CONCLUZIE

Studiul proceselor biochimice în activitatea musculară este semnificativă nu numai pentru biochimia sportivă, biologie, fiziologie, ci și pentru medicină, deoarece prevenirea surmenajului, creșterea capacităților organismului, precum și accelerarea proceselor de recuperare sunt aspecte importante ale menținerii și întăririi sănătății populației.

Studiile biochimice profunde la nivel molecular contribuie la îmbunătățirea metodelor de antrenament, la căutarea celor mai multe moduri eficienteîmbunătățirea performanței, dezvoltarea modalităților de reabilitare a sportivilor, precum și evaluarea condiției fizice a acestora și raționalizarea alimentației.

Cu activitate musculară de putere diferită, procesele de metabolism hormonal se modifică într-un grad sau altul, care, la rândul lor, reglează dezvoltarea modificărilor biochimice în organism ca răspuns la activitatea fizică. Un rol important revine nucleotidelor ciclice ca mesageri secundari ai hormonilor și neurotransmițătorilor în reglarea metabolismului intracelular, precum și în reglarea activității funcționale a mușchilor.

Pe baza datelor din literatură, am fost convinși că gradul de modificare a proceselor biochimice din organism depinde de tipul de exercițiu efectuat, de puterea și durata acestuia.

Analiza literaturii speciale a făcut posibilă studierea modificărilor biochimice din corpul unui atlet în timpul lucrului muscular. În primul rând, aceste modificări se referă la mecanismele de generare a energiei aerobe și anaerobe, care depind de tipul de muncă musculară efectuată, puterea și durata acesteia, precum și de forma fizică a sportivului. Modificări biochimice în timpul activității musculare sunt observate în toate organele și țesuturile corpului, ceea ce indică un impact ridicat al exercițiilor fizice asupra corpului.

Conform literaturii de specialitate, sunt prezentate mecanismele anaerobe (fără oxigen) și aerobe (cu participarea oxigenului) de alimentare cu energie a activității musculare. Mecanismul anaerob furnizează energie într-o măsură mai mare la puterea maximă și submaximală de exercițiu, deoarece are o rată de desfășurare destul de mare. Mecanismul aerob este principalul în timpul lucrului pe termen lung de putere mare și moderată, este baza biochimică a rezistenței generale, deoarece capacitatea sa metabolică este practic nelimitată.

Modificările biochimice din organism atunci când se efectuează exerciții de diferite puteri sunt determinate de conținutul produselor de metabolism muscular din sânge, urină, aer expirat și, de asemenea, direct în mușchi.

LISTA LITERATURII UTILIZATE

1. Brinzak V.P. Studiul modificărilor echilibrului acido-bazic în dezvoltarea hipoxemiei arteriale în timpul activității musculare: Rezumat al ... cand.biol.sci. - Tartu, 1979. - 18 p.

2. Viru A. A., Kyrge P. K. Hormoni și performanță sportivă - M; Cultură fizică și sport, 1983 - 159 p.

3. Volkov N.I. Adaptarea metabolismului energetic la om la efectele activității fizice în timpul sportului sistematic//Fiziol.probl.adaptare: Tez. - Tartu, 1984 - 94 p.

4. Volkov N.I., Nesen E.N., Osipenko A.A., Korsun S.N. Biochimia activității musculare: un manual pentru IFC- Olymp.lit-ra, 2000.- 503 p.

5. Gorokhov A. L. Conținutul de catecolamine în sânge și mușchi și relația lor cu biochimia. modificări ale corpului în timpul activității musculare//Ukr.biohim.zhurn. - 1971 - T.43, nr. 2 - 189 p.

6. Gusev NB Fosforilarea proteinelor miofibrilare si reglarea activitatii contractile//Avansuri in biol.chimie. - 1984. - V.25 - 27 p.

7. Kalinsky M. I. Starea sistemului de adenil-ciclază al mușchilor scheletici în timpul antrenamentului cu exerciții: Tr. Universitatea Tartu. - Tartu, 1982. - 49 p.

8. Kalinsky M.I., Kononenko V.Ya. Caracteristici ale schimbului de catecolamine în timpul activității musculare într-un organism antrenat: Materiale de Sov.-Amer. Symp. Despre biochimia sportului. - L., - 1974. - 203 p.

9. Kalinsky M.I., Kursky M.D., Osipenko A.A. Mecanisme biochimice de adaptare în timpul activității musculare. - K .: Școala Vishcha. Editura Head, 1986. - 183 p.

10. Kalinsky M.I., Rogozkin V.A. Biochimia activității musculare. - K.: Sănătate, 1989. - 144 p.

11. Kursky M.D. Transportul calciului și rolul fosforilării dependente de cAMP în reglarea sa// Ukr. biochimie. revistă - 1981. - T.53, nr 2. - 86 p.

12. Matlina E. Sh., Kassil G.N. Metabolismul catecolaminelor în timpul exercițiilor fizice la oameni și animale//Avansuri în fiziol.nauk. - 1976. - V.7, nr 2. - 42 s.

13. Meyerson F. Z. Adaptarea inimii la o sarcină mare și insuficiență cardiacă. - M: Nauka, 1975. - 263 p.

14. Menshikov V.V. și alte funcții endocrine a pancreasului în timpul efortului // Uch. aplicația. Universitatea Tartu. - 1981. - Numărul 562. - 146 p.

15. Panin L. E. Mecanismele biochimice ale stresului. - Novosibirsk: Nauka, 1984. - 233 p.

16. Rogozkin V. A. Despre reglarea metabolismului mușchilor scheletici în timpul funcției lor sistematice // Metabolism and Biochem. evaluarea aptitudinii sportivului: Materiale de bufnițe. - Amer. simp. - L., 1974. - 90 p.

17. Seene T.P. Activitatea actomiozinei ATP-aza a mușchilor cardiaci și scheletici în fizic. antrenament//Uch.zap. Universitatea Tartu. - 1980. - Numărul 543. - 94 p.

18. Thomson K.E. Influența activității musculare asupra homeostaziei tiroidiene a organismului// Uch.zap. Universitatea Tartu. - 1980. - Numărul 543. -116 p.

19. Khaidarliu S.Kh. Biochimia funcțională a adaptării. - Chișinău: Shtiintsa, 1984. - 265 p.

20. Khochachka P., Somero D. Strategia de adaptare biochimică. - M: Mir, 1977. - 398 p.

21. Cernov V.D. Schimbul de iod în țesuturile șobolanilor în timpul efortului fizic//Ukr. biochimie. revistă - 1981. - T.53 nr 6. - 86 p.

22. Shmalgauzen I.I. Reglarea modelării în dezvoltarea individuală. - M: Știință. 1964. - 156 p.

23. Eller A.K. Valoarea glucocorticoizilor în reglarea metabolismului proteic și mecanismul acțiunii lor în miocard în timpul activității musculare: Rezumat al tezei. Științe. - Tartu, 1982. - 24 s.

24. Yakovlev N.N. Biochimia sportului. - M: Cultură fizică și sport, 1974. - 288 p.

25. Yakovlev N.N. Influența activității musculare asupra proteinelor musculare, conținutul reticulului sarcoplasmatic și absorbția acestuia de Ca 2+ // Ukr. biochimie. revistă - 1978. - V. 50, nr. 4. - 442 p.

Cum se adaptează corpul unui atlet la o activitate musculară intensă?

Modificările funcționale profunde ale corpului care au apărut în procesul de adaptare la o activitate musculară crescută sunt studiate de fiziologia sportului. Cu toate acestea, ele se bazează pe modificări biochimice ale metabolismului țesuturilor și organelor și, în cele din urmă, a corpului în ansamblu. Cu toate acestea, vom lua în considerare în cea mai generală formă principalele modificări care apar sub influența antrenamentului doar la nivelul mușchilor.

Restructurarea biochimică a mușchilor sub influența antrenamentului se bazează pe interdependența proceselor de cheltuială și refacerea rezervelor funcționale și energetice ale mușchilor. După cum ați înțeles deja din precedentul, în timpul activității musculare, are loc divizarea intensivă a ATP și, în consecință, alte substanțe sunt consumate intens. În mușchi, este creatină fosfat, glicogen, lipide; în ficat, glicogenul este descompus pentru a forma zahăr, care este transferat cu sângele către mușchii care lucrează, inimă și creier; grăsimile sunt descompuse și oxidate acid gras. În același timp, în organism se acumulează produse metabolice - acizi fosforici și lactic, corpi cetonici, dioxid de carbon. Parțial sunt pierdute de organism și parțial folosite din nou, fiind implicate în metabolism. Activitatea musculară este însoțită de o creștere a activității multor enzime și, din această cauză, începe sinteza substanțelor uzate. Resinteza ATP, a creatin-fosfatului și a glicogenului este deja posibilă în timpul lucrului, cu toate acestea, împreună cu aceasta, există o descompunere intensivă a acestor substanțe. Prin urmare, conținutul lor în mușchi în timpul lucrului nu ajunge niciodată la original.

În perioada de odihnă, când se oprește scindarea intensivă a surselor de energie, procesele de resinteză capătă o preponderență clară și are loc nu numai refacerea a ceea ce a fost cheltuit (compensare), ci și super-recuperare (super-compensare) care depășește nivelul initial. Acest model se numește „legea supracompensării”.

Esența fenomenului de supracompensare.

În biochimia sportului au fost studiate regularitățile acestui proces. S-a stabilit, de exemplu, că dacă există o cheltuială intensă de materie în mușchi, în ficat și în alte organe, cu atât mai repede se realizează resinteza și cu atât este mai pronunțat fenomenul de suprarecuperare. De exemplu, după o muncă intensivă de scurtă durată, după 1 oră de odihnă apare o creștere a nivelului de glicogen în mușchi în exces față de cel inițial, iar după 12 ore revine la nivelul inițial, final. Dupa munca durata lunga supracompensarea apare abia după 12 ore, dar nivel ridicat glicogenul din mușchi persistă mai mult de trei zile. Acest lucru este posibil numai datorită activității ridicate a enzimelor și sintezei lor îmbunătățite.

Astfel, una dintre bazele biochimice ale schimbărilor din organism sub influența antrenamentului este creșterea activității sistemelor enzimatice și supracompensarea surselor de energie cheltuite în timpul muncii. De ce este important să se țină cont de tiparele de supracompensare în practica antrenamentului sportiv?

Cunoașterea tiparelor de supracompensare vă permite să fundamentați științific intensitatea sarcinilor și intervalele de odihnă în timpul exercițiilor fizice normale și în timpul antrenamentului sportiv.

Deoarece supracompensarea persistă o perioadă de timp după încheierea lucrării, lucrările ulterioare pot fi efectuate în condiții biochimice mai favorabile și, la rândul lor, pot duce la o creștere suplimentară a nivelului funcțional (Fig....). Dacă lucrările ulterioare sunt efectuate în condiții de recuperare incompletă, atunci aceasta duce la o scădere a nivelului funcțional (Fig....).

Sub influența antrenamentului, are loc o adaptare activă în organism, dar nu pentru a lucra „în general”, ci la anumite tipuri ale acestuia. La studierea diferitelor tipuri de activități sportive s-a stabilit principiul specificității adaptării biochimice și s-au stabilit fundamentele biochimice ale calităților activității motorii - viteză, forță, rezistență. Și asta înseamnă recomandări bazate pe știință pentru un sistem de instruire țintit.

Să dăm doar un exemplu. Amintiți-vă cum, după o încărcare intensă de mare viteză (alergare), are loc o creștere a respirației („respirație scurtă”). Cu ce ​​este legat? În timpul lucrului (a alergării), din cauza lipsei de oxigen, produse sub-oxidate (acid lactic etc.), precum și dioxid de carbon, acumulate în sânge, ceea ce duce la o modificare a gradului de aciditate al sângelui. În consecință, acest lucru provoacă excitarea centrului respirator în medula oblongata și creșterea respirației. Ca urmare a oxidării intense, aciditatea sângelui este normalizată. Și acest lucru este posibil numai cu o activitate ridicată a enzimelor de oxidare aerobă. În consecință, la sfârșitul muncii intense în timpul perioadei de odihnă, enzimele de oxidare aerobă funcționează activ. În același timp, rezistența sportivilor care efectuează muncă pe termen lung depinde direct de activitatea de oxidare aerobă. Pe această bază, biochimiștii au recomandat includerea sarcinilor de mare intensitate pe termen scurt în antrenamentul multor sporturi, ceea ce este în prezent acceptat în general.

Care este caracteristica biochimică a unui organism antrenat?

În mușchii unui organism antrenat:

Conținutul de miozină crește, numărul de grupuri HS libere din acesta, adică. capacitatea mușchilor de a diviza ATP;

Crește rezervele de surse de energie necesare pentru resinteza ATP (conținutul de creatină fosfat, glicogen, lipide etc.)

Crește semnificativ activitatea enzimelor care catalizează atât procesele oxidative anaerobe, cât și aerobe;

Conținutul de mioglobină din mușchi crește, ceea ce creează o rezervă de oxigen în mușchi.

Conținutul de proteine ​​din stroma musculară, care asigură mecanismul relaxării musculare, crește. Observațiile la sportivi arată că capacitatea de a relaxa mușchii sub influența antrenamentului crește.

Adaptarea la un factor crește rezistența la alți factori (de exemplu, la stres etc.);

Antrenamentul unui sportiv modern necesită o intensitate mare a activității fizice și un volum mare al acesteia, care poate avea un efect unilateral asupra corpului. Prin urmare, necesită o monitorizare constantă de către medici, specialiști în medicina sportivă, bazată pe biochimia și fiziologia sportului.

Și educația fizică, precum și activitățile sportive, vă permit să dezvoltați capacitățile de rezervă ale corpului uman și să-i oferiți sănătate deplină, performanță ridicată și longevitate. Sănătatea fizică este o parte integrantă a dezvoltării armonioase a personalității unei persoane, formează caracterul, stabilitatea proceselor mentale, calitățile volitive etc.

Fondatorul sistemului științific educație fizică iar controlul medical și pedagogic în cultura fizică este un om de știință remarcabil, un profesor remarcabil, anatomist și medic Petr Frantsevich Lesgaft. Teoria sa se bazează pe principiul unității dezvoltării fizice și mentale, morale și estetice a unei persoane. El considera teoria educației fizice drept „o ramură a științei biologice”.

Biochimiei revine un rol uriaș în sistemul științelor biologice care studiază elementele de bază ale orelor din domeniul culturii fizice și sportului.

Deja în anii 40 ai secolului trecut, cercetarea științifică intenționată în domeniul biochimiei sportive a fost lansată în laboratorul omului de știință din Leningrad Nikolai Nikolayevich Yakovlev. Au făcut posibilă aflarea esenței și caracteristici specifice adaptarea corpului la tipuri variate activitatea musculară, fundamentează principiile antrenamentului sportiv, factorii care afectează performanța unui sportiv, starea de oboseală, supraantrenamentul și multe altele. alţii în dezvoltare ulterioară Biochimia sportului a stat la baza pregătirii astronauților pentru zborurile spațiale.

Ce întrebări rezolvă biochimia sportului?

Biochimia sportului stă la baza fiziologiei sportului și a medicinei sportive. În studiile biochimice ale mușchilor care lucrează, s-au stabilit următoarele:

Modele de modificări biochimice ca o adaptare activă la creșterea activității musculare;

Fundamentarea principiilor antrenamentului sportiv (repetiție, regularitate, raportul dintre muncă și odihnă etc.)

Caracteristicile biochimice ale calităților activității motorii (viteză, forță, rezistență)

Modalități de a accelera recuperarea corpului sportivului și nu numai. alții

Întrebări și sarcini.

De ce sarcinile de mare viteză acționează asupra corpului mai versatil?

Încercați să oferiți o justificare fiziologică și biochimică afirmației lui Aristotel „Nimic nu epuizează și distruge o persoană ca inactivitatea fizică prelungită”. De ce este atât de relevant pentru omul modern?

Sistemul muscular și funcțiile sale

abrevieri, prezentare generală a mușchilor scheletici)

Există două tipuri de mușchi: neted(involuntar) și striat(arbitrar). Muschii netezi situat în pereții vaselor de sânge și unele organe interne. Ele strâng sau dilată vasele de sânge, mută alimentele prin tractul gastrointestinal, reduc pereții Vezica urinara. Mușchii striați sunt toți mușchii scheletici care asigură o varietate de mișcări ale corpului. Mușchii striați includ și mușchiul inimii, care asigură automat munca ritmică a inimii pe tot parcursul vieții. Baza mușchilor este proteinele, care alcătuiesc 80-85% din țesutul muscular (cu excepția apei). Proprietatea principală a țesutului muscular este contractilitate, este asigurat de proteinele musculare contractile – actina si miozina.

Țesutul muscular este foarte complex. Mușchiul are o structură fibroasă, fiecare fibră este un mușchi în miniatură, combinația acestor fibre formează mușchiul în ansamblu. fibra musculara, constă la rândul său din miofibrile. Fiecare miofibrilă este împărțită în zone luminoase și întunecate alternativ. Zone întunecate - protofibrilele constau din lanțuri lungi de molecule miozina, cele mai ușoare sunt formate din filamente proteice mai subțiri actina. Atunci când mușchiul se află într-o stare necontractată (relaxată), filamentele de actină și miozină sunt doar parțial avansate unul față de celălalt, iar fiecărui filament de miozină se opun mai multe filamente de actină care îl înconjoară. Un avans mai profund unul față de celălalt determină scurtarea (contracția) miofibrilelor fibrelor musculare individuale și a întregului mușchi în ansamblu (Fig. 2.3).

Numeroase fibre nervoase se apropie și se îndepărtează de mușchi (principiul arcului reflex) (Fig. 2.4). Fibrele nervoase motorii (eferente) transmit impulsuri din creier și măduva spinării, aducând mușchii în stare de funcționare; fibrele senzoriale transmit impulsuri în sens opus, informând sistemul nervos central despre activitatea musculară. Prin fibrele nervoase simpatice se realizează reglarea proceselor metabolice în mușchi, prin care activitatea acestora se adaptează la condițiile de lucru modificate, la diferite sarcini musculare. Fiecare mușchi este pătruns de o rețea extinsă de capilare, prin care intră substanțele necesare vieții mușchilor și se excretă produsele metabolice.

Mușchii scheletici. Mușchii scheletici fac parte din structura sistemului musculo-scheletic, sunt atașați de oasele scheletului și, atunci când sunt contractați, pun în mișcare verigile individuale ale scheletului, pârghii. Aceștia sunt implicați în menținerea poziției corpului și a părților sale în spațiu, asigură mișcare la mers, alergare, mestecat, înghițire, respirație etc., generând în același timp căldură. Mușchii scheletici au capacitatea de a fi excitați sub influența impulsurilor nervoase. Excitația este efectuată asupra structurilor contractile (miofibrile), care, în timp ce se contractă, efectuează un anumit act motor - mișcare sau tensiune.

Orez. 2.3. Reprezentarea schematică a unui muşchi.

Mușchiul (L) este alcătuit din fibre musculare (B) fiecare dintre ele – din miofibrile (LA). Miofibrila (G) compus din miofilamente groase și subțiri (D). Figura prezintă un sarcomer delimitat pe ambele părți de linii: 1 - disc izotrop, 2 - disc anizotrop, 3 - zonă cu anizotropie mai mică. Medii în secțiune transversală a unei multifibrile (4), dând o idee despre distribuția hexagonală a polifilamentelor groase și subțiri

Orez. 2.4. Schema celui mai simplu arc reflex:

1 - neuron aferent (senzorial), 2 - nodul spinal, 3 - neuron intercalar, 4 .- substanța cenușie a măduvei spinării, 5 - neuron eferent (motor). 6 - terminațiile nervoase motorii din mușchi; 7 - nervul senzitiv care se termină în piele

Amintiți-vă că toți mușchii scheletici constau din mușchi striați. La oameni, există aproximativ 600 dintre ei, iar majoritatea sunt pereche. Greutatea lor este de 35-40% din greutatea corporală totală a unui adult. Mușchii scheletici sunt acoperiți la exterior cu o teacă densă de țesut conjunctiv. În fiecare mușchi se disting o parte activă (corpul muscular) și o parte pasivă (tendonul). Mușchii sunt împărțiți în pe scurtși larg.

Se numesc mușchii care acționează în direcții opuse antagonişti unidirectional - sinergiști. Aceiași mușchi în situații diferite pot acționa în ambele capacități. La oameni, fusiforme și în formă de panglică sunt mai frecvente. Mușchii fuziformi situate si functionand in regiunea formatiilor osoase lungi ale membrelor, pot avea doua burti (muschii dipgastrici) si mai multe capete (biceps, triceps, muschi cvadriceps). Mușchii panglicii au lățimi diferite și participă de obicei la formarea corsetului pereților corpului. Mușchii cu structură plumoasă, având un diametru fiziologic mare datorită unui număr mare de structuri musculare scurte, sunt mult mai puternici decât acei mușchi la care cursul fibrelor are o aranjare rectilinie (longitudinală). Primii sunt numiți mușchi puternici care efectuează mișcări de amplitudine mică, cei din urmă sunt numiți dexter, participând la mișcări cu o amplitudine mare. În funcție de scopul funcțional și direcția mișcării în articulații, se disting mușchii flexoriși extensori care conducși eferente, sfinctere(compresivă) și expansoare.

putere musculara este determinată de greutatea sarcinii pe care o poate ridica la o anumită înălțime (sau este capabilă să o susțină la excitație maximă), fără a-și modifica lungimea. Forța mușchiului depinde de suma forțelor fibrelor musculare, de contractilitatea acestora; privind numărul de fibre musculare din mușchi și numărul de unități funcționale, excitat simultan în timpul dezvoltării tensiunii; din lungimea inițială a mușchilor(un mușchi preîntins dezvoltă o forță mai mare); din condiţiile de interacţiune cu oasele scheletului.

Contractilitatea muşchiul se caracterizează prin sa putere absolută, acestea. forță pe 1 cm 2 din secțiunea transversală a fibrelor musculare. Pentru a calcula acest indicator, puterea musculară este împărțită la zonă diametrul său fiziologic(adică, suma suprafețelor tuturor fibrelor musculare care alcătuiesc mușchiul). De exemplu: în medie, o persoană are puterea (pe 1 cm 2 de secțiune transversală musculară) a mușchiului gastrocnemian. - 6,24; extensorii gâtului - 9,0; mușchiul triceps al umărului - 16,8 kg.

Sistemul nervos central reglează forța de contracție musculară prin modificarea numărului de unități funcționale care participă simultan la contracție, precum și frecvența impulsurilor trimise acestora. Creșterea impulsurilor duce la o creștere a mărimii tensiunii.

Munca musculara.În procesul de contracție musculară, energia chimică potențială este transformată în energie mecanică potențială de tensiune și energie cinetică a mișcării. Faceți distincția între munca internă și cea externă. Munca internă este asociată cu frecarea fibrei musculare în timpul contracției acesteia. Munca externă se manifestă atunci când se mișcă propriul corp, încărcătură, părți individuale ale corpului (muncă dinamică) în spațiu. Se caracterizează prin coeficient acțiune utilă(eficiența) sistemului muscular, adică raportul dintre munca depusă și costurile totale de energie (pentru mușchii umani, eficiența este de 15-20%, pentru persoanele pregătite fizic această cifră este puțin mai mare).

Cu eforturi statice (fara miscare), putem vorbi nu despre munca ca atare din punct de vedere al fizicii, ci despre munca care ar trebui evaluata prin costurile fiziologice energetice ale organismului.

Muschiul ca organ.În general, mușchiul ca organ este o formațiune structurală complexă care îndeplinește anumite funcții, constă în 72-80% din apă și 16-20% din materie densă. Fibrele musculare constau din miofibrile cu nuclei celulari, ribozomi, mitocondrii, reticul sarcoplasmatic, formațiuni nervoase senzitive - proprioreceptori și alte elemente funcționale care asigură sinteza proteinelor, fosforilarea oxidativă și resinteza acidului adenozin trifosforic, transportul substanțelor în interiorul celulei musculare etc. în timpul funcționării fibrelor musculare. O formare structurală și funcțională importantă a unui mușchi este o unitate motorie, sau neuromotorie, constând dintr-un neuron motor și fibrele musculare inervate de acesta. Exista unitati motorii mici, medii si mari in functie de numarul de fibre musculare implicate in actul contractiei.

Sistemul de straturi de țesut conjunctiv și membrane conectează fibrele musculare într-un singur sistem de lucru, care, cu ajutorul tendoanelor, transferă tracțiunea care are loc în timpul contracției musculare către oasele scheletului.

Întregul mușchi este pătruns cu o rețea extinsă de ramuri circulatorii și limfatice. răpitori. Fibre musculare roșii au o rețea mai densă de vase de sânge decât alb. Au o cantitate mare de glicogen și lipide, se caracterizează printr-o activitate tonică semnificativă, capacitatea de a se exercita o perioadă lungă de timp și de a efectua o muncă dinamică pe termen lung. Fiecare fibră roșie are mai mult decât alb, mitocondrii - generatoare și furnizori de energie, înconjurate de 3-5 capilare, iar acest lucru creează condiții pentru o alimentare mai intensă cu sânge a fibrelor roșii și nivel inalt procesele metabolice.

Fibre musculare albe au miofibrile care sunt mai groase și mai puternice decât miofibrilele din fibre roșii, se contractă rapid, dar nu sunt capabile de tensiune susținută. Mitocondriile de substanță albă au un singur capilar. Majoritatea mușchilor conțin fibre roșii și albe în proporții diferite. Există și fibre musculare tonic(capabil de excitație locală fără răspândirea acesteia); fază,.capabil să răspundă la un val de excitaţie extins atât prin contracţie cât şi prin relaxare; tranzitorie, combinând ambele proprietăți.

pompa musculara- un concept fiziologic asociat cu funcția musculară și efectul acestuia asupra propriei rezerve de sânge. Acțiunea sa principală se manifestă astfel: în timpul contracției mușchilor scheletici, afluxul sângelui arterial către aceștia încetinește și ieșirea sa prin vene se accelerează; în perioada de relaxare, fluxul venos scade, iar afluxul arterial ajunge la maxim. Schimbul de substanțe dintre sânge și lichidul tisular are loc prin peretele capilarului.

Orez. 2.5. Reprezentarea schematică a proceselor care au loc în

sinapsa atunci când este excitat:

1 - vezicule sinaptice, 2 - membrana presinaptica, 3 - mediator, 4 - membrană postsinaptică, 5 - despicatură sinaptică

Mecanismele musculare Funcțiile musculare sunt reglementate de diverse tăieturi departamentele centralei sistem nervos(CNS), care determină în mare măsură natura activității lor versatile

(faze ale mișcării, tensiune tonică etc.). Receptorii Aparatul motor da naștere la fibre aferente ale analizorului motor, care alcătuiesc 30-50% din fibrele nervilor mixți (aferent-eferenti) care se îndreaptă spre măduva spinării. Contracția musculară Determină impulsuri care sunt sursa sentimentelor musculare - cinestezie.

Transferul excitației de la fibra nervoasă la mușchi se realizează prin legatura neuromusculara(Fig. 2.5), care constă din două membrane separate printr-un gol - presinaptic (origine nervoasă) și postsinaptic (origine musculară). Când sunt expuse unui impuls nervos, sunt eliberate cuante de acetilcolină, ceea ce duce la apariția unui potențial electric care poate excita fibra musculară. Viteza impulsului nervos prin sinapsă este de mii de ori mai mică decât în ​​fibra nervoasă. Ea conduce excitația numai în direcția mușchiului. În mod normal, până la 150 de impulsuri pe secundă pot trece prin sinapsa neuromusculară a mamiferelor. Odată cu oboseala (sau patologie), mobilitatea terminațiilor neuromusculare scade, iar natura impulsurilor se poate schimba.

Chimia și energia contracției musculare. Contracția și tensiunea mușchiului se realizează datorită energiei eliberate în timpul transformărilor chimice care au loc atunci când acesta intră.

muşchiul unui impuls nervos sau aplicându-i iritaţie directă. Transformările chimice în mușchi au loc ca in prezenta oxigenului(în condiții aerobe) și în lipsa lui(în condiții anaerobe).

Scindarea și resinteza acidului adenozin trifosforic (ATP). Sursa primară de energie pentru contracția musculară este descompunerea ATP (se găsește în membrana celulară, reticul și filamentele de miozină) în acid adenozin difosforic (ADP) și acizi fosforici. În același timp, din fiecare gram-moleculă de ATP sunt eliberate 10.000 de calorii:

ATP \u003d ADP + HzPO4 + 10.000 cal.

ADP în cursul transformărilor ulterioare este defosforilat în acid adenilic. Descompunerea ATP stimulează enzima proteică actomiozina (adenozin trifosfatază). În repaus, nu este activ, este activat atunci când fibra musculară este excitată. La rândul său, ATP acționează asupra filamentelor de miozină, crescând extensibilitatea acestora. Activitatea actomiozinei crește sub influența ionilor de Ca, care sunt localizați în reticulul sarcoplasmatic în repaus.

Depozitele de ATP din mușchi sunt neglijabile și este necesară resinteza continuă a ATP pentru a le menține active. Apare din cauza energiei obținute din descompunerea fosfatului de creatină (CrF) în creatină (Cr) și acid fosforic (fază anaerobă). Cu ajutorul enzimelor, gruparea fosfat din CRF este rapid transferată în ADP (în miimi de secundă). În același timp, se eliberează 46 kJ pentru fiecare mol de CRF:

În acest fel, procesul final care asigură toată cheltuiala energetică a muşchiului este procesul de oxidare.Între timp, activitatea prelungită a mușchiului este posibilă numai cu un aport suficient de oxigen, deoarece conţinutul de substanţe capabile să elibereze energie scade treptat în condiţii anaerobe.În plus, acidul lactic se acumulează, deplasarea reacției către partea acidă perturbă reacțiile enzimatice și poate duce la inhibarea și dezorganizarea metabolismului și la scăderea performanței musculare. Condiții similare apar în corpul uman atunci când se lucrează la intensitate (putere) maximă, submaximală și mare, de exemplu, atunci când rulează pe distanțe scurte și medii. Din cauza hipoxiei dezvoltate (lipsa de oxigen), ATP nu este complet restaurat, apare așa-numita datorie de oxigen și se acumulează acid lactic.

Resinteza aerobă de ATP(sinonime: fosforilare oxidativă, respirație tisulară) - De 20 de ori mai eficient decât generarea de energie anaerobă. Partea de acid lactic acumulată în timpul activității anaerobe și în timpul lucrului pe termen lung este oxidată în dioxid de carbon și apă (1/4-1/6 parte din aceasta), energia rezultată este folosită pentru a restabili părțile rămase de acid lactic la glucoză. și glicogen, asigurând în același timp resinteza ATP și KrF. Energia proceselor oxidative este folosită și pentru resinteza carbohidraților necesari mușchiului pentru activitatea sa directă.

În general, carbohidrații oferă cea mai mare energie pentru munca musculară. De exemplu, în timpul oxidării aerobe a glucozei, se formează 38 de molecule de ATP (pentru comparație: se formează doar 2 molecule de ATP în timpul descompunerii anaerobe a carbohidraților).

Timpul de desfășurare a căii aerobe formarea ATP este de 3-4 minute (pentru antrenați - până la 1 minut), puterea maximă este de 350-450 cal/min/kg, timpul de menținere a puterii maxime este de zeci de minute. Dacă în repaus rata de resinteză aerobă a ATP este scăzută, atunci în timpul efortului fizic puterea sa devine maximă și, în același timp, calea aerobă poate funcționa ore întregi. De asemenea, este foarte economic: în cursul acestui proces, substanțele inițiale sunt profund descompuse în produsele finale CO2 și NaO. În plus, calea aerobă a resintezei ATP este versatilă în utilizarea substraturilor: toate substanțele organice ale organismului (aminoacizi, proteine, carbohidrați, acizi grași, corpi cetonici etc.) sunt oxidate.

Cu toate acestea, metoda aerobă de resinteză ATP are și dezavantaje: 1) necesită consumul de oxigen, a cărui livrare către țesutul muscular este asigurată de sistemele respirator și cardiovascular, care, în mod natural, este asociat cu tensiunea acestora; 2) orice factori care afectează starea și proprietățile membranelor mitocondriale perturbă formarea ATP; 3) desfășurarea formării aerobe de ATP este lungă în timp și putere scăzută.

Activitatea musculară desfășurată în majoritatea sporturilor nu poate fi asigurată pe deplin de procesul aerob de resinteză a ATP, iar organismul este forțat să includă în plus metode anaerobe de formare a ATP, care au un timp de desfășurare mai scurt și o putere maximă mai mare a procesului ( adică cea mai mare cantitate de ATP, „formată pe unitate de timp) - 1 mol de ATP corespunde la 7,3 cal, sau 40 J (1 cal == 4,19 J).

Revenind la procesele anaerobe de generare a energiei, trebuie clarificat faptul că acestea decurg sub forma a cel puțin două tipuri de reacții: 1. creatin fosfokinaza - când CrF este scindat, grupările de fosfor din care sunt transferate în ADP, în timp ce resintetizează ATP. Dar rezervele de creatină fosfat din mușchi sunt mici și acest lucru determină o extincție rapidă (în 2-4 s) a acestui tip de reacție. 2. Glicolitic(glicoliză) - se dezvoltă mai lent, în 2-3 minute de muncă intensă. Glicoliza începe cu fosforilarea rezervelor de glicogen musculare și a glucozei din sânge. Energia acestui proces este suficientă pentru câteva minute de muncă grea. În această etapă, prima etapă a fosforilării glicogenului este finalizată și are loc pregătirea pentru procesul oxidativ. Apoi urmează a doua etapă a reacției glicolitice - dehidrogenarea și a treia - reducerea ADP la ATP. Reacția glicolitică se încheie cu formarea a două molecule de acid lactic, după care procesele respiratorii se desfășoară (cu 3-5 minute de lucru), când acidul lactic (lactat), format în timpul reacțiilor anaerobe, începe să se oxideze.

Indicatorii biochimici pentru evaluarea căii anaerobe a creatinfosfatului de resinteză ATP sunt coeficientul creatininei și datoria alactică (fără acid lactic) de oxigen. Raportul creatininei- este excreția de creatinine în urină pe zi la 1 kg greutate corporală. La bărbați, excreția creatininei variază de la 18-32 mg/zi x kg, iar la femei - 10-25 mg/zi x kg. Există o relație liniară între conținutul de creatină fosfat și formarea creatininei în acesta. Prin urmare, folosind coeficientul creatininei, se poate evalua potențialul acestei căi de resinteză a ATP.

Modificări biochimice în organism datorită acumulării de acid lactic ca urmare a glicolizei. Dacă se află în repaus înainte de începerea activității cervicale concentrația de lactatîn sânge este de 1-2 mmol / l, apoi după încărcări intense, scurte timp de 2-3 minute, această valoare poate ajunge la 18-20 mmol / l. Un alt indicator care reflectă acumularea de acid lactic în sânge este hemoleucograma(pH): în repaus 7,36, după exercițiu, scădeți la 7,0 sau mai mult. Acumularea de lactat în sânge o determină rezerva alcalina - componentele alcaline ale tuturor sistemelor tampon ale sângelui.

Sfârșitul activității musculare intense este însoțit de o scădere a consumului de oxigen - la început brusc, apoi mai ușor. În acest sens, alocați două componente ale datoriei de oxigen: rapid (alactat) și lent (lactat). lactat - aceasta este cantitatea de oxigen care este utilizată după terminarea lucrărilor pentru a elimina acidul lactic: o parte mai mică este oxidată în J-bO și COa, o mare parte este transformată în glicogen. Această transformare consumă o cantitate semnificativă de ATP, care se formează aerob datorită oxigenului, adică datoria de lactat. Metabolizarea lactatului se realizează în celulele ficatului și miocardului.

Se numește cantitatea de oxigen necesară pentru a asigura pe deplin munca efectuată cererea de oxigen. De exemplu, într-o alergare de 400 m, necesarul de oxigen este de aproximativ 27 de litri. Timpul pentru a alerga o distanță la nivelul recordului mondial este de aproximativ 40 de secunde. Studiile au arătat că în acest timp sportivul absoarbe 3-4 litri de 02. Prin urmare, 24 de litri sunt datoria totală de oxigen(aproximativ 90% din necesarul de oxigen), care este eliminat după cursă.

În cursa de 100 m, datoria de oxigen poate ajunge până la 96% din cerere. În cursa de 800 m, ponderea reacțiilor anaerobe scade ușor - până la 77%, în cursa de 10.000 m - până la 10%, adică. partea predominantă a energiei este furnizată de reacții respiratorii (aerobe).

mecanism de relaxare musculară. De îndată ce impulsurile nervoase încetează să intre în fibra musculară, ionii de Ca2, sub influența așa-numitei pompe de calciu, datorită energiei ATP, intră în cisternele reticulului sarcoplasmatic și concentrația lor în sarcoplasmă scade până la nivelul initial. Acest lucru provoacă modificări ale conformației troponinei, care, fixând tropomiozina într-o anumită zonă a filamentelor de actină, face imposibilă formarea de punți transversale între filamentele groase și subțiri. Datorită forțelor elastice care apar în timpul contracției musculare în filamentele de colagen care înconjoară fibra musculară, aceasta revine la starea inițială atunci când este relaxată. Astfel, procesul de relaxare musculară, sau relaxare, precum și procesul de contracție musculară, se realizează folosind energia hidrolizei ATP.

În cursul activității musculare, procesele de contracție și relaxare au loc alternativ în mușchi și, prin urmare, calitățile viteză-forță ale mușchilor depind în mod egal de viteza de contracție a mușchilor și de capacitatea mușchilor de a se relaxa.

o scurtă descriere a fibre musculare netede. Nu există miofibrile în fibrele musculare netede. Filamentele subțiri (actina) sunt conectate la sarcolemă, filamentele groase (miozina) sunt situate în interiorul celulelor musculare. În fibrele musculare netede, nu există nici rezervoare cu ioni de Ca. Sub acțiunea unui impuls nervos, ionii de Ca intră încet în sarcoplasmă din lichidul extracelular și, de asemenea, pleacă încet după ce impulsurile nervoase încetează să mai vină. Prin urmare, fibrele musculare netede se contractă încet și se relaxează încet.

Prezentare generală a scheletului muschii umani. Mușchii trunchiului(Fig. 2.6 și 2.7) includ mușchii pieptului, spatelui și abdomenului. Mușchii toracelui sunt implicați în mișcările membrelor superioare și asigură, de asemenea, mișcări respiratorii voluntare și involuntare. Mușchii respiratori ai pieptului se numesc mușchii intercostali externi și interni. Diafragma aparține și mușchilor respiratori. Mușchii spatelui sunt formați din mușchi superficiali și profundi. Superficial oferă o anumită mișcare a membrelor superioare, a capului și a gâtului. Adânci ("redresoare ale trunchiului") sunt atașate proceselor spinoase ale vertebrelor și se întind de-a lungul coloanei vertebrale. Mușchii spatelui sunt implicați în menținerea poziției verticale a corpului, cu o tensiune (contracție) puternică determinând corpul să se aplece înapoi. Mușchii abdominali mențin presiunea în interior cavitate abdominală(presă abdominală), participă la unele mișcări ale corpului (flexia corpului înainte, înclinări și întoarceri în lateral), în procesul de respirație.

Mușchii capului și gâtului imita, mestecă și mișcă capul și gâtul. Mușchii mimici sunt atașați cu un capăt de os, celălalt - de pielea feței, unii pot începe și se termină în piele. Mușchii mimici asigură mișcările pielii feței, reflectă diferite stări mentale ale unei persoane, însoțesc vorbirea și sunt importanți în comunicare. Mușchii de mestecat în timpul contracției provoacă mișcarea maxilarului inferior înainte și în lateral. Mușchii gâtului sunt implicați în mișcările capului. Grupul posterior de mușchi, inclusiv mușchii spatelui capului, cu o contracție tonică (din cuvântul „tonus”), ține capul în poziție verticală.

Orez. 2.6. Mușchii jumătății anterioare a corpului (după Sylvanovici):

1 - mușchi temporal, 2 - mușchi de mestecat, 3 - mușchiul sternocleidomastoidian, 4 - pectoral mare, 5 - mușchiul scalen mediu, b - mușchiul oblic extern al abdomenului, 7 - mușchi lat medial al coapsei, 8 - mușchi lat lateral al coapsei, 9 - rectul femural, 10 - sartorius, 11 - mușchi sensibil 12 - mușchiul oblic intern al abdomenului, 13 - drept abdominal, 14 - biceps umăr, 15 ~ mușchii intercostali externi, 16 - mușchi circular al gurii, 17 - mușchi circular al ochiului, 18 - muschiul fruntii

Mușchii membrelor superioare asigură mișcarea centurii scapulare, umărului, antebrațului și pune în mișcare mâna și degetele. Principalii mușchi antagoniști sunt mușchii bicepși (flexori) și tricepși (extensori) ai umărului. Mișcările membrului superior și, mai ales, ale mâinii sunt extrem de diverse. Acest lucru se datorează faptului că mâna servește ca organ de muncă pentru o persoană.

Orez. 2.7. Mușchii jumătății din spate a corpului (după Sylvanovici):

1 - mușchiul romboid, 2 - redresor al corpului, 3 - mușchii profundi ai mușchiului fesier, 4 - biceps femural, 5 - mușchiul gambei, 6 - tendonul lui Ahile, 7 - mușchiul fesier, 8 - mușchiul dorsal mare, 9 - deltoid, 10 - muşchiul trapez

Mușchii membrelor inferioare asigură mișcarea șoldului, a piciorului și a piciorului. Mușchii coapsei joacă un rol important în menținerea poziției verticale a corpului, dar la om sunt mai dezvoltați decât la alte vertebrate. Mușchii care mișcă piciorul inferior sunt localizați pe coapsă (de exemplu, mușchiul cvadriceps, a cărui funcție este de a extinde piciorul inferior în articulația genunchiului; antagonistul acestui mușchi este bicepsul femural). Piciorul și degetele de la picioare sunt conduse de mușchii localizați pe picior și picior. Flexia degetelor de la picioare se realizează cu contracția mușchilor localizați pe talpă, iar extensia - cu mușchii suprafeței anterioare a piciorului și piciorului. Mulți mușchi ai coapsei, piciorului și piciorului sunt implicați în menținerea corpului uman într-o poziție verticală.

Activitatea musculară - contracția și relaxarea au loc cu utilizarea obligatorie a energiei care este eliberată în timpul hidrolizei ATP ATP + H 2 0 ADP + H 3 P0 4 + energie în repaus, concentrația de ATP în mușchi este de aproximativ 5 mmol / l și în consecință, 1 mmol de ATP corespunde în condiții fiziologice aproximativ 12 cal sau 50 J (1 cal = 4,18 J)

Masa musculară la un adult este de aproximativ 40% din greutatea corporală. Atleții își construiesc mușchi masa musculara poate atinge 60% sau mai mult din greutatea corporală. Mușchii unui adult în repaus consumă aproximativ 10% din tot oxigenul care intră în organism. Cu munca intensiva, consumul de oxigen de catre muschi poate creste cu pana la 90% din oxigenul total consumat.

Sursele de energie pentru resinteza aerobă a ATP sunt carbohidrații, grăsimile și aminoacizii, a căror descompunere este finalizată de ciclul Krebs. Ciclul Krebs este etapa finală a catabolismului, în timpul căreia acetil coenzima A este oxidată la CO2 și H20. În timpul acestui proces, 4 perechi de atomi de hidrogen sunt îndepărtați din acizi (acid izocitric, a-cetoglutaric, succinic și malic) și prin urmare se formează 12 molecule de ATP în timpul oxidării unei molecule de acetil coenzima A.

CĂI ANAEROBE DE RESINTEZĂ ATP Căile anaerobe de resinteză ATP (creatină fosfat, glicolitic) sunt modalități suplimentare de formare a ATP în acele cazuri când principala modalitate de obținere a ATP - aerobă - nu poate asigura activitatea musculară cu cantitatea necesară de energie. Acest lucru se întâmplă în primele minute ale oricărei lucrări, când respirația tisulară nu s-a desfășurat încă pe deplin, precum și atunci când se efectuează sarcini fizice de mare putere.

Calea glicolitică a resintezei ATP Această cale de resinteză, ca și fosfatul de creatină, aparține căilor anaerobe de formare a ATP. Sursa de energie necesară pentru resinteza ATP, în acest caz, este glicogenul muscular, a cărui concentrație în sarcoplasmă variază între 0,2-3%. În timpul descompunerii anaerobe a glicogenului din molecula sa sub influența enzimei fosforilază, reziduurile terminale de glucoză sunt scindate alternativ sub formă de glucoză-1-fosfat. În plus, moleculele de glucoză-1-fosfat printr-o serie de etape succesive (există doar 10 dintre ele) sunt transformate în acid lactic (lactat)

Reacția adenilat kinazei (miokinazei) Reacția adenilat kinazei (sau miokinazei) are loc în celulele musculare în condiții de acumulare semnificativă de ADP în ele, care este de obicei observată în timpul debutului oboselii. Reacția adenilat kinazei este accelerată de enzima adenilat kinaza (miokinaza), care este localizată în sarcoplasma miocitelor. În timpul acestei reacții, o moleculă de ADP își transferă gruparea fosfat într-un alt ADP, rezultând formarea de ATP și AMP: ADP + ADP ATP + AMP

Lucrați în zona de putere maximă Continuați pentru s. Principala sursă de ATP în aceste condiții este fosfatul de creatină. Abia la sfârșitul lucrării, reacția cu creatină fosfat este înlocuită cu glicoliză. Un exemplu de exerciții fizice efectuate în zona de putere maximă este sprintul, săriturile în lungime și săriturile în înălțime, unele exerciții de gimnastică, ridicarea mrenei

Lucrați în zona de putere submaximală Durată până la 5 min. Mecanismul principal al resintezei ATP este glicolitic. La începutul lucrului, până când glicoliza a atins viteza maximă, formarea de ATP se datorează fosfatului de creatină, iar la sfârșitul lucrului, glicoliza începe să fie înlocuită cu respirația tisulară. Munca în zona de putere submaximală este caracterizată de cea mai mare datorie de oxigen - până la 20 de litri. Exemple de exerciții în această zonă de putere sunt alergarea la distanță medie, înotul de sprint, ciclismul pe pista și patinajul de sprint.

Lucrați într-o zonă de mare putere Durată de până la 30 min. Munca în această zonă este caracterizată de aproximativ aceeași contribuție a glicolizei și a respirației tisulare. Calea fosfatului de creatină a resintezei ATP funcționează doar la începutul muncii și, prin urmare, ponderea sa în furnizarea totală de energie a acestei lucrări este mică. Exemple de exerciții în această zonă de putere sunt patinaj pe distanță de 5000 m, schi fond, înot pe distanțe medii și lungi.

Lucrul în zona de putere moderată continuă mai mult de 30 de minute. Alimentarea cu energie a activității musculare are loc în principal pe cale aerobă. Un exemplu de activitate a unei astfel de puteri este alergarea la maraton, atletism fond, mersul pe curse, ciclismul rutier, schiul pe distanțe lungi.

Informatii utile LA sistem international unități (SI) unitatea de bază a energiei este joule (J), iar unitatea de putere este watul (W). 1 joule (J) = 0,24 calorii (cal). 1 kilojul (kJ) \u003d 1000 J. 1 calorie (cal) \u003d 4,184 J. 1 kilocalorie (kcal) \u003d 1000 cal \u003d 4184 J. 1 watt (W) \u003d 1 \u.04 cal "1 \u003d" s -1. 1 kilowatt (kW) \u003d 1000 W. 1 kg-m-s "1 \u003d 9,8 W. 1 cai putere (CP) \u003d 735 wați. Pentru a exprima puterea căilor de resinteză ATP în J / min-kg, este necesar să se înmulțească valoarea acestui criteriu în cal / min-kg cu 4,18 și să se obțină valoarea puterii în W / kg - se înmulțește cu 0,07.

DINstructura și contracția fibrelor musculare.

Contracția musculară într-un sistem viu este un proces mecanochimic. Știința modernă o consideră cea mai perfectă formă de mobilitate biologică. Obiectele biologice au „dezvoltat” contracția fibrelor musculare ca o modalitate de a se deplasa în spațiu (ceea ce le-a extins semnificativ posibilitățile de viață).

Contractia musculara este precedata de o faza de tensiune, care este rezultatul muncii efectuate prin transformarea energiei chimice in energie mecanica direct si cu randament bun (30-50%). Acumularea de energie potențială în faza de tensiune aduce mușchiul într-o stare de contracție posibilă, dar nerealizată încă.

Animalele și oamenii au (și oamenii cred că au fost deja bine studiate) două tipuri principale de mușchi: striate și netede. muschii striati sau scheletice atașate de oase (cu excepția fibrelor striate ale mușchiului inimii, care diferă de mușchii scheletici în compoziție). Neted muşchii susțin țesuturile organelor interne și ale pielii și formează mușchii pereților vaselor de sânge, precum și intestinele.

În biochimia sportului, ei studiază muschii scheletici, „responsabil în mod specific” de rezultatele sportive.

Un mușchi (ca macroformație aparținând unui macro obiect) este format din individ fibre musculare(microformațiuni). Există mii de ele într-un mușchi, respectiv, efortul muscular este o valoare integrală care însumează contracțiile multor fibre individuale. Există trei tipuri de fibre musculare: albîn scădere rapidă , intermediarși roșu micșorându-se încet. Tipurile de fibre diferă prin mecanismul de alimentare cu energie și sunt controlate de diferiți neuroni motori. Tipurile de mușchi diferă în raportul dintre tipurile de fibre.

Fibră musculară separată - formare fără celule filamentoase - symplast. Simplast „nu arată ca o celulă”: are o formă puternic alungită în lungime de la 0,1 până la 2-3 cm, în mușchiul sartorius până la 12 cm și o grosime de 0,01 până la 0,2 mm. Symplast este înconjurat de o coajă - sarcolema la suprafaţa căreia sunt potrivite terminaţiile mai multor nervi motori. Sarcolema este o membrană lipoproteică cu două straturi (10 nm grosime) întărită cu o rețea de fibre de colagen. Când sunt relaxate după contracție, ele readuc simplastul la forma sa inițială (Fig. 4).

Orez. 4. Fibră musculară separată.

Pe suprafața exterioară a sarcolemei-membrană, potențialul electric de membrană este întotdeauna menținut, chiar și în repaus este de 90-100 mV. Prezența potențialului este o condiție necesară pentru gestionarea fibrelor musculare (cum ar fi o baterie de mașină). Potențialul este creat datorită transferului activ (adică cu costul energiei - ATP) a substanțelor prin membrană și a permeabilității sale selective (conform principiului - „voi lăsa să intre sau să iasă pe cine vreau”). Prin urmare, în interiorul symplast, unii ioni și molecule se acumulează într-o concentrație mai mare decât în ​​exterior.

Sarcolema este bine permeabilă la ionii K + - se acumulează în interior, iar ionii Na + sunt îndepărtați în exterior. În consecință, concentrația de ioni de Na + în fluidul intercelular este mai mare decât concentrația de ioni de K + din interiorul symplast. O schimbare a pH-ului către partea acidă (în timpul formării acidului lactic, de exemplu) crește permeabilitatea sarcolemei pentru substanțele macromoleculare (acizi grași, proteine, polizaharide), care în mod normal nu trec prin ea. Substanțele cu greutate moleculară mică (glucoză, acizi lactic și piruvic, corpi cetonici, aminoacizi, peptide scurte) trec (difuz) ușor prin membrană.

Conținutul interior al symplast este sarcoplasmă- aceasta este o structură proteică coloidală (seamănă cu jeleul ca consistență). În stare suspendată, conține incluziuni de glicogen, picături de grăsime, diferite particule subcelulare sunt „încorporate” în el: nuclee, mitocondrii, miofibrile, ribozomi și altele.

„Mecanism” contractil din interiorul simplastului - miofibrile. Acestea sunt filamente musculare subțiri (Ø 1 - 2 microni), lungi - aproape egale cu lungimea fibrei musculare. S-a stabilit că la simplastele mușchilor neantrenați, miofibrilele nu sunt dispuse ordonat, de-a lungul simplastului, ci cu o răspândire și abateri, în timp ce la cei antrenați, miofibrilele sunt orientate de-a lungul axei longitudinale și sunt, de asemenea, grupate în fascicule precum în frânghii. (La filarea fibrelor artificiale și sintetice, macromoleculele polimerice nu sunt amplasate inițial strict de-a lungul fibrei și, ca și sportivii, sunt „încăpățânați” – orientate corect – de-a lungul axei fibrelor, prin rebobinare repetată: vezi atelierele lungi la ZIV și Khimvolokno).

Într-un microscop cu lumină, se poate observa că miofibrilele sunt într-adevăr „încrucișate”. Ele alternează zone luminoase și întunecate - discuri. Jante închise la culoare DAR proteinele (anizotrope) conțin mai mult decât discuri ușoare eu (izotrop). Discuri ușoare traversate de membrane Z (telofragme) și zona miofibrilei dintre două Z - numite membrane sarcomer. Miofibrila este formată din 1000 - 1200 de sarcomere (Fig. 5).

Contracția fibrei musculare în ansamblu constă în contracții individuale sarcomere. Contractând fiecare separat, sarcomerele toate împreună creează o forță integrală și efectuează un lucru mecanic pentru a reduce mușchiul.

Lungimea sarcomerului variază de la 1,8 µm în repaus la 1,5 µm cu contracție moderată și până la 1 µm cu contracție completă. Discurile de sarcomere, întunecate și deschise, conțin protofibrile (miofilamente) - structuri filamentoase proteice. Sunt de două tipuri: groase (Ø - 11 - 14 nm, lungime - 1500 nm) și subțiri (Ø - 4 - 6 nm, lungime - 1000 nm).

Orez. 5. Graficul miofibrilei.

discuri luminoase ( eu ) constau numai din protofibrile subțiri și discuri întunecate ( DAR ) - din protofibrile de două tipuri: subțiri, legate între ele printr-o membrană și groase, concentrate într-o zonă separată ( H ).

Cu contracția sarcomerului, lungimea discului întunecat ( DAR ) nu se modifică, în timp ce lungimea discului luminos ( eu ) scade pe măsură ce protofibrilele subțiri (discuri ușoare) se deplasează în golurile dintre cele groase (discuri întunecate). Pe suprafața protofibrilelor există excrescențe speciale - aderențe (aproximativ 3 nm grosime). În „poziția de lucru” formează o angrenare (prin punți transversale) între filamente groase și subțiri de protofibrile (Fig. 6). La reducere Z -membranele se sprijină de capetele protofibrilelor groase, iar protofibrilele subțiri se pot înfășura chiar în jurul celor groase. În timpul supracontracției, capetele filamentelor subțiri din centrul sarcomerului sunt înfășurate, iar capetele protofibrilelor groase sunt mototolite.

Orez. 6. Formarea vârfurilor între actină și miozină.

Fibrele musculare sunt furnizate cu energie prin reticulul sarcoplasmic(și ea este reticulul sarcoplasmic) - sisteme de tubuli longitudinali și transversali, membrane, bule, compartimente.

În reticulul sarcoplasmatic, diferite procese biochimice decurg într-un mod organizat și controlat, rețeaua acoperă totul împreună și fiecare miofibrilă separat. Reticulul include ribozomi, ei realizează sinteza proteinelor și mitocondriile - „stații de energie celulară” (conform definiției unui manual școlar). De fapt mitocondriile sunt construite între miofibrile, ceea ce creează condiții optime pentru alimentarea cu energie a procesului de contracție musculară. S-a stabilit că numărul de mitocondrii din mușchii antrenați este mai mare decât la aceiași neantrenați.

Compoziția chimică a mușchilor.

apa cu lasa 70 - 80% din greutatea musculara.

Veverițe. Proteinele reprezintă 17 până la 21% din greutatea musculară: aproximativ 40% din toate proteinele musculare sunt concentrate în miofibrile, 30% în sarcoplasmă, 14% în mitocondrii, 15% în sarcolemă, restul în nuclei și alte organele celulare.

Țesutul muscular conține enzime proteine ​​miogenice grupuri, mioalbumină- proteine ​​de depozitare (conținutul acesteia scade treptat odată cu vârsta), proteină roșie mioglobina- cromoproteină (se numește hemoglobină musculară, leagă oxigenul mai mult decât hemoglobina din sânge), precum și globuline, proteine ​​miofibrilare. Mai mult de jumătate din proteinele miofibrilare sunt miozina, cam un sfert actina, restul - tropomiozina, troponina, α- și β-actinine, enzime creatin fosfokinaza, deaminaza și altele. În țesutul muscular există nuclearveverite- nucleoproteine, proteinele mitocondriale.În proteine stroma,împletirea țesutului muscular, - partea principală - colagenși elastina sarcolemele, precum și miostrominele (asociate cu Z - membrane).

Încompuși azotați solubili. Mușchii scheletici umani conțin diferiți compuși azotați solubili în apă: ATP de la 0,25 la 0,4%, creatina fosfat (CrF)- de la 0,4 la 1% (în timpul antrenamentului, cantitatea acestuia crește), produsele lor de degradare - ADP, AMP, creatină. În plus, mușchii conțin o dipeptidă carnozina, aproximativ 0,1 - 0,3%, implicate in restabilirea performantelor musculare in timpul oboselii; carnitina, responsabil pentru transferul acizilor grași prin membranele celulare; aminoacizi, iar acidul glutamic predomină printre aceștia (nu explică asta folosirea glutamatului monosodic, citește compoziția condimentelor pentru a da alimentelor un gust de carne); baze purinice, uree și amoniac. De asemenea, mușchii scheletici conțin aproximativ 1,5% fosfatide, implicate în respirația tisulară.

Fara azot conexiuni. Mușchii conțin carbohidrați, glicogen și produșii săi metabolici, precum și grăsimi, colesterol, corpi cetonici și săruri minerale. În funcție de dietă și de gradul de antrenament, cantitatea de glicogen variază de la 0,2 la 3%, în timp ce antrenamentul crește masa de glicogen liber. Grăsimile de rezervă din mușchi se acumulează în timpul antrenamentului de anduranță. Grăsimea legată de proteine ​​este de aproximativ 1%, iar membranele fibrelor musculare pot conține până la 0,2% colesterol.

Minerale. Substanțele minerale ale țesutului muscular alcătuiesc aproximativ 1 - 1,5% din greutatea mușchiului, acestea fiind în principal săruri de potasiu, sodiu, calciu, magneziu. Ionii minerali precum K + , Na + , Mg 2+ , Ca 2+ , Cl - , HP0 4 ~ joacă un rol important în procesele biochimice din timpul contracției musculare (sunt incluși în suplimentele „sport” și în apa minerală).

Biochimia proteinelor musculare.

Proteine ​​contractile majore în mușchi miozina se referă la proteine ​​fibrilare (greutatea moleculară este de aproximativ 470.000). O caracteristică importantă a miozinei este capacitatea de a forma complexe cu moleculele de ATP și ADP (care vă permite să „luați” energie din ATP) și cu o proteină - actina (care face posibilă menținerea contracției).

Molecula de miozină are sarcina negativași interacționează în mod specific cu ionii de Ca++ și Mg++. Miozina în prezența ionilor de Ca++ accelerează hidroliza ATP și, astfel, prezintă Activitatea adenozin trifosfat:

miozină-ATP+H2O → miozina + ADP + H3PO4 + munca(energie 40 kJ/mol)

Proteina miozină este formată din două lanțuri α polipeptidice lungi, identice, răsucite ca o dublă helix, Fig.7. Sub acțiunea enzimelor proteolitice, molecula de miozină se descompune în două părți. Una dintre părțile sale este capabilă să se lege prin aderență la actină, formând actomiozina. Această parte este responsabilă pentru activitatea adenozin trifosfatază, care depinde de pH-ul mediului, optimul este pH 6,0 - 9,5, precum și de concentrația de KCl. Complexul de actomiozină se descompune în prezența ATP, dar este stabil în absența ATP liber. A doua parte a moleculei de miozină constă, de asemenea, din două elice răsucite; datorită sarcinii electrostatice, ele leagă moleculele de miozină în protofibrile.

Orez. 7. Structura actomiozinei.

A doua proteină contractilă majoră actina(Fig. 7). Poate exista sub trei forme: monomeric (globular), dimeric (globular) și polimeric (fibrilar). Actina globulară monomerică, atunci când lanțurile sale polipeptidice sunt strâns împachetate într-o structură sferică compactă, este asociată cu ATP. Divizarea ATP, monomerii de actină - A, formează dimeri, inclusiv ADP: A - ADP - A. Actina fibrilară polimerică este un dublu helix format din dimeri, fig. 7.

Actina globulară se transformă în actină fibrilară în prezența ionilor K+, Mg++, iar actina fibrilară predomină în mușchii vii.

Miofibrilele conțin o cantitate semnificativă de proteine tropomiozina, care constă din două lanțuri polipeptidice elicoidale α. În mușchii în repaus, formează un complex cu actina și blochează centrii săi activi, deoarece actina este capabilă să se lege de ionii de Ca++ și ei îndepărtează acest blocaj.

La nivel molecular, protofibrilele groase și subțiri ale sarcomerului interacționează electrostatic, deoarece au zone speciale - excrescențe și proeminențe, unde se formează sarcina. În zona discului A, protofibrilele groase sunt construite dintr-un mănunchi de molecule de miozină orientate longitudinal, protofibrilele subțiri sunt situate radial în jurul celor groase, formând o structură similară cu un cablu cu mai multe fire. În banda M centrală a protofibrilelor groase, moleculele de miozină sunt conectate prin „cozile” lor, iar „capetele” lor proeminente - excrescențe sunt direcționate în direcții diferite și sunt situate de-a lungul liniilor spiralate regulate. De fapt, vizavi de ele în spiralele actinei fibrilare, la o anumită distanță unul de celălalt, ies și globule de actină monomerică. Fiecare prezentare are centru activ, datorită căruia este posibilă formarea de aderenţe cu miozină. Membranele Z ale sarcomerelor (cum ar fi soclurile alternative) fixează protofibrilele subțiri împreună.

Biochimia contracției și relaxării.

Reacțiile biochimice ciclice care apar în mușchi în timpul contracției asigură formarea și distrugerea repetată a aderențelor între „capete” - excrescențe ale moleculelor de miozină ale protofibrilelor groase și proeminențe - centrii activi ai protofibrilelor subțiri. Lucrările privind formarea aderențelor și promovarea filamentului de actină de-a lungul filamentului de miozină necesită atât un control precis, cât și o cheltuială semnificativă de energie. În realitate, în momentul contracției fibrei, în fiecare centru activ se formează aproximativ 300 de aderențe pe minut - o margine.

După cum am observat mai devreme, numai energia ATP poate fi transformată direct în lucrul mecanic al contracției musculare. ATP hidrolizat de centrul enzimatic al miozinei formează un complex cu întreaga proteină miozină. În complexul ATP-miozină, saturat cu energie, miozina își schimbă structura și, odată cu aceasta, „dimensiunile” externe și, în acest fel, efectuează o muncă mecanică pentru a scurta excesul filamentului de miozină.

Într-un mușchi în repaus, miozina este încă asociată cu ATP, dar prin ioni de Mg++ fără scindare hidrolitică a ATP. Formarea de aderențe între miozină și actină în repaus este împiedicată de complexul de tropomiozină cu troponina, care blochează centrii activi ai actinei. Blocarea este menținută și ATP nu este divizat în timp ce ionii de Ca++ sunt legați. Când fibra musculara vine impulsul nervos transmițător de impulsuri– neurohormon acetilcolina. Cu ionii de Na +, sarcina negativă de pe suprafața interioară a sarcolemei este neutralizată și are loc depolarizarea acesteia. În acest caz, ionii de Ca++ sunt eliberați și se leagă de troponină. La rândul său, troponina își pierde încărcarea, motiv pentru care se eliberează centrii activi - proeminențe ale filamentelor de actină și apar aderențe între actină și miozină (deoarece respingerea electrostatică a protofibrilelor subțiri și groase a fost deja îndepărtată). Acum, în prezența Ca++, ATP interacționează cu centrul activității enzimatice al miozinei și se scindează, iar energia complexului convertit este utilizată pentru a reduce aderența. Lanțul de evenimente moleculare descris mai sus este similar cu un curent electric care reîncarcă un microcondensator, energia electrică a acestuia este imediat convertită în lucru mecanic la fața locului și trebuie să reîncărcați (dacă doriți să mergeți mai departe).

După ruperea adeziunii, ATP nu este divizat, ci formează din nou un complex enzimatic-substrat cu miozina:

M–A + ATP -----> M – ATP + A sau

M-ADP-A + ATP ----> M-ATP + A + ADP

Dacă în acest moment sosește un nou impuls nervos, atunci reacțiile de „reîncărcare” se repetă, dacă următorul impuls nu ajunge, mușchiul se relaxează. Revenirea mușchiului contractat în timpul relaxării la starea inițială este asigurată de forțele elastice ale proteinelor stromei musculare. Propunând ipoteze moderne ale contracției musculare, oamenii de știință sugerează că, în momentul contracției, filamentele de actină alunecă de-a lungul filamentelor de miozină, iar scurtarea lor este posibilă și datorită modificărilor în structura spațială a proteinelor contractile (modificări ale formei helixului).

În repaus, ATP-ul are un efect plastifiant: prin combinarea cu miozina, previne formarea aderențelor sale cu actina. Divizându-se în timpul contracției musculare, ATP furnizează energie pentru procesul de scurtare a aderenței, precum și activitatea „pompei de calciu” - furnizarea de ioni de Ca++. Divizarea ATP-ului în mușchi are loc cu o viteză foarte mare: până la 10 micromoli per 1 g de mușchi pe minut. Deoarece rezervele totale de ATP din mușchi sunt mici (pot fi suficiente doar pentru 0,5-1 sec de lucru cu putere maximă), pentru a asigura o activitate musculară normală, ATP-ul trebuie restabilit în aceeași rată cu care este divizat.