом, что каждая тонкая нить окружена тремя толстыми, а каждая толстая нить — шестью тонкими; миозиновые головки цепляются за тонкие нити.
2. Сравните строение разных видов мышечных волокон.
Каждая скелетная мышца представляет собой активный орган движения, построенный из многих тканей, главной из которых является поперечнополосатая мышечная ткань. Кроме того, в состав мышцы входят рыхлая и плотная соединительные ткани, сосуды и нервы. Функциональное значение мышцы как органа состоит в ее способности сокращаться и изменять при этом свои размеры.
Это свойство мышцы обусловлено сократительной способностью скелетной мышечной ткани, что в свою очередь связано с сокращением мышечных волокон в результате укорочения миофибрилл в пределах каждого саркомера. Мышечные волокна являются основными рабочими элементами мышцы.
Различают красные и белые мышечные волокна. Четкие границы между красными и белыми мышечными волокнами отсутствуют, поэтому их подразделение производится на основе сопоставления количественных показателей их структурных компонентов. Так, красные мышечные волокна (нередко обозначаемые мионами 1-го типа) содержат больше саркоплазмы и, соответственно, меньшее количество миофибрилл.
В саркоплазме определяются многочисленные митохондрии, которые отличаются высокой активностью окислительных ферментов (в частности, СДГ — сукцинатдегидрогеназы). Саркоплазма характеризуется повышенным содержанием миоглобина. Диаметр красных мышечных волокон несколько меньше, чем средний диаметр белых мышечных волокон. Вокруг красных мионов интенсивно развита капиллярная сеть.
По данным гисторадиографии, для этих мышечных волокон характерен более высокий уровень синтеза белков. На красных мышечных волокнах некоторых мышц (например, глаза) определяются нетипичные множественные моторные бляшки.
Белые мышечные волокна (или мионы II-го типа) содержат большее число миофибрилл, расположенных в виде столбиков, или колонок, образующих на поперечном срезе широкие поля. Саркоплазма образует узкие прослойки между миофибриллярными колонками. В ней мало митохондрий. Невысоко содержание и миоглобина. Диаметр белых мышечных волокон больше, чем красных. На каждом белом мышечном волокне имеется лишь одна моторная бляшка типичного строения. Белые мионы сокращаются быстрее, чем красные.
Между красными и белыми мышечными волокнами имеются переходные формы — промежуточные волокна. Мышцы человека, как правило, смешанные по составу мионов разных типов, но каждая из них имеет свой рисунок, определяемый процентным соотношением числа красных, белых и промежуточных мышечных волокон.
Важная роль в построении мышцы как органа принадлежит соединительной ткани, которая объединяет мышечные волокна в пучки, проводит кровеносные сосуды и нервы, а также обеспечивает прикрепление мышцы к костям. Рыхлая соединительная ткань внутри мышечных пучков называется эндомизием. Пучки мышечных волокон соединяются между собой также прослойками рыхлой соединительной ткани, которую называют перимизием.
Снаружи мышца покрыта плотной соединительнотканной оболочкой — эпимизием, или фасцией. Внутримышечная соединительная ткань обеспечивает развитие густой капиллярной сети вокруг каждого мышечного волокна. Благодаря эластическим свойствам она участвует в процессах, обусловливающих расслабление мышцы после ее сокращения.
3. Опишите строение миофибрилл.
Миофибриллы — органеллы клеток поперечнополосатых мышц, обеспечивающие их сокращение. Служат для сокращений мышечных волокон. Миофибрилла — нитевидная структура, состоящая из саркомеров. Каждый саркомер имеет длину около 2 мкм и содержит два типа белковых филаментов: тонкие микрофиламенты из актина и толстые филаменты из миозина. Границы между филаментами (Z-диски) состоят из особых белков, к которым крепятся ±концы актиновых филаментов. Миозиновые филаменты также крепятся к границам саркомера с помощью нитей из белка титина (тайтина). С актиновыми филаментами связаны вспомогательные белки — небулин и белки тропонин-тропомиозинового комплекса.
У человека толщина миофибрилл составляет 1-2 мкм, а их длина может достигать длины всей клетки (до нескольких сантиметров). Одна клетка содержит обычно несколько десятков миофибрилл, на их долю приходится до 2/3 сухой массы мышечных клеток.
4. Нарисуйте строение саркомера.
Схема саркомера.
5. Дайте характеристику толстых протофибрилл.
Толстые протофибриллы образуют плотный обладающий двойным лучепреломлением участок Миофибриллы - анизотропный диск (диск А). Между толстыми протофибриллами частично вдвинуты тонкие протофибриллы («зона перекрывания»). Участок саркомера по обе стороны от полоски Z, содержащий лишь тонкие протофибриллы, называется изотропным диском (диск 1). Центральная зона диска А, лишённая тонких протофибрилл, называется диском Н; в его центре обычно видна полоска М, составленная короткими (40 нм) М-нитями, расположенными вдоль длинной оси Миофибриллы; длина их соответствует ширине полоски Миофибриллы С обеих сторон от полоски Миофибриллы расположен субдиск Н - узкая зона (~ 130 нм), более светлая, чем остальной диск Н. Толстые протофибриллы имеют по всей длине равномерно расположенные отростки («мостики»), представляющие, по-видимому, отошедшие от протофибрилл концы миозиновых молекул. Середина толстых протофибрилл лишена отростков, чем и обусловлено возникновение светлой зоны (субдиска Н). Данная схема строения Миофибриллы допускает ряд возражений, например при сильном растяжении Миофибриллы тонкие протофибриллы должны полностью выйти из диска А, а саркомер - распасться на фрагменты, однако этого не происходит, т. к. допускается существование 3-го типа протофибрилл - «сверхтонких нитей», соединяющих полоски Z.
6. Опишите строение молекулы белка миозина.
Миозины — семейство белков, являющихся моторами цитоскелета системы микрофиламентов. Миозины состоят из тяжёлых цепей (H) и лёгких (L) в разном количестве в зависимости от типа миозина. H-цепь имеет 2 участка — «головку» и «хвостик». Головка тяжёлой цепи миозина имеет сайт связывания с актином и сайт связывания АТФ. По количеству «головок» миозины делятся на «традиционные» (convention myosin) — 2 головки, и нетрадиционные (unconvention myosin) — одна «головка». Традиционные миозины могут связываться между собой в протофибриллы, а нетрадиционные — не могут.
На электронных микрофотографиях молекулы миозина имеют вид палочек (1600´25) с двумя глобулярными образованиями на одном из концов. Полагают, что 2 полипептидные цепи, образующие миозина, скручены в спираль. Белки, аналогичные миозину, обнаружены в жгутиках, ресничках и других двигательных структурах у многих простейших и бактерий, сперматозоидов животных и некоторых растений.
7. Какие формы актина существуют?
Существует в двух формах: глобулярной (Г-актин) и фибриллярной (Ф-актин), являющейся продуктом полимеризации Г-актина.
8. Опишите строение белков актина и тропомиозина.
Актин — белок, полимеризованная форма которого образует микрофиламенты — один из основных компонентов цитоскелета эукариотических клеток. Вместе с белком миозином образует основные сократительные элементы мышц — актомиозиновые комплексы саркомеров.
Водорастворимый глобулярный белок (М 42 000), состоящий из 376 аминокислотных остатков (G-актин). С каждой молекулой G-актина связана одна молекула ATФ. При добавлении Mg2+ и некоторых других ионов актин быстро полимеризуется (с образованием неорганического фосфата), образуя двунитчатую спиральную структуру – F-актин, содержащий АДФ. Тонкие филаменты мышцы образованы такими двунитчатыми структурами, внутри которых молекулы актина связаны между собой нековалентными связями.
Тропомиозин — белок (70 кДа), в составе которого две субъединицы, переплетающиеся между собой в α-спиралевидные фибриллярные структуры. Тропомиозин связывается в единый комплекс с F-актином в области изгиба молекулы, обеспечивая его стабильность. По длине тропомиозин равен 7 субъединицам G-актина, при этом контактирует только с одной из нитевидных структур F-актина. Кроме этого, тропомиозин совместно с тропонином участвует в регуляции взаимодействия актина с миозином.
9. Какие белки принимают участие в мышечном сокращении?
В осуществлении мышечного сокращения принимают участие несколько белков: актин, миозин, тропо-миозин и тропонин.
10. Нарисуйте схему мышечного сокращения.
Биохимические основы спортивной тренировки.
1. Расскажите об основных задачах спортивной тренировки.
Спортивная тренировка – это основная форма подготовки спортсмена, которая представляет собой специализированный педагогический процесс, построенный на системе упражнений и направленный на воспитание и совершенствование определенных способностей, обуславливающих готовность спортсмена к достижению высших результатов.
Целью спортивной тренировки является подготовка к спортивным состязаниям, направленная на достижение максимально возможного для данного спортсмена уровня подготовленности, обусловленного спецификой соревновательной деятельности и гарантирующего достижение запланированных спортивных результатов.
В процессе спортивной тренировки решаются следующие основные задачи:
- освоение техники и тактики избранной спортивной дисциплины;
- совершенствование двигательных качеств и повышение возможностей функциональных систем организма, обеспечивающих успешное выполнение соревновательного упражнения и достижение планируемых результатов;
- воспитание необходимых моральных и волевых качеств;
- обеспечение необходимого уровня специальной психической подготовленности;
- приобретение теоретических знаний и практического опыта, необходимых для успешной тренировочной и соревновательной деятельности.
2. Дайте характеристику основных скоростно-силовых качеств спортсменов.
Выполнение любого движения или сохранения какой-либо позы тела человека обусловлено работой мышц. Величину развиваемого при этом усилия принято называть силой мышц.
Мышечная сила – это способность человека преодолевать внешнее сопротивление или противодействовать ему за счет мышечных напряжений.
Одним из наиболее существенных моментов, определяющих мышечную силу, является режим работы мышц. В процессе выполнения двигательных действий мышцы могут проявлять силу:
при уменьшении своей длины (преодолевающий, т.е. миометрический режим, например, жим штанги лежа на горизонтальной скамейке);
при ее удлинении (уступающий, т.е. полиометрический режим, например, приседание со штангой на плечах);
без изменения своей длины (статический, т.е. изометрический режим, например, удержание разведенных рук с гантелями в наклоне
вперед);
при изменении и длины и напряжения мышц (смешанный, т.е. ауксотонический режим, например, подъем силой в упор на кольцах, опускание в упор руки в стороны («крест») и удержание в «кресте»).
Первые два режима характерны для динамической, третий – для статической, четвертый – для статодинамической работы мышц.
В любом режиме работы мышц сила может быть проявлена медленно и быстро. Это характер их работы.
Различают следующие виды силовых способностей: собственно- силовые, и их соединение с другими ДС (скоростно-силовые и силовая выносливость и силовая ловкость).
Скоростно-силовые способности проявляются в двигательных действиях, в которых наряду со значительной силой мышц требуется и
значительная быстрота движений (прыжки в длину и высоту с места и разбега, метания снарядов и т.п.). При этом, чем значительнее внешнее отягощение, преодолеваемое школьником (например, при толкании ядра или выполнение рывка гири достаточно большого веса), тем большую роль играет силовой компонент, а при меньшем отягощении (например, при метании малого мяча) возрастает значимость скоростного компонента.
К числу скоростно-силовых способностей относят:
− быстрая сила, которая характеризуется непредельным напряжением мышц, проявляемых в упражнениях, которые выполняются со значительной скоростью, не достигающей предельной величины;
− взрывная сила − способность по ходу выполнения двигательного действия достигать максимальных показателей силы в возможно короткое время (например, при старте в спринтерском беге, в прыжках, метаниях и т.д.).
Уровень развития взрывной силы можно оценить с помощью скоростно-силового индекса, который вычисляется по формуле:
J = F max / t max
J – скоростно-силовой индекс;
F max – максимальное значение силы, показанной в данном
движении;
t max – время достижения максимальной силы;
− ускоряющая сила − способность мышцы к быстроте наращивания
рабочего усилия в условиях их начавшегося сокращения.
Как разновидность скоростно-силовых усилий выделяют еще
амортизационную силу − способность как можно быстрее закончить движение при его осуществлении с максимальной скоростью (например, остановка после ускорения).
3. Перечислите факторы физической работоспособности.
Физическая работоспособность человека зависит от многих факторов. Среди них выделяют несколько основных, «ведущих», которые в наибольшей мере определяют конкретное проявление работоспособности. К этим факторам обычно относят следующие:
· Сократительные особенности нервно-мышечного аппарата, т. е. скоростно-силовые возможности двигательной системы.
· Особенности координации движений.
· Биоэнергетические возможности организма.
· Мощность и устойчивость вегетативных систем обеспечения двигательной активности.
· Технику выполнения двигательных действий.
· Тактику решения двигательных задач в процессе спортивной или профессиональной деятельности.
· Психическую подготовку человека, его мотивацию, волю и т. д.
Скоростно-силовые качества, координационные способности, возможности биоэнергетики и вегетативных систем обеспечения двигательной активности составляют группу внутренних, или потенциальных факторов. Степень реализации этих потенциальных возможностей в конкретных условиях какой-либо двигательной деятельности (спортивной или профессиональной) определяется факторами производительности: технической, тактической и психической подготовленностью человека.
Рациональная техника выполнения спортивных или профессионально-прикладных действий позволяет более эффективно использовать скоростно-силовой и энергетический потенциалы, координационные возможности, а совершенная тактика выполнения двигательных действий позволяет лучше распределить и реализовать потенциальные возможности на определенном отрезке времени.
Любая двигательная, в том числе и спортивная, деятельность совершается при помощи мышц при их сокращении. Поэтому строение и функциональные возможности мускулатуры необходимо знать всем людям, но в особенности тем, кто занимается физической культурой и спортом. На долю мышц приходится значительная часть сухой массы тела человека. У женщин на мышцы приходится от 30 до 35% общей массы тела, а у мужчин - 40-50% соответственно. Специальной силовой тренировкой можно значительно увеличить мышечную массу. Физическое же бездействие (гиподинамия2) приводит к уменьшению массы мышц и очень часто - к увеличению жировой массы.
4. Охарактеризуйте основные биохимические принципы спортивной тренировки.
Основные принципы спортивной тренировки:
· Повторность;
· Регулярность;
· Правильное соотношение работы и отдыха;
· Постепенное увеличение нагрузок.
В процессе тренировки работоспособность постепенно повышается и выполнение каждой последующей мышечной нагрузки, если она остается такой же, что и предыдущие, для организма облегчается. При таких условиях работа будет сопровождаться все меньшими биохимическими сдвигами в организме. Следовательно, и фаза суперкомпенсации ускорится и будет выражена слабее, что приведет к прекращению роста работоспособности. Чтобы этого не произошло, необходимо увеличивать нагрузки постепенно.
Под влиянием тренировки существенно улучшаются показатели физической работоспособности. Так, аэробная мощность начинающих спортсменов составляет 45 мл/кг-мин, а спортсменов международного класса – 90 мл/кг-мин; алактатная мощность – 60 мМ/кг-мин для начинающих и 102 мМ/кг-мин для мастеров международного класса; гликолитическая мощность – 20 мМ/кг-мин и 35 мМ/кг-мин лактата соответственно.
5. Дайте характеристику явлению суперкомпенсации.
Это явление превышения исходного уровня в процессе восстановления после снижения, вызванного выполнением физической работы. Сложный характер генеза восстановительного периода, отраженный в гетерохронизме восстановления вегетативных функций и фазном колебании уровня восстановления работоспособности двигательной функции имеет явно волнообразный характер.
Фазу повышенной работоспособности при выполнении повторной работы (жим штанги и подтягивания на перекладине) через разные интервалы времени после первой работы описал Б.С. Гиппенрейтер (1953). По его данным, наблюдается возникновение трех основных фаз восстановления работоспособности после выполнения первой работы до утомления: первая фаза – фаза последовательного восстановления работоспособности (из состояния пониженной работоспособности), вторая фаза – повышенной работоспособности, которая может превысить исходный уровень на 20-23%, и третья фаза – фаза постепенного возвращения к исходному уровню работоспособности.
В восстановительном периоде после мышечной работы имеется своеобразная «экзальтационная фаза». С этим связано явление суперкомпенсации в биохимических процессах после мышечной работы. Если бы каждый раз после выполнения мышечной работы или физических упражнений человеческий организм только возвращался к исходному состоянию покоя с восстановлением его прежней работоспособности, исчезла бы возможность совершенствования организма путем упражнения и тренировки.
Повторное выполнение мышечной работы – физических упражнений в течение ряда дней и месяцев обусловливает суммацию этих следовых реакций в организме, что приводит к возникновению и нарастанию тренированности человека. В этих случаях суммация следовых реакций фиксируется уже не только в функциональных изменениях органов и тканей, но и в морфологических – структурных изменениях функциональных систем, т.е. фиксируется уже в конструктивных изменениях организма.
7. Перечислите основные виды утомления.
В зависимости от вида выполняемой работы выделяют умственное и физическое Утомление, при котором учитывают отклонения энергетических показателей обмена, например изменение температуры тела, биоэлектрических потенциалов. В связи с тем что обнаружилась принципиальная общность физического и умственного Утомление, приобретает большое распространение классификация, основанная на преимущественной локализации Утомление в звеньях нервной системы, обеспечивающей деятельность человека. Так, различают сенсорное Утомление и его разновидности (перцептивное и информационное) и эффекторное Утомление Кроме того, выделяют как обобщённую форму общее Утомление Однако та или иная классификация зависит от принятой физиологической теории Утомление Сенсорное Утомление развивается в результате длительного или интенсивного воздействия раздражителя (например, сильный шум, свет), при котором первичные изменения возникают в сенсорных системах, начиная от рецептора и кончая корковым концом анализатора. Перцептивное Утомление, локализованное преимущественно в корковом конце анализатора, связано с трудностью обнаружения сигнала (например, при больших помехах, при его малой интенсивности, трудности дифференцирования). Информационное Утомление развивается вследствие недостаточности информации или при информационной перегрузке, когда наибольшая нагрузка падает на динамику меж центральных отношений, заключающуюся в замыкании временных связей между различными структурами в центральной нервной системе и оживлении ассоциативных связей, позволяющих правильно отразить в сознании объективную картину внешней среды. Эффекторное Утомление возникает при локализации изменений преимущественно в отделах центральной нервной системы, формирующих двигательный акт. При изменениях, появляющихся вследствие интенсивных процессов репродуктивной деятельности, связанной лишь с обработкой получаемой информации по жёстким правилам (например, счёт, разнесение по рубрикам), а также продуктивной, включающей процессы преобразования информации и формирования суждения, понятия, умозаключения и т.п., и эвристической, т. е. творческой, осуществляемой по индивидуальным, неявным алгоритмам, формируется умственное Утомление В связи с тем, что при трудовой деятельности чаще сочетаются все перечисленные изменения, выделяют общее Утомление, подчёркивая при этом наиболее выраженные нарушения в центральной нервной системе.
8. Опишите биоэнергетические возможности организма.
Биоэнергетические возможности организма являются наиболее важным фактором, лимитирующим его физическую работоспособность. Образование энергии для обеспечения мышечной работы может осуществляться анаэробным (бескислородным) и аэробным (окислительным) путем. В зависимости от биохимических особенностей протекающих при этом процессов принято выделять три обобщенных энергетических системы, обеспечивающих физическую работоспособность человека:
· алактная анаэробная, или фосфагенная, связанная с процессами ресинтеза АТФ преимущественно за счет энергии другого высокоэнергетического фосфатного соединения - креатинфосфата (КрФ);
· гликолитическая (лактацидная) анаэробная, обеспечивающая ресинтез АТФ и КрФ за счет реакций анаэробного расщепления гликогена или глюкозы до молочной кислоты (МК);
· аэробная (окислительная), связанная с возможностью выполнения работы за счет окисления энергетических субстратов, в качестве которых могут использоваться углеводы, жиры, белки при одновременном увеличении доставки и утилизации кислорода в работающих мышцах.
Каждый из перечисленных биоэнергетических компонентов физической работоспособности характеризуется критериями мощности, емкости и эффективности.
9. Охарактеризуйте явления утомления.
Утомление - это функциональное состояние, временно возникающее под влиянием 'продолжительной и интенсивной работы и приводящее к снижению ее эффективности. Утомление проявляется в том, что уменьшается сила и выносливость мышц, ухудшается координация движений, возрастают затраты энергии при выполнении работы одинакового характера, замедляется скорость переработки информации, ухудшается память, затрудняется процесс сосредоточения и переключения внимания, усвоения теоретического материала. Утомление связано с ощущением усталости, и в то же время оно служит естественным сигналом возможного истощения организма и предохранительным биологическим механизмом, защищающим его от перенапряжения. Утомление, возникающее в процессе упражнения, это еще и стимулятор, мобилизующий как резервы организма, его органов и систем, так и восстановительные процессы.
Утомление наступает при физической и умственной деятельности. Оно может быть острым, т.е. проявляться в короткий промежуток времени, и хроническим, т.е. носить длительный характер (вплоть до нескольких месяцев); общим, т.е. характеризующим изменение функций организма в целом, и локальным, затрагивающим какую-либо ограниченную группу мышц, орган, анализатор. Различают две фазы утомления: компенсированную (когда нет явно выраженного снижения работоспособности из-за того, что включаются резервные возможности организма) и некомпенсированную (когда резервные мощности организма исчерпаны и работоспособность явно снижается). Систематическое выполнение работы на фоне не довосстановления, непродуманная организация труда, чрезмерное нервно-психическое и физическое напряжение могут привести к переутомлению, а следовательно, к перенапряжению нервной системы, обострениям сердечно-сосудистых заболеваний, гипертонической и язвенным болезням, снижению защитных свойств организма. Физиологической основой всех этих явлений является нарушение баланса возбудительно-тормозных нервных процессов. Умственное переутомление особенно опасно для психического здоровья человека, оно связано со способностью центральной нервной системы долго работать с перегрузками, а это в конечном итоге может привести к развитию запредельного торможения, к нарушению слаженности взаимодействия вегетативных функций.
10. Опишите процесс восстановления организма после физических нагрузок.
После прекращения физической работы происходят обратные изменения в деятельности тех функциональных систем организма, которые обеспечивали выполнение нагрузки. Вся совокупность изменений в этот период объединяется понятием восстановления. На протяжении восстановительного периода из организма удаляются продукты рабочего метаболизма и восполняются энергетические запасы, пластические вещества (белки, углеводы и т.д.) и ферменты, израсходованные за время мышечной деятельности. По существу происходит восстановление нарушенного работой равновесного состояния организма. Однако восстановление - это не только процесс возвращения организма к пред рабочему состоянию. В период восстановления происходят также изменения, которые обеспечивают повышение функциональных возможностей организма, входя в стадию сверх восстановления.
Интервалы отдыха между занятиями зависят от величины тренировочной нагрузки. Они должны обеспечивать полное восстановление работоспособности как минимум до исходного уровня или в лучшем случае до фазы сверх восстановления. Тренировка в фазе неполного восстановления недопустима, так как адаптационные возможности организма ограничены.
Чем больше продолжительность тренировочной нагрузки с соответствующей интенсивностью, тем более продолжительными должны быть интервалы отдыха. Так, продолжительность восстановления основных функций организма после кратковременной максимальной анаэробной работы - несколько минут, а после продолжительной работы малой интенсивности, например, после марафонского бега - несколько дней.
Тема 8. Биохимия физических упражнений и спорта.
1. В чем состоит сущность процессов адаптации организма к физическим нагрузкам?
Сущность адаптации к физическим нагрузкам заключается в раскрытии механизмов, за счет которых нетренированный организм становится тренированным.
2. На какие два этапа подразделяют адаптацию организма к физическим нагрузкам? Дайте характеристику каждого этапа.
Этап срочной адаптации – это ответ организма на однократное воздействие физической нагрузки. Срочные адаптационные процессы осуществляются непосредственно во время работы мышц. Их первоочередная задача заключается в мобилизации энергетических ресурсов, транспорте кислорода и субстратов окисления к работающим мышцам, удалении конечных продуктов реакций энергообмена и создании условий для пластического обеспечения работы мышц.
Этап долговременной адаптации - характеризуется структурными и функциональными изменениями в организме, заметно увеличивающими его возможности. Этап долговременной адаптации развивается на основе многократной реализации срочной адаптации. В процессе долговременной адаптации организма под влиянием физических нагрузок активизируется синтез нуклеиновых кислот и специфических белков. Это создает возможность усиленного образования разных клеточных структур и нарастания мощности их функционирования. Под влиянием физической нагрузки происходит увеличение сократительной активности мышц, что приводит к изменению концентрации макроэргических фосфатов в клетке. Эти процессы стимулируют синтез АТФ и восстановление нарушенного баланса макро эргов в мышце, что и составляет начальное звено срочной адаптации. Срочные адаптационные процессы, в свою очередь, приводят к усилению синтеза нуклеиновых кислот и специфических белков при воздействии на определенные структуры мышц, таких соединений, как креатин, циклический АМФ, стероидные и некоторые пептидные гормоны.
3. Как изменяется соотношение интенсивности анаэробных и аэробных процессов: в состоянии покоя; в начале мышечной работы, при дальнейшей деятельности, в период отдыха.
Анаэробные процессы
Анаэробные процессы имеют место при отсутствии или недостаточном притоке кислорода воздуха. В этих условиях под влиянием неспороносных гнилостных микробов, микроорганизмов брожении и других организмов, находящихся в почве, происходят восстановительные процессы, выражающиеся в отщеплении кислородной частицы от органического вещества. Процессы нитрификации и другие окислительные процессы здесь не имеют места.
В анаэробных условиях биохимические процессы происходят весьма медленно, с образованием промежуточных продуктов распада органических соединений. В результате этих биохимических процессов углеводы распадаются на воду и углекислоту; жиры расщепляются на глицерин и жирные кислоты, которые затем распадаются на воду и углекислоту; сложные белки превращаются в аминокислоты и аммиак (аммонификация); сера белков превращается в сероводород, растительная клетчатка — в гумус.
В анаэробных условиях процесс гниения и брожения органических веществ сопровождается выделением зловонных газов — аммиака, сероводорода, метана, меркаптанов и др., которые загрязняют воздух.
Образующийся в процессе разложения органического вещества перегной (гумус) имеет большое санитарное и агрономическое значение. Он представляет собой органическое вещество темного цвета, которое неспособно ни загнивать, ни издавать зловоние, ни привлекать мух и не содержит возбудителей инфекций, кроме спороносных. В силу этого при обезвреживании отбросов в определенных условиях (почвенные методы, компостирование, биотермические методы) вполне возможно ограничиться гумификацией отбросов, не доводя разложение их до полной минерализации.
Образование перегноя обусловливается жизнедеятельностью трех основных групп микроорганизмов: 1) грибов, 2) аэробных бактерий и 3) анаэробных бактерий. В почве на глубине примерно более 10 см атмосферного кислорода очень мало, потому что он перехватывается аэробными микробами, находящимися в самом верхнем слое почвы, где происходят процессы полной минерализации. Ниже 10 см устанавливается все более нарастающее анаэробное разложение органического вещества с образованием перегноя (гумуса), который необходим для создания структурной почвы.
Для интенсивного протекания процессов минерализации и нитрификации необходимо, чтобы количество органических отбросов, вносимых в почву, не превышало ее способности к самоочищению. При несоблюдении этого правила всегда развиваются анаэробные процессы с образованием промежуточных продуктов распада, некоторые из которых могут выделяться в атмосферу в виде зловонных и при определенной концентрации вредных ядовитых газов.
Аэробный процесс
При достаточно продолжительных силовых нагрузках вклад анаэробных процессов в деле энергоснабжения очень низкий, поэтому большую часть энергии для процессов метаболизма получают именно от аэробной (кардио) работы. В процессе кардиотренинга для получения энергии используются в основном углеводы и жиры. Вклад белка для получения энергии минимален.
В покое 70% от молекул АТФ заряжаются энергией, получаемой в процессе расщепления жира, и 30 % энергией расщепления углеводов. Более интенсивные действия ведут к увеличению расхода доли углеводов. Аэробные процессы используют кислород, поступающий из крови, которая наполняет работающую мышцу. Продуктами распада в данном случае являются углекислый газ CO2 и вода H2O.
Аэробный процесс состоит из трех этапов:
• Гликолиз
• Цикл Кребса
• Дыхательная цепь
4. Напишите схему гликолиза.
6. Расскажите о гликогенолизе.
Гликогенолиз (англ. glycogenolysis)- биохимическая реакция, протекающая главным образом в печени и мышцах, во время которой гликоген расщепляется до глюкозы и глюкозо-6-фосфата. Гликогенолиз стимулируется гормонами глюкагоном и адреналином.
7. Сравните энергетические эффекты гликолиза и дыхания.
Энергетический эффект гликолиза равняется двум молекулам АТФ при окислении молекулы глюкозы, поскольку на первом этапе гликолиза затрачивается 2 молекулы АТФ (гексокиназная и фосфофруктокиназная реакции), а на втором этапе 4 молекулы АТФ образуются за счет 1,3 БФГК и ФЭПВК (4АТФ - 2АТФ =2АТФ). Кроме того, при гликолизе освобождается четыре атома водорода, которые в анаэробных условиях передаются на пировиноградную кислоту, а в аэробных условиях переходят в дыхательную цепь.
8. Сравните энергетический эффект окисления жиров и белков.
Жиры обладают высокой энергетической ценностью: при п<