Кпд мышц человека составляет. Энергозатраты при физических нагрузках разной интенсивности

Самарский Государственный Университет Путей Сообщения

Реферат на тему:

«Энергозатраты при физической нагрузке разной интенсивности»

Выполинла: Калашникова В.С

Группа Д-12

Проверила: Беленькая О.Н.

Самара, 2011

1. Участие в соревнованиях в процессе самостоятельных занятий.
2. Гигиена питания, питьевого режима, уход за кожей.
3. Гигиенические требования при проведении занятий: места занятий, одежда, обувь.
4. Самоконтроль за эффективностью самостоятельных занятий. Профилактика травматизма.

Чем больше мышечная работа, тем сильнее возрастает расход энергии. Ну это и правильно по закону сохранения энергии: если энергия где – нибудь убудет, то она обязательно прибудет в виде или такой же, или другой энергии. В лабораторных условиях, в опытах с работой на велоэнергометре, при точно определённом сопротивлении вращению педалей была установлена прямая (линейная) зависимость расхода энергии от мощности работы, регистрируемой в килограммах или ваттах. Вместе с тем было выявлено, что не вся энергия, расходуемая человеком при совершении механической работы, используется непосредственно на эту работу, ибо большая часть энергии теряется в виде тепла.

Известно, что отношение энергии, полезно затраченной на работу, ко всей израсходованной энергии называется коэффициентом полезного действия (КПД). Считается, что наибольший КПД человека при привычной для него работе не превышает 0,30 –0,35. Следовательно, при самом экономном расходе энергии в процессе работы общие энергетические затраты организма минимум в 3 раза превышают затраты на совершение работы. Чаще же КПД равен 0,20 – 0,25, так как нетренированный человек тратит на одну и ту же работу больше энергии, чем тренированный. Так, экспериментально было установлено, что при одной и той же скорости передвижения разница в расходе энергии между тренированным спортсменом и нетренированным (новичком) может достигать 25 – 30%. Общее представление о расходе энергии (в Ккал) во время прохождения разных дистанций дают следующие цифры, определенные известным физиологом спорта В.С. Фарфелем:

Таблица 1.

Бег легкоатлетический.

Бег на коньках

Плавание

Лыжные гонки

Велогонки

Зоны мощности в спортивных упражнениях.

С ориентацией на мощность и расход энергии были установлены следующие зоны относительной мощности в циклических видах спорта:

1. Максимальная степень мощности.

В этой зоне продолжительность работы достигает всего лишь от 20 до 25 секунд. В эту категорию попадают такие виды спорта как: бег на 100 и 200 метров; Плавание на 50 метров; Велогонка на 200 метров с хода, при чём эти физические упражнения делаются при рекордном исполнении.

2. Субмаксимальная степень мощности.

Эта степень немного ниже максимальной, и поэтому продолжительность работы при таких нагрузках может быть от 25 секунд до 3-5 минут. Сюда попадают: бег на 400, 800, 100, 1500 метров; плавание на 100, 200, 400 метров; бег на коньках на 500, 1500, 300 метров; а также велогонки на 300, 1000, 2000, 3000, 4000 метров.

3. Большая степень мощности.

Продолжительность работы достигает от 3-5 минут до 30 минут. Этой степени соответствуют: бег на 2, 3, 5, 10 километров; плавание на 800, 1500 метров; бег на коньках на 5, 10 километров; велогонки на 100 километров и более.

3. Умеренная степень мощности.

Продолжительность работы достигает даже свыше 30 минут! Физические упражнения, которые соответствуют этой степени мощности это: бег на 15 километров и более; спортивная ходьба на 10 километров и более; бег на лыжах на 10 километров и более, а также велогонки на 100 километров и более. Отсюда ясно проявляется закономерность: чем больше нагрузка, чем больше степень мощности, затрачиваемой на выполнение данных физических упражнений, тем меньше по продолжительности (минуты, секунды) и по количеству (например в метрах) спортсмен может работать на данном уровне нагрузок. И действительно. Как говорится, тише едешь, дальше будешь. Например, если при беге трусцой спортсмен пробегает километры и может держать темп очень долго, то на спринтерских дистанциях пробегаются всего лишь сотни метров и за меньшие промежутки времени. Или, например если штангист может небольшой вес держать минутами/десятками минут, то большие нагрузки буквально 2-5 секунд. Итак, эти четыре зоны относительной мощности предполагают деление множества различных дистанций на четыре группы: короткие, средние, длинные, сверхдлинные. Так в чём же суть разделения физических упражнений по зонам относительной мощности и как это связанно с энергозатратами при физических нагрузках разнойинтенсивности? Во-первых, мощность работы прямо зависит от её интенсивности, что было сказано выше. Во-вторых, высвобождение и расход энергии преодоления дистанций, входящих в различные зоны мощности, имеют существенно отличающиеся физиологические характеристики, которые представлены в таблице 2.

Таблица 2.

Зона относительной мощности работы

Теперь перейдём к более детальному рассмотрению данных, приведённых в таблице.

Зона максимальной мощности: в её пределах может выполняться работа, требующая предельно быстрых движений. Ни при какой другой работе неосвобождается столько энергии, сколько при работе с максимальной мощностью. Кислородный запас в единицу времени самый большой, потребление организмом кислорода незначительно. Работа мышц совершается почти полностью за счёт бескислородного (анаэробного) распада веществ. Практически весь кислородный запрос организма удовлетворяется уже после работы, т.е. запрос во время работы почти равен кислородному долгу. Дыхание незначительно: на протяжении тех 10 –20 секунд, в течение которых совершается работа спортсмен либо не дышит, либоделает несколько коротких вдохов. Зато после финиша его дыхание ещё долгоусиленно, в это время погашается кислородный долг. Из-за кратковременности работы кровообращение не успевает усилиться, частота же сердечных сокращений значительно возрастает к концу работы. Однако минутный объём крови увеличивается ненамного, потому что не успевает вырасти систолический объём сердца. Зона субмаксимальной мощности: в мышцах протекают не только анаэробные процессы, но и процессы аэробного окисления, доля которых увеличивается к концу работы из-за постепенного усиления кровообращения. Интенсивность дыхания также всё время возрастает до самого конца работы. Процессы аэробного окисления хотя и возрастают на протяжении работы, всё же отстают от процессов бескислородного распада. Всё время прогрессирует кислородная задолженность. Кислородный долг к концу работы больше, чем при максимальной мощности. В крови происходят большие химические сдвиги. К концу работы в зоне субмаксимальной мощности резко усиливается дыхание и кровообращение, возникает большой кислородный долг и выраженные сдвиги в кислотно-щелочном и водно-солевом равновесии крови. Это может вызвать повышение температуры крови на 1 – 2 градуса, что может повлиять на состояние нервных центров. Зона большой мощности: интенсивность дыхания и кровообращения успевает уже в первые минуты работы возрасти до очень больших величин, которые сохраняются до конца работы. Возможности аэробного окисления более высоки, однако они всё же отстают от анаэробных процессов. Сравнительно большой уровень потребления кислорода несколько отстаёт от кислородного запроса организма, поэтому накопление кислородного долга всё же происходит. К концу работы он будет значителен. Значительны и сдвиги в химизме крови и мочи. Зона умеренной мощности: это уже сверхдлинные дистанции. Работа умеренной мощности характеризуется устойчивым состоянием, с чем связано усиление дыханияи кровообращения пропорционально интенсивности работы и отсутствие накопления продуктов анаэробного распада. При многочасовой работе наблюдается значительный общий расход энергии, сто уменьшает углеводные ресурсы организма. Итак, в результате повторных нагрузок определённой мощности на тренировочных занятиях организм адаптируется к соответствующей работе благодаря совершенствованию физиологических и биохимических процессов, особенностей функционирования систем организма. Повышается КПД при выполнении работы определенной мощности, повышается тренированность, растут спортивные результаты.

Мы́шечными тка́нями называют ткани, различные по строению и происхождению, но сходные по способности к выраженным сокращениям. Они обеспечивают перемещения в пространстве организма в целом, его частей и движение органов внутри организма и состоят из мышечных волокон.

Мышечное волокно представляет собой вытянутую клетку. В состав волокна входят его оболочка - сарколемма, жидкое содержимое - саркоплазма, ядро, митохондрии, рибосомы, сократительные элементы - миофибриллы, а также содержащий ионы Са 2+ , - саркоплазматический ретикулум. Поверхностная мембрана клетки через равные промежутки образует поперечные трубочки, по которым внутрь клетки проникает потенциал действия при ее возбуждении.

Функциональной единицей мышечного волокна является миофибрилла. Повторяющаяся структура в составе миофибриллы называется саркомером. Миофибриллы содержат 2 вида сократительных белков: тонкие нити актина и вдвое более толстые нити миозина. Сокращение мышечного волокна происходит благодаря скольжению миозиновых филаментов по актиновым. При этом перекрывание филаментов увеличивается и саркомер укорачивается.

Главная функция мышечного волокна - обеспечение мышечного сокращения.

Преобразование энергии при мышечном сокращении. Для сокращения мышцы используется энергия,освобождающаяся при гидролизе АТФ актомиозином,причем процесс гидролиза тесно сопряжен с сократительным процессом. По количеству выделяемого мышцей тепла можно оценить эффективность преобразования энергии при сокращении.. При укорочении мышцы скорость гидролиза повышается в соответствии с ростом производимой работы. освобождаемой при гидролизе энергии достаточно для обеспечения только совершаемой работы, но не полной энергопродукции мышцы.

Коэффициент полезного действия (кпд) мышечной работы (r ) представляет собой отношение величины внешней механической работы (W ) к общему количеству выделенной в виде тепла (Е ) энергии:

Наиболее высокое значение кпд изолированной мышцы наблюдается при внешней нагрузке, составляющей около 50% от максимальной величины внешней нагрузки. Производительность работы (R ) у человека определяют по величине потребления кислорода в период работы и восстановления по формуле:

где 0,49 - коэффициент пропорциональности между объемом потребленного кислорода и выполненной механической работой, т. е. при 100% эффективности для выполнения работы, равной 1 кгс ․м (9,81 Дж ), необходимо 0,49 мл кислорода.

Двигательное действие / КПД

Ходьба/23-33%; Бег со средней скоростью/22-30%; Езда на велосипеде/22-28%; Гребля/15-30%;

Толкание ядра/27%; Метание/24%; Поднятие штанги/8-14%; Плавание/ 3%.

4. Изотонический режим работы мышц. Статическая работа мышц.

Изотонический режим (режим постоянного тонуса мышцы) наблюдается при отсутствии нагрузки на мышцу, когда мышца закреплена с одного конца и свободно сокращается. Напряжение в ней при этом не изменяется. Так как при этих условиях величина нагрузки Р = 0, то механическая работа мышцы также равна нулю (А = 0). В таком режиме работает в организме человека только одна мышца - мышца языка.

Статическая работа не предполагает сильного напряжения, однако в некоторых случаях статическая работа мышц может быть очень напряженной, например при удержании штанги, при некоторых упражнениях на кольцах или параллельных брусьях. Такая работа требует одновременного сокращения всех или почти всех волокон мышц и может продолжаться лишь очень короткое время. При динамической работе поочередно сокращаются различные группы мышц, причем некоторые мышцы работают то динамически, производя движение в суставе, то статически, обеспечивая на некоторое время неподвижность костей того же сустава. Степень напряжения мышц может быть различной.

Статическая работа утомляет скелетную мускулатуру больше, чем динамическая.

5. Общая характеристика системы кровообращения. Скорость движения крови в сосудах. Ударный объем крови. Работа и мощность сердца.

К системе кровообращения относятся сердце и сосуды - кровеносные и лимфатические.. Сердце млекопитающих четырехкамерное. Кровь движется по двум кругам кровообращения.

функции всех элементов сердечно-сосудистой системы: 1) трофическая – снабжение тканей питательными веществами; 2) дыхательную – снабжение тканей кислородом; 3) экскреторную – удаление продуктов обмена из тканей; 4)регуляторную – перенос гормонов, выработка биологически активных веществ, регуляция кровоснабжения, участие в воспалительных реакциях.

При движении крови по сосудам различают линейную и объемную скорость кровотока.

Линейная скорость кровотока определяется суммарным сечением сосудистой системы. Она максимальна в аорте - до 50 см/сек и минимальна в капиллярах - около нуля. В венозном отделе сосудистой системы линейная скорость вновь возрастает. Линейная скорость в полых венах в два раза меньше, чем в аорте и равна примерно 25 см/мин.

Объемная скорость кровотока - это количество крови, протекающее через общее сечение сосудистой системы в единицу времени. Она одинакова во всех отделах сосудистой системы крови.

Время полного кругооборота крови - это то время, за которое кровь проходит через большой и малый круги кровообращения. При 70-80 сокращениях сердца в минуту полный кругооборот крови происходит приблизительно за 20-23 сек.

Движение крови в организме: аорта – 500-600 мм/c, артерии – 150-200 мм/c, артериолы – 5 мм/c, капилляры – 0,5 мм/c, средние вены – 60-140 мм/c, полые вены - 200 мм/c. Гипертония – повышенное АД. Гипотония – пониженное АД.

Систолический объем крови . Объем крови, нагнетаемый каждым желудочком в магистральный сосуд (аорту или легочную артерию) при одном сокращении сердца, обозначают как систолический, или ударный, объем крови.

Работа, совершаемая сердцем , затрачивается на преодоление сопротивления и сообщение крови кинетической энергии.

Рассчитаем работу, совершаемую при однократном сокращении левого желудочка.

V у – ударный объем крови в виде цилиндра. Можно считать, что сердце поставляет этот объем по аорте сечением S на расстояние I при среднем давлении р. Совершаемая при этом работа равна:

A1 = FI = pSI = pV y .

На сообщение кинетической энергии этому объему крови затрачена работа:

где р – плотность крови;υ – скорость крови в аорте. Таким образом, работа левого желудочка сердца при сокращении равна:

Эта формула справедлива как для покоя, так и для активного состояния организма, но эти состояния отличаются разной скоростью кровотока.

6. Уравнение Пуазейля. Понятие о гидравлическом сопротивлении кровеносных сосудов и о способах воздействия на него.

Уравнение Пуазёйля - закон, определяющий расход жидкости при установившемся течении вязкой несжимаемой жидкости в тонкой цилиндрической трубе круглого сечения.

Согласно закону, секундный объёмный расход жидкости пропорционален перепаду давления на единицу длины трубки (градиенту давления в трубе) и четвёртой степени радиуса (диаметра) трубы:

Где Q - объемный секундный расход жидкости; R - радиус трубопровода; p1-p2- перепад давлений на трубке; n-коэффициент трения; L- длина трубки.

Закон Пуазёйля работает только при ламинарном течении и при условии, что длина трубки превышает так называемую длину начального участка, необходимую для развития ламинарного течения в трубке.

Гидравлическое сопротивление прямо пропорционально длине сосуда и вязкости крови и обратно пропорционально радиусу сосуда в 4-й степени, то есть больше всего зависит от просвета сосуда , а также от состояния стенок сосудов и от их эластичности.

Так как наибольшим сопротивлением обладают артериолы, общее периферическое сопротивление сосудов(ОПСС) зависит главным образом от их тонуса. Различают центральные механизмы регуляции тонуса артериол (нервные и гормональные влияния)и местные (миогенная, метаболическая и эндотелиальная регуляция).

На артериолы оказывают постоянный тонический сосудосуживающий эффект симпатические нервы. Основные гормоны, в норме участвующие в регуляции тонуса артериол, - это адреналин и норадреналин.

Миогенная регуляция сводится к сокращению или расслаблению гладких мышц сосудов в ответ на изменения трансмурального давления; при этом напряжение в их стенке остается постоянным. Тем самым обеспечивается ауторегуляция местного кровотока - постоянство кровотока при меняющемся перфузионном давлении.

Метаболическая регуляция обеспечивает расширение сосудов при повышении основного обмена (за счет выброса аденозина и простагландинов) и гипоксии (также за счет выделения простагландинов).

Моторная единица – комплекс, включающий один мотонейрон и иннервируемые им мышечные волокна в пределах данной мышцы.

Сила мышц характеризуется величиной максимального напряжения, которое она способна развить при возбуждении. Максимальное напряжение, которое может развить мышца, зависит от числа и толщины волокон, входящих в ее состав. Занятия спортом приводят к утолщению волокон (рабочая гипертрофия), к увеличению силы мышц.

Абсолютная сила мышц – это сила приходящаяся на 1 см 2 поперечного сечения волокон мышцы.

Общий энергетический расход (Е) – сумма расхода на механическую работу (W) и образование тепла (Н)

Отношение величины производимой работы (в калориях) к общим энергетическим тратам характеризует механическую эффективность работы, так называемый коэффициент полезного действия (КПД) мышцы

.

КПД мышцы человека может достигать 25 % и в значительной мере зависеть от скорости ее сокращения. Наибольшая внешняя работа и наиболее высокий КПД наблюдается при средних скоростях работы . Понижение производительности работы при увеличении скорости сокращения мышцы связано с усилением внутреннего трения.

При слишком медленном сокращении КПД снижается в связи с тем, что часть энергии идет на поддержание укорочения мышцы.

Работа и сила мышц. Методика расчета величины работы, выполняемой мышцей. Правило средних нагрузок.

Поскольку основной задачей скелетной мускулатуры является совершение мышечной работы, в экспериментальной и клинической физиологии оценивают величину работы, которую совершает мышца, и мощность, развиваемую ею при работе.

Согласно законам физики, работа есть энергия, затрачиваемая на перемещение тела с определенной силой на определенное расстояние: А = P*h. Если сокращение мышцы совершается без нагрузки (в изотоническом режиме), то механическая работа равна нулю. Если при максимальной нагрузке не происходит укорочения мышцы (изометрический режим), то работа также равна нулю. В этом случае химическая энергия полностью переходит в тепловую.

Закон средних нагрузок - мышца может совершать максимальную работу при нагрузках средней величины.

При сокращении скелетной мускулатуры в естественных условиях преимущественно в режиме изометрического сокращения, например при фиксированной позе, говорят о статической работе, при совершении движений - о динамической.

Мышечное (физическое) утомление, его физиологические механизмы (для изолированной мышцы и в целостном организме). Значение трудов И.М. Сеченова. Адаптационно-трофическая роль симпатической нервной системы.

В результате продолжительной деятельности работоспособность скелетной мускулатуры понижается. Это явление называется утомлением. При этом снижается сила сокращений, увеличиваются латентный период сокращения и период расслабления.

Статический режим работы более утомителен, чем динамический. Утомление изолированной скелетной мышцы обусловлено прежде всего тем, что в процессе совершения работы в мышечных волокнах накапливаются продукты процессов окисления - молочная и пировиноградная кислоты, которые снижают возможность генерирования ПД. Кроме того, нарушаются процессы ресинтеза АТФ и креатинфосфата, необходимых для энергообеспечения мышечного сокращения. В естественных условиях мышечное утомление при статической работе в основном определяется неадекватным регионарным кровотоком. Если сила сокращения в изометрическом режиме составляет более 15% от максимально возможной, то возникает кислородное «голодание» и мышечное утомление прогрессивно нарастает.

Разбираться в таких величинах как КПД бензинового или дизельного ДВС - практически дело чести для каждого мужчины. Магические цифры 33% или 40% - могут стать серьезным поводом для жаркой дискуссии на целый вечер. Разобраться в КПД собственного организма обычно не хватает времени и желания, и, кстати, зря. Коэффициент полезного действия нашего организма напрямую зависит от того, как мы о нем заботимся, насколько хорошо понимаем и удовлетворяем его потребности.

На чем основывается жизнь? Правильно, на энергии! Энергия - это все! Все процессы, происходящие в нашем организме, нуждаются в энергии. Энергию мы получаем из продуктов питания. Углеводы, жиры и белки расщепляются в процессе метаболизма, снабжая организм строительным материалом и энергией. Основной вид топлива, который быстро и легко утилизируется организмом - это углеводы. Наряду с углеводами важнейшим источником энергии являются составные компоненты жиров - жирные кислоты.

Окисление жирных кислот обеспечивает почти половину потребности взрослого организма в энергии. Этот важный процесс («бета-окисление») происходит в энергетических фабриках клеток - в митохондриях. Кстати, на заметку любителям цифр: КПД митохондрий составляет 55%! Есть повод задуматься, насколько изобретения человека еще отстают от «изобретений» природы.

Для того чтобы «энергетические фабрики» организма исправно работали и поставляли достаточное количество энергии, должна быть налажена бесперебойная поставка топлива, т. е. жирных кислот. Именно за этот важный этап ответственен L- карнитин. Он является ключевым участником процесса транспорта жирных кислот в митохондрии.

По химическому строению L-карнитин - это аминокислота, вещество родственное витаминам группы В. L-карнитин в своей естественной форме присутствует практически во всех органах и тканях человека, причем в максимальных концентрациях там, где избыток энергии нужен для поддержания основных функций организма (мышцы, сердце, мозг, печень, почки). Потребность в L-карнитине для каждого индивидуальна и может меняться в зависимости от нагрузок. Потребление L-карнитина также увеличивается при стрессах и во время физических нагрузок . Недостаточное количество L-карнитина может вызывать различные заболевания.

Поддерживать необходимый уровень L-карнитина или восполнить его недостаток в напряженные периоды жизни поможет препарат Элькар отечественной фармацевтической компании «ПИК-ФАРМА».
Элькар представляет собой водный раствор L-карнитина для применения внутрь. Уникальность препарата заключается в том, что он не обладает побочными эффектами, и не вызывает привыкания.

Когда и кому следует применять Элькар? Элькар жизненно необходим, если:
работа или учеба сопровождается повышенными нервно-психическими ;
текущий период жизни наполнен стрессовыми ситуациями;
тренировки в зале или фитнес-центре стали приносить вместо удовольствия
усталость;
грипп, ОРВИ или простуда никак не хотят «отцепляться»;
выходные и отпуск проходят под лозунгом «Быстрее, выше, сильней!»;
до пенсии осталось меньше 10 лет;
налицо симптомы «энергетического голода» организма.
Во всех этих случаях Элькар улучшит адаптационные возможности организма, повысит иммунитет, поможет побороть синдром хронической усталости и поспособствует
повышению работоспособности.