Урок-лекция
Скачать 1.1 Mb.
|
| §56.Повышенная мышечная деятельность и адаптация организма к ней. Урок-лекция «Истинная тема исследований для человечества – есть - человек». Дж. Максвелл ? Как организм приспосабливается к повышенной мышечной деятельности? Как происходит энергетическое обеспечение работающих мышц? Почему спортивные занятия можно рассматривать как адаптацию организма к повышенной мышечной деятельности? ! Ресинтез АТФ, специфичность адаптации. * Мышечные фибриллы, нервный импульс, АТФ, актин, миозин. (Естествознание, 10 кл, §§67,68) Как организм приспосабливается к повышенной мышечной деятельности? Характер движения, встречающийся в мире животных, чрезвычайно разнообразен: и по биомеханической структуре, и по величине мышечных усилий, и по частоте циклов сокращения и расслабления, и по двигательному режиму. Нередко эволюционно близкие животные обладают совершенно различным характером движения. Сравните, например, движение ящерицы и черепахи; планирующий полёт орла и птиц отряда куриных с их частыми взмахами крыльев. Многие рыбы, мигрирующие для нереста, совершают путь до 8 тысяч километров со скоростью до 4 км/час, а перелётные птицы преодолевают расстояния до 5 тысяч километров. При движении многие животные проявляют не только выносливость, но и большую быстроту. Так, лиса, преследуя жертву, длительное время бежит со скоростью 35 км/час. А что говорить о гепарде, который является «рекордсменом в спринтерском беге». Он легко догоняет самую быструю антилопу, что недоступно собакам. Недаром в старину в средней Англии и Индии гепардов использовали как охотничьих собак. Большое разнообразие движений свойственно и человеку. Сравните работу мышц музыканта и тяжелоатлета – штангиста, бег спринтера и марафонского бегуна, тяжелые физические работы в чрезвычайной ситуации – передвижение тяжестей или др. Естественно, что и человеку и животному необходимо приспособиться к повышенной мышечной деятельности, чтобы она не вредила организму и результат её был эффективен. Как это достигается? Изучение мышц показало, что мышцы и животных, и человека имеют не только разную форму, но и разное строение в связи с разнообразием выполняемых ими движений. Волокна, из которых построены мышцы, тоже неоднородны. Они различаются по ряду физиологических параметров (возбудимость, ритм сокращений, скорость сокращений и расслаблений и др.), а также имеют выраженные биохимические особенности (содержание компонентов, активность ферментов и др.). В разные мышцы волокна входят в различных соотношениях. Это и определяет функциональные особенности мышц. Поэтому одни мышцы могут при работе проявлять большую силу при незначительном напряжении и долго не утомляться, другие отличаются быстротой сокращения, сильно напрягаются и быстро утомляются. Например, у человека к быстрым сокращениям и к длительной работе способны ряд мышц голени, бедра, плеча, а мышцы туловища сокращаются более медленно, противостоят утомлению и способны к длительной работе умеренной интенсивности. Эти примеры подтверждают, что приспособленность организма к различным видам движения имеет сложную и специфическую основу. Основу приспособленности организма к различным видам движения составляют его анатомо-морфологические особенности, а также приспособленность физиологических механизмов к регуляции и координации функций. Как мы уже знаем, основу всех видов адаптации организмов к условиям среды составляют биохимические процессы в тканях и клетках. Именно они обеспечивают все жизненно важные функции на молекулярном уровне. Каков биохимический механизм адаптации организма к повышенной мышечной деятельности? При всем разнообразии и отличиях в строении мышц животных и человека, тонкая структура мышечной ткани и ее химический состав практически не отличаются. Вспомним, что химизм мышечного сокращения во всем живом мире – от амебы до человека – един и припомним, как он осуществляется. Мышечное сокращение является следствием взаимодействия сократительного белкового комплекса актомиозина с АТФ. При этом химическая энергия, заключённая в фосфатных связях АТФ, переходит в механическую энергию, за счёт которой и совершается работа. Учтём, что в покоящейся мышце актомиозин отсутствует, в мышечных фибриллах имеются отдельно тонкие нити белка актина и толстые нити белка миозина. Рис. Схема мышечного волокна. Обратим внимание (это важно для понимания биохимической адаптации мышц к повышенной деятельности) на то, что в отличие от актина, белок миозина содержит –HS группы, наряду с аминогруппами и др. активными группами аминокислот. АТФ также имеется в покоящейся мышце. Иначе говоря, в покоящейся мышце присутствуют все «потенциальные участники» процесса сокращения мышцы. Возникает вопрос: почему мышца на сокращается постоянно? Рис. опыт. Оказывается, мышца не сокращается до тех пор, пока не придет двигательный нервный импульс. Это означает, что до прихода двигательного нервного импульса не образуется актомиозин и отсутствует взаимодействие с АТФ. В чем сущность этого взаимодействия? Ответ на этот вопрос был получен в 1939 г. в классическом опыте В.А. Энгельгардта. В раствор, содержащий необходимые ионы, опустили миозиновую нить и к ней прикрепили небольшой груз. (Рис. А) Портрет В.А.Энгельгардта. Затем в раствор добавили АТФ (Рис Б), миозиновая нить сократилась и подняла груз, т.е. была совершена работа. При этом уменьшилось количество АТФ в растворе, а появилась АДФ и фосфат-ионы, т.е. произошло взаимодействие АТФ с миозином. АТФ и Миозин образовали АДФ и фосфат, а энергия, заключённая в фосфатной связи АТФ, была использована на совершение работы. Поскольку все реакции в организме протекают при участии ферментов, то стало ясно, что миозин – это не только сократительный белок мышцы, он в то же время обладает свойствами фермента. Было установлено, что способность расщеплять АТФ – атфазная активность – связана с наличием в миозине –HS групп, которые и являются активными центрами фермента. Миозин является не только сократительным белком, но также ферментом, расщепляющим АТФ. Расщепление АТФ при взаимодействии с –HS группами миозина является непосредственной причиной обусловливающей мышечное сокращение. Выяснилась и роль двигательного нервного импульса. С его приходом в мышцу происходит перераспределение ионов в мышечном волокне. Благодаря этому, разобщенные ранее АТФ и –HS группы миозина вступают во взаимодействие. Один двигательный импульс вызывает одиночное мышечное сокращение. Для продолжения работы требуется дальнейшее их поступление. Спортсмены хорошо знают, что такое «разминка», которую проводят перед началом занятия. После периода двигательной активности мышца реагирует на двигательные импульсы быстрее, чем после периода покоя. Это объясняется тем, что в начале работы начинается окисление глюкозы и образуется молочная кислота, что способствует передвижению ионов – мышца становится более чувствительной к нервным импульсам и существенно сильнее реагирует на последующие сигналы. Расслабление мышцы – также активный процесс, требующий затраты АТФ. Однако теперь АТФ расходуется для «дорабочего» перераспределения ионов. Если АТФ недостаточно, что бывает в переутомленной мышце, то мышца не может расслабиться. Следовательно, биохимический механизм адаптации организма к мышечной деятельности обусловлен свойствами сократительных белков мышц (актина и миозина) и механизмами энергетического обеспечения работающих мышц. Как происходит энергетическое обеспечение работающих мышц? Поскольку АТФ при мышечной деятельности непрерывно расходуется, то она должна постоянно возобновляться. Запасы АТФ в мышце малы – их хватило бы всего на 2-3 секунды работы. Почему содержание АТФ в мышцах так невелико? Это вполне объяснимо, поскольку АТФ расходуется не только на мышечную деятельность, но и на синтезы всех веществ в организме, на работу других функциональных систем. Потребность в АТФ и многообразии путей ее использования в организме координируются и регулируются: организм как бы «направляет» АТФ в самые «горячие точки». Иначе говоря, во время активного функционирования мышц, АТФ в большей степени обеспечивает их работу, а остальные процессы в это время заторможены, они получают меньшее количество энергии, требуемое для их поддержания. Однако, в организме все же имеется механизм некоторого «запасания» богатых энергией фосфатных связей. Происходит это следующим образом: В мышцах имеется вещество креатин. Оно способно присоединять богатый энергией остаток фосфорной кислоты от АТФ, при этом оно превращается в эфир креатинфосфат, а во время работы мышц отдает фосфат на «экстренное» образование АТФ. Таким образом, обеспечиваются энергией первые моменты начала работы. Эта реакция протекает очень быстро и это есть – первый по времени путь возобновления (т.е. ресинтеза) АТФ в работающей мышце. Поскольку запасы креатинфосфата в мышцах ограничены, такой путь ресинтеза АТФ может осуществляться очень недолгое время. Он характерен для кратковременных интенсивных физических нагрузок (рывок со старта, подъем штанги и т.п.). Далее ресинтез АТФ происходит за счет углеводных ресурсов организма. Они обычно достаточно велики (в виде гликогена печени и мышц) и, к тому же, на стадии гликолиза протекают в отсутствие кислорода. Этот путь является преобладающим при спортивных упражнениях максимальной интенсивности, когда имеет место резкое несоответствие между возросшей потребностью организма в кислороде и ограниченными возможностями его поступления. Например, бег на 100 метров осуществляется на 95% за счёт гликолиза, при беге на 400 метров – на 65%. Однако этот бескислородный (т.е. анаэробный) путь является энергетически мало эффективным, поскольку в этом процессе не происходит полного окисления глюкозы. К тому же накапливаются недоокисленные продукты – молочная и пировиноградная кислоты. Они затормаживают процесс гликолиза и организм вынужден перейти на третий путь – аэробное окисление, при котором АТФ образуется с участием кислорода (цикл Кребса). Это – очень эффективный путь, имеющий существенные преимущества перед гликолизом. Во-первых, в качестве веществ, подвергающихся окислению, используются остатки и углеводов, и липидов, и аминокислот. Во-вторых, он выгоден энергетически. Для ресинтеза одного и того же количества АТФ при гликолизе требуется 1г глюкозы, а при аэробном окислении – 0,08г глюкозы или около 0,03г жирных кислот, поскольку это процесс полного окисления веществ. В-третьих, конечные продукты аэробного окисления – углекислый газ и вода – не вызывают резких изменений внутренней среды организма и легко из него удаляются. Обязательным условием аэробного окисления является хорошее снабжение организма кислородом, а, следовательно, имеет место при физических упражнениях средней и умеренной интенсивности. Наконец, при мышечной деятельности, связанной со значительных степенях утомления, когда другие способы ресинтеза АТФ становятся затруднительными, АТФ образуется путем взаимодействия двух частиц АДФ с помощью фермента миоксиназы. 2АДФ + миоксиназа → АТФ + АМФ. Этот путь не выгоден, т.к. из двух молекул АДФ образуется лишь одна молекула АТФ (50% - образно говоря – «издержки производства»). Этот путь является как бы «аварийным». Биохимические изменения в организме под влиянием повышенной мышечной деятельности носят приспособительный характер к определенному виду деятельности. Сравнительная характеристика путей ресинтеза АТФ при мышечной деятельности различного характера.
§57 Биохимические основы спортивной тренировки. Урок-лекция «Умеренно и своевременно занимающийся физическими упражнениями человек, не нуждается ни в каком лечении, направленном на устранение болезни» Авиценна ? Какие вопросы решает биохимия спорта? ! Суперкомпенсация, качества двигательной деятельности, тренированность. * Адаптация, гомеостаз, АТФ, ресинтез, гликолиз, аэробное окисление, креатинфосфат. (Биология – 9 кл; Естествознание – 11 кл. §4). Как происходит адаптация организма спортсмена к интенсивной мышечной деятельности? Глубокие функциональные изменения организма, возникшие в процессе адаптации его к повышенной мышечной деятельности, изучает физиология спорта. Однако в их основе лежат биохимические изменения обмена веществ тканей и органов и, в конечном итоге – организма в целом. Однако мы рассмотрим в самом общем виде основные изменения, возникающие под влиянием тренировки только в мышцах. В основе биохимической перестройки мышц под влиянием тренировки лежит взаимозависимость процессов расходования и восстановления функциональных и энергетических резервов мышц. Как вам уже понятно из предыдущего, во время мышечной деятельности происходит интенсивное расщепление АТФ и соответственно интенсивно расходуются и другие вещества. В мышцах – это креатинфосфат, гликоген, липиды, в печени происходит расщепление гликогена с образованием сахара, который с кровью переносится к работающим мышцам, сердцу, головному мозгу; усиленно расщепляются жиры и окисляются жирные кислоты. Одновременно в организме накапливаются продукты обмена веществ – фосфорная и молочная кислоты, кетоновые тела, углекислый газ. Частично они теряются организмом, а частично используются вновь, вовлекаясь в обмен веществ. Мышечная деятельность сопровождается увеличением активности многих ферментов и благодаря этому начинается синтез израсходованных веществ. Ресинтез АТФ, креатинфосфата и гликогена возможен уже и во время работы, однако наряду с этим идет и интенсивное расщепление этих веществ. Поэтому содержание их в мышцах во время работы никогда не доходит до исходного. В периоде отдыха, когда интенсивное расщепление источников энергии прекращается, процессы ресинтеза приобретают явный перевес и происходит не только восстановление затраченного (компенсация), но и сверхвосстановление (суперкомпенсация), превышающее исходный уровень. Эта закономерность получила название «закон суперкомпенсации». Рис. Сущность явления суперкомпенсации. В биохимии спорта изучены закономерности этого процесса. Установлено, например, что в случае, если происходит интенсивное расходование вещества в мышцах, в печени и др. органах, тем быстрее идет ресинтез и тем значительнее выражено явление сверхвосстановления. Например, после кратковременной интенсивной работы повышение уровня гликогена в мышцах сверх исходного наступает уже после 1 часа отдыха, а через 12 часов возвращается к исходному, дорабочему уровню. После работы большой длительности суперкомпенсация наступает только через 12 часов, но зато повышенный уровень гликогена в мышцах сохраняется более трех суток. Это возможно только благодаря высокой активности ферментов и их усиленного синтеза. Таким образом, одной из биохимических основ изменения организма под влиянием тренировки является повышение активности ферментных систем и суперкомпенсация источников энергии, затрачиваемых во время работы. Почему закономерности суперкомпенсации очень важно учитывать в практике спортивной тренировки? Знание закономерностей суперкомпенсации позволяет научно обосновать интенсивность нагрузок и интервалы отдыха во время обычных физических упражнений и при спортивных тренировках. Рис. Рис. Поскольку суперкомпенсация сохраняется некоторое время по окончании работы, последующая работа может совершаться в более выгодных биохимических условиях, и, в свою очередь, приводить к дальнейшему повышению функционального уровня (рис…). Если же последующая работа совершается в условиях неполного восстановления, то это приводит к понижению функционального уровня (рис…). Под влиянием тренировки в организме происходит активное приспособление, но не к работе «вообще», а к конкретным видам ее. При изучении различных видов спортивной деятельности был установлен принцип специфичности биохимической адаптации и установлены биохимические основы качеств двигательной деятельности – быстроты, силы, выносливости. А это означает научно обоснованные рекомендации для целенаправленной системы тренировки. Приведем только один пример. Вспомните, как после интенсивной скоростной нагрузки (бег) наступает усиление дыхание («одышка»). С чем это связано? Во время совершения работы (бег) из-за недостаточности кислорода в крови скопились недоокисленные продукты (молочная кислота и др.), а также углекислый газ, что приводит к изменению степени кислотности крови. Соответственно это вызывает возбуждение дыхательного центра в продолговатом мозгу и усиление дыхания. В результате интенсивного окисления нормализуется кислотность крови. А это возможно только при высокой активности ферментов аэробного окисления. Следовательно, по окончании интенсивной работы в периоде отдыха активно функционируют ферменты аэробного окисления. В то же время от активности аэробного окисления напрямую зависит выносливость спортсменов, выполняющих работу большой длительности. На этом основании именно биохимики рекомендовали включать в тренировки многих видов спорта кратковременные нагрузки высокой интенсивности, что в настоящее время общепринято. Какова биохимическая характеристика тренированного организма? В мышцах тренированного организма: • Увеличивается содержание миозина, число свободных HS- групп в нем, т.е. способность мышц к расщеплению АТФ; • Увеличиваются запасы источников энергии, необходимых для ресинтеза АТФ (содержание креатинфосфата, гликогена, липидов и др.) • Значительно повышается активность ферментов, катализирующих, как анаэробный, так и аэробный окислительные процессы; • Содержание АТФ в мышцах под влиянием тренировки не увеличивается, однако быстрота обмениваемости фосфатных групп значительно возрастает. Это означает, что тренированные мышцы получают возможность выполнения большей работы при том же количестве АТФ, что и в нетренированных мышцах. • Возрастает содержание в мышцах миоглобина, что создает в мышцах резерв кислорода. • Увеличивается содержание белков мышечной стромы, обеспечивающей механику расслабления мышцы. Наблюдения на спортсменах показывают, что способность к расслаблению мышц под влиянием тренировки возрастают. • Адаптация к одному фактору повышает устойчивость к другим факторам (например, к стрессам и пр.); Тренировка современного спортсмена требует высокой интенсивности физических нагрузок и большого объема их, что может оказывать одностороннее влияние на организм. Поэтому она требует постоянного контроля врачей, специалистов по спортивной медицине, опирающейся на биохимию и физиологию спорта. Портрет П.Ф. Лесгафта (1837-1909) И занятия физкультурой, как и спортивная деятельность, позволяют развить резервные возможности организма человека и обеспечить ему полноценное здоровье, высокую работоспособность и долголетие. Физическое здоровье составляет неотъемлемую часть гармоничного развития личности человека, формирует характер, устойчивость психических процессов, волевые качества и др. Основоположником научной системы физического воспитания и врачебно-педагогического контроля в физической культуре является замечательный отечественный ученый, выдающийся педагог, анатом и врач Петр Францевич Лесгафт. В основе его теории лежит принцип единства физического и умственного, нравственного и эстетического развития человека. Теорию физического воспитания он рассматривал как «филиальную ветвь биологической науки». Портрет Н.Н. Яковлева (1911-1992) Огромная роль в системе биологических наук, изучающих основы занятий в области физической культуры и спорта, принадлежит биохимии. Уже в 40-х годах ушедшего века в лаборатории ленинградского ученого Николая Николаевича Яковлева были начаты целенаправленные научные исследования в области биохимии спорта. Они позволили выяснить сущность и специфические особенности адаптации организма к различным видам мышечной деятельности, обосновать принципы спортивной тренировки, факторы, влияющие на работоспособность спортсмена, на состояния утомления, перетренировки и мн. др. В дальнейшем развитие биохимии спорта составило основу подготовки космонавтов к космическим полетам. Какие вопросы решает биохимия спорта? Биохимия спорта является основой физиологии спорта и спортивной медицины. В биохимических исследованиях работающих мышц установлены:
Вопросы и задания.
|
Похожие:
 | Урок формирования знаний Конференция, урок-диспут, урок-лекция, урок-экскурсия,, урок-поиск, урок снежный ком и др | | Лекция I и проблема языка и сознания лекция II 31 слово и его семантическое... Монография представляет собой изложение курса лекций, про* читанных автором на факультете психологии Московского государственного... |
| «Давление газа» Данный урок является развивающим, так как он проводится с использованием новых технологий (интерактивная лекция). Лекция сопровождается... |  | Лекция религии современных неписьменных народов: человек и его мир... Редактор Т. Липкина Художник Л. Чинёное Корректор Г. Казакова Компьютерная верстка М. Егоровой |
| Урок конференция. Доклады и выступления учащихся по следующим темам Расцвет реализма в литературе, живописи, музыке, театральном искусстве. Урок лекция с элементами беседы | | Программа по формированию навыков безопасного поведения на дорогах... Урок 1-й. Урок – лекция «Эвенки Забайкалья: общая характеристика. Традиционное жилище эвенков» |
| Урок информатики на тему: «Знакомство с графическим редактором Paint.» Тип урока по форме проведения: урок – лекция с элементами исследования и имитации деятельности компьютерных художников на этапе выполнения... | | Лекция №5 Лекция №5 Вредные вещества и их воздействие на человека. Основы промышленной токсикологии |
| Урок патриотизма Урок лекция, основанный на использовании технологий развивающего обучения Новицкий И. Б. Римское право: учеб для юрид высш учеб заведений и фак. 2011. 298 с. 30 экз | | Урок изучения нового Урок изучения нового традиционный (комбинированный), лекция, экскурсия, исследовательская работа, учебный и трудовой практикум. Имеет... |
| Урок-лекция Назначение и использование компас-график. Гост оформления конструкторской документации | | Урок-лекция Рассмотрите изображение странного объекта. Выскажите версии относительно его предназначения |
| Урок изучения нового материала Лекция 12. Основные вопросы управления образованием и организации учебного процесса 72 | | Урок Русская литературно-критическая и философская мысль второй половины... Рабочая программа по предмету «Литература» в 10 классе создана на основе федерального компонента государственного стандарта основного... |
| Урок 114. «Мятежный человек, полный бунтующих страстей». Слово о... Урок посвящается биографии писателя и обзору его творчества. Лекция учителя и сообщения заранее подготовленных учеников о личности... | | Лекция. Проектирование графического интерфейса пользователя Лекция №11 Комплексная программа «Программа воспитания и обучения в детском саду» под редакцией М. А васильевой, В. В. Гербовой, Т. С. Комаровой... |
