Mišićna aktivnost i srčana aktivnost, njihov odnos. Zašto sportista veoma dobro napreduje u prvoj godini? Mišićna aktivnost

Bez mišića život bi bio nemoguć. Otkucaji srca, cirkulacija krvi, probava, pražnjenje crijeva, znojenje, žvakanje hrane, vid, kretanje - svi ovi procesi su kontrolirani razne vrste mišiće.

Postoje tri glavne vrste mišića u tijelu:

1. skeletni mišići, koji se dobrovoljno skupljaju1 i pričvršćeni su za različite kosti mišićno-koštanog sistema;
2. glatke mišiće ili nevoljne2 kontrakcije. To uključuje mišiće želuca, crijeva, krvni sudovi itd.;
3. srčani mišići.

Skeletni mišići imaju izuzetno složenu strukturu. Najmanji elementi mišićnog tkiva su tanki filamenti tzv filamenti; oni su kombinovani proteinski lanci aktina i miozina. Od ovih se formiraju niti sarcomeres(sarcos - "meso", mere - "dio"). Oni se, pak, vežu u miofibrile (myos - "mišići", fibrillae - "sitna vlakna"), od kojih se sastoje mišićna vlakna. A potonji se kombiniraju u snopove koji tvore mišiće kostura.

Dakle, redoslijed je sljedeći: proteinski lanci - filamenti - sarkomeri - miofibrili - mišićna vlakna - snopovi mišićnih vlakana - skeletni mišići.

Potreba za energijom

Jedna od glavnih karakteristika mišića je da imaju široku mrežu krvnih žila koji našim mišićima opskrbljuju hranjive tvari i kisik, kao i eliminiraju otpadne tvari.

Kontrakcija mišića je aktivan proces koji zahtijeva energiju.

Duljina mišića se smanjuje zbog preplitanja proteinski sarkomeri(aktin i miozin), koji se međusobno spajaju kao zupci dva češlja. Nastala napetost uzrokuje pomicanje kostiju na čiju površinu su pričvršćeni mišićni ligamenti.

Svaki mišić uvijek ima aktivna vlakna - u bilo koje vrijeme, čak i kada je neaktivan. Kontrakcije ovih mišićnih vlakana nisu dovoljne da pokreću kost, ali održavaju mišiće pod stalnom napetošću. Ovo je rezidualni stres u skeletnih mišića oh i zove se mišićni tonus. Zbog nedostatka mišićnog tonusa, mišići mogu izgledati mlohavo i opušteno, ali čak i mala napetost uzrokuje da postanu aktivniji. Zahvaljujući mišićnom tonusu bicepsi jakih ljudi izgledaju tako impresivno čak iu opuštenom stanju. Tonus mišića održava oblik mišića kada je većina mišićnih vlakana opuštena. Dok osoba miruje, mišićni tonus doprinosi stabilnom položaju kostiju i zglobova, dok su u njegovom odsustvu zglobovi lišeni takvog oslonca. Na primjer, ljudi koji su zbog moždanog udara izgubili osjećaj u jednoj od ruku doživljavaju činjenicu da rame pod težinom ruke stalno izlazi iz čahure. Deltoidni mišić (koji se nalazi oko ramenog zgloba) postaje toliko slab da više nije u stanju podržavati brojne kosti u zglobnoj kapsuli.

Tonus mišića također djeluje kao amortizer, apsorbirajući dio energije tokom oštrog udarca ili trzaja. Dobar tonus mišića neophodan je uslov za sport i fizičko vaspitanje, koji često uključuju nagle pokrete. Vježbanje, zauzvrat, pomaže u povećanju mišićnog tonusa.

Kontrakcija mišića

Postoje dvije vrste mišićnih kontrakcija - izotonične i izometrijske.

At izotonične kontrakcije vanjska i unutrašnja opterećenja mišića ostaju konstantna, ali njegova dužina i presjek. Kada podignete težinu s poda, hodate ili trčite, mišići vašeg tijela izvode izotonične kontrakcije.

At izometrijske kontrakcije geometrija mišića se ne mijenja, jer je već maksimalno kontrahiran. Takve kontrakcije se primjećuju, na primjer, kada osoba pokušava pomjeriti nepokretni predmet (recimo, zid), bezuspješno pokušava podići nešto jako teško s poda ili izvodi vježbe otpora.

Opskrba mišićima energijom

Za kontrakciju mišića potrebna je ogromna količina energije. Stoga ne čudi što se u mišićnom tkivu odvija poseban proces dobijanja energije, koji nije zastupljen nigdje drugdje u našem tijelu. Aktivne ćelije mišićnog tkiva sadrže mioglobin, koji svojom strukturom podsjeća na hemoglobin u krvi, a također je sposoban apsorbirati kisik i skladištiti ga za dalju upotrebu. Iz tog razloga su najaktivniji skeletni mišići jarko crveni.

Osim toga, ćelije mišićnog tkiva sadrže veliki broj mitohondrija (mikroskopske fabrike za proizvodnju energije), koje proizvode molekule energije - to su i ATP molekule (adenozin trifosforna kiselina) - u procesu aerobne, odnosno apsorpcije kisika, transformacije molekula glukoze . Međutim, i pored toga, ponekad nemamo dovoljno energije da zadovoljimo potrebe mišića. Tako je majka priroda nagradila mišiće sa dvije najkorisnije fiziološke karakteristike:

• sposobnost skladištenja glukoze u obliku glikogena, koji se može razgraditi u bilo kojem trenutku kako bi se zadovoljile povećane energetske potrebe;
• sposobnost izvođenja anaerobne (bez sudjelovanja kisika) transformacije glukoze u energetske molekule i mliječnu kiselinu.

Kao što vidite, priroda je obdarila skeletne mišiće neverovatna sposobnost: mogu sami proizvoditi energiju bez čekanja pomoći od jetre ili drugih unutrašnje organe. Dakle, skeletni mišići:

• sadrže poseban protein koji može uhvatiti molekule kisika (mioglobin);
• može izvršiti i aerobnu i anaerobnu razgradnju glukoze kako bi proizvela energiju;
• skladištiti rezerve glikogena (jedinjenje na bazi glukoze);
• imaju široku mrežu krvnih sudova koji opskrbljuju glukozom i kalcijem, koji su vitalni za proteine ​​mišićnog tkiva (mišići se ne mogu kontrahirati bez ove dvije supstance). Krvni sudovi također pomažu u uklanjanju otpadnih tvari kao što je ugljični dioksid (ugljični dioksid) iz tijela.

Kada se mišići kontrahiraju, potreba za kisikom u cijelom tijelu se povećava, a ono ga većinu uzima iz krvi. Da bi se zadovoljila povećana potreba za kiseonikom, ubrzava se disanje i broj otkucaja srca. Zbog toga vam tokom intenzivnog vježbanja broj otkucaja srca skače, a disanje se ubrzava. Čak i nakon raskida fizička aktivnost disanje i otkucaji srca ostaju povišeni neko vrijeme, nastavljajući da opskrbljuju tijelo dodatnim porcijama kisika koji daje život.

Dakle, fizička aktivnost je jedini prirodan način da:

• poboljšati cirkulaciju krvi;
• otežati srce da pumpa krv, čime se povećava tonus srčanog mišića;
• povećati rezerve energije u tijelu;
• sagorijevanje viška tjelesne masti i nakupljenog šećera u tijelu;
• daju dodatni tonus mišićima tijela, čime se poboljšava cjelokupno blagostanje.

Prekomjerna potrošnja energije

Jedina nepoželjna posljedica prekomjerne kontrakcije mišića tokom vježbanja je nakupljanje mliječne kiseline u mišićnom tkivu.

U normalnim uslovima, glukoza u ćelijskim mitohondrijama se pretvara u ugljen-dioksid i vodu pomoću molekula kiseonika (vidi stranu 31).

Kada mišići postanu previše aktivni, mitohondrije nemaju vremena da proizvedu dovoljno energije, što rezultira stvaranjem dodatnih molekula ATP-a tokom anaerobne (bez sudjelovanja kisika) konverzije glukoze u mliječnu kiselinu.

Ako povećana potreba energija se čuva dugo vrijeme, a mitohondrije ga ne mogu u potpunosti zadovoljiti zbog nedostatka kiseonika, tada se povećava nivo mliječne kiseline. To dovodi do promjene u kemijskoj strukturi mišićnih vlakana, koja se prestaju kontrahirati sve dok mitohondrije ne dobiju dovoljno kisika da brzo pretvore mliječnu kiselinu u ugljični dioksid i vodu.

Općenito, ovaj nusprodukt nepotpunog sagorijevanja glukoze - mliječna kiselina - šteti tijelu, posebno srčanom mišiću.

Višak mliječne kiseline ne samo da je praćen grčevima i bolovima u mišićima, već i smanjuje opšte performanse mišićnog tkiva, jer izaziva osjećaj umora.

Sportisti redovno provjeravaju nivoe mliječne kiseline tokom treninga kako bi vidjeli koliko efikasno rade njihovi mišići.

Umor

Umor mišića je stanje u kojem se mišići više ne mogu kontrahirati. Glavni razlog je nakupljanje mliječne kiseline, koja ometa normalnu funkciju mišića. Upravo je to način na koji je priroda stvorila da spriječi čovjeka da beskonačno napreže mišiće. Zbog toga maratonci, posebno nedovoljno trenirani, često odustanu na pola puta, a ne stignu svi do cilja. Umor mišića pruža mišićima priliku da obnove energetske rezerve i oslobode se otpadnih proizvoda.

Svaka fizička aktivnost dovodi do različitog stepena umora. Najmanji mišići, poput onih u očima ili rukama, zamaraju se mnogo brže od većih.

Onima koji su dugo morali da pišu rukama dobro je poznat osećaj kada se kist toliko umori da više ne mogu da napišu ni reč. Deca tokom testa ili ispita često pokušavaju da pišu veoma brzo, zbog čega im se ruke umaraju, počnu da bole i nemaju izbora nego da prekinu ovu aktivnost.

Potreba za odmorom

Stoga je potrebno mijenjati periode vježbanja i odmora. Da bismo to postigli, priroda nas je obdarila mehanizmom spavanja koji omogućava mišićima da svakodnevno obnavljaju rezerve energije, popravljaju sva oštećenja povezana s fizičkim habanjem i oslobađaju se otpadnih proizvoda, uključujući mliječnu kiselinu. Kada se osoba ne naspava dovoljno i naporno radi, koristeći vrijeme predviđeno za odmor, mišići gube sposobnost normalnog funkcioniranja i prije ili kasnije dolazi do iscrpljenosti.

Bez obzira koliko to želimo, ne možemo natjerati svoje mišiće da rade sa konstantnom efikasnošću tokom dužeg perioda. Zato se sportistima preporučuje pravilan odmor ili zdrav san nakon takmičenja.

Mišićna aktivnost

Mišićnu aktivnost karakteriziraju takvi parametri kao što su sila- maksimalna napetost koju pojedini mišić ili grupa mišića može stvoriti, i izdržljivost- vremenski period tokom kojeg je osoba sposobna da nastavi aktivnost vezanu za fizičku aktivnost.

Mišićnu aktivnost određuju dva glavna faktora: vrsta uključenih mišićnih vlakana, kao i nivo fizički trening osoba.

Vrste mišićnih vlakana

Miolozi razlikuju tri glavna tipa vlakana skeletnih mišića u ljudskom tijelu: brza, spora i srednja.

Brza mišićna vlakna

Većina skeletnih mišića se sastoji od njih. Ova mišićna vlakna svoje ime duguju činjenici da su sposobna da se odmah kontrahuju nakon vanjske stimulacije (nakon otprilike jedne stotinke sekunde).

Ova vlakna su velikog promjera, sastavljena od gusto zbijenih miofibrila, imaju značajne rezerve glikogena (oblik u kojem se glukoza pohranjuje u tijelu) i sadrže relativno malo mioglobina i mitohondrija. Dobro se nose sa brzim i naglim pokretima.

Ova mišićna vlakna nemaju vremena čekati da spora krv stigne do njih, tako da imaju vrlo malo kapilara. Takvi se mišići skupljaju brzo i ogromnom snagom, pa stoga nemaju ni vremena ni sposobnosti da koriste kisik za proizvodnju energije (dakle, imaju slabu cirkulaciju, malo mitohondrija i mioglobina). Koriste brzu i pogodnu anaerobnu metodu prerade glukoze, tokom koje se kao nusproizvod stvara ozloglašena mliječna kiselina. Zbog toga se brza mišićna vlakna vrlo brzo umaraju. Oni se nose sa zadatkom - a onda gube snagu.

Sprinteri se toliko guraju u trci na 100 metara da se umalo ne sruše na cilju - nekoliko minuta nakon toga jedva stoje. Ako ih zamolite da uskoro urade još jednu vožnju, iznenadit ćete se koliko će rezultat biti lošiji. Loše obučeni trkači često imaju kolike, bolne grčeve u boku.

Kada je u pitanju izdržljivost, brzi mišići su inferiorni u odnosu na druge vrste mišićnih vlakana. Zbog malog broja krvnih sudova i niskog sadržaja mioglobina, vrlo su blijede boje.

Spora mišićna vlakna

Njihov promjer je upola manji od brzih vlakana i potrebno im je skoro tri puta duže da se skupe, ali u isto vrijeme mogu raditi mnogo duže. Mišići napravljeni od ovih vlakana sadrže priličnu količinu mioglobina, imaju široku mrežu kapilara i mnogo mitohondrija, ali su njihove rezerve glikogena minimalne (zbog čega nisu tako obimne).

Spora mišićna vlakna koriste i druge izvore energije: ugljikohidrate, aminokiseline i masna kiselina.

Takvi mišići nisu jako jaki, ali su vrlo otporni: da bi zadovoljili svoje umjerene energetske potrebe, koriste aerobni proces pretvaranja glukoze, zbog čega se ne umaraju tako brzo. Zahvaljujući obilnoj opskrbi krvlju, dobivaju dovoljno kisika, a otpadne tvari se neprestano uklanjaju u krv, tako da spora mišićna vlakna mogu dugo normalno raditi.

Mišićna vlakna koja se sporo trzaju odgovorna su za održavanje držanja; mogu ostati stegnuta dugo vremena bez umora. Zbog visokog sadržaja mioglobina i široke mreže kapilara, mišići koji se sastoje od sporih vlakana imaju tamnocrvenu boju.

Srednja mišićna vlakna

Po svojim svojstvima nalaze se u sredini između brzih i sporih mišićnih vlakana. Otporniji su od brzih vlakana, ali istovremeno i jači od sporih..

Tokom treninga, trkači velike udaljenosti Pokušavaju razviti mišićna vlakna ovog tipa, jer imaju nevjerovatnu kombinaciju snage i izdržljivosti.

Vježbe za mišiće

Uz pomoć pravilno osmišljenog programa treninga lako možete promijeniti vrstu mišićnih vlakana. Dizači tegova i bodibilderi postižu formiranje srednjih mišićnih vlakana brzim kontrakcijama bicepsa i drugih mišića.

Udio različitih tipova mišićnih vlakana u mišiću može varirati ovisno o odabranom programu treninga.

Odnos brzih i sporih mišićnih vlakana određen je genetskim parametrima, ali se relativni broj srednjih vlakana (u odnosu na brza) može povećati.

Redovno vježbanje potiče stvaranje dodatnih mitohondrija, nakupljanje glikogenskih rezervi i povećanje koncentracije proteina i enzima u mišićnom tkivu. Zahvaljujući svim ovim faktorima, mišići povećavaju volumen.

Broj mišićnih vlakana, određen genetski, ne menja se tokom vremena, ali se njihov sastav (sadržaj proteina, glikogena, enzima, mitohondrija) može promeniti.

Većina ljudskih mišića sadrži sve vrste mišićnih vlakana, zbog čega takvi mišići izgledaju ružičasti. Međutim, mišići leđa (kao i mišići potkoljenice) se uglavnom sastoje od sporo trzajućih vlakana, pa su crvene boje i sposobni su da održavaju držanje. Mišići očiju i ruku, koji su odgovorni za brze pokrete, bijeli su jer imaju manje krvnih žila i mioglobina.

Neki ljudi ostaju mršavi bez obzira koliko jedu ili vježbaju u teretani. Oni mogu dobiti samo minimum mišićna masa. Ovo je njihova genetska konstitucija. Sumo rvači o trošku visokokaloričnu dijetu i stalni trening stvaraju ogromne rezerve mišićnog i masnog tkiva.

Ranije Sovjetski sportisti Piju kefir u velikim količinama, jer s njim u tijelo ulaze lanci aminokiselina neophodnih za stvaranje proteina u mišićima. Takođe su uzimali ginseng (posebno u Sibiru) kako bi povećali snagu i izdržljivost mišića. Stoga su sovjetski sportisti bili nepobjedivi u dizanju tegova i drugim disciplinama na Olimpijskim igrama.

Za dobijanje mišićne mase, neki sportisti koriste steroide ili testosteron. Ali čak i u takvim slučajevima, mišići se povećavaju u volumenu samo redovnim napornim treningom: jednostavan način"napumpati se" ne postoji.

Ne postoje uvjerljivi dokazi da je uzimanje steroida i testosterona korisno za “vještačko” dobijanje mišićne mase, dok je šteta koju nanose tijelu već odavno svima poznata.

Mišići mogu ne samo rasti, već i atrofirati, posebno ako se slabo koriste Svakodnevni život. Gube masu. To je lako uočiti po slomljenoj nozi, koja dugo vremena bila u gipsu, zbog čega je nije bilo moguće pomjeriti. Neke bolesti, poput dječje paralize, pogađaju živce, što dovodi do paralize i atrofije određenih mišića.

Zaključak

Dakle, naučnici su utvrdili sledeće činjenice koji se odnose na mišiće.

1. U ljudskom tijelu postoje tri vrste mišića: skeletni, glatki i srčani.
2. Skeletni mišići se, po pravilu, dobrovoljno skupljaju - možemo ih kontrolirati po želji.
3. Glatki mišići se nehotice skupljaju i nisu podložni kontroli naše svijesti (zidovi krvnih žila, mjehur, crijeva, itd.).
4. Vlakna koja čine skeletne mišiće dijele se na tri tipa:
   • brza mišićna vlakna. Sadrže malo krvnih sudova i mioglobina, odlikuju se blijedom bojom i odgovorni su za izvođenje brzih i naglih pokreta. Brzo se umorite;
   • spora mišićna vlakna. Sadrže mnoge krvne žile, mitohondrije i mioglobin, crvene su boje i odgovorne su za spore i trajne aktivnosti kao što je održavanje držanja. Ne umaraju se tako brzo;
   • srednja mišićna vlakna. Po svojim karakteristikama su između brzih i sporih. Umaraju se sporije od brzih mišićnih vlakana (u tom smislu, bliže su mišićima odgovornim za održavanje držanja).
5. Postoje dvije vrste mišićnih kontrakcija:
   • izometrijska - dužina mišića ostaje nepromijenjena;
   • izotonični - opterećenje na mišiću se ne mijenja, ali se mijenja njegova dužina i poprečni presjek (to se događa pri izvođenju različitih pokreta).
6. Prilikom kontrakcije, mišići troše ogromnu količinu energije i stoga su prisiljeni da je sami proizvode. Da bi to učinili, koriste jedan od dva mehanizma:
   • aerobni proces u sporim mišićnim vlaknima. Imaju pristup puno kisika u krvi, a mioglobin im pomaže da ga koriste;
   • anaerobni proces u brzim mišićnim vlaknima. Energija se proizvodi u procesu nepotpunog sagorijevanja glukoze bez sudjelovanja kisika. Osim toga, stvara se mliječna kiselina koja uzrokuje umor mišića.
7. Mišići se kontrahuju zbog pobuđivanja vlakana motornim neuronima. Kontrakcija se zasniva na složenoj biomehaničkoj reakciji koja se javlja uz učešće kalcijuma i usled koje se proteinski lanci uklapaju jedan u drugi. Dakle, funkciju mišića treba razmotriti ne samo s mehaničke, već i s neurološkog stajališta. Mišići, naprežući se, čine vidljiv napor, dok istovremeno propuštaju električne impulse kroz sebe.

Poglavlje 16. Mišićna aktivnost.
iz knjige Linusa Paulinga "Kako živjeti duže i osjećati se bolje"

Funkcije mišića u ljudskom tijelu su proizvodnja rada i energije korištenjem tvari dobivenih iz hrane, prvenstveno ugljikohidrata i masti.
Dobro zdravlje zahtijeva dobru mišićnu aktivnost. Nije iznenađujuće da je askorbinska kiselina neophodan učesnik u ovom procesu. Mišići se sastoje od približno 30% proteina aktomicina, koji se zauzvrat sastoji od dvije vrste vlaknastih proteina - aktina i miozina. Mišići su u stanju da obavljaju svoj posao samo pod određenim uslovima – potrebna je energija. Energija se proizvodi oksidacijom hranljive materije– prvenstveno masti.
Svaka ćelija mišićnog tkiva sadrži energetske strukture - mitohondrije, unutar kojih se odvija proces oksidacije uz formiranje visokoenergetskih molekula ATP i ADP. Ovi molekuli se koriste u raznim biohemijskim reakcijama kao izvori energije.
KARNITIN je neophodna komponenta za mišićnu aktivnost i proizvodnju energije. To je jedna od mnogih ortomolekularnih supstanci ljudskog tijela - normalno prisutne i neophodne za život. Ovu supstancu su 1905. godine otkrili ruski naučnici Gulevič i Krinberg, koji su proučavali funkciju mišića. Našli su ovu supstancu u količini od 1% u crvenom mesu i manja količina u bijelom mesu i nazvan je “carnis”, lat. - "meso".
Utvrđeno je da je karnitin neophodan kako bi molekuli masti mogli prodrijeti u mitohondrije, gdje se odvija proces oksidacije za proizvodnju energije. Molekul karnitina stupa u interakciju s molekulom masti i molekulom koenzima A - samo ovaj kompleks može prodrijeti u mitohondrijalnu membranu. Karnitin se oslobađa unutar mitohondrija i bezbedno se vraća nazad u međućelijski prostor. Dakle, karnitin služi kao "šatl" za prenošenje molekula masti u mitohondrije.
Nivo masti koji se može sagorjeti određen je nivoom karnitina u mišićima, tj. – karnitin je veoma važna supstanca!
Karnitin dobijamo hranom, posebno crvenim mesom. Ovo objašnjava zašto crveno meso povećava snagu mišića. Također smo u mogućnosti sintetizirati vlastiti karnitin iz esencijalne aminokiseline lizin, koji je prisutan u mnogim proteinima dobijenim iz hrane, uglavnom mesa.
Sinteza vlastitog karnitina je moguća samo uz učešće askorbinska kiselina. Optimalan unos vitamina C može povećati sintezu karnitina iz lizina. Količina karnitina u tijelu ovisi o količini vitamina C. To objašnjava činjenicu da je kod onih mornara koji su razvili skorbut prvi signal bolesti bila slabost mišića.
Dr. Evan Cameron, koji je liječio oboljele od raka, citira svog pacijenta koji je rekao: „Doktore, sada se osjećam jako“, nekoliko dana nakon što je počeo uzimati 10 g askorbinske kiseline dnevno.
Ljudsko tijelo se sastoji od mišića. Srce je mišić. Imuni sistem je u stanju da obavlja svoje funkcije “patrole” i uništava “strance” zahvaljujući aktin-miozinskim vlaknima, koja omogućavaju leukocitima da se aktivno kreću.
Stoga je uloga vitamina C u održavanju i poboljšanju zdravlja nesumnjiva.

Energija mišićne aktivnosti.

Jedno mišićno vlakno može sadržavati 15 milijardi debelih filamenata. Dok se mišićna vlakna aktivno kontrahiraju, oko 2500 molekula ATP-a (nukleotid koji igra važnu ulogu u razmjeni energije i tvari u tijelu) u sekundi. Čak i mali skeletni mišići sadrže hiljade mišićnih vlakana.

Glavna funkcija ATP-a je prijenos energije s jednog mjesta na drugo, a ne dugotrajno skladištenje energije. U mirovanju, vlakna skeletnih mišića proizvode više ATP-a nego što im je potrebno. U ovim uslovima, ATP prenosi energiju na kreatin. Kreatin je mala molekula koju mišićne ćelije sastavljaju od fragmenata aminokiselina. Prijenos energije stvara još jedno visokoenergetsko jedinjenje, kreatin fosfat (CP).

ATP + kreatin ADP + kreatin fosfat

Tokom mišićna kontrakcija ATP veze su prekinute, što rezultira stvaranjem adenozin difosfata (ADP). Energija pohranjena u kreatin fosfatu se zatim koristi za "napunu" ADP, pretvarajući ga nazad u ATP kroz obrnutu reakciju.

ADP + kreatin fosfat + kreatin

Enzim kreatin fosfokinaza (CPK) olakšava ovu reakciju. Kada su mišićne ćelije oštećene, CPK curi kroz ćelijske membrane u krvotok. Dakle, visoka koncentracija u krvi CPK obično ukazuje na ozbiljno oštećenje mišića.

Vlakna skeletnih mišića u mirovanju sadrže otprilike šest puta više kreatin fosfata od ATP-a. Ali kada su mišićna vlakna pod stalnom napetošću, ove energetske rezerve će biti iscrpljene za samo 15 sekundi. Mišićna vlakna se tada moraju oslanjati na druge mehanizme za pretvaranje ADP u ATP.

Većina ćelija u tijelu stvara ATP kroz aerobni metabolizam u mitohondrijima i kroz glikolizu u citoplazmi. Aerobni metabolizam (praćen potrošnjom kiseonika) obično obezbeđuje 95% ATP-a u ćeliji koja miruje. U ovom procesu, mitohondrije apsorbuju kiseonik, ADP, fosfatne jone i organske supstrate iz okolne citoplazme. Supstrati zatim uvode ciklus trikarboksilne kiseline (također poznat kao ciklus limunske kiseline ili Krebsov ciklus), enzimski put koji razgrađuje organske molekule. Atomi ugljika se oslobađaju kao ugljični dioksid, a atomi vodika se respiratornim enzimima prenose u unutrašnju mitohondrijalnu membranu, gdje se uklanjaju njihovi elektroni. Nakon niza međukoraka, protoni i elektroni se spajaju s kisikom i formiraju vodu. U tome efikasan proces pušten veliki broj energije i koristi se za stvaranje ATP-a.

Vlakna skeletnih mišića u mirovanju se gotovo isključivo oslanjaju na metabolizam aerobnih masnih kiselina za stvaranje ATP-a. Kada se mišić počne kontrahirati, mitohondrije počinju da razgrađuju molekule pirogrožđane kiseline umjesto masnih kiselina. Pirogrožđanu kiselinu osigurava enzimski put glikolize. Glikoliza je razgradnja glukoze do pirogrožđane kiseline u citoplazmi ćelije. Ovaj proces se naziva anaerobnim jer ne zahtijeva kisik. Glikoliza osigurava povećanje ATP-a i stvara 2 molekula pirogrožđane kiseline iz svakog molekula glukoze. ATP nastaje tokom glikolize. Budući da se glikoliza može dogoditi u nedostatku kisika, može biti posebno važna kada prisustvo kisika ograničava brzinu proizvodnje mitohondrijalnog ATP-a. U većini skeletnih mišića, glikoliza je glavni izvor ATP-a tokom perioda najveće aktivnosti. Razgradnja glukoze u ovim uslovima odvija se uglavnom iz rezervi glikogena u sarkoplazmi. Glikogen je polisaharid lanaca molekula glukoze. Tipična vlakna skeletnih mišića sadrže velike zalihe glikogena, koje mogu činiti 1,5% ukupna tezina mišiće.

Potrošnja energije i nivo mišićne aktivnosti.

U skeletnim mišićima, kada su u mirovanju, potražnja za ATP-om je niska. S više nego dovoljno kisika dostupnim mitohondrijima da zadovolje ovu potražnju, oni na kraju proizvode višak ATP-a. Dodatni ATP se koristi za izgradnju zaliha glikogena. Mišićna vlakna u mirovanju apsorbiraju masne kiseline i glukozu koje se isporučuju krvotokom. Masne kiseline se razgrađuju u mitohondrijima i stvara se ATP da bi se kreatin pretvorio u kreatin fosfat, a glukozu u glikogen.

S umjerenim nivoom fizičke aktivnosti povećava se potreba za ATP-om. Ovu potražnju ispunjavaju mitohondrije kada se poveća stopa proizvodnje mitohondrijalnog ATP-a, što povećava stopu potrošnje kisika. Dostupnost kiseonika nije ograničavajući faktor jer kiseonik može da difunduje (kombinuje, meša) unutar mišićnog vlakna dovoljno brzo da zadovolji potrebe mitohondrija. Skeletni mišići u ovom trenutku prvenstveno zavise od metabolizma aerobne pirogrožđane kiseline za stvaranje ATP-a. Pirogrožđana kiselina nastaje tokom glikolize, koja razgrađuje molekule glukoze izvedene iz glikogena u mišićnim vlaknima. Ako su zalihe glikogena niske, mišićna vlakna mogu razgraditi i druge supstrate kao što su lipidi ili aminokiseline. Dok se potražnja za ATP-om može zadovoljiti mitohondrijskom aktivnošću, obezbjeđivanje ATP-a glikolizom ostaje manji doprinos ukupnoj proizvodnji energije mišićnih vlakana.

Na vršnim nivoima aktivnosti, potrebno je mnogo ATP-a, što uzrokuje povećanje proizvodnje ATP-a u mitohondrijima do maksimuma. Ova maksimalna brzina je određena dostupnošću kisika, a kisik ne može dovoljno brzo difundirati kroz mišićna vlakna da omogući mitohondrijima da proizvedu potrebni ATP. Na vršnom nivou opterećenja, mitohondrijska aktivnost može osigurati samo jednu trećinu potrebnog ATP-a. Ostatak se odnosi na glikolizu.

Kada glikoliza proizvodi pirogrožđanu kiselinu brže nego što je mogu iskoristiti mitohondriji, nivo pirogrožđane kiseline u sarkoplazmi se povećava. Pod ovim uslovima, pirogrožđana kiselina se pretvara u mlečnu kiselinu.

Anaerobni proces glikolize omogućava ćeliji da generiše dodatni ATP kada mitohondrije nisu u stanju da zadovolje trenutne energetske potrebe. Međutim, anaerobna proizvodnja energije ima svoje nedostatke:

Mliječna kiselina je organska kiselina koja se nalazi u tjelesnim tekućinama
disocira na vodikove ione i negativno nabijeni laktatni ion. Dakle, proizvodnja mliječne kiseline može dovesti do smanjenja intracelularnog pH. Puferi u sarkoplazmi mogu izdržati pH pomake, ali ove zaštite su ograničene. Na kraju će se promjene pH vrijednosti promijeniti funkcionalne karakteristike ključni enzimi.
Glikoliza je relativno neefikasan način stvaranja ATP-a. U anaerobnim uslovima, svaki molekul glukoze stvara 2 molekula pirogrožđane kiseline, koji se pretvaraju u mliječnu kiselinu. Zauzvrat, stanica prima 2 ATP molekula kroz glikolizu. Ako bi se ti molekuli pirogrožđane kiseline katabolizirali aerobno u mitohondrijima, stanica bi primila 34 dodatna ATP molekula.

Zamor mišića. Skeletna mišićna vlakna se zamaraju kada se više ne mogu kontrahirati uprkos nastavku nervnog impulsa. Uzrok zamora mišića varira u zavisnosti od nivoa mišićne aktivnosti. Nakon kratkih vršnih nivoa aktivnosti, kao što je vožnja na 100 metara, može doći do umora
rezultat je iscrpljivanja rezervi ATP-a ili pada pH vrijednosti, što je praćeno nakupljanjem mliječne kiseline. Nakon dužeg napora, kao što je maraton, umor može uključiti fizičko oštećenje sarkoplazmatskog retikuluma, što ometa regulaciju intracelularnih koncentracija Ca2+ jona. Mišićni umor se akumulira i efekti postaju sve izraženiji kako stanje počinje da regrutuje više mišićnih vlakana. Rezultat je postepeno smanjenje sposobnosti svih skeletnih mišića.

Ako se mišićna vlakna skupljaju na umjerenim razinama i potrebe za ATP-om se mogu zadovoljiti aerobnim metabolizmom, umor se neće pojaviti sve dok se zalihe glikogena, lipida i aminokiselina ne potroše. Ova vrsta umora se javlja u mišićima dugotrajnih sportista, kao što su maratonci, nakon nekoliko sati trčanja na duge staze.

Kada mišić proizvede iznenadni, intenzivan nalet aktivnosti na vršnim razinama, većina ATP-a se osigurava glikolizom. Nakon nekoliko sekundi do minute, porast razine mliječne kiseline snižava pH tkiva i mišići više ne mogu normalno funkcionirati. Sportisti koji doživljavaju brza, snažna opterećenja, kao što su sprinteri na 100 metara, doživljavaju ovu vrstu zamora mišića.

Za normalnu funkciju mišića potrebno je: 1) značajne intracelularne rezerve energije, 2) normalna cirkulacija krvi i 3) normalna koncentracija kiseonika u krvi. Sve što ometa jedan ili više ovih faktora će doprinijeti prijevremenom umoru mišića. Na primjer, smanjen protok krvi zbog uske odjeće, slaba cirkulacija ili gubitak krvi usporavaju isporuku kisika i hranjivih tvari dok ubrzavaju nakupljanje mliječne kiseline, a također doprinose umoru mišića.

Period oporavka. Kada se mišićna vlakna stežu, uslovi u sarkoplazmi se mijenjaju. Zalihe energije se troše, toplina se oslobađa i, ako je kontrakcija bila vrhunska, nastaje mlijeko. Tokom perioda oporavka stanje u mišićnim vlaknima se vraća u normalu. Može proći nekoliko sati da se mišićna vlakna oporave od perioda umjerene aktivnosti. Nakon duže aktivnosti više od visoki nivoi aktivnosti, potpuni oporavak može trajati nedelju dana. Tokom perioda oporavka, kada je kiseonik u izobilju, mliječna kiselina se može preraditi nazad u pirogrožđanu kiselinu.

Pirogrožđanu kiselinu mogu koristiti ili mitohondrije za stvaranje ATP-a, ili kao supstrat za enzime koji sintetiziraju glukozu i obnavljaju zalihe glikogena.

Tokom perioda vježbanja, mliječna kiselina difundira iz mišićnih vlakana u krvotok. Ovaj proces se nastavlja i nakon što se soj završi jer su intracelularne koncentracije mliječne kiseline još uvijek relativno visoke. Jetra apsorbira mliječnu kiselinu i pretvara je u pirogrožđanu kiselinu. Otprilike 30% ovih molekula pirogrožđane kiseline se razgrađuje, dajući ATP potreban za pretvaranje drugih molekula pirogrožđane kiseline u glukozu. Molekule glukoze se zatim puštaju u cirkulaciju, gdje ih preuzimaju vlakna skeletnih mišića i koriste za obnavljanje svojih zaliha glikogena. Ovo miješanje mliječne kiseline do jetre i glukoze do mišićnih stanica naziva se Cori ciklus.

Tokom perioda oporavka, kiseonik je lako dostupan i potreba organizma za kiseonikom ostaje povećana, veća normalan nivo mir. Period oporavka je podstaknut ATP-om. Što je više ATP-a potrebno, to će biti potrebno više kisika. Dug kiseonika ili višak potrošnje kiseonika posle vežbanja nastao tokom fizičke vežbe, je ista količina kiseonika koja je neophodna za normalan oporavak. Vlakna skeletnih mišića koja moraju vratiti ATP, kreatin fosfat i glikogen u koncentraciju prijašnjeg nivoa i ćelije jetre, kojestvaraju ATP potreban za pretvaranje viška mliječne kiseline u glukozu i odgovorni su za većinu dodatne potrošnje kisika. Dok dug kiseonika se puni, povećava se učestalost i dubina disanja. Kao rezultat toga, nastavit ćete teško disati dugo nakon što prestanete s intenzivnom vježbom.

Toplotni gubici mišićne aktivnosti stvaraju značajne količine topline. Kada dođe do kataboličke reakcije, kao što je razgradnja glikogena ili glikolitičke reakcije, mišićna vlakna hvataju samo dio oslobođene energije. Ostatak se oslobađa kao toplota. Mišićna vlakna u mirovanju, oslanjajući se na aerobni metabolizam, hvataju oko 42% energije koja se oslobađa u katabolizmu. Ostalih 58% zagrijava sarkoplazmu tkivne tekućine i cirkulirajuće krvi. Aktivni skeletni mišići oslobađaju oko 85% topline potrebne za održavanje normalne tjelesne temperature.

Kada mišići postanu aktivni, njihova potrošnja energije se dramatično povećava. Kako anaerobna proizvodnja energije postaje primarna metoda ATP-a, mišićna vlakna su manje efikasna u apsorpciji energije. Na vrhunskom nivou vježbanja, samo oko 30% oslobođene energije pohranjuje se kao ATP, a preostalih 70% zagrijava mišiće i okolna tkiva.

Hormoni i mišićni metabolizam. Metabolička aktivnost u vlaknima skeletnih mišića regulirana je hormonima endokrini sistem. Hormon rasta iz hipofize i testosteron (glavni polni hormon kod muškaraca) stimulišu sintezu kontraktilnih proteina i ekspanziju skeletnih mišića. Hormoni štitne žlijezde povećati stopu potrošnje energije tokom odmora. Prilikom intenzivne fizičke aktivnosti hormoni nadbubrežne žlijezde, posebno adrenalin, stimulišu mišićni metabolizam i povećavaju trajanje stimulacije i snagu kontrakcije.

Mirovanje u krevetu ima značajan negativan uticaj na zdravi ljudi(kao kod kosmonauta u bestežinskom stanju), što može premašiti terapeutski efekat mirovanja u krevetu kod pacijenata.

Na primjer, kao rezultat 3 tjedna mirovanja u krevetu kod mladih zdravih ljudi, udarni volumen i broj otkucaja srca, čak i bez vježbanja u ležećem položaju, su se nepovoljno promijenili. Broj otkucaja srca je povećan, a kontraktilnost miokarda smanjena.

Ovo treba smatrati neekonomičnim tipom odgovora na fizičku neaktivnost. U stojećem položaju ove promjene su se pogoršavale. Korištenje submaksimalnih vježbi dovelo je do još većih promjena u parametrima cirkulacije krvi, a vježba izvođena u stojećem položaju bila je praćena neadekvatnim smanjenjem srednjeg arterijskog tlaka (BP), koji se povećavao s maksimalnim vježbanjem.

Zapažene promjene ukazuju na smanjenje rezervnog kapaciteta cirkulacije krvi pod utjecajem fizičke neaktivnosti, što može biti povezano kako sa smanjenjem mase miokarda, tako i sa slabljenjem funkcionalnih sposobnosti regulacionog aparata.

Nedavni pregledi podataka iz randomiziranih kontroliranih studija o efektima odmora u krevetu nisu pokazali poboljšanje kod pacijenata koji su se pridržavali propisanog dugotrajnog mirovanja u krevetu. U mnogim slučajevima, naprotiv, ako nije osigurano rani početak motoričke aktivnosti, funkcionalno stanje tijelo je propadalo.

Negativni efekti dužeg mirovanja u krevetu i lokalne imobilizacije postaju najizraženiji nakon 50 godina. Negativnim efektima imobilizacije posebno su podložni ne samo stariji ljudi, već i pacijenti s kroničnim bolestima i osobe s invaliditetom.

Na primjer, kod zdravih ljudi, kao rezultat dugotrajnog mirovanja u krevetu, dolazi do skraćivanja mišića leđa i nogu, posebno mišića uključenih u pokrete koljena i skočnih zglobova.

Kod pacijenata sa poremećenom motoričkom kontrolom, praćenom slabosti udova i spastičnosti mišića, mogu se očekivati ​​iste komplikacije, ali se one mnogo brže razvijaju.

Zdrava osoba može odgovoriti na produženu neaktivnost u ležećem položaju atrofijom mišića, slabošću ili ukočenošću i nelagodom. Kod bolesnika s neurološkim oštećenjem, samostalno funkcioniranje će biti značajno smanjeno kao rezultat dužeg mirovanja u krevetu, pa bi prevencija ovakvih komplikacija trebala biti jedan od glavnih principa oporavka.

V. N. Seluyanov, V. A. Rybakov, M. P. Shestakov

Poglavlje 1. Modeli tjelesnih sistema

1.1.4. Fiziologija mišićne aktivnosti

Biohemija i fiziologija mišićne aktivnosti tokom fizičkog rada može se opisati na sljedeći način. Pomoću simulacije pokazat ćemo kako se fiziološki procesi odvijaju u mišićima prilikom izvođenja step testa.

Pretpostavimo da mišić (na primjer, kvadriceps femoris mišić) ima MMV od 50%, amplituda koraka iznosi 5% maksimalne alaktičke snage, čija se vrijednost uzima kao 100%, a trajanje je 1 min. U prvom koraku, zbog niskog vanjskog otpora, regrutiraju se MU s niskim pragom (MU), prema Hannemanovom "pravilu veličine". Imaju visoke oksidativne sposobnosti, supstrat su im masne kiseline. Međutim, prvih 10-20 s, opskrba energijom dolazi iz rezervi ATP i CrP u aktivnim MF. Već unutar jednog koraka (1 min.) dolazi do regrutacije novih mišićnih vlakana, zahvaljujući čemu je moguće održati zadatu snagu na koraku. To je uzrokovano smanjenjem koncentracije fosfogena u aktivnim MV, odnosno sile (snage) kontrakcije ovih MV, povećanjem aktivacionog utjecaja centralnog nervnog sistema, a to dovodi do uključivanja novih motornih jedinice (MU). Postupno postupno povećanje vanjskog opterećenja (snage) praćeno je proporcionalnom promjenom nekih pokazatelja: otkucaja srca, potrošnje kisika, plućne ventilacije se povećava, koncentracija mliječne kiseline i iona vodika se ne mijenja.

Kada eksterna snaga dostigne određenu vrijednost, dolazi trenutak kada su svi MMF uključeni u rad i srednja mišićna vlakna (IMF) počinju da se regrutuju. Srednjim mišićnim vlaknima mogu se nazvati ona u kojima masa mitohondrija nije dovoljna da osigura ravnotežu između stvaranja piruvata i njegove oksidacije u mitohondrijima. U PMV-u, nakon smanjenja koncentracije fosfogena, aktivira se glikoliza, dio piruvata počinje se pretvarati u mliječnu kiselinu (točnije, u laktat i vodikove ione), koja ulazi u krv i prodire u PMV. Ulazak laktata u IMF (OMV) dovodi do inhibicije oksidacije masti, a glikogen u većoj mjeri postaje supstrat oksidacije. Shodno tome, znak regrutacije svih MMV (OMV) je povećanje koncentracije laktata u krvi i povećana plućna ventilacija. Plućna ventilacija se povećava zbog stvaranja i akumulacije vodikovih jona u PMV-u, koji, kada se puste u krv, stupaju u interakciju s krvnim puferskim sustavima i uzrokuju stvaranje viška (nemetaboličkog) ugljičnog dioksida. Povećanje koncentracije ugljičnog dioksida u krvi dovodi do pojačanog disanja (Human Physiology, 1998).

Stoga, prilikom izvođenja step testa, javlja se fenomen koji se obično naziva aerobni prag (AeT). Pojava AeP-a ukazuje na regrutaciju svih OMV-a. Po veličini vanjskog otpora može se suditi o snazi ​​OMV-a, koju oni mogu pokazati tokom resinteze ATP-a i CrP-a zbog oksidativne fosforilacije (Seluyanov V.N. et al., 1991).

Dalje povećanje snage zahtijeva angažovanje MU sa višim pragom (HMU), u kojima ima vrlo malo mitohondrija. Time se pojačavaju procesi anaerobne glikolize, te više laktata i H iona ulazi u krv. Kada laktat uđe u OMV, on se ponovo pretvara u piruvat pomoću enzima LDH H (Karlsson, 1971,1982). Međutim, moć mitohondrijalnog OMV sistema ima ograničenje. Stoga prvo dolazi do ograničavajuće dinamičke ravnoteže između stvaranja laktata i njegove potrošnje u OMV i PMV, a zatim se ravnoteža narušava, a nekompenzirani metaboliti - laktat, H, CO 2 - uzrokuju naglo intenziviranje fizioloških funkcija. Disanje je jedan od najosetljivijih procesa i reaguje veoma aktivno. Kada krv prolazi kroz pluća, u zavisnosti od faza respiratornog ciklusa, trebalo bi da ima različitu delimičnu napetost CO 2. „Deo“ arterijske krvi sa povećan sadržaj CO 2 dopire do hemoreceptora i direktno modularnih hemosenzitivnih struktura centralnog nervnog sistema, što izaziva intenziviranje disanja. Kao rezultat toga, CO 2 se počinje ispirati iz krvi tako da se, kao rezultat, smanjuje prosječna koncentracija ugljičnog dioksida u krvi. Kada se postigne snaga koja odgovara AnP, brzina oslobađanja laktata iz radnih glikolitičkih MV se upoređuje sa brzinom njegove oksidacije u MV. U ovom trenutku samo ugljikohidrati postaju supstrat oksidacije u OM (laktat inhibira oksidaciju masti), neki od njih su glikogen iz OM, drugi dio je laktat koji nastaje u glikolitičkom MV. Upotreba ugljikohidrata kao oksidacijskih supstrata osigurava maksimalna brzina formiranje energije (ATP) u mitohondrijima OMV-a. Prema tome, potrošnja kiseonika i/ili snaga na anaerobnom pragu (AnP) karakteriše maksimalni oksidativni potencijal (snagu) OMV-a(Seluyanov V.N. et al., 1991).

Dalje povećanje eksterne snage zahtijeva uključivanje motornih jedinica sve više visokog praga koje inerviraju glikolitičke MV. Dinamička ravnoteža je poremećena, proizvodnja H i laktata počinje da prelazi brzinu njihove eliminacije. Ovo je praćeno daljnjim povećanjem plućne ventilacije, otkucaja srca i potrošnje kisika. Nakon ANP-a, potrošnja kisika je uglavnom povezana s radom respiratornih mišića i miokarda. Po dolasku granične vrijednosti plućne ventilacije i otkucaja srca ili kod lokalnog zamora mišića, potrošnja kisika se stabilizira, a zatim počinje opadati. U ovom trenutku, MIC je snimljen.