Нормальная физиология ПЗ № 23. Оценка физической работоспособности организма
• • • Кислородный долг - также известный как EPOC (excess postexercise oxygen consumption) — количество кислорода, необходимое для окисления накопившихся в организме при интенсивной мышечной работе недоокисленных продуктов обмена. Кислородный запрос - количество кислорода, необходимое для полного обеспечения выполняемой работы, называют. Так как органы кислородного снабжения не могут быстро удовлетворить кислородный запрос, образуется кислородный долг. Обычно в общем кислородном долге различают две фракции: алактатную и лактатную. Алактатную связывают с ресинтезом АТФ и с восполнением израсходованных кислородных резервов организма. Эта часть кислородного долга оплачивается очень быстро (не более, чем за 1− 1, 5 мин. ). Лактатная фракция отражает окислительное устранение лактатов (молочной кислоты). Ликвидация лактатной фракции кислородного долга происходит более медленными темпами (от нескольких минут до 1, 5 часов). Нивелировать негативное действие лактатной фазы и ускорить выход из нее помогают антиоксиданты - аскорбиновая кислота, токоферол и т. д.
1. Установите соответствие ОСОБЕННОСТЯМИ А Б В ТРУДА физического эмоциональнонапряженного монотонного ЯВЛЯЮТСЯ ПРИЗНАКИ 1 высокие энергозатраты 2 гиподинамия 3 активация процессов мышления и памяти
2. Установите соответствие А ОСОБЕННОСТЯМИ Утомления 1 Б Монотонии 2 3 4 5 ЯВЛЯЮТСЯ ПРИЗНАКИ Переживается как неприятное чувство. Вызывается тяжестью и напряжением физического или умственного труда. Может возникнуть при легком, неутомительном труде. Фазовый процесс. Волновой процесс с повышениями и спадами.
3. Установите соответствие В АКТЕ ПРИНИМАЮТ УЧАСТИЕ МЫШЦЫ А усиленного 1 вдоха Б форсированного 2 выдоха 3 4 5 диафрагмальные, наружные межреберные, лестничная, грудино-ключично-сосцевидные, большая и малая грудные, разгибатели позвоночника. внутренние межреберные, сгибатели позвоночника. наружные межреберные. мышцы живота.
4. Установите соответствие УРОВНИ ЦЕНТРАЛЬНОГО КОНТУРА РЕГУЛЯЦИИ РИТМА СЕРДЦА А Внешний Б Межсистемный В Внутрисистемный ХАРАКТЕРИЗУЮТСЯ 1 Согласованием деятельности сердца с деятельностью других систем организма 2 Управлением деятельностью сердца в связи с изменениями во внешней среде 3 Изменением ритма сердца в связи с изменением ударного объема сердца
5. Установите соответствие ВЫПОЛНЯЮТ ФУНКЦИИ СТАДИИ ФУС ЦЕЛЕНАПРАВЛЕННОГО ПОВЕДЕНИЯ А Б В афферентный 1 синтез принятие решения 2 акцептор результата 3 4 формирования стадии принятия решения. освобождения организма от излишних «степеней свободы» и формирования целей и действия. формирования модели будущего результата действия. сличения реального результата с запрограммированным.
Вариационная пульсометрия - показатели ритма сердца: могут быть разделены на три группы: • • 1. характеризующие уровень функционирования системы; 2. измеряющие степень вариации; 3. производные. 1 группа: математическое ожидание (М), мода (Мо) и амплитуда моды (АМо). М отражает средний уровень ЧСС. При учащении пульса М уменьшается, а при урежении - увеличивается. • Мода - наиболее часто встречающееся значение кардиоинтервала в определенной выборке; ее значение указывает на наиболее вероятный для данного интервала времени уровень функционирования. Малая разница между М и Мо или их полное совпадение свидетельствует о нормальном законе распределения кардиоинтервалов, характерном для здоровых лиц в состоянии физического и психического покоя. • Амплитуда моды число значений кардиоинтервалов, соответствующее моде и выраженное в процентах к общему числу кардиоинтервалов массива.
Вариационная пульсометрия (показатели ритма сердца) • 2 группа: измеряющие степень вариации: • • • среднеквадратичное отклонение (σ), дисперсия (σ₂), вариационный размах (∆х), коэффициенты асимметрии (As) и эксцесса (Ех). Среднеквадратичное отклонение и дисперсия характеризуют рассеивание отдельных значений вокруг среднего значения выборки кардиоинтервалов, т. е. указывают на диапазон наиболее вероятных вариаций. Вариационный размах - разница между максимальным и минимальным значениями кардиоинтервалов выборки. О стационарности ритма сердца судят по значениям коэффициентов асимметрии и эксцесса. Они указывают на степень отклонения полученного распределения от нормального, при этом коэффициент асимметрии характеризует сохранность постоянства в системе, а коэффициент эксцесса является критерием устойчивости ритма и его регуляции. При нормальном типе распределения абсолютные значения коэффициентов асимметрии и эксцесса равны нулю, а при нарушении стационарности процесса в результате перехода системы на новый уровень функционирования они дают количественную оценку влияния возмущающего фактора и могут быть использованы в качестве ранних прогностических тестов при разных патологических процессах.
Вариационная пульсометрия (показатели ритма сердца) • 3 группа: производные: • • могут быть отнесены индекс напряжения (ИН) и коэффициент монотонности или вариативности (Км). Индекс напряжения учитывает отношение между основными показателями ритма сердца и отражает степень централизации процессов регулирования ритма сердца. У хорошо физически тренированных лиц индекс напряжения равен 80 -140 (среднесуточные колебания от 68 до 150) при среднесуточном значении 120. При увеличении симпатического тонуса, как правило, увеличивается АМо и уменьшаются Мо и ∆х, что приводит к увеличению ИН. Усиление парасимпатического тонуса, наоборот, ведет к уменьшению АМо и увеличению Мо и ∆х, а ИН уменьшается. Коэффициент монотонности (АМо/∆х) характеризует соотношение симпатического и парасимпатического отделов ВНС.
СИЛА И ВЫНОСЛИВОСТЬ МЫШЦ • Сила мышцы - это то максимальное напряжение, которое она может развить (максимальное усилие, развиваемое мышцей). • Мышечная выносливость - способность мышцы поддерживать развитие усилий в течении определенного периода времени. • Сила и выносливость взаимосвязаны, увеличение одной, как правило, приводит к определенному увеличению другой. • Должный уровень развития силы и выносливости позволяет человеку более эффективно выполнить повседневную работу.
Развитие силы и выносливости мышц • Для увеличения силы мышца или группа мышц должны производить усилие, превышающее привычный уровень (принцип сверхнагрузки). Программы, направленные на развитие силовых способностей, должны строиться на принципе постепенного увеличения нагрузки на мышцы. • Регулярные выполнения упражнений с большим сопротивлением и небольшим числом повторений, как правило, приводят к гипертрофии или увеличению объема мышц. Это увеличение обычно соответствует увеличению диаметра мышечных волокон. Степень гипертрофии и соответствующий прирост силы весьма индивидуальны, однако существует линейная взаимосвязь между величиной силы и площадью поперечного сечения мышцы. • Регулярное выполнение упражнений с небольшим сопротивлением и большим числом повторений, как правило, ведет к увеличению мышечной выносливости, что связано с увеличением в мышце: • концентрации миоглобина; • число капилляров; • размера и количества митохондрий.
Виды физических нагрузок • подразделяются по величине нагрузки, среди которых различают • большие (предельные), • значительные (околопредельные), • средние и • малые. • Степени интенсивности нагрузок соответствуют разным уровням спортивной квалификации: • спортсмены экстракласса (олимпийские чемпионы и чемпионы мира), • мастера спорта международного класса, • мастера спорта, • разрядники, • далее - лица, занимающиеся и не занимающиеся физической культурой, • лица, прибегающие к ЛФК с целью реабилитации тех или иных функций организма с помощью дозированной двигательной активности.
Виды физической деятельности • Циклические виды спорта (беговые дисциплины легкой атлетики, плавание, лыжные гонки, велосипедный спорт, шорт-трек, скоростной бег на коньках, гребля академическая и на байдарках и каноэ и др. ). Они требуют преимущественного проявления выносливости, поскольку предполагают многократное повторение стереотипных циклов движений. Эти виды деятельности вызывают расходование большого количества энергии. • Скоростно-силовые виды спорта (все легкоатлетические прыжки и спринтерские дистанции, метания, тяжелая атлетика и др. ). Для них характерна взрывная, короткая по времени и очень интенсивная физическая деятельность. • В большинстве случаев скоростные способности зависят от генетических детерминант и мало поддаются как тренировке, так и влиянию лекарственных средств.
Виды физической деятельности • Спортивные единоборства (фехтование, все виды борьбы, бокс, восточные единоборства и др. ). Характерной чертой расходования энергии при единоборствах является непостоянный, циклический уровень физических нагрузок, зависящих от конкретных условий соперничества и достигающих иногда очень высокой интенсивности. • Спортивные игры (хоккей, футбол и др. ). Они характеризуются постоянным чередованием интенсивной мышечной деятельности и отдыха (в моменты, когда спортсмены не задействованы непосредственно в игровых эпизодах). При этом помимо выносливости, большое значение имеют координация движений и психическая устойчивость.
Виды физической деятельности • Сложнокоординационные виды спорта (фигурное катание, катание на коньках, парусный спорт, конный спорт, фристайл, гребной слалом, гимнастика, прыжки в воду, стрельба). • Они основаны на тончайших элементах движения, что требует значительной выдержки и внимания. При этом физические нагрузки варьируют в широких пределах. Например, чтобы сделать сложный прыжок, требуется большая взрывная сила, а при стрельбе необходимо уметь сконцентрировать внимание и уменьшить тремор. • Многоборья и комбинированные виды спорта (современное пятиборье, легкоатлетическое десяти- и семиборье, триатлон, биатлон и др. ). Для данной категории видов спорта характерна комбинированная структура движений, в которых сочетается работа циклического и ациклического характера.
Двигательная деятельность человека является основной формой его поведения во внешней среде. Не только физическая работа, но и разнообразные виды умственного труда в конечном итоге проявляются двигательной активностью. И. М. Сеченов (1863) писал, что «… все бесконечное разнообразие внешних проявлений мозговой деятельности сводится окончательно к одному лишь явлению - мышечному движению» .
Основные принципы организации движений • Деятельность функциональной системы включает следующие процессы: • 1) обработка всех сигналов, поступающих из внешней и внутренней среды организма - афферентный синтез; • 2) принятие решения о цели и задачах действия; • 3) формирование конкретной программы движений (программы действия); • 4) создание представления об ожидаемом результате (акцептор результата действия); • 5) эфферентный синтез; • 6) поведение – результат; • 7) сравнение полученного результата с акцептором результата действия и внесение в программу поправок сенсорных коррекций.
Структура поведенческого акта Этапы поведенческого акта: 1. Афферентный синтез. 2. Принятие решения. 3. Программа действий. 4. Акцептор результата действия. 5. Эфферентный синтез. 6. Поведение → результат. 7. Сравнение результата с акцептором результата действия.
Основные принципы организации движений • • • Афферентный синтез: участвуют внутренние процессы - побуждение к действию (мотивация) и его замысел, извлекаются из памяти моторные следы (навыки) и выученные тактические комбинации. На их основе создается определенный план и конкретная программа движения. Эти процессы отражаются в изменениях электрической активности мозга «волна ожидания» , изменения амплитуды ЭЭГ, усиление взаимосвязанности корковых нейронов, местные потенциалы готовности и др. феномены, связанные с повышением возбудимости корковых нейронов и созданием рабочей системы мозга. Выраженность этих феноменов отражает степень заинтересованности человека в реакции, скорость и силу ответных сокращений мышц. На уровне спинного мозга процессы преднастройки отражаются повышением возбудимости спинальных мотонейронов, в мышцах - повышением чувствительности проприорецепторов скелетных мышц. Сенсорная информация о результате выполнения движения, получаемая по каналам обратной связи, используется нервными центрами для уточнения временных, пространственных и силовых характеристик двигательных актов, внесения поправок в команды - так называемых сенсорных коррекций (Н. А. Бернштейн, 1966; К. Прибрам, 1975).
Рефлекторное кольцевое регулирование и программное управление движениями • В двигательной деятельности человека различают • произвольные движения (ПД) - сознательно управляемые целенаправленные действия; • непроизвольные движения (НД), происходящие без участия сознания и представляющие собой либо безусловные реакции, либо автоматизированные двигательные навыки. • В основе управления ПД человека лежат два различных физиологических механизма: • 1) рефлекторное кольцевое регулирование и • 2) программное управление по механизму центральных команд.
Рефлекторное кольцевое регулирование и программное управление движениями • рефлекторное кольцевое регулирование • Замкнутая система рефлекторного кольцевого регулирования характерна для осуществления различных форм двигательных действий и позных реакций, не требующих быстрого двигательного акта. • Это позволяет нервным центрам получать информацию о состоянии мышц и результатах их действий по различным афферентным путям и вносить поправки в моторные команды по ходу действия.
Программное управление движениями • • • - это механизм регуляции движений, независимый от афферентных проприоцептивных влияний; используется при выполнении кратковременных движений (прыжков, бросков, ударов, метаний), когда организм не успевает использовать информацию от проприорецепторов мышц и других рецепторов. Программа должна быть готова до начала двигательного акта. При этом отсутствует замкнутое кольцо регуляции. Управление производится по так называемой открытой петле, а активность во многих произвольно сокращающихся мышцах возникает раньше, чем регистрируется обратная афферентная импульсация (при выполнении прыжковых движений электрическая активность в мышцах, направленная на амортизацию удара, возникает раньше, чем происходит соприкосновение с опорой, т. е. она носит предупредительный характер). Центральные программы создаются согласно сформированному в мозге (г. о. - в ассоциативной переднелобной области коры) образу двигательного действия и цели движения. В дальнейшем в конкретной разработке моторной программы принимают участие мозжечок и базальные ядра (полосатое тело и бледное ядро). Информация от них поступает через таламус в моторную и премоторную области коры и далее - к исполнительным центрам спинного мозга и скелетным мышцам.
Три основных функциональных блока мозга (Лурия А. Р. , 1973) • блок регуляции тонуса, уровня бодрствования; • блок приема, переработки и хранения информации; • блок программирования, регуляции и контроля двигательной деятельности. • К блоку регуляции тонуса, уровня бодрствования относятся неспецифические отделы нервной системы, в частности РФ ствола мозга, которые модулируют функциональное состояние вышележащих и нижележащих отделов, вызывая состояния сна, бодрствования, повышенной активности, увеличивая или уменьшая мощность двигательных реакций.
Три основных функциональных блока мозга (Лурия А. Р. , 1973) • блок приема, переработки и хранения информации - расположен в задних отделах полушарий и включает в свой состав зрительные (затылочные), слуховые (височные), области общей чувствительности (теменные) области коры и соответствующие подкорковые структуры. • Первичные (проекционные) корковые поля этого блока обеспечивают процессы ощущения, а вторичные поля процессы восприятия, опознания информации. • Высший отдел этого блока - третичные (ассоциативные нижнетеменные) поля, которые осуществляют сложные формы афферентного синтеза, создавая интегральный образ внешнего мира и обобщая сигналы, приходящие от левой и правой половины тела. Они формируют представления о «схеме тела» и «схеме пространства» , обеспечивая пространственную ориентацию движений.
Три основных функциональных блока мозга (Лурия А. Р. , 1973) • блок программирования, регуляции и контроля двигательной деятельности. • Третий функциональный блок расположен в передних отделах больших полушарий. В его состав входят первичные (моторные) и вторичные (премоторные) поля, а высшим отделом являются ассоциативные переднелобные (или префронтальные) области (передние третичные поля). • Этот блок с участием речевых функций выполняет универсальную реакцию общей регуляции поведения, формируя намерения и планы, программы произвольных движений и контроль за их выполнением.
Роль различных отделов ЦНС в регуляции движений • • • Роль спинного мозга Спинной мозг осуществляет ряд элементарных двигательных рефлексов: рефлексы на растяжение (миотатические и сухожильные рефлексы, например, коленный рефлекс), кожные сгибательные рефлексы (например, защитный рефлекс отдергивания конечности при уколах, ожогах), разгибательные рефлексы (рефлекс отталкивания от опоры, лежащий в основе стояния, ходьбы, бега), перекрестные рефлексы и др. Элементарные двигательные рефлексы включаются в более сложные двигательные акты - регуляцию деятельности мышц-антагонистов, ритмических и шагательных рефлексов, лежащих в основе локомоций и других движений. При сгибании в суставе необходимо сокращение мышц-сгибателей, и одновременное расслабление мышц-разгибателей. При этом в мотонейронах мышц-сгибателей возникает процесс возбуждения, а в мотонейронах мышцразгибателей - торможение. При разгибании сустава тормозятся центры сгибателей и возбуждаются центры разгибателей. Такие координационные взаимоотношения между спинальными моторными центрам названы реципрокной иннервацией мышцантагонистов. Однако реципрокные отношения между центрами мышцантагонистов в необходимых ситуациях (например, при фиксации суставов) могут сменяться одновременным их возбуждением.
Роль различных отделов ЦНС в регуляции движений • • ритмические рефлексы - одна из форм древних и относительно простых рефлексов. Они выражены при выполнении циклической работы, включаются в шагательные рефлексы. Основные механизмы шагательных движений заложены в СМ. Специальные нейроны (спинальные локомоторные генераторы) и многочисленные взаимосвязи внутри СМ обеспечивают последовательную активность различных мышц конечностей, согласование ритма и фаз движений, приспособление движений к нагрузке на мышцы. В среднем мозгу расположены нейроны «локомоторной области» , которые включают этот механизм и регулируют мощность работы мышц, обеспечивая примитивную форму локомоций - без ориентации в пространстве. Нейроны коры мозжечка согласуют позные реакции с движениями. Они выполняют также точные расчеты по ходу движений, необходимые для коррекции ошибок и адаптации моторных программ к текущей ситуации. Программирование каждого последующего шага осуществляется ими на основе анализа предыдущего. Кроме того, производится согласование движений рук и ног, и особенно регуляция активности мышц-разгибателей, обеспечивающих опорную фазу движения. Значение мозжечка в четком поддержании темпа ритмических движений объясняют геометрически правильным чередованием рядов эфферентных клеток Пуркинье и подходящих к ним афферентных волокон. К управлению ритмическими движениями непосредственное отношение имеют активирующие и угнетающие отделы РФ, влияющие на силу и темп сокращения мышц, а также подкорковые ядра, которые организуют автоматическое их протекание и содружественные движения конечностей. Включение древних форм ритмических движений (циклоидных) в акт письма позволяет человеку перейти от отдельного начертания букв к обычной письменной скорописи. То же самое происходит при освоении акта ходьбы - с переходом от отдельных шагов к ритмической походке. Плавность ритмических движений, четкое чередование реципрокных сокращений мышц обеспечивают премоторные отделы коры.
Роль различных отделов коры БП • • Функцией корковых областей является определение целесообразности локомоций, их смысла, ориентации в пространстве, перестройка программ движений в различных ситуациях, включение ритмических движений как составного элемента в сложные акты поведения. Об участии различных корковых областей в регуляции циклических движений можно судить по появлению в их электрической активности медленных потенциалов в темпе движения, а при редких движениях - по изменениям огибающей амплитуду ЭЭГ кривой. В организации двигательных актов участвуют практически все отделы коры БП. Моторная область коры (прецентральная извилина) посыпает импульсы к отдельным мышцам, преимущественно к дистальным мышцам конечностей. Объединение отдельных элементов движения в целостный акт ( «кинетическую мелодию» ) осуществляют вторичные поля премоторной области. Они определяют последовательность двигательных актов, формируют ритмические серии движений, регулируют тонус мышц. Постцентральная извилина коры представляет собой общечувствительное поле, которое обеспечивает субъективное ощущение движений. Нижнетеменные области коры (задние третичные поля) формируют представления о взаимном расположении различных частей тела и положении тела в пространстве, обеспечивают точную адресацию моторных команд к отдельным мышцам и пространственную ориентацию движений. Области коры, относящиеся к лимбической системе, ответственны за эмоциональную окраску движений и управление вегетативными их компонентами.
Роль различных отделов коры БП • В высшей регуляции произвольных движений важнейшая роль принадлежит переднелобным областям (передним третичным полям). Здесь помимо обычных вертикальных колонок нейронов существует принципиально новый тип функциональной единицы - в форме замкнутого нейронного кольца. Циркуляция импульсов в этой замкнутой системе обеспечивает кратковременную память. Она сохраняет в коре возбуждение между временем прихода сенсорных сигналов и формированием ответной эфферентной команды. Такой механизм служит основой сенсомоторной интеграции программировании движений, при осуществлении зрительнодвигательных реакций. • Функцией переднелобной (третичной) области коры является сознательная оценка текущей ситуации и предвидение возможного будущего, выработка цели и задачи поведения, программирование произвольных движений, их контроль и коррекция. Соответствие выполняемых действий поставленным задачам придает движениям человека определенную целесообразность и осмысленность. При поражении лобных долей движения человека становятся бессмысленными.
Нисходящие моторные системы • Высшие отделы ГМ осуществляют свои влияния через нисходящие пути, которые группируют обычно в две основные нисходящие системы - пирамидную и экстрапирамидную. • Подразделяют основные нисходящие пути, исходя из расположения нервных окончаний в спинном мозге и функциональных различий, на две системы: • более молодую латеральную (волокна оканчиваются в боковых (латеральных) частях СМ), связанную преимущественно с мускулатурой дистальных звеньев конечностей (сюда относят корково-спинномозговую и красноядерно-спинномозговую системы), • и древнюю медиальную (волокна оканчиваются во внутренних (медиальных) частях белого вещества), связанную главным образом с мускулатурой туловища и проксимальных звеньев конечностей, состоящую из вестибуло-спинномозговой и ретикуло-спинномозговой систем.
Пирамидная система • выполняет три основные функции: • 1 - посылает мотонейронам спинного мозга импульсы команды к движениям (пусковые влияния); • 2 - изменяет проведение нервных импульсов во вставочных спинальных нейронах, облегчая протекание нужных в данный момент спинномозговых рефлексов; • 3 - осуществляет контроль за потоками афферентных сигналов в нервные центры, выключая постороннюю информацию и обеспечивая обратные связи от работающих мышц. • Волокна пирамидной системы вызывают преимущественно возбуждение мотонейронов мышцсгибателей, особенно влияя на отдельные мышцы и даже части мышц верхних конечностей, в частности, на мышцы пальцев рук.
Экстрапирамидная система • оказывает обобщенные воздействия на позно-тонические реакции организма от коры, мозжечка, промежуточного мозга и подкорковых ядер. Влияния этой системы передаются через корково-красноядерно-спинномозговой путь, и через более древнюю медиальную систему (вестибуло-спинномозговую и ретикуло-спинномозговую системы). • Таким образом, среди нисходящих моторных систем, осуществляющих функцию контроля активности мотонейронов СМ, можно выделить часть, которая обусловливает фазную двигательную деятельность - это «быстрая» подсистема пирамидного тракта, и другую часть - остальные нисходящие системы, которые обеспечивают регуляцию тонуса мышц и позных реакций организма. Из этих систем три системы обеспечивают повышение возбудимости мотонейронов мышцсгибателей (корково-спинномозговая, корково-красноядерноспинномозговая и корково-ретикуло-спинномозговая), а одна система (вестибуло-спинномозговая) - тормозит эти мотонейроны.
Схема основных нисходящих путей регуляции двигательной деятельности 1 - быстрая подсистема и 2 - медленная подсистема корковоспиномозгового пути (пирамидного тракта); 3 - корково-красноядерноспиномозговой путь. Латеральная система - I, 2, 3. Медиальная система - 4, 5. М - мотонейрон спинного мозга, получающий фазные (Фазн. ) и тонические (Тонич. ) возбуждающие (+) и тормозящие (-) влияния.
Преобразования в процессе сокращения мышечного волокна: Электрохимическое преобразование: • генерация ПД; • распространение ПД по Т-системе; • электрическая стимуляция зоны контакта Тсистемы и саркоплазматического ретикулума; • активация ферментов; • образование инозитолтрифосфата; • повышение внутриклеточной концентрации ионов Са 2+.
Преобразования в процессе сокращения мышечного волокна: Хемомеханическое преобразование: • взаимодействие ионов Са 2+ с тропонином, освобождение активных центров на актиновых филаментах; • взаимодействие миозиновой головки с актином, вращение головки и развитие эластической тяги; • скольжение нитей актина и миозина относительно друга, уменьшение размера саркомера, развитие напряжения или укорочение мышечного волокна.
Теория "скользящих нитей". А: а - мышца в покое; б - мышца при сокращении; Б - последовательное взаимодействие активных центров миозиновой головки с центрами на актиновой нити.
Строение миофибриллы
МЕХАНИЗМ СОКРАЩЕНИЯ Фаза укорочения
Электрохимическое преобразование • 1 этап мышечного сокращения - генерация ПД. • 2 этап - распространение ПД внутрь мышечного волокна по поперечной системе трубочек (связующее звено между поверхностной мембраной и сократительным аппаратом мышечного волокна). • 3 этап – процессы, приводящие к повышению внутриклеточной [Са 2+]: Т-система тесно контактирует с терминальными цистернами саркоплазматической сети двух соседних саркомеров. • Электрическая стимуляция места контакта приводит к активации ферментов, расположенных в месте контакта, и образованию инозитолтрифосфата, который активирует кальциевые каналы мембран терминальных цистерн, что приводит к выходу из них ионов Са 2+ и повышению внутриклеточной [Са 2+]. • На этапах 1 -3 происходит преобразование электрического сигнала ПД в химический - повышение внутриклеточной концентрации [Са 2+], т. е. электрохимическое преобразование.
Хемомеханическое преобразование • 4 этап – взаимодействие Са 2+ с тропонином С и смещение тропомиозина. • При повышении внутриклеточной [Са 2+] тропомиозин смещается в желобок между нитями актина, при этом на актиновых нитях открываются участки, с которыми могут взаимодействовать поперечные мостики миозина. • Смещение тропомиозина обусловлено изменением конформации молекулы белка тропонина С при связывании Са 2+. • Следовательно, участие Са 2+ в механизме взаимодействия актина и миозина опосредовано через тропонин С и тропомиозин.
Хемомеханическое преобразование • 5 этап - присоединение головки поперечного мостика к актиновому филаменту к первому из нескольких последовательно расположенных стабильных центров. • При этом миозиновая головка поворачивается вокруг своей оси, поскольку имеет несколько активных центров, которые последовательно взаимодействуют с соответствующими центрами на актиновом филаменте. • Вращение головки приводит к увеличению упругой эластической тяги шейки поперечного мостика и увеличению напряжения. • В каждый конкретный момент в процессе развития сокращения одна часть головок поперечных мостиков находится в соединении с актиновым филаментом, другая свободна, т. е. существует последовательность их взаимодействия с актиновым филаментом. Это обеспечивает плавность процесса сокращения.
Хемомеханическое преобразование • 6 этап включает последовательную реакцию соединения и разъединения головок поперечных мостиков с актиновым филаментом, • что приводит к скольжению тонких и толстых нитей относительно друга и • уменьшению размеров саркомера и общей длины мышцы.
Значение АТФ • • • Гидролиз АТФ в АТФазном центре головки миозина сопровождается изменением конформации последней и переводом ее в новое, высоко энергетическое состояние. Повторное присоединение миозиновой головки к новому центру на актиновом филаменте вновь приводит к вращению головки, которое обеспечивается запасенной в ней энергией. В каждом цикле соединения и разъединения головки миозина с актином расщепляется одна молекула АТФ на каждый мостик. Быстрота вращения определяется скоростью расщепления АТФ. Быстрые фазические волокна потребляют значительно больше АТФ в единицу времени и сохраняют меньше химической энергии во время тонической нагрузки, чем медленные волокна. Таким образом, в процессе хемомеханического преобразования АТФ обеспечивает разъединение головки миозина и актинового филамента, и энергетику для дальнейшего взаимодействия головки миозина с другим участком актинового филамента. Эти реакции возможны при концентрации кальция выше 10~6 М.
Теплообразование Энергия АТФ расходуется: 1. на работу калий-натриевого насоса 2. на образование и разрушение акто-миозиновых мостиков 3. на работу кальциевого насоса КПД мышцы по начальному теплообразованию 50 -60 % , по внешней работе - 20 -30 %.
Одиночное сокращение. 1 - фаза напряжения; 2 - фаза расслабления Кривая одиночного сокращения: на ней можно различить фазы 1) сокращения 2) расслабления. Вторая фаза более продолжительная. Время одного сокращения даже одиночного волокна значительно больше времени существования ПД. В одиночном мышечном сокращении выделяют три фазы: • латентный период - время от начала действия раздражителя до начала ответной реакции; • фаза сокращения (фаза укорочения); • фаза расслабления.
Основные этапы мышечного сокращения 1. На сарколемме возникает ПД, по параметрам и механизмам сходный с ПД нервных клеток. 2. ПД проводится по сарколемме, что приводит к деполяризации Т-трубочек. 3. Деполяризация Т-трубочек приводит к открыванию кальциевых каналов саркоплазматического ретикулума. 4. Из саркоплазматического ретикулума выходит Са++. 5. Са++ запускает взаимодействие актина с миозином; мышца сокращается. 6. Са++ закачивается обратно в саркоплазматический ретикулум с помощью Са++-АТФазы (кальциевого насоса). 7. Взаимодействие актина с миозином прекращается; мышца расслабляется.
Особенности сокращения одиночного волокна скелетной мышцы • Сила сокращения пропорциональна концентрации Са++ в цитоплазме (саркоплазме). • Сокращение одиночного мышечного волокна не зависит от силы раздражителя, то есть подчиняется закону «все или ничего» , так как: • - сила сокращения зависит от концентрации Са++ в саркоплазме; • количество кальция, выбрасываемого из саркоплазматического ретикулума в ответ на один ПД, зависит от параметров (длительности и амплитуды) ПД; • - параметры ПД не зависят от силы раздражителя, следовательно, от силы раздражителя не зависит и количество выбрасываемого Са++.
Активный отдых • Какой отдых называется активным? • В 1902 году 73 -летний И. М. Сеченов в опытах на самом себе открыл замечательное явление. Оказалось, что утомленная правая рука лучше отдыхает не при полном покое, а при работе другой руки. Именно этот факт и привел И. М. Сеченова к выводу о том, что ведущая роль в процессе утомления и отдыха принадлежит нервной системе. • В дальнейшем изучение открытого И. М. Сеченовым феномена показало, что он представляет собой явление, общее для всей нервной системы: если один центр работает, другой в это время может лучше отдыхать. • Объясняется это законом взаимной индукции нервных центров: • возбуждение одного центра вызывает в соседних центрах торможение; • торможение, будучи охранительным процессом, быстрее восстанавливает силы утомленных клеток.
Влияние активного отдыха на восстановление работоспособности (И. М. Сеченов) Трофическое влияние симпатической системы на работоспособность (опыт Орбели-Гинецинского)
Механизмы срочной и долговременной адаптации мышечной системы к физической нагрузке
Механизмы мышечного утомления
Особенности трудовой деятельности 1. Стереотипные движения. 2. Вынужденная поза. рабочая 3. Гиподинамия. 4. Напряжение сенсорных систем. 5. Нервное и психоэмоциональное напряжение. 6. Монотонность.
ОЦЕНКА ИНТЕНСИВНОСТИ ТРУДОВОЙ И СПОРТИВНОЙ ДЕЯТЕЛЬНОСТИ • 1. По энерготратам • 2. По изменениям ЧСС и дыхания • 3. По уровню нервного и психоэмоционального напряжения • 4. Комплексная (1+2+3)
Работоспособность – способность выполнять работу максимально долго и эффективно. Она зависит: • от мотивации • от условий среды (температура, • от опыта, влажность, тренированности движение воздуха и др. ) индивидуума • от функционального • особенностей производственной состояния организма среды (шум, вибрация, • от организации и запыленность и др. ) режима работы
Способы увеличения работоспособности: 1) организация рабочего места 2) оптимизация окружающей среды 3) устранение монотонности 4) чередование труда и отдыха 5) активный отдых
Классификация работы 1. физическая 2. умственная 3. умственная + физическая динамическая статическая
Динамика физиологических функции
Врабатывание сек
Рабочая гиперемия мышц
Сердечно-сосудистая система Зависят ли ЧСС и АД от параметров работы?
Влияние статической работы на ЧСС и АД
Механизмы изменения параметров сердечно-сосудистой деятельности во время мышечной работы 1. Рефлекс с проприорецепторов работающих мышц, активация коры больших полушарий, вегетативных центров гипоталамуса. 2. Увеличение венозного возврата к сердцу, симпатический сердечный рефлекс с механорецепторов устьев полых вен. 3. Закон Франка-Старлинга гетерометрический механизм. 4. Эмоциональное напряжение. 5. Условные рефлексы.
Потребление кислорода: Зависит ли от параметров работы?
Механизмы изменения параметров дыхания при физической работе 1. Рефлекс с проприорецепторов работающих мышц, активация коры больших полушарий, вегетативных центров гипоталамуса, дыхательного центра. 2. Рефлексы с центральных и периферических хеморецепторов (p. O 2, p. CO 2, p. H+). 3. Эмоциональное напряжение. 4. Условные рефлексы: предстартовое состояние.
Кровь: 1. Относительный эритроцитоз и лейкоцитоз. 2. Увеличение эритропоэза. 3. Гиперволемия и снижение гематокрита. 4. Кислородная емкость крови увеличивается на 1 -2%. 5. Повышается утилизация кислорода и артериовенозная разница по кислороду. 6. Гипоксемия и гиперкапния. 7. Компенсированный метаболический ацидоз.
Динамика расходования и восстановления энергетических ресурсов
Утомление снижение работоспособности, вызванное работой и исчезающее после отдыха. Классификация: 1. острое и хроническое; 2. общее и локальное.
Теории утомления: 1. «Истощение» уменьшение энергетических ресурсов, АТФ, креатинфосфата, гликогена и др. 2. «Засорение» - накопление в мышцах продуктов метаболизма (молочной кислоты больше в 10 -20 раз!). 3. «Задушение» - гипоксемия и переход к анаэробным процессам. 4. «Теория утомления центров» И. М. Сеченов.
Фазы изменения работоспособности: 1. Врабатывание. 2. Устойчивое состояние. 3. Утомление. 4. «Второе дыхание» .
Каковы признаки утомления мышцы ? 1. снижение амплитуды сокращения 2. увеличение сокращения продолжительности
Теория утомления центров 1. Снижение активности центров. 2. Развитие торможения в ЦНС. 3. Снижение тонуса симпатической НС. 4. Снижение тонуса РФ. 5. Дискоординация в работе центров (двигательных, вегетативных и эндокринной системы). 6. Снижение возможности сознательной мобилизации функций.
Механизмы развития утомления 1. Периферические. 2. Центральные. Локализация утомления синапсе (Н. Е. Введенский). в нервно-мышечном
Механизмы развития утомления 1. Периферические. 2. Центральные. Локализация утомления в нервномышечном синапсе (Н. Е. Введенский).
Тренировка Тренированность состояние высокой работоспособности, достигнутое специальной систематической работой. - Общая тренированность. Специальная тренированность в определенном виде спорта (развитие силы, скорости, выносливости, ловкости и т. д. ). При этом в организме формируются морфологические, физиологические и биохимические изменения в системах: • нервно-мышечной; • системе доставки кислорода (ССС, дыхание, кровь); • системе потребления кислорода мышцами.
Нервно-мышечная система 1. Формирование новых двигательных навыков и динамических стереотипов. 2. Формирование скоростно-силовых качеств (умение активировать все НМ единицы при режиме сокращения – гладкий тетанус). Истинная максимальная сила – Максимальная произвольная сила = - Силовой дефицит 3. Рабочая гипертрофия мышцы: миофибриллярная; саркоплазматическая.
Рабочая гипертрофия мышцы – 1. Миофибриллярная: (при усилиях более произвольной силы). 75% от Увеличение синтеза мышечных белков вследствие повышения: максимальной сократительных - тонуса гипоталамо-гипофизарной системы, - продукции андрогенов и их рецепторов, - продукции соматотропина и соматомединов. 2. Саркоплазматическая: (увеличение объема саркоплазмы, миоглобина, креатинфосфата) гликогена,
Система транспорта кислорода Повышение аэробной выносливости в результате тренировки оценивается по потреблению кислорода (л/мин) и зависит от взаимодействия ССС, дыхательной системы и системы крови: 1. ССС: МОК = 28 -38 л, УО = 150 -200 мл, ЧСС = 150 -180 в минуту. Рабочая гипертрофия сердца. 2. Дыхание: МОД = 120 -140 л/мин. , ДО = 1 л, ЖЕЛ = 8 -9 л 3. Кровь: ОЦК = 120%, стимуляция эритропоэза и рабочего гемолиза, рабочая гемоконцентрация, увеличение 2, 3 дифосфоглицерата на 15 -20%.
Теории утомления: 1. «Истощение» - уменьшение энергетических ресурсов, АТФ, креатинфосфата, гликогена и др. 2. «Засорение» - накопление в мышцах продуктов метаболизма (молочной кислоты больше в 10 -20 раз!). 3. «Задушение» - гипоксемия и переход к анаэробным процессам. 4. «Теория утомления центров» (И. М. Сеченов).
Система потребления кислорода мышцами при тренировке: рабочая гипертрофия СР увеличение коэффициента утилизации кислорода - рост числа капилляров вокруг мышечного волокна (от 3 до 6 -7), и плотности капилляров от 300 до 500 на 1 кв. мм. увеличение количества гликогена, миоглобина, липидов в мышечном волокне на 30 -50%. -
Теория утомления центров 1. Снижение активности центров. 2. Развитие торможения в ЦНС. 3. Снижение тонуса симпатической нервной системы. 4. Снижение тонуса ретикулярной формации. 5. Дискоординация в работе центров (двигательных, вегетативных и эндокринной системы). 6. Снижение возможности сознательной мобилизации функций.
Дискоординация в работе центров
Физиологически обоснованный режим труда и отдыха для каждого вида труда 1. Врабатывание воздействий. на фоне активирующих 2. Микропаузы, регламентируемые перерывы (до 10% рабочего времени). 3. Перерыв на обед в середине рабочего дня (4060 минут). 4. Использование смены характера труда. 5. Активный отдых. 6. Устранение монотонии. 7. Психологическая разгрузка.
Тренировка Тренированность состояние высокой работоспособности, достигнутое специальной систематической работой. - Общая тренированность. - Специальная тренированность в определенном виде спорта (развитие силы, скорости, выносливости, ловкости и т. д. ). При этом в организме формируются морфологические, физиологические и биохимические изменения в системах: • нервно-мышечной; • системе доставки кислорода (ССС, дыхание, кровь); • системе потребления кислорода мышцами.
Нервно-мышечная система 1. Формирование новых двигательных динамических стереотипов. навыков и 2. Формирование скоростно-силовых качеств (умение активировать все НМ единицы при режиме сокращения – гладкий тетанус). Истинная максимальная сила – Максимальная произвольная сила = Силовой дефицит 3. Рабочая гипертрофия мышцы: - миофибриллярная; - саркоплазматическая.
Рабочая гипертрофия мышцы – 1. Миофибриллярная: (при усилиях более произвольной силы). 75% от Увеличение синтеза мышечных белков вследствие повышения: максимальной сократительных - тонуса гипоталамо-гипофизарной системы, - продукции андрогенов и их рецепторов, - продукции соматотропина и соматомединов. 2. Саркоплазматическая: (увеличение объема саркоплазмы, миоглобина, креатинфосфата) гликогена,
Система транспорта кислорода Повышение аэробной выносливости в результате тренировки оценивается по потреблению кислорода (л/мин. ) и зависит от взаимодействия ССС, дыхательной системы и системы крови: 1. ССС: МОК = 28 -38 л, УО = 150 -200 мл, ЧСС = 150 -180 в минуту. Рабочая гипертрофия сердца. 2. Дыхание: МОД = 120 -140 л/мин. , ДО = 1 л, ЖЕЛ = 89 л 3. Кровь: ОЦК = 120%, стимуляция эритропоэза и рабочего гемолиза, рабочая гемоконцентрация, увеличение 2, 3 дифосфоглицерата на 15 -20%.
Система потребления кислорода мышцами при тренировке: - рабочая гипертрофия СР - увеличение кислорода коэффициента утилизации - рост числа капилляров вокруг мышечного волокна (от 3 до 6 -7), и плотности капилляров от 300 до 500 на 1 кв. мм. увеличение количества гликогена, миоглобина, липидов в мышечном волокне на 30 -50%.
СПАСИБО ЗА ВНИМАНИЕ
Скачать презентацию Нормальная физиология ПЗ 23 Оценка физической работоспособности
Praktika_NF_23_STUDENTU.ppt