1. Енергетика при м'язовий діяльності
2. Види і класифікація фізичної роботи

Фізичні навантаження викликають помітні перетворення в різних органах і системах. Весь організм адаптується до м'язової діяльності.

Під впливом тривалих фізичних навантажень в організмі займаються відбувається адаптивна перебудова різних органів і систем, що забезпечує краще пристосування його до інтенсивної роботи в тренувальний період. Однак специфічні зміни в тих чи інших функціональних системах неоднакові.

Енергетика при м'язовий діяльності

М'язи є основним руховим механізмом (див. Рис. М'язи людини). Скелетні м'язи прикріплюються до кісток і іншим структурам або безпосередньо за допомогою фіброзних сухожиль (апоневрозов). Скорочення скелетних м'язів здійснюється за допомогою соматичних нервів, керованих вегетативною нервовою системою (ВНС).

М'язи людини (по В.П. Воробйову, 1938)

а - вид спереду: 1 - лобовий м'яз, 2 - круговий м'яз ока, 3 - кругова м'яз рота, 4 - жувальний м'яз, 5 - підшкірний м'яз шиї, 6 - грудино-ключично-соскоподібного м'яза, 7 - дельтоподібний м'яз, 8 - велика грудний м'яз, 9 - двухглавая м'яз плеча, 10 - пряма черевна м'яз, 11 - зовнішній косий м'яз живота, 12 - внутрішня і широкий м'яз, 13 - литковий м'яз, 14 - триголовий м'яз плеча, 15 - найширший м'яз спини, 16 - зубчастий передня м'яз, 17 - кравецький м'яз, 18 - чотириглавий м'яз стегна, 19 - зовнішня широка м'яз, 20 - сухожилля четирехгл авой м'язи стегна, 21 - передня великогомілкова м'яз,
б - вигляд ззаду: 1 і 2 - розгиначі передпліччя, 3 - трапецієподібний м'яз, 4 - найширший м'яз спини, 5 - зовнішній косий м'яз живота, 6 - велика сідничний м'яз, 7 - напівсухожильний і полуперепончатая м'яз, 8 - двоголовий м'яз стегна, 9 - литковий м'яз, 10 - пластиру м'яз, 11 - дельтоподібний м'яз, 12 - триголовий м'яз плеча, 13 - ахіллове сухожилля.

Детальніше про м'язи людини в розділі анатомія: " м'язи людини "

У стані спокою рівень метаболізму скелетних м'язів невеликий, а при максимальних фізичних навантаженнях він може зрости більш ніж в 50 разів. Одночасно велике навантаження падає на систему транспортування продуктів обміну - тканинну рідину і кров. Для збереження хімічного і фізичного рівноваги до клітин їм необхідно доставляти потрібну кількість поживних речовин і кисню, а також видаляти тепло і кінцеві продукти обміну - воду, вуглекислий газ і ін. Тому при інтенсивному навантаженні здатність протистояти втомі багато в чому залежить від органів, що забезпечують м'язи кров'ю , - систем кровообігу і дихання.

Один з основних процесів перетворення енергії - окислення глюкози:

C6H12O6 + 6СO2 -> окислення 6CO2 + 6H20 + 686 ккал (на 1 грам-молекулу).

Звільнена у своїй енергія використовується в різних фізіологічних процесах і в першу чергу при м'язовому скороченні.

Хімічні сполуки можуть окислюватися також в реакції дегідрування, при відщепленні водню:

АН2 + В -> В + ВН2,

де окислена субстанція А - донатор водню, відновлене зміст В - акцептор водню. В окисно-відновних реакціях переносники водню зазвичай діють разом з каталізаторами - ферментами і коферментами. Одна група ферментів (флавопротеиди і система цитохромів) в якості акцептора водню може використовувати безпосередньо молекулярний кисень. Це аеробне окислення. Інші акцептори водню беруть участь в анаеробному окисленні.

Головним джерелом енергії при м'язовому скороченні є вступники в організм з їжею вуглеводи і жири.

У самій м'язовій клітці перетворення енергії забезпечується аденозинтрифосфорной кислотою (АТФ) і креатинфосфату (kФ). Накопичення і звільнення енергії відбувається шляхом приєднання або відщеплення фосфатних груп. Після відщеплення фосфорної кислоти від молекули АТФ за допомогою ферменту аденозінтріфосфатази утворюється аденозіндіфосфорная кислота (АДФ) і звільняється енергія:

АТФ -> АДФ + Н3РО4 + 8 ккал.

На рис. "Основні шляхи перетворення енергії в організмі" схематично представлені основні шляхи перетворення енергії, необхідної для м'язового скорочення і інших біологічних процесів. У скелетних м'язах концентрація мікроергіческіх з'єднань АТФ і kФ в середньому становить 24,6 і 76,8 кмоль на 1 г сухої маси м'язів відповідно (E. Hultman, J. Bergstrom, 1973) Під впливом триггерного нервового імпульсу АТФ розщеплюється до АДФ. Частина звільненій енергії використовується при м'язовому скороченні. Таким чином м'язи перетворюють хімічну енергію в механічну роботу. Залежно від специфіки активізованих клітин потенційна енергія макроергічних з'єднань може перетворитися в електрику, осмотичний тиск, тепло, а також використовуватися в біологічному синтезі.

Основні шляхи перетворення енергії в організмі

Основні шляхи перетворення енергії в організмі (PO Astrand, KM Rodahl, 1970)

Запас АТФ в м'язах невеликий. Для підтримки активності тканин на певному рівні необхідний швидкий ресинтез АТФ. Останній відбувається в процесі рефосфолірованія при з'єднанні АДФ і фосфатів. Найбільш доступним речовиною, використовуваним для синтезу АТФ, є креатинфосфат, легко передає свою фосфатну групу на АДФ:

KФ + АДФ <-> Kреатін + АТФ.

Kонцентрація kФ в м'язах в 3-4 рази більше в порівнянні з АТФ. Помірне (на 20-40%) зниження вмісту АТФ відразу компенсується за рахунок kФ. Виснаження запасів самого kФ залежить від величини навантаження. При фізичній роботі з максимальною інтенсивністю запаси креатинфосфату витрачаються в першу хвилину (E. Hultman et al., 1967). Після цього звільнилися фосфатні групи з'єднуються з глюкозою (глюкозо-6-фосфат, див. Рис. "Основні шляхи перетворення енергії в організмі") і підключається наступний джерело знергообразованія - окислення глікогену. Процес гліколізу більш інертний і досягає максимуму не раніше ніж на 1-2-й хвилині роботи.

Глікоген і глюкоза розщеплюються до піровиноградної кислоти. Цей процес може проходити в анаеробних умовах. В результаті реакції утворюються багаті енергією фосфати. Подібне анаеробне окислення можливо завдяки одночасному відновленню коферменту никотинамидадениндинуклеотида (НАД), яка виконує функції акцептора водню або переносника електронів. НАД • Н2 знову окислюється в реакції дегідрогенірованія, де пировиноградная кислота, приєднуючи атоми водню, перетворюється в молочну. Таким чином відновлюються запаси НАД, і процес гліколізу, що поставляє енергію для ресинтезу АТФ, може тривати. Однак в анаеробних умовах активність клітин не може бути тривалою. Вона лімітується зростанням концентрації молочної кислоти, а також зменшенням запасів глікогену або глюкози.

При анаеробному окисленні (див. Рис. "Основні шляхи перетворення енергії в організмі") НАД • Н2 окислюється молекулярним киснем:

2НАД • H2 + O2 -> 2НАД + H2O.

У трикарбонових циклі Kребса пировиноградная кислота поступово розщеплюється до вуглекислого газу і водню, водень з'єднується з киснем і утворює воду. Велика частина звільненої енергії використовується для ресинтезу АТФ.

Освіта АТФ можна розглядати як головну мету тканинного дихання. В аеробних умовах приєднання третьої молекули фосфорної кислоти до АДФ відбувається за участю кисню. Тому процес позначається як окисне фосфорилювання. Процеси циклу Kребса здійснюються на внутрішніх мембранах особливих клітинних утворень - мітохондрій.

При легкому або помірному фізичному навантаженні до м'язових клітин доставляється достатню кількість кисню (O2). Утворився тут НАД • Н2 повністю окислюється акцептором водню - молекулярним киснем. Повністю окислюється також пировиноградная кислота. При зростанні навантаження збільшується розщеплення глікогену, а також швидкість відновлення НАД. Нарешті, настає момент, коли система транспорту O2 вже не справляється з доставкою необхідної кількості О2. У ролі акцептора водню починає фігурувати пировиноградная кислота, і в результаті реакції окислення НАД • Н2 утворюється молочна кислота.

В цикл Kребса можуть включатися також жирні кислоти і навіть амінокислоти. Однак в нормальних умовах білки як джерело енергії не використовуються.

У загальній формі перетворення енергії в м'язових клітинах може бути представлене в такий спосіб:

В анаеробних умовах:

АТФ <-> АДФ + Ф + Ф + вільна енергія (Ф-фосфатна група);

KФ + АДФ <-> Kреатін + АТФ;

Глікоген або глюкоза + Ф + АДФ -> Молочна кислота + АТФ.

В аеробних умовах:

Глікоген і вільні жирні кислоти + Ф + АДФ + О2 -> СО2 + Н2О + АТФ.

Слід зазначити, що при повному аеробному окисленні глюкози і глікогену енергії для ресинтезу звільняється трохи більше, ніж в анаеробному процесі. У порівнянні з останнім глюкоза в аеробних умовах на одну грам-молекулу може утворити в 19 разів більше АТФ (PO Astrand, KM Rodahl, 1970).

Аеробні можливості проявляються при фізичних навантаженнях великої і помірної інтенсивності (потужності), коли в процесі роботи потрібно повністю покрити кисневі потреби. При навантаженнях рівномірної інтенсивності споживання кисню (steady state) зазвичай залишається постійним тривалий час. При короткочасних вправах (навантаженнях) високої інтенсивності, коли неможливо доставити необхідну кількість O2 до працюючих м'язів, велике значення має так зване анаеробне відтворення кисню. Kак вже говорилося, механізми цих двох видів енергопродукції складні і залежать від багатьох обставин.

Види і класифікація фізичної роботи

Різні види фізичної роботи здійснюються за допомогою м'язової системи (див. Рис. М'язи людини), на частку якої припадає до 40% маси тіла. Розрізняють статичну і динамічну м'язову роботу.

При статичній роботі м'язове скорочення не пов'язане з рухом частин тіла. Наприклад, мускулатура, яка забезпечує позу сидить або стоїть людини, виконує статичну роботу.

Динамічна робота - це коли окремі частини тіла людини переміщаються. Фізична активність людини складається з статичної та динамічної роботи. Слід зазначити, що при статичній роботі переносимість навантаження залежить від функціонального стану тих чи інших м'язових груп, а при динамічній - ще й від ефективності систем, що поставляють енергію (серцево-судинної, дихальної), а також від їх взаємодії з іншими органами і системами.

Максимальна напруга, а також максимальний час напруги, яке здатна розвивати і утримувати певна група м'язів, залежать від її локальної функціональної потужності. В умовах динамічної роботи витривалість і максимальна потужність визначаються ефективністю механізмів енергопродукції і їх узгодженістю з іншими функціональними системами організму.

Робота може бути локальною, регіонарної і загальної. Якщо в роботі задіяні до третини загальної м'язової маси тіла, то її позначають як локальну. У регионарной роботі беруть участь від третини до двох третин всієї мускулатури тіла. При активації ще більшої кількості м'язової маси робота визначається як загальна.

Практичне значення має класифікація інтенсивності м'язової роботи в залежності від витрати енергії, виходячи з максимуму аеробних можливостей обстежуваного. Максимум аеробних можливостей найбільш повно характеризується максимумом споживання кисню - VO2max (аеробного потужності). Відповідно до класифікації, даної Soula et al. (1961), в тяжкості роботи розрізняють 5 ступенів:

1) дуже важка робота, при якій кисневий запит перевищує аеробну потужність організму і перетворення енергії відбувається в анаеробних умовах, максимальна тривалість такої роботи - кілька хвилин;

2) робота на рівні 75-100% аеробного потужності індивідуума позначається як максимальна, тривалість безперервної такої роботи від 30 хв до 3 год .;

3) субмаксимальная робота відповідає 50-75% аеробної потужності індивідуума;

4) інтенсивна робота, при якій використовується 25-50% аеробної потужності, сюди відноситься більшість різновидів так званого фізичного праці;

5) при легкій роботі витрата енергії не перевищує 25% аеробного потужності.

Практичне значення має класифікація навантажень, прийнята в руховому тестуванні, ми будемо її дотримуватися в подальшому викладі. Згідно з цією класифікацією максимальної вважають навантаження, відповідну максимуму аеробного потужності (тобто на рівні VO2max).

Навантаження меншої потужності позначаються як субмаксимальні. Для визначення аеробного продуктивності в субмаксимальних тестах навантаження зазвичай дають до 75% від аеробного потужності. Якщо навантаження перевищує межу, при якій споживання кисню досягає максимальної величини, роботу позначають як супермаксимальною.

Фізичні навантаження проводять до змін основних показників функції серцево-судинної і дихальної систем. Знання закономірностей необхідно для судження про функціональний стан організму. Тому так важливо контролювати середні параметри навантажень.

Нижче представлені стенди для контролю серцево-судинної і дихальної систем людини.

Детальніше див. Статтю Оцінка фізичного розвитку

англійська
класифікація фізичної роботи - physical activity classification

<< Назад: Фізкультура і спорт, вибрані статті

Якщо Вам сподобався наш проект, Ви можете допомогти зробити його ще краще!