Физиология мышечной деятельности
Содержание
Нервная и гормональная регуляция мышечной деятельности
Основные вопросы физиологии мышц:
- Мышцы - анатомия и функции
- Электрофизиология мышц
- Механизм и виды мышечных сокращений
- Энергетические процессы в мышце
- Физиология мышечной работы
- Физическая работоспособность
- Спортивная физиология
Нервная система
Мышечная деятельность управляется головным мозгом, а реализуется на периферии мышцами. Связь между мозгом и работающими мышцами осуществляется с помощью нервных волокон и синапсов вегетативной нервной системы (симпатической и парасимпатической). Нарушение или ослабление этих связей влияет на точность выполнения заданий мозга, которые он посылает работающим мышцам, особенно на координацию движений. При этом утомление и нарушение координации движений являются причиной спортивных травм спортсменов высокого класса, которые выполняют определенные упражнения автоматически (после многократных повторений в процессе тренировки).
Процесс тренировки, особенно освоение новых навыков (стиль прыжков, гимнастические упражнения, броски в борьбе и многое другое), по своей сути есть совершенствование условно-рефлекторной деятельности, доведение ее до автоматизма. Формирующийся стереотип движения является основой успеха спортсмена. Некоторые тренеры в процессе тренировки прибегают к такому приему: чтобы спортсмен смог преодолеть неверие в свои силы, ему дают запрещенный препарат, помогающий выполнить новую сложную задачу (проплыть отрезок дистанции или пробежать стометровку с повышенной скоростью, прыгнуть в длину и др.). Таким образом вырабатывается и закрепляется новый стереотип движения. На соревнованиях вместо запрещенного препарата спортсмен получает плацебо — схожую по форме таблетку или капсулу, не имеющую в своем составе допинга. Сформировавшаяся в центральной нервной системе (ЦНС) во время тренировки установка на победу приносит высокий результат и на соревнованиях. Именно физиология мышечной деятельности занимается исследованием работы систем организма, которые ответственны за получение высоких результатов в спорте.
Иногда на соревнованиях запрещенные препараты используются для выполнения тактических задач. Например, в какой-то момент искусственно завышается темп бега — до уровня, который не способны выдержать участвующие в забеге спортсмены. Этот темп создает не самый сильный бегун под действием допинга. Он пробегает половину дистанции и падает, выбывая из соревнований и не попадая, таким образом, под контроль допинговой экспертизы. Он выполнил свою задачу: спортсмены растянулись на дистанции и будущий чемпион (в расчете на которого вся эта операция и осуществлялась) начинает набирать ход, в то время как его конкуренты уже изрядно устали.
Центральная и вегетативная нервные системы сами являются объектом влияния многих фармакологических препаратов, большинство из которых запрещены МК МОК как допинг (психомоторные стимуляторы, ингибиторы холинэстеразы, моноаминооксидазы и др.).
Головной мозг обладает высокой скоростью обмена веществ с преобладанием аэробных процессов. У взрослого человека мозг, составляющий 2 % массы тела, потребляет 20—25 % всего кислорода, поступающего в организм, и расходует в сутки 400 ккал. Мозг в состоянии покоя поглощает 90 % глюкозы крови. Даже кратковременная гипоксия приводит к необратимым изменениям в деятельности нервных клеток (в коре мозга через 5—6 мин, в стволовой части мозга через 15—20 мин, а в спинном мозге через 20—30 мин). Основной источник энергии для мозга — глюкоза (115 г в сутки в покое), которая поступает с кровью. Передача нервных импульсов по нейрону и в синапсах, функционирование ионных каналов и синтез нейропередатчиков осуществляются за счет энергии АТФ. Поэтому оправдано применение препаратов метаболического действия, антиоксидантов и антигипоксантов при ишемии мозга. Функциональные ишемические состояния, переходящие в стойкую ишемию, несут опасность возникновения ишемического инсульта у спортсменов.
Эндокринная система и мышечная деятельность
Эндокринная система контролирует все виды обмена веществ и в зависимости от обстоятельств может мобилизовать резервные возможности в условиях тренировки и соревнований, то есть напрямую определяет физиологию мышечной деятельности.
Она обеспечивает восстановление после интенсивных физических нагрузок, причем ответы гормональных систем существенно различаются в зависимости от уровня нагрузок (большой или умеренной зон мощности). При умеренной мощности и продолжительной работе имеют место повышение концентрации соматотропина и кортизола, снижение концентрации инсулина и нарастание концентрации трийодтиронина. Работа большой мощности сопровождается высоким уровнем соматотропина, кортизола, инсулина и трийодтиронина. Первые два гормона обеспечивают развитие специальной работоспособности, а потому их прирост в процессе подготовки в микро-, мезо- и макроциклах свидетельствует о повышении спортивного результата. Установлено, что у марафонцев высокого класса в состоянии покоя наблюдаются низкие или средние показатели соматотропина. Однако во время соревнований на 42,195 км концентрация соматотропина в крови значительно повышается, обеспечивая высокий уровень работоспособности на длительное время.
Соматотропин (СТГ, соматотропный гормон, нормальная концентрация в крови в состоянии покоя 0—6 нг-мл"1) контролирует анаболические процессы в организме (рост, развитие, масса тела и отдельных органов). Во взрослом организме влияние на ростовые функции в значительной степени утрачивается, на анаболические (синтез белка, углеводный и жировой обмены) сохраняется. Это и послужило основанием к запрету соматотропина как допинга МК МОК.
Другим важнейшим гормоном адаптации является кортизол, который контролирует углеводный и белковый обмены. Кортизол влияет на работоспособность за счет катаболического механизма, при котором происходит обеспечение печени гликогеном и кетогенными аминокислотами. В комплексе с катаболическим механизмом (ингибиция синтеза белка в лимфоидной и соединительной тканях) происходит поддержка уровня глюкозы в крови спортсменов на высоком уровне. Этот гормон также запрещен для применения как допинг МКМОК.
Инсулин (или С-пептид-фрагмент молекулы инсулина и показатель его образования) регулирует уровень глюкозы и ее транспорт через клеточные мембраны мышц и других клеток. Нормальная концентрация инсулина — 5—20 мкед*мл-1. Недостаточность инсулина лимитирует работоспособность за счет снижения проницаемости клеток для глюкозы.
Секреция инсулина повышается при нагрузках большой мощности, что приводит к увеличению проницаемости биологических мембран для глюкозы (увеличивается гликолиз). Работоспособность обеспечивается за счет углеводного обмена.
При умеренных физических нагрузках концентрация инсулина снижается, что способствует переключению с углеводного обмена веществ на липидный, что так необходимо при продолжительной работе, когда запасы гликогена значительно снижены.
Гормоны щитовидной железы тироксин (Т4) и трийодтиронин (Т3) регулируют состояние основного обмена, потребление кислорода и окислительное фосфорилирование. Основной эффект влияния на обменные процессы (до 75 %) обеспечивает Т3.
Сдвиги концентраций гормонов щитовидной железы лимитируют работоспособность и развитие выносливости спортсменов (разобщаются дыхание с фосфорилированием и ингибируется окислительное фосфорилирование в митохондриях мышц, снижается ресинтез АТФ). На основании обследований бегунов-марафонцев выявлена зависимость специальной работоспособности от соотношения СТГ и кортизола. Показатель корреляционного отношения равен 0,95 (р < 0,01). Исследование эндокринной функции конкретного спортсмена позволяет выявить его перспективность и готовность выполнить физическую работу с наилучшим результатом.
Другим важным аспектом прогнозирования спортивной работоспособности является определение резервных и наличных возможностей коры надпочечников по секреции кортизола в ответ на стимуляцию кортикотропином (АКТГ). Высокая секреция кортизола свидетельствует о готовности спортсмена выполнять физическую нагрузку в оптимальном режиме.
Физическая работоспособность мужчин и женщин во многом зависит от тестостерона. Этот гормон определяет состояние спортивной агрессивности, темперамента и наличие установки на победу при выполнении задания.
Препараты гормонов (тестостерона и его производных — анаболических стероидов, соматотропина, адренокортикотропина, гонадотропина, эритропоэтина) искусственно повышают спортивную работоспособность, а потому рассматриваются МК МОК как допинг, который запрещен к применению в соревнованиях и учебно-тренировочном процессе.
