Обучение и управление движениями

Овладение современной техникой выполне­ния упражнений — одно из главных направлений правильно организованного процесса занятий.

Техника выполнения двигательного действия —

это определенный способ выполнения движений для достижения поставленной двигательной зада­чи, посредством управления, сформированной для данного случая и в данных условиях необходимой и достаточной биомеханической конструкции.

Следует также говорить о процессе овладения определенной техникой выполнения двигательных действий в ходе проведения занятий аэробикой. Определим этот, процесс, как процесс обучения двигательным действиям, направленный на соз­нательное изменение поведения занимающегося в соответствии с задачами его деятельности.

Так как решение стоящих перед занимающим­ся задач происходит в процессе выполнения опре­деленных движений, то в нашем случае мы гово­рим о процессе обучения произвольным двига­тельным действиям и способах их использования.

Моторные программы.

С физиологической точки зрения процесс ов­ладения определенным способом выполнения движения (техникой движения) связан с измене­ниями или стабильностью выполнения моторных программ в результате многократного повторения упражнений. Моторные программы представляют собой гипотетические функциональные образова­ния, но их существование может быть гарантиро­вано с той же степенью уверенности, что и сущест­вование воспоминаний, убеждений и т.п.

Можно предположить, что при выполнении занимающимся определенных движений или пе­ремещений, работают некие программы действий, каждая из которых базируется на моторной про­грамме, хранящиеся в памяти человека. Програм­ма действия - это модель того, что произойдет с организмом в будущем, ее можно рассматривать как формирование логики, алгоритма, функцио­нальной структуры в предстоящем двигательном действии.

Возможность осуществлять осознанные дви­жения предполагает, что человек имеет возмож­ность управлять, с большей или меньшей точно­стью, целенаправленными движениями всего тела или его отдельными частями.

Высказано предположение, что цель движе­ния, которая решается при действии отдельных частей тела (сформированной биомеханической конструкции для решения двигательной задачи, называемой также биомеханизмом, Шалмановы, 1990), воспринимается сознанием, следовательно, возможно сознательное управление и изменение этих явлений.

Обучение

Проблема обучения сложным двигательным действиям решается в целом на основе умелой ор­ганизации занимающихся и реализации принци­пов доступности и индивидуализации, система­тичности и последовательности. Однако, кроме общепедагогических принципов, следует обратить внимание на современную физиологическую ос­нову управления и обучения движениями.

По общепринятому определению, обучением называют такие изменения поведения, которые нельзя объяснить ни процессом созревания разви­вающегося организма, ни утомлением, ни измене­ниями сенсорной информации (Хайнд, 1975).

При обучении, в нейробиологическом плане, речь идет о таком поведении, которое представля собой активность организма в целом и находите

под контролем центральных систем (Шеперд, 1987). Сюда не относится активность отдельных структур периферической нервной системы или отдельных участков двигательных или сенсорных путей.

С обучением тесно связана память, которую можно определить как хранение и извлечение ин­формации о прошлом опыте, которую можно из­влечь сознательно.

Обучение и память - это функции централь­ных систем, управляющих поведением в целом.

Память необходима для обучения, так как она представляет собой механизм, с помощью которого прошлый опыт накапливается и может становиться источником адаптивных изменений поведения.

Процессы, связанные с хранением, извлече­нием и изменением моторных программ, управля­ющих произвольными целенаправленными дви­жениями, осуществляются только сознательно. Они подчиняются тем законам, которые имеют место в нейронных сетях головного мозга.

Процесс обучения, который, по-видимому, связан с временной памятью, отличается от состо­яния обученности, связанного с долговременной памятью.

В процессе обучения должно существовать из­меримое различие между поведением до какого-то вполне определенного события и после него. Это различие должно касаться отделов нервной систе­мы, ответственных за специфическое поведение, а не просто общего состояния организма. Сюда не от­носятся такие изменения, как, например, повыше­ние метаболизма или рост; изменение не должно также быть связано с процессами развития или со­зревания, с утомлением, повреждением или нор­мальной адаптацией рецепторов и нервных волокон.

В настоящее время принято считать, что все сознательные двигательные действия выполняют­ся на основе моторных программ, хранящихся в долговременной памяти человека.

 

Программа действия по реализации опреде­ленной моторной программы должна строиться, по крайней мере, на трех основных детерминан­тах: 1 — доминирующей на текущий момент моти­вации, 2 — прошлом жизненном опыте (долговре­менная память) и 3 - оценке текущей ситуации и удержании ее в кратковременной памяти.

Схема тела

Как полагают многие исследователи, для реализации моторных программ мозг должен уметь формировать внутреннее представление об акту­альном окружении (модель мира), а также иметь представление о собственном теле, его структур­ной организации, его сенсорных и моторных воз­можностях и т.п. (модель самого себя). В пользу предположения о том, что в процессах регуляции позы и движений участвует внутренняя модель те­ла свидетельствуют накопленные в клинической и психологической литературе данные о так называ­емой «схеме» тела.

Как всем известно, о положении и движениях головы, конечностях и всего тела мы обычно узна­ем без помощи зрения. Даже при закрытых глазах мы знаем, вытянута или согнута у нас рука или но­га, повернута голова вперед или вбок, стоим ли мы прямо. Эту информацию о положении и движени­ях тела и его различных частей доставляет в мозг сенсорная система. Рецепторы этой сенсорной си­стемы находятся в мышцах и суставных сумках, а также в вестибулярном аппарате внутреннего уха. Эти рецепторы получили название проприоцепторов; это значит, что они информируют нас о состо­янии нашего собственного тела.

Не все элементы статической и кинетической информации (т.е. информации о положении и движениях тела) достигают большого мозга. Гене­рируемые в проприоцепторах«импульсы могут ак­тивировать врожденные автоматизмы, приводя­щие к рефлекторной деятельности, которая регулируется не корой, а продолговатым или средним мозгом; иногда эти импульсы даже прямо прово­дятся к передним рогам спинного мозга. Некото­рые движения, связанные с прямостоянием, со­вершаются автоматически. Реакции, связанные с тонким регулированием положения тела и головы, доходят до сознания с задержкой или же не дохо­дят вовсе. Таким образом, некоторые процессы, происходящие в проприоцептивном анализаторе, остаются неосознанными. Та часть информации, которая осознается человеком, проходит посред­ством проприоцептивных импульсов по сложному пути, самовозбуждающемуся кольцевому пути, который включает сенсорные и моторные зоны коры, определенные группы нейронов в стволе мозга (анатомы назвали их базальными ганглия­ми), нейроны таламуса и мозжечковые структуры. Эту реверберационную систему, которая связана с управлением схемой тела, неврологи называют эк­страпирамидной системой. Влияние мышечного утомления, какие-либо изменения в опорно-дви­гательном аппарате (например, изменение весо-ростовых показателей) будут оказывать прямое влияние на работу данной системы.

Внешняя ориентация

Кроме схемы тела при управлении движения­ми необходима ориентация во внешнем мире, при­вязка к месту и времени. Для выполнения даже та­кого простого двигательного акта, как захватыва­ние предмета, необходима координация между зрительным и тактильным восприятием простран­ства. Для этого нужно, чтобы существовал участок (или участки), где интегрировались бы эти две мо­дальности. По-видимому, важным участком, где интегрируются зрительные и тактильные воспри­ятия, служит задняя область теменной коры.

Высказано предположение, что в гиппокампе содержится «когнитивная карта», в которой как бы отмечены места различных прошлых событий. Можно добавить, что в гиппокампе хранится ком­бинированная информация о месте и времени

 

 

прошлых активных действий и о сопутствующих им эмоциях.

Как ориентация, так и пространственная па­мять, связаны с деятельностью распределенных систем, включающих множество корковых (а так­же подкорковых) областей.

Изменение обстановки, реагирование на воз­никающие помехи оказывает соответствующее влияние на выполнение моторной программы.

Текущая ситуация

При наличии возможности принятия решения при неоднозначной ситуации происходит выбор из набора имеющихся двигательных программ, либо изменение имеющейся.

Системная организация оказывается связан­ной с выбором предпочитаемых исполнительных механизмов, обеспечивающих возможность раз­ных стратегий поведения при наличии одной и той же цели или в различных ситуациях. Из этого следует, что при наличии какой-либо уже встреча­ющейся ранее цели или постоянной цели возмож­на активация не единственной программы, а вы­бор одной из нескольких имеющихся, но неакти­вированных программ.

Нейронная организация нервной системы

Процесс изменения моторных программ, а за­тем хранения этих изменений в памяти связан со структурными изменениями на клеточном уровне.

Нейрон является структурной единицей нерв­ной системы. Он является клеткой подобно всем другим клеткам тела; однако определенные суще­ственные отличия позволяют ему выполнять функции переработки информации и функции связи внутри мозга.

Как известно, нейрон состоит из трех частей: тела клетки, дендритов и аксона, каждая часть со своими, но взаимосвязаны функциями.

Функционально дендриты получают сигналы от других клеток через контакты, называемые си­напсами. Отсюда сигналы проходят в тело клетки, где они суммируются с другими такими же сигналами. Если суммарный сигнал в течение коротко­го промежутка времени является достаточно боль­шим, клетка возбуждается, вырабатывая в аксоне импульс, который передается на следующие клет­ки. Несмотря на очевидное упрощение, эта схема функционирования объясняет большинство из­вестных процессов мозга.

Большинство этих процессов происходит в те­ле клетки, где изменение химических факторов приводит к большим изменениям сложных моле­кул. Кроме того, тело клетки управляет расходом энергии нейрона и регулирует множество других клеточных процессов.

Дендриты. Большинство входных сигналов от других нейронов попадают в клетку через дендри­ты, представляющие собой густо ветвящуюся структуру, исходящую от тела клетки. На дендри-тах располагаются синаптические соединения, ко­торые получают сигналы от других аксонов.

Синаптические контакты представляют собой узкое пространство, называемое синаптической щелью, отделяющее дендрит от передающего ак­сона. Специальные химические вещества, называ­емые нейротрансмиттерами, улавливаются специ­альными рецепторами на дендрите и внедряются в тело клетки. Тело клетки суммирует сигналы, по­лученные от дендритов и, если их результирую­щий сигнал выше порогового значения, выраба­тывается импульс, проходящий по аксону к дру­гим нейронам.

Синаптическая связь, завершающая ветвь аксо­на, представляет собой маленькие утолщения, со- ~ держащие сферические структуры, называемые синаптическими пузырьками, каждый из которых содержит большое количество нейротрансмиттерных молекул. Когда нервный импульс приходит в аксон, некоторые из этих пузырьков высвобожда­ют свое содержимое в синаптическую щель, тем самым инициализируя процесс взаимодействия нейронов.

Аксон. Аксон может быть как коротким (0,1 мм), так и превышать длину 1 м, распространяясь в другую часть тела человека. На конце аксон име­ет множество ветвей, каждая из которых заверша­ется синапсом, откуда сигнал передается в другие нейроны через дендриты, а в некоторых случаях -прямо в тело клетки. Таким образом, всего один нейрон может генерировать импульс, который возбуждает или затормаживает сотни или тысячи других нейронов, каждый из которых, в свою оче­редь, через свои дендриты может воздействовать на сотни или тысячи других нейронов. Такая вы­сокая степень связанности, а не функциональная сложность

Что нужно измерить, чтобы отличить нейрон, изменившийся после обучения?

Поверхность всех дендритов, отходящих от тела клетки, покрыта синапсами. Одни синапсы разме­щаются прямо на самих дендритах, другие — на кро­шечных шипиках, отходящих от их поверхности.

Перестройка синаптических связей между нейронами в соответствии с гипотезой Хебба мо­жет быть связана с изменением длины дендритов, характера их ветвления или количества шипиков.

Расчеты биофизиков показали, что от синап­сов, расположенных на шипиках, электрическая реакция распространяется эффективнее, чем от синапсов на самих дендритах, а также в отдельных шипиках, зависит от их формы. Характер межней­ронных связей может изменяться не только при увеличении или уменьшении каждого отдельного синапса, есть веские основания полагать, что фор­ма и характер ветвления дендритов имеют важное значение и могут изменяться под воздействием, обучения или других форм приобретения опыта.

 

 

Процесс изменения моторных программ, а за­тем хранения этих изменений в памяти связан со структурными изменениями на клеточном уровне. При начале работы любой моторной програм­мы запускается каскад биохимических реакций.

Предположения, высказанные Хеббом, став­шие теперь классическими, говорят о том, что: лю­бые психические функции, будь то память, эмоции или мышление, должны быть обусловлены деятель­ностью нейронных ансамблей. Нервные клетки в таких ансамблях объединены в специфические се­ти. По мнению Хебба, при возбуждении нейрона его синаптические связи становятся более эффек­тивными. Это может быть связано с кратковремен­ным повышением возбудимости (кратковременная память) или же стойкими структурными изменени­ями в синапсах (долговременная память).

Следствия теории нейронной организации нервной системы

Из вышеприведенной теоретической инфор­мации следует ряд следствий. - Изменение моторных программ всегда должно учитывать наличие и особенности ранее приоб­ретенных, имеющихся у конкретного человека, моторных программ. В процессе тренировки движения усложняются, видоизменяются. В хо­де процесса обучения более сложным движени­ям происходит формирование новой моторно программы на основ*старой. В ходе этого пр⁰' цесса в новую программу включаются нелико или частично уже имеющиеся у человека од или несколько моторных программ. Поэт необходимо с самых первых занятий знать с V

ктуру и функциональные связи движений и двигательных действий.

— Для каждого уровня занимающегося критерии оценки технического мастерства являются строго определенными и строятся на особенностях взаи­мосвязи уровня физической подготовленности и степенью освоения используемых движения, при­сущих данному временному отрезку. То есть для адекватной работы моторной программы при вы­полнении двигательного действия должна иметься определенная соразмерность между соответствую­щими показателями, определяющим успешность выполнения моторной программы. Отрицательное влияние на качество выполнения двигательного действия оказывает не только отсутствие должного уровня физической подготовленности, но и его не­соразмерное увеличение. Принцип соответствия определяет необходимый и достаточный уровень развития физических данных занимающегося для качественного совершенствования предлагаемых ему инструктором к освоению движений.

— Выполнение моторных программ требует усло­вий, которые заключаются в соответствии и до­статочности уровня физической подготовлен­ности тем требованиям, которые необходимы 1чоторной программе для полноценной ее реа­лизации. Следовательно, необходимым услови­ем в процессе усложнения моторной програм­мы, приводящим к спланированным изменени­ям, является опережающее изменение уровня физической подготовленности занимающегося.

— Перестройка моторных программ происходит за счет структурных изменений в нейронных сетях коры головного мозга. Соответственно требует­ся время на осуществление этих процессов. Это в свою очередь определяет объем повторений того или иного тренировочного упражнения, а также порядок их использования на протяже­ние определенного временного отрезка.

- В каждом двигательном действии можно опре­делить базовые (основные) движения или их со­ставляющие. Они составляют тот минимальный набор, который собственно и определяет дан­ное двигательное действие.

Количество повторений

— Тренирующее (обучающее) воздействие любого упражнения (комплекса упражнений), направ­ленного на изменение моторной программы должно изменяться в соответствии с кривой обучения (рис. 12), что может служить тестиру­ющим моментом определения уровня сложно­сти предлагаемого упражнения или степени его усвоения.

Совершенствование техники движений без­гранично. В нем можно выделить два этапа:

а) повышение эффективности технических действий;

б) стабилизация нового уровня выполнения движения.

Затем весь этот процесс повторяется на каче­ственно новой ступени.

Можно выделить основные дидактические ал­горитмы, которые Moniir использоваться при °бУ" чении различным двигательным действиям.

На рис. 13 представлены типичные кривЫ^е обучения, полученные с использованием различ­ных дидактических алгоритмов.

1. В первом дидактическом алгоритме возможно воздействовать на разучиваемое движение спортсмена целостно; контроль за выполнени­ем двигательного действия осуществляется так­же по нескольким параметрам или целостно.

2. Возможным вариантом обучения техники явля­ется использование только одного параметра техники. После момента, когда дальнейшее обучение невозможно, проводится обучение с использованием второго параметра; контроль за выполнением двигательного действия осуще­ствляется по нескольким параметрам или цело­стно, т.е. осуществляется последовательное приближение к задуманному через параллель­ное освоение многочисленных упрощенных уп­ражнений.

3. Очевидно предположить, что существует воз­можность воздействия на моторную програм­му человека, имея только один управляющий и контролируемый показатель техники. Также как и в предыдущем примере, после невозмож­ности проводить обучение дальнейший про­цесс осуществляется посредством другого по­казателя. В определенных ситуациях этот алго­ритм можно рассматривать как частный случай второго.

 

4. Встречается в практике и такой вариант, когда обучение проводится при введении поправок по ходу обучения, ориентируясь на промежуточ­ные оценки параметров техники. Другими ело вами это соответствует принципу «сделай как можешь — будем исправлять наиболее крупную, грубую ошибку», т.е. это есть метод проб, оши­бок и случайного успеха.

Очевидно, что в чистом виде приведенные ал­горитмы обучения в практике почти не встречают­ся, их сочетание дает могучий спектр для выбора наиболее подходящего в конкретной ситуации. Другим очевидным моментом является то, что вы­бор применяемого алгоритма будет определяться сложностью движения; требованиями, которые предъявляются к выполнению движения, т.е. ситу­ация применения и т.п. Расчет количественной оценки времени обучения каждого движения для различных видов алгоритмов и их сочетаний будет различным, но поддающимся относительно точ­ному расчету, а, следовательно, и выбора наиболее оптимального.

Рекомендации при обучении движениям

В ходе проведения занятий инструктору следу­ет учитывать следующее:

— поставив цель, разучить новое движение или со­вершенствовать технику старого, необходимо соотнести уровень физической подготовленно­сти занимающихся и способствовать исключе­нию риска получения ими травмы;

— до начала обучения следует определить, как лучше обучать данному движению - как единому целому или по частям;

— демонстрация и устные рекомендации должны максимально соответствовать тому, чего инс руктор хочет добитьоТот учеников:

— при освоении нового движения, продемонстрировав его выполнение, можно предложить за мающимся представить его мысленно, в голо ^ > а потом приступить к реальному выполнен ию

— варьировать темп и скорость. Выполнив упраж­нение несколько раз в два раза медленнее, лишь затем приступать его выполнению с нормаль­ной скоростью;

— давать устные и/или визуальные подсказки для выполнения тех элементов движения, от кото­рых в большей степени зависит его успех;

— не давать более 5-7 подсказок для каждого осва­иваемого движения — любая лишняя информа­ция будет забыта или не будет воспринята;

— указывать занимающимся на схожесть разучива­емых движений (или их частей) с теми, которы­ми они уже владеют, но, возможно, сами этой связи не замечают.

2.2.1.5. Энергетическое и пластическое обеспечение аэробных упражнений

Основная суть аэробной части занятия заклю­чается в достаточно длительном повторении базо­вых и других видов движений, их блоков и комби­наций, которое и вызывает основные тренировоч­ные эффекты аэробной тренировки.

Для осмысленного планирования тренировоч­ного процесса и управления деятельностью занима­ющихся на занятии, целью которых является полу­чение тренировочных эффектов, лежащих в основе улучшения физического состояния занимающихся и их здоровья в целом, необходимо понимать суть происходящих в организме процессов при выпол­нении аэробных физических упражнений.

Все тренировочные эффекты, получаемые под воздействием нагрузки аэробной части класса, связаны с необходимостью компенсировать рас­ход энергии, которая тратится при каждом взаи­модействии актино-миозиновых мостиков в мио-филаментах мышечных волокон для генерации напряжения и сокращения мышц. Поэтому пони­мание механизмов энергообеспечения при выполнении аэробных упражнений с различной интен­сивностью совершенно необходимо специалисту по оздоровительной аэробике.

Как известно из курса биохимии и физиоло­гии, непосредственным источником энергии в лю­бой клетке организма являются молекулы АТФ, которые распадаются с выделением энергии. Сле­довательно, жизнедеятельность клетки предполагает непрерывное пополнение запасов АТФ в ходе биохи­мических реакций. В этих реакциях распадаются ве­щества, в химических связях которых суммарно имеются большие, чем в АТФ, запасы энергии.

Внутри мышечного волокна основными ис­точниками пополнения (ресинтеза) АТФ являют­ся четыре биохимические реакции. Эти реакции различаются по мощности (скорости) выработки энергии и емкости (количеству энергии, которое можно получить за их счет):

Креатинфосфатная 1) реакция распада креатинфосфата (КрФ) с образо­ванием АТФ. Эта реакция происходит во внутри­клеточном пространстве непосредственно около мест использования АТФ - у миофиламентов,. около мембран саркоплазматического ретикулума и т.д. КрФ, в свою очередь, немедленно ресинтезируется (восстанавливается), получая энергию из других источников внутри клетки. Эта реакция самая мощная, но она обладает ограни­ченной емкостью. При максимальной интенсивно­сти работы ее энергии хватило бы на 4-6 секунд. 2) реакция безкислородного распада гликогена (угле­вода) — анаэробный гликолиз. Эта реакция так же проходит во внутриклеточном пространстве и не привязана к какой-либо органелле клетки-Мощность выработки энергии в анаэробно гликолизе ниже, чем в предыдущей реакии однако емкость существенно выше.

Первые две реакции не требуют для свое осуществления кислорода. Поэтому их называют анаэробными (безкислородными).

Их главная особенность - они способны вы­рабатывать энергию с большой скоростью. Следо­вательно, они являются основными поставщика­ми АТФ в быстрых и мощных упражнениях. Ско­рость выработки энергии в этих реакциях прямо зависит от наличия КрФ и гликогена. Если их ко­личество истощается, то скорость ресинтеза АТФ и, следовательно, мощность работы падают.

Анаэробный гликолиз имеет три особенности:

1) эта реакция относительно быстро истощает «стратегические» углеводные запасы организма;

2) вызывает накопление в мышце ионов водорода (Н⁺) (в соединении с лактатом они называются молочной кислотой), что приводит к потере мышцей способности к интенсивному сокра­щению. Человек ощущает это явление как ло­кальное утомление мышц. Выход молочной ки­слоты в кровь и ее накопление является основ­ной причиной чувства усталости при интенсив­ной мышечной работе и вынуждает человека снизить интенсивность или совсем прекратить работу;

3) в ходе анаэробного гликолиза выделяется много тепла, разогревающего мышцы.

Кроме быстрых, мощных движений, наиболее типичный для человека вид физической активности - это длительные, но относительно не интенсивные движения в быту, на работе и при занятиях оздоро­вительной тренировкой. В этих случаях основными источниками АТФ являются две другие реакции:

1) аэробный гликолиз — расщепление гликогена, лактата и глюкозы с участием кислорода;

2) бетта-окисление липидов - расщепление внут­риклеточных и поступаемых из крови жиров с участием' кислорода.

Эти две реакции частично протекают во внут­риклеточном пространстве, а их основная завер­шающая стадия, когда происходит синтез АТФ, - в специальных органеллах клетки - митохондриях.

Первой основной особенностью этих реакций является то, что в них энергетические субстраты (углеводы и жиры) используются с высокой эффе­ктивностью - в ходе этих реакций удается полу­чить й виде АТФ 40-50% химической энергии, за­ключенной в их молекулах. Остальная энергия рассеивается в виде тепла, которое приводит сна­чала к повышению температуры мыши, а затем и

всего тела.

Вторая особенность - конечными продуктами аэробных реакций являются вода (НЮ) и углекис­лый газ (СОг) — вещества, сильно не изменяющие состояние внутренней среды клетки и легко выво­димые из нее.

Третья особенность — эти реакции требуют для своего течения постоянной поставки кислорода-в мышечное волокно с током крови.

Основной недостаток этих реакций — скорость выработки энергии в митохондриях в несколько раз ниже, чем, например, при анаэробном гликолизе. Аэробный гликолиз — более мощная (пример­но в 2 раза) реакция, чем бетта-окисление жиров, но ее мощность ограничена запасами углеводов в организме. Количество энергии, которое можно выработать за счет внутренних запасов углеводов без серьезных отклонений в срочном физическом и психическом состоянии занимающихся оздоро­вительной аэробикой — 400-600 ккал.

Окисление жиров - самая медленная реакция, но ее емкость очень велика и теоретически зави­сит только от запасов жиров в оритнизмс.

Локальные (местные) механизмы снабжения мышц кислородом и энергетическим и субстратами

Как происходит снабжение мышечных волокон необходимыми для работы кислородом энергетическими субстратами?

Для начального периода любой мышечной деятельности в любом мышечном волокне есть все необходимое.

Причем в строгом соответствии его функциональной специализацией. Например в быстром MB больше запасов КрФ и больше

гликогена. В медленных MB меньше гликогена, но больше жиров и миоглобина (в соединении с ко­торым хранятся внутриклеточные запасы кисло­рода). Поэтому в начальный период мышечной работы, когда внешние источники обеспечения еще не способны работать на полную мощность. MB функционирует автономно.

Сразу же после начала работы мышц, рефлекторно, а затем и под воздействием метаболитов (продуктов реакций), гормонов, нейромедиаторов, а также по мере снижения внутриклеточных запасов энергетических субстратов и кислорода, включаются механизмы, доставляющие необходи­мые вещества в мышечное волокно из окружаю­щих тканей. Одновременно из волокна выводятся неиспользуемые и вредные продукты метаболиз­ма. И те, и другие вещества проходят через мембра­ну (внешнюю оболочку) клетки в соответствии с гра­диентом (разницей) концентрации веществ внутри и снаружи клеток. В направлении — от большей кон­центрации в сторону меньшей.

Например, через несколько секунд после на­чала работы миозиновых мостиков в мышечном волокне на полную мощность включается меха­низм ресинтеза АТФ в митохондриях. Соответст­венно начинает понижаться концентрация (в дан­ном случае говорят - парциальное напряжение) мо­лекул кислорода во внутриклеточном пространст­ве. Сразу же начинается использование кислоро­да, запасенною в миоглобине. Этого резерва хва­тает еще на несколько секунд. То есть, в течение определенного времени, предположим 10 секунд, MB не требует дополнительного кислорода извне, так как внутри волокна поддерживается необходи­мая для нормальной работы митохондрий концен­трация молекул кислорода за счет его освобожде­ния из миоглобина. Тем не менее сразу же после начала работы митохондрий в клетке повышается концентрация углекислого газа (СО₂), который тут же начинает выходить через мембрану наружу и попадать в кровь, текущую по кровеносным ка­пиллярам, окружающим волокно со всех сторон. В эритроцитах крови находится специальный белок — гемоглобин, в соединении с которым от легких, к работающим тканям транспортируется кислород, СОз обладает способностью присоединяться к ге­моглобину, вытесняя из него кислород. Вышед­ший из клетки СО₂ уносится с гемоглобином к легким, где выходит в атмосферу, а освобожден­ные молекулы кислорода повышают концентра­цию этого газа в окружающем клетку пространст­ве, увеличивая разницу (градиент) парциальных напряжений внутри волокна и снаружи. Это уве­личивает скорость переноса кислорода внутрь во­локна параллельно снижению там напряжения кислорода, таким образом, чтобы не поставить митохондрии в условия «кислородного голодания» и излишне не стимулировать, невыгодные для мышцы анаэробные реакции. Возможности для адекватного (соответствующего потребностям) обеспечения тканей кислородом в начале работы всегда есть, так как с кровью приносится в не­сколько раз больше О₂, чем это требуется мышцам. Неиспользованный кислород уносится кровью дальше - обратно к сердцу и легким. Таким обра­зом, реально никакого «кислородного долга» в на­чале мышечной работы, когда системы доставки кислорода еще не активизировались на полную мощность, не возникает. «Кислородный долг» -это условное понятие, характеризующее количест­во кислорода, которое необходимо затратить пос­ле завершения работы для ресинтеза АТФ, КРФ ^и окисления образовавшейся в ходе анаэробного гликолиза молочной кислоты.

С энергетическими субстратами ситуация очень похожа. В начале мышечной работы в волокнах используются внутренние запасы углеводов и жиров. Если бы не было доставки субстратов с кровью, то внутримышечных запасов угле­водов хватило бы на 10-30 минут работы, а жиров - на 1-2 часа. Однако по мере снижения содержа­ния субстратов мощность работы каждого мы­шечного волокна падает. Чтобы не допустить это­го, сразу после начала работы включаются нерв­ные и гуморальные механизмы, которые мобили­зуют (задействуют) депо энергетических субстра­тов. Депо углеводов находятся в печени, депо жи­ров — по всему телу в виде брыжеечного и под­кожного жира.

Центральные(системные) механизмы снабжения мышц кислородом.

Мобилизация депо сопровождается выбросом в кровь дополнительного количества глюкозы и жиров. Таким образом, концентрация этих ве­ществ в крови по сравнению с концентрацией в тканях растет, а это, как говорилось выше, ускоря­ет ввод субстратов внутрь мышечного волокна. Та­ким образом, автоматически регулируются дос­тавка и необходимое содержание кислорода и суб­стратов около мест их использования.

Кислород поступает в организм из окружаю­щего воздуха. Захват кислорода из воздуха осуще­ствляет аппарат внешнего дыхания. Он состоит из воздухоносных путей, легких, основных и вспомо­гательных дыхательных мышц.

Во время вдоха, когда полость грудной клетки расширяется за счет сокращения инспираторных мышц, воздух входит из окружающей среды через гортань, трахею, бронхи в легкие. Легкие состоят из системы более мелких ветвящихся трубок с мель­чайшими мешочками на концах - альвеолами, ко­торые оплетены очень густой сетью капилляров.

Процесс легочного газообмена — это проход кислорода из вдыхаемого воздуха через мембраны альвеол и капилляров в кровь, а углекислого газа в обратном направлении - из крови в альвеолярный воздух. Газообмен осуществляется при помощи простой диффузии по градиенту парциального на­пряжения газа.

 

Сердечно­сосудистая система

Количество воздуха, поступаемого в легкие за время вдоха, называется глубиной дыхания или ды­хательным объемом, и выражается в литрах (л). После вдоха следует выдох. Вдох и выдох предста­вляют собой дыхательный цикл. Количество дыха­тельных циклов в минуту называется частотой ды­хания и выражается числом циклов в минуту (цикл/мин) А произведение дыхательного объема на частоту дыхания позволяет определить, сколь­ко воздуха прокачивают легкие за единицу време­ни. Этот объем называется легочной вентиляцией и выражается в литрах в минуту (л/мин).

Во время пассивного выдоха (в покое), кото­рый происходит при расслаблении инспиратор-ных мышц, альвеолярный воздух, богатый углеки­слотой, но бедный кислородом выталкивается в атмосферу. Во время физической нагрузки выдох может быть активным (ускоренным). В этом слу­чае включаются инспираторные мышцы.

Процесс внешнего дыхания управляется ЦНС в зависимости от содержания кислорода и углеки­слого газа в крови.

Под воздействием тренировки увеличивается сила дыхательных мышц и повышается диффузи­онная способность легких за счет большей поверх­ности легочных альвеол (объемом легких) и глав­ным образом увеличения плотности капилляров около каждой альвеолы. Есть данные, что это по­ложительно сказывается на физической работо­способности.

Попав в кровь, кислород проходит через мем­брану эритроцитов - красных кровяных телец, соединяется с гемоглобином вместо вышедшего в атмосферный воздух углекислого газа. Транспорт кислорода с кровью от легких* местам его использования (например, мышцам) осуществляется системе сосудов разного диаметра – сосудистой системе. Обмен газов по градиенту (см. выше) между кровью и тканями происходит при прохождении крови через систему самых тон­ких сосудов — обменных капилляров. Оттекающую от тканей кровь собирают собирательные сосуды — вены, по системе которых кровь возвращается к сердцу.

Продвижение крови по сосудам обеспечивает биологический насос - сердце, имеющее 4 камеры с мышечными стенками: правое и левое предсер­дия, правый и левый желудочки. Предсердия со­единяются с желудочками через отверстия с кла­панами, пропускающими кровь только в о

⇐ Предыдущая12345678910Следующая ⇒

Поделиться:

Воспользуйтесь поиском по сайту: