Утомление и его молекулярные механизмы

Кто не испытывал усталости? От длительной или напряженной работы человек устает. Становится все труднее работать, хочется отдохнуть. При этом нередко нужно еще продолжать работу.

Что же такое утомление? Физиологи труда считают, что утомление – состояние организма, возникающее вследствие длительной или напряженной деятельности и характеризующееся снижением работоспособности.

Естественно, что вопрос об утомлении уже давно привлекает внимание ученых и медиков, и физиологов и биохимиков. И каких только гипотез не выдвигали для объяснения утомления! Одни предполагали, что при пышечной деятельности в организме образуются какие-то ядовитые вещества "кинотоксины", и говорили об "отравлении" трудом, другие видели в основе утомления наводнение организма молочной кислотой, третьи ввязывали утомление с истощением энергетических ресурсов организма – КФ и гликогена, четвертые – с нарушением нормального течения окислительных процессов в мышцах, и т.д.

Но не одна из этих гипотез не оказалась удовлетворительной: никаких "кинотоксинов" обнаружить не удалось; было показано, что утомление может возникать и при низком содержании молочной кислоты в крови и мышцах, что оно нередко не сопровождается резкий истощением энергетических ресурсов организма, что течение окислительных процессов в мышцах может существенно не нарушаться.

В связи с таким положением И.М.Сеченов выдвинул и обосновал важнейшее положение физиологии: организм всегда реагирует как единое целое; всякое физиологическое отправление организма, всякая реакция его на изменение внешней или внутренней среды есть на престо отправление данного органа, но реакция всего организма, координируемого и интегрируемого центральной нервной системой.

Он писал: "Источник ощущения усталости помещают обыкновенно в работающие мышцы; я же помещаю его ... исключительно в центральную нервную систему”. Это высказывание И.М.Сеченова было неправильно понято рядом физиологов и биохимиков. Появилась "нервная теория утомления", в которой все причины утомления искали только в центральной нервной системе и в нарушении передачи двигательного возбуждения с нерва на мышцу, совершенно оставив в стороне сами мышцы.

Итак, утомление (и в особенности чувство усталости) – защитная реакция организма, предохраняющая его от чрезмерных степеней функциональных истощений, опасных для жизни.

Как можно повысить физическую работоспособность? Можно ли добиться максимальной интенсивности мышечной деятельности и большой продолжительности работы, т.е. выносливости? Конечно можно. И всякому это известно. Известно и как: систематическим упражнением мышц. Во время фазы сверхвосстановления работоспособность на некоторое время возрастает, но затем возвращается к исходной. Отсюда вывод: упражнения необходимо выполнять повторно и регулярно. Каждую следующую нагрузку нужно осуществлять в наиболее выгодном для организма состоянии после предыдущей нагрузки.

Чтобы под влиянием упражнений (тренировки) получить стойкое повышение работоспособности, последующие упражнения (занятия) нужно начинать не в любое время, а в фазе сверхвосстановления после предыдущего занятия. Если повторную работу всякий раз начинать в фазе неполного восстановления, то будет прогрессировать истощение, а если начинать ее по окончании фазы суперкомпенсации, когда следы предыдущей работы уже сгладились, положение останется стационарным: мы будем топтаться на месте.

В процессе занятий работоспособность постепенно повышается, выполнение каждой последующей мышечной нагрузки (если она не изменяется) станет легче для организма, будет сопровождаться все меньшими биохимическими изменениями, менее интенсивным и менее значительным расходованием энергетического потенциала. Следовательно, и фаза суперкомпенсации укоротится и будет слабее выражена. Естественно, что прогрессирование работоспособности понемногу замедлится и, в конце концов прекратится.

Чтобы этого не произошло, величина тренировочных нагрузок должна в процессе занятий систематически возрастать (по интенсивности, по длительности, по величине усилий).

Тренировка разными по характеру нагрузками приводит к далеко не одинаковым изменениям в мышцах. Прежде всего, по-разному изменяется структура мышцы. Под влиянием упражнений на выносливость масса мышцы почти не изменяется и совсем не изменяется толщина мышечных волокон (их поперечное сечение).

Совсем иное наблюдается при тренировке скоростными упражнениями. В этом случае весьма существенно увеличивается масса мышцы и толщина ее волокон.

Изменения, вызываемые тренировкой силовыми нагрузками, близки к тому, что рассказано о влиянии скоростных упражнений. Разница здесь в основном количественная. Увеличение массы мышц и толщина волокон еще больше, чем при тренировке быстроты.

Преимуществом же тренировки на развитие выносливости является особо значительное увеличение числа митохондрий – "энергетических станций" мышечного волокна – и их площади. Следовательно, в этом случае в наибольшей степени возрастает возможности процессов аэробного окисления и дыхательного ресинтеза АТФ. Это подтверждается и более значительным повышением интенсивности дыхания мышц и активности ферментов аэробного окисления. Существенно увеличивается и содержание миоглобина – хранителя резерва кислорода в мышце.

Поэтому не случайно, что в физической подготовке человека упражнениям на выносливость придается особое значение. На начальных этапах тренировки во всех видах спорта этим упражнениям уделяется немало времени и внимания. Да и не только в спорте, а во всех случаях, когда с помощью физических упражнений хотят повысить работоспособность. Увеличение возможностей дыхательного ресинтеза АТФ создает базу для успешного и эффективного применения скоростных и силовых упражнений.

В практической жизни, вне спорта, для всякого человека прежде всего необходимы выносливость к длительной мышечной деятельности и возможно более быстрое восстановление работоспособности во время отдыха.

Вместе с тем параметры, ввязанные с анаэробным ресинтезом АТФ или не изменяются, или увеличиваются в ничтожной степени. Под влиянием тренировки скоростными упражнениями, наоборот, более повышаются возможности анаэробного ресинтеза АТФ. А возможности ее аэробного ресинтеза хотя и существенно возрастают, но в меньшей степени, чем при предыдущем виде тренировки. Наконец, при тренировке силовыми нагрузками возможности и анаэробного и аэробного ресинтеза АТФ увеличиваются почти одинаково, но несколько в меньшей степени, чем под влиянием тренировки скоростными упражнениями.

Интересно, что при двух последних видах тренировки содержание в мышцах миоглобина возрастает более значительно, чем при тренировке упражнениями на выносливость. Эту особенность следует рассматривать как приспособление мышц к кислородному дефициту, наблюдавшемуся при выполнения скоростной и силовой: работы субмаксимальной и максимальной мощности.

Особняком от всех рассмотренных параметров стоит содержание в мышах АТФ. Как это ни неожиданно, АТФ ни при одном из видов тренировки не изменяется. Дело в том, что в тренированных мышцах возрастает возможность расщепления и анаэробного, и аэробного ресинтеза АТФ, ибо в таких мышцах АТФ не только быстрее и большей мере расходуется, но и скорее и полнее ресинтезируется.

Тренировка с помощью упражнений максимальной субмаксимальной мощности приводит к развитию анаэробной производительности организма, а длительными нагрузками – к развитию аэробной производительности. А то, что силовая работа влечет за собой увеличение мышечной массы и силы, известно каждому.

Способносгь мышц адаптироваться к повышенной работе базируется на четырех принципах:

Первый принцип – явление суперкомпенсации.

Второй принцип – систематическое увеличение нагрузки.

Третий принцип – гетерохронность (разновременность) восстановления и суперкомпенсации содержания различных биохимических ингредиентов мышц и всего организма.

Четвертый принцип – специфичность адаптации мышц в зависимости от характера упражнения, на них воздействующего.

Но для эффективности приспособления организма к повышенной мышечной деятельности соблюдение рассмотренных принципов составляет лишь общую основу. Эффект упражнений может быть увеличен и рядом дополнительных факторов. Прежде всего, это фактор психологический. Существенно повышает эффективность физических упражнений и их тренирующее и оздоравливающее влияние – правильно организованное и сбалансированное питание.

При развитии силы необходимы в большей степени белки. Развитию быстроты и выносливости способствует питание, богатое фосфором, хорошим источником которого являются молочные продукты и рыба. Питание должно быть богато и углеводами: от количества их в пище зависит величина запасов гликогена в мышцах и печени – наиболее легко и быстро используемого источника энергии мышечной деятельности. Большое значение при мышечной деятельности имеют и витамины. Не менее важны и фосфолипиды, используемые организмом для построения биологических мембран: ими богаты печень и яйца. Важный компонент, необходимый для синтеза фосфолипидов – полиненасыщенные жирные кислоты, содержащиеся в растительных маслах.

КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ

1. Как устроена и как работает источник перемещения человека – мышца.
2. Откуда берется энергия работающих мышц.
3. Пути восстановления израсходованной энергии.
4. Зоны интенсивности и мощности.
5. Явление суперкомпенсации.
6. Каким образом и почему характер работы определяет строение и энергетику мышц.
7. Утомление.
8. Как повысить физическую работоспособность.