Физиология мышечной деятельности
Упражнения на велоэргометре включают в программы реабилитации. Этот вид упражнений характеризуется меньшей вероятностью травм голеностопных, коленных и тазобедренных суставов по сравнению с бегом трусцой. В следующих главах описаны способы оценки расхода энергии при выполнении упражнений на велоэргометре для ног и рук. Читать далее »
Плавание — один из наиболее предпочитаемых видов двигательной активности ввиду его динамичности, малой вероятности травм суставов и воздействия на большие группы мышц. Энергетические потребности зависят от скорости движения, способа плавания, а также владения рациональной техникой плавания. Опытный пловец расходует меньше энергии на продвижение в воде, чем неопытный.
Читать далее »
Мышечная деятельность связана с движением, а для движения требуется сокращение мышц. Обсуждение понятий физиологии человека, имеющих отношение к двигательной активности и тренировкам на выносливость, необходимо начать с рассмотрения строения скелетной мышцы, представляющей собой ткань, которая преобразует химическую энергию аденозинтрифосфата (АТФ) в механическую работу. Каким образом мышца выполняет эту функцию? Сначала рассмотрим строение скелетной мышцы. На рис. 3.1 показано строение скелетной мышцы и ее наименьших функциональных элементов. Структурная единица скелетной мышцы — поперечнополосатые мышечные волокна, пучки которых расположены параллельно друг другу и связаны между собой рыхлой соединительной тканью. Читать далее »
В биологических системах существует несколько видов энергии: электрическая — в нервах и мышцах; химическая — при синтезе молекул; механическая — при сокращении мышц; тепловая — образующаяся в результате всех указанных процессов, помогающая поддерживать температуру тела. Исходным источником энергии для биологических систем является Солнце. Солнечная энергия, передаваемая в виде излучения, поглощается растениями и используется для преобразования простых атомов и молекул в углеводы, жиры и белки (протеины), в которых она содержится в виде энергии химических связей. Читать далее »
Очень ограниченное количество АТФ, накопленное в мышце, достаточно для удовлетворения потребности в энергии при максимальном усилии продолжительностью не более одной секунды. Креатинфосфат (КФ), вторая молекула фосфата, обладающего высокой энергией, содержащегося в мышце, является наиболее важным источником энергии для выполнения кратковременной работы. Читать далее »
По мере уменьшения запаса КФ в мышце клетка начинает расщеплять гликоген (запас глюкозы в мышце) для образования АТФ с большой скоростью. Этот процесс называется процессом гликолиза и не требует кислорода, т. е. относится к анаэробным процессам. Гликоген мышцы -> глюкоза -> -> 2 части молочной кислоты + 3 части АТФ. Гликолиз позволяет мышце выполнять работу в течение более продолжительного, но ограниченного периода времени. Читать далее »
Источниками энергии при продолжительной работе служат различные вещества, необходимые для образования АТФ, однако для этого требуется кислород (аэробный процесс). К таким веществам относятся гликоген мышц, глюкоза в крови, жирные кислоты и внутримышечный жир. Молекулы этих веществ расщепляются таким образом, что энергия, содержащаяся в химических связях этих молекул, передается в часть клетки, в которой происходит синтез АТФ. Большинство реакций происходит в митохондриях клетки с использованием кислорода. Читать далее »
Часть энергии, которая поступает от анаэробных источников энергии (для кратковременной и непродолжительной работы), в значительной степени зависит от интенсивности и продолжительности мышечной деятельности. На рис. 3.5 показано, что при напряженной мышечной деятельности в течение времени менее одной минуты (например, при беге на 400 м) мышцы получают АТФ из анаэробных источников. Читать далее »
Мышечные волокна различаются способностью образовывать АТФ с помощью описанных выше процессов. Определенные мышечные волокна сокращаются быстро и обладают способностью развивать большую силу, но быстро устают. Эти мышечные волокна образуют большую часть АТФ с помощью расщепления КФ и гликолиза и известны как быстросокращающиеся волокна (БС-волокна) с утилизацией глюкозы или волокна типа lib. Читать далее »
В среднем мужчины и женщины имеют приблизительно 52 % мышечных волокон типа I, а из БСволокон 33 % относится к волокнам типа IIа и 13 % — к типу IIb. Однако существуют большие различия в преобладании разных типов мышечных волокон среди отдельных групп населения. Согласно результатам исследований, в которых сравнивались показатели для монои дизиготных близнецов, распределение быстрои медленносокращающихся мышечных волокон является генетически фиксированным, следовательно, БС-волокна нельзя преобразовать в МС-волокна, и наоборот. Читать далее »
Напряжение, или сила, образованная мышцей, зависит не только от типа волокна. Если стимулирующее воздействие, превышающее пороговый уровень, возбуждает мышечное волокно, то возникает подергивание, представляющее собой короткое сокращение мышцы с небольшим напряжением и последующим расслаблением. Если частота стимулирующих воздействий увеличивается, то мышечное волокно не успевает расслабляться в перерывах между воздействиями, и напряжение, создаваемое одним воздействием, накладывается на напряжение, создаваемое предыдущим воздействием. Читать далее »
На рис. 3.6 показано участие в работе мышечных волокон различных типов по мере увеличения физической нагрузки. Порядок участия мышечных волокон: от волокон с наибольшей утилизацией кислорода к волокнам с наименьшей его утилизацией, от МСк БС-волокнам. Следовательно, при больших нагрузках, когда в мышечной деятельности участвуют волокна типа ПЬ, увеличивается возможность образования молочной кислоты.
Хотя при постоянной легкой нагрузке (соответствующей менее 40 % максимальной утилизации кислорода V02max) участвуют только волокна типа I, однако при физических нагрузках, соответствующих более 70 % максимальной утилизации кислорода, в мышечной деятельности участвуют мышечные волокна всех типов.
Такая особенность имеет важное значение для выбора типа тренировок и обеспечивает возможность изменения их влияния путем перехода от одной мышечной деятельности к другой. Очевидно, если мышечное волокно не используется в тренировке, то оно не может стать тренированным.
Основной задачей инструктора оздоровительного фитнеса является выдача рекомендаций по мышечной деятельности, которая повышает или поддерживает функции кардиореспираторной системы. Мышечная деятельность, для которой требуется образование энергии АТФ с помощью аэробного процесса, автоматически увеличивает подачу кислорода кардиореспираторной системой. Выбранные физические упражнения должны быть достаточно напряженными для того, чтобы способствовать улучшению деятельности кардиореспираторной системы. Читать далее »
На рис. 3.8 показаны изменения показателя газообмена R при дыхании во время работы с постепенным увеличением физической нагрузки до нагрузки, соответствующей максимальной утилизации кислорода V02max. При тестировании с постепенным увеличением нагрузки показатель R начинает увеличиваться при нагрузке, соответствующей значению от 40 до 50 % максимальной утилизации кислорода V02max, показывая, что в работе участвуют волокна типа Па и углеводы становятся более важным источником энергии. Читать далее »
На рис. 3.9 показано изменение показателей газообмена при дыхании R в течение 90-минутного теста при нагрузках, соответствующих значениям от 60 до 70 % максимального потребления кислорода VO2max. При продолжительной мышечной деятельности значение показателя R уменьшается, из чего видно, что в качестве энергетического вещества все чаще используются жиры. Жиры поступают из внутриклеточных жировых запасов и тканей, которые выделяют свободные жирные кислоты в кровь для переноса в мышцы. Читать далее »
Глюкоза в плазме крови и свободные жирные кислоты, используемые при мышечной деятельности, должны пополняться за счет запасов глюкозы и жирных кислот, которые содержатся соответственно в печени и жировых тканях. В привлечении энергетических веществ участвуют различные гормоны, но особое внимание следует обратить на инсулин. Выделение инсулина из поджелудочной железы увеличивается сразу после принятия пищи, чтобы помочь накоплению питательных веществ в печени и жировых тканях. Без достаточного количества инсулина концентрация глюкозы в крови возрастает, поскольку глюкоза не удаляется клетками тканей с необходимой скоростью. Читать далее »
Тип энергетического вещества, используемого при мышечной деятельности, зависит от питания. Установлено, что режим питания с избыточным потреблением углеводов приводит к увеличению содержания гликогена в мышцах и увеличивает время до их истощения, по сравнению со смешанным режимом питания. Кроме того, способность мышц увеличивать запас гликогена повышается, если перед принятием пищи с большим содержанием углеводов осуществляется мышечная деятельность высокой интенсивности или объема. Читать далее »
Некоторые читатели могут ошибочно предположить из обсуждения источников энергии для кратковременной, непродолжительной и продолжительной работы, что эти различные источники аденозинтрифосфата используются в различных видах мышечной деятельности и не используются вместе при переходе человека из состояния покоя в состояние двигательной активности. Читать далее »
Рассмотренная взаимосвязь между реакциями кардиореспираторной системы на физические нагрузки и временем, необходимым для достижения установившегося потребления кислорода, не является необычной. На рис. 3.11 показаны характеристики типичных изменений частоты сердечных сокращений и легочной вентиляции при проведении теста с субмаксимальной физической нагрузкой. Форма графика каждой характеристики напоминает форму графика характеристики потребления кислорода, рассмотренной выше. Читать далее »
Между потреблением кислорода и состоянием кардиореспираторной системы существует четкая взаимосвязь, поскольку подача кислорода к тканям зависит от деятельности сердца и легких. Одним из наиболее распространенных тестов, используемых для оценки деятельности кардиореспираторной системы, является тест с постепенным увеличением физической нагрузки, в котором при выполнении упражнений она постепенно увеличивается до достижения максимально переносимой. Читать далее »
Каким образом кислород поступает к митохондриям? Кислород поступает в легкие при дыхании, затем через альвеолы легких проникает в кровь. Кислород связывается с гемоглобином эритроцитов крови, а сердце обеспечивает доставку крови, обогащенной кислородом, к мышцам. Затем кислород попадает в мышечные клетки к митохондриям, где он используется (потребляется) в процессе образования АТФ. Каким образом измеряется потребление кислорода при мышечной деятельности?
Потребление кислорода VO2 определяют, вычитая объем кислорода в выдыхаемом воздухе из объема кислорода во вдыхаемом воздухе: V02 = объем вдыхаемого кислорода объем выдыхаемого кислорода. Обычно при измерении потребления 02 человек дышит через специальный клапан, который позволяет вдыхать воздух в помещении (содержащий 20,93 % О2 и 0,03 % СО2) и направлять выдыхаемый воздух в специальный измерительный баллон (рис. 3.7). Читать далее »
Кардиореспираторная система не может мгновенно увеличить подачу кислорода к мышцам для полного удовлетворения потребности в аденозинтрифосфате с помощью аэробных процессов. В интервале между моментами времени, когда испытуемый стал на тренажер с движущейся дорожкой, и когда его кардиореспираторная система подаст необходимое количество кислорода, потребность АТФ обеспечивают другие источники энергии для кратковременной и непродолжительной работы. Объем кислорода, которого недостает в течение нескольких первых минут работы, создаст кислородную недостаточность (рис. 3.10). Читать далее »
Потребление кислорода, измеренное, как показано выше, выражают в литрах в минуту на один килограмм массы тела для облегчения сравнения этого показателя для различных людей и одного человека в различные моменты времени. Потребление кислорода V02 (л • мин ‘) умножают на 1000 для преобразования этого показателя в литрах в минуту в значение в миллилитрах в минуту, затем полученное значение делят на массу тела в килограммах: V02 = 2,4 л • мин’ • 1000 мл • л-’ = = 2400 мл • мин-’. Если масса тела равна 60 кг, то 2400 мл • мин’ : 60 кг = 40 мл • кг1 • мин-1. На рис. 3.12 показаны характеристики, полученные при тестировании с постепенным увеличением физической нагрузки на тренажере с движущейся дорожкой при постоянной скорости 3 мили (4,8 км) в час, с увеличением физической нагрузки на 3 % через каждые 3 мин. Читать далее »
Для среднего человека наибольшее значение максимальной аэробной мощности измеряют после выполнения теста с постепенным увеличением физической нагрузки, соответствующим бегу в гору. Тест с постепенным увеличением физической нагрузки, проведенный при скорости ходьбы, обычно дает значение максимальной аэробной мощности, которое на 4— 6 % меньше значения, полученного при беге с постепенным увеличением нагрузки, а тест на велоэргометре может давать значение этого показателя на 10—12 % меньше, чем при беге с постепенным увеличением нагрузки. Читать далее »
Обычно программы тренировок на выносливость обеспечивают повышение максимального потребления кислорода на 5—25 %, причем величина изменений в основном зависит от начального уровня физической подготовленности. В результате достигается состояние, при котором дальнейшие тренировки не обеспечивают увеличения максимальной аэробной мощности. Было показано, что приблизительно 40 % очень высоких значений максимальной аэробной мощности, которые наблюдаются у лыжников и бегунов на длинные дистанции, связаны с наследственной предрасположенностью к хорошему состоянию сердечнососудистой системы. Читать далее »
У женщин значения максимальной аэробной мощности приблизительно на 15 % ниже, чем у мужчин; эта разница сохраняется в возрасте от 20 до 60 лет. Указанная 15 %-я разность является средней. Для большинства людей старение проявляется в постепенном, но систематическом уменьшении максимальной аэробной мощности на 1 % в год. Поскольку человек со средним уровнем физической подготовленности с возрастом становится более грузным и менее подвижным, то уменьшение максимальной аэробной мощности может отражать указанные изменения как возрастные. Читать далее »
На рис. 3.13 показано, что максимальное потребление кислорода уменьшается при увеличении высоты над уровнем моря. На высоте 2300 м оно составляет только 88 % от значения на уровне моря. Такое уменьшение обусловлено в основном уменьшением содержания кислорода в артериях из-за уменьшения давления воздуха при увеличении высоты. При пониженном содержании кислорода в артериях на высоте над уровнем моря сердце должно подавать большее количество крови в минуту для удовлетворения потребности в кислороде при мышечной деятельности. Читать далее »
Молочная кислота образуется в мышцах и выделяется в кровь. На рис. 3.14 показано, что в процессе тестирования с постепенным увеличением физической нагрузки концентрация лактата в крови не изменяется или изменяется незначительно при малых физических нагрузках: молочная кислота утилизируется с такой скоростью, как и образуется. По мере увеличения физической нагрузки при тестировании достигается точка, в которой концентрация лактата в крови внезапно повышается. Читать далее »
На рис. 3.15 показано, что после достижения частоты сердечных сокращений (ЧСС) 110 ударов • мин ‘ она увеличивается линейно для каждой ступени физической нагрузки, пока не будет достигнут максимум. Максимальную частоту сердечных сокращений (ЧССмакс) обычно оценивают по формуле: 220 возраст, из которой видно, что с возрастом ЧССмакс уменьшается. Читать далее »
Объем крови, подаваемой за одно сердечное сокращение (в миллилитрах за одно сокращение), называется ударным. На рис. 3.16 показано изменение ударного объема крови при тестировании с постепенным увеличением физической нагрузки. Ударный объем крови увеличивается на начальных этапах теста, пока не будет достигнута нагрузка, соответствующая приблизительно 40 % максимальной аэробной способности, а затем сохраняется на одном уровне, следовательно, ЧСС — единственный фактор, обеспечивающий увеличение тока крови от сердца к работающим мышцам после достижения физической нагрузки, соответствующей 40 % максимальной аэробной способности. Читать далее »
Минутный объем кровообращения, или сердечный выброс (в литрах в минуту) представляет собой объем крови, подаваемой сердцем за одну минуту, и рассчитывается как произведение частоты сердечных сокращений (количество сокращений в минуту) на систолический объем крови (в миллилитрах на одно сокращение). Читать далее »
Артериальное давление определяется как произведение минутного объема кровообращения на общее периферическое сопротивление кровеносных сосудов
Артериальное давление зависит от соотношения между минутным объемом кровообращения и сопротивлением, которое кровеносные сосуды оказывают кровотоку (общее периферическое сопротивление сосудов). Сопротивление кровотоку изменяется при сужении или расширении кровеносных сосудов, называемых артериолами. Читать далее »
Если человек выполняет работу руками с такой же интенсивностью, как и ногами, то изменения частоты сердечных сокращений и артериального давления значительно выше при работе с помощью рук. Такая особенность показана на рис. 3.20, на котором представлен график изменения двойного произведения для работы различной интенсивности с помощью рук и с участием ног. Поскольку нагрузка на сердце и склонность к усталости больше при работе с участием ног, то следует выбирать такие формы мышечной деятельности, в которых используются большие группы мышц; в этом случае уменьшаются частота сердечных сокращении, артериальное давление и склонность к усталости.
Легочная вентиляция представляет собой объем воздуха, вдыхаемого и выдыхаемого за одну минуту, и определяется как произведение частоты дыхания на дыхательный объем TV (объем воздуха, перемещаемый за одно дыхание). Например: легочная вентиляция, л • мин-’ = = TV (л • 1 дыхание) х х f (количество дыханий в 1 мин); 30 л • мин ‘ = 1,5 л • 1 дыхание ‘ х х 20 дыханий • мин ‘. Легочная вентиляция увеличивается линейно при увеличении интенсивности работы до уровня, соответствующего 50—80 % V0,max , когда наступает относительная гипервентиляция (рис. 3.21). Точка перегиба на характеристике легочной вентиляции называется пороговым уровнем легочной вентиляции. Читать далее »
О влиянии тренировок на выносливость на физиологические характеристики при мышечной деятельности существуют различные мнения.
• Тренировки на выносливость увеличивают количество митохондрий и капилляров в мышцах, в результате чего все активные мышечные волокна в большей степени утилизируют кислород. Такое влияние проявляется в увеличении количества волокон типа Па (быстросокращающихся волокон с утилизацией кислорода) и уменьшении количества волокон типа ПЬ. Указанные изменения увеличивают выносливость мышц за счет использования жиров для энергообеспечения, гарантируя экономию запасов гликогена в мышцах и уменьшение образования лактата. При этом пороговый уровень лактата смещается вправо и улучшаются результаты в беге на длинные дистанции. Читать далее »
Как быстро исчезают результаты тренировки? По этому вопросу проводились различные исследования, при которых испытуемые уменьшали или полностью прекращали тренировки. Основным показателем при оценке изменений, связанных с прекращением тренировок, является максимальное потребление кислорода. Для отслеживания этих изменений были использованы реакции испытуемого на субмаксимальные физические нагрузки.
Читать далее »
Во многих фитнес-программах для развития выносливости используются динамические физические упражнения, в которых принимают участие многие группы мышц, обеспечивая нагрузку для кардиореспираторной системы. Рассмотренные ранее обобщенные результаты анализа физиологических характеристик при тестировании с постепенным увеличением физической нагрузки показывают, что существует пропорциональность между нагрузкой на сердечно-сосудистую систему и интенсивностью физических упражнений.
Однако такой вывод не обязательно относится к физическим упражнениям для развития силы мышц, которые отличаются непропорционально большой нагрузкой на сердечно-сосудистую систему по отношению к интенсивности физических упражнений. Читать далее »
Тело отдает тепло с помощью четырех процессов. При излучении тепло передается с поверхности одного объекта на поверхность другого без физического контакта между объектами. Отдача тепла зависит от градиента температуры, т. е. от разности температур поверхностей объектов. Если человек находится в состоянии покоя в удобной обстановке (при температуре от 21 до 22 С), то приблизительно 60 % тепла, образуемого в теле, передается с помощью излучения объектам с меньшей температурой. Читать далее »
На рис. 3.28 показано, что при выполнении физических упражнений в комфортных условиях внутренняя температура тела увеличивается до значения, пропорционального относительной интенсивности физических упражнений (в процентах от V02max), а затем сохраняется постоянной. Приращение тепла, которое происходит вначале при выполнении физических упражнений, вызывает участие процессов отвода тепла, описанных выше, и через 10—20 мин количество отводимого тепла становится равным количеству образующегося тепла, так что температура тела устанавливается на постоянном уровне. Каковы наиболее важные процессы отвода тепла при выполнении физических упражнений?
При выполнении физических упражнений в установленном режиме в среде с повышенной температурой возрастает роль испарения. На рис. 3.30 показано, что при повышении температуры градиент температур, влияющий на отдачу тепла с помощью процессов конвекции и теплопроводности, уменьшается, следовательно, уменьшается и скорость отдачи тепла с помощью этих процессов. В результате для поддержания внутренней температуры тела необходимо участие процесса испарения. Читать далее »
Если испытуемый участвует в тестировании с постепенным увеличением физических нагрузок в среде, которая позволяет отдавать тепло с помощью всех описанных выше процессов, часть тепла, отдаваемая с помощью теплопроводности и испарения, в общем количестве тепла незначительная (рис. 3. 29). Такая особенность вызвана тем, что градиент температуры между поверхностью тела и окружающей средой при выполнении физических упражнений не изменяется, а следовательно, скорость отвода тепла остается относительно постоянной. Читать далее »
Тренировки в среде с повышенными температурой и влажностью в течение не менее 1— 12 дней обеспечивают приспособляемость организма, в результате увеличивается стойкость к повышенной температуре и температура тела человека при выполнении физических упражнений с субмаксимальными нагрузками становится ниже. Читать далее »
Разделы
Страницы