Dinamika biohemijskih procesa u organizmu tokom rada mišića. Biohemija mišićne aktivnosti. Mišićna aktivnost – kontrakcija i opuštanje odvijaju se uz obavezno korištenje energije koja se oslobađa. Biohemija mišićne aktivnosti i

Kako se tijelo sportiste prilagođava intenzivnom mišićna aktivnost?

Duboke funkcionalne promjene u tijelu koje su nastale u procesu njegove adaptacije na povećanu mišićnu aktivnost proučava fiziologija sporta. Međutim, baziraju se na biohemijskim promjenama u metabolizmu tkiva i organa i, u konačnici, tijela u cjelini. Međutim, razmotrićemo u opšti pogled glavne promjene koje nastaju pod utjecajem treninga su samo u mišićima.

Biohemijsko restrukturiranje mišića pod uticajem treninga zasniva se na međuzavisnosti procesa trošenja i obnavljanja funkcionalnih i energetskih rezervi mišića. Kao što ste već shvatili iz prethodnog, tokom mišićne aktivnosti dolazi do intenzivnog cijepanja ATP-a i, shodno tome, druge tvari se intenzivno troše. U mišićima je to kreatin fosfat, glikogen, lipidi, u jetri se glikogen razgrađuje u šećer, koji se s krvlju prenosi u mišiće koji rade, srce i mozak; masti se razgrađuju i oksidiraju masna kiselina. Istovremeno se u tijelu nakupljaju metabolički proizvodi - fosforna i mliječna kiselina, ketonska tijela, ugljični dioksid. Djelomično ih tijelo gubi, a dijelom se ponovo koriste, učestvujući u metabolizmu. Mišićna aktivnost je praćena povećanjem aktivnosti mnogih enzima, te zbog toga počinje sinteza istrošenih tvari. Resinteza ATP-a, kreatin fosfata i glikogena je već moguća tokom rada, ali uz to dolazi do intenzivnog razlaganja ovih supstanci. Stoga njihov sadržaj u mišićima tokom rada nikada ne dostiže originalni.

U periodu odmora, kada prestaje intenzivno cijepanje izvora energije, procesi resinteze dobijaju jasnu prevagu i ne samo da dolazi do obnavljanja utrošenog (kompenzacije), već i superoporavka (superkompenzacije) koji premašuje početnu nivo. Ovaj obrazac se naziva "zakon superkompenzacije".

Suština fenomena superkompenzacije.

U biohemiji sporta proučavane su zakonitosti ovog procesa. Utvrđeno je, na primjer, da ukoliko postoji intenzivna potrošnja tvari u mišićima, u jetri i drugim organima, što brže teče resinteza i sve je izraženiji fenomen super-restauracije. Na primjer, nakon kratkotrajnog intenzivnog rada dolazi do povećanja nivoa glikogena u mišićima iznad početnog nivoa nakon 1 sata odmora, a nakon 12 sati se vraća na početni, konačni nivo. Nakon dužeg rada, superkompenzacija nastupa tek nakon 12 sati, ali povećani nivo glikogena u mišićima traje duže od tri dana. To je moguće samo zbog visoke aktivnosti enzima i njihove pojačane sinteze.

Dakle, jedna od biohemijskih osnova promena u telu pod uticajem treninga je povećanje aktivnosti enzimskih sistema i superkompenzacija energetskih izvora koji se troše tokom rada. Zašto je veoma važno uzeti u obzir zakonitosti superkompenzacije u praksi sportski trening?

Poznavanje obrazaca superkompenzacije omogućava vam da naučno potkrijepite intenzitet opterećenja i intervala odmora tokom normalnih fizičkih vježbi i tokom sportskog treninga.

Budući da superkompenzacija traje još neko vrijeme nakon završetka rada, naknadni rad se može izvoditi u povoljnijim biohemijskim uslovima, a zauzvrat dovesti do daljeg povećanja funkcionalnog nivoa (Sl....). Ako se naknadni rad obavlja pod uslovima nepotpuni oporavak, onda to dovodi do smanjenja funkcionalnog nivoa (slika ...).

Pod uticajem treninga u telu se odvija aktivna adaptacija, ali ne na rad „općenito“, već na njegove specifične vrste. Prilikom proučavanja različitih vrsta sportskih aktivnosti uspostavljen je princip specifičnosti biohemijske adaptacije i postavljene biohemijske osnove kvaliteta motoričke aktivnosti – brzina, snaga, izdržljivost. A to znači naučno zasnovane preporuke za ciljani sistem obuke.

Navedimo samo jedan primjer. Sjetite se kako nakon intenzivnog opterećenja velikom brzinom (trčanja), dolazi do pojačanog disanja („kratkoća daha“). Sa čime je to povezano? Prilikom obavljanja posla (trčanja), zbog nedostatka kisika u krvi, nakupljaju se nedovoljno oksidirani produkti (mliječna kiselina i dr.), kao i ugljični dioksid, što dovodi do promjene stepena kiselosti krvi. U skladu s tim, to uzrokuje ekscitaciju respiratornog centra u produženoj moždini i pojačano disanje. Kao rezultat intenzivne oksidacije, normalizira se kiselost krvi. A to je moguće samo uz visoku aktivnost enzima aerobne oksidacije. Shodno tome, na kraju intenzivnog rada tokom perioda odmora, enzimi aerobne oksidacije aktivno funkcionišu. Istovremeno, izdržljivost sportista koji obavljaju dugotrajan rad direktno zavisi od aktivnosti aerobne oksidacije. Na osnovu toga, biohemičari su preporučili uključivanje kratkotrajnih opterećenja visokog intenziteta u trening mnogih sportova, što je trenutno općeprihvaćeno.

Koja je biohemijska karakteristika treniranog organizma?

U mišićima treniranog organizma:

Povećava se sadržaj miozina, broj slobodnih HS-grupa u njemu, tj. sposobnost mišića da cijepaju ATP;

Povećavaju se rezerve izvora energije neophodnih za resintezu ATP-a (sadržaj kreatin fosfata, glikogena, lipida itd.)

Značajno povećava aktivnost enzima koji katalizuju i anaerobne i aerobne oksidativne procese;

Povećava se sadržaj mioglobina u mišićima, što stvara rezervu kisika u mišićima.

Povećava se sadržaj proteina u mišićnoj stromi, koji obezbjeđuje mehaniku opuštanja mišića. Zapažanja na sportistima pokazuju da se povećava sposobnost opuštanja mišića pod utjecajem treninga.

Adaptacija na jedan faktor povećava otpornost na druge faktore (na primjer, stres, itd.);

Trening savremenog sportiste zahteva visok intenzitet fizička aktivnost i velika količina istih, što može imati jednostrani efekat na organizam. Stoga je potrebno stalno praćenje od strane ljekara, specijalista sportske medicine, na osnovu biohemije i fiziologije sporta.

A fizičko vaspitanje, kao i sportske aktivnosti, omogućavaju vam da razvijete rezervne sposobnosti ljudskog tijela i pružite mu puno zdravlje, visoke performanse i dugovječnost. Fizičko zdravlje jeste sastavni dio harmoničan razvoj ličnosti osobe, formira karakter, stabilnost mentalnih procesa, voljnih kvaliteta itd.

Osnivač naučnog sistema fizičkog vaspitanja i medicinsko-pedagoške kontrole u fizičkoj kulturi je izuzetan domaći naučnik, izvanredni učitelj, anatom i lekar Petr Frantsevich Lesgaft. Njegova teorija se zasniva na principu jedinstva fizičkog i mentalnog, moralnog i estetskog razvoja osobe. Teoriju fizičkog vaspitanja smatrao je "granom biološke nauke".

Ogromna uloga u sistemu bioloških nauka koje proučavaju osnove nastave iz oblasti fizičke kulture i sporta pripada biohemiji.

Već 40-ih godina prošlog veka u laboratoriji lenjingradskog naučnika Nikolaja Nikolajeviča Jakovljeva ciljano je Naučno istraživanje iz oblasti sportske biohemije. Oni su omogućili da se razjasni suština i specifičnosti prilagođavanja organizma na razne vrste mišićnu aktivnost, potkrepljuju principe sportskog treninga, faktore koji utiču na performanse sportiste, stanje umora, pretreniranost i drugo. itd. U budućnosti je razvoj biohemije sporta bio osnova za pripremu astronauta za svemirske letove.

Koja pitanja rješava biohemija sporta?

Sportska biohemija je osnova fiziologije sporta i sportske medicine. U biohemijskim studijama radnih mišića ustanovljeno je sledeće:

Obrasci biohemijskih promjena kao aktivna adaptacija na povećanu mišićnu aktivnost;

Obrazloženje principa sportskog treninga (ponavljanje, redovnost, odnos rada i odmora itd.)

Biohemijske karakteristike kvaliteta motoričke aktivnosti (brzina, snaga, izdržljivost)

Načini za ubrzanje oporavka organizma sportiste i još mnogo toga. drugi

Pitanja i zadaci.

Zašto opterećenja velikom brzinom djeluju na tijelo svestranije?

Pokušajte dati fiziološko i biohemijsko opravdanje za Aristotelovu izjavu "Ništa ne iscrpljuje i uništava osobu kao dugotrajna fizička neaktivnost." Zašto je to toliko relevantno za modernog čovjeka?

Udžbenik iznosi osnove opće biohemije i biohemije mišićne aktivnosti ljudskog tijela, opisuje hemijsku strukturu i metaboličke procese najvažnijih supstanci organizma i otkriva njihovu ulogu u osiguravanju mišićne aktivnosti. Biokemijski aspekti procesa mišićne kontrakcije i mehanizama stvaranja energije u mišićima, obrasci razvoja motoričkih kvaliteta, procesi umora, oporavka, adaptacije, kao i racionalna ishrana i dijagnostika funkcionalnog stanja sportista. razmatrano. Za studente i nastavnike viših i srednjih obrazovnih ustanova fizičkog vaspitanja i sporta, specijaliste fizičke rehabilitacije i rekreacije.

Informacije o knjizi:
Volkov N.I., Nesen E.N., Osipenko A.A., Korsun S.N. Biohemija mišićne aktivnosti. 2000. - 503 str.

Prvi dio. Biohemijske osnove vitalne aktivnosti ljudskog organizma
Poglavlje 1. Uvod u biohemiju
1. Predmet i metode istraživanja biohemije
2. Istorija razvoja biohemije i formiranja biohemije sporta
3. Hemijska struktura ljudskog tijela
4. Transformacija makromolekula
test pitanja

Poglavlje 2
1. Metabolizam je neophodan uslov za postojanje živog organizma
2. Kataboličke i anaboličke reakcije - dvije strane metabolizma
3. Vrste metabolizma
4. Faze razgradnje nutrijenata i ekstrakcije energije u ćelijama
5. Stanične strukture i njihova uloga u metabolizmu
6. Regulacija metabolizma
test pitanja

Poglavlje 3
1. Izvori energije
2. ATP – univerzalni izvor energije u organizmu
3. Biološka oksidacija – glavni način proizvodnje energije u ćelijama organizma
4. Mitohondrije - "energetske stanice" ćelije
5. Ciklus limunske kiseline je centralni put za aerobnu oksidaciju nutrijenata
6. Lanac disanja
7. Oksidativna fosforilacija je glavni mehanizam za sintezu ATP-a
8. Regulacija metabolizma ATP-a
test pitanja

Poglavlje 4
1. Voda i njena uloga u tijelu
2. Balans vode i njegove promjene tokom mišićne aktivnosti
3. Minerali i njihova uloga u tijelu
4. Metabolizam minerala tokom mišićne aktivnosti
test pitanja

Poglavlje 5
1. Mehanizmi transporta tvari
2. Kiselo-bazno stanje unutrašnje sredine organizma
3. Puferski sistemi i njihova uloga u održavanju konstantnog pH medijuma
test pitanja

Poglavlje 6
1. Opće razumijevanje enzima
2. Struktura enzima i koenzima
3. Višestruki oblici enzima
4. Osobine enzima
5. Mehanizam djelovanja enzima
6. Faktori koji utiču na djelovanje enzima
7. Klasifikacija enzima
test pitanja

Poglavlje 7
1. Opće razumijevanje vitamina
2. Klasifikacija vitamina
3. Karakterizacija vitamina rastvorljivih u mastima
4. Karakterizacija vitamina rastvorljivih u vodi
5. Supstance slične vitaminima
test pitanja

Poglavlje 8
1. Razumijevanje hormona
2. Svojstva hormona
3. Hemijska priroda hormona
4. Regulacija biosinteze hormona
5. Mehanizam djelovanja hormona
6. Biološka uloga hormona
7. Uloga hormona u mišićnoj aktivnosti
test pitanja

Poglavlje 9
1. Hemijski sastav i biološka uloga ugljikohidrata
2. Karakterizacija klasa ugljikohidrata
3. Metabolizam ugljikohidrata u ljudskom tijelu
4. Razgradnja ugljenih hidrata tokom varenja i njihova apsorpcija u krv
5. Nivo glukoze u krvi i njegova regulacija
6. Intracelularni metabolizam ugljikohidrata
7. Metabolizam ugljenih hidrata tokom mišićne aktivnosti
test pitanja

Poglavlje 10
1. Hemijski sastav i biološka uloga lipida
2. Karakterizacija klasa lipida
3. Metabolizam masti u tijelu
4. Razgradnja masti tokom varenja i njihova apsorpcija
5. Intracelularni metabolizam masti
6. Regulacija metabolizma lipida
7. Kršenje metabolizma lipida
8. Metabolizam masti tokom mišićne aktivnosti
test pitanja

Poglavlje 11
1. Hemijska struktura nukleinskih kiselina
2. Struktura, svojstva i biološka uloga DNK
3. Struktura, svojstva i biološka uloga RNK
4. Razmjena nukleinskih kiselina
test pitanja

Poglavlje 12
1. Hemijski sastav i biološka uloga proteina
2. Amino kiseline
3. Strukturna organizacija proteina
4. Osobine proteina
5. Karakterizacija pojedinačnih proteina uključenih u rad mišića
6. Slobodni peptidi i njihova uloga u organizmu
7. Metabolizam proteina u tijelu
8. Razgradnja proteina tokom varenja i apsorpcije aminokiselina
9. Biosinteza proteina i njena regulacija
10. Intersticijalni razgradnju proteina
11. Intracelularna konverzija aminokiselina i sinteza uree
12. Metabolizam proteina tokom mišićne aktivnosti
test pitanja

Poglavlje 13. Integracija i regulacija metabolizma - biohemijska osnova procesa adaptacije
1. Interkonverzija ugljikohidrata, masti i proteina
2. Regulatorni sistemi metabolizma i njihova uloga u adaptaciji organizma na fizički stres
3. Uloga pojedinih tkiva u integraciji srednjeg metabolizma
test pitanja

Drugi dio. Biohemija sporta
Poglavlje 14
1. Vrste mišića i mišićnih vlakana
2. Strukturna organizacija mišićnih vlakana
3. Hemijski sastav mišićnog tkiva
4. Strukturne i biohemijske promene u mišićima tokom kontrakcije i opuštanja
5. Molekularni mehanizam kontrakcije mišića
test pitanja

Poglavlje 15
1. opšte karakteristike mehanizmi proizvodnje energije
2. Kreatin fosfokinazni mehanizam resinteze ATP-a
3. Glikolitički mehanizam resinteze ATP-a
4. Miokinazni mehanizam resinteze ATP-a
5. Aerobni mehanizam resinteze ATP-a
6. Povezivanje energetskih sistema pri različitim fizičkim opterećenjima i njihovo prilagođavanje tokom treninga
test pitanja

Poglavlje 16
1. Opšti smjer promjena u biohemijskim procesima tokom mišićne aktivnosti
2. Transport kiseonika do mišića koji rade i njegova potrošnja tokom mišićne aktivnosti
3. Biohemijske promene u pojedinim organima i tkivima tokom mišićnog rada
4. Klasifikacija fizičkih vežbi prema prirodi biohemijskih promena tokom mišićnog rada
test pitanja

Poglavlje 17
1. Biohemijski faktori umora pri kratkotrajnim vježbama maksimalne i submaksimalne snage
2. Biohemijski faktori umora tokom dugotrajnih vežbi velike i umerene snage
test pitanja

Poglavlje 18
1. Dinamika biohemijskih procesa oporavka nakon mišićnog rada
2. Redoslijed obnavljanja energetskih rezervi nakon rada mišića
3. Eliminacija produkata raspadanja tokom perioda odmora nakon rada mišića
4. Korišćenje karakteristika toka procesa oporavka u izgradnji sportskog treninga
test pitanja

Poglavlje 19
1. Faktori koji ograničavaju fizički učinak osobe
2. Pokazatelji aerobnih i anaerobnih performansi sportiste
3. Uticaj treninga na performanse sportista
4. Starost i sportski učinak
test pitanja

Poglavlje 20
1. Biohemijske karakteristike brzinsko-snaga
2. Biohemijske osnove metoda brzinsko-snage treninga sportista
test pitanja

Poglavlje 21
1. Biohemijski faktori izdržljivosti
2. Metode treninga koje promovišu izdržljivost
test pitanja

Poglavlje 22
1. Fizička aktivnost, adaptacija i efekat treninga
2. Obrasci razvoja biohemijske adaptacije i principi treninga
3. Specifičnost adaptivnih promjena u tijelu tokom treninga
4. Reverzibilnost adaptivnih promjena tokom treninga
5. Redoslijed adaptivnih promjena tokom treninga
6. Interakcija efekata treninga tokom treninga
7. Ciklični razvoj adaptacije u procesu obuke
test pitanja

Poglavlje 23
1. Principi racionalne ishrane sportista
2. Potrošnja energije tijela i njena ovisnost o obavljenom radu
3. Balans nutrijenata u ishrani sportiste
4. Uloga pojedinih hemijskih komponenti hrane u obezbeđivanju mišićne aktivnosti
5. Dodaci ishrani i upravljanje težinom
test pitanja

Poglavlje 24
1. Zadaci, vrste i organizacija biohemijske kontrole
2. Objekti proučavanja i glavni biohemijski parametri
3. Glavni biohemijski pokazatelji sastava krvi i urina, njihova promena tokom mišićne aktivnosti
4. Biohemijska kontrola razvoja sistema snabdevanja energijom organizma tokom mišićne aktivnosti
5. Biohemijska kontrola nivoa treninga, umora i oporavka organizma sportiste
6. Kontrola dopinga u sportu
test pitanja

Pojmovnik pojmova
Jedinice
Književnost

Više o knjizi: format: pdf, veličina fajla: 37,13 Mb.

U fiziologiji sporta uobičajeno je razlikovati i podijeliti mišićnu aktivnost na zone snage: maksimalne, submaksimalne, visoke i umjerene. Postoji i druga podjela mišićnog rada, u zavisnosti od glavnih mehanizama snabdijevanja energijom: u anaerobnu, u mješovitu i u aerobnu zonu snabdijevanja energijom.

U svakom mišićnom radu prije svega treba razlikovati njegovu početnu (početnu) fazu i njen nastavak. Vrijeme početne faze zavisi od intenziteta rada: što je rad duži, to je početna faza intenzivnija i biohemijske promjene u mišićima su tokom nje izraženije.

U prvim sekundama rada mišići dobijaju manje kiseonika nego što im je potrebno. Deficit kiseonika je veći, što je veći intenzitet rada i, shodno tome, veća je potreba za kiseonikom. Stoga se u početnoj fazi resinteza ATP-a odvija isključivo anaerobno zbog reakcije kreatin kinaze i glikolize.

Ako je intenzitet mišićnog rada maksimalan, odnosno trajanje kratkotrajno, tada se završava u ovoj početnoj fazi. U ovom slučaju, potreba za kiseonikom neće biti zadovoljena.

Prilikom rada submaksimalnim intenzitetom, ali dužeg trajanja, biohemijske promjene u početnoj fazi će biti manje oštre, a sama početna faza će biti skraćena. U ovom slučaju, potrošnja kiseonika će dostići MIC (maksimalne moguće vrednosti), ali potreba za kiseonikom i dalje neće biti zadovoljena. U takvim uslovima, telo doživljava nedostatak kiseonika. Vrijednost puta kreatin kinaze će se smanjiti, glikoliza će ići prilično intenzivno, ali će mehanizmi aerobne resinteze ATP-a već biti uključeni. Proces glikolize će uključivati ​​uglavnom glukozu koju krv donosi iz jetre, a ne glukozu formiranu iz mišićnog glikogena.

Prilikom mišićnog rada još manjeg intenziteta i dužeg trajanja, nakon kratkotrajne početne faze, preovladava resinteza ATP-a aerobnim mehanizmom, što je posljedica uspostavljanja prave ravnoteže između potrebe za kisikom i opskrbe kisikom. Dolazi do povećanja i stabilizacije nivoa ATP-a u mišićnim vlaknima, ali je taj nivo niži nego u mirovanju. Osim toga, postoji određeni porast u nivou kreatin fosfata.

Ako se tijekom dugotrajnog mišićnog rada njegova snaga naglo poveća, tada se primjećuju iste pojave kao u početnoj fazi. Povećanje radne snage prirodno povlači povećanje potražnje za kisikom, koja se ne može odmah zadovoljiti. Kao rezultat toga, aktiviraju se anaerobni mehanizmi resinteze ATP-a.

Razmotrimo vremenski slijed uključivanja različitih puteva resinteze ATP-a. U prve 2-3 sekunde rada mišića vrši se njegova opskrba energijom zbog razgradnje mišićnog ATP-a. Od 3 do 20 sekundi dolazi do resinteze ATP-a zbog razgradnje kreatin fosfata. Zatim, 30-40 sekundi od početka rada mišića, glikoliza dostiže svoj najveći intenzitet. Dalje sve velika uloga procesi oksidativne fosforilacije počinju da igraju u snabdevanju energijom (slika 10).

Fig.10. Učešće različitih izvora energije u energetskom opskrbi mišićne aktivnosti, ovisno o njenom trajanju: 1 - razgradnja ATP-a, 2 - razgradnja kreatin fosfata,

3 - glikoliza, 4 - aerobna oksidacija

Snaga proizvodnje aerobne energije procjenjuje se vrijednošću MPC-a. Statistički podaci pokazuju da muškarci u prosjeku imaju višu BMD od žena. Kod sportista je ova vrijednost znatno veća nego kod netreniranih ljudi. Od sportista raznih specijalnosti, najveće vrijednosti IPC-a uočene su kod skijaša i trkača na duge staze.

Sistematska fizička aktivnost dovodi do povećanja broja mitohondrija u mišićne ćelije, do povećanja broja i aktivnosti enzima respiratornog lanca. Time se stvaraju uslovi za potpunije korišćenje ulaznog kiseonika i uspešnije snabdevanje energijom u treniranom telu.

Redovnim treningom povećava se broj krvnih žila koji opskrbljuju mišiće krvlju. Ovo stvara efikasniji sistem za snabdevanje mišića kiseonikom i glukozom, kao i za uklanjanje metaboličkih produkata. Tokom dužeg treninga, cirkulatorni i respiratorni sistem se prilagođavaju na način da se dug kiseonika koji se pojavi nakon prvih vježbi može u potpunosti nadoknaditi u budućnosti. Sposobnost mišića da rade dugo vremena obično zavisi od brzine i efikasnosti njihove apsorpcije i upotrebe kiseonika.

ODstruktura i kontrakcija mišićnih vlakana.

Kontrakcija mišića u živom sistemu je mehanohemijski proces. Moderna nauka ga smatra najsavršenijim oblikom biološke mobilnosti. Biološki objekti su „razvili“ kontrakciju mišićnih vlakana kao način kretanja u prostoru (što im je značajno proširilo životne mogućnosti).

Mišićnoj kontrakciji prethodi faza napetosti, koja je rezultat rada izvršenog pretvaranjem hemijske energije u mehaničku energiju direktno i sa dobrom efikasnošću (30-50%). Akumulacija potencijalne energije u fazi napetosti dovodi mišić u stanje moguće, ali još neostvarene kontrakcije.

Životinje i ljudi jesu (a ljudi vjeruju da su već dobro proučeni) dvije glavne vrste mišića: prugasta i glatka. prugastih mišića ili skeletno pričvršćeno za kosti (osim prugastih vlakana srčanog mišića, koja se po sastavu razlikuju od skeletnih mišića). Glatko mišiće podržavaju tkiva unutrašnjih organa i kože i formiraju mišiće zidova krvnih sudova, kao i crijeva.

Izučavaju biohemiju sporta skeletnih mišića, "posebno odgovoran" za sportske rezultate.

Mišić (kao makro formacija koja pripada makro objektu) se sastoji od pojedinca mišićnih vlakana(mikro formacije). Ima ih na hiljade u mišiću, odnosno, mišićni napor je integralna vrijednost koja sumira kontrakcije mnogih pojedinačnih vlakana. Postoje tri vrste mišićnih vlakana: bijela brzo nestaju , srednji I crvena polako se smanjuje. Vrste vlakana razlikuju se po mehanizmu opskrbe energijom i kontroliraju ih različiti motorni neuroni. Tipovi mišića razlikuju se u odnosu tipova vlakana.

Odvojeno mišićno vlakno - filamentozna formacija bez ćelija - symplast. Simplast "ne liči na ćeliju": ima jako izduženi oblik u dužini od 0,1 do 2-3 cm, u krojačkom mišiću do 12 cm, a debljine - od 0,01 do 0,2 mm. Simplast je okružen školjkom - sarcolemma na čiju površinu su prikladni završeci nekoliko motornih živaca. Sarkolema je dvoslojna lipoproteinska membrana (debljine 10 nm) ojačana mrežom kolagenih vlakana. Kada se opuste nakon kontrakcije, vraćaju simplast u prvobitni oblik (slika 4).

Rice. 4. Odvojite mišićna vlakna.

Na vanjskoj površini sarkoleme-membrane uvijek se održava električni membranski potencijal, čak iu mirovanju iznosi 90-100 mV. Prisustvo potencijala je neophodan uslov za upravljanje mišićnim vlaknima (kao akumulator automobila). Potencijal nastaje zbog aktivnog (to znači uz trošak energije - ATP) prijenosa tvari kroz membranu i njene selektivne propusnosti (po principu – „pustiću ili puštam koga hoću“). Stoga se unutar simplasta neki ioni i molekuli akumuliraju u višoj koncentraciji nego izvan nje.

Sarkolema je dobro propusna za ione K+ - oni se nakupljaju unutra, a ioni Na+ se uklanjaju izvana. Shodno tome, koncentracija Na+ jona u međućelijskoj tekućini veća je od koncentracije K+ jona unutar simplasta. Pomak pH na kiselu stranu (tokom stvaranja mliječne kiseline, na primjer) povećava propusnost sarkoleme za makromolekularne supstance (masne kiseline, proteine, polisaharide), koje normalno ne prolaze kroz nju. Niskomolekularne supstance (glukoza, mliječna i pirogrožđana kiselina, ketonska tijela, aminokiseline, kratki peptidi) lako prolaze (difuziraju) kroz membranu.

Unutrašnji sadržaj symplasta je sarkoplazma- ovo je koloidna proteinska struktura (po konzistenciji podsjeća na žele). U suspendiranom stanju sadrži glikogenske inkluzije, masne kapi, u njega su "ugrađene" razne substanične čestice: jezgre, mitohondrije, miofibrile, ribozomi i druge.

Kontraktilni "mehanizam" unutar simplasta - miofibrili. To su tanki (Ø 1 - 2 mikrona) mišićni filamenti, dugi - gotovo jednaki dužini mišićnog vlakna. Utvrđeno je da u simplastima netreniranih mišića miofibrili nisu raspoređeni uredno, duž simplasta, već sa raširenošću i devijacijama, dok su kod istreniranih miofibrili orijentisani duž uzdužne ose i takođe su grupirani u snopove poput u konopcima. (Kada se vrte umjetna i sintetička vlakna, makromolekule polimera u početku nisu locirane striktno duž vlakna i, poput sportaša, „tvrdoglavo su trenirane” - pravilno orijentirane - duž ose vlakana, ponovnim premotavanjem: pogledajte dugačke radionice na ZIV i Khimvolokno).

U svjetlosnom mikroskopu se može primijetiti da su miofibrile zaista "poprečno prugaste". Izmjenjuju svijetla i tamna područja - diskove. Tamne felge ALI (anizotropni) proteini sadrže više od svjetlosnih diskova I (izotropno). Lagani diskovi ukršteni membranama Z (telofragme) i područje miofibrila između dva Z - zvane membrane sarcomere. Miofibril se sastoji od 1000 - 1200 sarkomera (slika 5).

Kontrakcija mišićnog vlakna u cjelini sastoji se od kontrakcija pojedinačnih sarcomeres. Skupljajući se svaki zasebno, sarkomeri zajedno stvaraju integralnu silu i vrše mehanički rad kako bi smanjili mišić.

Dužina sarkomera varira od 1,8 µm u mirovanju do 1,5 µm sa umjerenom kontrakcijom i do 1 µm sa punom kontrakcijom. Diskovi sarkomera, tamni i svijetli, sadrže protofibrile (miofilamente) - proteinske filamentne strukture. Dva su tipa: debeli (Ø - 11 - 14 nm, dužina - 1500 nm) i tanki (Ø - 4 - 6 nm, dužina - 1000 nm).

Rice. 5. Grafikon miofibrila.

lagani diskovi ( I ) se sastoje samo od tankih protofibrila i tamnih diskova ( ALI ) - od dva tipa protofibrila: tankih, međusobno spojenih membranom, i debelih, koncentrisanih u posebnoj zoni ( H ).

Sa kontrakcijom sarkomera, dužina tamnog diska ( ALI ) se ne menja, dok se dužina svetlosnog diska ( I ) se smanjuje kako se tanki protofibrili (svjetli diskovi) pomiču u praznine između debelih (tamni diskovi). Na površini protofibrila postoje posebni izrasline - adhezije (debljine oko 3 nm). U "radnom položaju" formiraju zahvat (poprečnim mostovima) između debelih i tankih filamenata protofibrila (slika 6). Prilikom smanjenja Z -membrane se naslanjaju na krajeve debelih protofibrila, a tanke protofibrile mogu čak i da se omotaju oko debelih. Tokom prekomjerne kontrakcije, krajevi tankih filamenata u centru sarkomera su omotani, a krajevi debelih protofibrila su zgužvani.

Rice. 6. Formiranje šiljaka između aktina i miozina.

Mišićna vlakna se opskrbljuju energijom putem sarkoplazmatski retikulum(ona je takođe sarkoplazmatski retikulum) - sistemi uzdužnih i poprečnih tubula, membrana, mehurića, pregrada.

U sarkoplazmatskom retikulumu različiti biohemijski procesi se odvijaju organizovano i kontrolisano, mreža pokriva sve zajedno i svaku miofibrilu posebno. Retikulum uključuje ribozome, oni vrše sintezu proteina, i mitohondrije - "stanične energetske stanice" (prema definiciji školskog udžbenika). Zapravo mitohondrije se grade između miofibrila, što stvara optimalne uslove za opskrbu energijom procesa mišićne kontrakcije. Utvrđeno je da je broj mitohondrija u treniranim mišićima veći nego u istim netreniranim mišićima.

Hemijski sastav mišića.

vode sa ostavlja 70 - 80% mišićne težine.

Vjeverice. Proteini čine 17 do 21% mišićne mase: otprilike 40% svih mišićnih proteina je koncentrisano u miofibrilima, 30% u sarkoplazmi, 14% u mitohondrijima, 15% u sarkolemi, a ostatak u jezgramu i drugim ćelijskim organelama.

Mišićno tkivo sadrži enzime miogenih proteina grupe, mioalbumin- skladišteni protein (njegov sadržaj se postepeno smanjuje sa godinama), crveni protein mioglobin- hromoprotein (zove se mišićni hemoglobin, veže kiseonik više nego hemoglobin u krvi), kao i globulini, miofibrilarni proteini. Više od polovine miofibrilarnih proteina je miozin, oko četvrtine actin, ostalo - tropomiozin, troponin, α- i β-aktinini, enzimi kreatin fosfokinaza, deaminaza i drugi. U mišićnom tkivu postoje nuklearnivjeverice- nukleoproteini, mitohondrijalnih proteina. U proteinima stroma, pletenje mišićnog tkiva, - glavni dio - kolagen I elastin sarkoleme, kao i miostromini (povezani sa Z - membrane).

Urastvorljiva azotna jedinjenja. Ljudski skeletni mišići sadrže razna azotna jedinjenja rastvorljiva u vodi: ATP od 0,25 do 0,4%, kreatin fosfat (CrF)- od 0,4 do 1% (tokom treninga, njegova količina se povećava), njihovi proizvodi raspadanja - ADP, AMP, kreatin. Osim toga, mišići sadrže dipeptid karnozin, oko 0,1 - 0,3%, uključeno u obnavljanje performansi mišića tokom umora; karnitin, odgovoran za prijenos masnih kiselina kroz ćelijske membrane; aminokiseline, a među njima preovlađuje glutaminska kiselina (zar to ne objašnjava upotrebu mononatrijum glutamata, pročitajte sastav začina da bi hrana dala ukus mesa); purinske baze, urea i amonijak. Skeletni mišići takođe sadrže oko 1,5% fosfatidi, uključeni u tkivno disanje.

Bez azota veze. Mišići sadrže ugljikohidrate, glikogen i produkte njegovog metabolizma, kao i masti, kolesterol, ketonska tijela i mineralne soli. U zavisnosti od ishrane i stepena treniranosti, količina glikogena varira od 0,2 do 3%, dok trening povećava masu slobodnog glikogena. Tokom treninga izdržljivosti nakupljaju se rezervne masti u mišićima. Masnoća vezana za proteine ​​iznosi približno 1%, a membrane mišićnih vlakana mogu sadržavati do 0,2% holesterola.

Minerali. Mineralne materije mišićnog tkiva čine otprilike 1 - 1,5% težine mišića, to su uglavnom soli kalijuma, natrijuma, kalcijuma, magnezijuma. Mineralni joni kao što su K+, Na+, Mg 2+, Ca 2+, Cl-, HP0 4~ igraju važnu ulogu u biohemijskim procesima tokom mišićne kontrakcije (uključeni su u "sportske" suplemente i mineralnu vodu).

Biohemija mišićnih proteina.

Glavni kontraktilni protein u mišićima miozin odnosi se na fibrilarne proteine ​​(molekularna težina je oko 470.000). Važna karakteristika miozina je sposobnost formiranja kompleksa sa molekulima ATP-a i ADP-a (što vam omogućava da "oduzimate" energiju od ATP-a), i sa proteinom - aktinom (koji omogućava održavanje kontrakcije).

Molekul miozina ima negativan naboj i specifično stupa u interakciju sa Ca ++ i Mg ++ ionima. Miozin u prisustvu Ca ++ jona ubrzava hidrolizu ATP-a i tako pokazuje enzimsku aktivnost adenozin trifosfata:

miozin-ATP+H2O → miozin + ADP + H3PO4 + rad(energija 40 kJ/mol)

Protein miozina formiraju dva identična, duga polipeptidna α-lanca uvijena kao dvostruka spirala, slika 7. Pod dejstvom proteolitičkih enzima, molekul miozina se raspada na dva dela. Jedan od njegovih dijelova može se vezati adhezijama za aktin, formirajući aktomiozin. Ovaj dio je odgovoran za aktivnost adenozin trifosfataze, koja zavisi od pH podloge, optimum je pH 6,0 - 9,5, kao i koncentracije KCl. Kompleks aktomiozina se raspada u prisustvu ATP-a, ali je stabilan u odsustvu slobodnog ATP-a. Drugi dio molekula miozina također se sastoji od dvije uvrnute spirale koje zbog elektrostatičkog naboja vezuju molekule miozina u protofibrile.

Rice. 7. Struktura aktomiozina.

Drugi glavni kontraktilni protein actin(Sl. 7). Može postojati u tri oblika: monomerni (globularni), dimerni (globularni) i polimerni (fibrilarni). Monomerni globularni aktin, kada su njegovi polipeptidni lanci čvrsto spakovani u kompaktnu sferičnu strukturu, povezan je sa ATP-om. Cepajući ATP, aktinski monomeri - A, formiraju dimere, uključujući ADP: A - ADP - A. Polimerni fibrilarni aktin je dvostruka spirala koja se sastoji od dimera, sl. 7.

Globularni aktin se transformiše u fibrilarni aktin u prisustvu K+, Mg++ jona, a fibrilarni aktin dominira u živim mišićima.

Miofibrili sadrže značajnu količinu proteina tropomiozin, koji se sastoji od dva - α-helikalna polipeptidna lanca. U mišićima u mirovanju formira kompleks sa aktinom i blokira njegove aktivne centre, jer je aktin u stanju da se veže za jone Ca++ i oni otklanjaju ovu blokadu.

Na molekularnom nivou, debele i tanke protofibrile sarkomera međusobno djeluju elektrostatički, jer imaju posebna područja - izrasline i izbočine, gdje se formira naboj. U području A-diska, debele protofibrile su građene od snopa uzdužno orijentiranih molekula miozina, tanke protofibrile se nalaze radijalno oko debelih, tvoreći strukturu sličnu višežilnom kabelu. U središnjem M-traku debelih protofibrila, molekuli miozina su povezani svojim "repom", a njihove izbočene "glave" - ​​izrasline usmjerene su u različitim smjerovima i smještene duž pravilnih spiralnih linija. Zapravo, nasuprot njima u spiralama fibrilarnog aktina, na određenoj udaljenosti jedna od druge, strše i monomerne aktinske globule. Svaka prezentacija ima aktivni centar, zbog čega je moguće stvaranje adhezija s miozinom. Z-membrane sarkomera (poput naizmjeničnih postolja) spajaju tanke protofibrile zajedno.

Biohemija kontrakcije i opuštanja.

Ciklične biohemijske reakcije koje se javljaju u mišiću tokom kontrakcije osiguravaju ponovno stvaranje i uništavanje adhezija između "glava" - izraslina molekula miozina debelih protofibrila i izbočina - aktivnih centara tankih protofibrila. Rad na stvaranju adhezija i promociji aktinskog filamenta duž miozinskog filamenta zahtijeva kako preciznu kontrolu tako i značajan utrošak energije. U stvarnosti, u trenutku kontrakcije vlakana, u svakom aktivnom centru - ivici, formira se oko 300 adhezija u minuti.

Kao što smo ranije napomenuli, samo energija ATP-a može se direktno pretvoriti u mehanički rad mišićne kontrakcije. ATP hidrolizovan enzimskim centrom miozina formira kompleks sa celim proteinom miozinom. U kompleksu ATP-miozin, zasićenom energijom, miozin mijenja svoju strukturu, a sa njom i vanjske “dimenzije” i na taj način vrši mehanički rad na skraćivanju izrastanja miozinskog filamenta.

U mišićima u mirovanju, miozin je još uvijek povezan s ATP-om, ali preko Mg++ jona bez hidrolitičkog cijepanja ATP-a. Nastanak adhezija između miozina i aktina u mirovanju sprečava kompleks tropomiozina sa troponinom, koji blokira aktivne centre aktina. Blokada se održava i ATP se ne razdvaja dok su joni Ca ++ vezani. Kada treba mišićno vlakno dolazi nervni impuls predajnik pulsa– neurohormon acetilholin. Sa ionima Na + neutralizira se negativni naboj na unutrašnjoj površini sarkoleme i dolazi do njegove depolarizacije. U tom slučaju se ioni Ca ++ oslobađaju i vezuju za troponin. Zauzvrat, troponin gubi naboj, zbog čega se oslobađaju aktivni centri - izbočine aktinskih filamenata i pojavljuju se adhezije između aktina i miozina (pošto je elektrostatičko odbijanje tankih i debelih protofibrila već uklonjeno). Sada, u prisustvu Ca ++, ATP stupa u interakciju sa centrom enzimske aktivnosti miozina i razdvaja se, a energija pretvorenog kompleksa se koristi za smanjenje adhezija. Gore opisani lanac molekularnih događaja sličan je električnoj struji koja puni mikrokondenzator, njegova električna energija se odmah pretvara u mehanički rad na licu mjesta i potrebno je ponovo napuniti (ako želite nastaviti).

Nakon rupture adhezije, ATP se ne cijepa, već ponovo formira kompleks enzim-supstrat sa miozinom:

M–A + ATP -----> M – ATP + A ili

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

Ako u ovom trenutku stigne novi nervni impuls, tada se ponavljaju reakcije "dopunjavanja", ako sljedeći impuls ne stigne, mišić se opušta. Povratak kontraktiranog mišića tokom relaksacije u prvobitno stanje osiguravaju elastične sile proteina mišićne strome. Iznoseći moderne hipoteze kontrakcije mišića, znanstvenici sugeriraju da u trenutku kontrakcije aktinski filamenti klize duž miozinskih filamenata, a njihovo skraćivanje je moguće i zbog promjena u prostornoj strukturi kontraktilnih proteina (promjene u obliku spirale).

U mirovanju, ATP ima plastifikacijski učinak: spajanjem s miozinom sprječava stvaranje njegovih adhezija s aktinom. Cepajući se tokom mišićne kontrakcije, ATP daje energiju za proces skraćivanja adhezije, kao i rad "kalcijum pumpe" - dovod Ca ++ jona. Cepanje ATP-a u mišiću događa se vrlo velikom brzinom: do 10 mikromola po 1 g mišića u minuti. Budući da su ukupne rezerve ATP-a u mišićima male (mogu biti dovoljne samo za 0,5-1 sekundu rada sa maksimalnom snagom), da bi se osigurala normalna mišićna aktivnost, ATP se mora obnavljati istom brzinom kojom se dijeli.

Mišićna aktivnost – kontrakcija i opuštanje teče uz obavezno korišćenje energije koja se oslobađa pri hidrolizi ATP ATP + H 2 0 ADP + H 3 P0 4 + energija u mirovanju, koncentracija ATP-a u mišićima je oko 5 mmol/l i , prema tome, 1 mmol ATP-a odgovara fiziološkim uslovima približno 12 cal ili 50 J (1 cal = 4,18 J)

Mišićna masa odrasle osobe iznosi oko 40% tjelesne težine. Sportisti grade mišiće mišićna masa može doseći 60% ili više tjelesne težine. Mišići odrasle osobe u mirovanju troše oko 10% cjelokupnog kisika koji ulazi u tijelo. Intenzivnim radom, potrošnja kiseonika u mišićima može porasti i do 90% od ukupno potrošenog kiseonika.

Izvori energije za aerobnu resintezu ATP-a su ugljikohidrati, masti i aminokiseline, čija se razgradnja završava Krebsovim ciklusom. Krebsov ciklus je završna faza katabolizma, tokom koje se acetil koenzim A oksidira u CO2 i H20. Tokom ovog procesa iz kiselina (izocitrične, a-ketoglutarne, jantarne i jabučne kiseline) uklanjaju se 4 para atoma vodika i stoga se 12 molekula ATP-a formira tokom oksidacije jednog molekula acetil koenzima A.

ANAEROBNI PUTOVI RESINTEZE ATP-a anaerobni putevi Resinteza ATP-a (kreatin fosfat, glikolitička) su dodatni načini stvaranja ATP-a u slučajevima kada glavni način dobivanja ATP-a - aerobni - ne može osigurati mišićnu aktivnost potrebnom količinom energije. To se događa u prvim minutama bilo kojeg rada, kada se disanje tkiva još nije u potpunosti razvilo, kao i pri izvođenju fizičkih opterećenja velike snage.

Glikolitički put resinteze ATP-a Ovaj put resinteze, poput kreatin fosfata, pripada anaerobnim putevima stvaranja ATP-a. izvor energije potrebne za resintezu ATP-a ovaj slučaj je mišićni glikogen čija se koncentracija u sarkoplazmi kreće od 0,2-3%. Tokom anaerobne razgradnje glikogena iz njegove molekule pod uticajem enzima fosforilaze, terminalni ostaci glukoze se naizmjenično odcjepljuju u obliku glukoza-1-fosfata. Nadalje, molekule glukoze-1-fosfata kroz niz uzastopnih faza (ima ih samo 10) se pretvaraju u mliječnu kiselinu (laktat)

Reakcija adenilat kinaze (miokinaze) Reakcija adenilat kinaze (ili miokinaze) se javlja u mišićnim ćelijama u uslovima značajne akumulacije ADP u njima, što se obično primećuje prilikom pojave umora. Reakciju adenilat kinaze ubrzava enzim adenilat kinaza (miokinaza) koji se nalazi u sarkoplazmi miocita. Tokom ove reakcije, jedan ADP molekul prenosi svoju fosfatnu grupu na drugi ADP, što rezultira stvaranjem ATP-a i AMP-a: ADP + ADP ATP + AMP

Rad u zoni maksimalne snage Nastavite za s. Glavni izvor ATP-a u ovim uslovima je kreatin fosfat. Tek na kraju rada, reakcija kreatin fosfata zamjenjuje se glikolizom. Primjer vježbe izvedene u zoni maksimalne snage je trčanje na kratke udaljenosti, skokovi u dalj i vis, neke gimnastičke vježbe, podizanje utege

Rad u zoni submaksimalne snage Trajanje do 5 min. Vodeći mehanizam resinteze ATP-a je glikolitički. Na početku rada, dok glikoliza ne dostigne maksimalnu brzinu, stvaranje ATP-a je zbog kreatin fosfata, a na kraju rada glikoliza počinje da se zamjenjuje tkivnim disanjem. Rad u zoni submaksimalne snage karakteriše najveći dug kiseonika - do 20 litara. Primjeri vježbi u ovoj zoni snage su trčanje na srednje staze, sprint plivanje, biciklizam na stazi i klizanje u sprintu.

Rad u zoni velike snage Trajanje do 30 min. Rad u ovoj zoni karakteriše približno isti doprinos glikolize i disanja tkiva. Kreatin-fosfatni put resinteze ATP-a funkcionira tek na samom početku rada, pa je stoga njegov udio u ukupnoj energetskoj opskrbi ovog rada mali. Primjeri vježbi u ovoj zoni snage su klizanje na 5000 metara, skijaško trčanje, plivanje na srednjim i dugim stazama.

Rad u zoni umjerene snage Nastavlja se duže od 30 minuta. Opskrba energijom mišićne aktivnosti odvija se uglavnom na aerobni način. Primjer rada takve snage je maratonsko trčanje, atletsko trčanje, trkačko hodanje, cestovni biciklizam, skijanje na duge staze.

Korisne informacije U Međunarodnom sistemu jedinica (SI), osnovna jedinica energije je džul (J), a jedinica snage je vat (W). 1 džul (J) = 0,24 kalorija (kal). 1 kilodžul (kJ) = 1000 J. 1 kalorija (cal) = 4,184 J. 1 kilokalorija (kcal) = 1000 cal = 4184 J. 1 vat (W) \u03 "1 vat (W) \u03 "1 03" s -1. 1 kilovat (kW) \u003d 1000 W. 1 kg-m-s "1 = 9,8 W. 1 konjska snaga (KS) \u003d 735 vati. Da biste izrazili snagu puteva resinteze ATP-a u J/min-kg, potrebno je pomnožiti vrijednost ovog kriterija u cal/min-kg sa 4,18, a da biste dobili vrijednost snage u W/kg - pomnožiti sa 0,07.