1.2. Механизмы и факторы, определяющие функционирование мышечной системы в различные возрастные периоды.

Круг факторов, оказывающих отрицательное воздействие на нервно--мышечный аппарат человека и его мышечную работоспособность, ограни­чен. Естественным и самым сильным фактором, оказывающим во все пери­оды жизни как отрицательное, так и положительное воздействие на ске­летные мышцы и двигательные функции человека, является величина на­грузки на опорно-двигательный аппарат. Наиболее значительный "удар" по мышечной системе (в любом возрасте) наносит уменьшение физической нагрузки на неё. На всех этапах онтогенеза человека снижение двигательной активности обуславливает понижение энерготрат, приводящее к торможению процессов окислительного фосфорилирования в мышечных клетках. При этом снижается скорость ресинтеза АТФ в мышцах и умень­шается их физическая работоспособность. В миоцитах уменьшаются коли­чество митохондрий, их размеры и содержание в них крист. Снижается активность фосфорилазы А и Б, НАДН₂-дегидрогеназы, сукцинат-дегидрогеназы, ферментативная активность АТФ-азы миофибрилл. Замедляет­ся скорость распада и синтеза богатых энергией фосфорных соединений и, следовательно, уменьшается мышечная работоспособность. В наиболь­шей степени это начинает проявляться в зрелом возрасте (после 35-40 лет).

Отсутствие оптимального уровня физической активности у человека (суточные энерготраты меньше 2800-3000 ккал) снижает тонус скелет­ных мышц, их возбудимость и сократительные свойства, ухудшает спо­собность выполнять высококоординированные движения, уменьшает рабо­тоспособность мышц как при динамической, так и при статической рабо­те, практически, любой интенсивности. Основной причиной снижения работоспособности мышц, особенно мало активных в течение суток, является уменьшение содержания сократительных белков в мышечных клетках из-за замедления интенсивности процессов их синтеза. В усло­виях ослабления физической активности и, следовательно, снижения интенсивности распада макроэргов ослабевает периодическая стимуля­ция генетического аппарата клетки, определяющего синтез сократитель­ных белков. За счет снижения активности процессов фосфорилирования в миоцитах замедляется синтез белка по схеме ДНКà РНКà белок. С уменьшением физической активности замедляется выработка гормонов, стимулирующих развитие мышечной ткани (андрогены, инсулин). Этот механизм также приводит к замедлению скорости синтеза Сократительных белков в клетках скелетных мышц.

Однако не только пониженная физическая активность, но и повышенная также является одним из факторов, уменьшающих функциональ­ные возможности двигательного аппарата и способствующих развитию па­тологии нервно-мышечной системы. Здесь (в силу специфики задач учеб­ника) нет необходимости касаться влияния больших физических напря­жений (например, у тяжелоатлетов) на развитие патологии опорно-двига­тельного аппарата. Это является предметом спортивной медицины. Вместе с тем следует подчеркнуть, что труд миллионов людей связан с необхо­димостью совершения большого количества (за рабочий день) физических движений при небольшой их величине (от 100-500 г до 10-15 кг и боль­ше). Так, например, сборщики электромоторов, контролёры-сортировщики, операторы-сборщики автомобильных заводов, сборщики обуви, операторы вычислительных клавишных машин, телеграфисты совершают за рабочий де­нь от 40 до 130 тысяч движений пальцами рук. При этом суммарная локаль­ная работа небольших мышечных групп нередко превышает за рабочую сме­ну 100-120 тысяч кгм. Степень развивающегося при таких работах мышечного утомления, последующего за ним перенапряжения нервно-мышечного аппарата и профессиональной патологии нервно-мышечного аппарата определяются количеством движений за смену и величиной развиваемо­го мышцами усилия. Если величина суммарной нагрузки превышает некий пороговый уровень (например, 60-80 тысяч движений пальцев за смену), то в результате происходит снижение мышечной работоспособности и возможно развитие профессиональных заболеваний нервно-мышечного аппарата.

На всех этапах онтогенеза человека оптимальная деятельность его опорно-двигательного аппарата или нарушения мышечных функций зависят от поступления в организм необходимых ему химических субстра­тов: белков, углеводов, жиров, витаминов и минеральных веществ, т.е. от структуры питания.

Белки составляют около 15% веса тела, преимущественно нахо­дятся в скелетных мышцах. Пока организм человека не лишён полностью своих основных энергетических субстратов (углеводов и жиров), доля белков в энергетическом обеспечении жизнедеятельности не превышает 1-5%. Основное назначение потребления белков состоит в их использо­вании в процессе роста и поддержания мышечной и костной массы, постро­ения клеточных структур, синтеза ферментов. У человека, не выполня­ющего значительных физических нагрузок, ежедневные потери белка со­ставляют около 25-30 г. При тяжёлой физической работе эта величина возрастает на 7-10 г Необходимая ежедневная норма потребления бел­ков наибольшая в периоды роста организма и при выполнении больших физических нагрузок. Минимальное количество белков потребляемых в день на I кг. веса тела детьми 4-7 лет составляет 3,5-4 г; 8-12 лет- 3 г и подростками 2-2,5 г. После завершения роста организма необхо­димо потреблять около 1г белков на I кг веса тела. Для лиц выполняющих тяжёлую физическую работу эта величина должна быть на 20-30% больше. Необходимо помнить, что даже в самых богатых белками про­дуктах (мясо, яйца) содержание белка не превышает 20-26%. Следо­вательно, для поддержания полноценного белкового баланса величину потребляемых человеком белковых продуктов по сравнению с приведен­ными выше нормами потребления белка необходимо увеличить в 4-5 раз.

Основными источниками энергии при мышечной работе человека являются углеводы и жиры. При "сгорании" I г углеводов освобожда­ется 4,1 ккал энергии, air жиров - 9,3 ккал. Процентное соотноше­ние использования углеводов и жиров при мышечной деятельности чело­века зависит от мощности работы. Чем она выше, тем больше тратится углеводов, а чем меньше - тем больше окисляются жиры. С содержанием жира применительно к задачам обеспечения энергией работу опорно-дви­гательного аппарата на всех этапах онтогенеза особых проблем не воз­никает, так как имеющееся жировое депо у человека способно обеспе­чить реальные потребности его организма в энергии при работах сред­ней и умеренной мощности в течение многих часов. Несколько сложнее дела обстоят с углеводами.

Дело в том, что работоспособность скелетных мышц находится в прямой зависимости от содержания в их волокнах углеводов (глико­гена). В норме в I кг мышцы содержится около 15-17 г гликогена. В любом возрасте чем больше гликогена содержат мышечные волокна, тем большую работу они способны совершить. Содержание углеводов в мышце зависит от интенсивности предшествующей работы (их траты), поступле­ния в организм углеводов с пищей, продолжительности периода восста­новления после физических упражнений. Для поддержания высокой работо­способности человека во всех возрастных периодах общими закономерностями являются: I) при любом количестве углеводов в ежедневной диете при отсутствии физических упражнений содержание гликогена в мышцах меняется незначительно; 2) концентрация гликогена в мышечных волокнах уменьшается почти полностью при интенсивной работе в тече­ние 40-100 мин.; 3) полное восстановление содержания гликогена в мыш­цах требует 3-4 суток; 4) возможность увеличения содержания глико­гена в мышцах, а, следовательно, и их работоспособности на 50-200%. Для этого необходимо выполнить мышечную работу субмаксимальной мощ­ности (70-80% от МПК) длительностью 30-60 мин (при такой нагрузке гликоген будет в основном израсходован) и затем 2-3 дня использовать углеводную диету (содержание углеводов в пище до 70-80%).

В обеспечении мышечной деятельности ведущую роль играет АТФ. В то же время ресинтез АТФ и, следовательно, работоспособность мышц во многом зависят от содержания в организме витаминов. При недостатке витаминов В-комплекса снижается аэробная выносливость человека. Это связано с тем, что среди множества разнообразных функций, на которые влияют витамины этой группы, их роль особенно велика в качестве кофакторов в различных ферментных системах, связанных с окислением про­дуктов питания и образованием энергии. Так, в частности, витамин Вт (тиамин) необходим для трансформации пировиноградной кислоты в аце­тил- КоА. Витамин Вр (рибофлавин) превращается в ФАД, который действу­ет как акцептор водорода во время окисления. Витамин Во (ниацин) -компонент НАДФ - ко-фермента гликолиза. Витамин Втр играет важную роль в метаболизме аминокислот (изменение мышечной массы при трени­ровке) и необходим для образования эритроцитов, транспортирующих кис­лород к мышечным клеткам для процессов окисления. Функции витаминов В-комплекса столь взаимосвязаны, что дефицит одного из них может нарушить утилизацию других. Недостаток одного или нескольких витаминов группы В снижает мышечную работоспособность. Дополнительное употребление этой группы витаминов повышает работоспособность только в тех слу­чаях, если у испытуемых имел место дефицит этих витаминов.

Недостаточное поступление с пищей витамина С (аскорбиновой кислоты) также уменьшает мышечную работоспособность человека. Этот витамин необходим для образования коллагена-белка, содержащегося в соединительной ткани. Следовательно, он важен для обеспечения но­рмальной функции (особенно при больших нагрузках) костно-связочного аппарата и сосудов. Витамин С участвует в обмене аминокислот, син­тезе некоторых гормонов (катехоламины, противовоспалительные кортикоиды), в обеспечении абсорбции железа из кишечника. Дополнительный приём витамина С повышает мышечную работоспособность лишь в случа­ях, когда имеет место его дефицит в организме. Витамин Е (альфа-токоферол) способствует увеличению концентрации креатина в мышцах и развитию ими большей силы. Он обладает также антиоксидантными свой­ствами. Сведения о влиянии остальных витаминов на работоспособность мышц у нетренированных и у спортсменов весьма противоречивы. Однако несомненно, что без приёма ежедневной нормы полного комплекса вита­минов работоспособность мышц может быть снижена.

Значение минеральных веществ в поддержании высокой мышечной работоспособности не вызывает сомнения. Однако их дополнительная по­требность отмечена лишь для лиц, выполняющих длительные и большие физические нагрузки в условиях жаркого и влажного климата.

Отрицательное воздействие на двигательные функции оказывает приём алкоголя. Данные по этому фактору "риска" применительно к де­ятельности опорно-двигательного аппарата весьма неоднозначны. Ещё менее определенны они в отношении воздействия алкоголя на мышечную систему в онтогенезе. Тем не менее, некоторые доказанные положения о влиянии алкоголя на нервно-мышечную систему состоят в следующем.

I. Приём алкоголя приводит к усилению процессов торможения в мотор­ной зоне коры головного мозга, ухудшает процессы дифференцировки тормозных процессов при двигательных реакциях, снижает скорость пере­ключения процессов торможения и возбуждения, уменьшает силу процес­сов концентрации возбуждения и скорость нарастания частоты импуль­сов в двигательных мотонейронах. 2. При употреблении алкоголя у челове­ка снижаются сила и скорость сокращения скелетных мышц, что приво­дит к снижению их скоростно-силовых качеств. 3. Ухудшаются проявления двигательной координации человека. 4. Замедляются все ви­ды реакций на внешние раздражители (свет, звук, и др.). 5. Увеличи­ваются вегетативные реакции на ту же, что и до приёма алкоголя, мы­шечную работу, то есть возрастает физиологическая "стоимость" рабо­ты. 6. Снижается концентрация глюкозы в крови, вызывая тем самым ухудшение функций мышечной системы. 7. Уменьшается содержание глико­гена в мышцах (даже после однократного приёма алкоголя), что приво­дит к снижению мышечной работоспособности. 8. Длительный приём алко­голя приводит к снижению сократительной функции скелетных мышц чело­века.

Крайне ограничены сведения о влиянии табакокурения на функции опорно-двигательного аппарата. Доподлинно известно лишь, что никотин, попадающий в кровь, ухудшает процессы регуляции силы сокращения ске­летных мышц, ухудшает координацию движений, снижает мышечную работо­способность. У курящих, в основном, показатели МПК ниже, чем у некуря­щих. Это обусловлено более интенсивным присоединением окиси углерода к гемоглобину в эритроцитах, что снижает транспорт кислорода к рабо­тающим мышцам. Никотин, уменьшая содержание витаминов в организме человека, способствует понижению его мышечной работоспособности. При длительном табакокурении снижается эластичность соединительной ткани, уменьшается растяжимость мышц. Это приводит к возникновению болевых реакций при интенсивных сокращениях мышц человека.

Таким образом, наряду со многими отрицательными последстви­ями курения табака для систем организма человека и их функций нико­тин вызывает также снижение мышечной работоспособности и уровень физического здоровья курящих людей.

Одним из наиболее широко применяемых людьми эргогенных сред­ств, то есть средств повышающих работоспособность, является кофеин. Воздействуя на ЦНС, кофеин увеличивает её возбудимость; улучшает концентрацию внимания; поднимает настроение; укорачивает скорость сенсомоторных реакций; снижает утомление и задерживает время его проявления; стимулирует выделение катехоламинов; усиливает мобили­зацию из депо свободных жирных кислот; повышает скорость использова­ние мышечных триглицеридов. Благодаря всем этим реакциям кофеин вызы­вает заметное повышение аэробной работоспособности (езда на велоси­педе, бег на длинные дистанции, плавание и др.) По-видимому, кофеин способен также улучшать мышечную работоспособность у спринтеров и лиц, занимающихся силовыми видами спорта. Это может быть связано с его способностью усиливать обмен кальция в саркоспазматическом ретикулуме и работу калий-натриевого насоса в мышечных клетках.

Тем не менее, несмотря на указанное влияние кофеина на рабо­тоспособность человека, он может вызывать и негативные последствия, У лиц, непривыкших употреблять кофеин, но чувствительных к нему, а так же у тех, кто употребляет его в больших дозах, кофеин вызывает повышенную возбудимость, бессонницу, беспокойство, тремор скелетных мышц. Действуя как диуретик, кофеин усиливает обезвоживание организ­ма нарушая процессы терморегуляции, снижает мышечную работоспособность, особенно в условиях высокой температуры и влажности окружающей среды.

Некоторые спортсмены используют наркотические средства, с целью ускорения процессов восстановления после тяжелых физических нагрузок. Иногда применяется даже кокаин. Последний стимулирует де­ятельность ЦНС, считается симпатомиметическим препаратом, блокирует повторное использование норадреналина и дофамина (нейромедиаторы) нейронами после их образования. Блокируя их повторное использование, кокаин усиливает действие этих нейромедиаторов во всём организме. Некоторые спортсмены считают, что кокаин способствует повышению рабо­тоспособности. Однако это опущение обманчиво. Оно связано с возника­ющим чувством эйфории, повышающим мотивацию и уверенность в своих силах. Наряду с этим, кокаин "маскирует" утомление и болевые ощуще­ния и может способствовать развитию перенапряжений в нервно-мышечном аппарате. В целом доказано, что кокаин не обладает способностью по­вышать мышечную работоспособность,

Для повышения мышечной работоспособности лицами, занимающимися физическими упражнениями и спортом, нередко используются гормональ­ные препараты. С начала 50-х годов началась эра применения анаболических стероидов, а со второй половины 80-х годов-синтетического гор­мона роста. В силу наибольшей распространенности и опасности исполь­зования для организма остановимся лишь на андрогенах - анаболических стероидах, почти индентичных мужским половым гормонам.

Употребление анаболических гормонов приводит к значительному увеличению: общей массы тела; содержания калия и азота в моче, свиде­тельствующие об увеличении чистой мышечной массы тела; размеров целых мышц и площади поперечного сечения составляющих их миоцитов за счет увеличения количества содержащихся в них миофибрилл (то есть количес­тва сократительных белков); силы и работоспособности скелетных мышц.

Следовательно, основной эффект использования стероидных гормонов заключается в увеличении объема мышечной массы (миофибриллярная гипертрофия) и силы сокращения. В то же время эти гормоны практи­чески не влияют на аэробную выносливость человека, скоростные ка­чества его мышц, скорость процессов восстановления работоспособнос­ти после интенсивных физических нагрузок.

Однако использование стероидных гормонов (это иногда про­исходит уже со школьного возраста) - это вопрос не только этики, но и проблема сохранения здоровья огромного количества людей. Вследст­вие высокой степени риска для здоровья анаболические гормоны и синте­тический гормон роста относят к числу запрещенных препаратов. Ос­новные отрицательные последствия для здоровья принимающих стероидные гормоны заключаются в следующем. Использование синтетических анаболических гормонов подавляет секрецию собственных гонадотропных гор­монов, контролирующих развитие и функцию половых желез (яичек и яич­ников). У мужчин сниженная секреция гонадотропина может привести к атрофии яичек, уменьшению выделения тестостерона и количества спермы. Гонадотропные гормоны у женщин необходимы для осуществления овуляции и секреции эстрогенов, поэтому пониженное содержание в крови этих гормонов в результате применения анаболических стероидов приводит к нарушениям менструального цикла, а также маскулинизации-уменьшению объема груди, огрублению голоса, появлению волос на лице.

Побочным действием употребления анаболических стероидов мо­жет быть увеличение предстательной железы у мужчин. Известны также случаи нарушения функции печени, обусловленные развитием химического гепатита, которые могут перейти в рак печени.

У лиц, длительное время употребляющих анаболических стероидов, возможно снижение сократительной функции миокарда. У них происходит значительное снижение концентрации в крови альфа-липопротеидов высокой плотности, обладающих антиатерогенными свойствами, то есть препятствующими развитию атеросклероза. Следовательно, при­менение стероидных гормонов сопряжено с высоким риском возникнове­ния ишемической болезни сердца.

Употребление стероидов приводит к изменениям личностных ка­честв человека. Наиболее выраженными из которых является повышенная агрессивность.