Аршавский энергетическое правило скелетных мышц

Энергетическое правило скелетных мышц

• Энергетическое правило скелетных мышц — двигательная активность, стимулируемая эндогенно в связи с необходимостью удовлетворения пищевой потребности или экзогенно в связи с действием стрессовых раздражений, является фактором функциональной индукции анаболизма. Эту теорию И. А. Аршавского также обозначают как «энергетическое правило двигательной активности».

Особенностью индукции восстановительных процессов (анаболизма) является не просто восстановление исходного состояния в связи с имевшей место очередной деятельностью развивающегося организма, а в обязательном избыточном восстановлении, за счет чего в последующий момент может быть осуществлен больший объем функций и выполняемой работы.

Согласно этой теории индивидуального развития, особенности энергетики на уровне целостного организма и его клеточных элементов (так же, как и особенности физиологических отправлений различных органов и систем органов) находятся в прямой зависимости от характера функционирования скелетных мышц в разные возрастные периоды.

Согласно этому правилу, индивидуальное развитие организма представляет собой принципиально негэнтропийный процесс, в ходе которого степень неравновесности и энергетический фонд организма не снижаются, а, наоборот, все более и более увеличиваются, достигая максимума в так называемом стационарном состоянии, то есть во взрослом детородном периоде.

К данной теории И. А. Аршавского обращаются в современных исследованиях, посвящённых возрастной физиологии, валеологии.

Связанные понятия

Упоминания в литературе

Связанные понятия (продолжение)

После достижения старой зрелости организм млекопитающих, включая человека, проходит через ряд структурных изменений, вызванных старением. Большая часть изменений, вероятно, является результатом постепенной деградации тканей. Исследования физиологии старения призваны обнаружить причины процесса и дать методы его замедлить.

В нейробиологии, синхронизацией (от греч. συνχρόνος — одновременный) называют динамический режим, который характеризуется периодической одновременной активацией определенной популяции нейронов, или синхронизацию между локальными колебаниями двух или нескольких популяций нейронов.

Метод краниоцеребральной гипотермии (КЦГ) предполагает понижение температуры мозга теплокровных животных и человека из-за преобладания теплоотдачи над теплопродукцией, то есть искусственное охлаждение головного мозга через наружные покровы головы при помощи специального аппарата. Название происходит от гипо. и греч. therme — тепло (охлаждение).

Саккады (от старинного французского слова, переводимого как «хлопок паруса») — быстрые, строго согласованные движения глаз, происходящие одновременно и в одном направлении. На электроокулограмме имеют вид вертикальных прямых тонких линий.

Цирка́дные (циркадианные) ритмы (от лат. circa «около, кругом» + dies «день») — циклические колебания интенсивности различных биологических процессов, связанные со сменой дня и ночи. Период циркадных ритмов обычно близок к 24 часам.

источник

Аршавский энергетическое правило скелетных мышц

В 1935 году И. А. Аршавский (1903—1996) [4] создал специальную лабораторию для физиологических исследований в области термодинамики живых систем. Основной вопрос был сформулирован следующим образом: чем определяется интенсивность энергетики как на уровне целостного организма, так и на уровне его тканей, а также интенсивность физиологических отправлений различных систем органов в разные возрастные периоды? [5]

• теорию индивидуального развития, в соответствии с которой в процессе онтогенеза происходит увеличение энергетического потенциала живой системы (негэнтропийная теория развития);
• энергетическое правило скелетных мышц, согласно которому именно мышечная система определяет негэнтропийное развитие организма, продуцируя в результате своей деятельности избыточную энергию.

По одним представлениям, в момент возникновения организма (в виде зиготы), он имеет некий энергетический потенциал и в процессе онтогенеза происходит в начале постепенное, а затем все более прогрессирующее истощение этого потенциала. Однако данные исследований И. А. Аршавского позволили прийти к заключениям противоположного характера. С точки зрения И. А. Аршавского, в процессе роста и развития, при переходе от одного возрастного периода к последующему, энергетические и рабочие возможности организма возрастают, достигая максимума к периоду, соответствующему взрослому состоянию [5] .

Противопоставление теории Рубнера

Согласно тео­рии М. Рубнера (так называе­мому «энергетическому правилу поверхности»), животные, имеющие близкие линейные и весовые размеры, должны ха­рактеризоваться одинаковой ин­тенсивностью обмена веществ и физиологических отправлений, одинаковой продолжительно­стью жизни [3] .

Согласно Рубнеру природа выдала всем млекопитающим одинаковую энергию на единицу веса: 180—190 тысяч килокалорий на килограмм. И после использования запаса организм умирает. Поскольку животные малых размеров неэкономно расходуют энергию (у них на единицу массы приходится гораздо больше поверхности и, следовательно, теплоотдача больше), то исчерпывают они свой энергетический фонд быстрее. [6] Действительно, мышь живет два с половиной года, а слон 80 лет. Однако эта теория не выполняется, например, для такой пары сравнимых по Рубнеру животных, как заяц и кролик или крыса и белка.

Иссле­дования Аршавского показали, что вид, которому свойст­венен более высокий объем двига­тельной активности в естест­венных условиях среды обита­ния, характеризуется в состоя­нии так называемого покоя меньшими величинами основно­го обмена и физиологических отправлений различных систем организма. При этом продол­жительность его жизни значи­тельно (вдвое и более) выше, чем у другого представителя пары [3] .

Данное правило Аршавский относит не толь­ко к целостному организму, но и к клетке.

Метаболические циклы и негэнтропийное время

Свои онтогенетические исследования И. А. Аршавский в работе [7] объясняет на примере процессов, текущих в клетке.

В клетке периодически осуществляются метаболические циклы, которые являются специфической формой квантования физиологических процессов (представлены только в живых системах). Время живого является циклическим, дискретным, хотя воспринимается как непрерывно текущее. Метаболические циклы состоят из двух фаз: [7]

1. катаболическая фаза — образуется энергия, за счет деструктуризации субстратов клетки, что увеличивает образование энтропии в ней. При этом одна часть создаваемой энергии расходуется на выполнении функции, присущей той или иной клетке. Другая часть энергии меняет траекторию течения времени в обратном направлении. Важно отметить, что эта энергия высвобождается под влиянием стимулов, возникающих в са­мой клетке, а не под действием внешних сил.
2. анаболическая фаза — происхо­дит постепенное восстановление нарушенной структуры с выходом за пределы исходного состояния. Восстановление происходит благодаря инвертированному течению времени.

В первой фазе возникает положительное направление энтропийного времени, все более приближающего клетку к состоянию равновесия и тем самым к её возможной гибели. Однако вторая фаза переводит живую систему на новые, более высокие степени неравновесности и упорядоченности.

Достигается это благодаря двигательной функции тех сократительных белков — микрофиламентов, которые содержатся в каждой клетке животных и растений, одноклеточных эукариот и даже прокариот. То время, в пределах которого осуществляется избыточное восстановление, было названо негэнтропийным временем [7] .

Таким образом, живые системы (и животные, и растения), в отличие от неживых-четырёхмерных, являются пятимерными. Их характеризуют три пространственные и две временные размерности — энтропийная и негэнтропийная. Негэнтропийное время обогащает живые системы дополнительными пластическими материалами и энергетическими резервами, что увеличивает адаптивные и познавательные возможности. Возникают структурные основания для создания памяти, в которой фиксируется та информация, которую организм получает в среде. При этом негэнтропийное значение имеет только та информация, которая приобретается через активную поисковую двигательную активность [7] .

Избыточный анаболизм

Аршавский выделяет две формы избыточного анаболизма [8] :

• накопление протоплазматической массы;
• рост структурно-энергетических потенциалов.

Первая форма представлена в антенатальном периоде (предродовом) и в раннем постнатальном возрасте с постепенным её затуханием. Выражается в том, что протоплазменная масса накапливается с избытком, что и обусловливает увеличение линейных и весовых характеристик организма.

Вторая форма возникает ещё в процессе продолжающегося роста и после завершения его. Наиболее ярко она представлена во взрослом состоянии, и проявляется не в избыточном накоплении массы, а в избыточном накоплении структурно-энергетических потенциалов в скелетных мышцах, что повышает их последующие рабочие возможности.

Профессор Г. Л. Апанасенко считает, что обе формы избыточного анаболизма имеют место не только в отношении скелетных мышц, но и в органах, и в системах, обеспечивающих функцию движения (сердечно-сосудистая, дыхательная, эндокринная системы и другие) [8] .

Двигательная активность человека

Деятельность скелетной мускулатуры важна для повышения энергетических возможностей организма. Эта деятельность преобразуется благодаря последовательной смене и возникновению новых доминантных состояний, образующихся в развивающейся нервной системе. Скелетно-мышечные (двигательные) реакции определяют деятельность прочих систем органов, и в особенности уровень энергетических процессов. Указанная зависимость обозначена Аршавским как «энергетическое правило скелетных мышц». [5]

В соответствии с этим правилом И. А. Аршавский указывает на следующие способы его включения для оптимального развития организма новорождённого (подчёркивая особенную важность для физиологически незрелых организмов) [6] :

• умеренный холод (закаливание),
• специальная одежда для новорожденных типа распашонки, позволяющая сохранить естественную для них двигательную активность,
• раннее вскармливание грудью,
• раннее плавание (без чрезмерных нагрузок).

Трудности теории

В теории И. А. Аршавского открытым остаётся вопрос — когда и на каком этапе онтогенеза начинается затухающее самообновление протоплазмы? По этому поводу он пишет: [9]

В настоящее время нам еще трудно полностью понять, каким образом в связи с интенсивной скелетно-мышечной активностью продолжительность жизни тем не менее не увеличивается.

источник

Аршавский энергетическое правило скелетных мышц

Г.Л. Апанасенко «Эволюция биоэнергетики и здоровье человека»

Энергетическое правило скелетных мышц
И.А.Аршавского

Данные многолетних исследований, проведенных И.А.Аршавским с сотрудниками, позволили установить, что уровень энерготрат в состоянии покоя и соответствующий им уровень различных систем организма определяются особенностями функционирования скелетных мышц в различные возрастные периоды (начиная с антенатального). Установив ведущую роль скелетной мускулатуры, регулируемой деятельностью соответствующих нервных центров, И.А.Аршавский [1972] сформулировал в противовес энергетическому правилу поверхности Рубнера энергетическое правило скелетных мышц. Сущность и физиологический смысл этого правила заключаются в том, что двигательная активность живой системы независимо от причины, ее вызвавшей (эндогенной — в связи с необходимостью удовлетворения, например, пищевой потребности или экзогенной — в связи с действием стрессорных раздражений), является фактором функциональной индукции избыточного анаболизма.

И.А.Аршавский различает две формы избыточного анаболизма. Первая представлена в антенатальном периоде и в раннем постнатальном возрасте с постепенным ее затуханием и выражается в избыточном накоплении протоплазменной массы, что и обусловливает увеличение линейных и весовых характеристик организма.

Вторая форма избыточного анаболизма возникает после реализации антигравитационных реакций еще в процессе продолжающегося роста и после завершения его. Она наиболее выражена во взрослом состоянии и проявляется не в избыточном накоплении массы, а в избыточном накоплении структурно-энергетических потенциалов в скелетных мышцах, повышающих их последующие рабочие возможности. От себя добавим, что обе формы избыточного анаболизма имеют место, очевидно, не только в отношении скелетных мышц, но и в органах, и в системах, обеспечивающих функцию движения (сердечно-сосудистая, дыхательная, эндокринная системы и т.п.). Таким образом, рост и развитие являются естественным следствием активности живой системы и ее элементов. Эта активность создает определенный дефицит энергии в растущем организме и не определяет возвращения уровня энергии к исходному состоянию, а восстанавливает ее с избытком.

В избыточности анаболизма, индуцируемого функциональной активностью, заключается ведущий механизм, лежащий в основе процессов роста и развития.

Связанная с ограничениями двигательной активности недостаточная стимуляция избыточного анаболизма в период роста и развития, когда отмечаются наибольшая пластичность и подверженность влиянию внешней среды, способствует их ограничению и неполному использованию генетического фонда. Это приводит к низкому физическому развитию и уровню функциональных возможностей, трудно восполнимых в зрелом возрасте даже путем систематической физической тренировки [Andersen et al., 1978].

С позиций концепции И.А.Аршавского представляется важным отметить следующее. Существование двух форм избыточного анаболизма (накопление протоплазматической массы и рост структурно-энергетических потенциалов), что по сути дела характеризует различные стороны системогенеза, а также их различная интенсивность в разные возрастные периоды заставляют сделать очень важный для практики вывод: в различные периоды онтогенеза человека для характеристики его развития необходимо делать акцент на соответствующие показатели, указывающие на результат той или иной формы избыточного анаболизма. Если в период новорожденности, грудного возраста, раннего и частично первого детства развитие должно характеризоваться преимущественно динамикой линейных и весовых показателей (рост протоплазматической массы), то в более старшем возрасте это должны быть показатели структурно-энергетического потенциала, т.е. система биоэнергетики, или энерговооруженность биосистемы. Возрастной период, когда следует переходить от использования преимущественно одного вида показателей к другому, должен быть, очевидно, обусловлен возможностью использования соответствующего типу анаболизма тестирования (см. ниже).

Динамика функционального резерва биоэнергетики в онтогенезе

Одной из самых существенных черт организма сразу после рождения следует считать высокий уровень энергетических трат на единицу массы тела и соответствующий ему уровень деятельности различных органов и систем. Если суточная величина энерготрат у взрослого человека составляет 24 ккал на 1 кг массы тела, то у новорожденных она в 2 раза выше: 42-48 ккал/кг.

Значение высоких энергетических трат в раннем возрасте для поддержания постоянной температуры тела является несомненным, однако далеко не единственным. Существует достаточно доказательств того, что основное значение высокого уровня катаболических процессов, и энерготрат в том числе, заключается в функциональной индукции избыточного анаболизма, обеспечивающего рост организма [Аршавский, 1975]. К возрасту 1-1.5 года, когда реализуется и закрепляется поза стояния, суточные энергетические траты в покое наиболее высокие: 50-60 ккал/кг. С этого периода начинается постепенное снижение энерготрат в состоянии покоя: организм в этих условиях приобретает существенно новые черты гомеостаза — холинергические [Аршавский, 1981]. Перестройка на адренергический характер регуляции осуществляется лишь во время мышечной деятельности и других стрессовых реакций на изменения в условиях окружающей среды. Чем выше уровень мышечной активности, стимулирующей адренергические механизмы, тем полноценнее индукция последующего анаболического покоя и соответствующего ему холинергического гомеостаза. Подобная особенность состояния функций покоя у физически тренированных лиц получила название „принцип экономизации функций» [Меllerowicz, 1956].

К 7-летнему возрасту энерготраты покоя снижаются до 40 ккал/кг. Это обусловлено тем, что к этому периоду со скелетных мышц полностью снимается терморегуляторная функция, а локомоторные акты приобретают значительную степень совершенства. К 7 годам устанавливаются настоящие ходьба и бег — по типу взрослых. Именно по этой причине, вероятно, с 7 лет появляется возможность определять максимальные для индивида энерготраты, используя соответствующие тесты с физической нагрузкой. Именно с этого возраста целесообразнее всего переходить для характеристики физического развития от линейно-весовых параметров к показателям биоэнергетики. В более ранние возрастные периоды программа, закодированная в геноме зиготы, выполняется более жестко. Позднее „команда», следующая из программы, в большей степени приобретает характер „предложения», степень осуществления которого во многом зависит от соответствия окружающих условий оптимальным. Именно поэтому в 3-6 лет двигательные качества очень жестко обусловлены генетической программой и находятся на одном уровне с антропометрическими показателями. В 7-15 лет роль генетических факторов в развитии двигательных возможностей значительно снижается.

Период полового созревания совпадает с пубертатным скачком роста и является одним из важнейших переломных этапов в индивидуальном развитии организма. Не исключено, что именно резкое усиление темпов роста протоплазменной массы вызывает то некоторое повышение удельной величины основного обмена, которое отмечается в этом периоде, а также стимуляцию некоторых адренергических процессов. Однако сразу же после завершения гормональной перестройки происходит дальнейшее снижение энерготрат в состоянии покоя (до 30 ккал на 1 кг в сутки), достигая к 17-18 годам уровня взрослого индивида ( r = 0.91); на втором месте — обезжиренная масса тела ( r = 0.85) и т.д.

Выше указывалось, что для полного представления об энерговооруженности системы необходимо рассматривать относительный показатель — МПК, мл/кг/мин, косвенно характеризующий долю активных тканей организма и, таким образом, степень совершенства его развития (вспомним определение роста, данное И.И.Шмальгаузеном!). При анализе этого соотношения в динамике роста и раз-вития организма оказалось, что оно остается практически неизменным в течение всего периода роста и развития (рис.11), вплоть до начала инволюции — 35-40 лет [Andersen et al., 1971]. Исключение составляют девушки, у которых, начиная с 13—14-летнего (в среднем) возраста отмечается существенное снижение этого показателя, что, по мнению И.А.Аршавского [1975], является следствием подготовки женского организма к осуществлению детородной функции, и связано с реализацией физиологически полноценной гистационной доминанты. Именно в этом возрасте начинает проявляться дивергенция между мальчиками и девочками в относительной величине активной мышечной массы, достигающая своего максимума во взрослом состоянии (42-44% — у мужчин, 36-38% — у женщин). Однако при сохранении высокого уровня двигательной активности указанные различия могут быть не столь значимыми.

Рис.11. МПК у мальчиков (I) и девочек (II;) [по: Rutenfranz, 1959; цит.по: Andersen et al., 1978].
По оси абсцисс — возраст, лет;
по оси ординат: 1 — абсолютные показатели, л/мин;
2 — относительные, мл/кг/мин.

Важно отметить, что относительные (на 1 кг массы тела) показатели функций растущего организма (в покое), обеспечивающих транспорт кислорода, также остаются практически неизменными [Аринчин, 1977]. Систематическими исследованиями В.Н.Аринчина [1983] показано, что основные показатели систолической работы сердца, отнесенные к 1 кг массы тела, у детей от 1 года до 14 лет одинаковы (рис.12).

Рис.12. Зависимость некоторых абсолютных (а,в) и относительных (6,г) показателей (по оси ординат) систолической работы сердца от массы тела (по оси абсцисс, кг) детей в возрасте 1-14 дет [по: Аринчин, 1983].
а,б — ударный объем сердца: а — мл, б — мл/кг; в,г — объемная скорость выброса: в — мл/с, г — мл/кг/с.

Относительная, величина МПК является критерием распределения здоровых и больных лиц на различные уровни физического здоровья, в основе которых лежит, как следует из самой сути показателя, объем резервов биоэнергетики. Регистрируя этот уровень, мы тем самым характеризуем степень успешности развития индивида.

Как уже указывалось, прямые методы определения МПК сложны и трудоемки. Требованиям простоты и доступности отвечают тесты с беговой нагрузкой.

Наши данные позволяют рекомендовать в качестве теста на общую выносливость дистанцию в беге на 1500 м. При этом распределение на функциональные классы детей младшего школьного возраста проводится с использованием нормативов, указанных в табл.13.

Функциональные классы (I-V) детей 7-9 лет в зависимости от времени преодоления дистанции 1500 м

источник

Продолжительность жизни у различных видов млекопитающих. Энергетические правила скелетных мышц

источник