4. Физический труд

Влияние физической нагрузки на различные органы и на организм в целомподвергалось исследованиям на разных этапах развития физиологии. Еще в эпохуВозрождения Леонардо да Винчи заметил, что " движение есть причина всякойжизни". В прошлом веке И.М. Сеченов писал, что "все внешние проявления мозговойдеятельности могут быть сведены на мышечное движение". - Ученик Сеченова А.Ф.Самойлов считал, что самое раннее звено рефлекторной дуги - мышца - вызвала "появление и усовершенствование органов чувств и центральной нервной системы".

П.К. Анохин отмечал, что ведущая роль движения в эволюции животного мираначала проявляться уже "с того момента, когда первичные организмы приобрелиспособность к активному передвижению".

Физический труд, как и любой другой, представляет собой последовательную сменуотдельных операций (" квантов"), каждая из которых строится по системномупринципу и организуется для достижения " своего" результата. При этом в организме,также как и при любой другой деятельности, складываются и взаимодействуютДругие функциональные системы, создающие вегетативное, энергетическое ипластическое обеспечение трудовых операций. Их системообразующими факторамиявляются различные константы крови ( температура, рН, рО₂/рСО₂, АД,концентрация глюкозы, электролитов и др.), которые при физической работеизменяются более быстро.

4.1. Энергетическое обеспечение мышечной деятельности.

Работающая скелетная мышца потребляет в сотни раз больше энергии, чем в покое.Переход от состояния покоя к максимальной работе происходит за доли секунды.Поэтому для скелетных мышц необходимы механизмы быстрого изменения скоростисинтеза АТФ, а так же быстрого переключения с одного режима сокращений надругой. Непосредственным источником энергии для мышечного сокращения служитреакция расщепления АТФ, часть ее энергии преобразуется в механическую работу(рис.1). При физиологических условиях энергия гидролиза 1 моля АТФ составляетоколо 40 кДж. Содержание АТФ в мышце относительно постоянно и составляет 3-5мкмоль на 1 г сырого веса мышцы ( около 0, 25%).

Рис. 1. Функциональная система энергетического обеспечения физическогонапряжения

Запасов АТФ в мышце обычно хватает на 3-4 одиночных сокращения максимальнойсилы. В то же время, как показывают исследования с микробиопсией мышц, впроцессе мышечной работы не происходит значительного снижения концентрацииАТФ. При мышечных сокращениях АТФ восстанавливается с той же скоростью, скоторой она расщепляется.

Ресинтез АТФ при мышечной деятельности может осуществляться как в ходереакций, идущих без кислорода ( анаэробный путь), так и за счет окислительныхпревращений в клетках, связанных с потреблением кислорода ( аэробный путь).

В обычных условиях ресинтез АТФ происходит в основном путем аэробныхпревращений. При напряженной мышечной деятельности, когда доставка кислорода кмышцам затруднена, усиливаются и анаэробные процессы ресинтеза АТФ. Вскелетных мышцах человека выявлено 3 вида анаэробных процессов, в ходе которыхвозможен ресинтез АТФ:

1) креатинфосфокиназная реакция ( фосфагенный или алакгатный анаэробныйпроцесс), при которой ресинтез АТФ происходит за счет перефосфорилированиямежду креатин- фосфатом и АДФ.

2) миокиназная ( аденилаткиназная) реакция, при которой ресинтез АТФ происходитза счет дефосфорилирования определенной части АДФ с образованиемаденозинмоно- фосфата.

3) гликолиз ( лактацидный анаэробный процесс), при котором ресинтез АТФпроисходит по ходу ферментативного анаэробного расщепления углеводов, собразованием молочной кислоты.

Анаэробные и аэробные процессы преобразования энергии заметно отличаются помощности ( скорости преобразования энергии), емкости ( общему запасуэнергетических веществ) и эффективности ( соотношению между энергией,затраченной на ресинтез АТФ и общим количеством выделенной в ходе данногопроцесса энергии). Некоторые из этих показателей приведены в таблице 1.

Фосфагенная (АТФ-КФ- система) обладает наибольшей мощностью по сравнению сдругими системами и играет решающую роль в энергообеспечении работ предельноймощности ( спринтерский бег, подъем штанги), но емкость фосфагенной системы невелика.

Мощность лактацидной системы в 1.5 раза выше, чем кислородной, но примерно в 3раза ниже мощности фосфагенной. Лактацидная система играет решающую роль вэнергетическом обеспечении работ очень большой мощности с сильнымимышечными сокращениями, которые могут продолжаться от 20 сек, до 1-2 мин. (бег на 200-800 м, плавание 50-200 м). Лактацидная система функционирует в тех случаях,когда сокращающиеся мышцы испытывают недостаток в снабжении кислородом.Такие условия возникают в самом начале любой работы, при работах очень большоймощности и при статических сокращениях мышц, когда из-за внутримышечногодавления резко ограничивается ее кровоснабжение.

Табл.1

Максимальная мощность и емкость энергетических систем (на 20 кг активноймышечной массы)

Максимальная мощность- скорость преобразованияэнергии ( количество молей АТФ/мин)	Емкость ( общееколичество молей АТФ )
Фосфагенная 3.6	0.5
Лактацидная ( гликолиз) 1.2	1.2
Кислородная: - окисление гликогена и глюкозы 0.8 - окисление жиров 0.4	80 6000

При непрерывном поступлении кислорода в митохондрии мышечных клетокдействует кислородная система энергопродукции ( ресинтеза АТФ). С повышениеминтенсивности выполняемой нагрузки увеличивается количество потребляемогомышцами кислорода в единицу времени. Поскольку между скоростью потреблениякислорода и мощностью работы аэробного характера существует прямаяпропорциональная зависимость, интенсивность аэробной работы можнохарактеризовать скоростью потребления кислорода. При определенной,индивидуальной для каждого человека, нагрузке, достигается максимально возможнаяскорость потребления кислорода - максимальное потребление кислорода.

Для энергообеспечения мышечной работы кислородная система может использоватьв качестве субстратов окисления все питательные вещества - углеводы ( гликоген,глюкоза), жиры ( жирные кислоты) и белки ( аминокислоты).

Рис. 2. Участие различных субстратов в общем обеспечении мышцы энергией вначале легкой работы. ( Последовательность включения и преобладание путейресинтеза АТФ по мере выполнения физической нагрузки).

Во время выполнения легкой работы, то есть при потреблении кислорода до 50%максимальной величины, большая часть энергии для сокращения мышц образуется засчет окисления жиров. Во время более тяжелой работы при потреблении кислородаболее 60% от максимального значительную часть энергопродукции обеспечиваютуглеводы. При работах, близких по потреблению кислорода к максимальному -энергопродукция осуществляется только за счет углеводов.

Существует определенная последовательность включения и преобладания различныхпутей ресинтеза АТФ по мере выполнения физической нагрузки (рис. 2).

Креатинкиназный путь ресинтеза АТФ обеспечивает начальный этап физическойработы. Он запускается очень быстро, протекает максимально эффективно ( молекулаАТФ из молекулы КФ), идет анаэробно, не дает побочных продуктов.

Затем включается гликолиз. На запуск гликолиза требуется 10-20 секунд. Гликолизпротекает анаэробно, обладает гораздо большим резервом мощности, но малоэффективен. В результате гликолиза образуется много молочной кислоты,концентрация которой в мышцах и в крови возрастает в десятки раз.

В дальнейшем постепенно начинает превалировать аэробный механизм ресинтезаАТФ.

Дыхательное фосфорилирование высокоэффективно, так как ресинтезирует до 90%молекул АТФ. Конечные продукты - вода и углекислый газ - безвредны. Избытокуглекислоты удаляется через легкие с выдыхаемым воздухом. Однако этот путьресинтеза АТФ требует повышенного снабжения организма кислородом.

Когда возможности всех других путей почти исчерпаны, включается последний,самый невыгодный для организма путь ресинтеза АТФ - миокиназный. Миокиназнаяреакция осуществляется ферментом миокиназой ( аденилатциклазой). В реакциювступают 2 молекулы АДФ, и фосфатная группа переносится с одной молекулы надругую. В результате восстанавливается одна молекула АТФ и образуется однамолекула АМФ. Эта реакция малоэффективна и используется только в " аварийных"ситуациях.