Fizinės mankštos fiziologija - www.Kristalai.eu

Fiziskā fizioloģija

Vingrinājumu fizioloģija pēta, kā mainās ķermeņa struktūras un funkcijas, ja tiek pakļauti akūtiem un hroniskiem vingrinājumu atkārtojumiem. Šo fizioloģisko mehānismu izpratne ir būtiska, lai optimizētu veiktspēju, novērstu ievainojumus un veicinātu vispārējo veselību. Šajā rakstā ir apskatīts, kā muskuļi funkcionē šūnu līmenī, kādas enerģijas sistēmas veicina fizisko aktivitāti un kā kardiorespiratorās sistēmas pielāgojas slodzes laikā.

Muskuļu kontrakcijas mehānismi: muskuļu darbības šūnu pamats

Muskuļu kontrakcija ir sarežģīts process, kas ietver dažādu šūnu komponentu mijiedarbību muskuļu šķiedrās. Muskuļu kontrakcijas pamatvienība ir sarkomērs, kas sastāv no savstarpēji savienotiem proteīna pavedieniem – aktīna un miozīna.

Skeleta muskuļu struktūra

  • Muskuļu šķiedras: Garas, cilindriskas šūnas ar vairākiem kodoliem un bagātīgiem mitohondrijiem.
  • Miofibrils: olbaltumvielu pavedienu kūlīši muskuļu šķiedrās, kas sastāv no atkārtotām vienībām, ko sauc par sarkomēriem.
  • Sarcomeres: pamata kontraktilās vienības, ko nosaka Z līnijas, satur plānus (aktīns) un biezākus (miozīna) pavedienus.

Slīdošo staru teorija

Slīdošo pavedienu teorija izskaidro muskuļu kontrakciju ar aktīna slīdēšanu pa miozīna pavedieniem, izraisot sarkomēru kontrakciju.

  • Mierīgs stāvoklis: Tropomiozīns bloķē miozīna saistīšanās vietas uz aktīna pavedieniem, novēršot šķērssaišu veidošanos.
  • Uzbudinājuma-kontrakcijas attiecības:
    • Darbības potenciāls: Nervu impulss izraisa darbības potenciālu muskuļu šķiedras sarkolemmā.
    • Kalcija izdalīšanās: Rīcības potenciāls izplatās pa T veida kanāliņiem, stimulējot sarkoplazmas tīklu atbrīvot kalcija jonus.
  • Šķērsapjoma veidošana:
    • Kalcija saistīšanās: Kalcija joni saistās ar troponīnu, izraisot tropomiozīna pārvietošanos un pakļaujot aktīnam miozīna saistīšanās vietas.
    • Pieteikties: Enerģētiskās miozīna galviņas saistās ar aktīnu, veidojot šķērsgriezumus.
  • Jaudas gājiens:
    • ADP un Pi izlaišana: Miozīna galviņas griežas, velkot aktīna pavedienus uz sarkomēra centru.
    • Muskuļu kontrakcija: šī darbība izraisa muskuļu kontrakciju.
  • Šķērsjaudas atvienošana:
    • ATP saistīšanās: jauna ATP molekula saistās ar miozīna galvu, izraisot tās atdalīšanu no aktīna.
    • Atkārtota aktivizēšana: ATP hidrolīze atgūst enerģiju miozīna galviņām nākamajam ciklam.
  • Relaksācija:
    • Kalcija atpakaļsaistīšana: Kalcija joni tiek iesūknēti atpakaļ sarkoplazmas retikulumā.
    • Pieteikšanās vietu bloķēšana: Tropomiozīns atkal pārklāj saistīšanās vietas, un muskuļi atslābinās.

ATP loma muskuļu kontrakcijā

  • Energoapgāde: ATP nodrošina enerģiju, kas nepieciešama šķērsapjoma ciklam.
  • ATP hidrolīze: ATP sadalīšanās ADP un Pi aktivizē miozīna galviņas.
  • ATP reģenerācija: Muskuļu šķiedras atjauno ATP, izmantojot vielmaiņas ceļus, lai uzturētu kontrakcijas.

Enerģijas sistēmas: ATP-PCr, glikolītiskie un oksidatīvie ceļi

Muskuļu kontrakcijām nepieciešama pastāvīga ATP piegāde.Ķermenis izmanto trīs galvenās enerģijas sistēmas, lai atjaunotu ATP slodzes laikā:

ATP-PCr sistēma (fosfagēnu sistēma)

  • Tiešais enerģijas avots: nodrošina enerģiju augstas intensitātes, īslaicīgām darbībām (piemēram, sprintam).
  • Mehānisms:
    • Fosfokreatīns (PCr) ziedo fosfātu ADP, veidojot ATP.
    • Raudzēt: Kreatīnkināze atvieglo šo ātro reakciju.
  • Raksturlielumi:
    • Anaerobs: Nav nepieciešams skābeklis.
    • Jauda: Ierobežo PCr veikali, saglabā aktivitāti līdz 10 sekundēm.

Glikolītiskā sistēma (anaerobā glikolīze)

  • Īstermiņa enerģijas avots: veicina vidējas vai augstas intensitātes aktivitāti, kas ilgst no 10 sekundēm līdz 2 minūtēm.
  • Mehānisms:
    • Glikozes sadalīšanās: Glikoze vai glikogēns tiek pārveidots par piruvātu.
    • ATP raža: Neto ATP saturs – 2 ATP molekulas vienā glikozes molekulā.
  • Produkts:
    • Laktozes veidošanās: Anaerobos apstākļos piruvāts tiek pārveidots par laktozi.
    • Acidoze: Laktozes uzkrāšanās pazemina pH, veicinot nogurumu.
  • Raksturlielumi:
    • Anaerobs: Darbojas bez skābekļa.
    • Ātrums: Ātrāks ATP ražošanā nekā oksidatīvā sistēma, bet mazāk efektīva.

Oksidatīvā sistēma (aerobā vielmaiņa)

  • Ilgtermiņa enerģijas avots: atbalsta aktivitātes, kas ilgst ilgāk par 2 minūtēm (piemēram, garo distanču skriešana).
  • Mehānisms:
    • Aerobā glikolīze: Piruvāts iekļūst mitohondrijās un tiek pārveidots par acetil-CoA.
    • Krebsa cikls: Acetil-CoA tiek oksidēts, veidojot NADH un FADH₂.
    • Elektronu transportēšanas ķēde: Elektroni tiek pārnesti uz skābekli, radot ATP.
  • Degvielas avoti:
    • Ogļhidrāti: primārā degviela vidējas vai augstas intensitātes treniņa laikā.
    • Tauki: primārā degviela zemas intensitātes, ilgstošas ​​​​slodzes laikā.
    • Olbaltumvielas: neliels ieguldījums, galvenokārt ilgstošas ​​slodzes laikā.
  • Raksturlielumi:
    • Aerobika: Nepieciešams skābeklis.
    • Efektivitāte: ražo līdz 36 ATP uz vienu glikozes molekulu.
    • Jauda: Praktiski neierobežota enerģijas padeve ilgstošu darbību laikā.

Sirds un elpošanas sistēmas reakcija uz vingrinājumiem

Vingrinājumi izraisa ievērojamus pielāgojumus sirds un elpošanas sistēmās, lai apmierinātu paaugstinātas vielmaiņas prasības.

Sirds un elpošanas sistēmas reakcijas

  • Sirdsdarbības ātruma (HR) palielināšanās
    • Mehānisms: Simpātiskās nervu sistēmas stimulācija palielina HR, lai uzlabotu sirds izsviedi.
    • Ietekme: HR palielinās proporcionāli slodzes intensitātei.
  • Kadra skaļuma palielināšana (SV)
    • Definīcija: katras sirdsdarbības laikā sūknētais asins daudzums.
    • Mehānismi:
      • Jāaizpilda: Palielināta venozā attece izstiepj kameras (Frank-Starling mehānisms).
      • Līgumspēja: Simpātiskā stimulācija palielina striatuma kontraktilitāti.
  • Sirds izsviedes (Q) palielināšanās
    • Formula: Q = HR × SV.
    • Pielāgošanās: Intensīvas slodzes laikā sirdsdarbība var palielināties līdz 5-6 reizēm miera stāvoklī.
  • Asins plūsmas pārdale
    • Vazodilatācija: Aktīvos muskuļos arteriola paplašinās, palielinot asins plūsmu.
    • Vazokonstrikcija: Asinsvadi aktīvajos reģionos sašaurinās, pārdalot asinis.
  • Asinsspiediena izmaiņas
    • Sistoliskais spiediens: palielinās sakarā ar lielāku sirds izsviedi.
    • Diastoliskais spiediens: Pamazām neizceļas vai nedaudz samazinās.
    • Vidējais arteriālais spiediens: Mēreni palielinās, saglabājot audu perfūziju.

Elpošanas reakcijas

  • Ventilācijas palielināšanās
    • Mehānisms:
      • Paisuma apjoms: Palielinās elpošanas laikā uzņemtā gaisa daudzums.
      • Elpošanas ātrums: palielinās elpu skaits minūtē.
    • Stimuli:
      • Ķīmijreceptori: nosaka paaugstinātu CO₂ un H⁺ līmeni.
      • Neironu ievade: Signāli no motorās garozas un proprioreceptoriem.
  • Skābekļa izmantošanas palielināšana (VO₂)
    • VO₂ maks: Maksimālā skābekļa patēriņa jauda.
    • Pielāgošanās: Uzlabojas, pateicoties palielinātai sirdsdarbībai un muskuļu skābekļa ekstrakcijai.
  • Gāzes apmaiņas optimizācija
    • Alveolārā ventilācija: Uzlabo, lai atvieglotu skābekļa un oglekļa dioksīda apmaiņu.
    • Difūzijas spēja: palielinās, jo palielinās asins tilpums plaušu kapilāros.

Integrētas kardiorespiratorās adaptācijas

  • Arteriovenozā skābekļa atšķirība (a-vO₂ starpība):
    • Definīcija: skābekļa satura atšķirība starp arteriālajām un venozajām asinīm.
    • Pielāgošanās: palielinās slodzes laikā, jo muskuļi ekstrahē vairāk skābekļa.
  • Skābekļa padeve: Koordinētas kardiorespiratorās reakcijas nodrošina pietiekamu skābekļa piegādi, lai apmierinātu muskuļu vajadzības.

Izpratne par vingrinājumu fizioloģiju sniedz ieskatu par to, kā ķermenis reaģē un pielāgojas fiziskajām aktivitātēm. Muskuļu kontrakcija šūnu līmenī ietver sarežģītus procesus, ko veicina ATP, kas tiek reģenerēts pa atsevišķiem enerģijas ceļiem atkarībā no aktivitātes intensitātes un ilguma. Sirds un elpošanas sistēmās tiek veiktas būtiskas izmaiņas, lai atbalstītu paaugstinātas vielmaiņas prasības, izceļot ķermeņa iespaidīgo spēju uzturēt homeostāzi slodzes laikā.

Saites

McArdle, WD, Katch, FI un Katch, VL (2015). Vingrinājumu fizioloģija: uzturs, enerģija un cilvēka veiktspēja (8. izdevums). Lipinkots Viljamss un Vilkinss.
Tortora, GJ un Derrickson, B. (2017). Anatomijas un fizioloģijas principi (15. izd.). Wiley.
Alberts, B. u.c. (2015). Šūnu molekulārā bioloģija (6. izdevums). Garland Zinātne.
Hols, J. E. (2016). Gaitons un Hols Medicīnas fizioloģijas mācību grāmata (13. izd.). Elsevier.
Marieb, EN un Hoehn, K. (2018). Cilvēka anatomija un fizioloģija (11. izdevums). Pīrsons.
Brooks, GA, Fahey, TD un Boldwin, KM (2005). Vingrinājumu fizioloģija: cilvēka bioenerģētika un tās pielietojumi (4. izdevums). Makgreva-Hils.
Hargreaves, M. un Spiet, LL (2006). Vingrinājums Metabolisms. Cilvēka kinētika.
Kenney, WL, Wilmore, JH un Costill, DL (2015). Sporta un vingrošanas fizioloģija (6. izdevums). Cilvēka kinētika.
Powers, SK un Howley, ET (2012). Vingrinājumu fizioloģija: teorija un pielietojums fitnesam un sniegumam (8. izdevums). Makgreva-Hils.
Berg, JM, Tymoczko, JL, & Stryer, L. (2015). Bioķīmija (8. izdevums). V. H. Frīmens.
Fitts, R. H. (2008). Šķērstilta cikls un skeleta muskuļu nogurums. Lietišķās fizioloģijas žurnāls, 104(2), 551-558.
Lehninger, AL, Nelson, DL, & Cox, MM (2017). Lēningera bioķīmijas principi (7. izdevums). V. H. Frīmens.
Jeukendrup, A., & Gleeson, M. (2010). Sporta uzturs: ievads enerģijas ražošanā un sniegumā (2. izdevums). Cilvēka kinētika.
Berne, R. M. un Levy, M. N. (2010). Sirds un asinsvadu fizioloģija (10. izdevums). Mosbijs Elsevjers.
Sherwood, L. (2015). Cilvēka fizioloģija: no šūnām līdz sistēmām (9. izdevums). Cengage Learning.
Gaitons, AC un Hols, JE (2015). Medicīniskās fizioloģijas mācību grāmata (13. izd.). Elsevier.
Poole, DC un Erickson, HH (2011). Sirds un asinsvadu funkcija un skābekļa transportēšana: reakcija uz vingrinājumiem un treniņiem. Visaptveroša fizioloģija, 1(1), 675-704.
West, J. B. (2012). Elpošanas fizioloģija: būtiskākie (9. izdevums). Lipinkots Viljamss un Vilkinss.
Forster, HV un Pan, LG (1994). Centrālo un perifēro ķīmijreceptoru ieguldījums ventilācijas reakcijā uz CO₂/H⁺. Ikgadējais fizioloģijas apskats, 56(1), 159-177.
Bassett, DR un Howley, ET (2000). Ierobežojošie faktori maksimālai skābekļa uzņemšanai un izturības veiktspējas noteicošie faktori. Medicīna un zinātne sportā un vingrošanā, 32(1), 70-84.

← Iepriekšējais raksts Nākamais raksts →

Atpakaļ uz augšu

Atgriezties emuārā