Контрольная работа по дисциплине Геофизика

Какие азотистые и безазотистые вещества имеются в мышцах, какова их роль

Азотистые экстрактивные вещества мышц

Скелетные мышцы богаты азотистыми небелковыми веществами, легко-растворимыми в воде. Содержание небелкового азота, т. е. азота, входящего в состав всех азотистых небелковых веществ мышц, составляет 300—350 мг%.

Основным по количественному содержанию и важным в физиологическом отношении азотистым веществом скелетных мышц является креатин. Содержание креатина в мышцах различных видов животных различно, но более или менее постоянно для данного вида; оно колеблется в пределах от 350 до 600 мг%.

В синтезе креатина участвуют три аминокислоты: глицин, аргинин и метионин. Из глицина и аргинина в почках синтезируется гуанидинуксусная кислота; в печени на гуанидинуксусную кислоту переносятся метальные группы от метионина с образованием креатина. (Подробнее об образовании креатина см. стр. 401). Следовательно, креатин, имеющийся в составе мышц, образуется не в мышцах, а к ним доставляется извне кровью. Скелетные мышцы, в противоположность другим органам, способны удерживать значительные количества креатина. Азот креатина составляет до 60% небелкового азота мышц. Значительная часть (больше половины) креатина в мышцах находится в связанном с фосфорной кислотой состоянии — в виде креатинфосфорной кислоты.

В мышцах беспозвоночных животных, за редкими исключениями, креатин отсутствует и заменен аргинином. Значительная часть аргинина в мышцах беспозвоночных находится в виде аргининфосфорной кислоты.

К азотистым экстрактивным веществам скелетных мышц относятся карнозин, продукт его метилирования — ансерин и карнитин. Эти вещества, открытые В. С. Гулевичем и его сотрудниками, в сравнительно больших количествах содержатся только в скелетных мышцах. Однако роль их в мышцах остается еще невыясненной.

К азотистым экстрактивным веществам мышц относятся глютамин «»глютаминовая кислота. Содержание глютамина в мышцах достигает 80— 100 мг%, примерно столько же в них глютаминовой кислоты. Другие аминокислоты в свободном виде в мышцах обнаруживаются в минимальных количествах (до 10 мг% по азоту). В мышцах имеется мочевина — 15— 20 л*г% (по азоту); таково же содержание мочевины и в крови. Мочевина относится к числу веществ, равномерно распространенных в жидкостях и тканях организма. Можно поэтому полагать, что мочевина — не специфичное для мышц вещество, а конечный продукт азотистого обмена, который, как известно, образуется в печени.

В незначительных количествах в мышцах содержится мочевая кислота, аденин, гуанин и продукты их дезаминирования — гипоксантин и ксантин.

Безазотистые экстрактивные вещества мышц

К безазотистым экстрактивным веществам относится запасный углевод — гликоген. Содержание его в скелетных мышцах колеблется в значи¬тельных пределах (от 0,2 до 2% и выше) и зависит от степени упитанности организма и количества углеводов в пище. Гликоген легко используется в мышцах при их деятельности. Уже при самой кратковременной работе мышц (0,5—1 мин) содержание гликогена в них резко снижается.

В мышцах содержатся растворимые в воде промежуточные продукты распада гликогена — глюкозо- и фруктозо-6-фосфорные кислоты, пировино- градная и молочная кислоты.

Какова последовательность подключения различных механизмов энергообеспечения при выполнении мышечной работы?

Любая мышечная работа требует энергии. Механическую энергию, затрачиваемую при напряжении мышца, берёт из собственных резервов химической энергии. Энергия, которая освобождается в результате сложных биохимических реакций, доставляется к тонким белковым нитям (мышечным волокнам), заставляет их менять своё положение, соединяться друг с другом и укорачиваться. Тем самым мышца, укорачиваясь, производит движение в суставе.

Энергия, необходимая для мышечной работы, образующаяся в результате биохимических реакций, основана на использовании трёх видов энергообразования: 1) аэробного, 2) анаэробно-гликолитического, 3) анаэробно-алактатного. Биоэнергетическими веществами (топливом) при выполнении мышечной работы являются углеводы, жиры и креатинфосфат. Белки необходимы организму, прежде всего как строительный материал для новых клеток.

Питательные вещества, проходя через желудочно-кишечный тракт, всасываются кровью и направляются дальше в «складские помещения». Жиры, которые могут быть рассмотрены как «низкоактановое топливо», откладываются преимущественно в подкожных тканях, Углеводы (гликоген) – высокоактановое топливо, накапливаются в мышцах и печени.

Если мощность выполняемой работы небольшая (умеренная), то энергия для работающих мышц образуется путём сгорания (окисления) углеводов и жиров при помощи вдыхаемого кислорода. В результате сгорания выделяется энергия, необходимая для работающих мышц и образуются побочные продукты – углекислый газ и вода.

Если мощность работы будет гораздо выше (большая или субмаксимальная), то энергии, выделяемой при сгорании углеводов (гликогена) будет не хватать и поэтому энергия, необходимая для такой работы образуется путём расщепления гликогена (без участия кислорода). Можно сказать, что в мышце имеется два механизма биохимических реакций – сгорания и расщепления.

Механизм сгорания (окисления)

Механизм сгорания углеводов и жиров можно назвать как аэробный процесс энергообразования (аэробный – с участием кислорода). Развёртывание аэробных процессов происходит постепенно, максимума этот процесс достигает через 1 -2 минуты после начала работы. Происходит полное сгорание углеводов и жиров, при котором образуется энергия, углекислый газ со2 и вода н2о, которые оттранспортировываются кровью.

Углеводы и жиры + кислород → сгорание = энергия + углекислый газ + вода.

Для того чтобы происходило сгорание (окисление), помимо «топлива» (углеводов и жиров) мышцы и ткани должны всё время снабжаться кислородом и освобождаться от продуктов «распада» (воды и углекислого газа). Транспортировка этих веществ осуществляется кровью. Чем больше кислорода получают мышцы, тем больше энергии может образовываться и тем более интенсивную работу можно выполнить. Поэтому аэробные возможности лимитируются дыхательной и сердечно-сосудистой системами. Утомление наступает, когда кончается «топливо». При соблюдении этих условий мышечная среда остаётся постоянной и можно работать 2-3 часа и более. Механизм сгорания (окисления) – доминирующий источник энергии при длительной малоинтенсивной и умеренной интенсивности работе (а также в покое).

Таблица №1. Зависимость между продолжительностью соревновательной дистанции и функциональной активностью различных систем организма, характеризующих аэробные возможности.

Механизм расщепления (анаэробный – без участия кислорода).

Механизм расщепления биоэнергетических веществ в человеческом организме происходит двумя путями: 1) расщепление гликогена, находящегося в мышцах – анаэробно-гликолитический механизм; 2) расщепление креатинфосфата (КрФ), так же находящегося в мышце – анаэробно-алактатный механизм.

Анаэробно – гликолитический механизм. Освобождение энергии происходит за счёт мгновенного расщепления содержащегося в мышце гликогена (более сложной формы углеводов).

Гликоген → расщепление = Энергия + молочная кислота (лактат).

Этот механизм даёт гораздо больше энергии в единицу времени, чем аэробный механизм и используется при выполнении работы субмаксимальной мощности, с продолжительностью отдельного упражнения от 30 секунд до 2-3 минут. Преимущество этого механизма, который можно сравнить с разрядкой электрической батареи, состоит в том, что он заключается в самой мышце и используется мгновенно. Недостаток же заключается в том, что в работающих мышцах накапливается большое количество молочной кислоты и им становится трудно справляться с воздействием кислой среды.

Таблица №2. Зависимость между продолжительностью соревновательной дистанции и функциональной активностью различных систем организма, характеризующих анаэробно-гликолитические возможности.

Анаэробно-алактатный механизм.

Для выполнения упражнений с максимальной скоростью (мощностью) необходим механизм, выделяющий наибольшее количество энергии в единицу времени, но действующий кратковременно (не более 15-20 секунд). Таким механизмом и является анаэробно-алактатный (креатинфосфатный).

Креатинфосфат (КрФ) → расщепление = Энергия + Креатин (Кр.).

Таблица №3. Зависимость между продолжительностью соревновательной дистанции и функциональной активностью различных систем организма, характеризующих анаэробно-алактатные возможности.

Как изменяется скорость ресинтеза АТФ в аэробных и анаэробных процессах в зависимости от внутриклеточного напряжения кислорода?

Скорость доставки кислорода к тканям является одним из важнейших факторов, определяющих возможности обеспечения. энергией работающих мышц. В митохондриях скелетных мышц, где образуется до 90% всей необходимой энергии, скорость ресинтеза АТФ находится в зависимости от достигнутой концентрации или напряжения кислорода в клетке. Общая скорость ресинтеза АТФ, обеспечиваемая различными источниками энергии, представлена как функция напряжения кислорода в клетке.

При низком уровне метаболических превращений в клетке, как это имеет место в покоящейся мышце, изменения в скорости доставки О^ в ткани не оказывают влияния на скорость ресинтеза АТФ (зона насыщения). Однако при снижении рО^2 в клетке ниже некоторого критического уровня поддержание скорости; ресинтеза АТФ на необходимом уровне возможно только за счет адаптативных сдвигов клеточного метаболизма, связанных с природой используемых субстратов, размерами их внутриклеточных запасов, с состоянием фосфорилирования и величиной внутриклеточного рН, что с неизбежностью потребует увеличения скорости доставки О^2 в ткани.

Максимальная скорость потребления О^2 митохондриями скелетных мышц может быть поддержана только до определенного критического значения рС в клетке, которое составляет от 0,5 до 3,5 мм рт. ст. Если уровень метаболической активности при мышечной работе превысит значение максимально возможного усиления аэробного ресинтеза АТФ, то возрастающая энергетическая потребность в этих условиях может быть компенсирована за счет анаэробного ресинтеза АТФ. Однако этот диапазон анаэробной метаболической компенсации весьма узок, и выше значения максимального увеличения скорости ресинтеза АТФ, обеспечиваемого сочетанной метаболической активностью аэробного и анаэробных процессов в работающей мышце, дальнейшее исполнение ее сократительной функции становится невозможным. Диапазоны метаболической активности, в пределах которых текущая поставка С недостаточна для под-держания необходимого уровня ресинтеза АТФ, обычно обозначаются как гипоксические состояния (т.е. состояния кислородной недостаточности) раз-ной тяжести.

Для того, чтобы поддерживать напряжение О₂ в митохондриях на уровне, превышающем критическое значение, при котором еще сохраняются условия для адаптативной регуляции клеточного обмена, напряжение О^2 на наружной клеточной мембране должно составлять не менее 15-20 мм рт. ст. Для поддержания этого критического напряжения О^2, при котором возможно нормальное функционирование мышц, напряжение О^2 в артериолах, доставляющих кровь непосредственно к работающим мышцам, должно составлять приблизительно 40 мм рт. ст., а в магистральных артериях — до 80-90 мм рт. ст. В легочных альвеолах, где осуществляется газообмен между кровью и атмосферным воздухом, напряжение О^ составляет около 100 мм рт. ст., во вдыхаемом воздухе оно равняется 150 мм рт. ст.

Сохранение критических напряжений кислорода на каждом из обозначенных на схеме этапов транспорта кислорода к тканям обеспечивается совокупной деятельностью всех вегетативных систем организма.

Назовите основные биохимические факторы утомления при выполнении кратковременных интенсивных упражнений?

Установлено, что чем меньше продолжительность упражнения и чем выше его интенсивность, тем больше значение приобретают особенности выполняемой работы. Особая роль принадлежит биоэнергетическим процессам, протекающим в рабочих мышцах, направленных на поддержание высокой скорости ресинтеза АТФ. Снижение эффективности выполнения упражнения наблюдается, когда:

• концентрация креатинфосфата снижается более чем наполовину по сравнению с уровнем покоя;
• из-за резко усиливающегося гликолиза уровень рН смещается в кислую сторону.

Следует отметить, что при выполнении кратковременных упражнений изменения в концентрации АТФ относительно невелики. Кислая среда угнетает активность АТФ-азы миозина — ключевого фермента, от которого зависит эффективность преобразования энергии АТФ в механическую работу мышц.

Помимо этого на развитие утомления при выполнении кратковременных упражнений максимальной и субмаксимальной мощности заметное влияние оказывает снижение внутримышечных запасов гликогена, особенно в быстросокращающихся волокнах.

Если кратковременные упражнения достаточно интенсивны, то нарушается передача нервного возбуждения с нерва на мышцу, а также ухудшается питание и кровоснабжение мозга, изменяется концентрация неорганического фосфата и происходит накопление белков в тканях.

Как влияют возрастные изменения на работоспособность спортсмена?

Изменения физических качеств с возрастом достаточно индивидуальны. Можно встретить людей среднего и пожилого возраста, у которых состояние нервно-мышечной системы носитявные призна­ки увядания, тогда как у других людей того же возраста функциональные показатели высокие. Например, у некоторых лиц сила мышц снижается после 20-25 лет, когда поступательное биоло­гическое развитие организма заканчивается; у других — после 40-45 лет. В первую очередь с возрастом ухудшаются быстрота, гибкость и ловкость; лучше сохраняются — сила и выносливость, особенно аэробная. Существенные коррективы в возрастную динамику двигательных качеств вносят занятия физической культурой и спортом, которые отодвигают наступление инволюционных процес­сов.

Быстрота с возрастом ухудшается по всем составляющим ее па­раметрам (латентному периоду сенсомоторных реакций, скорости одиночного движения и темпа движений). От 20 до 60 лет время ла­тентного периода возрастает в 1.5-2 раза. Наибольшее падение ско­рости движения отмечается в возрасте от 50 до 60 лет, а в период 60-70 лет наступает некоторая стабилизация. Темп движения наиболее за­метно снижается в возрасте от 30 до 60 лет, в период 60-70 лет он мало изменяется, а в более старшем возрасте — существенно замедляется. Создается впечатление, что в возрасте 60-70 лет возникает какой-то новый уровень жизнедеятельности, который обеспечивает опреде­ленную, хотя и несколько сниженную скорость движений. Улиц, регулярно выполняющих физические нагрузки, снижение всех показателей быстроты идет более медленными темпами. Например, у тренированных лиц в возрасте 50-60 лет снижение быстроты состав­ляет 20-40%, а у нетренированных — 25-60% от исходных величин, полученных в 18-20-летнем возрасте.

Сила различных групп мышц достигает максимальных значений к 18-20 годам, остается на высоком уровне до 40-45 лет, а к 60 годам снижается примерно на 25%. Инволюция силы как физи­ческого качества может быть оценена по ее показателям в отдельных движениях и по перестройке топографии различных групп мышц. К 60 годам в большой степени снижается сила мышц туловища, что обусловлено, прежде всего, нарушением трофики нервно-мышечно­го аппарата и развитием в нем деструктивных изменений.

У лиц, не занимающихся выполнением физических упражнений, наибольшее снижение силы отмечается в возрасте от 40 до 50 лет, у регулярно тренирующихся — от 50 до 60 лет. Преимущество тренированных людей становится наиболее ощутимым в возрасте 50-60 лет и старше. Например, улиц, занимающихся спортом или физи­ческим трудом, сила кистей рук при динамометрии даже в возрасте 75 лет составляет 40-45 кг, что соответствует в среднем уровню 40-лет­него человека. Снижение мышечной силы связано с ослаблением функций симпато-адреналовой системы и половых желез (уменьша­ется образование андрогенов). Эти возрастные изменения приводят к ухудшению нейро-гуморальной регуляции мышц и снижению в них уровня метаболизма.

Скоростно-силовые качества также с возрастом снижаются, но вклад того или иного качества (силы, быстроты) в общую двигательную реакцию зависит от характера упражнений. Напри­мер, при прыжках в длину с возрастом больше снижается сила, при метаниях — скорость. При выполнении большинства физических упражнений скоростно— силовые качества взаимосвязаны и влия­ют друг надруга. Тренировка скоростно-силовой направленности в большей мере развивает эти качества человека и мало влияет на раз­витие выносливости. И наоборот, тренировка выносливости вызы­вает ее повышение, мало затрагивая системы и механизмы, ответ­ственные за проявления мышечной силы. Именно поэтому люди зрелого и пожилого возраста при занятиях физическими упражне­ниями должны использовать их различные комплексы, позволяю­щие противодействовать инволюционным изменениям большин­ства органови систем.

Выносливость по сравнению с другими физическими качествами с возрастом сохраняется более длительное время. Считается, что ее снижение начинается после 55 лет, а при работе умеренной мощ­ности (с аэробным энергообеспечением) нередко она остается дос­таточно высокой в 70-75 лет. Это подтверждают широко извест­ные факты участия людей такого возраста в длительных забегах, заплывах, туристических походах. При выполнении упражнений скоростного, силового и скоростно-силового характера (с анаэ­робным энергообеспечением) выносливость снижается уже после 40-45 лет. Это обусловлено тем, что развитие выносливости зави­сит, прежде всего, от функциональной полноценности органов кровообращения, дыхания и системы крови, т. е. от кислород транспортной системы, которая при выполнении вышеназванных уп­ражнений тренируется недостаточно. Регулярные занятия физи­ческими нагрузками на выносливость (бег, лыжи, плавание) за­метно отдаляют ее снижение, упражнения силового характера (гири, гантели, эспандер) мало влияют на возрастную динамику выносливости.

Гибкость характеризуется способностью выполнять движения с максимальной амплитудой. Без специальной тренировки это качест­во начинает снижаться уже с 15-20 лет, что нарушает подвижность и координацию в различных формах сложных движений. У лиц пожилого возраста, как правило, гибкость тела (особенно позвоноч­ника) существенно снижена. Тренировка позволяет сохранять это качество долгие годы. При попытке восстановить гибкость лучший результат наблюдается у тех, кто имеет хорошую физическую подготовленность.

Основным проявлением ловкости является точность двигательной ориентации в пространстве. Это качество также снижается довольно рано (с 18-20 лет); специальные тренировки замедляют снижение ловкости и она остается на высоком уровне в течение многих лет.

Как взаимодействуют срочные и отставленные адаптационные изменения в организме в процессе тренировки?

Теория физического воспитания рассматривает спортивную тренировку как сложный педагогический процесс, связанный с применением системы мероприятий, обеспечивающих эффективное решение задач физического развития, обучения и воспитания моральных, волевых, интеллектуальных и двигательных качеств спортсмена. С точки зрения биохимии тренировочный эффект рассматривается как адаптация организма к интенсивной мышечной деятельности.

Поскольку все адаптационные процессы носят фазный характер, в теории и практике спорта принято выделять три разновидности тренировочного эффекта:

1. Срочный тренировочный эффект определяется величиной и характером биохимических изменений в организме, происходящих непосредственно во время действия физической нагрузки и в период срочного восстановления (30-90 мин после окончания работы), когда идет ликвидация кислородного долга.
2. Отставленный тренировочный эффект наблюдается на поздних фазах восстановления после физической нагрузки. Сущность его составляют процессы, направленные на восполнение энергетических ресурсов и ускоренное воспроизводство разрушенных при работе и вновь синтезируемых клеточных структур.
3. Кумулятивный тренировочный эффект возникает как результат последовательного суммирования следов многих нагрузок или большого числа срочных и отставленных эффектов. В кумулятивном тренировочном эффекте воплощаются биохимические изменения, связанные с усилением синтеза нуклеиновых кислот и белков и наблюдаемые на протяжении длительного периода тренировки. Кумулятивный тренировочный эффект выражается в приросте показателей работоспособности и улучшении спортивных достижений.

Развитие адаптационных процессов к физическим нагрузкам у разных людей может происходить по-разному, поэтому тренировочный процесс должен строится с учетом индивидуальных качеств спортсмена.

Список литературы

1. «Биохимия». Учебник. Для ВУЗов под ред. Северина Е.С.. М. «ГЭОТАР-МЕД», 2004, с. 264 – 425
2. «Биохимия мышечной деятельности». Учебник для ВУЗов. Волков Н.И., Несен Э.Н., Осипенко А.А.,
3. Корсун С.Н. – «Олимпийская литература», 2000г.. «Taschenatlas der Biochemie». Jan Koolman, Klaus-Heinrich Röhm., 1994, 1997, Georg Thieme Verlag Stuttgart • New York
4. «Механизмы реакции ферментативного гидролиза нуклеозидтрифосфатов по данным расчетов методом квантовой и молекулярной механики». Немухин А.В., Григоренко Б.Л., Шадрина М.С.. РХЖ, 2007 г., №5.
5. «Физиология спорта и двигательной активности».Уилмор Дж.Х., Костилл Д.Л., изд. «Олимпийская литература», 1997 г..
6. «Физическая культура студента». Учебник / М. Я. Виленский, А. И. Зайцев, В. И. Ильинич и др. ; Под ред. В. И. Ильинича. — М. : Гардарики, 2000г., 385с..
7. «Спортивная физиология». Коц Я.М.- Учебник для институтов физической культуры. Москва, 1986г.,изд. « Физкультура и спорт».
8. «Теория и практика интервальной тренировки в спорте». Волков Н.И., Карасев А.В., Хосни М. — М.: Военная академия им. Ф.Э. Дзержинского, 1995 — 196 с.
9. «Развитие локальной мышечной выносливости в циклических видах спорта». Мякинченко Е.Б., Селуянов В.Н. 2009, М., ТВТ Дивизион.