Как работают наши мышцы?
01.10.2010 in Статьи, Тренинг by Админ Админович
Вы когда – нибудь задумывались о том каким образом работают ваши собственные мышцы? Этот вопрос волнует умы ученых давно.
Наши мышцы под микроскопом выглядят поперечно-полосатыми, т. е. представляют собой сочетание темных и светлых полос. Мышцы состоят из взаимодействующих друг с другом толстых и тонких белковых нитей. Мышечные клетки окружены специальной оболочкой — мембраной и состоят из большого количества миофибрилл. Миофибриллы погружены во внутриклеточную жидкость, которая и обеспечивает их энергетическими субстратами. Во внутриклеточной жидкости содержатся аденозин-трифосфат (впоследствии мы будем пользоваться сокращением АТФ), гликоген, фосфоркреатин и гликолитические ферменты. Не будем вдаваться в более детальное описание строения мышцы. Отметим только, что в активно функционирующей мышце обнаруживается много митохондрий. Это своеобразные энергетические «станции» клеток растений и животных, которые содержат различные ферменты — ускорители биохимических процессов накопления энергии путем синтеза или, проще говоря, образования АТФ.
При мышечном сокращении происходит скольжение толстых и тонких нитей относительно друг друга. Толстые нити миофибрилл, по существу, состоят из молекул миозина. Актин — основной компонент тонких нитей. Именно связывание миозином актина играет ключевую роль в обеспечении смещения толстых и тонких нитей друг относительно друга. Физиологическим регулятором сокращения мышц служат ионы кальция. Нервный импульс запускает высвобождение их в пространство, где и происходит взаимодействие между актином и миозином. В состоянии покоя работает система активного транспорта ионов кальция и накапливает его в своеобразном хранилище, из которого он освобождается при прохождении нервного импульса, обеспечивая мышечное сокращение.
Система транспорта ионов кальция работает за счет энергии АТФ. Того количества АТФ, которое имеется в мышце, хватает на поддержание работы сократительного аппарата всего в течение доли секунды. Как же работает мышца более продолжительное время? Оказывается, в мышце энергия запасается в форме фосфоркреатина или креатинфосфата. Креатин-фосфат имеет более высокий потенциал переноса высоко-энергетических фосфатных групп, чем универсальный АТФ. Фосфогены в виде фосфоркреатина восстанавливают АТФ, обеспечивая тем самым приток энергии для мышечного сокращения. Однако в работающей мышце запасы фосфо-креатина быстро истощаются, а это снижает и содержание АТФ.
Следующим каскадом обеспечения мышцы энергией при более продолжительной физической нагрузке является гликолиз. С истощением запасов креатина в мышце понижается энергетический заряд мышечного сокращения. Это и приводит к стимуляции гликолиза, цикла трикарбоновых кислот и окислительного фосфорилирования в работающей мышце. Гликолиз представляет собой процесс расщепления углеводов под действием ферментов с накоплением энергии в виде АТФ. Что происходит в последующем с молекулой АТФ, Вы уже знаете. У этой реакции есть один очень известный побочный продукт. В отсутствие кислорода при расщеплении углеводов образуется лактат, или молочная кислота. Биохимики подсчи-тали, что конечными продуктами расщепления молекулы углеводов в условиях недостатка кислорода или анаэробных условиях являются две молекулы лактата и две молекулы АТФ. Однако, если для гликолиза используется гликоген мышц, то возникают две молекулы лактата и три молекулы АТФ. Не правда ли, это несколько более эффективный путь использования энергии?
Гликоген представляет собой главный резервный запасенный полисахарид в мышцах и печени. В отношении этого важного источника энергии для мышечного сокращения работает двунаправленный механизм. Суть реакций этого механизма состоит в том, что при пониженном уровне гликогена в мышцах и печени и наличии свободной глюкозы в крови она используется для синтеза гликогена. И, наоборот, при потребностях организма в энергетическом источнике для процессов гликолиза гликоген используется для этих целей и весьма успешно.
Еще немного сложностей биохимии. Цикл трикарбоновых кислот, о котором мы упомянули выше, называют еще циклом Кребса. Цикл трикарбоновых кислот служит универсальным завершающим этапом расщепления углеродсодержащих соединений в организме и играет цент-ральную роль в обмене веществ и энергии в организме.
Цикл Кребса тесно связан с процессами дыхания и окислительного фосфорилирования. Последнее протекает в митохондриях клеток. Энергия, которая освобождается при окислительном фосфорилировании, также частично используется для синтеза АТФ
Итак, мы проследили упрощенную нами, а на самом деле очень сложную и многокомпонентную цепь реакций и описали основные формы получения энергии, которая, повторимся, используется в виде АТФ для механизмов мышечного сокращения. Как Вы обратили внимание, путей по-лучения энергии много. Относительный вклад каждого из процессов в ресинтезе АТФ зависит от времени мышечной работы и от типа мышц. Так, например, процессы окислительного фосфорилирования намного выше в красных мышечных волокнах, цвет которых обусловлен более высоким содержанием миоглобина и цитохромов дыхательной цепи, чем в белых мышцах.
Мышечная система наиболее развита по сравнению с другими системами организма. Для обеспечения работы мышц необходимо огромное количество энергии. V человека для этих целей, как следует из предыдущего изложения, используется три основных источника «топлива». Это — креатин-фосфат (или фосфо-креатин), углеводы в виде гликогена и глюкозы и жиры. Эти три вида энергоносителей различаются между собой по величине освобождаемой при их использовании энергии и по тому, как долго может каждый из них служить «топливным» источником. Так устроен механизм обеспечения мышц энергией.
Хорошо известно, что при продолжительной неинтенсивной работе при протекании окислительных процессов используются жиры или углеводы, а при работе несколько большей интенсивности используются механизмы анаэробного гликолиза, так как окислительный метаболизм в этих условиях не обеспечивает потребностей в энергии. При очень интенсивной кратковременной нагрузке работа мышц обеспечивается за счет фосфагенов. Соответственно каждый из источников энергии имеет свою энергетическую стоимость и используется при определенных условиях. Использование трех видов «топлива» и обусловливает то, что чем продолжительнее нагрузка, тем меньше ее мощность.
Мы уже вскользь упомянули, что мышечные волокна бывают по крайней мере двух типов — красные и белые. Выделяют и промежуточные во-локна. Окраска волокон зависит, главным образом, от миоглобина. У человека мышца представляет как бы композицию красных, белых и промежуточных волокон. Красные волокна принято считать «медленными», а белые — «быстрыми». Среди ученых бытуют разные мнения в отношении наследственной предопределенности строения мышечных волокон. Одни исследователи считают, что при рождении мышцы состоят из «медленных» волокон и в процессе развития часть медленных волокон превращается в белые — «быстрые». Другие специалисты убеждены, что строение наших мышц во многом предопределено генетически. Это связано с запрограммированным расположением мышц и особенностями их структуры и функции. Считается, что у определенных атлетов существуют природные данные, которые позволяют им иметь некоторое преимущество перед другими спортсменами.
Красные волокна работают в основном в аэробном режиме, а белые — в условиях кислородного долга. Существует своеобразное разделение функций между белыми и красными мышечными волокнами. Красные волокна, как правило, используются для выполнения легкой или умеренной работы, а белые начинают функционировать лишь тогда, когда к ним значительно возрастает приток возбуждающих импульсов во время очень интенсивной работы. Волокна промежуточного типа сохраняют свойства и красных, и белых волокон и потому получили дополнительное название «быстрые красные». Такое разделение или специализация волокон основывается на адаптации ферментов и метаболических систем мышц.
Процентное содержание тех или иных волокон предопределяет специализацию атлета. Как правило, обладатели преимущественно красной мускулатуры достигают лучших результатов в видах на выносливость (плавание, велосипедный спорт, бег на средние и длинные дистанции и т. д). Те, у кого больше белых мышечных волокон, имеют склонность к силовым упражнениям. Последнее объясняется и тем, что белые волокна легче гипертрофируются, т. е. увеличиваются в объеме, и тренируются «на силу».
Однако в любом случае не все предопределено природой. Существуют еще и тренировочные факторы. Некоторые специалисты даже отдают предпочтение последним в формировании структуры мышц.
Этот вопрос волнует умы ученых давно. Причиной является то, что мышцы играют важную роль практически во всех проявлениях жизни на нашей планете. Направленное движение, связанное с работой мышц, имеет место в процессах расхождение хромосом при делении клетки, при активном транспорте молекул, при передвижении простейших и наиболее выражено при мышечных сокращениях у высших позвоночных и человека.
Наши мышцы под микроскопом выглядят поперечнополосатыми, т. е. представляют собой сочетание темных и светлых полос. Мышцы состоят из взаимодействующих друг с другом толстых и тонких белковых нитей. Мышечные клетки окружены специальной оболочкой — мембраной и состоят из большого количества миофибрилл.
Миофибриллы погружены во внутриклеточную жидкость, которая и обеспечивает их энергетическими субстратами. Во внутриклеточной жидкости содержатся аденозин-трифосфат (впоследствии мы будем пользоваться сокращением АТФ), гликоген, фосфоркреатин и гликолитические ферменты. Не будем вдаваться в более детальное описание строения мышцы. Отметим только, что в активно функционирующей мышце обнаруживается много митохондрий. Это своеобразные энергетические «станции» клеток растений и животных, которые содержат различные ферменты — ускорители биохимических процессов накопления энергии путем синтеза или, проще говоря, образования АТФ.
При мышечном сокращении происходит скольжение толстых и тонких нитей относительно друг друга. Толстые нити миофибрилл, по существу, состоят из молекул миозина. Актин — основной компонент тонких нитей. Именно связывание миозином актина играет ключевую роль в обеспечении смещения толстых и тонких нитей друг относительно друга.
Физиологическим регулятором сокращения мышц служат ионы кальция. Нервный импульс запускает высвобождение их в пространство, где и происходит взаимодействие между актином и миозином. В состоянии покоя работает система активного транспорта ионов кальция и накапливает его в своеобразном хранилище, из которого он освобождается при прохождении нервного импульса, обеспечивая мышечное сокращение.
Система транспорта ионов кальция работает за счет энергии АТФ. Того количества АТФ, которое имеется в мышце, хватает на поддержание работы сократительного аппарата всего в течение доли секунды. Как же работает мышца более продолжительное время? Оказывается, в мышце энергия запасается в форме фосфоркреатина или креатинфосфата. Креатин-фосфат имеет более высокий потенциал переноса высоко-энергетических фосфатных групп, чем универсальный АТФ. Фосфогены в виде фосфоркреатина восстанавливают АТФ, обеспечивая тем самым приток энергии для мышечного сокращения. Однако в работающей мышце запасы фосфоркреатина быстро истощаются, а это снижает и содержание АТФ.
Следующим каскадом обеспечения мышцы энергией при более продолжительной физической нагрузке является гликолиз. С истощением запасов креатина в мышце понижается энергетический заряд мышечного сокращения. Это и приводит к стимуляции гликолиза, цикла трикарбоновых кислот и окислительного фосфорилирования в работающей мышце. Гликолиз представляет собой процесс расщепления углеводов под действием ферментов с накоплением энергии в виде АТФ. Что происходит в последующем с молекулой АТФ, Вы уже знаете. У этой реакции есть один очень известный побочный продукт. В отсутствие кислорода при расщеплении углеводов образуется лактат, или молочная кислота. Биохимики подсчитали, что конечными продуктами расщепления молекулы углеводов в условиях недостатка кислорода или анаэробных условиях являются две молекулы лактата и две молекулы АТФ. Однако, если для гликолиза используется гликоген мышц, то возникают две молекулы лактата и три молекулы АТФ. Не правда ли, это несколько более эффективный путь использования энергии?
Гликоген представляет собой главный резервный запасенный полисахарид в мышцах и печени. В отношении этого важного источника энергии для мышечного сокращения работает двунаправленный механизм. Суть реакций этого механизма состоит в том, что при пониженном уровне гликогена в мышцах и печени и наличии свободной глюкозы в крови она используется для синтеза гликогена. И, наоборот, при потребностях организма в энергетическом источнике для процессов гликолиза гликоген используется для этих целей и весьма успешно.
Еще немного сложностей биохимии. Цикл трикарбоновых кислот, о котором мы упомянули выше, называют еще циклом Кребса. Цикл трикарбоновых кислот служит универсальным завершающим этапом расщепления углеродсодержащих соединений в организме и играет цент-ральную роль в обмене веществ и энергии в организме.
Цикл Кребса тесно связан с процессами дыхания и окислительного фосфорилирования. Последнее протекает в митохондриях клеток. Энергия, которая освобождается при окислительном фосфорилировании, также частично используется для синтеза АТФ
Итак, мы проследили упрощенную нами, а на самом деле очень сложную и многокомпонентную цепь реакций и описали основные формы получения энергии, которая, повторимся, используется в виде АТФ для механизмов мышечного сокращения. Как Вы обратили внимание, путей получения энергии много. Относительный вклад каждого из процессов в ресинтезе АТФ зависит от времени мышечной работы и от типа мышц. Так, например, процессы окислительного фосфорилирования намного выше в красных мышечных волокнах, цвет которых обусловлен более высоким содержанием миоглобина и цитохромов дыхательной цепи, чем в белых мышцах.
Мышечная система наиболее развита по сравнению с другими системами организма. Для обеспечения работы мышц необходимо огромное количество энергии. У человека для этих целей, как следует из предыдущего изложения, используется три основных источника «топлива». Это — креатинфосфат (или фосфокреатин), углеводы в виде гликогена и глюкозы и жиры. Эти три вида энергоносителей различаются между собой по величине освобождаемой при их использовании энергии и по тому, как долго может каждый из них служить «топливным» источником.
Так устроен механизм обеспечения мышц энергией.
Хорошо известно, что при продолжительной неинтенсивной работе при протекании окислительных процессов используются жиры или углеводы, а при работе несколько большей интенсивности используются механизмы анаэробного гликолиза, так как окислительный метаболизм в этих условиях не обеспечивает потребностей в энергии. При очень интенсивной кратковременной нагрузке работа мышц обеспечивается за счет фосфагенов. Соответственно каждый из источников энергии имеет свою энергетическую стоимость и используется при определенных условиях. Использование трех видов «топлива» и обусловливает то, что чем продолжительнее нагрузка, тем меньше ее мощность.
Мы уже вскользь упомянули, что мышечные волокна бывают по крайней мере двух типов — красные и белые. Выделяют и промежуточные волокна. Окраска волокон зависит, главным образом, от миоглобина. У человека мышца представляет как бы композицию красных, белых и промежуточных волокон. Красные волокна принято считать «медленными», а белые — «быстрыми». Среди ученых бытуют разные мнения в отношении наследственной предопределенности строения мышечных волокон. Одни исследователи считают, что при рождении мышцы состоят из «медленных» волокон и в процессе развития часть медленных волокон превращается в белые — «быстрые». Другие специалисты убеждены, что строение наших мышц во многом предопределено генетически. Это связано с запрограммированным расположением мышц и особенностями их структуры и функции. Считается, что у определенных атлетов существуют природные данные, которые позволяют им иметь некоторое преимущество перед другими спортсменами.
Красные волокна работают в основном в аэробном режиме, а белые — в условиях кислородного долга. Существует своеобразное разделение функций между белыми и красными мышечными волокнами. Красные волокна, как правило, используются для выполнения легкой или умеренной работы, а белые начинают функционировать лишь тогда, когда к ним значительно возрастает приток возбуждающих импульсов во время очень интенсивной работы. Волокна промежуточного типа сохраняют свойства и красных, и белых волокон и потому получили дополнительное название «быстрые красные». Такое разделение или специализация волокон основывается на адаптации ферментов и метаболических систем мышц.
1 – мышечное брюшко; 2,3 – сухожильные концы, 4 – поперечнополосатое мышечное волокно
Процентное содержание тех или иных волокон предопределяет специализацию атлета. Как правило, обладатели преимущественно красной мускулатуры достигают лучших результатов в видах на выносливость (плавание, велосипедный спорт, бег на средние и длинные дистанции и т. д). Те, у кого больше белых мышечных волокон, имеют склонность к силовым упражнениям. Последнее объясняется и тем, что белые волокна легче гипертрофируются, т. е. увеличиваются в объеме, и тренируются «на силу».
Однако в любом случае не все предопределено природой. Существуют еще и тренировочные факторы. Некоторые специалисты даже отдают предпочтение последним в формировании структуры мышц.
Автор: Альциванович Константин Константинович,
физиолог, кандидат биологических наук, заведующий лабораторией предприятия диагностических и лекарственных препаратов “Диалек”, специалист в области медико – биологических проблем подготовки спортсменов.
Отрывок из книги 1000 + 1 совет о питании при занятии спортом
Просмотров: 1111
Оцените эту статью |
||
|
-4
|
На основании 1 голосов
|