Типы мышечных волокон и их вовлечение в мышечную деятельность
В скелетных мышцах различают несколько типов мышечных волокон, отличающихся сократительными и метаболическими свойствами. К основным типам волокон относятся медленносокращающиеся (МС), или красные и быстросокращающиеся (БС), или белые.
Медленносокращающиеся и быстросокращающиеся волокна имеют разную скорость возбуждения, сокращения утомления. Так скорость сокращения МС-волокон составляет более 110 мс, а БС-волокон – 50 мс.
Отдельные типы волокон отличаются также механизмами энергообразования. Медленносокращающиеся волокна, имеющие малую скорость сокращения, располагают большим количеством митохондрий, ферментов биологического окисления углеводов и жиров, белка миоглобина, который запасает кислород, а также большой сетью капилляров, обеспечивающих достаточное поступление кислорода в мышцы, и большими запасами гликогена. Все это свидетельствует о том, что в МС-волокнах преобладают аэробные механизмы энергообразования, которые обеспечивают выполнение длительной работы на выносливость. Мотонейрон, иннервирующий МС-волокна, имеет небольшое тело клетки и управляет относительно небольшим количеством волокон (10-180).
Быстросокращающиеся мышечные волокна характеризуются большим количеством миофибрилл, высокой АТФ-азной активностью миозина и ферментов гликолиза, наличием значительных запасов гликогена. Они имеют слаборазвитую капиллярную сеть и небольшое количество кислородсвязывающего белка – миоглобина. В связи с этим ресинтез АТФ в таких типах волокон осуществляется за счет анаэробных механизмов энергообразования – креатинфосфатной рекции и гликолиза. Наличие указанных выше биохимических особенностей обеспечивает высокую скорость сокращения и быстрое утомление этого типа мышечных волокон. БС-волокна приспособлены к скоростной интенсивной работе относительно небольшой продолжительности. Их мотонейроны имеют большое тело и сильно разветвленные аксоны, поэтому они нервируют от 300 до 800 мышечных волокон.
Последовательность включения (рекруитирования) мышечных волокон в работу регулируется нервной системой и зависит от интенсивности нагрузок. При физической работе небольшой интенсивности – около 20-25% уровня максимальной силы мышечных сокращений – в работу вовлекаются в основном МС-волокна. При более интенсивной работе – 25-40% уровня максимальной силы – включаются БС-волокна типа «а». Если интенсивность работы превышает 40% максимальной, вовлекаются БС-волокна типа «б». Однако даже при максимальной интенсивности в работу вовлекаются не все имеющиеся волокна : у нетренированных людей – не более 55-65% имеющихся мышечных волокон, у высокотренированных спорсменов силовых видов спорта в работу могут вовлекаться 80-90% двигательных единиц.
Подключение мышечных волокон к работе зависит от силы стимуляции мотонейроном. Минимальная величина стимуляции, при которой волокно сокращается максимально, называется порогом возбуждения (раздражения). Минимальный порог возбуждения имеют МС-волокна; у БС-волокон порог возбуждения в 2 раза выше, чем у МС-волокон.
Количество МС- и БС-волокон в мышцах человека в среднем составляет 55 и 45% соответственно. Существует тесная корреляция между содержание БС-волокон и скоростными способностями мышц. Количество отдельных типов волокон генетически закреплено, поэтому плохо поддается изменению при тренировке. Однако при специфической тренировке их объем значительно увеличивается. Экспериментальные данные последних лет свидетельствуют о возможности изменения количества типов волокон при длительных тренировках: превращение волокон БС типа «а» в БС типа «б» или в МС.
Энергообеспечения различных видов двигательной длеятельности
Ни одно движение не может быть выполнено без затраты энергии. Чем интенсивнее или длительнее мышечная работа и чем большее количество мышечных групп вовлекается в деятельность, тем больше требуется энергии.
В качестве поставщиков энергии при движениях человека выступают сложнейшие по своему молекулярному механизму обменные процессы (метаболические реакции), протекающие в организме, и в частности в работающих и не работающих мышцах.
Как известно, единственным прямым источником химической энергии, трансформируемой в механическую энергию мышечного сокращения, служит аденозинтрифосфат (АТФ), который относится к высокоэнергетическим (макроэргическим) фосфатным соединениям. При расщеплении АТФ, происходящем при участии миозин-АТФ-азы, образуется аденозиндифосфат (АДФ) и отщепляется фосфатная группа с выделением свободной энергии. Вследствие особой молекулярной структуры АТФ происходит перенос освободившейся эненергии на сократительные элементы мышечного волокна. Поскольку в клетках мышечной ткани содержится ограниченное количество АТФ (составляет всего лишь 0,25% сухого вещества и не меняется ни в зависимости от возраста, ни тренированности), то ее запасы быстро расходуются - в течение первых 0,5с интенсивной работы (Н.И. Волков, 1986). После чего работа может быть продолжена только при условии восстановления АТФ в организме.
Ресинтез АТФ может осуществляться, в зависимости от мощности и продолжительности работы, в основном тремя способами:
-анаэробный креатинфосфатный ( КрФ ) механизм, Все это свидетельствует о том, что, изменяя интенсивность и длительность упражнения, можно направленно воздействовать на различные процессы энергообеспечения мышечной деятельности и добиваться намеченного тренировочного эффекта. Рассмотренные особенности энергообеспечения мышечной деятельности являются одним из критериев отбора упражнений в комплексы круговой тренировки. Примером практического использования этих критериев является классификация физических упражнений, применяемых в КТ, по зонам относительной мощности.
КрФ + АДФ ←АТФ +Кр ( характеризует алактатную способность организма );
- анаэробный гликолитический механизм (цепь химических реакций бескислородного расщепления гликогена и глюкозы с образованием
молочной кислоты – СзН6ОН).
-аэробный механизм (ресинтез АТФ происходит за счет окисления углеводов - в большей степени и жиров - в меньшей степени).
В зависимости от интенсивности и предельной длительности выполняемого упражнения эти механизмы последовательно сменяют друг друга.
Если интенсивность работы такова, что ее длительность составляет 5 - 10 с, то она осуществляется преимущественно в условиях развертывания креатинфосфатных реакций. Практически скорость алактата (КрФ механизм) достигает максимума к 2-й секунде. А после того, как запасы КрФ в мышцах исчерпываются примерно на 1/3 (обычно через 5 - 6 с), в процесс ресинтеза АТФ включается гликолиз. С увеличением длительности работы до 30 - 40 с, скорость КрФ механизма уменьшается более чем в два раза, а скорость гликолитического механизма достигает максимума. При выполнении упражнения длительностью 40 - 50 с и более, скорость гликолиза снижается, начинают усиливаться аэробные процессы, достигающие своего максимума к 120 секунде (рис.1).
Вопрос 12
Социально-биологические основы физической культуры – это принципы взаимодействия биологических и социальных закономерностей в процессе овладения человеком ценностями физической культуры.
Взаимодействие внешних факторов (природа, социальное окружение) и внутренних факторов (развитие органов и систем) приводит в движение сложную гуманитарную саморазвивающуюся систему – организм человека. Безопасность и активное телесное саморазвитие может осуществляться только при знании закономерностей функционирования этих органов и систем, их взаимозависимости и взаимосвязи с психическим и морально-нравственным развитием человека.
Назовем анатомо-физиологические системы, обеспечивающие жизнедеятельность человека: опорно-двигательная, дыхательная, сердечно-сосудистая, пищеварительная, нервная, выделительная, эндокринная, половая и сенсорная системы. Каждая система функционирует и взаимодействует с остальными системами, поддерживая относительное постоянство внутренней среды организма (гомеостаз) и осуществляя их приспособление к условиям изменяющейся среды (адаптация).
Показателями гомеостаза внутренней среды организма служат биологические константы. К ним относятся: температура тела, артериальное давление крови, концентрация в крови сахара, белков и др. Нарушение гомеостаза приводит к заболеванию организма, характер протекания которого зависит от сбалансированности взаимодействия всех функциональных систем.
Важно знать, что общее количество крови составляет 7–8 % массы тела человека. В состоянии покоя (во время сна) около 50 % крови выключено из кровообращения и находится в печени, селезенке, легких, мышцах и сосудах кожи. Потеря более одной трети количества крови опасна для жизни. Необходимо знать свою группу крови. Различают четыре группы крови (I, II, III, IV).
В сердечно-сосудистой системе деятельность сердца заключается в ритмичной смене сердечных циклов (три фазы): сокращение предсердий, сокращение желудочков и общее расслабление. Кровяное давление создается силой сокращения желудочков сердца и упругостью стенок сосудов. В норме у здорового человека в возрасте 18–40 лет в покое кровяное давление равно 120/70 (120 мм – систолическое давление, 70 мм – диастолическое). Более подробное описание функциональных систем можно найти в учебнике [75, с. 34-64].
Адаптация – процесс приспособления организма к меняющимся условиям среды (природным, социальным, производственным и т.д.). В процессе физкультурно-спортивной деятельности происходит адаптация к повышающимся тренировочным и соревновательным нагрузкам. Различают срочную и долговременную адаптацию. В первом случае приспособление к воздействиям внешней среды происходит за счет имеющихся (сформированных) физиологических механизмов, во втором – путем выработки новых приспособительных механизмов, расширяющих функциональные резервы организма. В качестве примера срочной адаптации можно привести рост объема крови и дыхания в ответ на физическую нагрузку, увеличение потовыделения и т.д. Повышение уровня физических качеств (выносливости, силы, скорости), устойчивости к теплу, помехам относится к долговременной адаптации.
Важным аргументом в повышении функциональных резервов организма является резистентность (противодействие, сопротивление) – устойчивость организма к воздействию различных повреждающих факторов среды, реализуемая на основе принципа гомеостаза. Эта способность организма имеет индивидуальные особенности и выражается в различной мобилизации и проявлениях резервных возможностей.
Функциональная система организма обладает саморазвивающейся и саморегулирующейся функцией, когда все составные компоненты взаимодействуя, обеспечивают полезный для организма приспособительный результат, жизнедеятельность человека. Как было отмечено выше, серьезное воздействие на организм оказывает влияние внешней среды.
Влияние природных факторов (давление, влажность, температура и газовый состав воздуха, солнечная радиация и т.д.) существенно сказывается на самочувствии, физической активности, работоспособности человека. Экологические проблемы напрямую затрагивают жизнеспособность человека: потепление климата, загрязнение атмосферы, водоемов, почвы отходами производства, вырубка лесов, аварии атомных реакторов ставят под угрозу жизнь и здоровье человека. Большинство болезней современного человека является результатом ухудшения экологической обстановки. Резко преобразовать технологический прогресс, имеющий, помимо положительного, серьезные негативные последствия, вряд ли удастся, поэтому в этих условиях человек должен самостоятельно осваивать знания и опыт, обеспечивающие ему безопасную и благополучную жизнь.
Гармоничное взаимодействие с природой, рациональное использование природных ресурсов (свежий воздух, чистая вода, умеренный загар, биологически активные пищевые продукты и т.д.) существенно способствуют функциональной активности человека, его умственной и физической работоспособности. Важное значение в повышении адаптивных возможностей организма, работоспособности человека имеют физическая тренировка, двигательная активность, режим питания и средства гигиены, рациональное сочетание труда и отдыха.