Дидактический материал Утомление мышц

  Тема:  Усталость, связанная с аэробным и анаэробным дыханием

Цель: рассмотреть взаимосвязь между усталостью и процессами аэробного и анаэробного  дыхания

Критерии успеха: исследовать зависимость возникновения усталости от типа дыхания,  проанализировать свои наблюдения и сделать выводы о причинах и скорости развития усталости в случаях аэробного и анаэробного дыхания

Musclefatigueутомлениемышц

Aerobicandanaerobicrespirationаэробное и анаэробное дыхание

Lacticacidмолочная кислота

Energylockedэнергия заперта

Unableoffulloxygenationневозможность полного окисления

Luckofenergyнедостатокэнергии

relationship between type of respiration andfatigue….связьмеждутипомдыханияиусталостью

Задание 1.      

Дыханием можно назвать практически любой процесс, при котором окисление органических веществ ведет к выделению химической энергии. Когда этот процесс протекает в клетках, его называют внутренним, тканевым или клеточным дыханием. Если для него требуется кислород, то дыхание называют аэробным; если же реакции идут в отсутствие кислорода, то говорят об анаэробном дыхании.

3 этападыхания:

1.Внешнее дыхание(диффузия газов в лёгкие).

2.Диффузия кислорода в альвеолярные капилляры и его транспортировка к тканям.

3.Тканевое дыхание – внутреннее, потребление кислорода клетками и выделение углекислого газа.

Органические молекулы (по большей части углеводы или жиры) расщепляются последовательно, связь за связью, в ряде ферментативных реакций. В каждой из этих реакций высвобождается небольшое количество энергии, и значительная часть этой энергии запасается в молекулах нуклеотида, который носит название аденозинтрифосфата (АТФ). В мышцах запасается другое соединение –креатинфосфат, оно при расщеплении образует больше энергии - при гидролизе для креатина G₀~ −43 кДж/моль, в то время как при гидролизе АТФ до АДФ G₀~ −30.5 кДж/моль. Энергии, выделяемой при отщеплении 1 фосфата от кретинфосфата,  достаточно для синтеза АТФ из АДФ и Фн. Запас фосфокреатина в мышцах в 2—4 раза превышает запас АТФ, и при необходимости энергия из фосфокреатина может быть быстро передана АТФ. Общего запаса энергии в АТФ и фосфокреатине достаточно, чтобы поддерживать максимальную мышечную нагрузку в течение 3 - 8-10 с.

 АТФ

Задание 2. Вспомните эксперимент:

Попробуйте производить сокращение мышц руки с максимальной интенсивностью и подсчитайте продолжительность такой активности. Проделайте сокращения с небольшой интенсивностью – определите время наступления усталости

Задание3.Объясните взаимосвязь между типом дыхания и усталостью.

Этапыклеточногодыхания:

1.Гликолиз – расщепление углеводов(уже расщепившихся в кишечнике и лизосомах клетки до глюкозы или небольших углеводных цепочек) – глюкозы до промежуточных продуктов – молочной кислоты или пировиноградной кислоты – в матриксе митохондрий.

2.Дыхательная цепь ферментов –в мембранах митохондрий.

Сосредоточимся на гликолизе.

Термин «гликолиз» образован при соединении слова лизис, означающего «расщепление», со словом глюкоза. В процессе гликолиза из каждой молекулы глюкозы получается две трехуглеродные молекулы пировиноградной кислоты. Кроме того, энергия глюкозы запасается в молекулах, которые мы называем «энергетической валютой» клетки, — двух молекулах АТФ и двух молекулах НАДФ.

Дальнейший ход событий зависит от наличия или отсутствия кислорода в среде.

При отсутствии кислорода пировиноградная кислота превращается в другие органические молекулы в ходе так называемых анаэробных процессов. В клетках дрожжей пировиноградная кислота превращается в этанол, у животных и человека при истощении запасов кислорода в мышцах пировиноградная кислота превращается в молочную кислоту — именно она вызывает так хорошо знакомое всем нам ощущение мышечной скованности после тяжелой физической нагрузки.

Anaerobic respiration involves the incomplete breakdown of glucose. It releases around 5% of the energy released by aerobic respiration, per molecule of glucose. The waste product is lactic acid rather than carbon dioxide and water:

glucose → lactic acid (+ little energy)

Much less energy is released during anaerobic respiration than during aerobic respiration. This is because the breakdown of glucose is incomplete.

Рассмотрим  взаимосвязьмежду усталостью(временем, на которое хватает энергии) и процессами аэробного и анаэробного дыхания

1)Системы фосфокреатина и 2)анаэробного дыхания поставляют энергию быстро, но только в течение короткого времени. Дальнейшее расщепление молочной кислоты до Н2О и СО2 не происходит, и энергия химически связей остаётся «запертой» в молочной кислоте, недоступной для организма из-за невозможности кислорода расщепить оставшиеся химические связи.

 Резервы для анаэробного процесса

В организме имеются некоторые резервы, из которых можно черпать кислород(больше, чем обычно, можно извлекать кислорода из легких, из жидкостей тела и из гемоглобина, в мышцах для запасания кислорода служит белок миоглобин) и глюкозу(запас гликогена в мышцах).Извлекаемой из гликогена энергии хватает при максимальной мышечной активности на 90 с. Все эти системы работают более эффективно при регулярной нагрузке.

Миоглобин очень близок по своей природе к гемоглобину и так же, как гемоглобин, способен обратимо соединяться с кислородом. Однако он высвобождает кислород лишь тогда, когда уровень кислорода оказывается очень низким, т. е. после того, как большую часть кислорода отдаст гемоглобин. Поэтому кислород, запасенный в миоглобине, используется лишь в случае самой крайней необходимости.

Хотя при анаэробном дыхании на каждую молекулу глюкозы образуются всего 2 молекулы АТФ, а при аэробном — 38 молекул, зато в первом случае синтез АТФ идет в 2,5 раза быстрее (анаэробное дыхание дает пять молекул АТФ за тот же период времени, за который аэробное дает две).Анаэробное дыхание может, следовательно, быстро поставлять энергию.

Аэробная система способна служить источником энергии неограниченно долго при достаточном количестве дыхательного субстрата(глюкоза и кислород).

В таких видах спорта, которые рассчитаны на короткое и резкое усиление мышечной активности, например в беге на короткую дистанцию или в поднятии штанги, энергию поставляет главным образом система фосфокреатина. При беге на 200 м анаэробное дыхание может служить дополнительным источником энергии. При беге на 400 м оно поставляет уже большую часть энергии, а при таких играх, как теннис, сквош или футбол, практически вся энергия в момент предельного напряжения поступает от этой системы.

Те виды спорта, в которых главное — выносливость, например марафон, бег трусцой или бег на лыжах по пересеченной местности, зависят почти целиком от аэробного дыхания.

Oxygen debt - Higher tier

Anaerobic respiration produces an oxygen debt. This is the amount of oxygen needed to oxidise lactic acid to carbon dioxide and water. The existence of an oxygen debt explains why we continue to breathe deeply and quickly for a while after exercise.

Восстановление кислородного долга

По окончании мышечной работы потребление кислорода не сразу возвращается к уровню, характерному для состояния покоя (0,25 л/мин). В период восстановления человек продолжает еще некоторое время тяжело дышать. Потребляемое при этом количество кислорода и есть кислородная задолженность.

Этот кислород используется:

1. Для пополнения запаса кислорода в организме, т. е. для восстановления его нормального уровня в легких, в тканевых жидкостях, миоглобине и гемоглобине.

2. Для регенерации фосфокреатина — по окончании мышечной работы креатин вновь присоединяет фосфат; энергию для этого поставляет аэробное дыхание.

3. Пополнение запаса кислорода в организме и регенерация фосфокреатина происходят быстро; об этом свидетельствует круто опускающаяся часть кривой, соответствующая первым минутам восстановления.

Более медленное восстановление (пологая часть кривой) — это тот период, когда происходит удаление из мышц молочной кислоты, накопившейся при анаэробном дыхании. Молочная кислота поступает в кровь и переносится из мышц в печень, где она окисляется с образованием пировиноградной кислоты и восстановленного НАД.

Поглощение кислорода во время мышечной нагрузки и в период восстановления.

График на рисунке показывает, как изменяется поглощение кислорода во время мышечной нагрузки и сразу же после ее прекращения. Для того чтобы удовлетворить потребность в энергии за счет аэробного дыхания, организму необходимо потреблять 3 л кислорода в минуту. В случае анаэробного расщепления глюкозы это может быть достигнуто только к шестой минуте от начала мышечной работы. Кислородная задолженность (количество кислорода, которое требовалось, но не было получено организмом извне, за счет дыхания) представлена на графике зоной А. В эти первые шесть минут действуют различные описанные ниже механизмы, способные обеспечить получение необходимого количества энергии.