Биоэнергетические процессы при мышечной деятельности

Последнее десятилетие прошедшего века поставило перед спортивной наукой ряд проблем, связанных с оптимизацией параметров тренировочного процесса. Под сомнение была поставлена существующая концепция подготовки спортсменов различных возрастов, разработанная ещё в 60-е гг. Л.П. Матвеевым.
Любое двигательное действие осуществляется с помощью мышечного сокращения. Но для того, чтобы осуществить двигательное действие, помимо фазы сокращения, необходимо наличие фазы расслабления. Для последовательной смены фаз необходима энергия.
Реакция расщепления уникальной молекулы аденозинтрифосфорной кислоты (АТФ) сопровождается освобождением энергии, преобразуемой в процессе мышечного сокращения в мышечную работу. Эта реакция является единственным и непосредственным источником энергии для всей жизнедеятельности организма, в том числе для сокращения и расслабления мышц. Запасы АТФ в мышечных клетках относительно постоянны, но настолько незначительны, что их хватит лишь на 3-4 одиночных мышечных сокращений максимальной интенсивности, если отключить все механизмы ресинтеза (воспроизводства) этого макроэргического соединения. В процессе жизнедеятельности количество молекул АТФ в клетках восстанавливается (ресинтезируется) из продуктов их распада с той же скоростью, с какой они расщепляются. За сутки организм производит до 60 кг этих удивительных молекул.
Количественная оценка показателей биоэнергетики дает возможность точнее планировать направленность воздействий при подготовке спортсменов. Мышечная деятельность организма обеспечивается сложной системой энергообеспечения с большим числом биохимических реакций, которые сложно изучить в условиях официальных спортивных состязаний. Но их определение и количественный анализ дают возможность оптимизировать управление соревновательной деятельностью спортсменов.
Взаимосвязь биоэнергетических показателей носит коррелятивный характер, и тесноту связей «размывают» такие факторы, как функционально-структурные вариации индивидуальных особенностей мышечной системы, уровень специальной подготовленности и другие факторы. Оценка активности сывороточных ферментов дает ключ к пониманию роли биоэнергетических факторов, обусловливающих работоспособность в упражнениях различных зон мощности, а также выявлению предпатологических состояний спортсменов.
Цель данного исследования – проанализировать биоэнергетические процессы при мышечной деятельности.
Для достижения поставленной цели необходимо решить следующие задачи:
- охарактеризовать пути синтеза аденозинтрифосфорной кислоты;
- выявить соотношение между тремя путями ресинтеза АТФ;
- проанализировать физиологические и педагогические основы совершенствования биоэнергетических процессов при мышечной деятельности;
- охарактеризовать биологические принципы спортивной тренировки .
Предмет исследования - физиологические и педагогические основы совершенствования биоэнергетических процессов при мышечной деятельности.
Объект исследования - биоэнергетические процессы при мышечной деятельности.
Практическая значимость исследования заключается в том, что проведенные в курсовой работе исследования и предложенные физиологические и педагогические основы совершенствования биоэнергетических процессов при мышечной деятельности могут быть использованы для дальнейших научных исследований.

Проведенное в курсовой работе исследование позволяет сделать следующие выводы.
Фазы мышечной деятельности - сокращение и расслабление - протекают при обязательном использовании энергии, которая выделяется при гидролизе АТФ.
Однако запасы АТФ в мышечных клетках незначительны (в покое концентрация АТФ в мышцах около 5 ммоль/л) и их достаточно для мышечной работы в течение 1-2 с. Поэтому для обеспечения более продолжительной мышечной деятельности в мышцах должно происходить пополнение запасов АТФ. Образование АТФ в мышечных клетках непосредственно во время физической работы называется ресинтезом АТФ и идет с потреблением энергии. В зависимости от потребления кислорода пути ресинтеза делятся на аэробные и анаэробные.
Аэробный путь ресинтеза АТФ (тканевое дыхание) - это основной, базовый способ образования АТФ, протекающий в митохондриях мышечных клеток. В ходе тканевого дыхания от окисляемого вещества отнимаются два атома водорода (два протона и два электрона) и по дыхательной цепи передаются на молекулярный кислород, доставляемый кровью в мышцы из воздуха, в результате чего возникает вода. За счет энергии, выделяющейся при образовании воды, происходит синтез АТФ из АДФ и фосфорной кислоты. Обычно на каждую образовавшуюся молекулу воды приходится синтез трех молекул АТФ.
По сравнению с другими идущими в мышечных клетках процессами ресинтеза АТФ аэробный ресинтез имеет ряд преимуществ. Он отличается высокой экономичностью: в ходе этого процесса идет глубокий распад окисляемых веществ до конечных продуктов - СО2 и Н2О и поэтому выделяется большое количество энергии. Другим достоинством этого пути ресинтеза является универсальность в использовании субстратов. В ходе аэробного ресинтеза АТФ окисляются все основные органические вещества организма: аминокислоты (белки), углеводы, жирные кислоты, кетоновые тела и др. Еще одним преимуществом этого способа образования АТФ является очень большая продолжительность его работы: практически он функционирует постоянно в течение всей жизни. В покое скорость аэробного ресинтеза АТФ низкая, при физических нагрузках его мощность может стать максимальной.
Однако аэробный способ образования АТФ имеет и ряд недостатков. Так, действие этого способа связано с обязательным потреблением кислорода, доставка которого в мышцы обеспечивается дыхательной и сердечно-сосудистой системами (вместе они обычно обозначаются термином «кардиореспираторная система»). Функциональное состояние кардиореспираторной системы является лимитирующим фактором, ограничивающим продолжительность работы аэробного пути ресинтеза АТФ с максимальной мощностью и величину самой максимальной мощности.
Возможности аэробного пути ограничены ещё и тем, что все ферменты тканевого дыхания встроены во внутреннюю мембрану митохондрий в форме дыхательных ансамблей и функционируют только при наличии неповрежденной мембраны. Любые факторы, влияющие на состояние и свойства мембран, нарушают образование АТФ аэробным способом. Еще одним недостатком аэробного образования АТФ можно считать большое время развертывания (3-4 мин) и небольшую по абсолютной величине максимальную мощность.
Анаэробный путь ресинтеза АТФ (гликолитический) является дополнительными способами образования АТФ в тех случаях, когда основной путь получения АТФ - аэробный - не может обеспечить мышечную деятельность необходимым количеством энергии. Это бывает на первых минутах любой работы, когда тканевое дыхание ещё полностью не развернулось, а также при выполнении физических нагрузок высокой мощности.
Гликолитический способ образования АТФ имеет ряд преимуществ перед аэробным путем. Он быстрее выходит на максимальную мощность (за 20-30 сек, в то время как аэробный путь - за 3-4 мин), имеет более высокую величину максимальной мощности (в 2 раза больше, чем у тканевого дыхания) и не требует участия митохондрий и кислорода.
Однако у этого пути есть и существенные недостатки. Этот процесс малоэкономичен. Распад до лактата одного остатка глюкозы, отщепленного от гликогена, дает только 3 молекулы АТФ, тогда как при аэробном окислении гликогена до воды и углекислого газа образуется 39 молекул АТФ в расчете на один остаток глюкозы. Такая неэкономичность в сочетании с большой скоростью быстро приводит к исчерпанию запасов гликогена.
Другой серьезный недостаток гликолитического пути ресинтеза АТФ - образование и накопление лактата, являющегося конечным продуктом этого процесса. Повышение концентрации лактата в мышечных волокнах вызывает сдвиг рН в кислую сторону, при этом происходят конформационные изменения мышечных белков, приводящие к снижению их функциональной активности. Таким образом, накопление молочной кислоты в мышечных клетках существенно нарушает их нормальное функционирование и ведет к развитию утомления.
При любой мышечной работе функционируют все пути ресинтеза АТФ, но включаются они последовательно. В первые секунды работы ресинтез АТФ идет за счет анаэробного механизма, затем, по мере продолжения работы, на смену гликолизу приходит тканевое дыхание.
Высокий уровень энергетических возможностей организма, может быть, достигнут при одновременном совершенствовании всех механизмов энергообеспечения с помощью комплекса разнообразных педагогических средств и методов тренировки.