Что является источником энергии при работе мышц: Энергетика работы мышц

Содержание

Энергетика работы мышц

Аэробные тренировки Тренировки и пульс Теория аэробных тренировок

Источником энергии в клетках является вещество аденозинтрифосфат (АТФ), которое при необходимости распадается до аденозинфосфата (АДФ):

АТФ → АДФ + энергия.

При интенсивной нагрузке имеющийся запас АТФ расходуется всего за 2 секунды. Однако АТФ непрерывно восстанавливается из АДФ, что позволяет мышцам продолжать работать. Существует три основные системы восстановления АТФ: фосфатная, кислородная и лактатная.


Фосфатная система

Фосфатная система выделяет энергию максимально быстро, поэтому она важна там, где требуется стремительное усилие, например, для спринтеров, футболистов, прыгунов в высоту и длину, боксеров и теннисистов.

В фосфатной системе восстановление АТФ происходит за счет креатинфосфата (КрФ), запасы которого имеются непосредственно в мышцах:

КрФ + АДФ → АТФ + креатин.

При работе фосфатной системы не используется кислород и не образуется молочная кислота.

Фосфатная система работает только в течение короткого времени — при максимальной нагрузке совокупный запас АТФ и КрФ истощается за 10 секунд. После завершения нагрузки запасы АТФ и КрФ в мышцах восстанавливаются на 70% через 30 секунд и полностью — через 3–5 минут. Это нужно иметь в виду при выполнении скоростных и силовых упражнений. Если усилие длится дольше 10 секунд или перерывы между усилиями слишком короткие, то включается лактатная система.


Кислородная система

Кислородная, или аэробная, система важна для спортсменов на выносливость, так как она может поддерживать длительную физическую работу.

Производительность кислородной системы зависит от способности организма транспортировать кислород в мышцы. За счет тренировок она может вырасти на 50%.

В кислородной системе энергия образуется, главным образом, в результате окисления углеводов и жиров. Углеводы расходуются в первую очередь, так как для них требуется меньше кислорода, а скорость выделения энергии выше. Однако запасы углеводов в организме ограничены. После их исчерпания подключаются жиры — интенсивность работы при этом снижается.

Соотношение используемых жиров и углеводов зависит от интенсивности упражнения: чем выше интенсивность, тем больше доля углеводов. Тренированные спортсмены используют больше жиров и меньше углеводов по сравнению с неподготовленным человеком, то есть более экономично расходуют имеющиеся запасы энергии.

Окисление жиров происходит по уравнению:

Жиры + кислород + АДФ → АТФ + углекислый газ + вода.

Распад углеводов протекает в два шага:

Глюкоза + АДФ → АТФ + молочная кислота.

Молочная кислота + кислород + АДФ → АТФ + углекислый газ + вода.

Кислород требуется только на втором шаге: если его достаточно, молочная кислота не накапливается в мышцах.


Лактатная система

При высокой интенсивности нагрузки поступающего в мышцы кислорода не хватает для полного окисления углеводов. Образующаяся молочная кислота не успевает расходоваться и накапливается в работающих мышцах. Это приводит к ощущению усталости и болезненности в работающих мышцах, а способность выдерживать нагрузку снижается.

В начале любого упражнения (при максимальном усилии — в течение первых 2 минут) и при резком увеличении нагрузки (при рывках, финишных бросках, на подъемах) возникает дефицит кислорода в мышцах, так как сердце, легкие и сосуды не успевают полностью включиться в работу. В этот период энергия обеспечивается за счет лактатной системы, с выработкой молочной кислоты. Чтобы избежать накопления большого количества молочной кислоты в начале тренировки, нужно выполнить легкую разогревающую разминку.

При превышении определенного порога интенсивности организм переходит на полностью анаэробное энергообеспечение, в котором используются только углеводы. Из-за нарастающей мышечной усталости способность выдерживать нагрузку истощается в течение нескольких секунд или минут, в зависимости от интенсивности и уровня подготовки.

Влияние молочной кислоты на работоспособность

Рост концентрации молочной кислоты в мышцах имеет несколько последствий, которые нужно учитывать при тренировках:

  • Нарушается координация движений, что делает тренировки на технику неэффективными.
  • В мышечной ткани возникают микроразрывы, что повышает риск травм.
  • Замедляется образование креатинфосфата, что снижает эффективность спринтерских тренировок (тренировок фосфатной системы).
  • Снижается способность клеток окислять жир, что сильно затрудняет энергообеспечение мышц после истощения запасов углеводов.

В условиях покоя на нейтрализацию половины молочной кислоты, накопившейся в результате усилия максимальной мощности, организму требуется около 25 минут; за 75 минут нейтрализуется 95% молочной кислоты. Если вместо пассивного отдыха выполняется легкая заминка, например, пробежка трусцой, то молочная кислота выводится из крови и мышц намного быстрее.

Высокая концентрация молочной кислоты может вызвать повреждение стенок мышечных клеток, что приводит к изменениям в составе крови. Для нормализации показателей крови может потребоваться от 24 до 96 часов. В этот период тренировки должны быть легкими; интенсивные тренировки сильно замедлят восстановительные процессы.

Слишком высокая частота интенсивных нагрузок, без достаточных перерывов на отдых, приводит к снижению работоспособности, а в дальнейшем — к перетренированности.


Запасы энергии

Энергетические фосфаты (АТФ и КрФ) расходуются за 8–10 секунд максимальной работы. Углеводы (сахар и крахмалы) откладываются в печени и мышцах в виде гликогена. Как правило, их хватает на 60–90 минут интенсивной работы.

Запасы жиров в организме практически неисчерпаемы. Доля жировой массы у мужчин составляет 10–20%; у женщин — 20–30%. У хорошо тренированных спортсменов на выносливость процент жира может находиться в диапазоне от максимально низкого до относительно высокого (4–13%).

Запасы энергии человека
* Высвобождаемая энергия при переходе в АДФ
* Высвобождаемая энергия при переходе в АДФ
Источник Запас (при весе 70 кг) Длительность Дли-
тель-
ность
интенсивной
работы
Энергети-
ческая система
Особенности
ГраммыКкал
Фосфаты (фосфатная система энергообеспечения)
Фосфаты 230 8* 8—10 секунд Фосфатная Обеспечивают «взрывную» силу. Кислород не требуется
Гликоген (кислородная и лактатная системы энергообеспечения)
Гликоген
300—
400
1 200—
1 600
60—90 минут Кислородная и лактатная При нехватке кислорода образуется молочная кислота
Жиры (кислородная система энергообеспечения)
Жиры Больше 3 000 Больше 27 000 Больше 40 часов Кислородная Требуют больше кислорода; интенсивность работы снижается

По книге Петера Янсена «ЧСС, лактат и тренировки на выносливость».


Физиология мышечного сокращения: работа мышц человека

Автор PumpMuscles.ru На чтение 15 мин. Просмотров 12 Опубликовано

Для студентов спортивных вузов, атлетов и всех любознательных объясняем простым языком источники энергии и физиологию (механизм) мышечного сокращения, а также строение мышц, с приведением простейших формул и фото, понимание которых, вам поможет в дальнейшим более эффективно тренироваться в тренажерном зале.

В теле человека находиться более 600 мышц, и каждая из них отвечает за тот или иной вид деятельности, например, мышцы спины обеспечивают ровную осанку, удерживают тело в вертикальном положении, а благодаря глазодвигательным мышцам, мы можем направлять свой взгляд в рассматриваемом направлении.

С помощью мышц мы познаем окружающий мир, окружающую действительность, если бы не они, мы бы так и не научились ходить, писать, говорить, выражать свои эмоции. Однако, для того чтобы мышцы нормально функционировали, их необходимо снабжать энергией, полезными, питательными веществами, если в вкратце, то процесс пищеварения выглядит следующим образом:

После механического перемалывания во рту пища через глотку попадает в пищевод, далее в желудок, там под действием желудочного сока (в основном соляная кислота и фермент пепсин) происходит расщепление белков и частично жиров, и попадает в привратник, далее пищевая масса переходит в двенадцатиперстную кишку (начало тонкой кишки), где под действием поджелудочного сока и желчи происходит дальнейшее разложение белков, углеводов и жиров, далее

химус переходит в тонкий кишечник, в котором происходит окончательное разложение аминокислот, жирных кислот и моносахаридов и благодаря наличию в нем ворсинок всасываются в стенки тонкого кишечника, все что не всосалась, переходит в толстый кишечник, в котором начинают иди процессы размельчения клетчатки и химуса, а также всасывание остаточной воды и формироваться кал.

Всасывая питательные вещества через желудок и кишечник, полученные вещества попадают в кровь (в воротную вену), и далее направляться в печень, после чего попадают в общий кровоток омывая все ткани человека.

Мышечная система человека

Мышечная система человека позволяет координировать движения тела, держать его в равновесии, осуществлять дыхание, а также транспорт пищи и крови внутри организма, помимо всего она защищает внутренности от повреждений, а также выполняет роль преобразователя энергии химической в механическую и тепловую.

В теле человека всего три типа мышц:

  • скелетные
  • гладкие
  • мышца сердца
Мышечная система человека (A — мышца сердца, B — скелетные мышцы, C — гладкие мышцы)

Скелетная мускулатура

Скелетная мускулатура человека, она же поперечнополосатая, крепится к костям, состоит из волокон, а они в свою очередь состоят из мышечных клеток. В каждой мышечной клетке имеется два ядра, которые отвечают за деление и восстановление. За сокращение мышцы отвечают, так называемые миофибриллы (нити), которые содержаться в мышечных клетках. Количество миофибрилл в мышечной клетке может достигать до несколько тысяч. Таким образом, мышечные клетки формируют ткань, а она в свою очередь образовывает мышцу.

Наши скелетные мышцы содержат волокна, нервные окончание и кровеносные сосуды. Сокращение мышцы происходит с помощью нервных импульсов, которые поступают от спинного мозга до мышечной ткани, то есть передача нервного импульса осуществляется по пути — головной мозг → спинной мозг → нужные нам мышцы. Теперь понятно, почему повреждение спинного мозга так опасно.

Человек регулирует интенсивность сокращения мышц с помощью силы подаваемого импульса по нервным окончаниям.

Скелетная мускулатура человека

Гладкие мышцы

Гладкая мускулатура выполняет не произвольные сокращения, состоит из веретеновидных клеток, являясь одной из самых важных составляющих мышечных полых органов, а также составной частью кровеносных и лимфатических сосудов, помогает транспортировать содержимое полых органов (транспорт пищи кишечнику), сужения зрачка, корректировка артериального давления, и другие процессы, которые происходят непроизвольно.

Все сокращения гладким мышц не вызывают утомления, регулируются вегетативной системой (автономная нервная система, которая отвечает за работу внутренних органов).

Натренировать гладкие мышцы можно, например, увеличивая выносливость, вы улучшаете работу сердечно-сосудистую системы.

Гладкие мышцы

Сердечная мышца

Сердце непрерывно сокращается в течении всей жизни, обеспечивая движение,

перекачку крови, питательных веществ, других жизненно-важных веществ по сосудам к тканям организма. Выполняя роль насоса, сердце работает в режиме непрерывных, ритмичных, одиночных сокращений.

Строение волокна миокарда, напоминает структуру скелетных мышц, которые также содержат миофибриллы, состоящие из актина и миозина, включая тропонин-тропомиозиновый белковый комплекс.

Картинку сердце, где показанна устройство сердца где можно увидеть миокард

Механизм мышечного сокращения сердца, происходить все по тем же причинам, что и в поперечнополосатых мышцах, благодаря ионами Ca2+ (кальция), которые освобождаются из саркоплазматического ретикулума (мембранная органелла мышечных клеток), только в этом случае он менее упорядочен (по сравнению со скелетной мускулатурой).

Сердечная мышца и ее устройство

Строение мышц (мышечных волокон) человека

Мышцы человека состоят из мышечных волокон, которые в свою очередь состоят из мышечных клеток. Взятое в отдельности мышечное волокно представляет собой многоядерную мышечную клетку, диаметр которой варьируется от 10 до 100 мкм, которая имеет оболочку сарколемму (клеточная мембрана), заполненной саркоплазмой (содержимое клетки, основа которой — матрикс). Миофибриллы располагаться в саркоплазме, то есть саркоплазма заполняет пространство между миофибриллами и окружает ядра клеток. Миофибрилла представляет собой нитевидной формы образование, состоящее из саркомеров (сократительный аппарат мышцы).

Строение скелетной мышцы

В зависимости от количества миофибрилл, различают белые и красные мышечные волокна.

Белые мышечные волокна отличаются от красных, большим количеством миофибрилл, и меньшим саркоплазмы, такое соотношение обеспечивает быстроту сокращение белых волокон. Благодаря наличию миоглобина (кислородосвязывающий белок) в мышцах, который придает цвет, мышечные волокна называют красными.

Саркоплазма в мышечных клетках содержит помимо миофибрилл, еще и митохондрии (энергетические станции клеток, в которых синтезируются АТФ), рибосомы, комплекс Гольджи, жировые включения, и другие постоянные компоненты клетки, без которых существование ее не возможно (органоиды).

Передача импульсов возбуждения внутри мышц происходит благодаря саркоплазматической сети. Базовая сократительная единица поперечнополосатых мышц (саркомеры) в своем составе содержат толстые миозиновые нити, образованные белком миозином, и тонкие актиновые нити, образованные белком актином.

Актин – сократительный белок, на который приходиться около 15% от всего мышечного белка, содержится в тонких филаментах скелетных мышц, обеспечивая осуществление двигательных функций клеток.

Миозин – основной белок, из которого состоят мышечные волокна, благодаря которому мышцы имеют эластичность и способны сокращаться. Масса миозина составляет порядка 55% от всех сократительных белков, которые содержаться в мышечных волокнах.

Миозин сконцентрирован в поперечнополосатых мышцах (скелетной мускулатуре), которые отвечают за рефлексы и целенаправленность движений. Благодаря способности миозина расщеплять АТФ химическая энергия макроэргических связей АТФ переходит в механическую энергию мышечного сокращения.

Строение мышц человека

Актомиозин – комплекс, состоящий из белков актина и миозина, создает мышечные волокна, которые распределяются в определенном порядке. Сокращение актомиозина возможно, благодаря энергии, которая освобождается в результате взаимодействия АТФ с водой (гидролиз), таким образом, актомиозин определяет способность мышц к сокращению (мышечное сокращение).

Механизм мышечного сокращения

Мышечное сокращение происходит благодаря, скольжению актиновых нитей вдоль миозиновых (скользящее сокращение), при этом сокращается общая длина актомиозинового комплекса, без изменения длины нитей актина и миозина. Первостепенную роль в сокращении мышц играют временно замыкающиеся поперечные мостики (головки миозиновых молекул), которые и обеспечивают продвижение актиновых нитей вдоль миозиновых. Соответственно, сила мышечного сокращения будет завесить от мостиков, — чем больше прикреплено мостиков к актиновым нитям, тем сильнее сокращение.

Энергия, необходимая для такова «скользящего сокращения», обеспечивается взаимодействием АТФ с актомиозином, в результате аденозинтрифосфорная кислота (АТФ), распадается на аденозиндифосфат (АДФ) и фосфорную кислоту (h4PO4).

Наряду с АТФ, важную роль в сокращении мышечного волокна играют еще ионы кальция, магния и вода.

Количество воды, которая содержит мускулатура, равняется примерно 72-80%, при этом мышечная ткань также содержит большое количество белков, и в малых количествах — гликоген, фосфолипиды, холестерин, креатинфосфат, креатин, витамины.

Чем больше мышечных волокон в скелетных мышцах, тем сильнее они будут.

Механизм мышечного сокращения человека

Энергия мышечных сокращений

Как мы уже знаем, сокращение мышц, это движение (размыкание-смыкание) поперечных мостиков, и естественно, это процесс нуждается в энергообеспечении. Однако, запас энергии в мышцах очень мал, поэтому ее необходимо постоянно откуда-то «черпать», восстанавливать.

Основным и главным поставщиком энергии, благодаря которому происходит энергообеспечение организма, служит молекула АТФ, которая расщепляется, благодаря головкам миозиновых мостиков, таким образом, образуется энергия для сокращения мышц. Однако, мышечная клетка содержит в себе ограниченный запас молекул АТФ, их количество хватает всего на 8 повторений, первые 2 секунды:

  • АТФ + h3O = АДФ + h4PO4 + энергия

Проблема в ограниченном обеспечении энергии для мышечного сокращения легко решается с помощью ресинтеза или пересоздания молекул АТФ.

АТФ — как универсальный источник энергии человека

Источники энергии мышц

В зависимости от времени нахождения мышц под нагрузкой, а также от степени интенсивности выполнения того или иного упражнения, можно выделить следующие виды систем, которые обеспечивают энергию для мышц:

  • Фосфогенная (АТФ и КрФ)
  • Гликолитическая (анаэробный и аэробный гликолиз)
  • Окисление (расщепляются углеводы и липиды при активном поступлении кислорода)

В отдельных случаях, при длительном отсутствии потребления углеводов и жиров, могут в качестве источника энергии выступать белки (аминокислоты), благодаря процессу глюконеогенеза, при котором происходит превращение аминокислот в пируват, суммарная формула ниже:

2 Пируват + 4ATP + 2GTP + 2NADH + 2H+ + 4H2O → глюкоза + 4ADP + 2GDP + 6Pi + 2NAD+

Каждая энергетическая система характеризуется мощностью и емкостью.

Мощность – показатель, который ограничивает интенсивность выполняемой физической работы, и характеризует максимальное количество энергии, которое выделяется в единицу времени, а также максимальное количество ресинтезируемых АТФ в единицу времени.

В свою очередь, емкость энергетических систем, ограничивает продолжительность работы мышц.

Источники энергии мышц
Расщепление креатинфосфата

Молекула КрФ (креатинфосфат) восстанавливает АДФ (аденезиндифосфат) до АТФ (аденозинтрифосфат), путем перехода фосфатной группы от КрФ к АДФ с образованием креатина и АТФ:

  • АДФ + КрФ ⇆ АТФ + креатин

Таким образом, креатинфосфат отвечает за постоянный уровень концентрации АТФ, за счет обратимой реакции перефосфорилирования.

В основном весь креатинфосфат содержится в скелетных мышцах, сердце, мозге и нервных тканях.

Образования свободного креатина стимулирует анаэробный гликолиз в медленных мышечных волокон (ММВ), и аэробный гликолиз в быстрых мышечных волокон (БМВ).

Для бодибилдинга, важную роль будет играть то, что полное восстановление запасов креатинфосфата происходит в течение 3-5 минут, и это возможно только после прекращения интенсивного силового тренинга, то есть в перерывах между подходами. Например, если бы, КрФ восстанавливал свой уровень во время силового упражнения, мы бы могли выполнять подход очень и очень долго, но этого не происходит, из-за ограниченного количества креатинфосфата в мышцах и его способа восстановления.

В отсутствии двигательной активности, то есть когда мышцы находятся в спокойном состоянии, концентрация КрФ в 3-8 раз превышает концентрацию АТФ, благодаря чему во время коротких и интенсивных периодов мышечной активности, креатинфосфат успешно справляется с нехваткой АТФ для выполнения мышечных сокращений.

Силовая нагрузка, выполняемая в тренажерном зале, на первых 5-10 секундах интенсивного тренинга затрачивает креатинфосфат, потом подключаться другой путь восстановления АТФ, анаэробный гликолиз.

Взрывная сила и расход креатина в мышцах

Тренировка фосфатной системы стоит на первостепенном месте у всех атлетов, которые в своей подготовке используют упражнения взрывного характера, начиная от быстрой пробежки, на короткие дистанции, заканчивая выполнением силового подхода в тренажерном зале на 2-4 повторения. К таким атлетам, прежде всего относят: спринтеров, футболистов, двоеборцев, борцов, боксеров, метателей дисков/ядер/копья, прыгунов в высоту/длину, боксеры, теннисисты, другими словами все спортсмены, которым на соревнованиям необходимо в тот или иной момент показать высокую физическую работоспособность в короткий промежуток времени.

Фосфагенная система считается очень быстрым, мощным источником восполнения энергии (в единицу времени мощность КрФ в 3 раза превышает мощность гликолиза, ив 4-10 раз окисления!), однако, емкость не велика, именно поэтому при очень интенсивной физической работы, атлет может продолжать усилия не более 5-6 секунд.

Когда запасы креатинфосфата заканчиваются, в саркоплазме запускаются процессы гликолиза.

Анаэробный гликолиз

Примерно на 20-30 секунде выполнения силового упражнения, запасы креатинфосфата исчерпываются, и для снабжения организма энергией, подключается в работу анаэробный гликолиз, то есть происходит расщепление углеводов (глюкозы) в отсутствии кислорода, до лактата (молочной кислоты) :

  • С6Н1206 (глюкоза) + 2 Н3Р04 + 2 АДФ = 2 С3Н6О3 (лактат) + 2 АТФ (энергия) + 2 Н2O

В связи с тем, что в анаэробном гликолизе, в качестве побочного продукта выступает молочная кислота, которая очень медленно вымывается, то с течением времени ее все больше и больше накапливается в мышцах при их сокращении, по итогу, наши дальнейшие движения мышц становятся затруднительными, ощущается чувство жжение, в конце концов, сокращения прекращаются.

Молочная кислота выступает в роли блокатора, которая нарушает сигнал, от мотонейронов к мышцам.

При интенсивных тренировках, лактат часто используется организмом, в качестве источника энергии и сырья для производства глюкозы.

Расход мышечного гликогена в тренажерном зале

Молочная кислота нейтрализуется в мышцах практически полностью (на 95%), спустя 1 ч 15 минут. Для того чтобы ускорить этот процесс, мы рекомендуем использовать активный отдых и заминку после тренировки, так как 75% образуемой молочной кислоты, во время интенсивной нагрузки переходят из быстрых мышечных волокон в медленные, которые используются ими в качестве источника энергии, а как мы знаем, активный отдых это работа медленных мышечных волокон, именно поэтому, пассивных отдых уступает активному.

Аэробный гликолиз

На 80-90 секунде работы мышц, запускаются процессы аэробного гликолиза в митохондриях, для протекания которого необходим кислород.

На промежуточном этапе аэробного гликолиза образуется две молекулы пирувата, проникнув в митохондрии они окисляются благодаря циклу Кребса, до углекислого газа (CO2 ) и воды (h3O), с образованием 38 молекул АТФ.

  • C6h22O6 + 6O2 + 38АДФ + 38h4PO4 = 6CO2 + 44h3O + 38АТФ

Таким образом, аэробное окисление глюкозы гораздо эффективнее, чем анаэробное, однако анаэробный гликолиз, это единственный способ снабжения организма энергией в условиях кислородного голодания. В силу большой эффективности аэробного гликолиза, по отношению к анаэробному (в 19 раз!), в тканях, при поступлении кислорода, анаэробный путь поступления энергии блокируется (эффект Пастера).

Виды типичных аэробных упражнений:

  • Плавание
  • Бег на средние и длинные дистанции
  • Скакалка
  • Быстрая ходьба
  • Лыжи
  • Велосипед

При этом помните, что в начале выполнения упражнения, энергообеспечение организма происходит за счет анаэробного гликолиза, но спустя 1-2 минуты, при сохранении активных движений, энергообеспечение уже происходит благодаря процессам аэробного окисления глюкозы. Конечно, если работа носит взрывной короткий характер, то первые 5-10 секунд энергообеспечение происходит за счет расщепление КрФ, а потом уже при снижении интенсивности, последовательно идет анаэробный гликолиз, и через 1-2 минуты аэробный гликолиз.

У не тренированных спортсменов, молочной кислоты во время физической нагрузки образуется очень много, что говорит о слабой аэробной системы, в свою очередь тренированные атлеты, могут похвастаться аэробными способностями, то есть высокой способностью усваивать организмом кислород.

Бег и аэробный гликолиз

Например, не подготовленные атлеты, начинают чувствовать достаточно быстро при беге/езде на велосипеде/лыжах болезненность в мышцах, в виде жжения, молочная кислота у них очень быстро образуется, при недостатке кислорода, таким образом, происходит нарушение кислотно-щелочного равновесия в мышцах (ацидоз), то есть их закисление.

При умеренной, продолжительной физической нагрузки, снабжения организма энергией происходит за счет использования мышечного гликогена, в течение следующих 30 минут, вклад глюкозы в энергообеспечение становиться все меньше и меньше, в конце концов, организм перестраивается на использование в качестве энергии жирных кислот.

Чем интенсивнее и меньше по продолжительности нагрузка, тем больше вклад анаэробного процесса образования АТФ, и наоборот, если нагрузка продолжительная, средней интенсивности, тем больше преобладают процессы аэробного синтеза АТФ.

Аэробное окисление углеводов и жиров

Когда ткани организма в достаточной мере снабжаться кислородом, на помощь в энергообеспечении приходят углеводы и липиды, являясь лучшим поставщиком энергии в аэробных условиях, то есть, кровь переносит к работающим мышцам жирные кислоты, глюкозу, они в свою очередь в митохондриях окисляются с выделением энергии.

На примере, пальмитиновой кислоты (жирная кислота), уравнение будет выглядеть так:

  • Ch4(Ch3)14COOH + 23 O2 +129 АДФ = 6CO2 + 146 h3O + 129 АТФ

На примере глюкозы (углевода):

  • C6h22O6 + O2 = CO2 + h3O + Q

Емкость окислительной системы наибольшая и превосходит во много раз все остальные, например, в 20 раз выше емкости гликолиза, именно поэтому, во время монотонной, продолжительной работы, в течении 1-2 часа, работу выполняет именно окислительная энергосистема.

Для обеспечения энергосистемы окисления, используются углеводы и жиры (липиды), причем, чем интенсивнее человек тренируется, тем больше расходуются углеводы, и меньше жиры.

Марафонское плавание — как лучший способ сжигания жира
МПК (максимальное потребление кислорода)

Условно, для того, охарактеризовать степень интенсивности выполняемой работы, ввели термин, МПК (максимальное потребление кислорода), который уникален у всех. Так, например, при выполнении легкой аэробной работы (легкий бег) используются жиры, в этом случае МПК не превышает 50%, при достижении МПК 70% и выше, начинают расходоваться уже углеводы, то есть при выполнении более тяжелой, интенсивной аэробной работы.

МПК (максимальное потребление кислорода)

Связь МПК и ПАНО

При нарастании мощности, интенсивности аэробной работы, в работу вступает смешанный тип энергообеспечения анаэробно-аэробный, происходит снижение потребности в кислороде и постепенный рост молочной кислоты ПАНО 1, если и дальше продолжить выполнять интенсивную работу, энергообеспечение перейдет уже на анаэробный путь снабжения энергией мышц ПАНО 2, причем чем выше порог ПАНО, который определяется в % от МПК, тем выше аэробные возможности атлета.

Если вы нашли ошибку, пожалуйста, выделите фрагмент текста и нажмите Ctrl+Enter.

Энергетические процессы в мышце — SportWiki энциклопедия

На рисунке изображены преобладающие источники энергии во время выполнения нагрузки Источники энергии для образования АТФ

Естественно, что для совершения мышечного движения требуется энергия. В организме человека существуют разные источники энергии, которые последовательно включаются один за другим. Рассмотрим каждый из них.

АТФ[править | править код]

Универсальным источником энергии в живом организме является молекула АТФ, которая образуется в цитратном цикле Кребса. Под действием фермента АТФазы молекула АТФ гидролизуется, отсоединяя фосфатную группу в виде ортофосфорной кислоты (Н3РО4), и превращается в АДФ, при этом высвобождается энергия.

АТФ + h3O = АДФ+ h4PO4 + энергия

Головка миозинового мостика при контакте с актином обладает АТФазной активностью и соответственно возможностью расщеплять АТФ и получать энергию, необходимую для движения.

Количества АТФ, которое содержится в мышце, достаточно для выполнения движений в течение 2-5 первых секунд.

Креатинфосфат[править | править код]

Запас молекул АТФ в мышце ограничен, поэтому расход энергии при работе мышцы требует постоянного его восполнения, это происходит за счет креатинфосфата. Креатинфосфат обладает способностью отсоединять фосфатную группу и превращаться в креатин, присоединяя фосфатную группу к АДФ, которая превращается в АТФ.

АДФ + креатинфосфат = АТФ + креатин.

Эта реакция получила название – реакции Ломана. Именно поэтому креатин имеет большое значение в бодибилдинге.

Надо заметить, что креатин эффективен только при выполнении анаэробных (силовых) упражнений, так как креатинфосфата достаточно примерно на 2 минуты интенсивной работы, затем подключаются другие источники энергии. Соответственно, в лёгкой атлетике приём креатина как добавки для увеличения атлетических показателей малоэффективен.

Запасы креатинфосфата в волокне не велики, поэтому он используется в качестве источника энергии только на начальном этапе работы мышцы, до момента активизации других более мощных источников – анаэробного и затем аэробного гликолиза. По окончании работы мышцы реакция Ломана идет в обратном направлении, и запасы креатинфосфата в течение нескольких минут восстанавливаются.

Энергетический метаболизм скелетных мышц[править | править код]

Алактатные механизмы[править | править код]

КФ обеспечивает запас энергии фосфата для ресинтеза АТФ из АДФ при наступлении сократительной деятельности (рис. 3):

КФ + АДФ Креатинкиназа К + АТФ (1)

В состоянии покоя мышечные волокна наращивают концентрацию КФ до пяти раз больше, чем АТФ. В начале сокращения, когда концентрация АТФ начинает падать, а АДФ повышаться вследствие ускорения разложения АТФ, массовая активность способствует образованию АТФ из КФ.

Хотя образование АТФ из КФ происходит быстро, требуя одной единственной ферментативной реакции (1), количество АТФ, которое может быть получено в результате этого процесса, ограничено начальной концентрацией КФ. Мышечные волокна также содержат миокиназу, которая катализирует образование одной молекулы АТФ и одной молекулы АМФ из двух молекул АДФ. АТФ и КФ, вместе взятые, могут обеспечить максимальную силу в течение 8—10 с. Таким образом, энергия, полученная от фосфагенной системы, используется для коротких всплесков максимальной мышечной активности, необходимых в легкой и тяжелой атлетике (забег на 100 м, толкание ядра или поднятие тяжестей).

Гликолиз[править | править код]

Хотя метаболизм по гликолитическому пути производит лишь небольшое количество АТФ из каждой усвоенной единицы глюкозы, он может обеспечить быстрый синтез большого количества АТФ при наличии достаточного количества ферментов и субстрата. Этот процесс может также происходить в отсутствие кислорода:

Глюкоза анаэробный быстрый гликолиз 2 АТФ + 2 лактата (2)

Глюкоза для гликолиза поступает либо из крови, либо из запасов гликогена. Когда исходным материалом выступает гликоген, из одной единицы потребленной глюкозы в результате фосфоролитического гликогенолиза образуется три молекулы АТФ. По мере того, как мышечная активность становится интенсивнее, для анаэробного расщепления гликогена мышц требуется все больше и больше АТФ, и, соответственно, увеличивается производство молочной кислоты. Анаэробный гликолиз может обеспечить энергию на 1,3-1,6 мин максимальной мышечной активности.

Образование молочной кислоты понижает уровень pH в мышечных волокнах. Это препятствует действию ферментов и вызывает боль, если удаление молочной кислоты происходит слишком медленно по сравнению с ее образованием.

Окислительное фосфорилирование[править | править код]

Рис. 3. Метаболические пути синтеза АТФ, используемые во время сокращения и расслабления мышц. В то время как анаэробное расщепление КФ и гликолиз происходят в цитозоле, окислительное фосфорилирование имеет место в митохондриях.Источник: Vander et al. (1990)
Основная статья: Окислительное фосфорилирование

При умеренном уровне физической нагрузки, например, при беге на 5000 м или марафоне, большая часть АТФ, используемого для сокращения мышц, образуется путем окислительного фосфорилирования. Окислительное фосфорилирование позволяет высвободить из глюкозы гораздо больше энергии по сравнению с отдельно взятым анаэробным гликолизом:

Глюкоза + O2-> 38 АТФ + СO2+ Н2O. (3)

Жиры катаболизируются только с помощью окислительных механизмов, при этом выделяется много энергии. Аминокислоты тоже могут быть метаболизированы подобным образом. Три метаболических пути образования АТФ для сокращения и расслабления мышц показаны на рис. 3.

В течение первых 5~10 мин умеренной физической нагрузки главным потребляемым «топливом» является собственный гликоген мышц. В течение следующих 30 мин доминирующими становятся переносимые кровью вещества; глюкоза крови и жирные кислоты вносят примерно одинаковый вклад в потребление мышцами кислорода. По истечении этого периода все более важную роль приобретают жирные кислоты. Важно подчеркнуть взаимодействие между анаэробными и аэробными механизмами в образовании АТФ во время физической нагрузки. Вклад анаэробного образования АТФ больше при краткосрочной нагрузке высокой интенсивности, в то время как при более продолжительных нагрузках низкой интенсивности преобладает аэробный метаболизм.

Восстановление и кислородная задолженность[править | править код]

После того как физическая нагрузка закончилась, поглощение кислорода все еще остается выше нормы (табл.). С недавнего времени для обозначения кислородной задолженности используется также термин «избыточное потребление кислорода после физической нагрузки». Сначала его уровень очень высок, пока тело восстанавливает запасы КФ и АТФ, возвращая тканям запасенный кислород, а затем в течение еще одного часа потребление идет на более низком уровне, пока удаляется молочная кислота. Поэтому ранние и последние фазы кислородной задолженности называют соответственно алактатной и лактатной кислородной задолженностью. Повышение температуры тела также говорит о более высокой скорости метаболизма и росте потребления кислорода.

Чем продолжительнее и интенсивнее физическая нагрузка, тем больше времени занимает восстановление. Например, на восстановление после полного истощения гликогена мышц зачастую требуется несколько дней, а не секунд, минут или часов, необходимых для восстановления запасов КФ и АТФ и удаления молочной кислоты. Физическая нагрузка большой интенсивности, вероятно, приводит к микротравмам мышечных волокон, и их восстановление занимает некоторое время.

Компоненты кислородной задолженности. После длительной, тяжелой физической нагрузки дыхание остается выше нормы для удовлетворения повышенной потребности в кислороде

Компонент

Пояснение

1

Восстановление запасов кислорода в тканях(около 1 л)

2

Восстановление уровней креатинфосфата и других богатых энергией фосфатов (около 1-1,5 л)

3

Удаление молочной кислоты путем глюконеогенеза и другими путями (до 12 л)

4

Стимуляция метаболизма вследствие повышения уровня адреналина (около 1 л)

5

Дополнительное потребление кислорода в дыхательных мышцах и сердце (около 0,5 л)

6

Общее усиление метаболизма вследствие более высокой температуры тела*

Q10 - повышение температуры на 10 °С может удвоить скорость метаболизма, если клетки могут справляться с такими изменениями температуры

Откуда берется энергия для работы мышц?

Подробная статья об основных источниках энергообразования в организме

Работа мышцы связана со значительной затратой энергии. Из-за разной активности ее расход сильно отличается у разных людей. Суточные затраты энергии человека, который интенсивно тренируется больше чем в 2 раза превышают затраты человека, который не занимается спортом.

При физической нагрузке энергозатраты существенно возрастают за счет работы мышц. Они расходуют приблизительно 90 процентов всей энергии, тогда как в состоянии покоя их потребности составляют не больше 40 процентов. В некоторых органах человеческого организма при мышечной активности расход энергии может как увеличиваться, так и сокращаться.

Главным источником энергии при мышечной работе является АТФ. При реакции, которая носит название ферментативный гидролиз, происходит освобождении энергии АТФ.

АТФ + h3O = АДФ + h4PO4 + энергия.

Количество процессов, которые потребляют энергию АТФ, достаточно высоко, хотя содержание самой АТФ в мышцах невелико, приблизительно 0,4-0,5 процента от массы мышцы. Этих запасов хватает на 1-2 секунды работы мышцы с околомаксимальной интенсивностью.

Стабильная работа мышцы возможна лишь при концентрации АТФ в диапазоне 0,25 – 0,5 процента от ее массы.

Для поддержания высокого уровня концентрации АТФ при мышечной работе существует несколько способов ее восполнения, которые называют ресинтезом АТФ . Этот процесс выражается формулой:

АДФ +h4PO4 + энергия = АТФ + h3O

Ресинтез АТФ может быть двух видов. Первый - это аэробный, для осуществления которого нужен кислород, второй - анаэробный, который не требует его участия.

Аэробное окисление является основным процессом, с помощью которого осуществляется ресинтез АТФ при повседневной деятельности. Количество энергии, поставляемое аэробным окислением, во много раз превышает аналогичные показатели анаэробных. Основной «пищей» для этого процесса служат углеводы и жиры. В конце аэробного превращения образуются продукты распада h3O и СО2 которые легко выводятся из организма.

К недостаткам аэробного окисления по сравнению с анаэробными процессами можно отнести низкую скорость развертывания и ограниченную максимальную мощность.

У нетренированных людей аэробный ресинтез АТФ достигает своей максимальной интенсивности после 3-4 минут напряженной мышечной работы, у спортсменов это время значительно сокращается.

Анаэробные процессы ресинтеза АТФ имеют гораздо более высокую скорость развертывания и максимальную мощность.

Можно выделить три основных механизма ресинтеза АТФ:

  • креатинфосфокиназная реакция, которую также называют креатинфосфатной;
  • гликолиз;
  • миокиназная реакция.

Креатинфосфатная реакция является самым быстро развертывающимся и обладающим самой большой мощностью механизмом ресинтеза АТФ, он достигает максимальной мощности уже через 1-3 секунды с начала интенсивной работы и предотвращает резкое снижение концентрации АТФ.

Так, креатинфосфатная реакция выполняет важную роль для обеспечения энергией кратковременных упражнений максимальной мощности (спринтерский бег, различные прыжки).

При исчерпании запасов креатинфосфата его основное количество восстанавливается в течение 3-8 минут, а полное восстановление – через 20-40 минут после завершения нагрузок.

К еще одному важному механизму ресинтеза АТФ относят также гликолиз. Он является начальным этапом расщепления углеводов (гликогена и глюкозы), который завершается образованием пировиноградной или молочной кислоты.

Гликолиз уступает креатинфосфатной реакции и по скорости развертывания, которая зависит от интенсивности выполняемого упражнения и тренированности человека, и по максимальной мощности. У тренированных людей гликолиз достигает максимальной мощности в течение 20-40 секунд после начала интенсивного упражнения. При регулярных тренировках можно увеличить скорость развертывания и мощность гликолиза.

Гликолиз характеризуется менее высокой энергетической эффективностью в связи с тем, что большое количество энергии, которая находится в углеводах, не освобождается, а сохраняется в молочной кислоте. Интенсивная работа приводит к быстрому истощению запасов гликогена в мышцах.

Гликолиз является основным механизмом энергообеспечения при выполнении упражнений с максимальной интенсивностью продолжительностью 30 – 180 секунд, например, при вольной борьбе или в гимнастике.

К анаэробным механизмам ресинтеза АТФ также относят миокиназную реакцию, которую еще называют «механизмом последней помощи». Она запускается тогда, когда все остальные процессы ресинтеза АТФ практически полностью себя исчерпают. Это случается при окончании очень интенсивной мышечной работы.

Вывод. Анаэробные процессы энергообразования являются основными во время выполнения непродолжительной интенсивной нагрузки, а работа с умеренной мощностью характеризуется практически полным аэробным энергообеспечением и возможностью длительного выполнения.

Автор: Вячеслав Казанцев

Энергетические процессы в мышечной клетке. Энергия сокращения мышц.

Энергетика мышц. АТФ - аденезинтрифосфат

Думаю, то, как осуществляется Сокращение мышц, вы для себя уяснили из предыдущей статьи, т.к. это очень важно. Теперь поговорим о том, как поддерживается движение миозинового мостика, откуда берется энергия для сократительных процессов в мышце.

Для всего нашего организма АТФ служит одним из основных источников энергии и мышечное волокно – не исключение. Напомню: аденезинтрифосфат (АТФ) – внутриклеточный источник энергии, поддерживающий все процессы, происходящие в клетке.

Энергетика мышц. Строение молекулы АТФ

Как раз распад молекулы АТФ и протекает с выделением энергии, также в ходе распада выделяется ортофосфорная кислота, а АТФ превращается в аденезиндифосфат (АДФ).

При взаимодействии с нитью актина, головки миозиновых мостиков расщепляют молекулу АТФ, получая тем самым энергию для сокращения.

Однако следует понимать, что содержание «запасных» молекул АТФ в нашем организме невелико, поэтому для длительной работы мышц и, тем более, для интенсивных тренировок, нашему организму необходима энергетическая подпитка.

Восполнение энергетических ресурсов в мышце осуществляется тремя основными путями:

  1. Расщепление креатинфосфата. В ходе такой реакции, молекула креатинфосфата отдает свою фосфатную группу молекуле аденезиндифосфата (АДФ), в следствие чего АДФ снова превращается в АТФ, а креатинфосфат – в креатин.
    Однако такая энергетическая подпитка длится весьма ограниченное время, поддерживая энергетический баланс мышц лишь в самом начале их работы. Связано это с малым запасом креатинфосфата в мышечных клетках. Далее в работу включаются гликолиз и окисление в митохондриях.
  2. Гликолиз. В ходе данного химического процесса в мышце образуется две молекулы молочной кислоты – в результате распада молекулы глюкозы. Распад глюкозы происходит в саркоплазме при участии десяти специальных ферментов.
    Распад одной молекулы глюкозы способен пополнить энергетические запасы двух молекул АТФ. Гликолиз весьма быстро восполняет мышечные запасы АТФ, т.к. происходит без участия кислорода (анаэробный процесс).
    В мышечной ткани основной субстрат гликолиза – гликоген. Гликоген – сложный углевод, состоящий из разветвленных цепей глюкозных единиц. Основная масса углеводов в нашем организме накапливается в виде гликогена, сосредоточенного в скелетной мускулатуре и печени. Запасы гликогена во многом определяют объемы нашей мускулатуры и энергетический потенциал мышц.
  3. Окисление органических веществ. Данный процесс происходит в митохондриях при участии кислорода (аэробный процесс), также для его протекания необходимо присутствие специальных ферментов. Доставка кислорода занимает определенное время, поэтому данный процесс запускается после расщепления креатинфосфата и гликолиза.
    Окисление органических веществ осуществляется поэтапно: запускается процесс гликолиза, но еще несформировавшиеся молекулы молочной кислоты (молекулы пирувата) направляются в митохондрии для дальнейших окислительных процессов, в результате которых образуется энергия с выделением воды (Н2О) и углекислого газа (СО2). При помощи образовавшейся энергии формируется 38 молекул АТФ.
    Если в результате анаэробного распада глюкозы (гликолиза) восстанавливается 2 молекулы АТФ, то аэробный процесс (окисление в митохондриях) способен восстановить в 19 раз больше молекул АТФ.

Вывод: молекула АТФ – основной и универсальный энергетический источник для мышечной активности, но запасы АТФ в мышечном волокне малы, поэтому постоянно пополняются расщеплением креатинфосфата, гликолизом и окислением органических веществ в митохондриях.

Причем гликолиз и окисление – основные пути восстановления АТФ, и каждому из этих способов соответствует свой тип мышечного волокна. Об этом мы поговорим в статье Красные и белые мышечные волокна.

© Твой Тренинг

Все права защищены

Материалы данной статьи охраняются законом о защите авторских прав. Копирование без указания ссылки на первоисточник и уведомления автора ЗАПРЕЩЕНО!

Источники энергии мышечной деятельности. «БИОЛОГИЧЕСКАЯ ХИМИЯ», Березов Т.Т., Коровкин Б.Ф.

Принято считать, что процессом, непосредственно связанным с работающим механизмом поперечно-полосатого мышечного волокна, является распад АТФ с образованием АДФ и неорганического фосфата. Возникает вопрос: каким образом мышечная клетка может обеспечить свой сократительный аппарат достаточным количеством энергии в форме АТФ, т.е. каким образом в процессе мышечной деятельности происходит непрерывный ресинтез этого соединения?

Прежде всего ресинтез АТФ обеспечивается трансфосфорилированием АДФ с креатинфосфатом. Данная реакция катализируется ферментом креатинкиназой:

Креатинкиназный путь ресинтеза АТФ является чрезвычайно быстрым и максимально эффективным (за счет каждой молекулы креатинфосфата образуется молекула АТФ). Именно поэтому долгое время не удавалось установить уменьшение концентрации АТФ и соответственно повышение концентрации АДФ даже при достаточно продолжительном тетанусе. Применив специфический ингибитор креатинкиназы (1-фтор-2,4-динитро-фенол), а также с помощью агентов, препятствующих окислительному фосфорилированию АДФ в АТФ, Т. Кейн и соавт. (1962) смогли продемонстрировать прямой распад АТФ с одновременным приростом неорганического фосфата и АДФ при одиночном сокращении изолированной мышцы лягушки. Некоторое количество АТФ может ресинтезироваться в ходе аденилаткиназной (миокиназной) реакции:

Запасы креатинфосфата в мышце невелики, а доступность энергии креатинфосфата имеет ценность для работающей мышцы только в том случае, если расход его постоянно возмещается синтезом АТФ в процессе метаболизма. Для любой ткани, в том числе мышечной, известны два фундаментальных биохимических процесса, в ходе которых регенерируются богатые энергией фосфорные соединения. Один из этих процессов – гликолиз, другой – окислительное фосфорилирование. Наиболее важным и эффективным из них является последний. При достаточном снабжении кислородом мышца, несмотря на анаэробный механизм сокращения, в конечном итоге работает за счет энергии, образующейся при окислении (в цикле Кребса) как продуктов распада углеводов, так и ряда других субстратов тканевого дыхания, в частности жирных кислот, а также ацетата и ацетоацетата.

Рис. 20.7. Перенос энергии из митохондрий в цитоплазму клетки миокарда (схема по В.А. Саксу и др.). Объяснение в тексте.

а - наружная мембрана; б - внутренняя мембрана; Кр - креатин; Крф - креатинфосфат; КК -креатинкиназа; Т - транслоказа.

В последнее время появились данные, доказывающие, что креатинфос-фат в мышечной ткани (в частности, в сердечной мышце) способен выполнять не только роль как бы депо легкомобилизуемых макроэргических фосфатных групп, но также роль транспортной формы макроэргических фосфатных связей, образующихся в процессе тканевого дыхания и связанного с ним окислительного фосфорилирования. Предложена схема переноса энергии из митохондрий в цитоплазму клетки миокарда (рис. 20.7). АТФ, синтезированный в матриксе митохондрий, переносится через внутреннюю мембрану с участием специфической АТФ–АДФ-транслоказы на активный центр митохондриального изофермента креатинкиназы, который расположен на внешней стороне внутренней мембраны; в межмембранном пространстве (в присутствии ионов Mg2+) при наличии в среде креатина образуется равновесный тройной фермент-субстратный комплекс креатин–креатинкиназа–АТФ–Mg2+, который затем распадается с образованием креатинфосфата и АДФ–Mg2+. Креатинфосфат диффундирует в цитоплазму, где используется в миофибриллярной креатинкиназной реакции для рефосфорилирования АДФ, образовавшегося при сокращении. Высказываются предположения, что не только в сердечной мышце, но и в скелетной мускулатуре имеется подобный путь транспорта энергии из митохондрий в миофибриллы.

При работе умеренной интенсивности мышца может покрывать свои энергетические затраты за счет аэробного метаболизма. Однако при больших нагрузках, когда возможность снабжения кислородом отстает от потребности в нем, мышца вынуждена использовать гликолитический путь снабжения энергией. При интенсивной мышечной работе скорость расщепления гликогена или глюкозы с образованием молочной кислоты увеличивается в сотни раз. Соответственно содержание молочной кислоты в мышечной ткани может повышаться до 1,0–1,2 г/кг и более. С током крови значительное количество молочной кислоты поступает в печень, где ресинтезируется в глюкозу и гликоген (глюконеогенез) за счет энергии окислительных процессов (см. главу 16). Перечисленные механизмы ресин-теза АТФ при мышечной деятельности включаются в строго определенной последовательности. Наиболее экстренным является креатинкиназный механизм, и лишь примерно через 20 с максимально интенсивной работы начинается усиление гликолиза, интенсивность которого достигает максимума через 40–80 с. При более длительной, а следовательно, и менее интенсивной работе все большее значение приобретает аэробный путь ресинтеза АТФ.

Содержание АТФ и креатинфосфата в сердечной мышце ниже, чем в скелетной мускулатуре, а расход АТФ велик. В связи с этим ресинтез АТФ в миокарде должен происходить намного интенсивнее, чем в скелетной мускулатуре. Для сердечной мышцы теплокровных животных и человека основным путем образования богатых энергией фосфорных соединений является путь окислительного фосфорилирования, связанный с поглощением кислорода. Регенерация АТФ в процессе анаэробного расщепления углеводов (гликолиз) в сердце человека практического значения не имеет. Именно поэтому сердечная мышца очень чувствительна к недостатку кислорода. Характерной особенностью обмена веществ в сердечной мышце по сравнению со скелетной является также то, что аэробное окисление веществ неуглеводной природы при работе сердечной мышцы имеет большее значение, чем при сокращении скелетной мышцы. Только 30–35% кислорода, поглощаемого сердцем в норме, расходуется на окисление углеводов и продуктов их превращения. Главным субстратом дыхания в сердечной мышце являются жирные кислоты. Окисление неуглеводных веществ обеспечивает около 65–70% потребности миокарда в энергии. Из свободных жирных кислот в сердечной мышце особенно легко подвергается окислению олеиновая кислота.

Предыдущая страница | Следующая страница

СОДЕРЖАНИЕ

Энергетический обмен или откуда берется энергия для организма?

За счет чего человек двигается? Что такое энергетический обмен? Откуда берется энергия для организма? На сколько ее хватит? При какой физической нагрузке, какая энергия расходуется? Вопросов как видите много. Но больше всего их появляется, когда начинаешь эту тему изучать. Попробую облегчить  самым любопытным жизнь и сэкономить время.  Поехали…

Энергетический обмен – совокупность реакций расщепления органических веществ, сопровождающихся выделением энергии.

Для обеспечения движения (актиновых и миозиновых нитей в мышце) мышце требуется АденозинТриФосфат (АТФ). При разрыве химических связей между фосфатами выделяется энергия, которая используется клеткой. При этом АТФ переходит в состояние с меньшей энергией в АденозинДиФосфат (АДФ) и неорганического Фосфора (Ф)

АТФ + h3O     ⇒    АДФ + Ф + Энергия

Если мышца производит работу, то АТФ постоянно расщепляется на АДФ и неорганический фосфор выделяя при этом Энергию (порядка 40-60 кДж/моль). Для продолжительной работы необходимо восстановление АТФ с такой скоростью, с какой это вещество используется клеткой.

Источники энергии, используемые при кратковременной, непродолжительной и продолжительной работе различные. Образование энергии может осуществляться как анаэробным (безкислородным), так и аэробным (окислительным) способом. Какие качества развивает спортсмен тренируясь в аэробной или анаэробной зоне я писал в статье «Пульс для бега и пульс при физической нагрузке (Пульсовые зоны)«.

Выделяют три энергетические системы, обеспечивающие физическую работу человека:

  1. Алактатная или фосфагенная (анаэробная). Связана с процессами ресинтеза АТФ преимущественно за счет высокоэнергетического фосфатного соединения – КреатинФосфата (КрФ).
  2. Гликолитическая (анаэробная). Обеспечивает ресинтез АТФ и КрФ за счет реакций анаэробного расщепления гликогена и/или глюкозы до молочной кислоты (лактата).
  3. Аэробная (окислительная). Возможность выполнения работы за счет окисления углеводов, жиров, белков при одновременном увеличении доставки и утилизации кислорода в работающих мышцах.

Энергообеспечение организма человека.

Источники энергии при кратковременной работе.

Быстродоступную энергию мышце дает молекула АТФ (АденозинТриФосфат). Этой энергии хватает на 1-3 секунды. Этот источник используется для мгновенной работы, максимальном усилии.

АТФ + h3O     ⇒     АДФ + Ф + Энергия

В организме АТФ является одним из самых часто обновляемых веществ; так, у человека продолжительность жизни одной молекулы АТФ менее 1 мин. В течение суток одна молекула АТФ проходит в среднем 2000—3000 циклов ресинтеза (человеческий организм синтезирует около 40 кг АТФ в день, но содержит в каждый конкретный момент примерно 250 г), то есть запаса АТФ в организме практически не создаётся, и для нормальной жизнедеятельности необходимо постоянно синтезировать новые молекулы АТФ.

Пополняется АТФ за счет КрФ (КреатинФосфат), это вторая молекула фосфата, обладающего высокой энергией в мышце. КрФ отдает молекулу Фосфата молекуле АДФ для образования АТФ, обеспечивая тем самым возможность работы мышцы в течение определенного времени.

Выглядит это так:

АДФ+ КрФ   ⇒   АТФ + Кр

Запаса КрФ хватает до 9 сек. работы. При этом пик мощности приходится на 5-6 сек.  Профессиональные спринтеры этот бак (запас КрФ) стараются еще больше увеличить  путем тренировок  до 15 секунд.

Как в первом случае, так и во втором процесс образования АТФ происходит в анаэробном режиме, без участия кислорода. Ресинтез АТФ за счет КрФ осуществляется почти мгновенно. Эта система обладает наибольшей мощностью по сравнению с гликолитической и аэробной и обеспечивает работу «взрывного» характера с максимальными по силе и скорости сокращениями мышц. Так выглядит энергетический обмен при кратковременной работе, другими словами, так работает алактатная система энергообеспечения организма.

Источники энергии при непродолжительной работе.

Откуда берется энергия для организма при непродолжительной работе? В этом случае источником является животный углевод, который содержится в мышцах и печени человека — гликоген. Процесс, при котором гликоген способствует ресинтезу АТФ и выделению энергии называется Анаэробным гликолизом (Гликолитическая система энергообеспечения).

Гликолиз – это процесс окисления глюкозы, при котором из одной молекулы глюкозы образуются две молекулы пировиноградной кислоты (Пируват). Дальнейший метаболизм пировиноградной кислоты возможен двумя путями — аэробным и анаэробным.

При аэробной работе пировиноградная кислота (Пируват) участвует в обмене веществ и многих биохимических реакциях в организме. Она превращается в Ацетил-кофермент А, который участвует в Цикле Кребса  обеспечивая дыхание в клетке. У эукариот (клетки живых организмов, которые содержат ядро, то есть в клетках человека и животных) Цикл Кребса протекает внутри митохондрии (МХ, это энергетическая станция клетки).

Цикл Кребса (цикл трикарбоновых кислот) – ключевой этап дыхания всех клеток использующих кислород, это центр пересечения многих метаболических путей в организме. Кроме энергетической роли, Циклу Кребса отводится существенная пластическая функция. Участвуя в биохимических процессах он помогает синтезировать такие важные клетки-соединения, как аминокислоты, углеводы, жирные кислоты и др.

Если кислорода недостаточно, то есть работа проводится в анаэробном режиме, тогда пировиноградная кислота в организме подвергается анаэробному расщеплению с образованием молочной кислоты (лактата)

Гликолитическая анаэробная система характеризуется большой мощностью. Начинается этот процесс практически с самого начала работы и выходит на мощность  через 15-20 сек. работы предельной интенсивности, и эта мощность не может поддерживаться более 3 – 6 минут. У новичков, только начинающих заниматься спортом, мощности едва ли хватает на 1 минуту. 

Энергетическими субстратами для обеспечения мышц энергией служат углеводы – гликоген и глюкоза. Всего же запаса гликогена в организме человека на 1-1,5 часа работы.

Как было сказано выше, в результате большой мощности и продолжительности гликолитической анаэробной работы в мышцах образуется значительное количество лактата (молочной кислоты).

 Гликоген    ⇒     АТФ + Молочная кислота  

Лактат из мышц проникает в кровь и связывается с буферными системами крови для сохранения внутренней среды организма. Если уровень лактата в крови повышается, то буферные системы в какой-то момент могут не справиться, что вызовет сдвиг кислотно-щелочного равновесия в кислую сторону.  При закислении кровь становится густой и клетки организма не могут получать необходимого кислорода и питания. В итоге, это вызывает угнетение ключевых ферментов анаэробного гликолиза, вплоть до полного торможения их активности. Снижается скорость самого гликолиза, алактатного анаэробного процесса, мощность работы.

Продолжительность работы в анаэробном режиме зависит от уровня концентрации лактата в крови и степенью устойчивости мышц и крови к кислотным сдвигам.

Буферная емкость крови – способность крови нейтрализовать лактат. Чем тренированнее человек, тем больше у него буферная емкость.

Источники энергии при продолжительной работе.

Источниками энергии для организма человека при продолжительной аэробной работе, необходимые для образования АТФ служат гликоген мышц, глюкоза в крови, жирные кислоты, внутримышечный жир. Этот процесс запускается при длительной аэробной работе. Например, жиросжигание (окисление жиров) у начинающих бегунов начинается после 40 минут бега во 2-й пульсовой зоне (ПЗ). У спортсменов процесс окисления запускается уже на 15-20 минуте бега. Жира в организме человека достаточно для 10-12 часов непрерывной аэробной работы.

При воздействии кислорода молекулы гликогена, глюкозы, жира расщепляются синтезируя АТФ с выделением углекислого газа и воды. Большинство реакций происходит в митохондриях клетки.

Гликоген + Кислород   ⇒     АТФ + Углекислый газ + Вода

Образование АТФ с помощью данного механизма происходит медленнее, чем с помощью источников энергии, используемых при кратковременной  и непродолжительной работе. Необходимо от 2 до 4 минут, прежде чем потребность клетки в АТФ будет полностью удовлетворена с помощью рассмотренного аэробного процесса. Такая задержка вызвана тем, что требуется время, пока сердце начнет увеличивать подачу крови обогащенной кислородом мышцам, со скоростью необходимой для удовлетворения потребностей мышц в АТФ.

Жир + Кислород  ⇒    АТФ + Углекислый газ + Вода

Фабрика по окислению жира в организме является самой энергоемкой. Так как при окислении углеводов, из 1 молекулы глюкозы производится 38 молекул АТФ. А при окислении 1 молекулы жира – 130 молекул АТФ.  Но происходит это гораздо медленнее. К тому же для производства АТФ за счет окисления жира требуется больше кислорода, чем при окислении углеводов. Еще одна особенность окислительной, аэробной фабрики – она набирает обороты постепенно, по мере увеличения доставки кислорода и увеличения концентрации в крови выделившихся из жировой ткани жирных кислот.  

Больше полезной информации и статей вы можете найти ЗДЕСЬ.

Если представить все энергообразующие системы (энергетический обмен) в организме в виде топливных баков, то выглядеть они будут так:

  1. Самый маленький бак – КреатинФосфат (это как 98 бензин). Он находится как бы ближе к мышце и запускается в работу быстро. Этого «бензина» хватает на 9 сек. работы.
  2. Средний бак – Гликоген (92 бензин). Этот бак находится чуть дальше в организме и топливо из него поступает с 15-30 секунды физической работы. Этого топлива хватает на 1-1,5 часа работы.
  3. Большой бак – Жир (дизельное топливо). Этот бак находится далеко и прежде, чем топливо начнет поступать из него пройдет 3-6 минут.  Запаса жира в организме человека на 10-12 часов интенсивной, аэробной работы.

Все это я придумал не сам, а брал выжимки из книг, литературы, интернет-ресурсов и постарался лаконично донести до вас. Если остались вопросы — пишите.

Похожее

Энергия для упражнений - Science Learning Hub

Почему мышцы похожи на мотоцикл?

Хотя мышцы и двигатели работают по-разному, они оба преобразуют химическую энергию в энергию движения.

  • Двигатель мотоцикла использует накопленную энергию бензина и преобразует ее в тепло и энергию движения (кинетическую энергию).
  • Мышцы используют накопленную химическую энергию пищи, которую мы едим, и преобразуют ее в тепло и энергию движения (кинетическую энергию).

Откуда берется энергия для сокращения мышц?

Источником энергии, который используется для приведения в движение сокращения работающих мышц, является аденозинтрифосфат (АТФ) - биохимический способ сохранения и транспортировки энергии в организме.Однако АТФ не сохраняется в клетках в значительной степени. Таким образом, как только начинается сокращение мышц, производство большего количества АТФ должно начаться быстро.

Поскольку АТФ так важен, мышечные клетки могут вырабатывать его разными способами. Эти системы работают вместе поэтапно. Три биохимические системы для производства АТФ в порядке:

  • с использованием креатинфосфата
  • с использованием гликогена
  • аэробного дыхания.

Использование креатинфосфата

Во всех мышечных клетках есть небольшое количество АТФ, которое они могут использовать немедленно - но его хватает примерно на 3 секунды! Таким образом, все мышечные клетки содержат высокоэнергетическое соединение, называемое креатинфосфатом, которое расщепляется, чтобы быстро произвести больше АТФ. Креатинфосфат может обеспечивать энергетические потребности работающих мышц с очень высокой скоростью, но только в течение 8–10 секунд.

Использование гликогена (а не кислорода)

К счастью, мышцы также имеют большие запасы углевода, называемого гликогеном, который можно использовать для производства АТФ из глюкозы. Но для этого требуется около 12 химических реакций, поэтому энергия выделяется медленнее, чем от креатинфосфата. Тем не менее, он по-прежнему довольно быстрый и вырабатывает достаточно энергии, чтобы продержаться около 90 секунд.Кислород не нужен - это замечательно, потому что сердцу и легким требуется некоторое время, чтобы увеличить снабжение мышц кислородом. Побочным продуктом производства АТФ без использования кислорода является молочная кислота. Вы знаете, когда ваши мышцы накапливают молочную кислоту , потому что это вызывает усталость и болезненность - шов.

Использование аэробного дыхания (снова с использованием кислорода)

В течение двух минут после тренировки организм начинает снабжать работающие мышцы кислородом. Когда присутствует кислород, может иметь место аэробное дыхание для расщепления глюкозы на АТФ.Эта глюкоза может поступать из нескольких источников:

  • оставшееся количество глюкозы в мышечных клетках
  • глюкоза из пищи в кишечнике
  • гликоген в печени
  • запасы жира в мышцах
  • в крайних случаях (например, старвати
.

Интенсивность упражнений и источник энергии

Энергия в основном поставляется из двух источников:

  • Углеводы - в форме гликогена, хранящиеся в мышцах
  • Жир - накапливается на теле

Во время упражнений мы используем комбинацию этих источников энергии.В При высокой интенсивности основным источником энергии являются углеводы, а при низкой интенсивности основным источником энергии является жир. Поскольку существует ограничение на количество углеводы, которые могут храниться в мышцах, высокоинтенсивная работа может быть только выдерживается в течение коротких периодов времени. У нас большие запасы жира, поэтому работа малой интенсивности могут храниться в течение длительного времени.

Источник напряжения и энергии

Следующая таблица, адаптированная из O'Neil (2001) [1] , показывает взаимосвязь между интенсивностью упражнений (% от вашего максимума Пульса) и источника энергии (углеводов и жиров).

Интенсивность% HR макс % Углеводы % жира
от 65 до 70 40 60
от 70 до 75 50 50
от 75 до 80 65 35
от 80 до 85 80 20
от 85 до 90 90 10
от 90 до 95 95 5
100 100 0

Коэффициент респираторного обмена (RER)

Углеводы, жиры и белки играют важную роль в получении энергии метаболизма, а для определенного объема кислорода выделяемая энергия будет зависеть на источник энергии.Можно оценить, какое именно топливо (углевод, жир или белок) окисляется путем расчета респираторного Обменный курс (RER). RER - отношение диоксида углерода (CO 2 ) произведено кислород (O 2 ) потребляется и известен как респираторный коэффициент (RQ).

Если углевод полностью окисляется до CO 2 и вода (H 2 O) тогда отношения следующие:

  • 6O 2 + C 6 ЧАС 12 О 6 »6CO 2 + 6H 2 O + 38ATP (аденозин Трифосфат)
  • RER = 6CO 2 ÷ 6O 2 = 1

Если жир полностью окисляется до CO 2 и H 2 О тогда отношения следующие:

  • С 16 ЧАС 32 О 2 + 23O 2 »16CO 2 + 16H 2 O + 129ATP
  • RER = 16CO 2 ÷ 23O 2 = 0.7

RER для белка составляет прибл. 0.8, но поскольку он играет очень маленькую участвует в энергетическом обмене. Значение от 0,7 до 1.0 указывает на смесь жиров и углеводов в качестве источника энергии. Ценность больше 1,0 указывает на анаэробное дыхание из-за большего количества CO 2 производятся чем O 2 потребляется.


Список литературы

  1. O'NEIL, T. et al. (2001) Руководство по академической гребле .ООО «Концепт 2», стр. 27

Ссылки по теме

Следующие ссылки предоставляют дополнительную информацию по этой теме:

  • FOX, E. L. et al. (1969) Источники метаболической энергии при непрерывном и интервальном беге. J Appl Physiol , 27 (2), стр. 174–178
  • WELLS, G.D. et al. (2009) Биоэнергетическое обеспечение энергией мышечной деятельности. Педиатрические респираторные обзоры , 10 (3), p.83-90
  • GOEDECKE, J.H. et al. (2000) Детерминанты вариабельности дыхательного обмена в покое и во время упражнений у тренированных спортсменов. Американский журнал физиологии, эндокринологии и метаболизма , 279 (6), стр. E1325-E1334

Ссылка на страницу

Если вы цитируете информацию с этой страницы в своей работе, то ссылка на эту страницу:

  • MACKENZIE, B. (2001) Интенсивность упражнений и источник энергии [WWW] Доступно по адресу: https: // www.brianmac.co.uk/esource.htm [дата обращения:

связанные страницы

Следующие страницы Sports Coach предоставляют дополнительную информацию по этой теме:

.

Энергетический охват сокращения мышц

Метаболизм

Метаболизм - это сумма событий, которые происходят в организме человека для создания энергии и других веществ, необходимых для его деятельности. В нашем организме происходят катаболические и анаболические процессы.

Катаболизм - это процесс, в ходе которого органическое вещество разрушается и одновременно выделяется энергия. Он характеризуется отсутствием запасов гликогена и мобилизацией несахаридных источников энергии - жиров и белков.Катаболизм происходит во время повышенной двигательной активности и необходим для поддержания жизненных функций.

Анаболизм , с другой стороны, представляет собой энергоемкий процесс, во время которого образуются вещества. Подача субстрата превышает непосредственную потребность. В организме создаются запасы энергии, создаются и обновляются ткани. Анаболические процессы преобладают при снижении физической активности.

Основные питательные вещества (углеводы, липиды, белки) присутствуют в пище, которую мы едим.Они трансформируются и всасываются через пищеварительную систему. Углеводы распадаются на отдельные углеводы (моносахариды), где глюкоза входит в число наиболее важных. Липиды распадаются на свободные жирные кислоты и глицерин. Белки распадаются на аминокислоты. Затем эти простые агенты могут участвовать в более сложных процессах.

Углеводы используются как в анаэробной, так и в аэробной деятельности. АТФ повторно синтезируется из гликогена (мышечный гликоген, гликоген печени), который превращается в глюкозу.Запасы гликогена в организме человека ограничены. Липиды используются при двигательной активности низкой интенсивности, основанной на выносливости. Хотя использование белков в ресинтезе АТФ очень ограничено, свободные жирные кислоты используются в значительной степени. Глюкоза вырабатывается путем глюконеогенеза.

Мышечный обмен

Мышцам нужна энергия для сокращения (рис. 6). Энергия получена из аденозинтрифосфата (АТФ), присутствующего в мышцах. Мышцы, как правило, содержат лишь ограниченное количество АТФ.При истощении АТФ необходимо повторно синтезировать из других источников, а именно из креатинфосфата (CP) и мышечного гликогена . Другие запасы гликогена хранятся в печени, и человеческий организм также способен повторно синтезировать АТФ из липидов, то есть свободных жирных кислот. В зависимости от интенсивности и продолжительности нагрузки на организм используются разные режимы энергетического охвата.

Рисунок 6 Энергия для мышц

Система ATP-CP

Вышеупомянутые АТФ и ЦП являются источниками энергии сокращения мышц (рис.7, 8, 9). Производство энергии, используемой при сокращении мышц, происходит анаэробным путем (без кислорода).

Рисунок 7 Молекула АТФ

Рисунок 8 АТФаза (распад АТФ и выработка энергии для сокращения мышц)

Рисунок 9 Ресинтез АТФ из CP

Анаэробный гликолиз

Это химический процесс, во время которого АТФ обновляется из гликогена, то есть глюкозы, анаэробным способом (без доступа к кислороду).В этих процессах в мышцах образуется лактат, то есть соль молочной кислоты. Эта энергетическая система производит 2 молекулы АТФ. Гликолиз - превращение глюкозы в 2 молекулы пирувата, генерирующие чистый выход из молекул АТФ и 2 молекул НАДН (анаэробный распад глюкозы на пируват и лактат) - см. Рис. 10.

Оксидативная система

Это химический процесс, в ходе которого ресинтез АТФ происходит аэробным путем (с доступом к кислороду).И гликоген, или глюкоза, и свободные жирные кислоты действуют здесь как источники энергии.

Аэробный гликолиз имеет место в цитоплазме клетки, где 34 молекулы АТФ генерируются из гликогена, то есть глюкозы с присутствующим кислородом (рис. 10).

Рисунок 10 Анаэробный и аэробный гликолиз

Свободные жирные кислоты, присутствующие в митохондриях мышечных волокон, преобразованных в ацетил-КоА, используются в ресинтезе АТФ. Ацетил-КоА входит в цикл Кребса и, таким образом, образуются молекулы АТФ.

Индивидуальные энергетические системы включаются в зависимости от интенсивности выполняемой двигательной активности. Если производительность ведется на максимальном уровне, происходит постепенное включение всех систем (рис. 11, 12).

Рисунок 11 Энергетический охват при максимальной нагрузке

Рисунок 12 Энергетический охват при максимальной нагрузке

Типы мышечных волокон

Мышечные волокна человека обладают различными качествами. Хотя в настоящее время известно, что в организме человека присутствует почти 30 типов мышечных волокон, мы обычно работаем только со следующими тремя типами:

Медленное красное мышечное волокно I (SO - медленные окислительные волокна)

Медленное красное мышечное волокно отличается высокой аэробной способностью и устойчивостью к утомлению.Поскольку их анаэробная способность низкая, они не могут демонстрировать большую мышечную силу. Сокращение мышц обычно медленное - 110 мс / сокращение мышцы. Одна двигательная единица содержит около 10-180 мышечных волокон.

Быстрое красное мышечное волокно IIa (FOG - быстрые окислительные гликолитические волокна)

Быстрое красное мышечное волокно имеет некоторые общие качества с медленным волокном или волокном типа IIx. Это волокно отличается средней аэробной способностью и устойчивостью к усталости. Он также показывает высокую анаэробную способность и способен демонстрировать большую мышечную силу.Скорость сокращения составляет 50 мс / сокращение мышцы. Одна двигательная единица содержит около 300-800 волокон.

Fast white fiber IIx (FG - быстрое гликолитическое волокно)

В отличие от ранее упомянутых типов, быстрое белое волокно характеризуется низкой аэробной способностью и склонностью к быстрому утомлению. С другой стороны, он обладает наибольшей анаэробной способностью и способен демонстрировать значительную мышечную силу. Скорость сокращения составляет 50 мс / сокращение мышцы. Одна двигательная единица содержит около 300-800 волокон.

Объем мышечных волокон этого типа передается генетически (до 90%) (Jančík et al., 2007) и варьируется у разных людей. В среднем в популяции соотношение медленных и быстрых волокон составляет 1: 1. На следующем рисунке (рис. 13) показано соотношение медленных и быстрых волокон у спортсменов, занимающихся разными дисциплинами.

Рисунок 13 Отношение быстрых (тип FG и FOG) к медленным (тип SO) волокон у спортсменов разного типа

При сокращении мышц активируются отдельные типы мышечных волокон в соответствии с интенсивностью движения мышц.Во время упражнений низкой интенсивности задействуются в первую очередь медленные волокна. Однако с увеличением интенсивности упражнений активируются быстрые волокна. Здесь важно отметить, что соотношение волокон различается в разных мышцах человеческого тела. Например, постуральные мышцы содержат больше медленных волокон.

.

мышц | Системы, типы, ткани и факты

Мышца , сократительная ткань животных, функция которой заключается в движении.

поперечнополосатая мышца; двуглавая мышца человека Строение поперечно-полосатой мышцы. Полосатая мышечная ткань, такая как ткань двуглавой мышцы человека, состоит из длинных тонких волокон, каждое из которых, по сути, представляет собой пучок более тонких миофибрилл. Внутри каждой миофибриллы находятся филаменты белков миозина и актина; эти нити скользят друг мимо друга, когда мышца сокращается и расширяется.На каждой миофибрилле можно увидеть регулярно встречающиеся темные полосы, называемые Z-линиями, в местах наложения актиновых и миозиновых филаментов. Область между двумя линиями Z называется саркомером; саркомеры можно рассматривать как первичную структурную и функциональную единицу мышечной ткани. Британская энциклопедия, Inc.

Британская викторина

Человеческое тело: факт или вымысел?

У людей и обезьян имеется лишь небольшое количество генов.

Движение, сложное взаимодействие мышечных и нервных волокон, является средством, с помощью которого организм взаимодействует с окружающей средой. Иннервация мышечных клеток или волокон позволяет животному вести нормальную жизнедеятельность. Организм должен двигаться в поисках пищи или, если он ведет малоподвижный образ жизни, должен иметь средства, чтобы приносить пищу самому себе. Животное должно уметь перемещать питательные вещества и жидкости по своему телу, и оно должно быть в состоянии реагировать на внешние или внутренние раздражители.Мышечные клетки подпитывают свои действия, преобразовывая химическую энергию в форме аденозинтрифосфата (АТФ), который образуется в результате метаболизма пищи, в механическую энергию.

Мышца - это сократительная ткань, сгруппированная в скоординированные системы для большей эффективности. У людей мышечные системы классифицируются по внешнему виду и расположению клеток. Три типа мышц: поперечно-полосатые (или скелетные), сердечные и гладкие (или гладкие). Поперечно-полосатая мышца почти полностью прикреплена к скелету и составляет основную часть мышечной ткани тела.Многоядерные волокна находятся под контролем соматической нервной системы и вызывают движение за счет сил, действующих на скелет, подобно рычагам и шкивам. Ритмическое сокращение сердечной мышцы регулируется синоатриальным узлом, кардиостимулятором сердца. Хотя сердечная мышца представляет собой специализированную поперечно-полосатую мышцу, состоящую из удлиненных клеток с множеством центрально расположенных ядер, она не находится под произвольным контролем. Гладкие мышцы выстилают внутренние органы, кровеносные сосуды и дерму, и, как и сердечная мышца, их движения управляются вегетативной нервной системой и, следовательно, не находятся под произвольным контролем.Ядро каждой коротко сужающейся клетки расположено по центру.

Одноклеточные организмы, простые животные и подвижные клетки сложных животных не имеют обширных мышечных систем. Скорее, движение в этих организмах вызывается волосковидными расширениями клеточной мембраны, называемыми ресничками и жгутиками, или цитоплазматическими расширениями, называемыми псевдоподиями.

Получите эксклюзивный доступ к контенту из нашего первого издания 1768 с вашей подпиской. Подпишитесь сегодня

Эта статья представляет собой сравнительное исследование мышечных систем различных животных, включая объяснение процесса сокращения мышц.Что касается мышечной системы человека, связанной с вертикальной позой, см. мышечная система человека.

Общие характеристики мышц и движений

произвольные и непроизвольные мышцы Произвольные мышцы контролируются моторной корой головного мозга, в то время как непроизвольные мышцы контролируются другими областями мозга, такими как гипоталамус. Создано и произведено QA International. © QA International, 2010. Все права защищены. www.qa-international.com Посмотрите все видеоролики к этой статье

Мышцы обеспечивают движения многоклеточных животных и поддерживают осанку.По внешнему виду он напоминает мясо или плоть рыбы. Мышцы - самая многочисленная ткань у многих животных; например, он составляет от 50 до 60 процентов массы тела у многих рыб и от 40 до 50 процентов у антилоп. Некоторые мышцы находятся под сознательным контролем и называются произвольными мышцами. Другие мышцы, называемые непроизвольными мышцами, сознательно не контролируются организмом. Например, у позвоночных мышцы стенок сердца ритмично сокращаются, перекачивая кровь по телу; мышцы стенок кишечника продвигают пищу за счет перистальтики; мышцы стенок мелких кровеносных сосудов сжимаются или расслабляются, контролируя приток крови к разным частям тела.(Эффекты мышечных изменений кровеносных сосудов проявляются в покраснении и побледнении из-за увеличения или уменьшения кровотока, соответственно, к коже.)

Мышцы - не единственное средство передвижения у животных. Многие протисты (одноклеточные организмы) вместо этого перемещаются с помощью ресничек или жгутиков (активно преодолевая процессы на поверхности клетки, которые продвигают организм через воду). Некоторые одноклеточные организмы способны к амебоидному движению, при котором содержимое клетки перетекает из тела клетки в расширения, называемые псевдоподиями.Некоторые простейшие с ресничками передвигаются с помощью стержней, называемых мионемами, которые способны быстро сокращаться.

Немышечные способы передвижения важны и для многоклеточных животных. Многие микроскопические животные плавают за счет биения ресничек. Некоторые мелкие моллюски и плоские черви ползают, используя реснички на нижней стороне тела. Некоторые беспозвоночные, которые питаются путем фильтрации частиц из воды, используют реснички для создания необходимых водных потоков. У высших животных лейкоциты используют амебоидные движения, а реснички клеток, выстилающих дыхательные пути, удаляют инородные частицы с нежных мембран.

Мышцы состоят из длинных тонких клеток (волокон), каждая из которых представляет собой пучок более тонких волокон (рисунок 1). Внутри каждой фибриллы находятся относительно толстые нити белкового миозина и тонкие нити актина и других белков. Когда мышечное волокно удлиняется или укорачивается, волокна остаются практически постоянной по длине, но скользят друг мимо друга, как показано на рисунке 2. Напряжение в активных мышцах создается поперечными мостиками (т. Е. Выступами толстых волокон, которые прикрепляются к тонким и приложить к ним силы).По мере того, как активная мышца удлиняется или укорачивается, а волокна скользят друг мимо друга, поперечные мосты постоянно отсоединяются и снова прикрепляются в новых положениях. Их действие похоже на натягивание веревки из рук в руки. Некоторые мышечные волокна имеют длину несколько сантиметров, но большинство других клеток имеют длину лишь доли миллиметра. Поскольку эти длинные волокна не могут адекватно обслуживаться одним ядром, по их длине расположены многочисленные ядра.

миофиламентов в поперечно-полосатой мышце Рис. 2: Расположение миофиламентов в поперечно-полосатой мышце.На верхней диаграмме мышца растянута, а на нижней - сокращена. Толстые нити имеют длину 1,6 мкм (0,0016 мм) в поперечнополосатых мышцах позвоночных, но до шести мкм в длину у некоторых членистоногих. Encyclopædia Britannica, Inc.

Работа, выполняемая мышцами, требует химической энергии, полученной в результате метаболизма пищи. Когда мышцы укорачиваются при приложении напряжения и выполнении механической работы, часть химической энергии преобразуется в работу, а часть теряется в виде тепла.Когда мышцы удлиняются при напряжении (например, при медленном опускании веса), используемая химическая энергия, наряду с механической энергией, поглощаемой при действии, преобразуется в тепло. Выработка тепла - важная функция мышц у теплокровных животных. Дрожь - это мышечная активность, которая генерирует тепло и согревает тело. Точно так же некоторые насекомые перед полетом некоторое время колеблют свои крылья, нагревая мышцы до температуры, при которой они работают лучше всего.

.