Механизм и энергетика мышечного сокращения.

Для сокращения мышц необходимо поступление возбуждения на мышцу от мотонейронов, поэтому процесс сокращения связан с возникновением ПД мышечного волокна и его распространение по мембранам мышечного волокна и по мембранам Т- трубочек. Т – трубочки проводят возбуждение внутрь мышечного волокна. Этот процесс деполизирует мембраны цистерн саркоплазматического ретикулума и вызывает быстрый выход ионов кальция в миоплазму. Импульс выбивает свободные ионы кальции в миоплазме зап – т процесс сокращения мышц. Механизм сокращения зак- ся в перемещении таких нитей к центру саркоплазма за счет движения головок миозина. Головки миозина совершают движения грибкового хар – ра, периодически прикрепляясь к тонким нитям актина образуя актомиозиновые мостики. В покое поперечные мостики не могут сое – ся с нитью актина. Тропомиозин расп-ся так, что блок-т участки актина, к-е могут взаим-ть с головками миозина. При возб-и мыш.волокна и появлении свободного ионов кальция белок тропонин связ-ся с ионами Са. 2 иона Са прикл-ся к одной молекуле тропонина в присут-и АТФ. Тропонин изм-т свою конформацию и отодвигает нить тропомиозина открывая возм-ть для попер-х мостиков соед-ся с актином. Обр-й актемиозиновый мостик перемещает нити актина между миоз-ми нитями на опре-е расстояние к центру саркомера. В послед-м связь с актином разрывается и процесс повторяется вновь, только в др.участке актина. Для перемещения нитей необходима энергия. Она обр-ся при распаде макроэргических связей АТФ. Миозин АТФ –аза гидролизует АТФ распол-ю на головке миозина. Процесс сокращения длится нескольео миллисекунд, затем концетрация ионов Са а миоплазме падает. Падение концен-и обусловлено работой Са-его насоса, к-й активно перекачивае Са обратно в цистерну. В рез-те тропонин освоб-ся от ионов Са, а тропомиозин вновь блокирует актин. Головки миозина сново приоб-ют энергию путем фосфорелирования за счет АТФ. На одно рабочее движение одного мостика тратится одна молекула АТФ. АТФ не только обес-ет мыш-е сокр-е энергии, находясь в своб-м состоянии в миоплазме она обесп-т и расслаб-е мыш. Пластификацию.

Энергетика мышечного сокращения.При работе мышц химическая энергия превращается в механическую, т.е. мышца является химическим двигателем, а не тепловым. Для процессов сокращения и расслабления мышц потребляется энергия АТФ. Расщепление АТФ с отсоединением одной молекулы фосфата и образованием аденозиндифосфата (АДФ) сопровождается выделением 10 ккал энергии на 1 моль: АТФ = АДФ + Ф + Эн. Количество АТФ в мышцах не может изменяться, так как при отсутствии АТФ в мышцах развивается контрактура (не работает кальциевый насос и мышцы не в состоянии расслабляться), а при избытке - теряется эластичность. Для продолжения работы требуется постоянное восполнение запасов АТФ. Восстановление АТФ происходит в анаэробных условиях - за счет распада креатиносфата (КрФ) и глюкозы (реакции гликолиза) - и в аэробных условиях - за счет реакций окисления жиров и углеводов. Энергосистемы, используемые в качестве источников энергии, обозначают как фосфагенная энергетическая система, гликолитическая (или лактацидная) система и окислительная (или кислородная) система. Быстрое восстановление АТФ происходит в тысячные доли секунды за счет распада КрФ. Наибольшей эффективности этот путь энергообразования достигает к 5-6-й секунде работы, но затем запасы КрФ исчерпываются. Медленное восстановление АТФ в анаэробных условиях обеспечивается энергией расщепления глюкозы - реакцией гликолиза с образованием в конечном итоге молочной кислоты (лактата) и восстановлением 3 молекул АТФ. Особое значение этот путь энергообразования имеет при высокой мощности работы, которая продолжается от 20 с до 1 - 2 мин (например, при беге на средние дистанции), а также при резком увеличении мощности более длительной и менее напряженной работы (спурты и финишные ускорения при беге на длинные дистанции) и при недостатке кислорода во время выполнения статической работы. Ограничение использования углеводов связано не с уменьшением запасов гликогена (глюкозы) в мышцах и в печени, а с угнетением реакции гликолиза избытком накопившейся в мышцах молочной кислоты. Реакции окисления обеспечивают энергией работу мышц в условиях достаточного поступления в организм кислорода, т.е. при аэробной работе длительностью более 2-3 мин. Доставка кислорода достигает необходимого уровня после достаточного развертывания функций кислородтранспортных систем организма (дыхательной, сердечнососудистой систем и системы крови). Важным показателем мощности аэробных процессов является предельная величина поступления в организм кислорода за 1 мин - максимальное потребление кислорода (МПК). Эта величина зависит от индивидуальных возможностей каждого человека. У нетренированных лиц около 2.5-3 л кислорода а у высококвалифицированных спортсменов - достигает 5-6л идаже7л в 1 мин. При значительной мощности работы и огромной потребности при этом в кислороде основным субстратом окисления в большинстве спортивных упражнений являются углеводы, так как для их окисления требуется гораздо меньше кислорода, чем при окислении жиров. . При использовании одной молекулы глюкозы (С6Н12О6),образуется 38 молекул АТФ, т.е. аэробный путь энергообразования обеспечивает при том же расходе углеводов во много раз больше продукции АТФ, чем анаэробный путь. Молочная кислота в этих реакциях не накапливается, а промежуточный продукт-пировиноградная кислота сразу окисляется до конечных продуктов - СО2 и Н20. В качестве источника энергии жиры используются в состоянии двигательного покоя, при любой работе сравнительно невысокой мощности и при очень длительной работе на выносливость .Среди всех источников энергии жиры обладают наибольшей энергетической емкостью. Однако использование жиров при работе высокой мощности лимитируется трудностью доставки кислорода работающим тканям. Работа мышц сопровождается выделением тепла. Теплообразование происходит в момент сокращения мышц - начальное теплообразование в период восстановления - запаздывающее теплообразование. В обычных условиях при работе мышц тепловые потери составляют около 80% всех энерготрат. Величина КПД показывает, какая часть затрачиваемой энергии используется на выполнение механической работы мышцы. Ее вычисляют по формуле: КПД= [А: (Е-е)] * 100%,где: А - энергия, затраченная на полезную работу; Е - общий расход энергии; е - расход энергии в состоянии покоя за время, равное длительности работы. У нетренированного человека КПД примерно 20%, у спортсмена - 30-35%.